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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Drehgeber, insbesondere Single- und Multiturn-Drehgeber, die vorzugsweise batteriegestützt betrieben werden. Der Drehgeber wird im Wesentlichen batteriegestützt betrieben und weist eine Flanscheinrichtung, die zumindest geberwellenseitig ein Lager zur Aufnahme der Geberwelle aufweist, ein Gehäuse, das auf einer der Geberwelle abgewandten Seite mit der Flanscheinrichtung derart koppelbar ist, dass die Flanscheinrichtung und das Gehäuse einen Innenraum, vorzugsweise dicht, umschließen, der eine Signalerzeugungseinheit aufnimmt, und vorzugsweise ein Anschlusskabel auf, um den Drehgeber mit einer geberexternen Auswerteinrichtung zu verbinden, wobei ein Energiespeicher außerhalb des Innenraums angeordnet ist.
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Zur Erfassung von absoluten Winkelpositionen werden so genannte Absolutwert-Drehgeber eingesetzt. Diese erfassen entweder eine Absolutposition innerhalb einer Umdrehung (so genannte Singleturn-Drehgeber), oder sie erfassen zusätzlich die Anzahl von Umdrehungen (so genannte Multiturn-Drehgeber). Ebenso sind auch reine Umdrehungszähler bekannt, die nur die Anzahl der vollen Umdrehungen erfassen. Diese werden in der Regel jedoch nicht als Drehgeber bezeichnet.
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Ein wesentliches Merkmal von absoluten Drehgebern ist, dass sie jederzeit, also auch unmittelbar nach einem Einschalten und ohne Referenzfahrt, in der Lage sind, die absolute Position über eine digitale oder analoge Schnittstelle an einer Steuer- oder Regeleinheit zu liefern. Damit dies möglich ist, müssen Absolutwert-Drehgeber jederzeit die Position erkennen können.
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Im Singleturn-Bereich (bis zu 360°) ist dies in der Regel derart realisiert, dass ein absolut codierter Winkelsensor (digital oder analog) auf z. B. optischer, magnetischer oder kapazitiver Basis zugrunde gelegt wird, der für jede Position einen eindeutigen und einmaligen Wert ausgibt und der jederzeit ausgelesen werden kann (z. B. eine binär codierte Codescheibe oder ein analoger Sensor mit einer Sinusperiode pro Umdrehung).
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Bei Drehwinkeln über eine Umdrehung hinaus wiederholt sich jedoch die Singleturn-Position einmal pro Umdrehung, so dass es zusätzlich einer Einrichtung zum Zählen der Umdrehungen bedarf. Ein wesentliches Merkmal dieser Multiturn-Zähleinheiten ist, dass diese auch die Drehung erfassen, wenn der Drehgeber ohne anliegende Betriebsspannung bewegt wird. Hierzu gibt es verschiedene Lösungen. Mechanische Getriebelösungen untersetzen eine begrenzte Anzahl von Umdrehungen und werden über einen oder mehrere Sensoren nach dem Singleturn-Prinzip ausgelesen (vgl.
DE 196 26 654 A1 ). Es gibt auch elektronische Lösungen, die insbesondere in einem stromlosen Zustand des Drehgebers Umdrehungen erkennen und diese elektronisch zählen, um sie in einem elektronischen Speicher abzulegen. Eine zum Erkennen der Umdrehungen, zum Zählen und Abspeichern notwendige Energie kann entweder aus der Drehbewegung selbst gewonnen werden oder über eine Pufferbatterie bzw. einen Pufferakku bereitgestellt werden, solange für den Drehgeber keine Betriebsspannung von außen zur Verfügung steht.
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Die vorliegende Erfindung betrifft batteriegepufferte Drehgeber. Derartige Drehgeber sind in verschiedensten Ausführungen im Markt erhältlich. Allen Drehgebern dieser Art ist gemein, dass sich der Batteriepuffer stets innerhalb eines Gehäuses des Drehgebers befindet. Die Batterie wird dabei üblicherweise entweder direkt auf eine Leiterplatte bestückt bzw. gelötet (vgl.
EP 0 550 794 B1 und
DE 103 11 412 B3 ;
8), oder die Batterie wird, insbesondere bei größeren Drehgebern, im Geberflansch in extra dafür vorgesehenen Vertiefungen aufgenommen (vgl.
