DE10110865A1 - Drehgebersystem und Verfahren zur Herstellung eines Inkrementalgebers - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Ermittlung der Drehwinkelposition eines rotierenden Bauteils vorgeschlagen, die eine Abtasteinrichtung und einen an dem Bauteil angeordneten Inkrementalgeber aufweist. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines Inkrementalgebers angegeben. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Inkrementalgeber (29) auf ein an dem Bauteil (1) befestigbaren Verbindungselement (25) aufgebracht oder mit dem Verbindungselement (25) einstückig verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung der Drehwinkelposition eines rotierenden Bauteils, insbesondere eines Zylinders, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Inkrementalgebers für ein rotierendes Bauteil, insbesondere Zylinder, nach Anspruch 10.

Vorrichtungen der hier angesprochenen Art sind bekannt. Sie dienen zur Ermittlung der Drehwinkelposition eines rotierenden Bauteils, beispielsweise eines Plattenzylinders einer Bogen verarbeitenden Maschine und weisen einen ortsfest angeordneten Abtastkopf auf, der mit einem an dem Bauteil angeordneten Inkrementalgeber zusammenwirkt. Die Messung des von dem Bauteil zurückgelegten Drehwinkels erfolgt durch Aufsummieren der von der Abtasteinrichtung überstrichenen Inkremente in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Bauteils, was eine Ermittlung der Drehwinkelposition des Bauteils ermöglicht. Der Inkrementalgeber ist am Umfang eines eine Durchgangsöffnung aufweisenden Koppelelements angeordnet, das über eine Passung mit einem an dem rotierenden Bauteil befestigbaren Verbindungselement verbunden ist. Die Passung ist durch die Durchgangsöffnung des Koppelelements und einen in die Durchgangsöffnung eingreifenden, zylindrischen Abschnitt des Verbindungselements gebildet. Nachdem die Passung hergestellt ist, besteht keine Möglichkeit mehr, den radialen Abstand des Inkrementalgebers beziehungsweise der Inkremente zur Mittel- oder Drehachse des Verbindungselements und deren axiale Position zu verändern. Somit ist die Genauigkeit des Inkrementalgebers von der Qualität der Passung abhängig. Um eine hohe Genauigkeit des Inkrementalgebers zu erreichen, muss die Passung sehr exakt sein, wobei bei einem Rundlauffehler des Inkrementalgebers von 1 µm ein Messwertfehler von circa +/- 3 Winkelsekunden auftritt. Zu diesem durch die Passung hervorgerufenen Fehler kommt noch der Fehler durch den Inkrementalgeber hinzu, der beispielsweise in einem Bereich von circa +/- 4 Winkelsekunden liegt. Aufgrund der Toleranzen der Passung und des Inkrementalgebers kann häufig die geforderte Genauigkeit der Drehwinkelpositionsbestimmung des Bauteils nicht erfüllt werden.

Aus der DE 35 44 751 C2 geht ein Drehgeber zur Ermittlung der Drehwinkelposition einer Antriebswelle hervor, der eine photoelektrische Abtasteinheit aufweist, die aus einem Sender sowie einem Anfänger besteht. Zwischen diesen Bauteilen läuft eine an einem Rotor fixierte Codierscheibe um. Der Rotor ist seinerseits am stirnseitigen Ende der Antriebswelle angebracht. Als Halterung für die Abtasteinheit ist ein Stator vorgesehen, der über einen Lagerbefestigungsring, der auf der dem Stator zugewandten Seite der Codierscheibe befestigt ist, mit dem Rotor verbunden ist. Als Sicherung des Stators gegen ein Verdrehen in Umfangsrichtung gegenüber einem Gehäuse ist ein Bolzen vorgesehen. Es hat sich gezeigt, dass mittels des Bolzens keine feste Verdrehsicherung des Senders und Empfängers gewährleistet werden kann, so dass bei einer Rotation der Antriebswelle in beiden Richtungen ein Messfehler auftreten kann. Der Drehgeber weist ferner den Nachteil auf, dass aufgrund der großen Anzahl seiner Bauteile sich alle Toleranzen im Rund- und Planlauf summieren, so dass große Anforderungen an die Toleranzen der Bauteile beziehungsweise der Verbindungen und Passungen gestellt werden müssen. Dadurch ist die Herstellung des Drehgebers sehr aufwendig und daher kostenintensiv. Darüber hinaus ist der für den Drehgeber bereitzustellende Bauraum sehr groß.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine hohe Rundlaufgenauigkeit und vorzugsweise eine hohe Planlaufgenauigkeit des Inkrementalgebers gewährleistet werden kann. Zudem soll die Vorrichtung vorzugsweise einen einfachen und somit kostengünstigen Aufbau aufweisen und nur wenig Bauraum beanspruchen. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Inkrementalgebers für ein rotierendes Bauteil anzugeben, bei dem eine hohe Präzision hinsichtlich der Rund- und Planlaufgenauigkeit des Inkrementalgebers sichergestellt werden kann.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass der Inkrementalgeber auf ein an dem Bauteil befestigbaren Verbindungselement aufgebracht oder mit dem Verbindungselement einstückig verbunden ist. Es wird also auf ein Koppelelement, wie es bei der bekannten Vorrichtung benötigt wird, verzichtet und der Inkrementalgeber direkt dem Verbindungselement zugeordnet. Dadurch kann eine sehr hohe Rund- und Planlaufgenauigkeit des Inkrementalgebers sichergestellt werden, so dass eine präzise Drehwinkelpositionsbestimmung des Bauteils, das beispielsweise ein Plattenzylinder oder ein Bildzylinder einer Bogen verarbeitenden Maschine ist, gewährleistet werden kann.

