DE102004004099B3 - Position sensor for detecting rotary body, e.g. print roller, axial position has first and second components with constant interaction when rotating relative to each other, variable interaction by moving them axially relative to each other - Google Patents

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Abstract

The device has a first component (1) with a longitudinal axis, a second component (3) rotatable about the longitudinal axis of the first component and that interacts with the first component, whereby either the first or second component can be connected to rotate with the rotary body and the interaction between the first and second components is constant when they are rotating relative to each other and is variable by moving them axially relative to each other. Independent claims are also included for the following: (A) a print roller with a position sensor (B) and a method of detecting the position of a rotary body.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Positionssensor zum Detektieren einer axialen Position eines Rotationskörpers. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Detektieren dieser axialen Position.The The present invention relates to a position sensor for detecting an axial position of a rotating body. In addition, the present concerns Invention a corresponding method for detecting these axial Position.

Für bestimmte Anwendungen, z.B. Reiberwalzen bei Druckmaschinen, sind Antriebe erforderlich, bei denen eine Drehbewegung mit einer kurzhubigen Linearbewegung überlagert werden kann. Durch einen sogenannten Kombinationsantrieb, bei dem ein elektrischer (Dreh-) Motor mit einem Linearmotor konstruktiv vereint sind, kann eine derartige überlagerte Bewegungsform erzeugt werden. Beide Teilantriebe benötigen jeweils einen Rückkopplungssensor, der unbeeinflusst von der jeweils anderen Bewegung sein muss. Dies bedeutet, dass der lineare Positionssensor nicht von der Drehbewegung des Antriebs beeinflusst werden darf und der Rotationssensor unabhängig von einer linearen Bewegung arbeiten muss.For certain Applications, e.g. Driver rollers in printing presses, are drives required in which a rotary motion with a short-stroke Linear motion superimposed can be. By a so-called combination drive, in which an electric (rotary) motor with a linear motor constructive united, such a superimposed motion form can be generated become. Both partial drives need each a feedback sensor, which must be unaffected by the other movement. This means that the linear position sensor is not aware of the rotational movement of the drive may be influenced and the rotation sensor independent of a linear movement has to work.

In der Druckindustrie werden für Reiberwalzen derzeit jedoch hauptsächlich Kombinationsantriebe eingesetzt, bei denen die Linearbewegung über eine Mechanik, beispielsweise Kurvenscheiben, Pleuel, etc., aus der Drehbewegung erzeugt wird. In diesem Fall ist nur ein herkömmlicher Rotationssensor erforderlich, der in den Motor integriert ist. Er erfasst die Drehbewegung, und aus ihr ergibt sich automatisch die Linearbewegung.In the printing industry will be for However, friction rollers currently mainly combine drives used in which the linear movement via a mechanism, for example Cams, connecting rods, etc., from the rotational movement is generated. In this case, only a conventional Rotation sensor required, which is integrated in the motor. He detects the rotation, and from it automatically results Linear motion.

Außerdem ist aus der Patentschrift DE 101 56 782 C1 ein Gebersystem für einen Ferraris-Bewegungsgeber bekannt. Dabei bilden ein oder mehrere Magnetfelderzeuger zusammen mit einem elektrisch leitenden Messkörper eine magnetische Messanord nung. Der Magnetfelderzeuger und der Messkörper führen im Betrieb eine Relativbewegung zueinander aus und durch einen daran angekoppelten Magnetfeldsensor werden geschwindigkeits- oder beschleunigungsabhängige Ausgangssignale generiert. Dabei wird durch zwei in axialer Richtung ineinander greifende, zum Messkörper konzentrisch angeordnete Magnetkörper das Magnetfeld der sich im Betrieb ausbildenden Wirbelströme geführt.In addition, from the patent DE 101 56 782 C1 a donor system for a Ferraris motion encoder known. One or more magnetic field generators together with an electrically conductive measuring body form a magnetic Messanord voltage. During operation, the magnetic field generator and the measuring body perform a relative movement relative to one another and speed-dependent or acceleration-dependent output signals are generated by a magnetic field sensor coupled thereto. In this case, the magnetic field of the eddy currents forming during operation is guided through two magnetic bodies, which mesh with one another in the axial direction and are arranged concentrically with respect to the measuring body.

Ein weiteres Gebersystem für einen Ferraris-Bewegungsgeber ist aus der Druckschrift WO 02/093179 A1 bekannt. Als Messkörper ist eine zylindrische Gerätewelle, deren Bewegung erfasst werden soll, vorgesehen.One another encoder system for a Ferraris motion sensor is from document WO 02/093179 A1 known. As a measuring body is a cylindrical device shaft, whose movement is to be detected, provided.

