DE102018114913A1

DE102018114913A1 - Drehgeber mit einer entlang einer Längsachse verschiebbaren Sensoreinrichtung

Info

Publication number: DE102018114913A1
Application number: DE102018114913.1A
Authority: DE
Inventors: Stefan Schinagl; Rainer Hagl; Stefan Georg Birnbacher; Stefan Oberlechner
Original assignee: Hochschule Rosenheim; Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Hochschule Rosenheim; Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2019-12-24

Abstract

Ein Drehgeber (1) umfasst eine entlang einer Längsachse (9) verschiebbare Sensoreinrichtung, die am Ende (6a) einer Gehäuseanordnung (6) vorgesehen ist. Es sind zumindest zwei entlang der Längsachse (9) versetzt zueinander angeordnete Festkörpergelenke (11, 12) vorgesehen, wobei das erste und das zweite Festkörpergelenk (11, 12) jeweils über zumindest zwei gehäuseseitige Befestigungsvorrichtungen (11a, 11a, 12a, 12a) an zwei unterschiedlichen Stellen an der Gehäuseanordnung (6) befestigt sind. Das erste und das zweite Festkörpergelenk (11, 12) sind jeweils über zumindest zwei sensorseitige Befestigungsvorrichtungen (11b, 11b, 12b, 12b) an zwei unterschiedlichen Stellen der Sensoreinrichtung (4) befestigt. Die Sensoreinrichtung (4) umfasst noch einen Spulenträger (7) und eine Spuleneinrichtung (8), wobei die Spuleneinrichtung (8) derart angeordnet ist, dass die Sensoreinrichtung (4) im bestromten Zustand der Spuleneinrichtung (8) entlang der Längsachse (9) bewegbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehgeber mit einer Sensoreinrichtung, die entlang seiner Längsachse verschiebbar ist.
Ein derartiger Drehgeber, der auch als Positionsmesseinrichtung bezeichnet werden kann, wird beispielsweise in einer Bearbeitungsmaschine zur Messung der Relativlage eines Werkzeugs bzgl. eines zu bearbeitenden Werkstücks eingesetzt. Weiterhin werden derartige Drehgeber auch zur Regelung von elektrischen Maschinen eingesetzt, indem über die Drehgeber die genaue Lage des Rotors einer entsprechenden Regelstrecke zugeführt werden kann. Grundsätzlich kann die Lage dadurch bestimmt werden, dass beispielsweise auf einer sich drehenden Welle eine Codescheibe, die auch als Teilkreis bezeichnet werden kann, drehfest angeordnet ist, deren Oberfläche spezielle Strukturen aufweist, die durch den Drehgeber abgetastet werden können. Diese Strukturen sind unterschiedlich gewählt und bestimmten Winkellagen zugeordnet, so dass der Drehgeber bei Detektion einer individuellen Struktur auf die zu dieser korrespondierende Winkellage schließen kann.
Derartige Drehgeber sind aus verschiedenen Dokumenten bekannt. So wird beispielsweise auf die EP 0 628 789 B1 verwiesen, in welcher gelehrt wird, dass der Abstand zwischen einer Abtasteinheit (Sensor) und einer Messteilung (Codescheibe) veränderbar ist, indem die Abtasteinheit durch eine Antriebseinheit nachführbar ist. Bei dieser Antriebseinheit kann es sich um eine Spulenanordnung handeln.
Aus der US 4,944,028 A ist ebenfalls eine Positionsmesseinrichtung bekannt, die durch Auswerten von Magnetfeldern die Winkellage einer Welle bestimmen kann. Auf dieser Welle ist ebenfalls eine entsprechende Scheibe mit einer Bemaßung angebracht, die durch einen induktiv arbeitenden Sensor abgetastet werden kann. Dieser Sensor kann mittels Piezoelementen näher an die Scheibe herangeführt werden.
Nachteilig an den Positionsmesseinrichtungen aus dem Stand der Technik ist, dass diese ein großes Bauvolumen aufweisen und die Messergebnisse bei Auftreten von Vibrationen stark beeinträchtigt werden.
Es ist daher die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, einen Drehgeber zu schaffen, der sehr kompakt aufgebaut ist bzw. stark miniaturisiert ist und der auch bei Vorliegen von Vibrationen gute Messerergebnisse liefert.
Die Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen Drehgeber gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind erfindungsgemäße Weiterbildungen des Drehgebers beschrieben.
Der erfindungsgemäße Drehgeber umfasst eine Sensoreinrichtung, die entlang einer Längsachse verschiebbar ist. Die Sensoreinrichtung weist eine Sensoreinheit auf, die beabstandet und vorzugsweise parallel zu einer Codescheibe anordenbar ist, wobei die Codescheibe drehfest an einer Welle befestigbar ist, deren Winkellage vom Drehgeber überwacht beziehungsweise gemessen werden soll. Die Sensoreinheit ist dabei an einem Ende einer Gehäuseanordnung des Drehgebers angeordnet. Der Drehgeber umfasst außerdem zumindest zwei entlang der Längsachse versetzt zueinander angeordnete Festkörpergelenke. Diese sind vorzugsweise außerhalb der Gehäuseanordnung bzw. überwiegend außerhalb der Gehäuseanordnung angeordnet. Das erste und das zweite Festkörpergelenk sind jeweils über zumindest zwei gehäuseseitige Befestigungsvorrichtungen an zwei unterschiedlichen Stellen an der Gehäuseanordnung befestigt. Das erste und das zweite Festkörpergelenk sind außerdem über zumindest zwei sensorseitige Befestigungsvorrichtungen an zwei unterschiedlichen Stellen der Sensoreinrichtung befestigt. Unter einer Befestigung wird vorzugsweise eine Verschraubung verstanden. Es könnte allerdings auch ein Verpressen bzw. ein Verkleben erfolgen. Die Sensoreinrichtung umfasst einen Spulenträger und eine Spuleneinrichtung. Die Spuleneinrichtung ist am Spulenträger angeordnet bzw. um diesen herumgewickelt, wobei die Spuleneinrichtung derart angeordnet und dazu ausgebildet ist, dass die zumindest eine Sensoreinheit der Sensoreinrichtung bzw. die gesamte Sensoreinrichtung im bestromten Zustand der Spuleneinrichtung entlang der Längsachse in Richtung der Codescheibe bewegbar ist.
Insbesondere wird durch den Drehgeber die relative Winkelstellung zwischen der Welle und der Sensoreinrichtung beziehungsweise der Gehäuseanordnung bestimmt, wobei die Welle und die Sensoreinrichtung um eine Drehachse relativ zueinander drehbar angeordnet sind. Diese Drehachse weist eine Richtungskomponente auf, die parallel zur Längsachse orientiert ist. Insbesondere können die Drehachse und die Längsachse parallel zueinander orientiert sein und insbesondere zusammenfallen, also identisch zueinander verlaufen.
Vorteilhafterweise ist die zumindest die Sensoreinheit bzw. die gesamte Sensoreinrichtung entlang und vorzugsweise ausschließlich entlang der Längsachse relativ gegenüber der Gehäuseanordnung bewegbar. Die Gehäuseanordnung ist vorzugsweise an einer Leiterplatte drehfest befestigt, also ortsfest angeordnet, wobei lediglich die Sensoreinheit bzw. die Sensoreinrichtung gegenüber dieser Leiterplatte bewegbar ist. Dadurch, dass die Sensoreinrichtung und damit insbesondere die Sensoreinheit durch Bestromung der Spuleneinrichtung auf die Codescheibe zu und von dieser wegbewegbar ist, kann ein Abstand zwischen der Sensoreinheit und der Codescheibe konstant gehalten werden, was insbesondere bei Vorliegen von unterschiedlichen Temperaturen notwendig ist, um genaue Messwerte der relativen Winkelstellung zu erhalten.