DE 198 49 108 C2 ;
9). Des Weiteren ist bekannt, eine Energieversorgung über eine externe Auswerteinheit (Steuerung) vorzunehmen.
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Die bekannten Lösungen haben jedoch auch Nachteile, die insbesondere von der Einbauart der Batterie in das Drehgebergehäuse abhängen. Das Drehgebergehäuse muss z. B. ein größeres Volumen haben als es für die Aufnahme der eigentlichen Sensorik erforderlich wäre. Dies erschwert den Einbau bei beengten Platzverhältnissen.
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Da mit Drehgebern häufig Drehungen von Maschinenwellen gemessen werden, unterliegt die Batterie gleichen thermischen Belastungen wie der Drehgeber selbst. Der Drehgeber wird üblicherweise durch eine Abwärme der Maschinen thermisch belastet.
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Ferner werden die Drehgeber häufig durch Schwingungen und Stöße belastet, die sie von der Maschine übermittelt bekommen. Deshalb ist es oft erforderlich, Maßnahmen zu treffen, um die Batterie sicher einzubauen. Da die Batterie häufig relativ schwer ist, muss sie so eingebaut werden, dass sie sich durch Schwingungen und Schläge nicht aus ihrer Befestigung lösen kann, was schlimmstenfalls in einer Unterbrechung einer elektrischen Verbindung resultieren würde. Deshalb muss bei unterschiedlichen Bauformen bzw. Baugrößen des Drehgebers häufig eine anwendungsspezifische Lösung für die Batteriebefestigung konstruiert werden.
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Besonders bei miniaturisierten Drehgebern führt der Platzbedarf für die Batterie dazu, dass bestimmte Ausführungsformen des Drehgebers nicht möglich sind. Beispiele dafür sind Drehgeber, die eine durchgehende (Hohl-)Welle oder eine Einsteckhohlwelle aufweisen. Auch Drehgeber, die sehr flach bzw. in Achsrichtung sehr kurz ausfallen, sind aufgrund der Batteriegröße nur schwer bis gar nicht realisierbar. Ein maximal möglicher Hohlwellendurchmesser wird durch die Abmessungen der Batterie eingeschränkt, insbesondere wenn die Batterie von einem Flansch des Drehgebers aufgenommen wird.
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Besonders bei kleinen Bauformen des Drehgebers und Hohlwellenausführungen belastet das Batteriegewicht zusätzlich die Lager des Drehgebers, was sich wiederum bei Schwingungen nachteilig auf die Lebensdauer des Drehgebers auswirken kann.
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Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass die Batterie innerhalb des Drehgebers häufig nicht ausgetauscht werden kann. Die Batterie wird nämlich üblicherweise erschütterungsfest verklebt, um eine empfindliche Sensorik des Drehgebers gegenüber einer unbeabsichtigten Berührung durch die Batterie zu schützen.
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Auch hat die aus dem Stand der Technik bekannte Variante, die Batterie in die Auswerteeinheit auszulagern, Nachteile. Der Drehgeber ist üblicherweise über ein Kabel und eine Steckverbindung mit der Auswerteinheit verbunden. Wird der Stecker bei Reinigungs- oder Wartungsarbeiten abgezogen, so können die Positionsdaten des Gebers verlorengehen, und der Drehgeber muss dann neu in Betrieb genommen und referenziert werden. Die Auswerteinheit bietet in der Regel keine standardisierte Schnittstelle für batteriegepufferte Geber, so dass Endkunden (Maschinenbauer, Systemhersteller, etc.) die Auswerteinheit bzw. Steuerung und den Geber nicht von unabhängigen Lieferanten beziehen können und einen derartigen Geber auch an den allermeisten Steuerungen nicht in Betrieb nehmen können. Der Drehgeber wird häufig an Antriebe (z. B. Elektromotor) angebaut und als Einheit („intelligente Achse”) ausgeliefert. Hierbei kann es erforderlich sein, dass die Einheit in einer vordefinierten Position (Einbaulage) an den Endkunden ausgeliefert werden muss. Dabei muss die Absolutposition allein durch das Gebersystem (ohne Steuerung bzw. Auswerteinheit) während des Transports gewährleistet sein.