Nach einer ersten Ausführungsvariante ist der Inkrementalgeber auf dem Verbindungselement aufgebracht, das heißt, die Inkremente des Inkrementalgebers sind nicht in oder an einem separaten Teil vorgesehen, sondern werden beispielsweise auf dem Umfang des Verbindungselements ausgebildet. Die Inkremente können beispielsweise dadurch gebildet werden, dass Flächenbereiche des Verbindungselements magnetisiert werden, wobei zwischen zwei magnetisierten Flächenbereichen ein vorzugsweise nicht magnetisierter Flächenbereich angeordnet ist. Auf einen magnetisierten Flächenbereich folgt vorzugsweise ein nicht magnetisierter Flächenbereich oder ein stärker oder schwächer magnetisierter Flächenbereich, der also eine andere physikalische oder eine veränderte Eigenschaft aufweist. Nach einer weiteren Ausführungsvariante ist der Inkrementalmaßstab stoffschlüssig, also beispielsweise durch Kleben, Löten oder Verschweißen mit dem Verbindungselement verbunden.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Vorrichtung weist der Inkrementalgeber mehrere über den Umfang des Verbindungselements verteilt angeordnete Inkremente auf. Die vorzugsweise einen Abtastkopf aufweisende Abtasteinrichtung ist hier am Umfang des am rotierenden Bauteil fixierten Verbindungselements angeordnet, so dass eine gute Zugänglichkeit zu der dem rotierenden Bauteil abgewandten Stirnseite des Verbindungselements gegeben ist. Dadurch kann mindestens eine weitere Einrichtung unmittelbar an der Stirnseite des Verbindungselements angeordnet werden.

Grundsätzlich ist es auch möglich, den Inkrementalgeber auf der dem rotierenden Bauteil abgewandten Stirnseite des Verbindungselements anzubringen beziehungsweise auszubilden.

Bevorzugt wird auch ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, das sich dadurch auszeichnet, dass das Verbindungselement an der Stirnseite des Bauteils mit Hilfe mindestens eines Befestigungsmittels, beispielsweise einer Schraube, lösbar befestigt ist. Dadurch kann eine kleine Bauhöhe der Vorrichtung realisiert werden. In bevorzugter Ausführungsform ist das Verbindungselement an der Stirnseite eines Lagerzapfens des rotierenden Bauteils befestigt, so dass zumindest Teile der Vorrichtung mit der Lagerung des Bauteils koppelbar sind.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Zur Lösung der Aufgabe wird ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Inkrementalgebers für ein rotierendes Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vorgeschlagen. Es zeichnet sich dadurch aus, dass der Inkrementalgeber auf einen Grundkörper aufgebracht oder an dem Grundkörper ausgebildet wird, wobei der Grundkörper ein direkt an dem Bauteil befestigbares Verbindungselement ist. Dadurch kann auf ein Koppelelement, wie es bei bekannten Vorrichtungen als Haltemittel für den Inkrementalgeber dient, verzichtet werden, was den Aufbau einer Vorrichtung zur Ermittlung der Drehwinkelposition eines rotierenden Bauteils vereinfacht. Ferner entfällt eine aufwendige Vorausrichtung des Inkrementalgebers bezüglich seines Rund- und Planlaufs. Darüber hinaus ist auch eine kompakte, platzsparende Bauweise der Vorrichtung realisierbar, die aufgrund der geringen Anzahl der Bauteile kostengünstig herstellbar ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass zumindest die Fläche des Grundkörpers, an der Inkrementalgeber angeordnet werden soll, fertiggestellt ist, bevor der Inkrementalgeber darauf aufgebracht oder daran ausgebildet wird. Die angesprochene Fläche ist vorzugsweise die Umfangsfläche beziehungsweise ein Umfangsflächenbereich des Verbindungselements. Dadurch, dass der Inkrementalgeber an dem Verbindungselement ausgebildet wird, beispielsweise indem die Inkremente durch partielles Magnetisieren der Fläche gebildet werden, ist eine Justierung des Inkrementalgebers gegenüber der Rotationsachse des Bauteils oder des Verbindungselements nicht erforderlich, was die Montage der Vorrichtung vereinfacht.