Vorteilhafterweise umfasst die Sensoreinrichtung einen in Längsrichtung der Längsachse verlaufenden Achskörper, an welchem die Sensoreinheit zumindest mittelbar befestigt ist. Der Achskörper ist zumindest teilweise oder überwiegend innerhalb der Gehäuseanordnung angeordnet. Der Spulenträger und die Spuleneinrichtung umgeben insbesondere konzentrisch den Achskörper. Vorzugsweise sind die zumindest zwei sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen des ersten Festkörpergelenks an dem Achskörper und/oder an dem Spulenträger fixiert. Dies gilt ebenfalls vorzugsweise für die zumindest zwei sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen des zweiten Festkörpergelenks, die an dem Achskörper und/oder an dem Spulenträger fixiert sind.
Besonders vorteilhaft ist der Einsatz eines durchgehenden Achskörpers, an dem die Sensoreinheit zumindest mittelbar befestigt ist, weil dadurch ein sehr kompakter Aufbau des Drehgebers erreicht werden kann. Durch den Einsatz von zumindest zwei Festkörpergelenken, die einerseits an der Gehäuseanordnung befestigt sind und die andererseits an der Sensoreinrichtung, insbesondere zumindest mittelbar an dem Achskörper befestigt bzw. aufgehängt sind, wird erreicht, dass der Drehgeber auch bei Vorliegen von Vibrationen stets sehr genaue Messergebnisse liefert. Auch ein Transport des Drehgebers zusammen mit den dort auftretenden Vibrationen führt nicht dazu, dass der Drehgeber beschädigt werden kann.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform sind beide Festkörpergelenke federnd ausgebildet, so dass die sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen und die gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtungen überwiegend bzw. ausschließlich in Längsrichtung relativ zueinander verstellbar sind. Dies bedeutet, dass sich in Längsrichtung (also in axialer Richtung) ein definierter Kraft-/Verformungsverlauf ergibt, während gleichzeitig eine hohe Quersteifigkeit und eine hohe Torsionssteifigkeit erreicht werden. Insbesondere weisen beide Festkörpergelenke eine degressiv zunehmende oder ausschließlich degressive Federkennlinie auf. Eine degressiv zunehmende Federkennlinie bedeutet, dass die Kraft zum Auslenken der Feder, also die Kraft, die notwendig ist, um die sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen und die gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtungen in Längsrichtung weiter voneinander zu entfernen, für einen bestimmten Weg, also einen axialen Hub, kleiner wird, wenn die sensorseitigen und gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtungen bereits um einen gewissen Weg voneinander beabstandet sind. Bei einer ausschließlich degressiven Federkennlinie würde diese Kraft sogar wieder abnehmen.
Vorteilhafterweise umfassen beide Festkörpergelenke einen umlaufenden Rahmensteg, der insbesondere eine Aufnahmeöffnung umgrenzt, durch die auch der Achskörper geführt sein kann. Die gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtungen und die sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen sind mit diesem umlaufenden Rahmensteg verbunden. Vorteilhafterweise sind die gehäuseseitigen und sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen als Befestigungslaschen ausgebildet und stehen am umlaufenden Rahmensteg nach außen (also in Richtung Gehäusekörpers) oder innen (also in Richtung der Längsachse bzw. des Achskörpers) vor. Die gehäuseseitigen und die sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen sind vorzugsweise über Abstandshalter, die in Längsrichtung oder mit einer Komponente überwiegend in Längsrichtung verlaufen, mit dem Rahmensteg verbunden, wobei die Abstandshalter an unterschiedlichen Seiten des Rahmenstegs angeordnet sind, wodurch die gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtungen und die sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen an unterschiedlichen Seiten (Oberseite, Unterseite) des Rahmenstegs von dem wegstehen. Dadurch wird erreicht, dass die Befestigungslaschen der gehäuseseitigen und der sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen axial, also in Längsrichtung versetzt voneinander beabstandet sind.
Vorteilhafterweise verlaufen Teile des umlaufenden Rahmenstegs mäanderförmig. Dadurch kann einerseits ein sehr kompakter Aufbau des Rahmenstegs erreicht werden, wohingegen andererseits die gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtungen und die sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen in Längsrichtung sehr weit relativ zueinander bewegbar bzw. verschiebbar sind.
Vorteilhafterweise sind zumindest ein oder beide bzw. alle Festkörpergelenke vorgespannt, sodass im stromlosen Zustand der Spuleneinrichtung die Sensoreinheit der Sensoreinrichtung von der Codescheibe dauerhaft beanstandet ist. Dadurch ist sichergestellt, dass die Sensoreinheit auch beim Transport, wo starke Erschütterungen auftreten können, nicht in direkten Kontakt zur Codescheibe bringbar ist, wodurch Beschädigungen an der Codescheibe bzw. der Sensoreinheit vermieden werden.
Eine solche Berührung bzw. Kontaktierung der Sensoreinheit mit der Codescheibe kann auch dadurch vermieden werden, indem der Spulenträger zumindest einen Auflagebereich umfasst, der zumindest mittelbar in zumindest eine Anschlagsposition zur Gehäuseanordnung bringbar ist, wodurch die relative Bewegung der Sensoreinrichtung gegenüber der Gehäuseanordnung begrenzt ist.
Vorteilhafterweise ist der Spulenträger mit seinem zumindest einen ersten Auflagebereich zumindest mittelbar in eine erste Anschlagsposition mit der Gehäuseanordnung bringbar, wobei ein Abstand zwischen der Sensoreinheit und der Codescheibe in dieser ersten Anschlagsposition am größten ist. Ergänzend oder alternativ hierzu kann der Spulenträger mit seinem zumindest einen zweiten Auflagebereich auch in eine zweite Anschlagsposition mit der Gehäuseanordnung bringbar sein, wobei ein Abstand zwischen der Sensoreinheit und der Codescheibe in dieser zweiten Anschlagsposition am kleinsten ist.
Vorteilhafterweise umfasst die Spuleneinrichtung noch zumindest eine Spuleneinheit, die insbesondere als Tauchspule ausgebildet ist und einen vorzugsweise zylinderförmigen Aufnahmeraum umgrenzt. Der Achskörper, falls vorhanden, verläuft in diesem Fall durch diesen Aufnahmeraum. In der Gehäuseanordnung ist zumindest noch ein Permanentmagnet angeordnet, der ebenfalls eine durchgängige Aufnahmeöffnung aufweist, durch die der Achskörper, falls vorhanden, ebenfalls verläuft. Der Permanentmagnet ist hinsichtlich seiner magnetischen Pole (Nord-/Südpol) derart innerhalb der Gehäuseanordnung angeordnet und ausgerichtet, dass im stromlosen Zustand der Spuleneinrichtung die Sensoreinheit der Sensoreinrichtung von der Codescheibe dauerhaft beabstandet ist. In diesem Fall würde der Permanentmagnet ebenfalls zur Vorspannung der Sensoreinheit gegenüber der Codescheibe dienen. Die Spuleneinrichtung muss im Betrieb dazu ausgebildet sein, eine Gegenkraft aufzubringen, die größer ist als die Kraft des Permanentmagneten, um die Sensoreinheit in Richtung der Codescheibe zu bewegen.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Gleiche Gegenstände weisen dieselben Bezugszeichen auf. Die entsprechenden Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:

1: ein Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen Drehgebers, der von einer Codescheibe beabstandet angeordnet ist;
2A, 2B: räumliche Darstellungen eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Drehgebers;
3A, 3B: verschiedene Darstellungen eines Längsschnitts durch den erfindungsgemäßen Drehgeber;
4A bis 4C: verschiedene Darstellungen eines Ausführungsbeispiels eines Festkörpergelenks; und
4D, 4E: verschiedene Darstellungen eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Festkörpergelenks, welches eine mäanderförmige Struktur aufweist.

