DE102009051353A1

DE102009051353A1 - Messanordnung zur Erfassung einer Drehbewegung

Info

Publication number: DE102009051353A1
Application number: DE102009051353A
Authority: DE
Inventors: Peter Horling; Henning Kern; Andreas Kern-Trautmann; Mathias Seuberling
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2011-05-12
Also published as: WO2011051363A3; WO2011051363A2; EP2494314A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Erfassung einer Drehbewegung zwischen einem ersten Maschinenteil (2) und einem zweiten Maschinenteil (3). Die erfindungsgemäße Messanordnung weist ein Geberrad (10), das drehfest mit dem ersten Maschinenteil (2) verbunden ist, einen Absolutgeber (11), der drehfest mit dem ersten Maschinenteil (2) verbunden ist, einen Inkrementalsensor (27), der drehfest mit dem zweiten Maschinenteil (3) verbunden ist und einen Absolutsensor (28), der drehfest mit dem zweiten Maschinenteil (3) verbunden ist, auf. Das Geberrad (10) weist in Umfangsrichtung eine alternierende Abfolge von Ausnehmungen (16) und Stegen (17) auf. Der Absolutgeber (11) ist am Geberrad (10) befestigt und markiert eine Umfangsposition des Geberrads (10). Der Inkrementalsensor (27) tastet das Geberrad (10) ab und erzeugt ein Inkrementalsignal. Der Absolutsensor (28) tastet den Absolutgeber (11) ab und erzeugt ein Absolutsignal.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Erfassung einer Drehbewegung. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Lageranordnung mit einer derartigen Messanordnung, eine Labyrinthdichtung und ein Verfahren zur Montage einer Messanordnung.
Die Erfassung von Drehbewegungen spielt bei vielen technischen Anwendungen mit rotierenden Maschinenteilen eine wichtige Rolle. Je nach Anwendung ist die jeweilige Drehwinkeländerung oder der Drehwinkel selbst von Interesse. Bei manchen Anwendungen werden auch beide Größen benötigt. Drehwinkeländerungen können mittels Inkrementgebern und zugehörigen Inkrementalsensoren erfasst werden. Absolute Werte für den Drehwinkel können mit Hilfe von Absolutgebern und zugehörigen Absolutsensoren erfasst werden.
Insbesondere bei sehr großen drehenden Teilen können die Messanordnungen zur Erfassung von Drehbewegungen sehr aufwendig sein. Außerdem ist es mitunter schwierig eine Messanordnung so zu montieren, dass die absolute Messung des Drehwinkels jeweils ausgehend von einer gewünschten Drehwinkelposition als Nullstellung durchführbar ist.
Eine Häufung der genannten Schwierigkeiten ergibt sich beispielsweise bei Windenergieanlagen, da diese sehr große drehende Teile wie beispielsweise eine Rotorwelle oder ein drehbar gelagertes Maschinenhaus aufweisen und sowohl eine Erfassung der Drehwinkeländerung als auch eine Erfassung des absoluten Drehwinkels gewünscht wird. Hinzu kommen noch Probleme bei der Zugänglichkeit der Komponenten einer Windenergieanlage. Aus diesen Gründen besteht auf diesem technischen Gebiet ein besonders großes Interesse an einer leicht montierbaren Messanordnung zur Drehwinkelerfassung.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Erfassung einer Drehbewegung auch bei großen Abmessungen der relativ zueinander drehenden Maschinenteile mit vertretbarem Aufwand zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Messanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Messanordnung zur Erfassung einer Drehbewegung zwischen einem ersten Maschinenteil und einem zweiten Maschinenteil weist ein Geberrad, das drehfest mit dem ersten Maschinenteil verbunden ist, einen Absolutgeber, der drehfest mit dem ersten Maschinenteil verbunden ist, einen Inkrementalsensor, der drehfest mit dem zweiten Maschinenteil verbunden ist und einen Absolutsensor, der drehfest mit dem zweiten Maschinenteil verbunden ist, auf. Das Geberrad weist in Umfangsrichtung eine alternierende Abfolge von Ausnehmungen und Stegen auf. Der Absolutgeber ist am Geberrad befestigt und markiert eine Umfangsposition des Geberrads. Der Inkrementalsensor tastet das Geberrad ab und erzeugt ein Inkrementalsignal. Der Absolutsensor tastet den Absolutgeber ab und erzeugt ein Absolutsignal.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass sie mit relativ geringem Aufwand eine präzise Erfassung einer Drehbewegung zwischen zwei Maschinenteilen ermöglicht. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die erfindungsgemäße Messanordnung auch bei großen Abmessungen der Maschinenteile effizient und flexibel einsetzbar ist, da der Absolutgeber am Geberrad befestigt ist und damit keine aufwendigen Maßnahmen zur Befestigung an sonstiger Stelle getroffen werden müssen und auch diesbezüglich keine Anforderungen an die Einbauumgebung zu stellen sind.
