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Die Erfindung betrifft eine Positionsmesseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine Positionsmesseinrichtung besteht grundsätzlich aus einem Teilungsträger und einer Detektoranordnung zur Abtastung der Teilung des Teilungsträgers. Die Detektoranordnung erzeugt dabei positionsabhängige Abtastsignale. Die Qualität dieser Abtastsignale ist abhängig vom Abstand zwischen dem Teilungsträger und der Detektoranordnung. Bei den heute geforderten Messschritten ist eine Teilungsperiode der Teilung von wenigen um erforderlich. Je kleiner die Teilungsperiode ist, desto genauer muss ein vorgegebener vom Abtastprinzip abhängiger Abtastabstand eingestellt werden.
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Die sogenannten modular aufgebauten Positionsmesseinrichtungen setzen sich aus Kostengründen und wegen des Platz sparenden Einbaus immer mehr durch. Bei einer modular aufgebauten Positionsmesseinrichtung weist die Positionsmesseinrichtung keine eigene Lagerung bzw. Führung für den Teilungsträger auf, die Zuordnung zwischen der Detektoranordnung und dem Teilungsträger ist somit nicht vorgegeben und muss durch Einstellmittel bei der Montage an die zu messenden Objekte justiert werden. Modular aufgebaute Winkelmesseinrichtungen ohne eigene Lagerung werden auch als Einbaudrehgeber bezeichnet.
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Eine Positionsmesseinrichtung in Form einer Winkelmesseinrichtung ist aus der
US 5 057 684 bekannt. Zur Einstellung des Abtastabstands ist ein Einstellmittel mittels eines bügelförmigen Betätigungsmittels in Richtung des Abtastabstandes, also axial von einer Montagestellung in eine Betriebsstellung verschiebbar. Diese Verschiebung erfolgt in einer Aussparung des Halters der Detektoranordnung. In der Praxis ist der Halter und das darin axial verschiebbare Einstellmittel meist aus Kunststoff gefertigt. Es hat sich gezeigt, dass das Einstellmittel in der Aussparung des Halters fertigungsbedingt ein relativ großes radiales Spiel hat. Aufgrund dieses Spiels ist bei der Montage die radiale Zuordnung zwischen dem Teilungsträger und der Detektoranordnung undefiniert. Der radiale Abstand zwischen der Teilung und der Detektoranordnung weist eine vom Spiel abhängige Toleranz auf. Bei der immer mehr fortschreitenden Miniaturisierung ist die radiale Breite der Teilung sowie der Detektorelemente relativ klein. In vielen Fällen befinden sich auf dem Teilungsträger auch mehrere in radialer Richtung nebeneinander angeordnete Teilungsspuren. Die Detektoranordnung weist zur Abtastung dieser Teilungsspuren auch radial nebeneinander angeordnete Detektorelemente auf. Ein zu großes radiales Spiel zwischen dem Einstellmittel und dem Halter kann dazu führen, dass die erforderliche Zuordnung zwischen Teilung und Detektorelement bei der Montage nicht erreicht wird.
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Aus der
DE 101 37 014 A1 ist eine entsprechende Vorrichtung bekannt, bei der das radiale Spiel weitgehend eliminiert worden ist. Nachteilig ist bei dieser vorbekannten Lösung, dass sie vergleichsweise technisch aufwändig herzustellen ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Positionsmesseinrichtung anzugeben, bei der die präzise Lagezuordnung zwischen der Teilung und der Detektoranordnung durch das Einstellmittel gut gewährleistet ist, wobei der technische Aufwand, der zur Schaffung einer derartigen Positionsmesseinrichtung erforderlich ist, minimiert werden soll.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Positionsmesseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Zur Erleichterung der Montage wird ein Einstellmittel verwendet. Bei der Verlagerung des Einstellmittels von der Montagestellung in die Betriebsstellung führt das Einstellmittel eine Schwenkbewegung um eine Achse aus, die orthogonal zur Richtung des Abtastabstands ausgerichtet ist. Diese Bauweise hat ein Reihe von Vorteilen.
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Durch die erfindungsgemäße Positionsmesseinrichtung ist eine korrekte Lagezuordnung zwischen der Teilung und der Detektoranordnung gewährleistet, ohne großen fertigungstechnischen Aufwand.
