DE102005039081A1

DE102005039081A1 - Modular aufgebautes Drehgeberbaukastensystem

Info

Publication number: DE102005039081A1
Application number: DE102005039081A
Authority: DE
Inventors: Viktor Steiner; Uli Hezinger; Florenz Von Guttenberg
Original assignee: Fritz Kuebler Zaehl und S GmbH; Fritz Kuebler Zahl- und Sensortechnik GmbH
Current assignee: Fritz Kuebler Zaehl und S GmbH; Fritz Kuebler Zahl- und Sensortechnik GmbH
Priority date: 2005-08-05
Filing date: 2005-08-05
Publication date: 2007-02-15

Abstract

Es wird ein Sensorkopfmodul (12) für einen modular aufgebauten Drehgeber (10) angegeben, der zumindest das Sensorkopfmodul (12) und ein Wellenflanschmodul (14), welches aus einer Vielzahl von Wellenflanschmodulen (14) für unterschiedliche Wellendurchmesser (d1, d2, d3) auswählbar ist und welches mit dem Sensorkopfmodul (12) verbindbar ist, umfasst, mit einem Sensor (20), um in einem mit dem Wellenflanschmodul (14) verbundenen Zustand ein Gebersignal zu erfassen, welches von einer Signalquelle (50) des Wellenflanschmoduls (14) an den Sensor (20) geliefert wird und ein Maß für eine Verdrehung einer Messwelle repräsentiert, und mit einer mechanischen Schnittstelle, die ausgebildet ist, um mit allen entsprechend ausgebildeten mechanischen Schnittstellen der Vielzahl der Wellenflanschmodule (14) jeweils derart verbindbar zu sein, dass der Sensor (20) im verbundenen Zustand eine vorbestimmte relative Lage zu der Signalquelle (50) einnimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein modulares Drehgeberbaukastensystem, bei dem der Drehgeber im Wesentlichen aus einem Sensorkopfmodul und einem Wellenflanschmodul besteht.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Sensorkopfmodul sowie ein Wellenflanschmodul.

Es sind Drehgeber der unterschiedlichsten Bauformen mit unterschiedlichen Sensorlösungen bekannt. Herkömmlicherweise werden Drehgeber aus zwei Modulen gebildet, wobei das eine Modul den (mechanischen) Anbau an eine Antriebs- bzw. Messwelle eines Endgeräts realisiert, deren Umdrehung gemessen werden soll. Dieses Modul wird nachfolgend auch als Wellenflanschmodul bezeichnet werden. Das zweite Modul wird durch einen sog. Sensorkopf repräsentiert, der beispielsweise einen magnetischen, optischen oder sonstigen Sensor aufweist, um die (absolute) Position oder die Positionsänderung der Messwelle bzw. Antriebswelle zu erfassen. Dieses Modul wird nachfolgend auch Sensorkopfmodul genannt werden.

Man unterscheidet grundsätzlich zwischen sog. inkrementalen Drehgebern sowie absoluten Drehgebern (Singleturn-Drehgebern und Multiturn-Drehgebern). Ein absoluter Drehgeber gibt einen Verdrehwinkel absolut an, in dem er beispielsweise eine kodierte Information ausgibt, die einem gemessenen Winkel entspricht. Die Auflösung ist dabei von der Anzahl von Unterteilungen (pro 360°) entlang des Umfangs der Messwelle abhängig. Darüber hinaus detektiert ein Multiturn-Drehgeber mehrere Umdrehungen und liefert die Anzahl der Umdrehungen der Messwelle.

Je nach Durchmesser der Antriebs- bzw. Messwelle und je nach Ausgestaltung der Vorrichtung, dessen Teil die Messwelle ist, sind unterschiedlich dimensionierte Wellenflanschmodule erforderlich. Ferner gibt es verschiedene Anbaumethoden. Deshalb werden die Wellenflanschmodule in unterschiedlichen Baugrößen hergestellt, wie z.B. mit Durchmessern von 24 mm bis 100 mm, um für unterschiedliche Durchmesser der Messwelle (z.B. von 4 mm bis 15 mm) geeignet zu sein.

