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Die
Erfindung betrifft einen Drehgeber zur Erfassung von Wellendrehungen
mit einem drehbaren Drehelement und einem Sensorelement, die derart
zueinander angeordnet sind, dass sie sich bei jeder Umdrehung zur
Erzeugung eines Drehsignals einmal gegenüber stehen.
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Derartige
Drehgeber werden zur Erfassung der Umdrehungen von Drehwellen in
vielen Bereichen der Technik genutzt. Im Bereich der Druckmaschinentechnik
werden solche Drehgeber etwa eingesetzt, um die Funktion von Reinigungsvorrichtungen
zu überwachen,
insbesondere anhand der Drehbewegungen der Welle eines Reinigungstuchzylinders.
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Bekannte
Drehgeber bestehen im Wesentlichen aus einem gemeinsam mit der Welle
drehbaren Element und einem feststehenden Sensor, die so zueinander
angeordnet sind, dass sie sich bei jeder Umdrehung der Welle einmal
gegenüberstehen.
Diese Gegenüberstellung
wird vom Sensorelement erkannt und in ein auswertbares, elektrisches
Signal umgewandelt. Anhand des so gewonnenen Drehsignals lassen
sich Fehlfunktionen der Reinigungsvorrichtung erkennen und die Vorrichtung
abschalten, um größere Schäden an der
Vorrichtung zu vermeiden.
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Als
problematisch haben sich in diesem Zusammenhang die Schwingungen
und Vibrationen der Druckmaschine bzw. der Reinigungsvorrichtung
erwiesen. Vor allem im Bereich jener Stellung, in der sich das Drehelement
und das Sensorelement gegenüberstehen,
kann es ohne eine Drehung der Welle aufgrund der Schwingungen vorkommen,
dass das Drehelement seine Lage gegenüber dem Sensorelement so ändert, dass
das Sensorelement ein Signal abgibt, also eine volle Umdrehung der
Welle detektiert, obwohl die still stehende Welle bzw. Vorrichtung nur
von einer Maschinenvibration erschüttert wurde.
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Zur
Lösung
dieses Problems sind aus dem Stand der Technik Lösungen bekannt, bei denen mittels
einer aufwändigen
Software solche Vibrationsbewegungen herausgefiltert werden. Auch
ist es bekannt, mehrere Sensoren zu verwenden, die zueinander so
geschaltet werden, dass fehlerhafte Signale erkannt werden.
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Diese
Lösungen
haben sich zu Erkennung bzw. zum Herausrechnen von Maschinenvibrationen zwar
durchaus bewährt,
zeichnen sich jedoch durch eine vergleichsweise aufwändige Bauart
aus.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen im Aufbau einfachen Drehgeber anzugeben,
dessen Ausgangssignal von Maschinenvibrationen nicht beeinträchtigt wird.
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Diese
Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen
bilden die Gegenstände
der abhängigen
Unteransprüche.
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Ein
erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Drehgeber zur Erfassung
von Wellendrehungen mit einem Drehelement und einem Sensorelement,
wobei das Drehelement relativ zu dem Sensorelement drehbar angeordnet
ist, wobei das Drehelement und das Sensorelement derart zueinander
angeordnet sind, dass sie sich bei jeder Umdrehung relativ zueinander
zur Erzeugung eines Drehsignals einmal gegenüber stehen, und wobei der Drehgeber
Unterdrückungsmittel
zur Unterdrückung
einer Relativbewegung zwischen dem Drehelement und dem Sensorelement
unterhalb eines Drehschwellenwerts umfasst.