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Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt
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1 eine Draufsicht einer Winkelmesseinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in der Montagestellung (ohne Teilungsträger),
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2 einen Schnitt II-II der Winkelmesseinrichtung gemäß 1 (mit Teilungsträger),
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3 einen Schnitt III-III der Winkelmesseinrichtung gemäß 1 (mit Teilungsträger),
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4 einen Schnitt IV-IV der Winkelmesseinrichtung gemäß 1 (ohne Teilungsträger),
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5 eine Draufsicht der Winkelmesseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in der Betriebsstellung (ohne Teilungsträger),
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6 einen Schnitt V-V der Winkelmesseinrichtung gemäß 5 (mit Teilungsträger),
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7 einen Schnitt VI-VI der Winkelmesseinrichtung gemäß 5 (mit Teilungsträger),
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8 eine Draufsicht einer Winkelmesseinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in der Montagestellung (ohne Teilungsträger),
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9 einen Schnitt VII-VII der Winkelmesseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (ohne Teilungsträger)
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10 eine Draufsicht einer Winkelmesseinrichtung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Winkelmesseinrichtung (ohne Teilungsträger),
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11 eine Draufsicht einer Winkelmesseinrichtung eines vierten Ausführungsbeispiels einer Winkelmesseinrichtung (ohne Teilungsträger).
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In den
1 bis
7 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, wobei die entsprechende Positionsmesseinrichtung hier in Form einer Winkelmesseinrichtung ausgestaltet ist. Der prinzipielle Aufbau dieser Winkelmesseinrichtung entspricht der Winkelmesseinrichtung gemäß der
US 5,057,684 , auf die ausdrücklich Bezug genommen wird. Diese Winkelmesseinrichtung ist zum Anbau an eine Antriebseinheit – insbesondere an einen Elektromotor – ausgelegt. Im angebauten Zustand wird die Drehung der Motorwelle gegenüber dem stationären Teil des Motors gemessen.
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Die Winkelmesseinrichtung besteht aus einem Halter 1, auf dem eine Detektoranordnung 2 angebracht ist. Der Detektoranordnung 2 gegenüberliegend angeordnet ist, entsprechend der 2, ein Teilungsträger 3, der eine Teilung 4, hier in Form von Teilungsstrichen, aufweist. Der Teilungsträger 3 besteht aus einer ringförmigen Scheibe 3.1 und einer Nabe 3.2. Der Übersichtlichkeit halber wurde in den 1, 4 und 5 auf die Darstellung des Teilungsträgers 3 verzichtet.
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Um dem Anwender den Anbau der Winkelmesseinrichtung an den Motor zu erleichtern, sind beim Hersteller bereits Maßnahmen vorgenommen worden, durch welche die Montage erleichtert wird. Insbesondere ist zu diesem Zweck ein Einstellmittel 5 in einer Aussparung 6 des Halters 1 angeordnet. Das Einstellmittel 5 ist mit den Halter entlang einer Linie über ein sogenanntes Filmscharnier 5.4 verbunden. Unter dem Begriff Filmscharnier 5.4 ist ein Bauelement zu verstehen, welches im Prinzip eine biegeweiche Schwachstelle zwischen dem Halter 1 und dem Einstellmittel 5 ist. Im vorgestellten Ausführungsbeispiel wird die Biegeweichheit einfach dadurch erreicht, dass das Material – hier Kunststoff – im entsprechenden Bereich dünner ausgestaltet ist. Demnach sind der Halter 1 und das Einstellmittel 5 hier einstückig ausgebildet. Das Einstellmittel 5 weist ferner eine seitliche Führungsschräge 5.1 auf.
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Ein Betätigungsmittel 7 am Einstellmittel 5 umfasst einen Profilstab 7.2 mit einer Führungsschräge 7.1 (siehe 3), der in eine korrespondierende Führungsnut des Halters 1 einschiebbar ist. Während des Einschiebens kommt die Führungsschräge 7.1 des Profilstabs 7.2 mit der Führungsschräge 5.1 des Einstellmittels 5 in Kontakt. Durch das Zusammenspiel der Führungsschräge 7.1 des Profilstabs 7.2 mit der Führungsschräge 5.1 des Einstellmittels 5 entsteht eine axiale Bewegung des Einstellmittels 5, wobei dieses um das Filmscharnier 5.4 geschwenkt wird. Demnach stützt sich dann der Profilstab 7.2 einerseits axial am Halter 1 ab, und wirkt andererseits zur axialen Fixierung des Einstellmittels 5 mit diesem zusammen.