Die in Drehgebern eingebauten Sensoren werden ebenfalls in unterschiedlichen Größen gefertigt. Ein Sensorkopf besteht im Wesentlichen aus einem Sensor, einer Folgeelektronik und einem Stecker oder Kabel, um den Sensorkopf mit einem externen (Auswerte-)Gerät verbinden zu können. Im Idealfall ist der Wellenflansch Montage-kompatibel zur Vorrichtung eines Endkunden, so dass keine zeitaufwendigen Installationsarbeiten und Justagearbeiten durchgeführt werden müssen. Dies bedingt jedoch eine hohe Vielfalt an unterschiedlichen Wellenflanschen, um zahlreiche Flanschdurchmesser mit divers angeordneten Anbaubohrungen bereitstellen zu können, sowie den zahlreichen Wellenausprägungen (z.B. Länge, Durchmesser) gerecht zu werden.

Des Weiteren existieren im Stand der Technik lagerlose Sensorsysteme, die insbesondere auf dem magnetischen Abtastprinzip beruhen. Dabei wird ein am Wellenende angeordneter Magnet abgetastet. Herkömmlicherweise wird einem Endkunden dazu ein in der Regel gehäuster Sensorkopf angeboten, der einen Magnetsensor und eine entsprechende Folgeelektronik umfasst. Der Magnet selbst wird ungelagert, d.h. als Einzelteil, mitgeliefert. Der Endkunde ist also gezwungen, eine geeignete Adaption an seine Vorrichtung, wie z.B. einen elektrischen Antrieb etc., selbst vorzunehmen. Er kann nicht auf standardisierte Mechanikkomponenten, wie z.B. einen Anbauflansch, eine Kupplung etc., zurückgreifen, um das Messsystem auf einfache Art und Weise in Betrieb zu nehmen. Bei dieser Art von Messsystem kann es also zu erheblichen Messfehlern auf Grund einer ungenauen Justage kommen. Zusätzlich spielen Systemfehler eine wesentliche Rolle, die die Genauigkeit des Messsystems weiter beeinträchtigen.

Ebenso gibt es eine Vielzahl von Ausprägungen beim Sensorkopf. Diese Vielzahl ist durch verschiedene Folgeelektroniken (z.B. analoge/digitale Datenausgabe, verschiedene Betriebsspannungen) sowie die Vielfalt an Steckern und Kabeln bedingt.

Somit stellt sich für den Hersteller von Drehgebersystemen das Problem, auch eine entsprechende Vielzahl von unterschiedlichen Sensorköpfen und unterschiedlichen Wellenflanschen auf Lager zu haben. Die Drehgeber werden dann kundenspezifisch zusammengesetzt, und zwar in Abhängigkeit von den oben genannten Bedingungen, wie z.B. Länge und Durchmesser der Messwelle, bauliche Ausprägung der Vorrichtung, in die die Messwelle eingebaut ist, und Ähnliches mehr.

Die Folgen davon sind: hohe Lieferzeiten, die durch die auftragsbezogene Fertigung bedingt sind; hohe Lagerbestände, sowohl beim Hersteller als auch eventuell beim Kunden; eine schlechte Verfügbarkeit; und die mangelnde Möglichkeit, eine Endmontage kundennah vornehmen zu lassen.

Ein weiteres Problem stellen die hohen Anforderungen an die Genauigkeit bei der Justage des Messsystems dar. Ein Endkunde ist üblicherweise nicht in der Lage, die einzelnen Komponenten so zusammenzubauen, dass der zusammengebaute Drehgeber auch mit zufriedenstellender Genauigkeit funktioniert. Dies liegt insbesondere daran, dass die an die relativen Positionen des Signalgebers, der üblicherweise an der Antriebswelle befestigt wird, und des Sensors gestellten Genauigkeitsanforderungen sehr hoch sind.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, der großen applikationsabhängigen Varianten- und Teilevielfalt schon herstellerseitig Herr zu werden, wobei nichtsdestotrotz die Wünsche des Kunden berücksichtigt werden müssen. Insbesondere ist das Drehgeberbaukastensystem so auszugestalten, dass der Sensorkopf und der Wellenflansch unabhängig voneinander vorgefertigt werden können, um sie dann nach erfolgten Kundenauftrag binnen kürzester Zeit in gewünschter Kombination zu einem Drehgeber kombinieren zu können.