Der Absolutgeber kann als ein separates Bauteil ausgebildet sein. Insbesondere kann der Absolutsensor innerhalb des durch die Ausnehmungen und Stege vorgegebenen Rasters an einer beliebigen Umfangsposition des Geberrads angeordnet werden. Dies ermöglicht es beispielsweise, den Absolutgeber im Rahmen der Montage der Messanordnung an einer besonders gut zugänglichen oder aus anderen Gründen besonders geeigneten Position anzubringen.
Der Absolutgeber kann lösbar am Geberrad befestigt sein. Dies hat den Vorteil, dass die Position, die Umfangsposition des Geberrads, die durch den Absolutgeber markiert wird, mit wenig Aufwand und ohne Beschädigung des Geberrads und des Absolutgebers wieder geändert werden kann. Das macht sich insbesondere dann positiv bemerkbar, wenn ein Austausch des Geberrads mit hohem Aufwand verbunden ist. Beispielsweise kann der Absolutgeber formschlüssig mit dem Geberrad verbunden sein. Eine Formschlussverbindung ist in der Regel sehr dauerhaft und lässt sich mit vertretbarem Aufwand ausbilden und lösen. Insbesondere kann der Absolutgeber in eine der Ausnehmungen des Geberrads eingreifen. Weiterhin kann der Absolutgeber derart asymmetrisch ausgebildet sein, dass er ausschließlich in einer vorgegebenen Orientierung am Geberrad befestigt werden kann. Auf diese Weise können Montagefehler und damit einhergehende Folgeschäden vermieden werden. Der Absolutgeber kann beispielsweise als ein elastisches Element ausgebildet sein. In diesem Fall kann der Absolutgeber aufgrund seiner Elastizität in der Ausnehmung des Geberrads geklemmt sein. Vorzugsweise ist der Absolutgeber aus Federstahl, insbesondere aus einem nicht rostenden Federstahl, hergestellt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Absolutgeber als ein U-förmiges Teil, insbesondere aus Blech, ausgebildet. Eine derartige Form lässt sich mit geringem Aufwand realisieren und bietet zudem die Möglichkeit, eine definierte Elastizität vorzusehen.
Außerdem bietet sich die Möglichkeit, einen Schenkel des derart ausgebildeten Absolutgebers verlängert auszubilden und als Abtastfläche zu nutzen.
Die Ausnehmungen und/oder die Stege des Geberrads können in Umfangsrichtung äquidistant angeordnet sein. Dies ermöglicht eine besonders einfache Auswertung des vom Inkrementalsensor erzeugten Inkrementalsignals. Weiterhin kann das Geberrad Vorsprünge aufweisen, die insbesondere in Axialrichtung in die Ausnehmungen hineinragen. Diese Vorsprünge können für die Ausbildung der Formschlussverbindung mit dem Absolutgeber genutzt werden. Das Geberrad kann in Umfangsrichtung aus mehreren Segmenten zusammengesetzt sein. Dies ist insbesondere bei einem Geberrad mit großen Abmessungen von Vorteil. Ebenso wie der Absolutgeber kann auch das Geberrad aus Federstahl, insbesondere aus nicht rostendem Federstahl, gefertigt sein.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Geberrad als ein Bestandteil einer Labyrinthdichtung ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass für das Geberrad kein zusätzliches Bauteil bereitgestellt werden muss und damit der Aufwand für die Herstellung und Handhabung und der Platzbedarf für ein zusätzliches Bauteil entfallen. Die Labyrinthdichtung kann beispielsweise zur Abdichtung einer Lageranordnung einer Windenergieanlage vorgesehen sein.
