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Die vorliegende Erfindung liegt allgemein im technischen Gebiet der Sensorik, insbesondere im Gebiet der Drehgeber für rotierende Wellen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen eines axialen Abstands zwischen einem Abtaster eines Drehgebers für eine rotierbare Welle und einer Drehscheibe des Drehgebers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine entsprechende Messvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2 und einen Drehgeber nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
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Mithilfe von Drehgebern können Rotationen einer Welle erfasst werden. Herkömmliche Drehgeber umfassen eine Drehscheibe und einen Abtaster zum Abtasten dieser Drehscheibe. Die Drehscheibe ist regelmäßig mit der Welle verbunden und erstreckt sich von der Welle radial nach außen und umlaufend um die Welle. Die Drehscheibe ist drehfest mit der Welle verbunden, während der Abtaster drehfest bezüglich eines Gehäuses oder eines anderen Wellenaufnahmeelements montiert ist. Bekannte Drehscheiben weisen umlaufend angeordnete Striche oder andere Kodierelemente auf. Dreht sich nun die Welle, so dreht sich mit ihr auch die Strichscheibe. Dabei erfasst der Abtaster das Vorbeilaufen jedes Kodierelements und erzeugt dabei jeweils ein Signal. Diese Signale lassen sich auswerten, um Aussagen über die Winkelposition der Welle sowie über die Veränderung dieser Winkelposition zu treffen. Je nach Anwendungsfall lassen sich mit dem Drehgeber verschiedene Bewegungsdaten erfassen, wie beispielsweise die Winkelposition, die Drehgeschwindigkeit oder die Drehbeschleunigung der Welle. Ein solcher Drehgeber ist beispielsweise in
DE 20 2005 018 989 U1 beschrieben.
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DE 10 2012 019 572 B3 beschreibt einen Drehgeber, der einen gehäusefesten ringförmigen Niederhalter aufweist, der dazu vorgesehen ist, die Wälzlager in axialer Richtung relativ zur Hohlwelle zu fixieren. Die Isolierringe stehen mit dem Wälzkörper des Wälzlagers in Kontakt, der vollständig von der Isolierhülse bedeckt ist. Die Isolierhülse ist in axialer Richtung derart angeordnet, dass ein Luftspalt zwischen der Isolierhülse und dem Isolierring und zwischen der Isolierhülse und einem weiteren Isolierring gebildet wird, um die axiale Wärmeausdehnung der Isolierhülse auszugleichen.
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Aus
DE 198 36 003 A1 ist ein Verfahren zur Montage einer Positionsmesseinrichtung bekannt, bei dem ein Abtastelement an einem ersten Objekt befestigt wird und eine eine Messsteilung aufweisende Maßverkörperung an einem weiteren Objekt befestigt wird, wobei die Befestigung unter Einhaltung eines vorgegebenen Abtastabstandes zwischen der Messteilung und dem Abtastelement erfolgt. Dabei wird zuerst
- - das Abtastelement relativ zur Maßverkörperung in eine erste Bezugsposition gebracht, anschließend
- - werden zwei in Richtung des Abtastabstandes relativ zueinander bewegbare erste und zweite Teile eines Positioniermittels relativ zueinander in eine erste Bezugsstellung gebracht, sodann
- - das erste Teil mit der Maßverkörperung und das zweite Teil mit dem Abtastelement in einer Bewegungsrichtung entlang des Abtastabstandes fixiert, danach
- - das erste Teil relativ zum zweiten Teil um einen vorgegebenen Weg in Richtung des Abtastabstandes bewegt, wobei durch die axiale Fixierung das Abtastelement relativ zur Maßverkörperung in eine zweite Bezugsposition verschoben wird, in welcher der erforderliche Abtastabstand vorliegt, dann
- - das Abtastelement in dieser Bezugsposition am einen Objekt befestigt und schließlich
- - die Fixierung des Positioniermittels gelöst.
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Weiterhin ist aus
JP 2010-156563 A eine Montagemethode für modulare Drehgeber bekannt, die eine genaue Standortbestimmung mit einer einfachen Benutzerausrichtung ermöglicht. Das Montageverfahren zum Montieren eines modularen Drehgebers an dem zu messenden Objekt umfasst: Das Anordnen der Codescheibe auf einer Drehachse; das Einstellen der Codescheibe entlang der Drehachse, damit der Abstand von dem zu messenden Objekt einem vorbestimmten Wert entspricht; und das Befestigen einer elektrischen Schaltungseinheit an dem zu messenden Objekt.
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JP 2010-032290 A beschreibt ein Verfahren, mit dem es möglich ist, eine Lagereinheit, in der eine Hohlwelle mit einer Codescheibe mit einer Lagereinheit in axialer Richtung integriert ist, zu einer Basis zu bewegen und einen Spalt zwischen einem Lichtempfangselement und der Codescheibe einzustellen.
