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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Drehgeber, der an einem zu
messenden Objekt angebracht ist, wie etwa am Rotor eines Motors
o.ä.. Mit Hilfe
des Drehgebers ist die rotatorische Position und/oder der Drehwinkel
und/oder die Rotationsgeschwindigkeit des zu messenden Objekts erfassbar.
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Neben
sog. Singleturn-Drehgebern gibt es desweiteren sog. Multiturn-Drehgeber,
wie sie etwa in der JP 63-083612 offenbart sind. Diese weisen neben
Mitteln zur Erfassung eines rotatorischen Positionsverschiebungsausmaßes innerhalb
einer Wellen-Umdrehung auch Mittel zur Erfassung der Anzahl der
erfolgten Wellen-Umdrehungen auf. Hierzu dient u.a. ein ringförmiger Magnet
bzw. Ringmagnet, der geeignet abgetastet wird.
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Der
Multiturn-Drehgeber aus der genannten Druckschrift umfasst einen
optischen Singleturn-Teil, der die rotatorische Absolut-Position
bzw. den absoluten Drehwinkel innerhalb einer Wellen-Umdrehung feststellt
sowie einen magnetischen Multiturn-Teil zur Feststellung der Anzahl
erfolgter Wellen-Umdrehungen.
Zum optischen Singleturn-Teil, der die rotatorische Absolut- Position bzw. den
absoluten Drehwinkel innerhalb einer Wellen-Umdrehung feststellt,
gehören
gemäß 2 der genannten Druckschrift
u.a. eine an einer Welle 1 angebrachte Teilscheibe 2 zur Feststellung
des absoluten Winkelposition innerhalb einer Umdrehung, eine Lichtquelle 4 zur
Beleuchtung der Teilscheibe 2, eine feste bzw. stationäre Abtastteilung 5,
eine Photodiodenanordnung 6 einer Detektionseinheit und
eine Signalverarbeitungsschaltung zur Umformung des detektierten
Signals in ein rechteckförmiges
(Ausgangs-)Signal. Zum magnetischen Multiturn-Teil zur Feststellung
der Anzahl erfolgter Wellen-Umdrehungen gehören u.a. eine weitere Teilscheibe 81 mit
einem Ringmagneten 82, ein Magnetwiderstandselement 9 zur
Detektion bzw. Erfassung der Umdrehungszahl, eine Signalverarbeitungsschaltung 10 und
eine Steuerschaltung zum Zählen des
detektierten Signals bzgl. der erfolgten Mehrfachumdrehungen und
zum Speichern des entsprechenden Zahlenwerts.
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Der
Ringmagnet 82 ist so ausgebildet, dass sich seine Magnetpole
während
einer Umdrehung umkehren. Eine erfolgte Umdrehung kann dann durch
die Detektion einer derartigen Veränderung der Magnetpole über das
zur Magnetfeldetektion verwendete Magnetwiderstandselement 9 erfasst
werden. In Bezug auf die Ausgestaltung der einzelnen Komponenten,
deren Anordnung und auch bzgl. der optischen und magnetischen Abtastung
eines derartigen Drehgebers gibt es verschiedenste bekannte Ausführungsformen.
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Geeignete
Magnetisierungsmuster, deren Magnetpole sich während einer Umdrehung des Ringmagnets
umkehren sowie zur Ausbildung derselben geeignete Magnetisierungsverfahren
sind ferner z.B. aus den Druckschriften JP 63-182808 oder JP 2002-353029
bekannt.
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Bei
den in diesen Druckschriften vorgeschlagenen Magnetisierungsverfahren
wird der Ringmagnet als von der Drehgeberwelle separiertes Element magnetisiert
und der Ringmagnet anschließend
an der Drehgeberwelle angebracht bzw. angeklebt. Dabei wird die
exakte Positionierung bzw. Anordnung des Ringmagneten durch Abstimmen
einer am Ringmagneten angebrachten Positionierungsmarkierung mit
einer Positionierungsmarkierung der Drehgeberwelle vorgenommen.