Der Inkrementalsensor und der Absolutsensor können unterschiedliche Abtastrichtungen aufweisen. Dies ermöglicht eine kompakte Ausbildung der erfindungsgemäßen Messanordnung. Vorzugsweise schließen die Abtastrichtungen des Inkrementalsensors und des Absolutsensors einen Winkel von wenigstens 45 Grad miteinander ein und sind insbesondere orthogonal zueinander orientiert. Der Inkrementalsensor kann beispielsweise so angeordnet sein, dass seine Abtastrichtung bezüglich des Geberrads radial verläuft. Der Absolutsensor kann beispielsweise so angeordnet sein, dass seine Abtastrichtung bezüglich des Geberrads axial verläuft. Weiterhin können der Inkrementalsensor und der Absolutsensor an einer gemeinsamen Halterung angeordnet sein. Dies reduziert den Montageaufwand und stellt eine präzise Positionierung des Inkrementalsensors und des Absolutsensors relativ zueinander sicher. Der Absolutsensor kann in Umfangsrichtung des Geberrads verschiebbar angeordnet sein. Dies ermöglicht eine Einstellung der vom Absolutsensor markierten Umfangsposition des Geberrads.
Die erfindungsgemäße Messanordnung kann für einen Messbetrieb ausgebildet sein, bei dem das erste Maschinenteil ruht und das zweite Maschinenteil eine Drehbewegung ausführt. Bei einer derartigen Variante entfällt das Risiko, dass sich der Absolutsensor infolge der Drehbewegung vom Geberrad löst.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Lageranordnung einer Windenergieanlage mit der erfindungsgemäßen Messanordnung.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Labyrinthdichtung, mit einem ersten Ring und einem zweiten Ring, die axial überlappen und miteinander ein Dichtlabyrinth ausbilden. Der erste Ring ist als ein Bestandteil eines Geberrads ausgebildet und weist in Umfangsrichtung eine alternierende Abfolge von Ausnehmungen und Stegen auf.
Die erfindungsgemäße Labyrinthdichtung hat den Vorteil, dass sie ohne erheblichen Zusatzaufwand als ein Geber für eine Erfassung einer Drehbewegung ausgebildet ist. Der Material- und Montageaufwand für einen zusätzlichen Geber kann somit eingespart werden.
Am Geberrad kann ein Absolutgeber befestigt sein, der eine Umfangsposition des Geberrads markiert. Auf diese Weise werden mit einfachen Mitteln die Voraussetzungen für eine absolute Drehwinkelerfassung geschaffen.
Die Labyrinthdichtung kann einen Außendurchmesser von wenigstens 0,3 m, vorzugsweise wenigstens 1 m aufweisen.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Montage einer Messanordnung zur Erfassung einer Drehbewegung zwischen einem ersten Maschinenteil und einem zweiten Maschinenteil. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Geberrad, das in Umfangsrichtung eine alternierende Abfolge von Ausnehmungen und Stegen aufweist, drehfest mit dem ersten Maschinenteil verbunden. Weiterhin wird ein Absolutgeber derart am Geberrad befestigt, dass er eine Umfangsposition des Geberrads markiert. Außerdem wird ein Inkrementalsensor der das Geberrad abtastet, drehfest mit dem zweiten Maschinenteil verbunden und es wird ein Absolutsensor, der den Absolutgeber abtastet, drehfest mit dem zweiten Maschinenteil verbunden.
Das zweite Maschinenteil kann in eine gewünschte Drehwinkelposition relativ zum ersten Maschinenteil gebracht werden, bevor der Absolutgeber am Geberrad befestigt wird. Weiterhin kann der Absolutgeber so am Geberrad befestigt werden, dass sich die markierte Umfangsposition des Geberrads innerhalb eines Umfangsbereichs des zweiten Maschinenteils befindet, innerhalb dessen der Absolutsensor justierbar ist. Außerdem kann der Absolutsensor vor der Ausbildung der drehfesten Verbindung mit dem zweiten Maschinenteil auf die vom Absolutgeber markierte Umfangsposition des Geberrads justiert werden. Durch diese Maßnahmen kann auf sehr einfache Weise erreicht werden, dass die Drehwinkelposition des zweiten Maschinenteils, in der der Absolutgeber am Geberrad befestigt wird, jeweils mit hoher Präzision vom Absolutsensor detektiert wird und es ist beispielsweise möglich, diese Drehwinkelposition als Nullpunkt zu wählen, relativ zu dem die Drehbewegung zwischen dem zweiten Maschinenteil und dem ersten Maschinenteil erfasst wird.
