-
Die
Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zur Erfassung einer Drehbewegung
einer Welle gemäß der im
Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.
-
Eine
Sensorvorrichtung ist beispielsweise aus dem Firmenprospekt der
Firma AIR Torque S. p. A., mit dem Titel "4th GENERATION PNEUMATIC ACTUATOR" bekannt. Die Sensorvorrichtung
wirkt dabei mit einem pneumatischen Stellantrieb für ein Stellglied
zusammen. Eine Antriebswelle für
das Stellglied ist unterhalb des Gehäuses des Stellantriebs mit
dem Stellglied verbunden und ragt auch oberhalb aus dem Gehäuse des
Stellantriebs heraus. Die Sensorvorrichtung besteht aus einem oberhalb des
Gehäuses
fest angeordneten Sensor und einem die oben aus dem Gehäuse herausragende
Welle umgreifenden, dem Sensor zugeordneten Zylinder, der drehfest
mit der Welle verbunden ist. Der Zylinder dient als Signalgeber
für den
Sensor. Mit Drehen der Welle wird auch der Zylinder gedreht. Der
Sensor erfasst die Drehbewegung des Zylinders, der einen vorbestimmten
Außendurchmesser
aufweist, und darüber
auch die Bewegung der Welle. Der Sensor ist mit dem Gehäuse des
Stellantriebs verschraubt und somit fest sowie in einer vorbe stimmten
Position zum Zylinder und somit zur Welle angeordnet.
-
Die
bekannten Sensorvorrichtungen haben den Nachteil, dass für jeden
Stellantrieb ein anderer Zylinder verwendet werden muss, da die
unterschiedlichen Stellantriebe auch unterschiedliche Wellendurchmesser
aufweisen. Entsprechend dem Wellendurchmesser muss der Zylinder
eine entsprechende Bohrung aufweisen, sodass diese auf die Welle
gesetzt und fixiert werden kann. Der Außendurchmesser des Zylinders
bleibt dabei jeweils konstant, da der Sensor den Zylinder bereichsweise
umgreift und die Zylinderwand den Kernbereich für das Erfassen der Bewegung
darstellt.
-
Diese
bekannte Sensorvorrichtung hat den Nachteil, dass eine Reihe von
Zylindern für
unterschiedliche Stellantriebe, jedoch mit gleichen Außendurchmessern
vorgehalten werden müssen,
was äußerst aufwendig
ist.
-
Aus
der
DE 197 48 292
A1 ist ein Verfahren zum Anbringen einer Winkelteilung
an einer Teilscheibe für
Rotationsmeßsysteme
sowie eine Teilscheibe mit Winkelteilung für Rotationsmeßsysteme bekannt.
Die Teilscheibe ist dabei mit einer zentralen Öffnung zum Aufstecken auf eine
Trägerwelle
versehen. Die Teilscheibe wird aber zunächst auf eine Referenzwelle
aufgesteckt und anschließend
die Winkelteilung exakt zur Mittelachse der Referenzwelle zentriert
auf die Teilscheibe aufgebracht. In die zentrale Öffnung der
Teilscheibe ist eine radial elastisch deformierbare Spanneinrichtung
eingebracht. In Folge der radial elastisch deformierbaren Spanneinrichtung,
die beim Aufstecken der Teilscheibe auf die Referenzwelle und die
Trägerwelle
deformiert wird, bleibt die von der Spanneinrichtung dabei aufgespannte
virtuelle Drehachse, die senkrecht zur Teilscheibenebene verläuft, auch
bei Durchmesseränderungen
der Trägerwelle
ortsfest und ungeändert
erhalten, was für
einen großen
Toleranzbereich des Durchmessers der Trägerwelle gilt.
-
Durch
die elastische Spanneinrichtung kann es mit der Zeit zu einer Dezentrierung
der Teilscheibe auf der Welle kommen. Zudem schränkt die Ausbildung der Teilscheibe
mit der zentralen Öffnung
die Anwendung ein, insbesondere die Anbringung an montierten Antriebswellen
von Stellgliedern.
-
Aus
der
EP 0 682 229 A1 ist
ein Drehgeber mit einem Gehäuse
bekannt. Dabei ist eine in dem Gehäuse drehbar gelagerte Geberwelle
mit einer durch die Geberwelle angetriebenen Winkelinformation tragenden
Scheibe und mit einer Abtastung für diese Winkelinformation vorgesehen.