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Durch
die Unterdrückungsmittel
werden vibrations- bzw. schwingungsbedingte Relativbewegungen, die
zu falschen Sensorsignalen führen
können, unterhalb
eines bestimmten Schwellenwerts auf einfache Weise mechanisch unterdrückt. Derartige Relativbewegungen,
die z. B. bei herkömmlichen Waschtuchwaschanlagen
an Druckmaschinen durch Schwingungen und Vibrationen der Druckmaschine bzw.
der Reinigungsvorrichtung hervorgerufen werden können, können z. B. dazu führen, dass
ohne eine Drehung der Welle in einem kurzen Zeitraum mehrere Signale
des Sensors detektiert werden, was z. B. auf eine hohe Abrollgeschwindigkeit
eines auf der Welle aufgerollten Waschtuchs hindeuten könnte, so
dass bei derartigen herkömmlichen
Maschinen – trotz
tatsächlich
stillstehender Welle – in
Folge z. B. ein Notaussignal hätte
generiert werden können. Derartige
Fehlsteuerungen einer entsprechenden Anlage lassen sich über den
erfindungsgemäßen Drehgeber
einfach vermeiden. Das Drehelement kann derart mit einer Welle einer
Waschtuchwaschanlage verbunden sein, dass es gemeinsam mit der Welle
oder z. B. über
Zwischenschaltung eines Getriebes in Abhängigkeit von einer Drehung
der Welle relativ zum Sensorelement gedreht wird. Die Position,
in der sich das Drehelement und das Sensorelement bei jeder Umdrehung
relativ zueinander zur Erzeugung eines Drehsignals einmal gegenüber stehen,
kann auch als Detektionsposition bezeichnet werden. Die Detektionsposition
ist die Position, in der aufgrund der Stellung von Drehelement und
Sensorelement zueinander vom Sensorelement ein Signal bereit gestellt
wird. Dabei kann die Detektionsposition vom Sensorelement z. B.
magnetisch, elektromagnetisch, optisch und/oder mechanisch detektiert werden.
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In
Ausgestaltung des Erfindungsgedankens wird ein Drehgeber vorgeschlagen,
bei welchem das Drehelement an einem mit der Welle drehgekoppelten
Trägerelement
angeordnet ist, beispielsweise einer mit der Welle koppelbaren Trägerscheibe.
Die Trägerscheibe
kann z. B. als flache Scheibe mit einem im Wesentlichen rotationssymmetrischen
Umfangsbereich ausgestaltet sein, wobei z. B. an einer Position
am Umfangsbereich das Drehelement als in axialer und/oder radialer
Richtung nasenförmiger oder
nockenförmiger
Fortsatz vorgesehen sein kann.
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Eine
Ausgestaltung des Drehgebers sieht vor, dass die Unterdrückungsmittel
als Drehschwellenwert eine Drehschwellenkraft bereitstellen. Vibrationen
und Schwingungen, die zu einer auf das Drehelement einwirkenden,
unterhalb dieser Drehschwellkraft liegenden Kraft führen, werden
unterdrückt.
Die Drehschwellenkraft kann so bemessen sein, dass übliche Maschinenschwingungen
nicht ausreichen, um den Drehschwellenwert zu überwinden. Erst bei einer Drehbewegung
der Welle über
deren zugehörigen
Antrieb wird die Drehschwellenkraft überwunden, so dass Vibrationen
keinen negativen Einfluss auf das Messsignal haben.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass die Unterdrückungsmittel ein Druckelement
umfassen, welches die Drehschwellenkraft in Form einer Druckkraft auf
ein mit dem Sensorelement drehfest verbundenes Element ausübt. Das
Druckelement kann an dem Trageelement vorgesehen sein. Das mit dem
Sensorelement drehfest verbundenes Element kann relativ zum Drehgeber
bzw. zu einer Waschtuchwaschanlage feststehend ausgebildet sein,
z. B. mit einem Gehäuse
des Drehgebers fest verbunden sein. Das Druckelement kann mit konstruktiv
einfachen Mitteln eine definierte Drehschwellenkraft z. B. in Form
eine Federkraft bereitstellen.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass die Unterdrückungsmittel im Bereich des
Gegenüberstehens des
Sensorelements und des Drehelements wirksam sind. Die Unterdrückungsmittel
können
z. B. derart gestaltet sein, dass eine Relativbewegung zwischen dem
Sensorelement und dem Drehelement in einem Detektionsbereich um
die Detektionsposition herum verhindert wird. In diesem Bereich
sind Schwingungen insbesondere kritisch. Ferner können die
Unterdrückungsmittel
optional derart gestaltet sein, dass eine Relativbewegung außerhalb
des Detektionsbereichs nicht verhindert wird.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass die Unterdrückungsmittel als Drehschwellenwert
einen Drehschwellenwinkel bereitstellen, wodurch auch Drehbewegungen
der Welle bis zu einem gewissen Drehwinkel keinen Einfluss auf das
Drehsignal haben.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung weist ein derartiger Drehgeber ferner
ein Adapterstück
auf, welches auf einer ersten axialen Seite einen Wellenverbindungbereich
aufweist und welches auf einer zweiten axialen Seite einen Kopplungsbereich
aufweist, wobei das Adapterstück über den
Kopplungsbereich mit dem Sensorelement insobeondere über das
Trägerelement
derart verbunden ist, dass eine Drehung des Adapterstücks auf
das Sensorelement übertragbar
ist, wobei der Kopplungsbereich des Adapterstücks in Bezug auf das Sensorelement
eine schwingunsdämpfende
Gestaltung aufweist.