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8 und 9 zeigen herkömmliche Drehgeber, bei denen die Batterie entweder im Bereich des Flansches (8) oder des Deckels (9) angeordnet ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Drehgeber mit einem Energiespeicher, insbesondere einer Pufferbatterie, so auszugestalten, dass die oben genannten Nachteile überwunden werden. Insbesondere soll eine durchgehende Hohlwelle oder zumindest eine Einsteckhohlwelle mit relativ großem Wellendurchmesser bzw. eine sehr flache (kurze) Ausführung des Drehgebers ohne nennenswerte Drehgebergehäusevergrößerungen realisiert werden.
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Diese Aufgabe wird von einem erfindungsgemäßen Drehgeber gelöst, wobei eine äußere Hülle des Energiespeichers als Flanscheinrichtung dient, wobei die Hülle eine Öffnung zum Durchführen der Geberwelle, eine Ausnehmung zur Aufnahme des Lagers sowie einen Rand aufweist, der zum, vorzugsweise dichten, Ankoppeln an das Gehäuse ausgebildet ist.
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Bei dieser Ausführungsform wird z. B. der Flansch durch den Energiespeicher selbst realisiert. Räume, die üblicherweise vom Flansch in Form von Vollmaterial ausgefüllt werden, können als Raum zum Vorsehen eines Energiespeichermediums benutzt werden. Wenn der Energiespeicher eine Batterie ist, kann die Hülle bzw. das Gehäuse der Batterie so gestaltet werden, dass sie bzw. es die Form des Flanschs annimmt. Im Inneren des Batteriegehäuses ist dann ausreichend Platz zur Aufnahme des Energiespeichermediums (galvanische Zelle).
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Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass der eigentliche Drehgeber äußerst klein gebaut werden kann, weil die Größe bzw. der Einbauort der Batterie oder des Energiespeichers keine Rolle für die Abmessungen des Drehgebergehäuses mehr spielt. Miniaturisierte Drehgeber mit durchgehender Hohlwelle können ohne Probleme realisiert werden, da die Batterie nicht mehr wesentlich zur Bauhöhe des Gehäuses beiträgt. Gehäuseaußendurchmesser in der Größenordnung zwischen 16 und 36 mm sind z. B. für die Applikation an Maschinen realisierbar, deren Wellendurchmesser typischerweise ≤ 8 mm sein darf.
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Der Energiespeicher kann entfernt von der Maschine in einem Bereich mit geringerer Temperaturbelastung untergebracht werden. Gleiches gilt für Schwingungs- und Stoßbelastungen.
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Der Energiespeicher kann leicht ausgetauscht werden.
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Bei einer nicht anspruchsgemäßen Ausführungsform weist der Drehgeber selbst nur ein relativ geringes Gewicht auf, da der Energiespeicher außerhalb des Drehgebers liegt. Somit erhöht sich die Lebensdauer des Drehgebers.
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Sowohl durchgehende Hohlwellen als auch Einsteckhohlwellen sind jeweils ohne Einschränkung des Wellendurchmessers möglich. Sehr kurze Bauformen des Gehäuses können realisiert werden.
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Bei einem anderen, nicht anspruchsgemäßen Drehgeber ist der Energiespeicher in ein Anschlusskabel des Drehgebers integriert, wobei das Kabel fest oder über eine Steckverbindung mit dem Drehgeber verbunden ist.
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Da der Energiespeicher bei dieser nicht anspruchsgemäßen Ausführungsform im Kabel angeordnet ist, kann die Größe des Gebers, insbesondere des Gebergehäuses bzw. des Flansches, beliebig verkleinert werden. Der Energiespeicher ist entfernt zum Geber angeordnet und deshalb weniger stark Temperatur-, Schwingungs- und/oder Stoßbelastungen ausgesetzt.
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Bei dieser nicht anspruchsgemäßen Ausführungsform kann ein Kabel mit integriertem Energiespeicher für Drehgeber unterschiedlichster Bauart und/oder Baugröße verwendet werden. So erübrigt es sich für den Hersteller der Drehgeber, für unterschiedliche Bauarten wiederholt neue Konstruktionen für die Batteriemontage zu ersinnen. Auch logistisch bieten sich Vorteile. Ein und dasselbe Kabel kann für unterschiedliche Gebertypen verwendet werden.
