DE10060574A1 - Multiturn-Codedrehgeber - Google Patents
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Abstract
Bei einem Multiturn-Codedrehgeber ist mit einer Eingangswelle (2) eine erste Codescheibe (3) zur Erfassung der Winkellage der Eingangswelle (2) innerhalb einer Umdrehung angeordnet. Zur Erfassung der Anzahl der Umdrehungen der Eingangswelle (2) ist ein Multiturn-Teil (5) mit untersetzt angetriebenen weiteren Codescheiben in Form von Magnetkörpern (10, 11, 12) vorgesehen. Zwischen der ersten Codescheibe (3) und dem Multiturn-Teil (5) ist eine Leiterplatte (4) mit Detektoreinrichtungen (8, 30, 31, 32) zur Abtastung der ersten Codescheibe (3) und den Magnetkörpern (10, 11, 12) angeordnet. Die Detektoreinrichtungen (8, 30, 31, 32) der ersten Codescheibe (3) und der Magnetkörper (10, 11, 12) sind auf einer gemeinsamen Seite (40) einer Leiterplatte (4) montiert, die der ersten Codescheibe (3) gegenübersteht (Figur 2).
Description
In vielen Fällen ist es erforderlich, die Position einer Welle innerhalb einer
Umdrehung sowie die Anzahl von Umdrehungen absolut zu erfassen. Zu
diesem Zweck werden Multiturn-Codedrehgeber eingesetzt, wie beispiels
weise in der WO 99/57522, der DE 28 17 172 C2 und der DE 195 34 995 A1
beschrieben.
Derartige Drehgeber sollen einerseits kompakt aufgebaut sein und ande
rerseits eine hohe Messgenauigkeit aufweisen. Gemäß dem Drehgeber der
DE 28 17 172 C2 sind zum platzsparenden Aufbau die über ein Unter
setzungsgetriebe angetriebenen Codescheiben innerhalb des Umfangsbe
reiches der Eingangscodescheibe angeordnet. Die Detektorelemente zur
Abtastung der Eingangs-Codescheibe und der dazu untersetzt angetriebe
nen Codescheiben sind auf unterschiedlichen Leiterplatten angeordnet.
Bei dem in der DE 195 34 995 A1 beschriebenen Multiturn-Codedrehgeber
sind die Detektorelemente zur Abtastung einer Eingangs-Codescheibe und
dazu untersetzt angetriebener Codescheiben auf einer Seite einer
gemeinsamen Leiterplatte angeordnet. Um dies zu erreichen, sind die
untersetzt angetriebenen Codescheiben räumlich neben der Eingangs-
Codescheibe angeordnet, was die Baugröße erhöht und den Aufbau
erschwert, da kein modularer Aufbau möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Multiturn-Codedrehgeber
anzugeben, der kompakt aufgebaut ist, eine modulare Bauweise ermöglicht
und eine hohe Winkelauflösung hat.
Diese Aufgabe wird von einer Anordnung mit den Merkmalen des Patentan
spruchs 1 gelöst.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass die Detektoreinrichtungen
des Eingangs-Codeträgers und der untersetzt dazu angetriebenen
Codeträger auf einer einzigen Oberfläche einer Leiterplatte in einem
gemeinsamen Verfahrensschritt nach bekannten Kontaktierungsverfahren
aufgebracht werden können.
Die gegenüberliegende Oberfläche der Leiterplatte steht für weitere Bau
elemente zur Signalverarbeitung zur Verfügung und kann nach einem
weiteren Verfahren bestückt werden. Darüber hinaus kann zumindest
weitgehend der gesamte Umfang des Drehgebers für die Codierung des
Eingangs-Codeträgers verwendet werden, wodurch eine maximale
Winkelauflösung in Abhängigkeit des gesamten Umfangs des Drehgebers
ermöglicht wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patent
ansprüchen angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt. Es zei
gen
Fig. 1 den schematischen Aufbau eines Multiturn-Co
dedrehgebers im Querschnitt und
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Multiturn-Co
dedrehgebers als Explosionsdarstellung.
Der Multiturn-Codedrehgeber ist modular aufgebaut und besteht aus einem
Trägerteil 1, einer Eingangewelle 2 mit einer daran befestigten Eingangs-
Codescheibe 3, einer Leiterplatte 4 und einem Multiturn-Teil 5. Zur Erfas
sung der absoluten Position innerhalb einer Umdrehung der Eingangswelle
2 trägt diese eine Codierung 6, die von einer Lichtquelle 7 beleuchtet wird
und von einer Detektoreinrichtung 8 abgetastet wird. Die Codierung 6 ist ein
mehrspuriger Code, in der Regel ein Gray-Code, wobei die feinste Spur eine
hochauflösende Inkrementalspur ist, die vorteilhafterweise möglichst weit
außen am Umfang der Codescheibe 3 angeordnet ist, um möglichst viele
Teilungsperioden über den Umfang anordnen zu können. Je mehr Teilungs
perioden über den gesamten Umfang angeordnet sind, desto höher ist die
zu erfassende Winkelauflösung des Drehgebers.