Da jedoch der Bedarf besteht, die Teilbewegungen des Antriebs unabhängig voneinander durchführen zu können, besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Sensor vorzu schlagen, mit dem die Linearbewegung bzw. -position unabhängig von einer Drehbewegung erfasst werden kann.There However, the need exists, the partial movements of the drive independently carry out to be able to the object of the present invention is a sensor vorzu beat, with the linear motion or position regardless of a rotational movement can be detected.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Positionssensor zum Detektieren einer axialen Position eines Rotationskörpers mit einer ersten Komponente, die eine Längsachse besitzt, einer zweiten Komponente, die um die Längsachse der ersten Komponente relativ zu dieser drehbar ist und die mit der ersten Komponente in Wechselwirkung steht, wobei entweder die erste oder die zweite Komponente drehfest mit dem Rotationskörper verbindbar ist und die erste und/oder zweite Komponente beispielsweise durch rotationssymmetrischen Aufbau so gestaltet sind/ist, dass bei Drehung beider Komponenten zueinander deren Wechselwirkung im Wesentlichen konstant bleibt und wobei die Wechselwirkung durch axiale Verschiebung beider Komponenten zueinander veränderlich ist. Vorzugsweise ist die erste Komponente stabförmig, rotationssymmetrisch und magnetisch oder magnetisiert und steht mit der zweiten Komponente in magnetischer Wechselwirkung.According to the invention this Task solved by a position sensor for detecting an axial position of a rotating body with a first component having a longitudinal axis, a second component Component that is around the longitudinal axis the first component is rotatable relative to this and the with the first component interacts with either the first or the second component rotatably connected to the rotary body connectable is and the first and / or second component, for example, by rotationally symmetric structure are designed so / is that upon rotation Both components of their interaction substantially remains constant and where the interaction is due to axial displacement both components is mutually variable. Preferably the first component is rod-shaped, rotationally symmetric and magnetic or magnetized and stands with the second component in magnetic interaction.

Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen ein Verfahren zum Detektieren einer axialen Position eines Rotationskörpers durch Bereitstellen eines Positionssensors mit zwei zueinander drehbaren Komponenten, die miteinander in Wechselwirkung stehen, wobei eine der Komponenten an dem Rotationskörper befestigt wird, Konstanthalten der Wechselwirkung beider Komponenten bei reiner Drehbewegung des Rotationskörpers, Ändern der Wechselwirkung beider Komponenten bei axialer Bewegung des Rotationskörpers, und Ermitteln der axialen Position des Rotationskörpers aus der Änderung der Wechselwirkung.Further is provided according to the invention a method of detecting an axial position of a rotary body Providing a position sensor with two rotatable to each other Components that interact with each other, with a the components is attached to the rotary body, keeping constant the interaction of both components in pure rotational movement of the Rotating body, changing the Interaction of both components during axial movement of the rotating body, and Determining the axial position of the rotating body from the change the interaction.

Vorzugsweise umfasst die erste Komponente eine magnetische Zahnstange, während die zweite Komponente (Abtastkopf) einen Magneten und einen Magnetfeldsensor umfasst. Je nach relativer axialer Position von erster und zweiter Komponente zueinander wird das vom Magneten ausgehende Magnetfeld unterschiedlich beeinflusst, was wiederum vom Magnetfeldsensor de tektiert wird. Wenn die Zahnstange darüber hinaus am Umfang vollständig umlaufende Zähne besitzt, ist die Wechselwirkung invariant gegenüber Drehbewegungen und eine Änderung der Wechselwirkung ergibt sich ausschließlich in Längsrichtung der Zahnstange.Preferably The first component includes a magnetic rack while the second component (scanning head) a magnet and a magnetic field sensor includes. Depending on the relative axial position of first and second Component to each other is the magnetic field emanating from the magnet influenced differently, which in turn de tektiert by the magnetic field sensor becomes. If the rack above beyond the circumference completely circumferential teeth has, the interaction is invariant to rotational movements and a change the interaction results exclusively in the longitudinal direction of the rack.

Auf diese Weise ist es möglich, eine berührungslose Abtastung der ersten Komponente zu erreichen.On this way it is possible a non-contact Scanning of the first component to achieve.

Eine bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen Positionssensors ergibt sich für Druckwalzen in der Druckindustrie.A preferred use of the position sensor according to the invention results for pressure rollers in the printing industry.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, das Prinzip von Zahnradgebern, die die Anmelderin selbst für Hohlwellenmesssysteme herstellt, zur Erfassung einer kombinierten Längs- und Drehbewegung zu verwenden. Bei den bekannten Zahnradgebern werden hochpräzise Zahnräder als Messräder eingesetzt. Es kann damit jedoch nur eine Drehbewegung erfasst werden. Durch das erfindungsgemäße Verwenden einer rotationssymmetrischen Zahnstange kann eine Linearbewegung bzw. -position unabhängig von einer Drehbewegung ermittelt werden.Of the Invention is based on the idea, the principle of gear encoders, the applicant herself for Hohlwellenmesssysteme manufactures, for detecting a combined Longitudinal and rotary motion to use. In the known gear encoders are high-precision gears as Measuring wheels used. However, it can thus be detected only a rotational movement. By the use according to the invention a rotationally symmetrical rack can be a linear movement or position independently be determined by a rotational movement.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, die eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Positionssensors darstellt.The The present invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawing which a schematic diagram of a position sensor according to the invention represents.