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Außerdem kann eine beliebige Steckerform an das Ende des Kabels angeschlossen werden, so dass eine große Kompatibilität erzielbar ist.
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Optional kann bei einer nicht anspruchsgemäßen Ausführungsform ein Energiespeicher insbesondere in den Stecker des Anschlusskabels integriert bzw. dort eingegossen werden.
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Dies hat bei dieser nicht anspruchsgemäßen Ausführungsform den Vorteil, dass das Kabel frei verlegt werden kann. Die Gefahr, dass sich das Kabel verfängt, ist reduziert. Herkömmliche Stecker sind üblicherweise recht groß, so dass ein Energiespeicher ohne Probleme integriert werden kann. Dies gilt umso mehr, da viele Stecker spritzgusstechnisch hergestellt werden. Der Energiespeicher kann eingegossen werden.
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Ein Energiespeicher kann bei einer nicht anspruchsgemäßen Ausführungsform am Kabel befestigt werden, wenn eine Energiezuleitung zum Drehgeber entweder innerhalb oder außerhalb des Anschlusskabels zum Drehgeber geführt ist.
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Eine Befestigung am Kabel bei einer nicht anspruchsgemäßen Ausführungsform ermöglicht einen leichten Austausch des Energiespeichers. Wird die Energiezuführung im Anschlusskabel geführt, so ist sie gegenüber äußerer Beschädigung geschützt. Wird die Energiezuführung außerhalb des Anschlusskabels geführt, kann die Energiezuführung leichter ausgetauscht bzw. repariert werden.
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Ein Energiespeicher kann bei einer nicht anspruchsgemäßen Ausführungsform mit einem weiteren Gehäuse aus gegossenem Kunststoff oder Metall oder aus einem Tiefziehblech am Kabel befestigt sein, wobei das weitere Gehäuse vorzugsweise mit Schraublaschen, Klemmen oder Ösen für Kabelbinder zur Befestigung des Energiespeichergehäuses versehen ist.
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Auf diese Weise kann ein Energiespeicher bei dieser nicht anspruchsgemäßen Ausführungsform an einem beliebigen Ort entlang des Kabels an demselben befestigt werden. Der Energiespeicher kann auch wieder gelöst werden, z. B. im Falle eines Austauschs.
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Der Energiespeicher ist insbesondere gegenüber EM-Strahlung abgeschirmt.
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Mit dieser Maßnahme wird die elektromagnetische Verträglichkeit erhöht.
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Ein Energiespeicher kann bei dieser nicht anspruchsgemäßen Ausführungsform derart im Gehäuse aufgenommen sein, dass dieser Energiespeicher in eine Gehäuseaufnahme passt, die im Wesentlichen an einem Ort vorgesehen ist, der weder von der durchgehenden Geberwelle noch von der Signalerzeugungseinheit benötigt wird, so dass dieser Energiespeicher im Bereich eines Anschlusskabelsteckers angeordnet ist und vorzugsweise einen Querschnitt hat, der in der Größenordnung des Steckers liegt.
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Damit ist eine Miniaturisierung weitestgehend möglich. Der Wellendurchmesser einer (Einsteck-)Hohlwelle ist nicht eingeschränkt.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Gehäuse um eine Drehachse senkrecht zu einer Geberwellenachse kippbar angeordnet.
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Diese Variante hat den Vorteil, dass die Geberwelle bei einer Montage des Gebers auf eine Antriebswelle z. B. mittels einer zentralen, axialen Schraubverbindung am Ende der Antriebswelle kraftschlüssig mit der Antriebswelle verbunden werden kann. Dies gilt auch für eine Einsteckhohlwelle. Die Schraubverbindung ist durch die Verkippbarkeit des Gehäuses für den Zeitraum der Montage frei zugänglich.
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Ferner ist es bevorzugt, wenn das Gehäuse um eine Drehachse schwenkbar ist, die parallel versetzt zur Geberwelle orientiert ist.
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Hier lassen sich die gleichen Vorteile wie bei der soeben oben angeführten Variante erzielen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Gehäuse derart verkippt bzw. verschwenkt werden, dass die Geberwelle frei zugänglich ist.