Zur drehfesten Kupplung der Geberwelle mit einer Messwelle, deren Winkelstelle
zu erfassen ist, weist die Geberwelle an ihrem messwellenseitigen
Ende eine Spannzange auf. Die Spannzange wird mit einem Außenkonus
in einen Innenkonus der Geberwelle gezogen, um die Messwelle zu
spannen, also eine kraftschlüssige Verbindung
zwischen der Messwelle und der Geberwelle herzustellen.
-
Zwar
können
durch diese kraftschlüssige Verbindung
gewisse unterschiedliche Wellendurchmesser ausgeglichen werden,
jedoch ist das Maß des
Ausgleichs sehr beschränkt.
-
Aus
der
DE 18 29 571 U ist
ein lichtelektrischer Geber für
eine Welle bekannt. Der Geber wird durch elastische Mittel kraftschlüssig auf
der Welle gehalten.
-
Aus
der
DE 297 16 224
U1 ist des Weiteren ein Signalgeber bekannt, der über einen
Halter kraftschlüssig
mit der Welle mittels eines Spannbandes gehalten wird.
-
Aus
der
US-PS 4,107,601 ist
ein Signalgeber in Form eines Streifens bekannt, der aus einem flexiblen,
elastischen Material besteht, auf dem Magnetelemente als Signalgeber
angeordnet sind. Dieser Signalgeberstreifen wird auf die Welle aufgebracht, so
dass er diese vollständig
umgreift. Unterschiedliche Wellendurchmesser werden durch die elastische Verformbarkeit
des Signalgeberstreifens in Umfangsrichtung ausgeglichen. Diese
Art der Signalgeber sind für
bestimmte Einsatzgebiete, insbesondere bei hohen Temperaturen und
aggressiven Umweltbedingungen, ungeeignet.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensorvorrichtung gemäß der im
Oberbegriff des im Anspruches 1 angegebenen Art derart weiterzubilden,
dass eine ein fachere und vor allem betriebssichere Anpassung an
unterschiedliche Durchmesser der Wellen gewährleistet wird, deren Bewegung
erfasst werden soll.
-
Diese
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1
in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
-
Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass unterschiedliche Wellendurchmesser
sich durch Ausgleichs mittel ausgleichen lassen, sodass letzten Endes
nur ein und das selbe Kupplungsteil verwendet zu werden braucht,
das sich jeweils an die unterschiedlichen Wellendurchmesser anpassen lässt. Als
Ausgleichsmittel für
einen betriebssicheren Betrieb sind Verbindungen in Form von Klinken
geeignet, die auch eine Anpassung an die Welle bei schwierigen Umweltbedingungen
ermöglichen
Nach der Erfindung weisen die Ausgleichsmittel mehrere Klinken aufweisen,
die jeweils schwenkbar um eine parallel zur Welle ausgerichtet Drehachse
in dem Signalgeberteil gelagert und in Richtung auf die Welle über einen
separaten Kraftspeicher, wie eine Feder belastet sind, um mit der
Welle zu kuppeln. Hierdurch wird auf einfache Weise erreicht, dass
eine Anpassung an unterschiedliche Wellen ermöglicht wird und zugleich der
Messbereich von den unterschiedlichen Durchmessern unbeeinflusst
bleibt.
-
Vorzugsweise
kuppeln die Klinken mit der Welle formschlüssig. Die Klinken und die Welle
weisen dafür
ein einander zugeordnetes Zahnprofil zur formschlüssigen Verbindung
auf. Über
die Feder werden die Klinken sicher in Eingriff mit dem Zahnprofil
der Welle gehalten, sodass ein unbeabsichtigtes Lösen auf
alle Fälle
vermieden wird. Über
die einander zugeordneten Zahnprofile wird eine sichere und einfachere
Kraftübertragung
von der Welle auf die sich mit der Welle mitdrehenden Ausgleichsmittel und
das Signalgeberteil ermöglicht.
-
Insbesondere
kuppeln dabei die Ausgleichsmittel spielfrei mit der Welle, sodass
Messfehler ausgeschlossen werden.
-
Um
ein Zentrieren der Sensorvorrichtung relativ zur Welle auf einfach
Weise beim Ankuppeln zu ermöglichen,
sind zumindest drei zu einander in einem gleichen Winkel im Abstand
um die Welle herum gelagerte Klinken vorgesehen.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist die Welle eine Abtriebswelle, insbesondere eines
pneumatisch betätigten
Stellantriebes. Die Welle ist dabei vorzugsweise mit einem Stellglied verbunden
und die Sensorvorrichtung lösbar
mit dem Stellantrieb.