Die Eingangswelle 2 ist im Trägerkörper 1 drehbar gelagert und treibt unter
setzt weitere Codeträger 10, 11, 12 an. Hierzu ist im Multiturn-Teil 5 ein Un
tersetzungsgetriebe 20 angeordnet, von dem in Fig. 1 die Zahnräder 21
und 22 im Schnitt dargestellt sind. Die weiteren Codeträger 10, 11, 12
dienen zur Messung der Anzahl der Umdrehungen der Eingangswelle 2,
wobei jede weitere Codescheibe 10, 11, 12 über das Untersetzungsgetriebe
20 von dem jeweils vorgeschalteten Codeträger 10, 11, 12 untersetzt
angetrieben wird und zur Abtastung jedes Codeträgers 10, 11, 12 eine
Detektoreinrichtung 30, 31, 32 vorgesehen ist, von denen in den Figuren nur
eine zu sehen ist. Zum platzsparenden Aufbau sind die Codeträger 10, 11,
12 innerhalb des Umfangsbereiches der Eingangs-Codescheibe 3 angeord
net.
Die Drehachsen der Codeträger 10, 11, 12 sind konzentrisch und parallel
zur Eingangswelle 2 und die Codeträger 10, 11, 12 sind in einer gemeinsa
men Ebene angeordnet. Jeder der Codeträger ist ein Magnetkörper 10, 11,
12 mit in Umfangsrichtung abwechselnd angeordneten Magnetpolen (Nord
Süd), im einfachsten Fall sind die Magnetkörper 10, 11, 12 jeweils als Stab
magnete mit einem einzigen Nord- und Südpol ausgeführt.
Die Detektoreinrichtung 8 zur lichtelektrischen Abtastung der Eingangs-Co
descheibe 3 und die Detektoreinrichtungen 30, 31, 32 zur Erfassung der
Magnetfelder der Magnetkörper 10, 11, 12 sind Halbleiterbauelemente und
auf einer gemeinsamen Oberfläche 40 bzw. Seite der Leiterplatte 4 aufge
bracht und elektrisch kontaktiert. Diese Oberfläche 40 der Leiterplatte 4 ist
der Eingangs-Codescheibe 3 direkt gegenüberliegend angeordnet. Der
Multiturn-Teil 5 mit den Magnelkörpern 10, 11, 12 steht der anderen
Oberfläche 41 der Leiterplatte 4 gegenüber. Die eine Oberfläche 40 der
Leiterplatte 4 ist vorteilhafterweise durch ein erstes Verfahren bestückt und
die gegenüberliegende Oberfläche 41 mit einem zweiten davon
abweichenden Verfahren bestückt. Die lichtelektrische Detektoreinrichtung 8
und die magnetfeldempfindlichen Detektoreinrichtungen 30, 31, 32 sind
mittels Drahtbonden auf der Oberfläche 40 kontaktiert und elektrische
Bauelemente zur Signalverarbeitung der Abtastsignale der
Detektoreinrichtungen 8, 30, 31, 32 sind SMD-Bauelemente und auf der
Oberfläche 41 oberflächenmontiert.
Die Leiterplatte 4 ist zumindest im Bereich, in dem sie die lichtelektrische
Detektoreinrichtung 8 trägt und in dem sie am Trägerteil 1 befestigt ist, dick
und somit stabil ausgebildet. In den Abtastbereichen zur Erfassung der
Magnetfelder der Magnetkörper 10, 11, 12 in denen die magnetfeldempfind
lichen Detektoreinrichtungen 30, 31, 32 angeordnet sind, ist die Leiterplatte
4 in ihrer Dicke verringert oder mit Durchbrüchen versehen. In Fig. 1 ist
einer dieser dünner ausgebildeten Bereiche in Form einer Sacklochbohrung
50 dargestellt und in Fig. 2 ist jeweils eine Scklochbohrung 50, 51, 52 für
einen der Magnetkörper 10, 11, 12 schematisch dargestellt. Diese
Maßnahme hat den Vorteil, dass der Abstand zwischen den mag
nelfeldempfindlichen Detektoreinrichtungen 30, 31, 32 und den Magnetkör
pern 10, 11, 12 annähernd oder sogar kleiner als die Dicke der Leiterplatte 4
gewählt werden kann, wodurch die Qualität, insbesondere die Amplituden
der Abtastsignale erhöht wird.
Der Multiturn-Teil 5, die Codescheibe 3 und die Leiterplatte 4 sind durch
eine gemeinsame Abdeckung 9 vor Umwelteinflüssen geschützt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Codescheibe 3 im Durchlicht
abgetastet, die Erfindung ist aber auch bei einer Codescheibe anwendbar,
die im Auflicht abtastbar ist, indem auch die Lichtquelle 7 auf der Leiterplatte
4 auf der Seite 40 angeordnet und dort vorzugsweise auch kontaktiert ist.