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Ein Energiespeicher kann in einer Energieversorgungseinrichtung einer Vorrichtung integriert sein, die an die Geberwelle gekoppelt ist, wobei diese Energieversorgungseinrichtung derart nahe am Drehgeber angeordnet ist, dass der Drehgeber mit einem Kabel mit diesem Energiespeicher verbindbar ist, ohne dass weder die Funktionalität des Drehgebers noch die der Vorrichtung beeinträchtigt wird.
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Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Batterie aus dem Geber ausgelagert werden kann und trotzdem sicher an der Maschine befestigt ist, deren Umdrehungen gemessen werden sollen. Insbesondere in Getrieben, die Elektromotoren zum Antreiben einsetzen, kann diese räumliche Trennung und Fixierung der Komponenten von Vorteil sein.
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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.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Drehgebers;
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2 eine Schnittansicht des Drehgebers der 1;
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3 eine Schnittansicht eines weiteren Drehgebers;
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4A eine Seitenansicht eines weiteren Drehgebers;
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4B eine geschnittene Ansicht des Drehgebers der 4A;
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5A eine erste Variante eines Drehgebers mit verschwenkbarem Gehäuse;
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5B eine teilweise geschnittene Ansicht einer zweiten Ausführung eines verschwenkbaren Drehgebers;
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6 eine Schnittansicht eines Drehgebers gemäß der vorliegenden Erfindung;
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7 eine schematisierte Ansicht eines weiteren Drehgebers;
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8 eine teilweise geschnitten dargestellte Ansicht eines herkömmlichen Drehgebers; und
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9 eine teilweise geschnittene Darstellung eines weiteren Drehgebers gemäß dem Stand der Technik.
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In der nachfolgenden Beschreibung werden Drehgeber allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Gleiche Komponenten werden mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Wenn im Nachfolgenden von einer Batterie gesprochen wird, so versteht sich, dass die Batterie gegen jeden beliebigen Energiespeicher, wie z. B. einen Akkumulator oder Ähnliches, ausgetauscht werden kann.
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Bevor auf Details der Erfindung eingegangen wird, werden nachfolgend exemplarisch Merkmale von Drehgebern 10 anhand bekannter Drehgeber erläutert werden, die in den 8 und 9 dargestellt sind.
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8 zeigt einen bekannten Drehgeber
10 der
EP 0 550 794 B1 . Der Geber
10 weist einen Flansch bzw. eine Flanscheinrichtung
12 sowie ein daran bündig anschließendes Gehäuse
14 auf. Der Flansch
12 ist im Bereich seines äußeren Rands ausgebildet, um vorzugsweise dichtend an das Gehäuse
14 zu koppeln. Im Inneren weist der Flansch
12 eine Öffnung auf, die zur Aufnahme von Lagern
16, hier Kugellagern, geeignet ist. Die Kugellager
16 dienen zur Fixierung einer Geberwelle
18 innerhalb des Gebers
10. An einem dem Gehäuseinneren zugewandten Ende der Geberwelle
18 ist eine Codierscheibe
20 angebracht, die mit einer Lichtquelle
22 wechselwirkt, um Signale zu erzeugen, die für eine bestimmte Winkelposition repräsentativ sind. Die Batterie
24 ist in einer hier nicht näher bezeichneten Ausnehmung des Flansches
12 vorgesehen und liegt somit im Inneren
15 des Gebers
10.
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Die von den Elementen 20 und 22 erzeugten Lichtsignale werden auf einer Leiterplatte 26 mittels einer geeignet ausgebildeten Elektronik erfasst und entweder direkt dort ausgewertet oder in Form eines analogen oder digitalen Signals über eine verdrahtete Verbindung, deren Stecker 28 bzw. 28' in der 8 in zwei optionalen Positionen gezeigt ist, an eine hier nicht näher dargestellte Auswerteinheit (Steuerung) übermittelt.
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Alternativ kann die Batterie 24 auch direkt oberhalb der Leiterplatte 26 im Innenraum 15 des Gebers 10 angeordnet werden, wie es exemplarisch in der 9 gezeigt ist.