Diese Aufgaben werden durch das erfindungsgemäße modular aufgebaute Drehgeberbaukastensystem gelöst, das ein Sensorkopfmodul und ein Wellenflanschmodul umfasst, die derart ausgebildet sind, dass sie miteinander kombiniert werden können, ohne dass weitere, größere und aufwendige Justagearbeiten vonnöten sind.

Das erfindungsgemäße Sensorkopfmodul umfasst einen Sensor zum Erfassen eines Gebersignals, welches von einer Signalquelle des Wellenflanschmoduls geliefert wird, wenn das Sensorkopfmodul mit dem Wellenflanschmodul verbunden ist. Das Gebersignal repräsentiert ein Maß für die Verdrehung einer Messwelle. Ferner weist das Sensorkopfmodul eine erste mechanische Schnittstelle auf, die derart ausgebildet ist, dass sie mit einer entsprechend ausgebildeten zweiten mechanischen Schnittstelle eines Wellenflanschmoduls, welches aus einer Vielzahl von Wellenflanschmodulen ausgewählt werden kann, verbindbar ist. Im verbundenen Zustand nimmt der Sensor eine genau vorbestimmte relative Lage zur Signalquelle ein.

Das erfindungsgemäße Wellenflanschmodul umfasst eine Signalquelle, die das Gebersignal liefert, welches ein Maß für die Verdrehung der Messwelle repräsentiert. Ferner umfasst das Wellenflanschmodul eine Geberwelle, an der die Signalquelle derart angebracht ist, dass der Sensor des Sensorkopfmoduls in einem mit dem Wellenflanschmodul verbundenen Zustand das Gebersignal erfassen kann. Ferner ist die Geberwelle an die Messwelle koppelbar. Das Wellenflanschmodul weist ebenfalls eine mechanische Schnittstelle auf, die wiederum derart ausgebildet ist, dass sie mit der mechanischen Schnittstelle des Sensorkopfmoduls verbindbar ist, so dass die Signalquelle in verbundenem Zustand eine vorbestimmte relative Lage zu dem Sensor einnimmt.

Durch die standardisierten mechanischen Schnittstellen ist es möglich, eine große Vielzahl von Sensorkopfmodulen mit einer großen Vielzahl von Wellenflanschmodulen schnell und einfach zu kombinieren. Insbesondere entfallen die aufwendigen Justagearbeiten, die üblicherweise bei nach Kundenwunsch gefertigten Drehgebern erforderlich waren. Der Kunde könnte sogar selbst die Module miteinander verbinden, um den Drehgeber zusammenzubauen.

Ist der Kunde selbst in der Lage, den Drehgeber zusammenzubauen, so kann der Kunde auch eine größere Anzahl von verschieden ausgestalteten Wellenflanschmodulen besitzen, um das Drehgebersystem für die unterschiedlichsten, in seinem Unternehmen auftretenden Applikationen zur Verfügung zu haben. Um den Drehgeber von einer ersten Applikation auf eine zweite Applikation umzurüsten, ist insbesondere nur ein Austausch des Wellenflanschmoduls erforderlich. Um die Justage des Sensors relativ zum Signalgeber muss sich der Kunde nicht mehr kümmern. Herstellerseitig entfallen aufwendige Justagearbeiten, da jedes, insbesondere bereits vorjustierte, Wellenflanschmodul mit einem Sensorkopfmodul kompatibel ist. Die Lieferzeiten werden so kürzer. Ferner lassen sich die einzelnen Baukastenkomponenten auch durch ungeschultes Personal zusammenbauen, so dass insbesondere in Herstellerniederlassungen kein besonders ausgebildeter Techniker vor Ort sein muss, um den Drehgeber gemäß der Erfindung zusammenzubauen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Sensorkopfmodul ein Gehäuse auf, das einseitig offen ist. Dabei stellt die einseitige Öffnung die mechanische Schnittstelle des Sensorkopfmoduls dar.

Die mechanische Schnittstelle ist somit Teil einer bereits vorhandenen Komponente des Sensorkopfs. Sie lässt sich schnell und einfach herstellen. Ferner ist keine besondere Anpassung der restlichen Komponenten des Sensorkopfs erforderlich.