Insgesamt kann somit durch das erfindungsgemäße Verfahren eine beliebige Drehwinkelposition des zweiten Maschinenteils relativ zum ersten Maschinenteil mit hoher Präzision markiert werden, indem der Absolutgeber innerhalb eines durch die Ausnehmungen und Stege des Geberrads vorgegebenen Rasters angeordnet wird und eine Feinjustage durch Umfangsverschiebung des Absolutsensors vorgenommen wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
Es zeigen
1 ein Ausführungsbeispiel einer Lageranordnung mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Messanordnung in Seitenansicht,
2 das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel in Schnittdarstellung,
3 ein Ausführungsbeispiel des Geberrads in Schnittdarstellung,
4 einen vergrößerten Ausschnitt aus 3,
5 einen weiteren vergrößerten Ausschnitt aus 3,
6 ein Ausführungsbeispiel für den Absolutgeber in perspektivischer Darstellung,
7 ein Ausführungsbeispiel der Sensorgruppe in perspektivischer Darstellung,
8 ein Ausführungsbeispiel der Sensorgruppe im montierten Zustand in perspektivischer Darstellung und
9 das in 8 dargestellte Ausführungsbeispiel der Sensorgruppe in Schnittdarstellung.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Lageranordnung mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Messanordnung in Seitenansicht. Eine zugehörige Schnittdarstellung zeigt 2.
Die Lageranordnung weist ein Wälzlager 1 auf, das beim dargestellten Ausführungsbeispiel als ein zweireihiges Pendelrollenlager ausgebildet ist. Ebenso kann das Wälzlager 1 beispielsweise auch als ein zweireihiges Kegelrollenlager ausgebildet sein, oder eine sonstige ein- oder mehrreihige Bauform aufweisen. Das Wälzlager 1 ist in einem Gehäuse 2 angeordnet und dient der drehbaren Lagerung einer Welle 3 oder eines sonstigen Maschinenteils um eine Rotationsachse 4. Insbesondere kann das Wälzlager 1 zur Lagerung einer Rotorwelle einer Windenergieanlage eingesetzt werden.
Das Gehäuse 2 weist zwei axial verlaufende Träger 5 zur Befestigung in einer Einbauumgebung auf. Als Axialrichtung wird jeweils eine Richtung parallel zur Rotationsachse 4 des Wälzlagers 1 angesehen, soweit nichts anderes ausgeführt ist.
Das Wälzlager 1 ist mittels einer Spannmutter 6 an der Welle 3 befestigt und weist einen Innenring 7, einen Außenring 8 und zwischen dem Innenring 7 und dem Außenring 8 abrollende Wälzkörper 9 auf.
Weiterhin sind in den 1 und 2 ein Geberrad 10, ein Absolutgeber 11 und eine Sensorgruppe 12 dargestellt, die Bestandteile der erfindungsgemäßen Messanordnung zur Erfassung der Drehbewegung der Welle 3 sind. Das Geberrad 10 und der Absolutgeber 11 sind drehfest mit dem Gehäuse 2 verbunden. Die Sensorgruppe 12 ist drehfest mit der Welle 3 verbunden. Der Aufbau und die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Messanordnung werden im Folgenden noch näher erläutert.