Das nachfolgend näher beschriebene Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.The below described embodiment represents a preferred embodiment of the present invention.

In der Figur ist ein Querschnitt durch einen Positionssensor gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Eine magnetische Zahnstange 1 ist rotationssymmetrisch ausgebildet. Ihre im Querschnitt hier trapezartigen Zähne 2 laufen vollständig um die Zahnstange 1.In the figure, a cross section through a position sensor according to the present invention is shown schematically. A magnetic rack 1 is rotationally symmetrical. Their trapezoidal teeth here in cross section 2 run completely around the rack 1 ,

Ein Abtastkopf 3, der gegenüber der Zahnstange 1 frei beweglich ist, umfasst einen Magneten und einen Magnetfeldsensor. Das vom Magneten ausgehende Magnetfeld wird von der magnetischen Zahnstange beeinflusst, so dass sich der Magnetfeldsensor je nach relativer axialer Position der Zahnstange zum Abtastkopf unterschiedlich verhält, während eine Drehbewegung wegen der Rotationssymmetrie der Zahnstange keine Änderung bewirkt. Dieses kann dazu genutzt werden, um die Position des Abtastkopfs relativ zu der Zahnstange 1 zu berechnen. Im vorliegenden Beispiel ändert sich das Magnetfeld entlang der Längsachse der Zahnstange 1 in etwa sinusförmig. Eine Sinusperiode kann dann als Zählintervall verwendet werden. Alternativ können auch die steigenden und fallenden Flanken des detektierten Signals bzw. dessen Maxima und Minima als unmittelbare Positionsinformationen verwendet werden.A scanning head 3 , the opposite of the rack 1 is freely movable, includes a magnet and a magnetic field sensor. The magnetic field emanating from the magnet is influenced by the magnetic rack, so that the magnetic field sensor behaves differently depending on the relative axial position of the rack to the scanning head, while a rotational movement causes no change due to the rotational symmetry of the rack. This can be used to adjust the position of the scanhead relative to the rack 1 to calculate. In the present example, the magnetic field changes along the longitudinal axis of the rack 1 approximately sinusoidal. A sine period can then be used as the counting interval. Alternatively, the rising and falling edges of the detected signal or its maxima and minima can also be used as immediate position information.

Die Auflösung des Positionssensors in Längsrichtung bzw. axialer Richtung kann z.B. durch den Abstand der Zähne 2, die Größe des Magnetfeldsensors 3, aber auch durch den Abstand zwischen den Zähnen 2 und dem Abtastkopf 3 vorgegeben werden.The resolution of the position sensor in the longitudinal direction or axial direction, for example, by the distance of the teeth 2 , the size of the magnetic field sensor 3 but also by the distance between the teeth 2 and the scanning head 3 be specified.

Optimale Ergebnisse hinsichtlich der axialen Positionsbestimmung bei kombinierter Dreh- und Längsbewegung eines Rotationskörpers, an dem der Abtastkopf 3 oder die Zahnstange 1 montiert ist, kann erzielt werden, wenn die Zahnstange 1 – wie oben dargestellt – rotationssymmetrisch ausgestaltet ist. Falls jedoch der Abtastkopf 3 selbst ringförmig und rotationssymmetrisch ausgestaltet ist, ist es nicht notwendig, dass die Zahnstange 1 auch rotationssymmetrisch geformt ist, um drehinvariante Ergebnisse zu erzielen.Optimal results with regard to the axial position determination with combined rotational and longitudinal movement of a rotating body on which the scanning head 3 or the rack 1 mounted, can be achieved when the rack 1 - As shown above - is configured rotationally symmetrical. However, if the readhead 3 itself is designed ring-shaped and rotationally symmetrical, it is not necessary that the rack 1 is also rotationally symmetrical in order to achieve drehinvariante results.

Bei einer konkreten Anwendung ist der Abtastkopf 3 am Innenmantel einer Druckwalze befestigt. Die Zahnstange 1 ragt ins Innere der Druckwalze, die in der Figur nicht dargestellt ist. Über den Abtastkopf 3 ist somit die Position der Druckwalze eindeutig bestimmbar.For a specific application, the scanhead is 3 attached to the inner shell of a pressure roller. The rack 1 protrudes into the interior of the pressure roller, which is not shown in the figure. About the scanning head 3 Thus, the position of the pressure roller is clearly determined.

