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Die
Erfindung betrifft einen Drehgeber gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Drehgeber
dienen dazu, winkelabhängige Größen, wie
Winkelposition, Winkelgeschwindigkeit, Winkelbeschleunigung eines
rotierenden Objektes, z. B. der Welle eines Motors zu messen. Hierzu
weist der Drehgeber eine Welle auf, die mit dem zu messenden rotierenden
Objekt, z. B. der Motorwelle drehfest gekuppelt wird. Mit der Welle
steht eine Maßverkörperung
in drehwinkelfester Verbindung, die zur Erzeugung winkelabhängiger Signale
durch eine geeignete Abtastung abgetastet wird.
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Die
zu messenden rotierenden Objekte können systembedingt eine gewisse
axiale Bewegung ausführen.
Diese axiale Bewegung des zu messenden Objektes überträgt sich auf die mit dem Objekt gekuppelte
Welle des Drehgebers. Ist die Welle des Drehgebers mit dem zu messenden
Objekt starr gekuppelt, so werden die axialen Bewegungen und Stöße des zu
messenden Objektes unmittelbar über
die Welle des Drehgebers auf die Maßverkörperung übertragen. Eine solche Stoßbeanspruchung
der Maßverkörperung
kann zu Schädigungen
und zu einer Verringerung der Lebensdauer des Drehgebers führen.
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Aus
der
EP 0 704 702 A1 ist
ein Drehgeber bekannt, bei welchem die Welle zweigeteilt ist und zwischen
die beiden Wellenteile ein drehsteifes Federelement eingesetzt ist.
Das Federelement lässt nicht
nur eine gegenseitige axiale Bewegung der Wellenteile zu, sondern
ermöglicht
auch radiale Verschiebungen, um Fluchtungsfehler auszugleichen. Auch
aus der
US 6,029,529
A ist es bekannt, einen Drehgeber über ein drehsteifes Kupplungselement anzutreiben,
welches axiale und radiale Bewegun gen aufnimmt. Ebenso ist es aus
der
DE 100 23 196 A1 bekannt,
die Welle eines Drehgebers über
ein drehsteifes, aber biegeelastisches Kupplungselement anzutreiben,
welches z. B. als Metallfaltenbalg, als Kardangelenk oder als Gummikupplung
ausgebildet ist. Schließlich
ist es aus der
DE
203 16 971 U1 bekannt, die Welle eines Drehgebers über eine Kupplung
anzutreiben, die einen radialen Versatz und ein Verkippen der Achse
der beiden Kupplungshälften
ermöglicht.
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Bei
diesen bekannten Drehgebern kann die als Zwischenelement eingesetzte
Kupplung auch axiale Stöße elastisch
abfedern. Da die Kupplungen jedoch auch einen radialen Versatz und
axialen Fluchtungsfehler aufnehmen müssen, verringern ihre flexiblen
Eigenschaften die Drehsteifigkeit der Verbindung zwischen dem zu
messenden Objekt und der Welle des Drehgebers. Weiter werden durch
die eingesetzte Kupplung die axialen Abmessungen für den Anbau
des Drehgebers vergrößert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehgeber zu schaffen,
der axiale Stöße des zu messenden
Objektes abfedert, geringe axiale Bauabmessungen aufweist und eine
hohe Winkeltreue gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
einen Drehgeber mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte
Ausführungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist die
Welle des Drehgebers unterteilt in einen Antriebsabschnitt und in
einen Abtriebsabschnitt. Der Antriebsabschnitt wird mit dem zu messenden
Objekt gekuppelt. Der Abtriebsabschnitt steht mit der Maßverkörperung
in dreh fester Verbindung. Zwischen den Antriebsabschnitt und den
Abtriebsabschnitt ist ein Zwischenelement eingesetzt, welches axial
elastisch nachgiebig, aber möglichst
drehsteif ist. Die Welle kann mit ihrem Antriebsabschnitt starr
mit dem zu messenden Objekt gekuppelt werden, so dass der Drehgeber
absolut drehsteif mit dem zu messenden Objekt verbunden ist. Axiale
Stöße des zu
messenden Objektes werden dadurch zwar in voller Stärke auf
den Antriebsabschnitt der Welle übertragen,
die axiale Nachgiebigkeit des Zwischenelementes bewirkt jedoch,
dass diese axialen Stöße nur gedämpft auf
den Abtriebsabschnitt und damit die Maßverkörperung übertragen werden. Das Zwischenelement
weist eine hohe Drehsteifigkeit auf, so dass die Drehung des mit dem
zu messenden Objektes gekuppelten Antriebsabschnittes mit hoher
Winkeltreue auf den Abtriebsabschnitt und damit die Maßverkörperung
der eigentlichen Messeinrichtung übertragen wird. Der Antriebsabschnitt
und der Abtriebsabschnitt greifen mit einem Zapfen und einer Bohrung
axial ineinander, wobei der Zapfen in der Bohrung axial verschiebbar zentrisch
geführt
ist. Das Zwischenelement umschließt den Zapfen koaxial. Dadurch
wird verhindert, dass die axiale Nachgiebigkeit des Zwischenelementes
zu einem Verkippen der Achse des Abtriebsabschnittes gegenüber der
Achse des Antriebsabschnitts und somit zu einem Fluchtungsfehler
führt.