Das in den 1 und 2 dargestellte Wälzlager 1 kann sehr große Außenabmessungen aufweisen und einen Außendurchmesser von mehr als 0,3 m, insbesondere sogar mehr als 1 m besitzen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weist die das Wälzlager 1 beispielsweise einen Außendurchmesser von 1,7 m und einen Innendurchmesser von 1,3 m auf.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Geberrads 10 in Schnittdarstellung. Vergrößerte Ausschnitte aus 3 sind in den 4 und 5 dargestellt. Das Geberrad 10 weist eine zentral gelochte Scheibe 13 sowie einen radial äußeren Ring 14 und einen radial inneren Ring 15 auf. Die Ringe 14, 15 sind koaxial und rechtwinkelig an der Scheibe 13 befestigt und erstrecken sich unterschiedlich weit in Axialrichtung, wobei der radial äußere Ring 14 eine größere axiale Erstreckung aufweist als der radial innere Ring 15. Der radial äußere Ring 14 weist äquidistant über seinen Umfang verteilte Ausnehmungen 16 auf, die in Umfangsrichtung durch Stege 17 voneinander getrennt sind. Die Ausnehmungen 16 können beispielsweise durch Stanzen hergestellt werden. In jede Ausnehmung 16 ragen von zwei gegenüberliegenden Seiten zwei axiale Vorsprünge 18 hinein. Bezüglich der Umfangsrichtung des Geberrads 10 sind die axialen Vorsprünge 18 asymmetrisch, d. h. nicht mittig in den Ausnehmungen 16 angeordnet.
Das Geberrad 10 kann aus Blech, insbesondere aus einem Federstahl gefertigt sein. Bevorzugt wird ein nicht rostender Federstahl verwendet. Wie aus 1 hervorgeht kann die Scheibe 13 des Geberrads 10 in Umfangsrichtung aus mehreren Segmenten zusammengesetzt sein, die beispielsweise durch eine Schweißverbindung miteinander verbunden sind. Auch die Ringe 14, 15 können segmentiert ausgebildet sein. Insbesondere kann das Geberrad 10 als eine Komponente einer Labyrinthdichtung ausgebildet sein, die das Wälzlager 1 axial abdichtet. In diesem Fall sind die Ringe 14 und 15 Bestandteile eines Dichtlabyrinths.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Absolutgeber 11 in perspektivischer Darstellung.
Der Absolutgeber 11 ist U-förmig ausgebildet und weist zwei Schenkel 19 und 20 auf, die unter Überwindung einer elastischen Rückstellkraft einander angenähert werden können. Der Schenkel 19 ist durch eine Geberfläche 21 verlängert und weist eine Durchbrechung 22 und eine Durchbrechung 23 auf. Der Schenkel 20 weist eine Durchbrechung 24 und eine Durchbrechung 25 auf.
Die Durchbrechungen 22, 24 dienen der Befestigung des Absolutgebers 11 am Geberrad 10 und nehmen je einen axialen Vorsprung 18 des Geberrads 10 auf. Demgemäß sind die Durchbrechungen 22, 24 bezüglich ihrer Abmessungen auf die axialen Vorsprünge 18 in den Ausnehmungen 16 des Geberrads 10 abgestimmt und in gleicher Weise asymmetrisch ausgebildet wie die axialen Vorsprünge 18. Dadurch ist gewährleistet, dass der Absolutgeber 11 ausschließlich seitenrichtig in einer der Ausnehmungen 16 des Geberrads 10 fixiert werden kann.
Der Verwendungszweck der Durchbrechungen 23, 25 wird im Folgenden noch näher erläutert.
Der Absolutgeber 11 kann aus Blech, insbesondere aus einem Federstahl gefertigt sein.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Sensorgruppe 12 in perspektivischer Darstellung.
Die Sensorgruppe 12 weist eine zweifach abgewinkelte Halterung 26 auf, an der ein Inkrementalsensor 27 und ein Absolutsensor 28 angebracht sind. Der Inkrementalsensor 27 und der Absolutsensor 28 sind nebeneinander angeordnet und so gegeneinander verkippt, dass ihre Abtastrichtungen orthogonal zueinander orientiert sind. In der Halterung 26 ist ein Langloch 29 ausgebildet, das der Befestigung und Justage der Sensorgruppe 12 dient. Der Inkrementalsensor 27 und der Absolutsensor 28 können beispielsweise jeweils als induktive Sensoren ausgebildet sein, die abhängig davon, ob innerhalb eines Abtastbereichs in Abtastrichtung vor dem Sensor eine metallische Fläche angeordnet ist oder nicht, unterschiedliche Signalpegel erzeugen.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Sensorgruppe 12 im montierten Zustand in perspektivischer Darstellung. Eine zugehörige Schnittdarstellung zeigt 9.