Von Vorteil ist, wenn das Sensorkopfmodul ferner zumindest einen Zentrierstift aufweist.

Mit Hilfe des Zentrierstifts lassen sich der Sensorkopf (inkl. Leiterplatte) und der Wellenflansch (inkl. Signalgeber) mit einer genau vorbestimmten relativen Lage zueinander montieren. Der Zentrierstift erleichtert den Zusammenbau und eliminiert aufwendige Justagearbeiten.

Ferner ist es bevorzugt, wenn das Sensorkopfmodul eine Leiterplatte aufweist, an der der Sensor angebracht ist.

Diese Ausgestaltung ermöglicht wiederum eine Erweiterung des Baukastensystems hinsichtlich der austauschbaren Komponenten. Die Leiterplatte wird vorzugsweise bezüglich ihrer Abmessung für alle Sensorköpfe gleich ausgebildet, wobei die unterschiedlichsten Sensoren – je nach gewünschtem Messprinzip – mit der Leiterplatte verbunden sind. Unabhängig vom Sensor kann die Leiterplatte immer am gleichen Ort eingebaut werden, so dass dies die Notwendigkeit einer Nachjustage hinfällig macht.

Besonders von Vorteil ist es, wenn der Zentrierstift auch mit der Leiterplatte verbunden ist.

Da der Sensor mit der Leiterplatte verbunden ist und die Leiterplatte wiederum mit dem Zentrierstift verbunden ist, erhöht sich ebenfalls die Genauigkeit beim Zusammenbau.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Leiterplatte ferner ein Loch auf, in das ein an dem Wellenflanschmodul fixierter Zentrierstift eingreifen kann.

Diese Maßnahme erhöht wiederum die Justagegenauigkeit.

Insbesondere ist der Sensor des Sensorkopfmoduls so ausgelegt, dass er optische, kapazitive, magnetisch und/oder induktive Signale erfassen kann.

Diese Maßnahme erhöht wiederum die Vielfalt der verschiedenen Komponenten, die bei dem erfindungsgemäßen Drehgeberbaukastensystem eingesetzt werden können. Je nach Applikation kann der Kunde frei auswählen, welches Messprinzip für ihn am geeignetsten ist.

Auch von Vorteil ist, wenn das Sensorkopfmodul bereits eine Signalverarbeitungseinrichtung integriert hat.

In diesem Fall muss das erfasste Signal nicht an ein externes Auswertungsgerät geliefert werden. Die Signalauswertung, d.h. die Angabe eines absoluten Drehwinkels bzw. einer Umdrehungsanzahl, wird bereits vom Sensorkopf geliefert.

Vorzugsweise wird jedoch auch ein Anschlusskabel bzw. eine elektrische Schnittstelle beim Sensorkopfmodul vorgesehen.

Diese Maßnahme erlaubt den Einsatz des Drehgebers mit bereits existierenden externen Auswertegeräten.

Ferner ist es bevorzugt, wenn auch das Wellenflanschmodul einen Körper umfasst, an dem die mechanische Schnittstelle des Wellenflanschmoduls ausgebildet ist.

Diese Maßnahme vereinfacht die Realisierung der Schnittstelle. Eine aufwendige separate Kupplung ist nicht erforderlich.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die mechanische Schnittstelle des Wellenflanschmoduls einen Vorsprung auf, dessen Form an die mechanische Schnittstelle des Sensorkopfmoduls angepasst ist, welche eine entsprechend ausgebildete Öffnung zur Aufnahme des Vorsprungs im verbundenen Zustand aufweist.

Insbesondere ist ein Ende der Geberwelle im Wellenflanschmodul gelagert und die Signalquelle stirnseitig an diesem Ende ange bracht, wobei die Signalquelle vorzugsweise nahe der Mittelachse der Geberwelle angeordnet ist.

Diese Maßnahmen erhöhen die Fehlertoleranz gegenüber leichter Exzentrizität und axialen Versatz der Signalquelle. Ferner kann der Abstand zwischen Sensor und Signalquelle relativ groß gewählt werden, insbesondere im Millimeterbereich im Gegensatz zu dem im Stand der Technik üblichen Mikrometerbereich.