1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Drehgebers 1, der von einer Codescheibe 2, die auch als Teilkreis 2 bezeichnet werden kann, beabstandet angeordnet ist. Die Codescheibe 2 ist dabei drehfest auf einer Welle 3 montiert. Der Drehgeber 1 umfasst eine Sensoreinrichtung 4, die eine Sensoreinheit 5 aufweist. Die Sensoreinheit 5 ist beabstandet und vorzugsweise parallel zu der Codescheibe 2 angeordnet. Ein Abstand zwischen der Sensoreinheit 5 und der Codescheibe 2 ist vorzugsweise größer als 0,1 oder 0,2 oder 0,3 oder 0,4 oder 0,5 oder 0,6 oder 0,8 mm und weiter vorzugsweise kleiner als 4, 3, 2, 1 oder 0,9 oder 0,7 mm. Weiter vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen der Sensoreinheit 5 und der Codescheibe 2 0,4 Millimeter. Der Drehgeber 1 umfasst außerdem eine Gehäuseanordnung 6, an deren ersten Ende 6a die Sensoreinheit 5 angeordnet ist. Der Drehgeber 1 wird dabei von einer Längsachse 9 durchsetzt bzw. verläuft entlang der Längsachse 9.
Die Welle 3 mit der Codescheibe 2 ist relativ zur Gehäuseanordnung 6 drehbar angeordnet. Die die Welle 3 zentral durchsetzende Drehachse ist versetzt zur Längsachse 9 des Drehgebers 1 angeordnet. Die Sensoreinrichtung 4 ist vorzugsweise am äußeren Ende der Codescheibe 2 angeordnet, deren Abmessungen in 1 nicht wirklichkeitsgetreu wiedergegeben werden konnten, weshalb ein Zwischenbereich der Codescheibe 2 durch einen gestrichelten Verlauf angedeutet ist.
Eine solche Codescheibe 2 könnte eine absolute und/oder inkrementelle Codierung aufweisen, die durch die Sensoreinheit 5 abgetastet wird. Die Codierung und die Abtastung können dabei optisch, magnetisch, induktiv oder in sonstiger Weise (z.B. kapazitiv) erfolgen. Entsprechend besteht die Codescheibe 2 vorzugsweise aus Glas mit einer Beschichtung oder Gravierung, die weiter vorzugsweise Metall umfasst.
Die Gehäuseanordnung 6 umfasst eine umlaufende Gehäusewand 6₁, die einen Aufnahmeraum 17 umgrenzt. Weiterhin umfasst sie noch einen Gehäuseboden 6₂, der das zweite Ende 6b bildet und einen Gehäusedeckel 6₃, der am ersten Ende 6a angeordnet ist.
Die Sensoreinrichtung 4 umfasst außerdem noch einen Spulenträger 7 und eine Spuleneinrichtung 8, die an dem Spulenträger 7 angeordnet ist.
Die Spuleneinrichtung 8 und der Spulenträger 7 stehen mit der Sensoreinheit 5 derart in Wirkverbindung, dass bei Bestromen der Spuleneinrichtung 8 die Sensoreinrichtung 4 und damit die Sensoreinheit 5 entlang der Längsachse 9, die durch den Drehgeber 1 verläuft, in Richtung der Codescheibe 2 bewegbar ist.
In 1 sind diejenigen Elemente, die entlang der Längsachse 9 bewegbar sind, mit einer Musterfüllung versehen, die aus Vierecken besteht. Auf der anderen Seite sind diejenigen Elemente, die gegenüber den beweglichen Elementen unbeweglich sind, mit einer gepunkteten Musterfüllung versehen.
Der Drehgeber 1 umfasst außerdem noch zumindest zwei entlang der Längsachse 9 versetzt zueinander angeordnete Festkörpergelenke 11, 12. Das erste Festkörpergelenk 11 ist am ersten Ende 6a der Gehäuseanordnung 6 angeordnet bzw. näher an dem ersten Ende 6a der Gehäuseanordnung 6 angeordnet als am gegenüberliegenden zweiten Ende 6b Gehäuseanordnung 6. Dagegen ist das zweite Festkörpergelenk 12 am zweiten Ende 6b der Gehäuseanordnung 6 angeordnet bzw. näher am zweiten Ende 6b der Gehäuseanordnung 6 angeordnet als am ersten Ende 6b Gehäuseanordnung 6.
Das erste Festkörpergelenk 11 umfasst zumindest zwei gehäuseseitige Befestigungsvorrichtungen 11a₁ und 11a₂ . Weiterhin umfasst das erste Festkörpergelenk 11 zumindest zwei sensorseitige Befestigungsvorrichtungen 11b₁ und 11b₂ .
Das zweite Festkörpergelenk 12 umfasst ebenfalls zumindest zwei gehäuseseitige Befestigungsvorrichtungen 12a₁ , 12a₂ und zwei sensorseitige Befestigungsvorrichtungen 12b₁ , 12b₂ .
Beide Festkörpergelenke 11, 12 sind an verschiedenen Stellen der Gehäuseanordnung 6 an der Gehäuseanordnung 6 angeordnet bzw. befestigt, insbesondere verschraubt, verklebt, verschweißt und/oder verpresst. Insbesondere sind sie entlang der Längsachse 9 versetzt zueinander angeordnet.
Die sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen 11b₁ , 11b₂ bzw. 12b₁ , 12b₂ des ersten bzw. zweiten Festkörpergelenks 11, 12 sind an verschiedenen Stellen an dem Spulenträger 7 befestigt bzw. fixiert. Insbesondere sind die sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen 11b₁ , 11b₂ des ersten Festkörpergelenks 11 in Richtung der Längsachse 9 versetzt zu den sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen 12b₁ , 12b₂ des zweiten Festkörpergelenks 12 angeordnet. Die Sensoreinheit 5 ist in diesem Fall zumindest mittelbar an dem Spulenträger 7 befestigt bzw. angeordnet. Unter einer „mittelbaren“ Befestigung der Sensoreinheit 5 an dem Spulenträger 7 ist zu verstehen, dass die Sensoreinheit 5 beispielsweise auf einem Sensorträger 21 angeordnet bzw. an einem solchen befestigt ist, der wiederum mit dem bzw. an dem Spulenträger 7 befestigt ist. Eine „unmittelbare“ Befestigung der Sensoreinheit 5 an dem Spulenträger 7 würde dann vorliegen, wenn die Sensoreinheit 5 direkt an dem Spulenträger 7 befestigt ist. Relativbewegungen zwischen dem Spulenträger 7 und der Sensoreinheit 5 sind nicht möglich.
Der Drehgeber 1, insbesondere die Gehäuseanordnung 6 des Drehgebers 1 ist an einer Leiterpatte 13 angeordnet, insbesondere befestigt. Eine solche Befestigung erfolgt vorzugsweise mittels einer Schraubverbindung. Grundsätzlich kann der Drehgeber 1 an einer Befestigungsunterlage angeordnet bzw. befestigt sein.
Im Weiteren wird der Drehgeber 1 anhand konkreter Ausführungsbeispiele beschrieben. 2A zeigt eine räumliche, teilweise geschnittene Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Drehgebers 1. Zur besseren Übersichtlichkeit wurde darauf verzichtet, geschnittene Strukturen schraffiert darzustellen. Bezugszeichen von Elementen, die bereits im Hinblick auf 1 erläutert worden sind, werden in 2A und den folgenden Figuren weiter verwendet. In 2A wurde auf die Darstellung einer Codescheibe 2 verzichtet.
2B zeigt dieselbe Darstellung des erfindungsgemäßen Drehgebers 1 wie 2A. Es sind lediglich diejenigen Elemente, die entlang der Längsachse 9 bewegbar sind, mit einer Musterfüllung versehen, die aus Vierecken besteht, wohingegen diejenigen Elemente, die gegenüber den beweglichen Elementen unbeweglich (ortsfest) sind, mit einer Musterfüllung versehen sind, die aus Punkten besteht.