Für die Darstellung wurde der Drehwinkel zwischen der Welle 3 und dem Gehäuse 2 so gewählt, dass der Absolutsensor 28 benachbart zur Geberfläche 21 des Absolutgebers 11 angeordnet ist. Der Absolutgeber 11 ist in einer der Ausnehmungen 16 des Geberrads 10 angeordnet und durch den Eingriff der axialen Vorsprünge 18 des Geberrads 10 in die Durchbrechungen 22, 24 des Absolutgebers 11, der durch die elastische Rückstellkraft des Absolutgebers 11 aufrecht erhalten wird, formschlüssig fixiert. Durch eine Spannschraube 30 zwischen den Durchbrechungen 23, 25 des Absolutgebers 11 können die Schenkel 19, 20 des Absolutgebers 11 unter Überwindung der elastischen Rückstellkraft einander angenähert werden und so der formschlüssige Eingriff gelöst werden. Die Spannschraube 30 erleichtert somit die Montage und Demontage des Absolutgebers 11 am Geberrad 10. Außerdem kann die Spannschraube 30 auch so ausgebildet sein, dass sie ein Aufspreizen der Schenkel 19, 20 des Absolutgebers 11 ermöglicht und dadurch den formschlüssigen Eingriff sichert. Die Spannschraube 30 wird allerdings nichtzwingend benötigt und kann daher auch entfallen.
Wie aus 9 hervorgeht bilden der radial äußere Ring 14 und der radial innere Ring 15 des Geberrads 10 mit einem radial mittleren Ring 31, der zwischen den Ringen angeordnet und drehfest mit der Welle 3 verbunden ist, ein Dichtlabyrinth aus. Das Geberrad 10 ist somit als ein Bestandteil einer Labyrinthdichtung ausgebildet.
Die Halterung 26 der Sensorgruppe 12 ist mittels zweier Befestigungsschrauben 32, die durch das Langloch 29 geführt sind, mit der Spannmutter 6 verschraubt und dadurch drehfest zur Welle 3 angeordnet. Da das Langloch 29 in Umfangsrichtung der Spannmutter 6 verläuft, kann die Halterung 26 und damit die gesamte Sensorgruppe 12 in Umfangsrichtung etwas verschoben werden. Im montierten Zustand der Sensoranordnung ist der Inkrementalsensor 27 bezogen auf die Rotationsachse 4 des Wälzlagers 1 radial ausgerichtet, d. h. seine Abtastrichtung verläuft radial. Demgemäß befinden sich in Abtastrichtung des Inkrementalsensors 27 die Aussparungen und Stege 17 des Geberrads 10. Der Absolutsensor 28 ist bezogen auf die Rotationsachse 4 des Wälzlagers 1 axial ausgerichtet, d. h. seine Abtastrichtung verläuft axial, so dass die Geberfläche 21 des Absolutgebers 11 abgetastet werden kann.
Die Erfassung der Drehbewegung der Welle 3 mit der erfindungsgemäßen Messanordnung kann folgendermaßen erfolgen:
Bei einer Drehung der Welle 3 dreht sich die Sensorgruppe 12, d. h. sowohl der Inkrementalsensor 27 als auch der Absolutsensor 28, mit der Welle 3 mit, das Geberrad 10 und der daran angebrachte Absolutsensor 28 bleiben ortsfest. Infolge der Drehbewegung des Inkrementalsensors 27 überstreicht dessen Abtastbereich alternierend Ausnehmungen 16 und Stege 17 des Geberrads 10. Abhängig davon, ob sich eine Ausnehmung 16 oder ein Steg 17 im Abtastbereich des Inkrementalsensors 27 befindet, erzeugt dieser unterschiedliche Signale. Somit gibt der Inkrementalsensor 27 ein Inkrementalsignal aus, das in gleicher Weise variiert, wie die Lage des Abtastbereichs des Inkrementalsensors 27 relativ zu den Ausnehmungen 16 und Stegen 17 des Geberrads 10. Da die Ausnehmungen 16 in äquidistanter oder sonstiger bekannter Abfolge über den Umfang des Geberrads 10 verteilt sind, kann aus dem Inkrementalsignal des Inkrementalsensors 27 die Drehwinkeländerung und somit beispielsweise die aktuelle Drehzahl der Welle 3 ermittelt werden. Eine Ermittlung eines Absolutwerts für den Drehwinkel, d. h. die aktuelle Drehwinkelposition, ist aber nur möglich, wenn wenigsten eine frühere Drehwinkelposition bekannt ist, die als Referenzwert verwendet werden kann. Absolute Drehwinkel können mit dem Inkrementalsensor 27 jedoch nicht ermittelt werden, da dieser bei identischer Drehbewegung stets ein identisches Inkrementalsignal liefert, unabhängig davon, welchen absoluten Drehwinkel die Welle 3 jeweils aufweist.