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Die
Forderungen nach elastischer axialer Nachgiebigkeit und Drehsteifigkeit
lassen sich in vorteilhafter Weise dadurch vereinigen, dass das
Zwischenelement als zur Welle koaxiale Scheibe ausgebildet ist,
die axial zwischen den Antriebsabschnitt und den Abtriebsabschnitt
eingesetzt ist und deren Radius größer ist als deren axiale Dicke.
Die elastischen Eigenschaften des Werkstoffes des Zwischenelementes
und die axiale Dicke bestimmen im Wesentlichen die Dämpfung der
axialen Stöße. Je größer die
axial Dicke ist, um so stärker
werden axiale Stöße gedämpft. Die
radialen Abmessungen des Zwischenelementes beeinflussen zusammen
mit den elastischen Eigenschaften des Werkstoffes die Drehsteifigkeit
der Verbindung zwischen Antriebsabschnitt und Abtriebsabschnitt.
Je größer die
radialen Abmessungen des Zwischenelementes sind, um so höher ist
die Drehsteifigkeit. Eine Scheibe mit großen radialen Abmessungen und
kleiner axialer Stärke
ergibt die beste Drehsteifigkeit, auch wenn ein relativ weich elastischer
Werkstoff für
das Zwischenelement zur Verbesserung der Dämpfung verwendet wird.
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Um
die radialen Abmessungen des Zwischenelementes vergrößern zu
können,
können
der Antriebsabschnitt und/oder der Abtriebsabschnitt mit einer radial
verbreiterten Flanschfläche
an dem Zwischenelement anliegen.
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Als
Werkstoff für
das Zwischenelement eignen sich Materialien, die die gewünschten
elastischen Eigenschaften aufweisen und zudem möglichst korrosions- und alterungsbeständig sind.
Solche Werkstoffe sind insbesondere gummielastische Kunststoffe.
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Das
Zwischenelement kann mit dem Antriebsabschnitt und/oder dem Abtriebsabschnitt
in jeder an sich bekannten Weise verbunden werden, sofern diese
Verbindung nur eine ausreichende Scherfestigkeit in Drehrichtung
aufweist. Die Verbindung kann je nach Werkstoff des Zwischenelements
durch Verkleben oder Verschweißen
oder Vulkanisieren hergestellt werden. Ebenso ist es möglich, das
Zwischenelement an den Antriebsabschnitt und/oder den Abtriebsabschnitt
im Spritzgussverfahren anzuspritzen. Es sind auch Kombinationen
dieser Verfahren möglich,
z. B. indem das Zwischenelement an dem Antriebsabschnitt oder dem
Abtriebsabschnitt angespritzt und mit dem jeweils anderen Abschnitt verklebt,
verschweißt
oder dergleichen wird.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 in
einer Explosionsdarstellung die Welle des Drehgebers,
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2 in
perspektivischer Ansicht die Welle und
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3 eine
Seitenansicht der Welle.
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Die
Welle eines Drehgebers weist einen Antriebsabschnitt 10 und
einen Abtriebsabschnitt 12 auf. Der Antriebsabschnitt 10 ist
starr mit einem zu messenden Objekt, z. B. der Welle eines Motors
kuppelbar. Hierzu ist der Antriebsabschnitt 10 im dargestellten
Ausführungsbeispiel
mit einem Konus 14 in das zu messende Objekt einsetzbar
und axial und drehfest fixierbar. Der Abtriebsabschnitt 12 weist
an seinem von dem Antriebsabschnitt 10 abgewandten freien
Ende eine Aufnahme 16 auf, in welche eine nicht dargestellte
Maßverkörperung,
z. B. eine Codescheibe drehfest eingesetzt wird. Die Art der Kupplung
des Antriebsabschnittes 10 mit dem zu messenden Objekt
und die Form der Maßverkörperung
und deren Befestigung an dem Abtriebsabschnitt 12 sind nicht
Gegenstand der Erfindung und können
in beliebiger, dem Fachmann bekannter Weise gestaltet sein.