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Hierbei
erweist es sich jedoch als schwierig, den Klebevorgang unter gleichzeitiger
Beobachtung der Positionierungsmarkierungen vorzunehmen, so dass
es häufig
zu Schwankungen in der Position des angeklebten Ringmagneten kommt.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drehgeber anzugeben,
welcher einen an der Drehgeberwelle angeordneten Ringmagneten aufweist,
der präzise
an der erforderlichen Position der Drehgeberwelle angeordnet werden
kann.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Drehgeber mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Drehgebers ergeben sich
aus den Maßnahmen
in den abhängigen
Patentansprüchen.
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Der
erfindungsgemäße Drehgeber
umfasst eine rotierende Drehgeberwelle, die einen Ringmagnet-Befestigungsbereich
zur Anordnung eines Ringmagneten aufweist. Der Ringmagnet ist am
Ringmagnet-Befestigungsbereich der Drehgeberwelle ausgebildet und
bildet eine Einheit mit demselben.
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In
einer möglichen
Ausführungsform
weist der erfindungsgemäße Drehgeber
im Ringmagnet-Befestigungsbereich der Drehgeberwelle rillenförmige Vertiefungen
zur Fixierung des Ringmagneten auf.
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Hierbei
kann über
die rillenförmigen
Vertiefungen eine schwalbenschwanzartige Verbindung zwischen dem
Ringmagneten und dem Ringmagnet-Befestigungsbereich ausgebildet
werden.
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Alternativ
können
die rillenförmigen
Vertiefungen am Ringmagnet-Befestigungsbereich sägezahnartig ausgebildet sein.
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Ferner
können
sich die rillenförmigen
Vertiefungen in einem Flanschbereich der Drehgeberwelle zumindest
in einem Kreissegment um die Längsachse
der Drehgeberwelle erstrecken.
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In
einer möglichen
Ausführungsform
weist der die Drehgeberwelle ferner mindestens eine Justagemarkierung
zur definiert-orientierten Aufbringung einer Magnetisierung des
Ringmagneten auf.
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Beispielsweise
kann die Justagemarkierung als Justagebohrung im Flanschbereich
der Drehgeberwelle ausgebildet sein.
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In
einer möglichen
Ausführungsform
kann der Ringmagnet als Verbundmagnet ausgebildet sein.
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In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst der erfindungsgemäße Drehgeber
ferner eine optisch abtastbare Teilscheibe, die oberhalb des Ringmagneten
angeordnet ist und die zur Erfassung der Wellen-Absolutposition
innerhalb einer Wellenumdrehung ausgebildet ist.
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Aufgrund
der erfindungsgemäßen Maßnahmen
kann nunmehr ein Drehgeber angegeben werden, welcher einen Ringmagneten
an der Drehgeberwelle aufweist, wobei dieser Ringmagnet einfach
anbringbar und präzise
positionierbar ist.
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Besonders
geeignet sind die erfindungsgemäßen Maßnahmen
zur Ausbildung eines Multiturn-Drehgebers, bei dem sich ein erforderlicher Ringmagnet
für die
Erfassung der Anzahl erfolgter Wellen-Umdrehungen nunmehr einfach
positionieren lässt.
Hierbei kann insbesondere die Justagemarkierung zur positionsgenauen
Anbringung der optisch abtastbaren Teilscheibe des Singleturn-Teils
auch als Justagemarkierung für
die Anordnung des Ringmagneten verwendet werden. Ein einfacher Gesamtaufbau
in Verbindung mit einer erhöhten
Genauigkeit bei der Positionierung der einzelnen Komponenten ist die
Folge.
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Die
Drehgeberwelle weist im erfindungsgemäßen Drehgeber einen Ringmagnet-Befestigungsbereich
zur Anordnung eines Ringmagneten auf, wobei der Ringmagnet am Ringmagnet-Befestigungsbereich
der Drehgeberwelle ausgebildet ist und eine Einheit mit demselben
bildet. Vorzugsweise weist der Ringmagnet-Befestigungsbereich rillenförmige Vertiefungen
zur Fixie rung des Ringmagneten auf. Besonders vorteilhaft lässt sich
ein Multiturn-Drehgeber erfindungsgemäß ausgestalten.