Der Drehgeber 1, wie er in 2A dargestellt ist, ist zylinderförmig, wobei die Gehäuseanordnung 6 Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern umfasst. So weist der Drehgeber 1 im Bereich der Sensoreinheit 5, also in der Nähe des ersten Endes 6a und damit am Gehäusedeckel 6₃ der Gehäuseanordnung 6 einen größeren Durchmesser auf als am gegenüberliegenden Bereich bzw. am zweiten Ende 6b der Gehäuseanordnung 6. Die Gehäuseanordnung 6 umgrenzt dabei den Aufnahmeraum 17, in dem ein Teil bzw. der überwiegende Teil der Sensoreinrichtung 4 angeordnet ist. Die Sensoreinrichtung 4 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel noch einen in Längsrichtung der Längsachse 9 verlaufenden Achskörper 20, an welchem die Sensoreinheit 5 zumindest mittelbar befestigt ist. Unter einer „mittelbaren“ Befestigung der Sensoreinheit 5 an dem Achskörper 20 ist zu verstehen, dass die Sensoreinheit 5 beispielsweise auf einem Sensorträger 21 angeordnet bzw. an einem solchen befestigt ist, der wiederum mit dem bzw. an dem Achskörper 20 befestigt ist. Eine „unmittelbare“ Befestigung der Sensoreinheit 5 an dem Achskörper 20 würde dann vorliegen, wenn die Sensoreinheit 5 direkt an dem Achskörper 20 befestigt ist. Relativbewegungen zwischen dem Achskörper 20 und der Sensoreinheit 5 sind nicht möglich.
Der Achskörper 20 erstreckt sich in dem Ausführungsbeispiel aus 2A durch die gesamte Gehäuseanordnung 6 entlang der Längsachse 9. Er könnte auch innerhalb der Gehäuseanordnung 6 enden.
Der Achskörper 20 ist durch den Spulenträger 7 und die Spuleneinrichtung 8 zumindest auf einer Teillänge umgeben, wobei diese Elemente im Betrieb nicht relativ gegeneinander bewegt bzw. verfahren werden können.
Sobald die Spuleneinrichtung 8 bestromt wird, bewegt sich die Spuleneinrichtung 8 zusammen mit dem Spulenträger 7 um einen vorbestimmten Verfahrweg bzw. Abstand in Richtung der Codescheibe 2 entlang der Längsachse 9. Das Bestromen selbst wird über Schaltelemente (z.B. Transistoren, IGBTs) geregelt, die wiederum von einer nicht dargestellten Steuereinheit gesteuert werden.
In dem Ausführungsbeispiel aus 2A dient der Spulenträger 7 nicht nur als Halteeinrichtung, um die Wicklungen der Spuleneinrichtung 8 aufzunehmen, sondern er verläuft noch zu einem gewissen Teil in Richtung der Längsachse 9 und entlang der Längsachse 9. Der Spulenträger 7 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Kontaktierabschnitt 7₁ auf, der in Kontakt mit dem Sensorträger 21, insbesondere mit einer Unterseite des Sensorträgers 21 bringbar ist. Dadurch, dass der Sensorträger 21, welcher ebenfalls Bestandteil der Sensoreinrichtung 4 ist, über das erste Festkörpergelenk 11 mit der Gehäuseanordnung 6, insbesondere dem Gehäusedeckel 6₃ federnd verbunden ist, kann bei Bestromen der Spuleneinrichtung 8 der Sensorträger 21 zusammen mit der Sensoreinheit 5 in Richtung der Codescheibe 2 gedrückt, also bewegt werden.
Wie beschrieben, umfasst die Gehäuseanordnung 6 noch einen Gehäusedeckel 6₃ , der im Bereich des ersten Endes 6a der Gehäuseanordnung 6 montiert, insbesondere mit der umlaufenden Gehäusewand 6₁ verschraubt und/oder verschweißt ist. Zwischen beiden Elementen können noch Dichtringe eingesetzt werden. Der Gehäusedeckel 6₃ umfasst zumindest eine Durchtrittsöffnung 30, die in seinem Zentrum angeordnet ist und durch die zumindest der Achskörper 20 und vorzugsweise noch ein Teil des Spulenträgers 7 hindurchgeführt werden kann.
In dem Ausführungsbeispiel aus 2A ist der Achskörper 20 fest an dem Sensorträger 21 und/oder an der Sensoreinheit 5 angeordnet. Insbesondere ist der Spulenträger 7 über eine Schraubverbindung mit dem Achskörper 20 verschraubt. Der Achskörper 20 umfasst hierzu zumindest über eine Teillänge ein Gewinde 25 (siehe 3A) in das der Spulenträger 7 eingreift. Grundsätzlich könnten der Achskörper 20 und der Spulenträger 7 einteilig ausgebildet sein. Vorzugsweise bestehen der Achskörper 20 und der Spulenträger 7 allerdings aus unterschiedlichen Materialien. Der Achskörper 20 besteht oder umfasst vorzugsweise ein Metall oder eine Metalllegierung, wohingegen der Spulenträger 7 vorzugsweise aus einem magnetisch nichtleitfähigen Material, insbesondere aus einem Kunststoff besteht oder einen solchen umfasst.
Allgemein gilt, dass die Sensoreinrichtung 4, zu welcher die Sensoreinheit 5, der Sensorträger 21, der Achskörper 20, der Spulenträger 7 und die Spuleneinrichtung 8 gehört, entlang der Längsachse 9 relativ gegenüber der Gehäuseanordnung 6 bewegbar ist.
Der Gehäuseboden 6₂ der Gehäuseanordnung 6 schließt den Aufnahmeraum 17 nach unten, also in Richtung des zweiten Endes 6b der Gehäuseanordnung 6 ab. Vorzugsweise ragt allerdings der Achskörper 20 durch eine Öffnung im Gehäuseboden 6₃ hindurch. Der Drehgeber 1 kommt nicht in Kontakt zu der zu überwachenden Welle 3 (berührungsfrei zu dieser angeordnet), ist also nicht an dieser gelagert.
Die Spuleneinrichtung 8 umfasst zumindest eine Spuleneinheit, die insbesondere als Tauchspule ausgebildet ist und einen vorzugsweise zylinderförmigen Aufnahmeraum umgrenzt, durch den auch der Achskörper 20 verläuft.
In der Gehäuseanordnung 6 ist zumindest noch ein Permanentmagnet 31 angeordnet, der vorzugsweise gegenüber der Gehäuseanordnung 6 unverschieblich angeordnet ist. Der Permanentmagnet 31 umfasst ebenfalls eine durchgängige Aufnahmeöffnung, durch die ebenfalls der Achskörper 20 verläuft. Der Permanentmagnet 31 ist bezüglich seiner magnetischen Pole derart angeordnet und ausgerichtet, dass er im stromlosen Zustand der Spuleneinrichtung 8 die Sensoreinheit 5 der Sensoreinrichtung 4 von der Codescheibe 2 dauerhaft wegbewegt. Der zumindest eine Permanentmagnet 31 ist dafür vorzugsweise zumindest teilweise im Aufnahmeraum der Tauchspule, also der Spuleneinrichtung 8 angeordnet. In der Gehäuseanordnung 6 ist zumindest noch ein Joch 32 angeordnet, welches aus einem magnetisch leitfähigen Material, wie beispielsweise Eisen besteht. Dieses umfasst ebenfalls eine durchgängige Aufnahmeöffnung, durch welche ebenfalls der Achskörper 20 verläuft. Das zumindest eine Joch 32 ist vorzugsweise zumindest teilweise in dem Aufnahmeraum der Tauchspule, also der Spuleneinrichtung 8 angeordnet. Das zumindest eine Joch 32 ist in Längsrichtung, also entlang der Längsachse 9 von dem zumindest einen Permanentmagneten 31 benachbart zu diesem angeordnet. Vorzugsweise berühren sich das Joch 32 und der Permanentmagnet 31, wobei der Permanentmagnet 31 weiter vorzugsweise am Gehäuseboden 6₂ der Gehäuseanordnung 6 angeordnet ist. Der Permanentmagnet 31 könnte beispielsweise mit dem Gehäuseboden 6₂ verklebt sein. Der Achskörper 20 ist vorzugsweise berührungsfrei zu dem Joch 32 und zu dem Permanentmagneten 31 angeordnet. Das Joch 32 dient dabei zur Führung des magnetischen Hauptflusses des Permanentmagneten 31. Das Joch 32 ist vorzugsweise ortsfest angeordnet.