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Drehgeber sind verhältnismäßig empfindlich hinsichtlich des Abstands zwischen Abtaster und Drehscheibe. Ein fehlerhaft eingestellter Abstand zwischen Abtaster und Drehscheibe kann zu Fehlfunktionen führen. Insbesondere ist es möglich, dass der Abtaster bei einem fehlerhaft eingestellten Abstand nicht jedes Kodierelement auf der Drehscheibe erkennt, das beim Rotieren der Welle an dem Abtaster vorbeiläuft. In der Folge liefert ein solcher fehlerhaft eingestellter Drehgeber fehlerhafte und damit unbrauchbare Messwerte.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein genaueres Einstellen des Abstands zwischen einem Abtaster eines Drehgebers für eine rotierbare Welle und einer Drehscheibe des Drehgebers mit möglichst geringem Aufwand und damit auch ein genaues Ausrichten der Drehscheibe in Bezug auf den Abtaster zu ermöglichen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 2 und einen Drehgeber mit den Merkmalen des Anspruchs 3.
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Es wird daher ein Verfahren zum Einstellen eines zweiten axialen Abstands zwischen einem Abtaster eines Drehgebers für eine rotierbare Welle und einer Drehscheibe des Drehgebers vorgeschlagen,
- - wobei die Welle über mindestens ein Wellenlager in mindestens einem Wellenaufnahmeelement aufnehmbar ist;
- - wobei die Welle eine radiale Wellenschulter aufweist, an der die Drehscheibe anlegbar ist; und
- - wobei der Abtaster an einer Standscheibe angeordnet ist, die drehfest bezüglich des Wellenaufnahmeelements in einer Standscheibenauflageebene montiert ist.
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Das Verfahren umfasst dabei folgende aufeinander folgende Schritte:
- 1. Benetzen von Verbindungsflächen mindestens eines Außensitzes für mindestens einen Innenring des mindestens einen Wellenlagers an der Welle und Benetzen mindestens eines Innensitzes für mindestens einen Außenring des mindestens einen Wellenlagers an dem Wellenaufnahmeelement mit Klebstoff;
- 2. Zusammensetzen der Welle, des mindestens einen Wellenlagers und des Wellenaufnahmeelements;
- 3. Fixieren des Wellenaufnahmeelements;
- 4. Fortlaufendes oder wiederholtes Messen eines ersten axialen Abstands zwischen der Wellenschulter und der Standscheibenauflageebene und gleichzeitiges Einstellen einer axialen Position der Welle in Bezug auf das Wellenaufnahmeelement, bis der erste axiale Abstand einem ersten Sollabstand entspricht.
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Nach dem Benetzen der Verbindungsflächen zwischen Innenring des Wellenlagers und Außensitz der Welle bzw. dem Benetzen der Verbindungsflächen zwischen Außenring des Wellenlagers und Innensitz des Wellenaufnahmeelements mit Klebstoff verbleibt einem Monteur noch ausreichend Zeit zum Ausrichten der Bauteile zueinander, bevor der Klebstoff aushärtet. Während dieses Zeitraums hat der Monteur die Möglichkeit, den zweiten axialen Abstand zwischen dem Abtaster und der Drehscheibe einzustellen. Erfindungsgemäß wird der zweite axiale Abstand dadurch eingestellt, dass der erste axiale Abstand zwischen der Wellenschulter und der Standscheibenauflageebene fortlaufend oder wiederholt gemessen und dadurch überprüft wird.
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Während bei bekannten Drehgebern nach dem Zusammensetzen der Welle, des mindestens einen Wellenlagers und des Wellenaufnahmeelements bzw. nach dem Aufbau des Drehgebers eine aufwendige und teure Nachbearbeitung durch Abdrehen oder Fräsen des Wellenaufnahmeelements oder der Welle erforderlich ist, ermöglicht das vorgeschlagene Verfahren ein genaues Einstellen bereits während der Montage. Die teure Nachbearbeitung kann damit entfallen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner die folgenden Schritte:
- - Ermitteln oder Messen einer axialen Erstreckung des Abtasters und/oder der Drehscheibe;
- - Berechnen der Differenz zwischen dem ersten axialen Abstand und der axialen Erstreckung des Abtasters und/oder der Drehscheibe, um auf den zweiten axialen Abstand zwischen dem Abtaster und der Drehscheibe zurückzuschließen.