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Da
der Ringmagnet somit an bzw. integral mit der Drehgeberwelle ausgebildet
ist und mit dieser eine Einheit bildet, entfällt ein positionsgenaues Festkleben
des Ringmagneten. Dadurch kann die Fertigung des Drehgebers vereinfacht
und Schwankungen bzgl. der Anbringungsgenauigkeit des Ringmagneten
minimiert werden. Aufgrund der erfolgenden Magnetisierung nach der
gemeinsamen Ausbildung und Vereinigung des Ringmagneten mit der
Drehgeberwelle kann die Position der Magnetpole des Ringmagnets
definiert bestimmt und mit hoher Genauigkeit eingestellt werden.
Da der Ringmagnet bei der Vereinigung bzw. beim Zusammenbau des
Ringmagneten mit der Drehgeberwelle noch nicht magnetisiert ist,
ist in diesem Schritt demzufolge keine präzise Relativ-Positionierung
bzw. Justierung der entsprechenden Bauteile nötig. Die Montage und Herstellung
des Drehgebers lässt
sich deutlich vereinfachen.
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Ein
hochgenaue Ausrichtung der Magnetisierung des Ringmagneten bzgl.
der Drehgeberwelle ist aufgrund der erfolgenden Magnetisierung im
montierten Zustand des Ringmagneten an der Drehgeberwelle sichergestellt.
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Wenn
etwa ein Multiturn-Drehgeber dergestalt ausgebildet wird, so entfällt die
aufwändige
Justage bzw. Positionierung des Ringmagneten zur Erfassung der Umdrehungsanzahl.
Vorteilhafterweise können
die Justagemarkierungen, die zur Montage und Justage der optischen
Teilscheibe für
den Singleturn-Teil genutzt werden, auch als Justagemarkierungen
für die
erforderliche Justage bzw. Positionsbestimmung zur Aufbringung der
Magnetisierung verwendet werden. Dadurch ist insgesamt eine einfachere
Montage bzw. Justage der einzelnen Komponenten im Multiturn-Drehgeber
möglich.
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Weitere
Vorteile sowie Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der
beiliegenden Figuren.
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Dabei
zeigt
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1 eine
Schnittansicht eines Teilbereiches der Drehgeberwelle eines ersten
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Drehgebers;
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2 eine
Draufsicht auf den Oberteil der Drehgeberwelle aus 1.
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3 eine
Teil-Schnittansicht der Drehgeberwelle einer zweiten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Drehgebers;
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4 eine
Teil-Schnittansicht der Drehgeberwelle einer dritten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Drehgebers;
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5 ein
schematisierte Darstellung, die die räumliche Beziehung des Magnetisierungsmusters des
Ringmagneten und einer Positionierungsmarkierung veranschaulicht;
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6 eine
Schnittansicht einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehgebers, nunmehr
ausgebildet als Multiturn-Drehgeber.
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1 zeigt
eine Schnittansicht eines Teilbereiches der Drehgeberwelle eines
ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Drehgebers; 2 stellt
eine Draufsicht auf den Oberteil der Drehgeberwelle aus 1 dar,
bei der jedoch eine Hälfte der
Drehgeberwelle weggelassen wurde. In den Figuren umfasst die dargestellte
Drehgeberwelle des erfindungsgemäßen Drehgebers
i.w. einen Drehgeberwellen-Grundkörper 1 und einen Ringmagnet 2, wobei
der Ringmagnet 2 so ausgebildet ist, dass er eine integrale
Einheit mit dem Drehgeberwellen-Grundkörper 1 bildet.
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Der
Drehgeberwellen-Grundkörper 1 in
Form eines Hohlzylinders weist in der Nähe seines Endbereichs (im dargestellten
Beispiel handelt es sich um den oberen Endbereich) einen flanschförmigen Ringmagnet-Befestigungs bereich 1a mit
vergrößertem Durchmesser
auf. Der Ringmagnet 2 wird am Ringmagnet-Befestigungsbereich 1a an
einem stufenförmigen
Absatz 1b vereinigt mit dem Ringmagnet-Befestigungsbereich 1a ausgebildet.