In bevorzugter Ausführungsform wird der Inkrementalgeber an dem Verbindungselement ausgebildet oder aufgebracht, bevor das Verbindungselement an dem Bauteil fixiert wird. Das Verbindungselement und der Inkrementalgeber bilden also eine Baugruppe, die vorzugsweise vollständig vorfertigbar ist, was eine einfache Montage der Vorrichtung zur Ermittlung der Drehwinkelposition ermöglicht.

Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten des Verfahrens ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt einen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels einer mindestens ein rotierendes Bauteil 1 aufweisenden, nicht näher dargestellten Maschine 3. Im folgenden wird rein beispielhaft davon ausgegangen, dass es sich hier um eine Bogen verarbeitende Maschine, insbesondere um eine Bogendruckmaschine beziehungsweise Offsetdruckmaschine handelt.

Das Bauteil 1 ist hier von einem Zylinder 5, beispielsweise Bildzylinder oder Plattenzylinder, gebildet und weist an seinen Enden jeweils einen Lagerzapfen 7 auf, der von einer Lagerung 9 drehbar an einem Gestell 11 gehalten ist. Im Folgenden wird beispielhaft davon ausgegangen, dass der Zylinder 5 ein Plattenzylinder ist. Die Lagerung 9 weist hier von Nadellagern gebildete Wälzlager 13 und 15 sowie eine Lagerhülse 17 auf.

An der Stirnfläche des Lagerzapfens 7 ist mit Hilfe von Befestigungsmitteln, von denen in der Ansicht gemäß der Figur lediglich das Befestigungsmittel 23 erkennbar ist, ein Verbindungselement 25 befestigt, das hier zylindrisch ausgebildet ist und eine rotationssymmetrische Außenkontur aufweist. Die Befestigungsmittel 23 sind hier von Schrauben 27 gebildet, die in nicht näher dargestellte Gewindebohrungen im Lagerzapfen 7 eingeschraubt sind. Das Verbindungselement 25 ist also lösbar am Lagerzapfen 7 angebracht.

Wie aus der Figur ersichtlich, ist das montierte Verbindungselement 26 größtenteils in einer Ausnehmung 28 der Lagerhülse 17 angeordnet, wobei lediglich ein kurzer, hier der durchmessergrößte Längsabschnitt des Verbindungselements 25 über die Stirnseite der Lagerhülse 17 übersteht.

An der aus der Ausnehmung 28 der Lagerhülse 17 hervorstehenden Mantel­ beziehungsweise Umfangsfläche des Verbindungselements 25 ist ein Inkrementalgeber 29 vorgesehen, der Teil einer Vorrichtung 31 zur Ermittlung der Drehwinkelposition des Plattenzylinders 5 ist. Die Inkremente des in dieser Ansicht nicht näher erkennbaren Inkrementalmaßstabs sind dadurch gebildet, dass die den Inkrementalgeber 29 aufweisende Außenumfangsfläche des Verbindungselements 25 partiell magnetisiert ist, derart, dass der Umfang des Verbindungselements 25 in gleich große, die Inkremente bildende Teilstücke unterteilt ist, wobei die einzelnen Inkremente - in Umfangsrichtung des Verbindungselements 25 gesehen - zur Unterscheidung zweier benachbarter Inkremente abwechselnd magnetisiert/nicht magnetisiert sind. Der Inkrementalgeber 29 ist also einstückig mit dem Verbindungselement 25 verbunden, wobei die Inkremente beziehungsweise der Inkrementalmaßstab vorzugsweise nach der Fertigung des Verbindungselements 25 aufgebracht ist.

Die Vorrichtung 31 weist ferner eine Abtasteinrichtung 33 mit einem Abtastkopf 35 auf, der am Umfang des Verbindungselements 25 angeordnet und an der Lagerhülse 17 befestigt ist. Die Abtasteinrichtung 33 liefert bei einer Rotation des Lagerzapfens 7 sogenannte Zählimpulse, die von einem Zähler aufsummiert werden, wodurch die Drehwinkelposition des Plattenzylinders 5 ermittelbar beziehungsweise messbar ist. Die Vorrichtung 31 gibt vorzugsweise ein Signal an eine Bebilderungssteuerung weiter, wobei mit dem Signal der Bebilderungsanfang am Plattenzylinder 5 festgelegt wird. Um alle Druckplatten im optimalen Register zu bebildern, muss der Bebilderungsanfang jeder Druckplatte in jedem Druckwerk übereinstimmen.