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In den 1 bis 4 ist die Winkelmesseinrichtung in der Montageposition gezeigt. In dieser Montageposition ist das Betätigungsmittel 7 in einer nicht eingefahrenen Lage, so dass sich eine entsprechende axiale Position des Einstellmittels 5 zwangsläufig durch die relative Anordnung der Führungsschrägen 5.1, 7.1 ergibt. In der Montageposition befindet sich also das Betätigungsmittel 7 in einer Stellung, in welcher der Abtastabstand A (axialer Abstand zwischen der Teilung 4 und dem diese abtastenden Detektorelement der Detektoranordnung 2) durch das Zusammenwirken von Anschlägen 5.2 des Einstellmittels 5 und Anschlagen 3.3 des Teilungsträgers 3 definiert vorgegeben ist. Ferner ist im gezeigten Ausführungsbeispiel in der Montageposition die Stellung des Betätigungsmittels 7 durch eine Rastung im Halter 1 (bezüglich einer Verschiebebewegung des Profilstabs 7.2) fixiert. Der Halter 1 ist in diesem Zustand drehstarr mit dem stationären Teil des Motors und die Nabe 3.2 drehstarr mit der Welle des Motors verbunden. Dabei wird die Nabe 3.2 axial an das Einstellmittel 5 gedrückt.
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Die radiale Lagezuordnung zwischen der Teilung 4 und der Detektoranordnung 2 ist ebenfalls durch das Einstellmittel 5 vorgegeben, indem es einerseits eine Aufnahme 5.3 aufweist, in welcher der Teilungsträger 3 in der Montagestellung radial fixiert ist und andererseits in radialer Richtung R – also in Richtung der Detektoranordnung 2 senkrecht zum Abtastabstand verlaufend – mit dem Halter 1 spielfrei gekoppelt ist. Dadurch, dass der Halter 1 und das Einstellmittel 5 als ein Spritzgussteil, also einstückig ausgeführt ist, ist eine entsprechende Kopplung gegeben. Durch das Filmscharnier 5.4, welches die Verbindung zwischen dem Halter 1 und dem Einstellmittel 5 darstellt, wird die Kopplung letztlich erreicht. Im ersten Ausführungsbeispiel, gemäß den 1 bis 7 ist die Länge des Filmscharniers 5.4 so groß, dass eine vergleichsweise steife Anordnung in Richtung R erreicht wird, so dass eine Spielfreiheit gegeben ist.
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Nachdem der Halter 1 drehstarr mit dem stationären Teil des Motors und die Nabe 3.2 drehstarr mit der Welle des Motors in der nach den 2 und 3 dargestellten Zuordnung verbunden ist, wird das Einstellmittel 5 geschwenkt und dadurch auch axial verschoben. Gemäß der 1 verlauft eine Achse Y, welche die Schwenkachse darstellt, parallel zur Richtung R, wobei die Richtung R durch die Verbindungslinie zwischen Drehachse T und der Mitte der Detektoranordnung 2 definiert ist.
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In alternativer Ausgestaltung der Erfindung kann die Achse Y auch so angeordnet sein, dass diese nicht parallel zur Richtung R verläuft, also beispielsweise dazu orthogonal oder aber auch schräg ausgerichtet ist, insbesondere in einem Winkel von 45° relativ zur Richtung R.
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Diese Schwenkung, bzw. axiale Verschiebung wird durch das Betätigungsmittel 7 eingeleitet, indem der Profilstab 7.2 parallel zur Richtung R in den Halter 1 weiter eingeschoben wird. Durch das Zusammenwirken der Führungsschräge 5.1 des Einstellmittels 5 und der Führungsschräge 7.1 des Betätigungsmittels 7 wird diese Bewegung des Betätigungsmittels 7 in eine untersetzte axiale Verschiebebewegung bzw. Schwenkbewegung des Einstellmittels 5 gewandelt. Der Profilstab 7.2 stützt sich axial am Halter 1 ab und fixiert auch während dessen Verschiebung das Einstellmittel 5 axial in einer durch die Führungsschräge 5.1, 7.1 vorgegebene Lage. Darüber hinaus werden auch axiale Kräfte vom Filmscharnier 5.4 aufgenommen.