Damit sich der Ringmagnet 2 nicht leicht vom Ringmagnet-Befestigungsteil 1a bzw.
dem stufenförmigen
Absatz an demselben trennt, kann der Ringmagnet-Befestigungsbereich 1a ferner
rillenförmige
Vertiefungen 1c aufweisen. Wie nachstehend noch näher erläutert sei,
können
diese – optionalen – rillenförmigen Vertiefungen 1c verschiedenste
Formen oder Kombinationen derselben aufweisen..
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Konkret
kann durch eine wie zum Beispiel in 3 gezeigte
Ausführungsform
mit einem einwärts gerichtet
trapezförmigen
Querschnitt des Ringmagneten 2 eine schwalbenschwanzartige
Verbindung an dieser Stelle und damit ein relativ schwer trennbarer
bzw. stabiler Aufbau erreicht werden. Alternativ können gemäß 4 durch
die Ausbildung mehrerer dreieckiger Vertiefungen sägezahnartige,
rillenförmige
Vertiefungen gebildet werden, während
das Material des gebildeten Ringmagnets 2 so ausgeformt wird,
dass mehrere keilförmige
Vertiefungen an dieser Stelle in den Drehgeberwellen-Grundkörper ragen.
Auch in diesem Fall resultiert ein schwer trennbarer, stabiler Aufbau. 3 und 4 zeigen
vergrößerte Teil-Schnittansichten
des in 1 gezeigten Ringmagnet-Befestigungsbereichs 1a.
Die Form und der Aufbau der jeweiligen rillenförmigen Vertiefungen 1c sind
nicht auf die dargestellten Ausführungsformen
beschränkt,
es sind vielmehr verschiedenste alternative Varianten etc. möglich.
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Der
Rillenbereich im Flansch der Drehgeber-Welle bzw. die rillenförmigen Vertiefungen 1c können etwa über den
gesamten Kreisumfang, auf dem der Ringmagnet ausgebildet wird, ausgeführt sein;
alternativ ist auch eine nur stellenweise Ausbildung in einem Kreissegmentbereich
möglich.
Außerdem
kann die Form oder die Ausgestaltung eines Teils der rillenförmigen Vertiefungen 1c am
Kreisumfang abgeändert
werden. Auf diese Weise kann durch eine ggf. teilweise Nichtausbildung
der rillenförmigen
Vertiefungen 1c am Kreisumfang oder eine Abänderung
ihrer Form oder ihres Aufbaus die Verbindung mit dem Ringmagneten
in der Wellen-Umdrehungsrichtung verbes sert werden. So kann etwa auch
verhindert werden, dass sich der Ringmagnet ggf. unerwünscht verdreht.
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Beim
dargestellten Beispiel in 1 ist der Ringmagnet-Befestigungsbereich 1a im
Flanschbereich der Drehgeberwelle ausgebildet; grundsätzlich muss
der Ringmagnet-Befestigungsbereich jedoch nicht unbedingt flanschförmig ausgebildet
sein, sondern es kann auch ein flacher Teil der Drehgeber-Welle
als Ringmagnet-Befestigungsbereich ausgebildet sein oder eine Vertiefung
ausgebildet werden, die als Ringmagnet-Befestigungsbereich dient. Die
Form des Ringmagnet-Befestigungsbereichs kann unter Berücksichtigung
der Größe und der
Form des gebildeten Ringmagnets, der benötigten Stärke, des Raums usw. optimiert
werden.
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Der
Drehgeberwellen-Grundkörper 1 weist eine
Durchgangsöffnung 3 zur
Kopplung bzw. Anbringung an der Welle des zu messenden Objekts,
das den rotierenden Körper
darstellt, auf. Außerdem
ist am anderen Ende (beim gezeigten Beispiel handelt es sich um
das untere Ende) eine Bohrung 5 ausgebildet, durch die
eine Klemmschraube zur Fixierung der Welle des zu messenden Objekts
mit der Drehgeberwelle gesteckt werden kann.