Vorzugsweise umfasst oder besteht die Gehäuseanordnung 6, insbesondere die umlaufende Gehäusewand 6₂ , aus einem magnetisch leitfähigen Material.
Wie später noch erläutert wird, sind das erste und das zweite Festkörpergelenk 11, 12 federnd ausgebildet, so dass die sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen 11b₁ , 11b₂ , 12b₁ , 12b₂ und die gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtungen 11a₁ , 11a₂ , 12a₁ , 12a₂ überwiegend oder ausschließlich in Längsrichtung relativ zueinander bewegbar, insbesondere verstell- bzw. verfahrbar sind.
In dem Ausführungsbeispiel aus 2A sind die sensorseitigen Befestigungselemente 11b₁ , 11b₂ des ersten Festkörpergelenks 11 an verschiedenen Stellen der Sensoreinrichtung 4, insbesondere an verschiedenen Stellen des Sensorträgers 21 angeordnet. Sie könnten allerdings auch an verschiedenen Stellen des Achskörpers 20 bzw. der Sensoreinheit 5 angeordnet sein. Die gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtungen 11a₁ , 11a₂ des ersten Festkörpergelenks 11 sind vorzugsweise an verschiedenen Stellen der Gehäuseanordnung 6, insbesondere an verschiedenen Stellen des Gehäusedeckels 6₃ mit diesem verschraubt, also befestigt.
Das erste Festkörpergelenk 11 ist in diesem Ausführungsbeispiel außerhalb der Gehäuseanordnung 6 (am ersten Ende 6a) angeordnet. Grundsätzlich könnte es auch in der Gehäuseanordnung 6, beispielsweise in dem Spalt zwischen dem Spulenträger 7 und dem Gehäusedeckel 6₃ angeordnet sein.
Das zweite Festkörpergelenk 12 ist am zweiten Ende 6b der Gehäuseanordnung 6 angeordnet. Die sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen 12b₁ , 12b₂ des zweiten Festkörpergelenks 12 sind an dem Achskörper 20 bzw. an einem Befestigungsträger 40 (siehe 3A, 3B) befestigt, wobei der Befestigungsträger 40 wiederum an dem Achskörper 20 befestigt ist. Der Befestigungsträger 40 ist im Betrieb des Drehgebers 1 relativ unverschiebbar an dem Achskörper 20 angeordnet, beispielsweise verschraubt. Dabei sind die sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen 12b₁ , 12b₂ an unterschiedlichen Stellen an dem Achskörper 20 bzw. an dem Befestigungsträger 40 angebracht. Vorzugsweise erfolgt die Anbringung an einem zweiten Ende 20b des Achskörpers 20, welches dem ersten Ende 20a des Achskörpers 20 gegenüberliegt, wobei die Sensoreinheit 5 am ersten Ende 20a des Achskörpers 20 angeordnet ist.
Die gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtungen 12a₁ , 12a₂ des zweiten Festkörpergelenks 12 sind mit der Gehäuseanordnung 6, insbesondere mit dem Gehäuseboden 6₂ der Gehäuseanordnung 6 verschraubt bzw. an dieser befestigt.
Die 3A und 3B zeigen verschiedene Darstellungen eines Längsschnitts durch den erfindungsgemäßen Drehgeber 1. Dabei ist der Drehgeber 1 in 3B gegenüber demjenigen aus 3A geringfügig um die Längsachse 9 gedreht. In 3A ist der Sensorträger 21 zu erkennen, an welchem die beiden sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen 11b₁ , 11b₂ des ersten Festkörpergelenks 11 angebracht, insbesondere mit diesem verschraubt sind. Umgekehrt ist ebenfalls der Befestigungsträger 40 zu erkennen, an welchem die sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen 12b₁ , 12b₂ des zweiten Festkörpergelenks 12 angebracht sind. Dieser Befestigungsträger 40 ist insbesondere in 3B zu sehen.
Dagegen sind in 3A die Anbringung der gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtungen 12a₁ , 12a₂ [das Bezugszeichen 12a₂ ist nicht in 3A dargestellt] des zweiten Festkörpergelenks 12 an dem Gehäuseboden 6₂ dargestellt, wohingegen in 3B die gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtungen 11a₁ , 11a₂ des ersten Festkörpergelenks 11 an dem Gehäusedeckel 6₃ dargestellt ist.
In den 3A und 3B weist der Achskörper 20 zumindest einen Vorsprung 41 bzw. eine Auflageschulter auf. An dem zumindest einen Vorsprung 41 bzw. der zumindest einen Auflageschulter liegt zumindest ein Teil des Spulenträgers 7 auf bzw. an. Der Spulenträger 7 wird ausgehend vom ersten Ende 20a des Achskörpers 20 solange in Richtung des zweiten Endes 20b des Achskörpers 20 auf diesen geschraubt, bis dieser eine Anschlagsposition auf dem zumindest einen Vorsprung 41 erreicht. Auf das Gewinde 25 kann nach dem Spulenträger 7 optional noch ein Sperrring 26 geschraubt werden. In den gezeigten Ausführungsbeispielen umfasst das Joch 32 eine Ausnehmung 42, sodass der Vorsprung 41 berührungsfrei zu ortsfest gehaltenen Objekten, wie beispielsweise dem Joch 32, angeordnet ist. Der Vorsprung 41 ist vorzugsweise einteilig am Achskörper 20 ausgebildet.
Um die Bewegungsbahn der Sensoreinrichtung 4 begrenzen zu können, umfasst der Spulenträger 7 zumindest einen Auflagebereich 7a, 7b. Der zumindest eine Auflagebereich 7a, 7b ist zumindest mittelbar in zumindest eine Anschlagsposition zur Gehäuseanordnung 6 bringbar, wodurch die relative Bewegung des Achskörpers 20 bzw. der Sensoreinheit 5 gegenüber der Gehäuseanordnung 6 begrenzt ist. Der Spulenträger 7 ist beispielsweise mit seinem zumindest einen ersten Auflagebereich 7a zumindest mittelbar in eine erste Anschlagsposition mit der Gehäuseanordnung 6 bringbar, wobei ein Abstand zwischen der Sensoreinheit 5 und der Codescheibe 2 in dieser ersten Anschlagsposition am größten ist. In diesem Fall liegt der zumindest eine erste Auflagebereich 7a auf dem Joch 32 auf, wie dies in den 3A und 3B gezeigt ist. Über das Joch 32 und den sich an das Joch 32 anschließenden Permanentmagneten 31 stützt sich der Spulenträger 7 an der Gehäuseanordnung 6 mittelbar ab. Natürlich könnten die Positionen des Jochs 32 und des Permanentmagneten 31 vertauscht sein. Auch ein Eingreifen des Spulenträgers 7 in eine Auflageschulter an der Gehäuseanordnung 6 wäre in dieser Anschlagsposition möglich.
Diese (erste) Anschlagsposition würde der Spulenträger 7 vorzugsweise dann einnehmen, wenn die Spuleneinrichtung 8 stromlos geschaltet wird bzw. wenn diese mit einem Strom bestromt wird, der eine entsprechende Polarisierung aufweist.