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Weiter
wird vorgeschlagen, bei einem derartigen Drehgeber die Drehübertragung
durch einen spielbehafteten Formschluss zwischen dem Adapterstück und dem
Sensorelement oder dem Trägerelement
zu bewirken.
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Bei
einem derartigen Drehgeber kann der spielbehaftete Formschluss dadurch
bewirkt werden, dass der Kopplungsbereich des Adapterstücks einen nicht
rotationssymmetrischen Querschnitt aufweist und dass das Trägerelement
einen Öffnung
mit einem korrespondierenden Querschnitt aufweist, die im Verhältnis zum
Kopplungsbereich ein Übermaß aufweist.
Dabei können
die Querschnitte so gestaltet sein, dass ein Spiel eine Verdrehung
der Bauteile relativ zueinander bevorzugt in einem engen Winkelbereich
ermöglichen.
Alternativ oder zusätzlich
kann durch das Spiel auch eine Relativbewegung in radialer Richtung
ermöglichen.
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In
diesem Zusammenhang wird gemäß einer weiteren
Ausgestaltung vorgeschlagen, dass das Trägerelement als unmittelbar
mit einer Welle zu verbindendes Kopplungselement im Verhältnis zu
der Welle eine Öffnung
mit einem Übermaß gegenüber dem
Querschnitt der Welle aufweist. Die Gestaltung kann analog zu der
in Bezug auf das Adapterstück beschriebenen
Gestaltung erfolgen. Durch das Übermaß zwischen
der Welle, deren Drehungen aufzunehmen sind, und dem das Drehelement
tragenden Tragelement kann eine Art Spalt bereit gestellt werden.
Erst nach Überwindung
eines gewissen Drehwinkels als Drehschwellwert gelangt die Welle
bzw. ein auf dieser montiertes Adapterstück mit der Öffnung in Kontakt. Die unterhalb
dieses Schwellwerts bzw. dieses Übermaßes liegenden
Drehbewegungen der Welle führen
nicht zu einer Mitnahme des Drehelements und der damit einhergehenden
Signalabgabe.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass die Öffnung einen
nicht rotationssymmetrischen Querschnitt aufweist, insbesondere
einen mit zwei parallelen Anlageflächen.
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Im
Folgenden wird eine Ausführungsformen der
Erfindung anhand der beigefügten
Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Darin weist die beschriebene
Ausführungsform
zum Teil Merkmale auf, die nicht zwingend erforderlich sind, um
die vorliegende Erfindung auszuführen,
die aber bestimmte Vorteile mit sich bringen können. So sollen auch Ausführungsformen
als unter die Lehre der Erfindung fallend offenbart angesehen werden,
die nicht alle Merkmale der im Folgenden beschriebenen Ausführungsform
aufweisen. Genauso ist es denkbar, Merkmale, die in Bezug auf unterschiedliche
Figuren beschrieben werden, selektiv miteinander zu kombinieren.