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An
der Stirnseite 4 des einen Endbereichs des DrehgeberwellenGrundkörpers 1 ist
eine Justagemarkierung 4a in Form einer Justagebohrung
ausgebildet, die zur mechanischen Positionierung bzw. Justage bei
der erfolgenden Magnetisierung des Ringmagneten 2 dient,
um dergestalt die Relativposition bestimmter Teile zum aufgebrachten
Magnetisierungsmuster mechanisch zu definieren.
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Konkret
wird die Magnetisierung des Ringmagneten 2 so vorgenommen,
dass die Magnetpole wie zum Beispiel in 5 gezeigt
abwechselnd in einem vorher festgelegten bestimmten Winkel θ in Bezug
auf die Justagemarkierung 4a erscheinen. Wenn dabei die
Position in Bezug auf die Justagemarkierung 4a durch einen
Positionierungsstift o.ä.
fixiert wird und der Winkel der Magnetpole der Magnetisierungsvorrichtung
in Bezug auf den Positionierungsstift auf den Winkel θ abgestimmt
wird, so ergibt sich ein wie in 5 gezeigtes
Magnetisierungsmuster des magnetisierten Ringmagnets 2.
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Zur
räumlich
definierten Aufbringung des Magnetisierungsmusters muss nicht unbedingt
eine wie im Beispiel gezeigte Justagebohrung als Justagemarkierung 4a verwendet
werde, Es können
alternativ auch andere mechanische Justagemarkierungen verwendet
werden, wie etwa geeignet ausgebildete Rillen, Aussparungen, eine
Schraube etc.. Es ist auch möglich,
zumindest einen Teil der Form des Drehgeberwellen-Grundkörpers asymmetrisch
auszubilden und diese Asymmetrie zur räumlich definierten Aufbringung
des Magnetisierungsmusters zu nutzen usw..
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Auf
diese Weise kann eine Magnetisierung des Ringmagneten bei gleichzeitiger
Gewährleistung von
deren mechanischer Ausrichtung vorgenommen werden, so dass insbesondere
eine gute Reproduzierbarkeit bzgl. der Anordnung des Magnetisierungsmusters
des Ringmagneten sichergestellt ist. Da der Drehgeberwellen-Grundkörper 1 und
der Ringmagnet 2 als eine integrale Einheit ausgebildet sind,
kann es nicht zu einer Positionsverschiebung zwischen diesen beiden
Elementen bei der Montage kommen. Es kann daher eine mit einem Ringmagnet versehene
Drehgeberwelle mit äußerst hoher
Genauigkeit und äußerst geringen
Schwankungen ausgebildet werden.
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Nachfolgend
seien weitere Details zur Fertigung einer geeigneten Drehgeberwelle
erläutert.
Bei den erläuterten
Verfahren zur Ausbildung einer entsprechenden Drehgeberwelle wird
ein Ringmagnet am Ringmagnet-Befestigungsbereich eines rotationssymmetrischen
Drehgeberwellen-Grundkörpers ausgebildet
und damit vereinigt und danach eine Magnetisierungsbehandlung vorgenommen.
Vorzugsweise werden die Magnetpolpositionen der Magnetisierung in
Bezug auf eine an der Drehgeberwelle ausgebildete Standardposition
festgelegt.
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Anhand
der Figuren wird nachfolgend ein konkretes Beispiel für das Herstellungsverfahren
erklärt.
Zuerst wird ein Drehgeberwellen-Grundkörper 1 bereitgestellt,
der einen wie im obigen Beispiel in 1 gezeigten
flansch förmigen
Ringmagnet-Befestigungsbereich 1a aufweist. Dann werden
Metallformen zur Ausbildung eines Volumens vorbereitet, in dem der
Ringmagnet 2 gebildet wird, der mit dem Drehgeberwellen-Grundkörper 1 ein
Paar bildet. Für diese
Metallformen wird normalerweise ein Paar aus einem am Drehgeberwellen-Grundkörper angeordneten
Element und einem entgegengesetzt-angeordneten, d.h. dem Drehgeberwellen-Grundkörper gegenüberliegenden
Element vorgesehen; alternativ könnten
grundsätzlich
auch mehrere Metallformen kombiniert werden.