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In der 9 erkennt man recht gut, dass eine Bauhöhe des Gehäuses 14 im Wesentlichen durch die Größe der Batterie 24 bestimmt ist. Geht man davon aus, dass die Batterien 24 in den 8 und 9 gleich groß sind, so erschließt sich leicht, dass der Drehgeber 10 der 8 um ein Vielfaches größer als der Drehgeber 10 der 9 ist. Dies muss so sein, da der Drehgeber 10 der 8 im Bereich des Flansches 12 die Ausnehmung für die Batterie 24 aufweist. Der Flansch 12 dient schließlich als stabilisierendes Element des Drehgebers 10, mit welchem der Drehgeber 10 an der Welle der zu vermessenden Maschine befestigt wird.
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Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Geber 10 der 8 und 9 ist darin zu sehen, dass die Batterie 24 der 8 den zulässigen maximalen Wellendurchmesser vorgibt und die Anordnung der 9 keine durchgehende Hohlwelle erlaubt bzw. eine Einsteckwelle nicht rückseitig befestigt werden kann.
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Bezug nehmend auf 1 ist eine perspektivische Ansicht eines ersten Drehgebers gezeigt, bei dem die Batterie 24 aus dem Geber 10 ausgelagert ist. Hier ist die Batterie 10 an einem Kabel 30 angebracht, das z. B. zu einer externen Auswerteinheit bzw. -einrichtung führt. Vergleicht man die Größe der Batterie 24 mit der Größe des Gehäuses 14, so fällt auf, dass die Größen ungefähr gleich sind. Würde man die Batterie 24 der 1 in das Gehäuse 14 integrieren, müsste das Gehäuse 14 der 1 nahezu doppelt so groß ausfallen.
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In 2 ist der Geber 10 der 1 im Schnitt dargestellt. Es fällt auf, dass die Geberwelle 18 (hier in Form einer Hohlwelle ausgebildet) durch den gesamten Geber 10, bestehend unter anderem aus dem Flansch 12 und dem Gehäuse 14, hindurchreicht. Die Geberwelle 18 ist um eine Geberwellenachse 19 beliebig drehbar. Gehalten wird die Geberwelle 18 von den Kugellagern 16. Der Außendurchmesser Daußen kann so auf Dimensionen bis zu 16 mm reduziert werden, so dass eine starke Miniaturisierung möglich ist.
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Die Batterie 24 kann in ein Batteriegehäuse 32 integriert sein, mit dessen Hilfe die Batterie 24 am Kabel 30 lösbar angebracht werden kann. Das Gehäuse 32 weist vorzugsweise Öffnungen oder Ösen 34 auf, die zur Aufnahme von Klemmverbindungen oder Kabelbindern geeignet sind.
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Die (Puffer-)Batterie 24 befindet sich also nicht innerhalb des Drehgebergehäuses 14, sondern liegt als flexibler Bestandteil des Kabels 30 außerhalb des Drehgebers 10. Die Batterie 24 kann an beliebiger Stelle im Kabel 30 des Drehgebers 10 konfektioniert werden. Die Zuführungen (hier nicht dargestellt) von der Batterie 24 zum Drehgeber 10 werden innerhalb oder außerhalb des Anschlusskabels 30 geführt. Dabei spielt es keine Rolle, ob das Kabel 30 über eine Steckverbindung mit dem Geber 10 verbunden ist (nicht dargestellt), oder ob es fest mit dem Drehgeber verbunden ist. Eine feste Kabelverbindung wird insbesondere aus Platz- und Kostengründen bei besonders kleinen und preisgünstigen Drehgebern bevorzugt. Wenn das Drehgeberkabel 30 über eine Steckverbindung mit dem Gerätestecker (nicht dargestellt) des Drehgebers 10 verbunden ist, kann die Batterie 24 leicht durch ein Austauschen des Kabels 30 ausgetauscht werden.
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Die Batterie 24 kann mit Hilfe des speziellen Gehäuses 32, welches z. B. aus Kunststoffguss, Metallguss oder aus Tiefziehblech hergestellt wird, einfach am Kabel 30 befestigt werden. Ebenso ist es von Vorteil, wenn die Batterie 24 mit dem Kabel 30 gemeinsam umspritzt wird. Auch eine Befestigung mit Hilfe eines Schrumpfschlauchs (nicht dargestellt) oder eines Bands, vorzugsweise eines Klebebands, ist möglich.
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Die Batterie 24 kann durch das Gehäuse 32 selbst oder durch bestimmte zusätzliche Abschirmmedien, wie z. B. eine Metallfolie, oder durch ein Einbinden in den Kabelschirm des Kabels 30, gegen EM-Störungen abgeschirmt werden.