Optional oder ergänzend hierzu wäre der Spulenträger 7 mit seinem zumindest einen zweiten Auflagebereich 7b in eine zweite Anschlagsposition mit der Gehäuseanordnung 6 bringbar, wobei ein Abstand zwischen der Sensoreinheit 5 und der Codescheibe 2 in dieser zweiten Anschlagsposition am kleinsten ist. In diesem Fall würde der Spulenträger 7 in Kontakt zum Gehäusedeckel 6₃ geraten.
Die 4A bis 4C zeigen verschiedene Darstellungen eines Ausführungsbeispiels für ein Festkörpergelenk 11, 12. Vorzugsweise sind das erste wie auch das zweite Festkörpergelenk 11, 12 identisch aufgebaut.
Beide Festkörpergelenke 11, 12 weisen vorzugsweise ein degressives Federverhalten auf. Dies bedeutet, dass mit zunehmender Auslenkung der Festkörpergelenke 11, 12, also mit zunehmendem Abstand der gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtungen 11a₁ , 11a₂ , 12a₁ , 12a₂ von den sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen 11b₁ , 11b₂ , 12b₁ , 12b₂ die notwendige Kraft zur weiteren Auslenkung für eine bestimmte Wegstrecke geringer ist als zu Beginn des Auslenkvorgangs.
Das erste und das zweite Festkörpergelenk 11, 12 umfassen jeweils einen umlaufenden Rahmensteg 50. Dieser umlaufende Rahmensteg 50 ist vorzugsweise geschlossen, also unterbrechungsfrei und umgrenzt eine Aufnahmeöffnung 51, durch die vorzugsweise der Achskörper 20 geführt ist. Der Rahmensteg 50 hat in Draufsicht auf den Querschnitt vorzugsweise eine eckige, runde, ovale oder n-polygonale Form oder ist einer solchen angenähert. Die gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtungen 11a₁ , 11a₂ , 12a₁ , 12a₂ und die sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen 11b₁ , 11b₂ , 12b₁ , 12b₂ sind mit dem umlaufenden Rahmensteg 50 verbunden, insbesondere einteilig an bzw. mit diesem ausgebildet. Es gibt vorzugsweise genauso viele gehäuseseitige Befestigungsvorrichtungen 11a₁ , 11a₂ , 12a₁ , 12a₂ wie sensorseitige Befestigungsvorrichtungen 11b₁ , 11b₂ , 12b₁ , 12b₂ . Es könnte aber auch mehr oder weniger gehäuseseitige Befestigungsvorrichtungen 11a₁ , 11a₂ , 12a₁ , 12a₂ geben als sensorseitige Befestigungsvorrichtungen 11b₁ , 11b₂ , 12b₁ , 12b₂ . Die gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtungen 11a₁ , 11a₂ , 12a₁ , 12a₂ und die sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen 11b₁ , 11b₂ , 12b₁ , 12b₂ sind als Befestigungslaschen ausgebildet und stehen in dem Ausführungsbeispiel am Rahmensteg 50 nach außen hin ab. Sie könnten auch nach innen hin abstehen. Die Befestigungslaschen umfassen eine Öffnung 52, durch welche eine Schraubverbindung einbringbar ist. Diese Öffnung 52 kann zentriert in der jeweiligen Befestigungslasche ausgebildet sein.
Im Hinblick auf die 4B und 4C ist zu erkennen, dass die gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtungen 11a₁ , 11a₂ , 12a₁ , 12a₂ und die sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen 11b₁ , 11b₂ , 12b₁ , 12b₂ über Abstandshalter 53a, 53b, die in Längsrichtung, also entlang der Längsachse 9 oder mit einer Komponente überwiegend in Längsrichtung verlaufen, mit dem Rahmensteg 50 verbunden sind. Die Abstandshalter 53a der gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtungen 11a₁ , 11a₂ , 12a₁ , 12a₂ verlaufen in die entgegengesetzte Richtung zu den Abstandshaltern 53b der sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen 11b₁ , 11b₂ , 12b₁ , 12b₂ , wodurch die Befestigungslaschen der gehäuseseitigen und der sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen 11a₁ , 11a₂ , 12a₁ , 12a₂ ; 11b₁ , 11b₂ , 12b₁ , 12b₂ axial, also in Längsrichtung voneinander beabstandet sind. Dieser Sachverhalt ist in der Seitenansicht des Festkörpergelenks 11, 12 in 4C dargestellt.
Im montierten Zustand der Festkörpergelenke 11, 12 berühren diese lediglich mit den gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtungen 11a₁ , 11a₂ , 12a₁ , 12a₂ die Gehäuseanordnung 6.
Die gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtungen 11a₁ , 11a₂ , 12a₁ , 12a₂ sind vorzugsweise gleichmäßig weit beabstandet voneinander an dem umlaufenden Rahmensteg 50 angeordnet. Bei Verwendung von n, mit n ≥ 2, gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtungen 11a₁ , 11a₂ , 12a₁ , 12a₂ sind diese vorzugsweise um α = 360°/n voneinander beabstandet am umlaufenden Rahmensteg 50 angeordnet. In diesem Fall sind sie um α = 180° voneinander beabstandet angeordnet. Gleiches gilt auch für die sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen 11b₁ , 11b₂ , 12b₁ , 12b₂ .
In Draufsicht auf den umlaufenden Rahmensteg 50 entlang der Längsachse 9 ist zwischen zwei gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtungen 11a₁ , 11a₂ , 12a₁ , 12a₂ eine sensorseitige Befestigungsvorrichtung 11b₁ , 11b₂ , 12b₁ , 12b₂ angeordnet.
Vorzugsweise sind das erste und das zweite Festkörpergelenk 11, 12 vorgespannt, so dass im stromlosen Zustand der Spuleneinrichtung 8 die Sensoreinheit 5 der Sensoreinrichtung 4 von der Codescheibe 2 dauerhaft beabstandet ist und ggf. die erste Anschlagsposition eingenommen wird. Durch Vorspannen der Festkörpergelenke 11, 12 in axialer Richtung, also entlang der Längsachse 9 wird eine definierte Axialkraft erzeugt, die die Sensoreinrichtung 4 im stromlosen Zustand der Spuleneinrichtung 8 in einer Ausgangsposition und damit möglichst weit beabstandet von der Codescheibe 2 hält, wodurch eine Kollision der Sensoreinheit 5 mit der Codescheibe 2 auch bei Erschütterungen, wie sie beim Transport auftreten können, verhindert wird. Ein solches Vorspannen kann auch deshalb notwendig sein, damit die Regelung, die einen Abstand zwischen der Sensoreinheit 5 und der Codescheibe 2 einstellt, in allen Betriebslagen funktioniert bzw. leicht zu handhaben ist. Grundsätzlich würde bei zusätzlicher axialer Verformung der Festkörpergelenke 11, 12 (Ausdehnung in Längsrichtung) je nach Kennlinie des Kraft-/Verformungsverlaufs die Axialkraft über die Vorspannung hinaus ansteigen. Bei einem degressiven Kraft-/Verformungsverlauf der Festkörpergelenke 11, 12 ist dieser Anstieg geringer als bei einem progressiven oder linearen Verlauf. Dies bedeutet, dass die Spuleneinrichtung 8 kleiner gehalten werden kann. Es wird daher ein degressiver Kraft-/Verformungsverlauf der Festkörpergelenke 11, 12 angestrebt, wobei sich auch eine vollständige oder bereichsweise negative Tangentensteifigkeit (dF/dx < 0) bzw. eine negative Rückstellkraft ergeben kann. Ein solcher degressiver Kraft-/Verformungsverlauf kann durch unterschiedliche Gestaltungsmöglichkeiten der Festkörpergelenke 11, 12 erreicht werden. Beispielsweise können die Festkörpergelenke 11, 12 im Fertigungsprozess gewölbt werden. Eine solche Wölbung ist auch im unbelasteten Zustand vorhanden. Diese Wölbung könnte auch erst bei der Montage durch eine Vorspannung eingestellt werden, indem beispielsweise die Anbindungsstege, also der Sensorträger 21 bzw. der Befestigungsträger 40 in radialer Richtung verschoben werden. Eine Kombination beider Möglichkeiten wäre ebenfalls möglich.