Wie bereits oben erwähnt, ist es ferner von Vorteil, dass das Wellenflanschmodul zumindest einen Zentrierstift aufweist, der im verbundenen Zustand in eine entsprechend angeordnete Öffnung im Sensorkopfmodul eingreift.

Durch diese Ausgestaltung können der Sensorkopf und der Wellenflansch ohne Justage bzw. Abgleich miteinander kombiniert und montiert werden, wobei ein hohes Maß an Justiersicherheit besteht.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist das Wellenflanschmodul ferner Ausnehmungen auf, um Zentrierstifte des Sensorkopfmoduls aufzunehmen.

Diese Vorkehrung dient dem gleichen Zweck wie gerade oben genannt.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, in denen:
1 eine erste Ausführungsform eines Drehgebers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, der ein Sensorkopfmodul und ein Wellenflanschmodul umfasst;
2 ein weiteres Sensorkopfmodul und ein weiteres Wellenflanschmodul in verbundenem Zustand zeigt;
3 die beiden Module der 2 in getrenntem Zustand zeigt;
4 das Steckmodul der 2 und 3 mit einem weiteren Wellenflanschmodul im verbundenen Zustand zeigt;
5 den Drehgeber der 4 im getrennten Zustand zeigt;
6 einen Sensorkopf mit Vollumkapselung zeigt; und
7 einen weiteren Wellenflansch zeigt, der zum Steckmodul der 6 kompatibel ist und ebenfalls vollständig umkapselt ist.
In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen werden gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden.
1 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Drehgebersystems 10.
Der Drehgeber 10 der 1 besteht im Wesentlichen aus dem Sensorkopfmodul 12 und dem Wellenflanschmodul 14. Der Sensorkopf 12 und der Wellenflansch 14 sind in einem entkoppelten Zustand gezeigt. Um die beiden Module 12 und 14 miteinander zu verbinden, werden sie entlang einer Mittelachse 15 aufeinander zu bewegt.
Das Sensorkopfmodul 12 umfasst ein Gehäuse 16, das eine einseitige Öffnung 18 zur Aufnahme des Wellenflanschmoduls 14 aufweist. Ferner ist ein Sensor 20 zum Erfassen von optischen, kapazitiven, magnetischen und/oder induktiven Signalen vorgesehen. Der Sensor 20 ist mit einer Leiterplatte 22 verbunden, die in das Sensorkopfmodul 12 eingebaut ist. Die Leiterplatte 22 weist zwei Oberflächen 24 und 26 auf, wobei der Sensor 20 an der dem Wellenflanschmodul 14 zugewandten Seite 24 angeordnet ist. Optional kann die Leiterplatte 22 mit mindestens einem Zentrierstift 28 verbunden sein, der die Justage beim Zusammenfügen des Sensorkopfs 12 mit dem Wellenflansch 14 gewährleistet.
Vorzugsweise umgibt das Gehäuse 16 die Leiterplatte 22 inklusive dem Sensor 20 vollständig, um den Sensor 20 gegen äußere Einflüsse zu schützen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Sensorkopfmodule 12 längere Zeit beim Hersteller eingelagert werden, um sie später kundenspezifisch mit einem Wellenflanschmodul 14 zu verbinden. Dazu weist das Gehäuse 16 an entsprechenden Stellen Öffnungen 30 auf, durch die die Zentrierstifte 28 hindurchtreten.