Ein kompakter Aufbau ist auch in nicht dargestellter Weise erreichbar, wenn
die erste Codescheibe 3 zwischen der Leiterplatte 4 und den Magnetkörpern
10, 11, 12 angeordnet ist. Die erste Codescheibe 3 kann wiederum im
Durchlicht- oder Auflicht-Abtastverfahren abgetastet werden. Alle Detektor
einrichtungen 8, 30, 31, 32 sind auf der Seite 40 der Leiterplatte 4
aufgebracht, die der Codescheibe 3 gegenübersteht. Das Magnetfeld der
Magnetkörper 10, 11, 12 gelangt durch die Codescheibe 3 zu den
magnetfeldempfindlichen Detektoreinrichtungen 30, 31, 32 auf der
Leiterplatte 3, weshalb die Codescheibe 3 aus nichtferromagnetischem
Material bestehen muss.
Jede der Detektoreinrichtungen 30, 31, 32 ist vorteilhafterweise ein Halblei
tersubstrat mit einer darin integrierten räumlichen Anordnung von mehreren
magnetfeldempfindlichen Sensorelementen in Form von Hall- oder magneto
resistiven Elementen und enthält eine Auswerteschaltung, um an dessen
Ausgang ein digitales Codewort mit mehreren Bits auszugeben, das die ab
solute Winkellage des zugeordneten Magnetkörpers 10, 11, 12 angibt.
Claims (7)
1. Multiturn-Codedrehgeber mit
einem ersten Codeträger (3), der mit einer Eingangswelle (2) ver bunden ist und zur Erfassung der Winkellage der Eingangswelle (2) von einer Detektoreinrichtung (8) abtastbar ist;
mehreren weiteren Codeträgern (10, 11, 12) zur Messung der An zahl der Umdrehungen der Eingangswelle (2), wobei jeder weitere Codeträger (10, 11, 12) über ein Untersetzungsgetriebe (20) unter setzt zu dem jeweils vorgeschalteten Codeträger (3, 10, 11) ange trieben ist und zur Abtastung jedes weiteren Codeträgers (10, 11, 12) eine Detektoreinrichtung (30, 31, 32) vorgesehen ist;
die weiteren Codeträger (10, 11, 12) innerhalb des Umfangsberei ches des ersten Codeträgers (3) angeordnet sind, dadurch gekenn zeichnet, dass
die Detektoreinrichtung (8) des ersten Codeträgers (3) und die De tektoreinrichtungen (30, 31, 32) der weiteren Codeträger (10, 11, 12) auf einer gemeinsamen Seite (40) einer Leiterplatte (4) ange ordnet sind.
einem ersten Codeträger (3), der mit einer Eingangswelle (2) ver bunden ist und zur Erfassung der Winkellage der Eingangswelle (2) von einer Detektoreinrichtung (8) abtastbar ist;
mehreren weiteren Codeträgern (10, 11, 12) zur Messung der An zahl der Umdrehungen der Eingangswelle (2), wobei jeder weitere Codeträger (10, 11, 12) über ein Untersetzungsgetriebe (20) unter setzt zu dem jeweils vorgeschalteten Codeträger (3, 10, 11) ange trieben ist und zur Abtastung jedes weiteren Codeträgers (10, 11, 12) eine Detektoreinrichtung (30, 31, 32) vorgesehen ist;
die weiteren Codeträger (10, 11, 12) innerhalb des Umfangsberei ches des ersten Codeträgers (3) angeordnet sind, dadurch gekenn zeichnet, dass
die Detektoreinrichtung (8) des ersten Codeträgers (3) und die De tektoreinrichtungen (30, 31, 32) der weiteren Codeträger (10, 11, 12) auf einer gemeinsamen Seite (40) einer Leiterplatte (4) ange ordnet sind.
2. Multiturn-Drehgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Codeträger (3) der Seite (40) der Leiterplatte (4)
gegenüberliegend angeordnet ist, auf der die Detektoreinrichtungen
(8, 30, 31, 32) angeordnet sind und die weiteren Codeträger (10,
11, 12) der gegenüberliegenden Seite (41) der Leiterplatte (4)
zugewandt angeordnet sind.
3. Multiturn-Drehgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die weiteren Codeträger um parallel zur Eingangswelle (2)
verlaufende Drehachsen drehbar gelagerte Magnetkörper (10, 11,
12) sind, denen jeweils eine magnetfeldempfindliche
Detektoreinrichtung (30, 31, 32) zugeordnet ist, und dass die
Leiterplatte (4) im Bereich der magnetfeldempfindlichen
Detektoreinrichtungen (30, 31, 32) dünner ausgebildet ist als im
übrigen Bereich.
4. Multiturn-Drehgeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Leiterplatte (4) im Bereich der magnetfeldempfindlichen
Detektoreinrichtungen (30, 31, 32) Durchbrüche oder Sacklochboh
rungen (50) aufweist.
5. Multiturn-Drehgeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
dass die Magnetkörper (10, 11, 12) in die Durchbrüche oder Sack
lochbohrungen (50) hineinragen.
6. Multiturn-Drehgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3
bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Magnetkörper (10,
11, 12) in Drehrichtung abwechselnd unterschiedlich magnetisiert
ist.
7. Multiturn-Drehgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Codeträger eine licht
elektrisch abtastbare Codescheibe (3) ist, der eine photoelektrische
Detektoreinrichtung (8) auf der Leiterplatte (4) zugeordnet ist.
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