In den Zeichnungen zeigt:
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 eine
seitliche Ansicht eines Drehgebers,
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2 eine
Schnittansicht, gemäß der in 1 mit
II-II bezeichneten Schnittebene,
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3 eine
Schnittansicht, gemäß der in 1 mit
III-III bezeichneten Schnittebene,
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4 eine
Stirnansicht des Drehgebers aus der in 1 mit IV
bezeichneten Richtung,
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5 eine
vergrößerte Detailansicht
der in 4 mit V bezeichneten Einzelheit und
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6 eine
Explosionsansicht verschiedener Bauteile des Drehgebers sowie weiterer,
auf der Welle angeordneter Elemente.
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Detaillierte Beschreibung
der Figuren
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In 1 dargestellt
ist in seitlicher Ansicht ein Drehgeber zur Erfassung von Wellendrehungen. Der
Drehgeber weist ein Adapterstück 10 mit
einem Wellenverbindungbereich auf, der über Formschlussflächen drehfest
auf das Ende einer nicht dargestellten Welle, deren Drehungen erfasst
werden sollen, aufsteckbar ist. In 6 sind Einzelteile
des Drehgebers in einer Explosionsansicht dargestellt.
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Drehgeber
dieser Art werden etwa an Waschvorrichtungen für Rotationsdruckwerke eingesetzt.
Solche Waschvorrichtungen können
zwei über Wellen
drehbar gelagerte Zylinder aufweisen, wobei zur Reinigung eines
Druckzylinders des Druckwerks ein Reinigungstuch von dem einen Zylinder
ab- und auf dem anderen Zylinder aufgewickelt wird. Zwischen den
Zylindern befindet sich eine Druckrolle, über die das Tuch gegen eine
zu reinigende Zylinderfläche
des Rotationsdruckwerks gedrückt
wird. Das so entlang der zu reinigenden Fläche geführte Tuch nimmt Schmutzpartikel
mit und bewirkt auf diese Weise eine Reinigung der Druckzylinderoberfläche, etwa
von dort anhaftenden Farbresten, Schmutzpartikeln und Papierabrieb.
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Bei
Waschvorrichtungen werden die Drehbewegungen eines der Tuchzylinder
mittels eines Drehgebers erfasst, da die Drehbewegungen der Tuchzylinder
Aufschluss z. B. über
die Bevorratung des noch zur Verfügung stehenden Waschtuchs oder über mögliche Fehlfunktionen
der Waschvorrichtung geben können,
so dass die Waschvorrichtung bei Detektion einer Fehlfunktion zeitnah
abgeschaltet werden kann.
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Die
Funktionsweise des Drehgebers wird anhand von 2 deutlich.
Der Drehgeber weist ein Sensorelement 1 auf, dessen eines
Ende 1a im Umfangsbereich einer gemeinsam mit einer Welle
des Tuchzylinders drehenden Scheibe 3 angeordnet ist. Die
Scheibe 3 ist mit der Welle des Tuchzylinders so gekoppelt,
dass sie bei einer Drehbewegung des Tuchzylinders mitgenommen wird.
Umfangsseitig weist die Scheibe 3 ein gegenüber dem übrigen Umfang
der Scheibe 3 erhabenes Drehelement 2 auf, das
einstückig
mit der Scheibe 3 verbunden ist. Die Scheibe 3 dreht
sich entsprechend der Drehbewegung der Tuchzylinderwelle in der
eingezeichneten Pfeilrichtung, wobei das Drehelement 2 und
das Sensorelement 1 sich jeweils nach einer 360°-Drehung des
Tuchzylinders gegenüberstehen.
Diese Detektionsposition wird von dem Sensorelement 1 erfasst und
in ein elektrisch auswertbares Signal überführt. Wird beispielsweise die
Frequenz der Signalabgaben zu hoch, so kann dies auf eine Fehlfunktion
der Waschvorrichtung hindeuten, weshalb das von dem Sensorelement 1 gewonnene
Signal für
eine Notabschaltung der Vorrichtung herangezogen werden kann.