Ferner weist das Gehäuse 16 ein Anschlussstück 32 auf. Mit dem Anschlussstück 32 wird die elektronische Schnittstelle des Sensorkopfs 12 realisiert. Das Anschlussstück 32 kann entweder eine Steckerbuchse oder ein Kanal oder Ähnliches sein, durch den ein (nicht dargestelltes) Kabel nach außen zu einem (nicht dargestellten) Gerät geführt werden kann.
Das Wellenflanschmodul 14 der 1 umfasst einen Körper 40, in dem eine Geberwelle 42, die mit einer nicht dargestellten Antriebs- bzw. Messwelle koppelbar ist, mittels Lagern 44 gelagert ist. Die Kopplung an die Antriebswelle kann mittels eines Schraubgewindes erfolgen.
An den dem Sensormodul 12 zugewandten Ende der Welle 12 ist eine Signalquelle 50 als Signalgeber vorgesehen. Bei der in 1 dargestellten Ausgestaltung weist das stirnseitige Ende der Welle 42, welches im Körper 40 gelagert ist, eine entsprechende Ausnehmung zur Aufnahme der Signalquelle 50 auf. Diese Signalquelle 50 könnte beispielsweise ein Permanentmagnet sein, der mit einem entsprechenden magnetischen Sensor 20 wechselwirkt, wie es durch einen Pfeil 52 angedeutet ist. Die Signalquelle 50 ist möglichst nahe zur Mittelachse 15 angeordnet.
Der Körper 40 des Wellenflanschmoduls 14 weist ferner einen Hals bzw. Vorsprung 49 auf, der entsprechend zur Öffnung 18 des Sensorkopfmoduls 12 ausgebildet ist und die mechanische Schnittstelle des Wellenflanschs 14 repräsentiert. Die Breite des Halses 49 ist nur unwesentlich geringer als die Breite der Öffnung 18. Zwischen dem Hals 49 und der Öffnung 18 existiert vorzugsweise ein Spiel 34.
Der Hals 49 bzw. die dem Sensorkopfmodul 12 zugewandte Fläche des Halses 49 weist insbesondere Sacklochbohrungen 46 auf, wenn der Sensorkopf 12 mit Zentrierstiften 28 versehen ist. Die Sacklöcher 46 dienen zur Aufnahme der Zentrierstifte 28. Die Zentrierstifte 28 tragen so zur Justage des Sensors 20 relativ zur Signalquelle 50 bei.
Vorzugsweise ist die Leiterplatte 22 im Sensorkopf 12 beweglich gelagert, d.h. insbesondere die Öffnungen 30 weisen ein gewisses Spiel für die Zentrierstifte 28 auf, so dass sich das Gesamtmesssystem, welches den Sensor 20 sowie die Signalquelle 50 umfasst, beim Verbinden des Sensorkopf es 12 mit dem Wellenflansch 40 von selbst justieren kann.
Das Wellenflanschmodul 40 kann ferner Mittel zum Verbinden mit dem Endgerät aufweisen, wie z.B. weitere Sacklochbohrungen 48.
In 2 und 3 ist ein weiterer Drehgeber 10' im zusammengebauten Zustand (2) und im entkoppelten Zustand (3) gezeigt.
Der Sensorkopf 12 ist bei dem Drehgeber 10' einseitig offen ausgebildet und weist keine Rundumkapselung auf. Ferner sind die Zentrierstifte 28 nicht dargestellt, können jedoch ebenfalls vorgesehen werden.