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Dann
werden die Metallformen zusammengesetzt, so dass sich in Verbindung
mit dem Drehgeberwellen-Grundkörper
ein Volumen zur Bildung des Ringmagnets ausbildet. Danach wird das
Material für den
Ringmagneten in das derart ausgebildete Volumen gegossen, so dass
sich dort der Ringmagnet ausbildet. Alternativ kann das Material
für den
Ringmagneten auch im entsprechenden Volumen angeordnet werden und
die Ausbildung des Ringmagneten erfolgt durch eine geeignete Druckausübung bzw. Pressformung
in diesem Bereich.
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Die
Herstellung des Ringmagneten, der vorzugsweise als sogenannter Verbundmagnet
ausgebildet ist, erfolgt z.B. so, dass ein magnetisches Pulver wie
Hartferrit, eine Seltenerdlegierung o.ä. als Grundmaterial mit einem
hitzehärtbaren
Harz wie etwa Epoxidharz, Phenolharz oder Polyesterharz oder mit
einem thermoplastischen Harz wie etwa Polyamidharz, Polypropylenharz
oder Polyphenylensulfidharz als Bindemittel verbunden und ausgeformt wird.
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Konkret
wird bei verwendeten Spritzgussverfahren und Extrusionsverfahren
ein thermoplastisches Harz als Bindemittel verwendet. Normalerweise
wird dieses Bindemittel in einen erhitzten und geschmolzenen Zustand
gebracht und das magnetische Pulver eingemischt und verknetet, wonach
das Mischprodukt zu Teilchen (sogenannten Pellets), die einer Formungsvorrichtung
zugeführt
werden können,
zerkleinert oder granuliert wird. Die Formung erfolgt durch Zuführung der
Pellets zu einer Spritzgussvorrichtung oder einer Extrusionsvorrichtung.
Die Formungstemperatur unterscheidet sich je nach der Art des Bindemittels
und beträgt
bei Polypropylenharz 200 bis 250 °C und
bei Polyamidharz 250 bis 300 °C,
was verglichen mit einer Pressformung hoch ist.
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Der
derart ausgeformte Ringmagnet wird, falls nötig, einem Härtungsprozess
unterzogen und magnetisiert. Die Magnetisierung erfolgt wie oben
erwähnt
zum Beispiel durch Verfahren, wie sie etwa aus der JP 63-182808
oder aus der JP 2002-353029 bekannt sind.
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Dabei
erfolgt die Magnetisierung vorzugsweise unter Verwendung der an
der Drehgeberwelle ausgebildeten Standardposition bzw. Justagemarkierung 4a,
also etwa der bereits oben erwähnten
Justagebohrung im Flanschbereich. Das heißt, dass eine hochgenaue Positionierung
bzw. Reproduzierbarkeit der Lage des Magnetisierungsmusters gewährleistet werden
kann, wenn die Magnetisierung unter Berücksichtigung einer mechanischen
Positionierung aufgebracht wird, für die ein Sperrstift zur Positionierung
in die Justagebohrung eingesetzt wird. Schwankungen bzgl. der räumlichen
Lage des Magnetisierungsmusters können derart minimiert werden.
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Auf
die erläuterte
Art und Weise wird eine mit einem Ringmagnet versehene Drehgeberwelle
hergestellt, die eine hohe Genauigkeit und geringe räumliche
Schwankungen des Magnetisierungsmusters aufweist. Das erläuterte Herstellungsverfahren stellt
selbstverständlich
nur ein mögliches
Ausführungsbeispiel
für ein
geeignetes Verfahren zur Herstellung des Ringmagneten dar. Es können jedoch auch
alternative Verfahren im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz
kommen.