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3 zeigt einen zweiten Drehgeber. Hier ist die Batterie 24 in einen Stecker 36 integriert, der am Ende des Geberkabels 30 angebracht ist und der den Geber 10 mit einer hier nicht dargestellten Auswerteinheit verbindet.
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Im Falle einer lösbaren Verbindung zwischen Geber 10 und Kabel 30 kann die Batterie 24 sowohl im geberseitigen Stecker 28 als auch im auswerteseitigen Stecker 36 integriert werden. Der besondere Vorteil dieser Lösung ist, dass sich das auswerteseitige Kabel 30 in einer unkritischen Zone befindet, was Faktoren wie Temperatur, Staub, Schläge und Vibration betrifft, und dass das Kabel 30 nicht bewegt wird. Des Weiteren bietet diese Variante die Möglichkeit eines einfachen Batterieaustausches, sollte dies erforderlich sein.
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Auch hier ist eine durchgehende Hohlwelle 18 einsetzbar, da sich die Batterie 24 außerhalb des Gebergehäuses 14 befindet.
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Bezug nehmend auf die 4A und 4B ist ein weiterer Drehgeber 10 gezeigt. 4A zeigt eine Seitenansicht von außen auf den Geber 10. 4B zeigt eine Schnittansicht des Gebers 10 der 4A.
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In den 4A und 4B ist die Batterie 24 zwar teilweise im Gebergehäuse 14 belassen. Sie ist aber so in das Gehäuse 14 integriert, dass sie von außen eingeführt werden kann. In der 4A ist eine Längsachse der Batterie 24 parallel zur Längserstreckung des Gebers 10 ausgerichtet. Es versteht sich, dass die Batterie 24 auch um 90° gedreht angeordnet werden kann, so dass deren Längsachse parallel zur Längsachse des Steckers 28 orientiert ist. In diesem Fall reduziert sich die Bauhöhe des Gehäuses 14 zusätzlich.
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Auch diese Variante ermöglicht eine Miniaturisierung des Gebers 10. Wellendurchmesser einer (Einsteck-)Hohlwelle werden nicht eingeschränkt.
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Da die Bauhöhe bzw. der Durchmesser des Gebers 10 hier im Wesentlichen vom Gerätestecker 28 bzw. einer Art und Weise der Anbindung des Geberkabels 30 bestimmt wird, kann die Batterie 24 in den Bereich des Steckers 28 integriert werden, ohne wesentlich einer Miniaturisierung entgegenzuwirken.
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Bezug nehmend auf die 5A und 5B ist eine andere Variante eines Drehgebers 10 gezeigt, bei der das Gehäuse 14 gegenüber dem Flansch 12 verschwenkt werden kann, um freien Zugriff auf eine Geberwelle zu gewähren.
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Anders als bei den bisher beschriebenen Gebern 10 der 1 bis 4 und 8, 9 wird das Gehäuse 14 beim Geber 10 der 5A und 5B nicht mehr auf den Flansch 12 aufgesteckt.
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Bei der 5A erfolgt die Verbindung zwischen dem Gehäuse 14 und dem Flansch 12 in Form eines Drehgelenks, so dass das Gehäuse 14 um eine Achse 54, die hier senkrecht zur Zeichnungsebene orientiert ist, verkippt werden kann.
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In der 5A ist die Variante einer Einsteckwelle 18 gezeigt, in die z. B. eine Welle 50 eines Motors eingesteckt ist. Die Wellen 18 und 50 werden mit Hilfe einer Schraubverbindung 52 im Geber 10 kraftschlüssig miteinander fixiert. Um frei auf die Schraubverbindung 52 zugreifen zu können, ist das Gehäuse 14 in Richtung des Pfeils 56 schwenkbar. Gleichzeitig wird aber auch die Batterie 24 freigegeben, die im Deckel des Gehäuses 14, vorzugsweise lösbar, angebracht ist.
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Diese Ausführungsform erfüllt Anforderungen, bei denen die Geberwelle 18 im Wesentlichen bei der Montage des Gebers 10 auf die eigentliche Antriebswelle mittels der zentralen, axialen Schraubverbindung 52 am Ende der Antriebswelle 50 schlüssig mit derselben verbunden werden kann.