Bei einer anderen Ausführungsform kann die Zahnstange 1 an der Druckwalze befestigt sein und mit ihr rotieren. In diesem Fall wird der Abtastkopf 3 zum Erfassen der axialen Druckwalzenposition ortsfest montiert.In another embodiment, the rack may 1 be attached to the pressure roller and rotate with it. In this case, the scanning head becomes 3 mounted stationary for detecting the axial pressure roller position.

Claims (9)

Positionssensor zum Detektieren einer axialen Position eines Rotationskörpers gekennzeichnet durch – eine erste Komponente (1), die eine Längsachse besitzt, – eine zweite Komponente (3), die um die Längsachse der ersten Komponente (1) relativ zu dieser drehbar ist, die mit der ersten Komponente (1) in Wechselwirkung steht, wobei – entweder die erste oder die zweite Komponente drehfest mit dem Rotationskörper verbindbar ist, – die erste (1) und/oder zweite Komponente (3) so gestaltet sind/ist, dass bei Drehung beider Komponenten (1, 3) zueinander deren Wechselwirkung im Wesentlichen konstant bleibt und wobei – die Wechselwirkung durch axiale Verschiebung beider Komponenten (1, 3) zueinander veränderlich ist.Position sensor for detecting an axial position of a rotary body characterized by - a first component ( 1 ), which has a longitudinal axis, - a second component ( 3 ) about the longitudinal axis of the first component ( 1 ) is rotatable relative to this, which with the first component ( 1 ) is in interaction, wherein - either the first or the second component is rotatably connected to the rotary body, - the first ( 1 ) and / or second component ( 3 ) are / is designed so that when rotating both components ( 1 . 3 ) whose interaction remains substantially constant and where - the interaction by axial displacement of both components ( 1 . 3 ) is mutually variable. Positionssensor nach Anspruch 1, wobei die erste und/oder zweite Komponente (3) rotationssymmetrisch sind/ist.Position sensor according to claim 1, wherein the first and / or second component ( 3 ) are / are rotationally symmetric. Positionssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Komponente (1) magnetisch oder magnetisiert ist und mit der zweiten Komponente (3) in magnetischer Wechselwirkung steht.Position sensor according to one of the preceding claims, wherein the first component ( 1 ) is magnetically or magnetised and with the second component ( 3 ) is in magnetic interaction. Positionssensor nach Anspruch 3, wobei die zweite Komponente (3) einen Magneten und einen Magnetfeldsensor umfasst.Position sensor according to claim 3, wherein the second component ( 3 ) comprises a magnet and a magnetic field sensor. Positionssensor nach Anspruch 3 oder 4, wobei die erste Komponente (1) eine magnetische Zahnstange umfasst.Position sensor according to claim 3 or 4, where at the first component ( 1 ) comprises a magnetic rack. Positionssensor nach Anspruch 5, wobei die Zahnstange am Umfang vollständig umlaufende Zähne (2) besitzt.Position sensor according to claim 5, wherein the toothed rack on the circumference completely circumferential teeth ( 2 ) owns. Druckwalze mit einem Positionssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Pressure roller with a position sensor according to one of previous claims. Verfahren zum Detektieren einer axialen Position eines Rotationskörpers gekennzeichnet durch – Bereitstellen eines Positionssensors mit zwei zueinander drehbaren Komponenten (1, 3), die miteinander in Wechselwirkung stehen, wobei genau eine der Komponenten an dem Rotationskörper befestigt wird, – Konstanthalten der Wechselwirkung beider Komponenten (1, 3) bei reiner Drehbewegung des Rotationskörpers, – Ändern der Wechselwirkung beider Komponenten (1, 3) bei axialer Bewegung des Rotationskörpers, und – Ermitteln der axialen Position des Rotationskörpers aus der Änderung der Wechselwirkung.Method for detecting an axial position of a rotary body characterized by providing a position sensor with two components which can rotate relative to each other ( 1 . 3 ), which interact with each other, whereby exactly one of the components is attached to the body of revolution, keeping the interaction of both components constant ( 1 . 3 ) with pure rotational movement of the rotating body, - changing the interaction of both components ( 1 . 3 in the case of axial movement of the rotary body, and - determining the axial position of the rotary body from the change of the interaction. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die eine Komponente (1) des Positionssensors eine magnetische Zahnstange und die andere Komponente (3) einen Magneten und einen Magnetfeldsensor umfasst, und das Ändern der Wechselwirkung beider Komponenten (1, 3) bei axialer Bewegung des Rotationskörpers periodisch erfolgt.The method of claim 8, wherein said one component ( 1 ) of the position sensor one magnetic rack and the other component ( 3 ) comprises a magnet and a magnetic field sensor, and changing the interaction of both components ( 1 . 3 ) occurs periodically during axial movement of the rotating body.
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