Zusätzlich ist eine Dichtung 70 zwischen dem Hals 49 und der Öffnung 18 vorgesehen. Der Sensorkopf 12 und der Wellenflansch 14' können auf vielfältigste Art und Weisen miteinander verbunden werden. Sie können z.B. verschraubt, verklebt, vernietet, verstemmt, verpresst usw. werden.
Bei dem in 2 und 3 gezeigten Sensorkopf 12 ist ferner eine Folgeelektronik 60 dargestellt, die auf der dem Sensor 20 gegenüberliegenden Seite 26 der Leiterplatte 22 angebracht sein kann. Die elektrische Verbindung zwischen den Einheiten 20 und 60 zur Außenwelt erfolgt über eine Verdrahtung 62. Ferner kann das Gehäuse 16 zur Aufnahme eines mit einem Kabel 64 verbundenen Steckers 66 eine Steckerbuchse 68 aufweisen. Alternativ könnte auch lediglich das Kabel 64 durch das in 1 dargestellte Anschlussstück 32 ins Innere des Sensorkopfes 12 geführt werden.
4 und 5 zeigen einen weiteren Drehgeber 10'', der mit dem erfindungsgemäßen Drehgeberbaukastensystem zusammengebaut ist. 4 zeigt den zusammengebauten Zustand. 5 zeigt den entkoppelten Zustand.
Bei der Ausführungsform des Drehgebers 10'' der 4 und 5 fällt auf, dass das Wellenflanschmodul 14'' kleiner als das Wellenflanschmodul 14' der 2 und 3 ausgebildet ist. Dies liegt zum einen daran, dass die Geberwelle 42' einen geringeren Durchmesser (d3) als die Geberwelle 42 der 2 und 3 (vgl. d2) aufweist. Der Sensorkopf 12 der 4 und 5 ist identisch zu dem Sensorkopf der 2 und 3.
In 4 und 5 ist die Breite B1 des Sensorkopfs 12 gleich groß wie die Breite B2 des Wellenflanschmoduls 14''. Das Wellenflanschmodul 14' der 2 und 3 hingegen ist mit einer größeren Breite ausgebildet.
Vergleicht man den Drehgeber 10' der 2 und 3 mit dem Drehgeber 10'' der 4 und 5, so erschließt sich die erfindungs gemäße Idee auf einfache Weise. Die mechanischen Schnittstellen, d.h. die Elemente der Module, die tatsächlich miteinander gekoppelt werden, sind standardisiert ausgebildet. Auf diese Weise ist es möglich, viele verschiedene Wellenflanschmodule 14, 14', 14'' mit einem oder mehreren Sensorkopfmodulen 12 zu verbinden.
Der in 6 und 7 gezeigte Drehgeber ist so ausgestaltet, dass er rundum verkapselt ist, dies ist insbesondere bei einer magnetischen Abtastung von Vorteil, wobei der Körper 40 bzw. das Gehäuse 16 aus einem geeigneten Werkstoff gebildet sind. Dadurch ist gewährleistet, dass der Sensorkopf 12 und der Wellenflansch 14 auch über längere Zeit gelagert werden können, ohne die Sensorik bzw. die Elektronik zu beeinträchtigen.
Alternativ kann die Unterseite offen und der Sensorkopfbei geeigneten Sensoren (z.B. magnetischen Sensoren) vergossen sein.
Die bei der Erfindung eingesetzte Sensorik ist vorzugsweise fehlertolerant gegenüber leichter Exzentrizität und axialem Versatz des Signalkörpers. Ferner ist sie fehlertolerant gegen einen eventuellen Planschlag des Signalgebers. Mit dem Sensor kann ein relativ großer Leseabstand erreicht werden.
Der erfindungsgemäße Drehgeber kann sowohl als Inkremental-, Singleturn- als auch als Multiturn-Drehgeber ausgeführt werden.