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Beim
Ausführungsbeispiel
wird das Drehelement 2 von einem Vorsprung am Umfang der
Scheibe 3 gebildet. Denkbar sind jedoch auch andere Ausgestaltungen
des Drehelements, beispielsweise als Ausnehmung, als am Umfang der
Scheibe 3 angeordneter Magnet, usw. Wichtig ist, dass aus
der Gegenüberstellung
des Drehelements 2 und des Sensorelements 1 ein
elektrisch auswertbares Drehsignal gewonnen werden kann.
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In
der Gegenüberstellung
des Sensorelements 1 und des Drehelements 2 ist
dafür Sorge
zu tragen, dass Maschinenschwingungen und -vibrationen nicht dazu
führen,
dass das Drehelement 2 durch diese im Bereich des Sensors 1 hin
und her bewegt wird, wodurch mehrere Signale gewonnen werden, die
auf eine Fehlfunktion der Waschvorrichtung hindeuten und somit zu
einer Abschaltung der Waschvorrichtung führen können, wenngleich eine solche Fehlfunktion
nicht vorliegt.
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Um
solche Fehlsignale zu unterdrücken,
sind Unterdrückungsmittel
vorgesehen, die im Detektionsbereich des Sensors 1, das
heißt
in einem gewissen Winkelbereich um die Detektionsposition herum, wirksam
sind derart, dass sie eine Relativbewegung, z. B. die Drehbewegungen
des Drehelements 2 bzw. der das Drehelement 2 tragenden
Scheibe 3 unterhalb eines bestimmten Drehschwellenwerts
unterdrücken.
Erst nach Überwindung
dieses Schwellenwerts beginnt das Drehelement 2 sich zu
bewegen.
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Beim
Ausführungsbeispiel
sind zwei verschiedene Arten von Unterdrückungsmitteln vorgesehen.
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Eine
erste Unterdrückung
basiert auf einer Drehschwellenkraft, die zunächst überwunden werden muss, bevor
dann die Drehscheibe 3 mit dem Drehelement 2 drehbar
ist. Als weiterer Drehschwellenwert ist ein Drehwinkelschwellenwert
vorgesehen, der zunächst überwunden
werden muss, bevor dann eine Mitnahme der Drehscheibe 3 durch
die Maschinenwelle erfolgt.
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Das
Prinzip der Drehschwellenkrafterzeugung lässt sich den Darstellungen
in den 2, 3 und 6 entnehmen.
Das Sensorelement 1 ist feststehend an einem Gehäuse 11,
in dem beim Ausführungsbeispiel
auch Elemente einer Bremse untergebracht sind, angeordnet. Wie die
Darstellung in 3 erkennen lässt, ist die Innenseite des
Gehäuses 11 in
einer Richtung parallel zur Welle mit einer Reihe von Öffnungen 5 versehen,
in welche ein mit der Drehscheibe 3 verbundenes Druckelement 6 eindringen
kann. Bei dem Druckelement 6 handelt es sich um einen Federstift,
dessen freies Ende eine federbelastete Kugel aufweist, die in die
in etwa halbkugelförmige
Gegenöffnungen 5 eindringen
kann. Die Gegenöffnungen 5 sind
auf einem Kreisbogenabschnitt um das Drehzentrum der Welle angeordnet, wobei
der Bogenabschnitt an den Schaltbereich des Sensors 1,
das heißt
in dem Bereich, in dem sich das Sensorelement 1 und das
Drehelement 2 gegenüberstehen,
angepasst ist. Das Druckelement 6 sitzt fest in einer Halteöffnung 4 der
Drehscheibe 3, in welcher es beispielsweise durch Kleben
befestigt ist. Im Schaltbereich wird daher ein Kraftschwellwert
erzeugt, der jener Kraft entspricht, die erforderlich ist, um das
Druckelement 6 axial zu stauchen, so dass es von der einen
Gegenöffnung 5 in
die nächstgelegene
Gegenöffnung 5 eintreten
kann. Die Federkraft des Druckelements und die Tiefe der Gegenöffnungen 5 sind
so ausgelegt, dass der Kraftschwellwert allein durch Maschinenschwingungen
und Vibrationen nicht überwunden
werden kann. Die Drehscheibe 3 behält daher im Schaltbereich unabhängig von den
Schwingungen der Maschine ihre Stellung bei, bis der Drehschwellenwert über den
Antrieb der Maschinenwelle überwunden
wird.