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Durch das Ermitteln oder Messen einer axialen Erstreckung des Abtasters und/oder der Drehscheibe kann der Benutzer durch einfaches Subtrahieren der axialen Erstreckung des Abtasters und/oder der Drehscheibe von dem ersten axialen Abstand zwischen der Wellenschulter und der Standscheibenauflageebene, den der Benutzer fortlaufend oder wiederholt ausmisst, auf den zweiten axialen Abstand zwischen dem Abtaster und der Drehscheibe zurückschließen und so im Einzelfall den einzustellenden Sollabstand sinnvoll wählen. Vorzugsweise können dabei auch etwaige einzuhaltenden Toleranzen für die Einstellung des ersten axialen Abstands oder des zweiten axialen Abstands verrechnet werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch eine Messvorrichtung zum Einstellen eines zweiten axialen Abstands zwischen einem Abtaster eines Drehgebers für eine rotierbare Welle und einer Drehscheibe des Drehgebers gelöst.
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Dabei ist die Welle über mindestens ein Wellenlager in mindestens einem Wellenaufnahmeelement aufnehmbar, wobei die Welle eine radiale Wellenschulter aufweist, an der die Drehscheibe anlegbar ist und wobei der Abtaster an einer Standscheibe angeordnet ist, die bezüglich des Wellenaufnahmeelements drehfest in einer Standscheibenauflageebene montiert ist. Diese Vorrichtung umfasst ferner:
- - eine erste Messaufnahme zur Ermittlung einer axialen Erstreckung des Abtasters, wobei die erste Messaufnahme einen ersten Messtaster und erste Fixiermittel zum Fixieren der Standscheibe mit dem darauf angeordnetem Abtaster aufweist;
- - eine Einstellvorrichtung zum Einstellen einer axialen Position der Welle in Bezug auf das Wellenaufnahmeelement, und damit eines ersten axialen Abstands zwischen der Wellenschulter und der Standscheibenauflageebene, wobei die Einstellvorrichtung ein Federelement, zweite Fixiermittel zum Fixieren des Wellenaufnahmeelements und Einstellmittel zum Einstellen der axialen Position der Welle umfasst; und
- - eine zweite Messaufnahme zur Ermittlung des Abstands zwischen der Wellenschulter und der Standscheibenauflageebene in axialer Richtung, wobei die zweite Messaufnahme einen zweiten Messtaster und eine Aufnahme für die Einstellvorrichtung aufweist.
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In der ersten Messaufnahme lässt sich die Standscheibe mit dem darauf angeordneten Abtaster fixieren. Mit dem ersten Messtaster lässt sich daraufhin die axiale Erstreckung des Abtasters messen.
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Nachdem die Verbindungsflächen mindestens eines Außensitzes für mindestens einen Innenring des mindestens einen Wellenlagers an der Welle und mindestens eines Innensitzes für mindestens einen Außenring des mindestens einen Wellenlagers an dem Wellenaufnahmeelement mit Klebstoff benetzt wurden, lässt sich eine zusammengesetzte Baugruppe, bestehend aus der Welle, dem mindestens einen Wellenlager und dem Wellenaufnahmeelement, in die Einstellvorrichtung einsetzen. Das Wellenaufnahmeelement lässt sich dabei in der Einstellvorrichtung fixieren.
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Die Einstellvorrichtung mit der eingesetzten Baugruppe lässt sich alsdann in die Aufnahme für die Einstellvorrichtung der zweiten Messaufnahme einsetzen. Mittels des zweiten Messtasters ist es möglich, den ersten axialen Abstand zwischen der Wellenschulter und der Standscheibenauflageebene fortlaufend oder wiederholt zu messen. Dabei kann die axiale Position der Welle in Bezug auf das Wellenaufnahmeelement mit den Einstellmitteln zum Einstellen der axialen Position der Welle eingestellt werden, bis der erste axiale Abstand dem ersten Sollabstand entspricht.
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Vorzugsweise lässt sich dabei die Differenz zwischen dem ersten axialen Abstand und der axialen Erstreckung des Abtasters und/oder der Drehscheibe berechnen, um auf den zweiten axialen Abstand zwischen dem Abtaster und der Drehscheibe zurückzuschließen und damit einzustellen, bis der erste axiale Abstand dem ersten Sollabstand entspricht.
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Schließlich wird die Aufgabe der Erfindung auch durch einen verbesserten Drehgeber für eine rotierbare Welle gelöst. Die Welle des Drehgebers ist über mindestens ein Wellenlager in mindestens einem Wellenaufnahmeelement aufnehmbar, wobei die Welle eine radiale Wellenschulter aufweist, an der die Drehscheibe anlegbar ist. Ein Abtaster des Drehgebers ist an einer Standscheibe angeordnet, die bezüglich des Wellenaufnahmeelements drehfest in einer Standscheibenauflageebene montiert ist. Ein zweiter axialer Abstand zwischen dem Abtaster des Drehgebers und der Drehscheibe des Drehgebers kann durch das oben beschriebene Verfahren einfach eingestellt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann durch Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung der zweite axiale Abstand zwischen dem Abtaster des Drehgebers und der Drehscheibe des Drehgebers sehr einfach eingestellt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sieht die Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, wodurch der zweite axiale Abstand zwischen dem Abtaster des Drehgebers und der Drehscheibe des Drehgebers sehr schnell und einfach eingestellt werden kann.