Claims

Sensorkopfmodul (12) für einen modular aufgebauten Drehgeber (10), der zumindest das Sensorkopfmodul (12) und ein Wellenflanschmodul (14), welches aus einer Vielzahl von Wellenflanschmodulen (14) für unterschiedliche Wellendurchmesser (d1, d2, d3) auswählbar ist und welches mit dem Sensorkopfmodul (12) verbindbar ist, umfasst, mit einem Sensor (20), um in einem mit dem Wellenflanschmodul (14) verbundenen Zustand ein Gebersignal zu erfassen, welches von einer Signalquelle (50) des Wellenflanschmoduls (14) an den Sensor (20) geliefert wird und ein Maß für eine Verdrehung einer Messwelle repräsentiert, und mit einer mechanischen Schnittstelle, die ausgebildet ist, um mit allen entsprechend ausgebildeten mechanischen Schnittstellen der Vielzahl der Wellenflanschmodule (14) jeweils derart verbindbar zu sein, dass der Sensor (20) im verbundenen Zustand eine vorbestimmte relative Lage zu der Signalquelle (50) einnimmt.
Sensorkopfmodul (12) nach Anspruch 1, wobei das Sensorkopfmodul (12) ein Gehäuse (16) aufweist, das einseitig offen ist, wobei die einseitige Öffnung (18) die mechanische Schnittstelle des Sensorkopfmoduls (12) darstellt.
Sensorkopfmodul (12) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Sensorkopfmodul (12) ferner zumindest einen Zentrierstift (28) aufweist.
Sensorkopfmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Sensorkopfmodul (12) ferner eine lösbar fixierte Leiterplatte (22) aufweist, an der der Sensor (20) angebracht ist.
Sensorkopfmodul nach Anspruch 3 und 4, wobei die Leiterplatte (22) mit dem Zentrierstift (28) verbunden ist.
Sensorkopfmodul nach Anspruch 4, wobei die Leiterplatte (22) ein Loch aufweist, in das ein an dem Wellenflanschmodul (14) fixierter weiterer Zentrierstift (28) eingreifen kann.
Sensorkopfmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Sensor (20) die Gebersignale optisch, kapazitiv und/oder induktiv erfasst.
Sensorkopfmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das ferner eine Signalverarbeitungseinrichtung (60) aufweist.
Sensorkopfmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das ferner eine elektrische Schnittstelle (66, 68) oder ein Anschlusskabel (64) zu einem externen Auswertegerät umfasst.
Wellenflanschmodul (14) für einen modular aufgebauten Drehgeber (10), der zumindest ein Sensorkopfmodul (12) und das Wellenflanschmodul (14) umfasst, mit einer Signalquelle (50), die ein Gebersignal liefert, das ein Maß für eine Verdrehung einer Messwelle repräsentiert, mit einer Geberwelle (42), an der die Signalquelle (50) derart angebracht ist, dass ein Sensor (20) des Sensorkopfmoduls (12) in ei nem mit dem Wellenflanschmodul (14) verbundenen Zustand das Gebersignal erfassen kann, und an die die Messwelle koppelbar ist, und mit einer mechanischen Schnittstelle, die ausgebildet ist, um mit einer entsprechend ausgebildeten mechanischen Schnittstelle des Sensorkopfmoduls (12) derart verbindbar zu sein, dass die Signalquelle (50) im verbundenen Zustand eine vorbestimmte relative Lage zu dem Sensor (20) einnimmt.
Wellenflanschmodul nach Anspruch 10, das einen Körper (40) umfasst, an dem die mechanische Schnittstelle des Wellenflanschmoduls (14) ausgebildet ist.
Wellenflanschmodul nach Anspruch 10 oder 11, wobei die mechanische Schnittstelle des Wellenflanschmoduls (14) einen Vorsprung (49) aufweist, dessen Form an die mechanische Schnittstelle des Sensorkopfmoduls (12) angepasst ist, welche eine entsprechend ausgebildete Öffnung (18) zur Aufnahme des Vorsprungs (49) im verbundenen Zustand aufweist.
Wellenflanschmodul nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei ein Ende der Geberwelle (42) im Wellenflanschmodul (14) gelagert ist und die Signalquelle (50) stirnseitig an dem Ende angebracht ist.
Wellenflanschmodul nach Anspruch 13, wobei die Signalquelle (50) nahe der Mittelachse (15) der Geberwelle (45) angeordnet ist.
Wellenflanschmodul nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Signalquelle (50) das Gebersignal optisch, magnetisch und/oder kapazitiv ausgibt.
Wellenflanschmodul nach einem der Ansprüche 10 bis 15, das ferner zumindest einen Zentrierstift (28) aufweist, der im verbundenen Zustand in eine entsprechend angeordnete Öffnung in dem Sensorkopfmodul (12) eingreift, um die Signalquelle (50) in einer vorbestimmten Lage relativ zu dem Sensor (20) anzuordnen.
Wellenflanschmodul nach einem der Ansprüche 10 bis 16, das ferner Ausnehmungen (46), insbesondere Sacklöcher, aufweist, um Zentrierstifte (28) des Sensorkopfmoduls (12) aufzunehmen.
Wellenflanschmodul nach einem der Ansprüche 10 bis 17, das ferner Mittel (48) zum Koppeln an die Messwelle aufweist.
Modulares Drehgeberbaukastensystem (10) mit einem Sensorkopfmodul (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und einer Vielzahl von Wellenflanschmodulen (14), wobei jedes Wellenflanschmodul (14) nach einem der Ansprüche 10 bis 18 ausgebildet ist und für eine andere Messwellengeometrie ausgelegt ist.
Modulares Drehgeberbaukastensystem nach Anspruch 19, das ferner eine Dichtungseinrichtung (70) umfasst, die im verbundenen Zustand zwischen dem Sensorkopfmodul (12) und einem Wellenflanschmodul (14) der Vielzahl von Wellenflanschmodulen (14) angeordnet ist.
Modulares Drehgeberbaukastensystem nach Anspruch 19 oder 20, wobei die mechanischen Schnittstellen der Module (12, 14) derart ausgebildet sind, dass die Module miteinander verschraubbar, verklebbar oder verfügbar sind.