Die 4D und 4E zeigen verschiedene Darstellungen eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Festkörpergelenks 11, 12, welches eine mäanderförmige Struktur aufweist. In diesem Fall sind diejenigen Abschnitte 60 des umlaufenden Rahmenstegs 50, die zwischen einer gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtung 11a₁ , 11a₂ , 12a₁ , 12a₂ und einer sensorseitigen Befestigungsvorrichtung 11b₁ , 11b₂ , 12b₁ , 12b₂ liegen, mäanderförmig gestaltet bzw. weisen (zumindest teilweise) einen mäanderförmigen Verlauf auf. Dies bedeutet, dass die Länge dieser Abschnitte 60 größer ist als wenn eine gehäuseseitige Befestigungsvorrichtung 11a₁ , 11a₂ , 12a₁ , 12a₂ mit einer sensorseitigen Befestigungsvorrichtung 11b₁ , 11b₂ , 12b₁ , 12b₂ auf kürzestem Weg direkt verbunden wäre. Dadurch ist der Hub in Axialrichtung, also entlang der Längsachse 9 vergrößerbar. In unbelastetem und nicht vorgespanntem Zustand liegen die Abschnitte 60 vorzugsweise alle in einer Ebene. Insbesondere liegt in diesem Fall umlaufende Rahmensteg 50 in einer Ebene. Dadurch ist es möglich, dass auch bei kleinen Hauptabmessungen der Festkörpergelenke 11, 12 ein ausreichender Axialhub einstellbar ist, ohne dass dabei die zulässigen Spannungen des Werkstoffs überschritten werden.
Um derartige Spannungen im Werkstoff abzubauen, ist es möglich, dass der umlaufende Rahmensteg 50 zusätzliche Einkerbungen 61 bzw. Einschnitte 61 aufweist, die sich über einen Teil der Breite des Rahmenstegs 50 erstrecken. Diese Einkerbungen oder Einschnitte 61 werden vorzugsweise an den Stellen angebracht, an denen die Spannungen im Rahmensteg 50 hoch sind. Derartige Stellen können beispielsweise mittels einer Simulation bestimmt werden. Vorzugsweise werden jeweils zwei Einkerbungen 61 in diejenigen Segmente der mäanderförmigen Abschnitte 60 eingebracht, die nebeneinander liegen, also direkt aneinander angrenzen und durch (180°-) Umlenkabschnitte miteinander verbunden sind. Diese Einkerbungen 61 liegen vorzugsweise direkt an den Umlenkabschnitten an.
Beide Festkörpergelenke 11, 12 sind vorzugsweise einteilig in einem Stanz-, Laser- und/oder Biegeprozess herstellbar. Sie können beispielsweise aus Aluminium oder Stahl hergestellt werden.
Durch die aufgezeigten Maßnahmen kann ein Drehgeber 1 geschaffen werden, der sehr kompakte Abmessungen aufweist, aber dennoch zuverlässig arbeitet. Ein solcher Drehgeber kann eine Länge in Längsrichtung 9 aufweisen, die kleiner ist als 5cm, 4cm, 3cm, 2cm, 1cm und dessen Durchmesser ebenfalls kleiner ist als 5cm, 4cm, 3cm, 2cm, 1cm.
Der Achskörper 20 ist vorzugsweise einteilig hergestellt. Dieser kann in einem Stanz- Gieß- und/oder Drehprozess hergestellt werden. Der Spulenträger 7 ist vorzugsweise ebenfalls einteilig ausgebildet. Gleiches kann auch für den Sensorträger 21 und den Befestigungsträger 40 gelten.
Die Gehäuseanordnung 6 ist zusammen mit dem Permanentmagnet 31 und dem Joch 32, falls vorhanden, ortsfest angeordnet. Die Sensoreinrichtung 4, die u.a. den Achskörper 20 und den Spulenträger 7 umfasst, ist entlang der Längsachse 9 gegenüber der Gehäuseanordnung 6 verschiebbar.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Im Rahmen der Erfindung sind alle beschriebenen und/oder gezeichneten Merkmale beliebig miteinander kombinierbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0628789 B1 [0003]
US 4944028 A [0004]

Claims

Drehgeber (1) mit einer entlang einer Längsachse (9) verschiebbaren Sensoreinrichtung (4), mit den folgenden Merkmalen: - die Sensoreinrichtung (4) umfasst eine Sensoreinheit (5), die beabstandet zu einer Codescheibe (2) anordenbar ist, wobei die Codescheibe (2) drehfest an einer Welle (3) befestigbar ist, die vom Drehgeber (1) überwachbar ist; - die Sensoreinheit (5) ist am Ende (6a) einer Gehäuseanordnung (6) des Drehgebers (1) vorgesehen; - es sind zumindest zwei entlang der Längsachse (9) versetzt zueinander angeordnete Festkörpergelenke (11, 12) vorgesehen; - das erste und das zweite Festkörpergelenk (11, 12) sind jeweils über zumindest zwei gehäuseseitige Befestigungsvorrichtungen (11a₁, 11a₂, 12a₁, 12a₂) an zwei unterschiedlichen Stellen an der Gehäuseanordnung (6) befestigt; - das erste und das zweite Festkörpergelenk (11, 12) sind jeweils über zumindest zwei sensorseitige Befestigungsvorrichtungen (11b₁, 11b₂, 12b₁, 12b₂) an zwei unterschiedlichen Stellen der Sensoreinrichtung (4) befestigt; - die Sensoreinrichtung (4) umfasst noch einen Spulenträger (7) und eine Spuleneinrichtung (8), die an dem Spulenträger (7) angeordnet ist, wobei die Spuleneinrichtung (8) derart angeordnet und dazu ausgebildet ist, dass zumindest die Sensoreinheit (5) der Sensoreinrichtung (4) im bestromten Zustand der Spuleneinrichtung (8) entlang der Längsachse (9) in Richtung der Codescheibe (2) bewegbar ist.
Drehgeber (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die Sensoreinrichtung (4) ist entlang der Längsachse (9) relativ gegenüber der Gehäuseanordnung (6) bewegbar.
Drehgeber (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - das erste und das zweite Festkörpergelenk (11, 12) sind federnd ausgebildet, sodass die sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen (11b₁, 11b₂, 12b₁, 12b₂) und die gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtungen (11a₁, 11a₂, 12a₁, 12a₂) überwiegend oder ausschließlich in Längsrichtung relativ zueinander verstellbar sind.
Drehgeber (1) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - das erste und das zweite Festkörpergelenk (11, 12) weisen eine degressiv, insbesondere degressiv zunehmende Federkennlinie auf.
Drehgeber (1) nach einem Ansprüche 3 oder 4, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - das erste und das zweite Festkörpergelenk (11, 12) umfassen jeweils einen umlaufenden Rahmensteg (50); - die gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtungen (11a₁, 11a₂, 12a₁, 12a₂) und die sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen (11b₁, 11b₂, 12b₁, 12b₂) sind mit diesem umlaufenden Rahmensteg (50) verbunden.