-
Um
eine möglichst
nahe Anordnung am Stellglied und somit eine unmittelbare Erfassung
der Stellbewegung zu gewährleisten,
ist die Sensorvorrichtung zwischen Stellantrieb und Stellglied angeordnet.
Der Sensor wirkt dabei auch mit einem Stellungsregler zusammen,
der den Stellantrieb regelt.
-
Die
Welle weist vorzugsweise einen Durchmesser von 9 mm bis 50 mm auf.
-
Vorzugsweise
ist das Signalgeberteil mit einem Referenzteilkreisbereich versehen
oder beschreibt einen Referenzteilkreisbereich, der dem Sensor zur
Erfassung der Bewegung der Welle dient, wobei der Referenzteilkreisbereich
einen größeren Durchmesser
als den Durchmesser der Welle aufweist.
-
Insbesondere
ist dann das Signalgeberteil mit einem Signalarm versehen, der dem
Sensor zugeordnet ist und den Referenzkreisteilbereich beschreibt.
-
Um
die Sensorvorrichtung einfach montieren zu können, ist diese zur Seite offen
ausgebildet. Hierfür
ist die Sensorvorrichtung bereichsweise U-förmig ausgebildet. Bei der Verwendung
von Klinken als Ausgleichsmittel müssen diese bei der Montage
ggfs. aus dem Bereich der U-förmigen
Ausnehmung herausgeschwenkt werden. Die Sensorvorrichtung wird dann
in ihre vorbestimmte Position zur Welle angeordnet und anschließend befestigt.
-
Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Sensorvorrichtung
zur Erfassung einer Drehbewegung einer Welle ergeben sich auch aus
der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispielen.
-
Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
In der Beschreibung, in den Patentansprüchen, der Zusammenfassung und
in der Zeichnung werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen
verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In
der Zeichnung zeigt:
-
1 eine
schematische Seitenansicht eines Stellgeräts mit Stellantrieb, Sensorvorrichtung nach
der Erfindung, Stellungsregler und Stellventil;
-
2 eine
schematische Detailseitenansicht der Sensorvorrichtung von 1 gemäß einer
ersten Ausführungsform;
-
3 eine
Ansicht der Linie III-III von 2 der Sensorvorrichtung,
und
-
4 eine
schematische perspektivische Ansicht eines Teils der Sensorvorrichtung
von 1 gemäß einer
zweiten Ausführungsform.
-
In 1 ist
in einer schematischen Seitenansicht ein Stellgerät 10 mit
einem Stellventil 12, einem Stellan trieb 14, einer
Sensorvorrichtung 16, einem Stellungsregler 18 sowie
Signalleitungen 20 und 22 dargestellt.
-
Der
Stellantrieb 14 ist in bekannter Weise zu dem Stellventil 12 über ein
Joch 24 fest angeordnet. Bei dem Stellantrieb 14 handelt
es sich um einen pneumatischen Stellantrieb, der über eine
Welle 26 ein im Stellventil 12 befindliches, hier
nicht sichtbares Stellglied zwischen seiner Öffnungs- und Schließstellung
betätigt.
-
Die
Sensorvorrichtung 16 ist zwischen Stellantrieb 14 und
Stellventil 12 oder an der dem Stellgerät 10 abgewandten Seite
des Stellantriebes 14 befestigt. Hierfür können zusätzliche Jochstreben 28 vorgesehen
sein.
-
Über die
Leitung 20 ist die Sensorvorrichtung mit dem Stellungsregler 18 verbunden
und dieser wiederum über
die Leitung 22 mit dem Stellantrieb 14.
-
In 2 ist
die Sensorvorrichtung 16 in einer Seitenansicht und in 3 in
einer Ansicht entlang der Linie III-III im Detail dargestellt. Die
Sensorvorrichtung 16 besteht aus einem Sensor 30 und
einem Kupplungsteil 32.
-
Das
Kupplungsteil 32 weist eine untere Platte 34 sowie
eine obere Platte 36 auf. Zwischen den beiden Platten 34 und 36 sind
Klinken 38 schwenkbar gelagert, die zum Ankuppeln an die
Welle 26 und zum Ausgleich unterschiedlicher Wellendurchmesser dienen.