Der Abtastkopf 35 kann - je nach Ausgestaltung des Inkrementalgebers 29 - mindestens einen photoelektrischen Impulsgeber oder auch einen Impulsgeber mit magnetischer Abtastung oder dergleichen aufweisen.

Es bleibt festzuhalten, dass mit Hilfe der anhand der Figur beschriebenen Vorrichtung 31 die Drehzahl und die exakte Position des Plattenzylinders 5 ermittelbar ist. Diese Informationen werden über bestimmte Signale an die Bebilderungssteuerung weitergeleitet. Anhand dieser Signale wird das Sujet auf der Druckplatte mittels Laserstrahlen erzeugt beziehungsweise über die Positionsermittlung durch den Inkrementalgeber 29 der Bebilderungssteuerung mitgeteilt, wann der Laserstrahl "angeschaltet" und wann er "ausgeschaltet" werden muss. Die Drehschwingungen des Plattenzylinders 5 werden durch den Inkrementalgeber 29 erfasst und durch die Bebilderungssteuerung während des Bebilderungsprozesses berücksichtigt.

Die Vorteile der Vorrichtung 31 bestehen darin, dass sie nur wenig Bauteile aufweist und dass der an dem Verbindungselement 25 vorgesehene Inkrementalgeber 29 nach der Fixierung des Verbindungselements 25 an dem Lagerzapfen 7 nicht justiert werden braucht, wie bei bekannten Vorrichtungen, um eine hohe Rundlauf und Planlaufgenauigkeit herzustellen, da ein exakter Rund- und Planlauf bereits dadurch gegeben ist, dass der Inkrementalgeber unmittelbar an dem Verbindungselement 25 vorgesehen ist. Eine gewünschte Rundlauf und Planlaufgenauigkeit des Inkrementalgebers 29 ergibt sich also selbständig beim Anbringen des Verbindungselements 25 am Lagerzapfen 7.

Damit eine sehr exakte Drehwinkelposition des Plattenzylinders 5 möglich ist, wird zur Einstellung der Vorrichtung 31 der Plattenzylinder 5 vorzugsweise in eine Nullposition gedreht, wobei der Betrieb des inkrementalen Meßsystems 1 erst dann freigegeben wird.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Ermittlung der Drehwinkelposition eines rotierenden Bauteils, insbesondere eines Zylinders, mit einer Abtasteinrichtung und einem an dem Bauteil angeordneten Inkrementalgeber, dadurch gekennzeichnet, dass der Inkrementalgeber (29) auf ein an dem Bauteil (1) befestigbaren Verbindungselement (25) aufgebracht oder mit dem Verbindungselement (25) einstückig verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Inkrementalgeber (29) mehrere, über den Umfang des Verbindungselements (25) verteilt angeordnete Inkremente aufweist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Inkremente - in Umfangsrichtung des Verbindungselements (25) gesehen - abwechselnd magnetisch/nicht magnetisch sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement an der Stirnseite des Bauteils (1), insbesondere an der Stirnseite eines Lagerzapfens (7) des Bauteils (1), insbesondere mittels mindestens eines lösbaren Befestigungsmittels (23), befestigt ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (25) unmittelbar mit dem Bauteil (1) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtasteinrichtung (33) an einer Lagerhülse (17) des Bauteils (1) befestigt ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (31) innerhalb einer Bogen verarbeitenden Maschine eingesetzt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine eine Druckmaschine, vorzugsweise Bogendruckmaschine, insbesondere Offsetdruckmaschine, ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) ein Druckplattenzylinder (5) ist.

10. Verfahren zur Herstellung eines Inkrementalgebers für ein rotierendes Bauteil, insbesondere Zylinder, dadurch gekennzeichnet, dass der Inkrementalgeber auf einen Grundkörper aufgebracht oder an dem Grundkörper ausgebildet wird, wobei der Grundkörper ein direkt an dem Bauteil befestigbares Verbindungselement ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Fläche des Grundkörpers, an der der Inkrementalgeber angeordnet werden soll, fertiggestellt ist, bevor der Inkrementalgeber darauf aufgebracht oder daran ausgebildet wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Inkrementalmaßstab durch partielles Magnetisieren der Fläche gebildet wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Inkrementalgeber an dem Verbindungselement aufgebracht oder ausgebildet ist, bevor das Verbindungselement an dem Bauteil fixiert wird.