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Auf diese Weise wird das Einstellmittel 5 von der Montagestellung in eine Betriebsstellung der Positionsmesseinrichtung verlagert, indem es eine Schwenkbewegung um das Filmscharnier 5.4 bzw. um die Achse Y ausführt. Entsprechend bewegen sich die axial wirkenden Anschläge 5.2 des Einstellmittels 5 von den Anschlägen 3.3 des Teilungsträgers 3 weg. Ebenso kommt die radial wirkende Aufnahme 5.3 des Einstellmittels 5 von der Umfangsfläche der Nabe 3.2 außer Eingriff, indem sie einer Umfangsfläche mit kleinerem Durchmesser gegenübersteht. In der 4 ist eine entsprechende Stellung des geschwenkten Einstellmittels 5 gestrichelt angedeutet. In dieser Position des Einstellmittels 5 ist die Winkelmesseinrichtung betriebsbereit. Diese Zuordnung ist vorteilhafterweise durch eine Rastung oder durch Anschläge zwischen dem Betätigungselement 7 und dem Halter 1 vorgegeben. Diese Betriebsstellung der Winkelmesseinrichtung ist in den 5 bis 7 dargestellt. In der Betriebsstellung ist also das Betätigungsmittel 7 in die entsprechende Führungsnut des Halters 1 eingeschoben, während die Umfangsfläche der Nabe 3.2 nach erfolgter Schwenkbewegung des Einstellmittels 5 freigegeben ist.
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Anhand der 8 und 9 wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Der Grundaufbau dieser Winkelmesseinrichtung entspricht der Ausführung gemäß den 1 bis 7, so dass nachfolgend nur die Unterschiede erläutert werden. Gleichwirkende Bauteile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Um eine spielfreie Kopplung des Einstellmittels 5 mit dem Halter 1 in radialer Richtung R (in Richtung der Detektoranordnung 2) zu erreichen, ist das Filmscharnier 5.4 bzw. die dazugehörige Schwenkachse Y orthogonal zu Richtung R angeordnet. Durch diese Anordnung kann auch mit einem vergleichsweise kurzen Filmscharnier 5.4 eine ausreichende Steifigkeit erreicht werden.
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Bei einem dritten Ausführungsbeispiel gemäß der 10 werden anstelle des Profilstabs 7.2 nun zwei Stifte 7.2a, 7.2b verwendet, um eine Schwenkbewegung des Einstellmittels 5 zu erzeugen. Die beiden Stifte 7.2a, 7.2b sind durch eine Wippe 7.3 miteinander gekoppelt, wobei die Wippe 7.3 aus einem feststehendem Achszapfen 7.31 und einem Koppelstift 7.32 besteht, welcher um den Achszapfen 7.31 drehbar ist und mit jedem der Stifte 7.2a, 7.2b drehbar verbunden ist.
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Die Stifte 7.2a, 7.2b können in Bohrungen 5.1a, 5.1b des Einstellmittels 5 eingeschoben werden. Diese Bohrungen 5.1a, 5.1b sind jeweils versetzt angeordnet und in radialer Richtung ausgerichtet. Dabei sind die Bohrungen 5.1a, 5.1b und die Stifte 7.2a, 7.2b so konfiguriert, dass beispielsweise das Einschieben des Stifts 7.2a in die Bohrungen 5.1a eine Schwenkbewegung des Einstellmittels 5 um das Filmscharnier 5.4 bzw. um die Achse Y bewirkt.
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In einem vierten Ausführungsbeispiel gemäß der 11 wird das Einstellmittel 5 direkt über einen Hebelarm 5.5, der Bestandteil des Einstellmittels 5 ist, die Schwenkbewegung eingeleitet. Dabei ist am Halter 1 ein Rastmittel 8 vorgesehen, welches so gestaltet ist, dass der Hebelarm sowohl in der Montagestellung als auch in der Betriebsstellung arretiert werden kann.
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Die Erfindung ist besonders vorteilhaft bei einer Winkelmesseinrichtung mit scheibenförmigen Teilungsträger 3 einsetzbar. Dabei verläuft die Richtung R, in der das Einstellmittel 5 mit dem Halter 1 spielfrei zu koppeln ist senkrecht zum Abtastabstand A. Die Erfindung kann aber auch bei Längenmesseinrichtungen erfolgreich zur Anwendung kommen. Dabei verläuft dann die Richtung R, in der das Einstellmittel 5 mit dem Halter 1 spielfrei zu koppeln ist, senkrecht zum Abtastabstand A und von der Detektoranordnung 2 ausgehend senkrecht zur Messrichtung. Die axiale Richtung verlauft hier in Richtung des Abtastabstands, also senkrecht zur abzutastenden teilungstragenden Oberfläche.
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Die Teilung 4 ist eine inkrementale oder eine absolute ein- bzw. mehrspurige Codierung, die lichtelektrisch, kapazitiv, induktiv oder magnetisch abtastbar ist.