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Eine
derart hergestellte Drehgeberwelle kann in Verbindung mit verschiedensten
Drehgebern verwendet werden, insbesondere geeignet ist dieselbe
aber für
Multiturn-Drehgeber.
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6 zeigt
eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Drehgebers.
Dieser ist als Multiturn-Drehgeber ausgeführt, der einen optischen Singleturnteil
zur Positionsbestimmung innerhalb einer Umdrehung umfasst sowie
einen magnetischen Multiturnteil zur Bestimmung der Anzahl erfolgter
Wellenumdrehungen.
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Gemäß der Figur
wird der Drehgeber an der Welle o.ä. des zu messenden Objekts
angeordnet, wozu die Drehgeberwelle 1 mit dem Objekt in
bekannter Art und Weise gekoppelt wird. Der dargestellte Drehgeber
umfasst ferner Lager 15, in denen die Drehgeberwelle 1 drehbar
gelagert ist. Die Lager 15 sind in einem Drehgeber-Grundkörper 10 angeordnet bzw.
fixiert. An der Drehgeberwelle 1 ist eine zylinderförmige Durchgangsöffnung 3 ausgebildet.
Diese hat in etwa den ungefähr
gleichen Durchmesser wie die Welle eines darunter befindlichen Drehkörpers, der das
zu messende Objekt darstellt, so dass diese Wellen durch Ineinanderstecken
miteinander gekoppelt werden können. Über dem
Haltebereich der Lager 15 ist der flanschförmige Ringmagnet-Befestigungsbereich 1a der
Drehgeberwelle 1 ausgebildet. An dessen oberer Endfläche ist
ferner eine Teilscheibe 14 mit einer kreisringförmigen,
optisch abtastbaren Messteilung angebracht. Der Ringmagnet 2 ist
unter der Verbindungsfläche
des Ringmagnet-Befestigungsbereichs 1a mit der Teilscheibe 14 in
einer Einheit bzw. integral mit der Drehgeberwelle 1 ausgebildet
bzw. angebracht.
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Oberhalb
der Teilscheibe 14 ist dieser gegenüberliegend eine Grundplatte 13 bzw.
Grundplatine angeordnet, die am Drehgeber-Grundkörper 10 fixiert ist.
An der Grundplatte 13 ist an einer Stelle, die der der
Messteilung der Teilscheibe 14 gegenüberliegt, ein Lichtdetektionselement 19 angeordnet,
der eine stationäre
Abtastteilung 20 vorgeordnet ist. Das Lichtdetektionselement 19 ist
elektrisch an eine Schaltung auf der Grundplatte 13 angeschlossen. Unterhalb
der Anbringungsstelle des Lichtdetektionselements 19 ist
auf der gegenüberliegenden
Seite der Teilscheibe 14 eine Lichtquelle 21 angeordnet. Das
emittierte Licht des Lichtquelle 21 gelangt zur Detektion über die
durchlässigen
Bereiche der Messteilung auf der Teilscheibe 14 und die
Abtastteilung auf das Lichtdetektionselement 19. Die Lichtquelle 21 wird
durch eine Haltegrundplatte 22 gehalten, die am Drehgeber-Grundkörper 10 fixiert
ist. Dieses optische Abtastsystem des Singleturnteils könnte alternativ
auch durch ein magnetisches Abtastsystem aus einer Teilscheibe mit
einer magnetischen Messteilung und einem magnetempfindlichen Detektionselement
ersetzt werden.
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An
der Stelle auf der Unterseite der Grundplatte 13, die sich über der
Teilscheibe 14 und oberhalb des Ringmagneten 2 befindet,
ist ein Magnetdetektionselement 17 zur Erfassung bzw. Detektion
der Magnetpole des Ringmagnets 2 so angeordnet, dass es
der Ringfläche
des Ringmagnets 2 gegenüberliegt.