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Als
zweites Unterdrückungsmittel 8 ist
ein Drehwinkelschwellenwert realisiert, der nachfolgend anhand der
Darstellungen in den 4 und 5 beschrieben
wird.
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4 zeigt
eine stirnseitige Ansicht auf den Drehgeber. In der Mitte ist ein
mit dem stirnseitigen Ende der Welle drehfest verbundenes Adapterstück 10 zu
erkennen, welches die Drehbewegungen der Drehwelle auf den Drehgeber überträgt. Die
Drehscheibe 3 ist mit einer zylindrischen Vertiefung 7 versehen,
in deren Zentrum eine Öffnung 8 mit
einem unrunden Querschnitt vorgesehen ist. Diese weist ein Übermaß Ü gegenüber der
Kontur des Adapterstücks 10 auf,
so dass die Welle und mit dieser das im Querschnitt ebenfalls unrunde
Adapterstück 10 zunächst um
einen gewissen Drehwinkel frei gedreht werden kann, bevor es dann
mit der Kontur der Öffnung 8 kollidiert
und die Drehscheibe 3 mitgenommen wird. Auf diese Weise
werden Drehschwingungen der Welle bzw. des Adapterstücks 10 um
die Achse A nicht direkt auf die Drehscheibe 3 übertragen,
sondern erst nach Überwindung
eines gewissen Leerwinkels mithin nach Überwindung eines Drehwinkelschwellenwerts.
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In 6 ist
der Drehgeber in einer Explosionsansicht dargestellt, die erkennen
lässt,
dass die Elemente des Drehgebers zusammen mit Bremskomponenten in
einem gemeinsamen Gehäuse 11 untergebracht
sind. Das Gehäuse 11 ist
drehfest gegenüber
dem Adapterstück 10 angeordnet
und weist an seiner Innenseite einen einstückig angeformten Lagerzapfen 17 auf,
auf dem ein Lagerring 12 von Winkelförmigem Querschnitt sitzt. Auf
den Lagerring 12 wird die Drehscheibe 3 mit der
Vertiefung 7 (vgl. 5) aufgeschoben,
wodurch diese leicht drehbar auf dem Lagerzapfen 17 des
Gehäuses 11 gehalten wird.
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Die
Vertiefung 7 durchdringt die Scheibe 3 nicht vollständig, sondern
erstreckt sich nur in etwa bis in die Mittelebene der Drehscheibe 3,
wonach sich dann in Richtung des Adapterstücks 10 die Öffnung 8 anschließt.
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Darüber hinaus
sind in dem Gehäuse 11 auch
Elemente 13, 14, 15, 16 einer
Bremse vorgesehen. Hierbei handelt es sich um zwei ringförmige Bremsbeläge 13 und
eine dazwischen liegend angeordnete Bremsscheibe 14, die über einen
mit Druckfedern 15 versehenen Federring in Reibkontakt bringbar
sind. Es ist jedoch nicht zwingend erforderlich, die Elemente des
Drehgebers in einem Bremsgehäuse
unterzubringen.
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Der
beschriebene Drehgeber zeichnet sich durch eine einfache, vibrationsbedingte
Fehlsignale zuverlässig
unterdrückende
Konstruktion aus, die sich auch als Nachrüstlösung für Reinigungsvorrichtungen eignet.
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- 1
- Sensorelement
- 1a
- Ende
- 2
- Drehelement
- 3
- Scheibe,
Drehscheibe
- 4
- Halteöffnung
- 5
- Gegenöffnung
- 6
- Druckelement
- 7
- Vertiefung
- 8
- Öffnung
- 9
- Bremsscheibe
- 10
- Adapterstück
- 11
- Gehäuse, feststehendes
Element
- 12
- Lagerring
- 13
- Bremsbelag
- 14
- Bremsscheibe
- 15
- Druckfeder
- 16
- Federring
- 17
- Lagerzapfen