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Während der Montage der Welle 50 kann die Batterie 24 mit der restlichen Elektronik fest verbunden bleiben. Optional kann sie z. B. durch entsprechende Steckverbinder bzw. -kontakte während des Schwenkens gelöst und wieder eingesteckt werden. Das Wegschwenken kann dabei in der Ebene der Welle (vgl. 5a) oder senkrecht dazu stattfinden, wie es in der 5B gezeigt ist.
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Bei der Variante gemäß 5B lässt sich ein Teil 14-1 des Gehäuses 14 um eine Achse 58 schwenken, die parallel zur Geberwellenachse 19 orientiert ist.
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Bezug nehmend auf 6 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Drehgebers 10 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt.
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Hier ist die Batterie 24 bzw. eine Hülle 60 der Batterie 24 so ausgestaltet, dass sie vorzugsweise als Flansch 12 verwendet werden kann. Im Inneren der Hülle 60 ist Raum für die galvanischen Zellen 62, so dass Raum, der üblicherweise durch Vollmaterial des Flansches 12 gefüllt wird, hier durch das Energiespeichermedium ausgefüllt wird.
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Es versteht sich, dass dies auch für den (Gehäuse-)Deckel gilt.
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Die Batteriehülle 60 ist so ausgestaltet, dass sie eine Öffnung 64 zum Durchführen der Geberwelle 18 aufweist. An einem äußeren Rand 68 ist die Batteriehülle 60 so gestaltet, dass das Gehäuse 14, vorzugsweise dichtend, mit der Batterie 24 bzw. dem Flansch 12 gekoppelt werden kann. Entlang der Wandung der Öffnung 64 ist die Hülle 60 derart ausgebildet, dass Ausnehmungen 66 für die Kugellager 16 vorhanden sind.
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Auch hier kann dem Miniaturisierungsansatz Genüge getan werden.
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Die Speichermedien 62 können an die jeweilige gewünschte Hüllenform angepasst werden. In der 6 ist das Medium 62 z. B. ringförmig ausgebildet. Nichtsdestotrotz ist die Batterie 24, die als Flansch 12 wirkt, stabil genug, um die Drehbewegungen, und gegebenenfalls auch Schwingungen und Schläge, über die Lager 16 sicher aufnehmen zu können.
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Des Weiteren kann die Batteriehülle 16 auch als PCB-Halter oder eine andere geeignete, bereits bestehende Geberkomponente verwendet werden.
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Bezug nehmend auf 7 ist eine letzte Ausführungsform eines Gebers 10 gezeigt.
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Der Geber 10 ist hier an eine Vorrichtung, wie z. B. einen Elektromotor 70 bzw. dessen Antriebswelle 74, gekoppelt. Der Motor 16 weist an seinem hier nicht näher bezeichneten Gehäuse einen Anschlusskasten 72 auf, der über einen Stecker 76 von außen Befehle und Energie zugeleitet bekommen kann, um den Motor anzusteuern und anzutreiben. Dieser Anschlusskasten 72 eignet sich, um auch die Batterie 24 aufzunehmen, die dann fest mit dem Motor 70 verbunden ist und über eine Verbindung 78 mit dem Geber 10 verbunden ist. Dies ist wichtig, da der Drehgeber oft von den Motorenherstellern zugekauft wird. Der Motorhersteller liefert den Motor mit angebautem und angeschlossenem Geber als eine Einheit an den Endkunden aus. Dadurch ist im Servicefall gewährleistet, dass die Systemfunktion immer gewährleistet ist. Der Geber wird dann nicht vom Energiespeicher getrennt.
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Es versteht sich, dass diese Art der Anordnung nicht nur für Motoren, sondern für beliebige andere Maschinen, wie z. B. auch Getriebeeinheiten, geeignet ist, bei denen der Geber 10 möglichst klein ausgebildet sein soll.
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Ferner versteht es sich, dass die hier offenbarten Drehgeber mit und ohne Eigenlagerung vorgesehen werden können. Bei Drehgebern ohne Eigenlagerung fehlt das Lager 16, welches in den oben gezeigten Figuren eine Verbindung zwischen Gehäuse 12 und einer Welle der zu vermessenden Vorrichtung herstellt.