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Der
Antriebsabschnitt 10 weist an seinem dem Abtriebsabschnitt 12 zugewandten
Ende eine radial verbreiterte Flanschfläche 18 auf. Der Flanschfläche 18 des
Antriebsabschnittes 10 zugewandt, weist der Abtriebsabschnitt 12 eine
antriebsseitige Flanschfläche 20 auf.
An dem Antriebsabschnitt 10 ist ein zylindrischer Zapfen 22 angeformt,
der mittig und axial fluchtend von der Flanschfläche 18 gegen den Abtriebsabschnitt 12 gerichtet
ist. Axial mittig in dem Abtriebsabschnitt 12 ist eine
Bohrung 24 ausgebildet, deren Durchmesser so bestimmt ist,
dass die Bohrung 24 den Zapfen 22 axial gleitend
mit minimalem radialem Spiel führend
aufnimmt.
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Zwischen
die Flanschfläche 18 des
Antriebsabschnittes 10 und die Flanschfläche 20 des Abtriebsabschnittes 12 ist
ein Zwischenelement 26 eingesetzt, welches die Form einer
flachen Kreisringscheibe hat. Das Zwischenelement 26 sitzt
mit einer mittigen Öffnung 28 radial
zentriert auf dem Zapfen 22. Der Außendurchmesser des Zwischenelements 26 entspricht
dem Außendurchmesser
der Flanschfläche 20 des
Abtriebsabschnittes 12. Die axiale Dicke des Zwischenelementes 26 ist
geringer als der Radius des Zwischenelementes 26. Das Zwischenelement 26 besteht
aus einem weichen gummielastischen Werkstoff, z. B. aus einem entsprechenden Kunststoff.
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Das
Zwischenelement 26 wird einerseits mit der Flanschfläche 18 des
Antriebsabschnittes 10 und andererseits mit der Flanschfläche 20 des
Abtriebsabschnittes 12 drehfest verbunden. Hierzu kann
das Zwischenelement 26 mit den Flanschflächen 18 und 20 verklebt
oder verschweißt,
z. B. durch Vulkanisieren verbunden werden. Ebenso ist es möglich, das
Zwischenelement 26 im Spritzgussverfahren an einer oder
beiden Flanschflächen 18 und 20 anzuspritzen.
Zur Verbesserung und Sicherung der drehfesten Verbindung zwischen
dem Zwischenelement 26 und den Flanschflächen 18 und 20 können diese
Flanschflächen 18 und 20 mit
einer radialen Riffelung 30 ausgebildet sein. Ein Formschluss
in Drehrichtung kann weiter dadurch hergestellt werden, dass das
Zwischenelement 26 in Bohrungen, Einsenkungen oder dergleichen
der Flanschflächen 18 und/oder 20 eingreift
oder Zapfen der Flanschflächen
umgreift.
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Wirken
bei montiertem Drehgeber axiale Stöße des zu messenden Objektes
auf den mit diesem Objekt starr gekuppelten Antriebsabschnitt 10, so
dämpft
das Zwischenelement 26 die Übertragung dieser Stöße auf den
Abtriebsabschnitt 12 und damit auf die Maßverkörperung
und die Messeinrichtung. Eine günstige
Dämpfungswirkung
ergibt sich bei einem Zwischenelement 26 aus einem Werkstoff
mit einer Härte
von 50 bis 70 Shore. Die relativ große radiale Ausdehnung des Zwischenelementes 26 bewirkt
dabei, dass das Zwischenelement 26 eine hohe Verwindungssteifigkeit
in Drehrichtung aufweist und somit eine drehsteife Verbindung zwischen
dem Antriebsabschnitt 10 und dem Abtriebsabschnitt 12 bildet.
Die axiale Führung
des Zapfens 22 in der Bohrung 24 bewirkt, dass
trotz der axialen Nachgiebigkeit des Zwischenelementes 26 die
Achse des Abtriebsabschnittes 12 nicht gegen die Achse
des Antriebsabschnittes 10 verkippen kann.
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- 10
- Antriebsabschnitt
- 12
- Abtriebsabschnitt
- 14
- Konus
- 16
- Aufnahme
- 18
- Flanschfläche
- 20
- Flanschfläche
- 22
- Zapfen
- 24
- Bohrung
- 26
- Zwischenelement
- 28
- Öffnung
- 30
- Riffelung