Unter zusätzlicher Einbeziehung des Absolutsensors 28 ist es jedoch möglich, absolute Werte für den Drehwinkel und somit beispielsweise die jeweilige Drehwinkelposition der Welle 3 zu ermitteln. Dies wird dadurch erreicht, dass der Absolutsensor 28 die Geberfläche 21 des Absolutgebers 11 abtastet, der an einer einzigen, definierten Umfangsposition des Geberrads 10 angeordnet ist und somit diese Umfangsposition und die dazugehörige Drehwinkelposition markiert. Bei jeder Umdrehung der Welle 3 liefert der Absolutsensor 28 somit ein Absolutsignal beim Passieren der markierten Drehwinkelposition, d. h. der Absolutsensor 28 gibt einmal pro Umdrehung einen absoluten Drehwinkel aus. Das Absolutsignal des Absolutsensors 28 kann bei der Auswertung des Inkrementalsignals des Inkrementalsensors 27 als Referenz verwendet werden. Durch Addition des dadurch markierten absoluten Drehwinkels und der vom Inkrementalsensor 27 seither ermittelten Drehwinkeländerung kann zu jedem Zeitpunkt der absolute Drehwinkel ermittelt werden. Um aus einem derart ermittelten absoluten Drehwinkel eine Drehposition eines auf der Welle 3 angeordneten Maschinenteils mit hoher Präzision ermitteln zu können, ist zumindest eine einmalige Justage der Messanordnung relativ zu dem Maschinenteil erforderlich. Diese Justage kann im Rahmen des im Folgenden beschriebenen Montageverfahrens durchgeführt werden.
Zunächst werden das Gehäuse 2, das Wälzlager 1 und die Welle 3 inklusive des Maschinenteils in für sich bekannter Weise montiert. Dabei wird auch das Geberrad 10 in einer beliebigen Drehwinkelposition am Gehäuse 2 befestigt. Dann wird die Welle 3 so verdreht, dass das Maschinenteil präzise in einer vorgegebenen Drehwinkelposition angeordnet wird. Unter Beibehaltung dieser Drehwinkelposition wird in der Ausnehmung 16 des Geberrads 10, die der vorgesehene Montageposition der Sensorgruppe 12, genauer gesagt des Absolutsensors 28, am nächsten kommt, der Absolutgeber 11 angeordnet und fixiert. Dadurch wird erreicht, dass in der vorgegebenen Drehwinkelposition des Maschinenteils die Geberfläche 21 des Absolutgebers 11 zumindest in der Nähe der Abtastfläche des Absolutsensors 28 angeordnet ist. Dann wird die Sensorgruppe 12 mit den Befestigungsschrauben 32 zunächst lose angeschraubt und dann mit Hilfe des Langlochs 29 in der Halterung 26 der Sensorgruppe 12 solange in Umfangsrichtung verschoben, bis der Absolutsensor 28 ein Absolutsignal liefert. In der dann erreichten Umfangsposition werden die Halterung 26 und damit auch der Absolutsensor 28 durch Anziehen der Befestigungsschrauben dauerhaft fixiert. Bei einer zukünftigen Drehbewegung gibt der Absolutsensor 28 jedes Mal dann ein Absolutsignal aus, wenn sich das Maschinenteil in der vorgegebenen Drehwinkelposition befindet.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlager
2: Gehäuse
3: Welle
4: Rotationsachse
5: Träger
6: Spannmutter
7: Innenring
8: Außenring
9: Wälzkörper
10: Geberrad
11: Absolutgeber
12: Sensorgruppe
13: Scheibe
14: Radial äußerer Ring
15: Radial innerer Ring
16: Ausnehmung
17: Steg
18: Axialer Vorsprung
19: Schenkel
20: Schenkel
21: Geberfläche
22: Durchbrechung
23: Durchbrechung
24: Durchbrechung
25: Durchbrechung
26: Halterung
27: Inkrementalsensor
28: Absolutsensor
29: Langloch
30: Spannschraube
31: Radial mittlerer Ring
32: Befestigungsschraube

Claims