Die Klinken 38 sind dafür
an einem Ende über
einen Stift 40 mit den Platten 34 und 36 an
ihrem einen Ende verbunden. Das andere Ende weist auf der der Welle 26 zugewandten
Seite ein Zahnprofil 42 auf, das einem Zahnprofil der Welle 26 zugeordnet
ist. Jede Klinke 38 wird in Richtung auf die Welle 26 durch
eine Feder belastet, sodass die Klinken 38 in Formschluss
mit der Welle 26 gehalten werden. Hierfür stützen sich die Federn 46 an
einem Anschlag 48 ab, der die Platten 34 und 36 miteinander
verbindet.
-
Die
obere Platte 36 ist mit einem Signalarm 50 versehen,
dessen Spitze 52 dem Sensor 30 zugeordnet ist.
-
In
einer mit dem Sensor 30 fest verbundenen, an die obere
Platte 36 am Außenumfang
angreifenden Aufhängung 54 sind
die obere und untere Platte 34 und 36 mit den
Klinken 38 und den Federn 46 zusammen mit der
Welle 26 gegenüber
dem Sensor 30 und der Aufhängung 54 drehbar gelagert.
Mit der Drehung der oberen Platte 36 wird auch der Signalarm 50 relativ
zum Sensor 30 bewegt. Die Bewegung der Spitze 52 des
Signalarms 50 wird vom Sensor 30 erfasst und ein
entsprechendes Signal an den Stellungsregler 18 weitergeleitet,
der wiederum den Stellantrieb 14 regelt.
-
Um
die Sensorvorrichtung 16 einfach montieren zu können, ist
diese zur Seite offen ausgebildet, in dem die obere und untere Platte 34, 36 jeweils eine
U-förmige
Ausnehmung 56 aufweisen, siehe 3. Für die Montage
müssen
lediglich die Klinken 38 aus dem Bereich der U-förmigen Ausnehmung 56 herausgeschwenkt,
die Sensorvorrichtung 16 in ihre vorbestimmte Position
zur Welle 26 angeordnet und anschließend an den Jochstreben 28 befestigt
werden.
-
Der
Signalarm 50 mit der Spitze 52 beschreibt einen
Referenzteilkreisbereich, wenn die Welle 26 und somit die
Klinken 38, die untere Platte 34 und die obere
Platte 36 sich bewegen. Hierüber erfasst der Sensor 30 die
Bewegung und die Winkelstellung der Welle 26. Die Spitze 52 des
Signalarms 50 liegt dabei auf der Unterseite des Sensors 30 an.
-
Im
vorliegenden Fall weist die Welle einen Durchmesser von 20 mm auf.
Die Sensorvorrichtung 10 ist jedoch für einen Bereich von 9 mm bis
50 mm ausgelegt. Hierbei weist der Referenzteilkreisbereich einen
Durchmesser auf, der auf alle Fälle
größer als 50
mm ist.
-
In 4 ist
eine weitere Ausführungsform
eines Teils der Sensorvorrichtung nach der Erfindung dargestellt.
Diese Ausführungsform
entspricht im wesentlichen der ersten Ausführungsform, jedoch sind die
obere und untere Platte 34 und 36 nicht mit einer Ausnehmung
versehen. Zudem sind die Klinken 38 gebogen ausgebildet.
-
Die
Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zum einen eine einfache
Anschlussmöglichkeit der
Signalvorrichtung 10 an unterschiedliche Durchmesser der
Welle 26 sowie eine einfache Montage ermöglicht wird.
Eine nachträgliche
Montage bei bekannten Stellgeräten
ist mit dieser Konstruktion ebenfalls ohne weiteres möglich.
-
- 10
- Stellgerät
- 12
- Stellventil
- 14
- Stellantrieb
- 16
- Sensorvorrichtung
- 18
- Stellungsregler
- 20
- Signalleitung – unten
- 22
- Signalleitung – oben
- 24
- Joch
- 26
- Welle
- 28
- Jochstreben
- 30
- Sensor
- 32
- Kupplungsteil
- 34
- untere
Platte
- 36
- obere
Platte
- 38
- Klinke
- 40
- Stift
- 42
- Zahnprofil
der Klinke
- 44
- Zahnprofil
der Welle
- 46
- Feder
- 48
- Anschlag
für die
Feder
- 50
- Signalarm
- 52
- Spitze
des Signalarms
- 54
- Aufhängung
- 56
- Ausnehmung