Drehgeber (1) nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - die gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtungen (11a₁, 11a₂, 12a₁, 12a₂) und die sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen (11b₁, 11b₂, 12b₁, 12b₂) sind als Befestigungslaschen ausgebildet und stehen am umlaufenden Rahmensteg (50) nach außen oder innen hin vor; - die gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtungen (11a₁, 11a₂, 12a₁, 12a₂) und die sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen (11b₁, 11b₂, 12b₁, 12b₂) sind über Abstandshalter (53a, 53b), die in Längsrichtung oder mit einer Komponente überwiegend in Längsrichtung verlaufen, mit dem Rahmensteg (50) verbunden; - die Abstandshalter (53a) der gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtungen (11a₁, 11a₂, 12a₁, 12a₂) verlaufen in entgegengesetzter Richtung zu den Abstandshaltern (53b) der sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen (11b₁, 11b₂, 12b₁, 12b₂) .
Drehgeber (1) nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - die gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtungen (11a₁, 11a₂, 12a₁, 12a₂) sind gleichmäßig weit voneinander beabstandet an dem umlaufenden Rahmensteg (53) angeordnet; und/oder - die sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen (11b₁, 11b₂, 12b₁, 12b₂) sind gleichmäßig weit voneinander beabstandet an dem umlaufenden Rahmensteg (50) angeordnet; und/oder - in Draufsicht auf den umlaufenden Rahmensteg (50) entlang der Längsachse (9) ist zwischen zwei gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtungen (11a₁, 11a₂, 12a₁, 12a₂) eine sensorseitige Befestigungsvorrichtung (11b₁, 11b₂, 12b₁, 12b₂) angeordnet.
Drehgeber (1) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - derjenige Abschnitt (60) des umlaufenden Rahmenstegs (50), der zwischen einer gehäuseseitigen Befestigungsvorrichtung (11a₁, 11a₂, 12a₁, 12a₂) und einer sensorseitigen Befestigungsvorrichtung (11b₁, 11b₂, 12b₁, 12b₂) liegt, verläuft zumindest über eine Teillänge mäanderförmig.
Drehgeber (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - der umlaufende Rahmensteg (50) umfasst zumindest eine Einkerbung (61) bzw. einen Einschnitt (61), der sich zumindest über einen Teil der Breite des Rahmenstegs (50) erstreckt.
Drehgeber (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - das erste und das zweite Festkörpergelenk (11, 12) sind vorgespannt, sodass im stromlosen Zustand der Spuleneinrichtung (8) die Sensoreinheit (5) der Sensoreinrichtung (4) von der Codescheibe (2) dauerhaft beabstandet ist.
Drehgeber (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - das erste und das zweite Festkörpergelenk (11, 12) sind als einteiliges Stanz-, Laserschnitt- und/oder Biegeteil ausgebildet; und/oder - das erste und das zweite Festkörpergelenk (11, 12) sind identisch aufgebaut.
Drehgeber (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - die Sensoreinrichtung (4) umfasst ferner einen in Längsrichtung der Längsachse (9) verlaufenden Achskörper (20), an welchem die Sensoreinheit (5) zumindest mittelbar befestigt ist; - der Achskörper (20) ist zumindest teilweise oder überwiegend innerhalb der Gehäuseanordnung (6) angeordnet; - der Spulenträger (7) und die Spuleneinrichtung (8) umgeben insbesondere konzentrisch den Achskörper (2).
Drehgeber (1) nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die zumindest zwei sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen (11b₁, 11b₂) des ersten Festkörpergelenks (11) sind an dem Achskörper (20) und/oder an dem Spulenträger (7) fixiert; und/oder - die zumindest zwei sensorseitigen Befestigungsvorrichtungen (12b₁, 12b₂) des zweiten Festkörpergelenks (12) sind an dem Achskörper (20) und/oder an dem Spulenträger (7) fixiert.
Drehgeber (1) nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - der Achskörper (20) ist im Betrieb des Drehgebers (1) über das erste und das zweite Festkörpergelenk (11, 12) berührungsfrei an der Gehäuseanordnung (6) gehalten.
Drehgeber (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - der Achskörper (20) umfasst zumindest einen Vorsprung (41) und/oder eine Auflageschulter; - auf dem zumindest einen Vorsprung (41) und/oder auf der zumindest einen Auflageschulter liegt zumindest ein Teil des Spulenträgers (7) auf.
Drehgeber (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - der Spulenträger (7) und der Achskörper (20) sind entlang der Längsachse (9) relativ unverschieblich zueinander angeordnet und/oder miteinander gekoppelt; - der Spulenträger (7) umfasst zumindest einen Auflagebereich (7a, 7b); - der zumindest eine Auflagebereich (7a, 7b) ist zumindest mittelbar in zumindest eine Anschlagsposition zur Gehäuseanordnung (6) bringbar, wodurch die relative Bewegung des Achskörpers (20) gegenüber der Gehäuseanordnung (6) begrenzt ist.
Drehgeber (1) nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - der Spulenträger (7) ist mit seinem zumindest einen ersten Auflagebereich (7a) zumindest mittelbar in eine erste Anschlagsposition mit der Gehäuseanordnung (6) bringbar, wobei ein Abstand zwischen der Sensoreinheit (5) und der Codescheibe (2) in dieser ersten Anschlagsposition am größten ist; und/oder - der Spulenträger (7) ist mit seinem zumindest einen zweiten Auflagebereich (7b) in eine zweite Anschlagsposition mit der Gehäuseanordnung (6) bringbar, wobei ein Abstand zwischen der Sensoreinheit (5) und der Codescheibe (2) in dieser zweiten Anschlagsposition am kleinsten ist.
Drehgeber (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 17, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - die Spuleneinrichtung (8) umfasst zumindest eine Spuleneinheit, die als Tauchspule ausgebildet ist und einen vorzugsweise zylinderförmigen Aufnahmeraum umgrenzt; - der Achskörper (20) verläuft durch diesen Aufnahmeraum.
Drehgeber (1) nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - in der Gehäuseanordnung (6) ist zumindest ein Permanentmagnet (31) relativ unverschieblich zur Gehäuseanordnung (6) angeordnet, wobei der Permanentmagnet (31) eine durchgängige Aufnahmeöffnung aufweist; - der Achskörper (20) verläuft durch die durchgängige Aufnahmeöffnung des zumindest einen Permanentmagneten (31) ; - der Permanentmagnet (31) ist bzgl. seinen Polen derart angeordnet und ausgerichtet, dass im stromlosen Zustand der Spuleneinrichtung (8) die Sensoreinheit (5) der Sensoreinrichtung (4) von der Codescheibe (2) dauerhaft beabstandet ist.
Drehgeber (1) nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - der zumindest eine Permanentmagnet (31) ist zumindest teilweise im Aufnahmeraum der Tauchspule angeordnet; - in der Gehäuseanordnung (6) ist zumindest ein Joch (32) angeordnet, das eine durchgängige Aufnahmeöffnung aufweist, durch die der Achskörper (20) verläuft; - das zumindest eine Joch (32) ist zumindest teilweise in dem Aufnahmeraum der Tauchspule angeordnet; - das zumindest eine Joch (32) ist in Längsrichtung von dem zumindest einen Permanentmagneten (31) benachbart zu diesem angeordnet.
Drehgeber (1) nach Anspruch 19 oder 20, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - der zumindest eine Permanentmagnet (31) ist ortsfest und unverschieblich gegenüber der Gehäuseanordnung (6) angeordnet; und/oder - das zumindest eine Joch (32) ist ortsfest und unverschieblich gegenüber der Gehäuseanordnung (6) angeordnet.
Drehgeber (1) nach einem der Ansprüche 18 bis 21, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - der Spulenträger (7) besteht vorzugsweise aus einem magnetisch nicht leitfähigen Material, insbesondere aus einem Kunststoff; - die Tauchspule ist um diesen Spulenträger (7) gewickelt.
Drehgeber (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 22, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - der Achskörper (20) umfasst zumindest über eine Teillänge ein Gewinde; - der Spulenträger (7) ist mit dem Achskörper (20) verschraubt.