Messanordnung zur Erfassung einer Drehbewegung zwischen einem ersten Maschinenteil (2) und einem zweiten Maschinenteil (3) mit – einem Geberrad (10), das drehfest mit dem ersten Maschinenteil (2) verbunden ist – einem Absolutgeber (11), der drehfest mit dem ersten Maschinenteil (2) verbunden ist, – einem Inkrementalsensor (27), der drehfest mit dem zweiten Maschinenteil (3) verbunden ist und – einem Absolutsensor (28), der drehfest mit dem zweiten Maschinenteil (3) verbunden ist, wobei – das Geberrad (10) in Umfangsrichtung eine alternierende Abfolge von Ausnehmungen (16) und Stegen (17) aufweist, – der Absolutgeber (11) am Geberrad (10) befestigt ist und eine Umfangsposition des Geberrads (10) markiert, – der Inkrementalsensor (27) das Geberrad (10) abtastet und ein Inkrementalsignal erzeugt und – der Absolutsensor (28) den Absolutgeber (11) abtastet und ein Absolutsignal erzeugt.
Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Absolutgeber (11) als ein separates Bauteil ausgebildet ist.
Messanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Absolutgeber (11) lösbar am Geberrad (10) befestigt ist.
Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Geberrad (10) als ein Bestandteil einer Labyrinthdichtung ausgebildet ist.
Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung für einen Messbetrieb ausgebildet ist, bei dem das erste Maschinenteil (2) ruht und das zweite Maschinenteil (3) eine Drehbewegung ausführt.
Lageranordnung einer Windenergieanlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung eine Messanordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Labyrinthdichtung mit einem ersten Ring (14) und einem zweiten Ring (31), die axial überlappen und miteinander ein Dichtlabyrinth ausbilden, wobei der erste Ring (14) als ein Bestandteil eines Geberrads (10) ausgebildet ist und in Umfangsrichtung eine alternierende Abfolge von Ausnehmungen (16) und Stegen (17) aufweist.
Labyrinthdichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Geberrad (10) ein Absolutgeber (11) befestigt ist, der eine Umfangsposition des Geberrads (10) markiert.
Verfahren zur Montage einer Messanordnung zur Erfassung einer Drehbewegung zwischen einem ersten Maschinenteil (2) und einem zweiten Maschinenteil (3), wobei – ein Geberrad (10), das in Umfangsrichtung eine alternierende Abfolge von Ausnehmungen (16) und Stegen (17) aufweist, drehfest mit dem ersten Maschinenteil (2) verbunden wird, – ein Absolutgeber (11) derart am Geberrad (10) befestigt wird, dass er eine Umfangsposition des Geberrads (10) markiert, – ein Inkrementalsensor (27), der das Geberrad (10) abtastet, drehfest mit dem zweiten Maschinenteil (3) verbunden wird und – ein Absolutsensor (28), der den Absolutgeber (11) abtastet, drehfest mit dem zweiten Maschinenteil (3) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Maschinenteil (3) in eine gewünschte Drehwinkelposition relativ zum ersten Maschinenteil (2) gebracht wird, bevor der Absolutgeber (11) am Geberrad (10) befestigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Absolutgeber (11) so am Geberrad (10) befestigt wird, dass sich die markierte Umfangsposition des Geberrads (10) innerhalb eines Umfangsbereichs des zweiten Maschinenteils (3) befindet, innerhalb dessen der Absolutsensor (28) justierbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Absolutsensor (28) vor der Ausbildung der drehfesten Verbindung mit dem zweiten Maschinenteil (3) auf die vom Absolutgeber (11) markierte Umfangsposition des Geberrads (11) justiert wird.