An der Oberseite der Grundplatte 13 ist der Anbringungsstelle
des Magnetdetektionselements 17 gegenüberliegend ein Vorspannungsmagnet 18 angeordnet,
der ein Vorspannungsmagnetfeld für
das Magnetdetektionselement 17 erzeugt. Das Magnetdetektionselement 17 und
der Vorspannungsmagnet 18 sind durch nicht in der Figur
dargestellte Komponenten in bekannter Weise mechanisch und elektrisch
an die Grundplatte 13 angeschlossen.
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Beim
vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel
wird zur Vereinfachung der Erklärung
auf eine ausführliche
Erklärung
der erforderlichen Komponenten zur Fixierung der einzelnen Elemente,
zum Beispiel Verschraubungen, Verklebungen, Lötbefestigungen usw. verzichtet.
Es wurde auch auf eine Darstellung einer üblicherweise vorgesehenen der Abdeckung
bzw. eines Drehgeber-Deckels verzichtet, die den gesamten Aufbau
einschließlich
der Grundplatte 13 und des Drehgeber-Grundkörpers 10 abdeckt.
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Bei
einem derartigen absoluten Multiturn-Drehgeber ist zur Abstimmung
der elektrischen Phasenlagen der verschiedenen Signale eine Abstimmung
der mechanischen Positionsbeziehung des Ringmagneten zur Erfassung
der Umdrehungsanzahl und der Teilscheibe zur Erfassung der Absolutposition
innerhalb einer Umdrehung nötig.
Außerdem
ist auch eine Abstimmung der Position mit der Drehgeberwelle nötig, wobei
als hierzu verwendete mechanische Justagemarkierung zur Positionsabstimmung
der Drehwelle zum Beispiel eine Schraube oder anderweitige mechanische
Justagehilfen verwendet werden können.
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Üblicherweise
wird hierzu die Position der Teilscheibe in Bezug auf eine definierte
Nullposition bzgl. der Drehgeberwelle abgestimmt; ferner wird die Position
des Ringmagneten mechanisch und/oder elektrisch auf die Position
der Teilscheibe abgestimmt.
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Im
Fall des erfindungsgemäßen Drehgebers erfordert
die gesamte Positionsabstimmung bzw. Justage nur noch die Abstimmung
der Position der Teilscheibe auf die Justagemarkierung der Drehgeberwelle.
Da der Ringmagnet für
die Erfassung der Umdrehungsanzahl direkt an der Drehgeberwelle ausgebildet
ist und abgestimmt auf die Justagemarkierung der Drehgeberwelle
magnetisiert ist, ist eine weitere Justage der Position des Ringmagneten überflüssig.
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Somit
ist beim erfindungsgemäßen Drehgeber
eines separate Justage des Ringmagneten nicht nötig; es kann die bei der Magnetisierung
verwendete Justagemarkierung für
die Positionierung auch zur Positionsabstimmung der Teilscheibe
des Singleturnteils verwendet werden. Es lässt sich daher die Zahl der
erforderlichen Arbeitsschritte bei der Fertigung verringern.
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Beim
dargestellten Aufbau kann der Ringmagnet 2 in einer Einheit
mit der Drehgeberwelle 1 unterhalb der Teilscheibe 14 angeordnet
werden. Dadurch ist der Ringmagnet 2 nicht im Zwischenraum zwischen
der Grundplatte 13 und der Teilscheibe 14 platziert
und die Bauhöhe
zwischen der Grundplatte 13 und der Teilscheibe 14 verringert
sich, d.h. dieser Zwischenraum kann somit optimaler gestaltet werden.
Außerdem
lassen sich dergestalt die Positionen des Ringmagneten, des Vorspannungsmagneten und
des Magnetdetektionselements in optimierter Form festlegen.
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Erfindungsgemäße Drehgeber
können
zur Positionserfassung verschiedenster beweglicher Teile wie etwa
sich bewegender Objekte an Robotern oder anderen Maschinen eingesetzt
werden. Insbesondere könne
etwa die erwähnten
Multiturn-Drehgeber dergestalt ausgebildet werden, grundsätzlich ist
es aber auch möglich,
herkömmliche
magnetische Drehgeber erfindungsgemäß auszugestalten.