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine Explosionszeichnung einer Messvorrichtung zum Einstellen eines zweiten axialen Abstands zwischen einem Abtaster eines Drehgebers für eine rotierbare Welle und einer Drehscheibe des Drehgebers;
- 2 einen Schnitt durch eine zweite Messaufnahme der Messvorrichtung nach 1 und
- 3 einen Schnitt des in 1 zu sehenden Drehgebers.
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1 zeigt eine Explosionszeichnung einer Messvorrichtung 1 zum Einstellen eines zweiten axialen Abstands zwischen einem Abtaster 21 eines Drehgebers 11 für eine rotierbare Welle 22 und einer Drehscheibe (nicht zu erkennen) des Drehgebers 11. Die Messvorrichtung 1 umfasst eine erste Messaufnahme 2 und eine zweite Messaufnahme 3, die jeweils einen ersten Messtaster aufweisen. Dabei ist in der 1 nur der erste Messtaster 8 der ersten Messaufnahme 2 zu erkennen. Die beiden Messaufnahmen 2, 3 sind auf einem Fuß 7 angeordnet.
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In die erste Messaufnahme 2 wird eine Anordnung 4 aus einer Platine 6 und Abtaster 21 eingesetzt. Die erste Messaufnahme 2 dient zur Ermittlung einer axialen Erstreckung des Abtasters 21. In die zweite Messaufnahme 3 wird ein Wellenaufnahmeelement 14 und darauf der Drehgeber 11 gesetzt. Oberhalb der zweiten Messaufnahme 3 ist eine Einstellvorrichtung 10 zu sehen.
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2 zeigt einen Schnitt durch die zweite Messaufnahme 3 der Messvorrichtung 1. Die erste Messaufnahme 2 ist dabei nicht zu sehen. Auf der zweiten Messaufnahme 3 ist das Wellenaufnahmeelement 14 sowie der darauf angeordnete Drehgeber 11 angebracht. Der Drehgeber 11 weist einen Flansch 19 auf, über den der Drehgeber 11 mit dem Wellenaufnahmeelement 14 verbunden ist. Das Wellenaufnahmeelement 14 sitzt dabei zumindest teilweise in der Messaufnahme 3 und ist von dem auf ihr angeordneten Flansch 19 des Drehgebers 11 ebenfalls teilweise umgeben. Die drehbare Welle 22 des Drehgebers 11 geht dabei durch das Wellenaufnahmeelement 14 hindurch und ist zumindest abschnittsweise in der zweiten Messaufnahme 3 angeordnet. Mittels zumindest eines Verbindungsmittels 16, das an dem Flansch 19 angeordnet ist, ist der Drehgeber 11 an dem Wellenaufnahmeelement 14 befestigt. Zu erkennen ist auch eine Rotationsachse 32, um die die Welle 22 rotiert.
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Des Weiteren ist die Einstellvorrichtung 10 zum Einstellen einer axialen Position der Welle 22 in Bezug auf das Wellenaufnahmeelement 14 vorgesehen. Die Einstellvorrichtung 10 umfasst ein Federelement 12, Fixiermittel 30 zum Fixieren des Wellenaufnahmeelements 14 und Einstellmittel 26 zum Einstellen der axialen Position der Welle 22.
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Eine zweite Messaufnahme 3 dient zur Ermittlung des ersten axialen Abstands zwischen der Wellenschulter und der Standscheibenauflageebene in axialer Richtung (nicht zu erkennen), wobei die zweite Messaufnahme 3 einen zweiten Messtaster 9 und eine Aufnahme (nicht mit Bezugszahl versehen) für die Einstellvorrichtung 10 umfasst.
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3 zeigt einen Schnitt des Drehgebers 11. Die drehbare Welle 22 des Drehgebers 11 ist durch das Wellenaufnahmeelement 14 hindurchgeführt und zumindest abschnittsweise in der zweiten Messaufnahme 3 angeordnet. Die Rotationsachse 32, um die die Welle 22 drehbar ist, ist ebenfalls zu sehen. Die Welle 22 ist über mindestens ein Wellenlager 13a, 13b in dem Wellenaufnahmeelement 14 aufnehmbar. Dabei ist es möglich, zumindest noch ein weiteres Wellenaufnahmeelement vorzusehen, was jedoch in diesem Ausführungsbeispiel nicht der Fall ist. Die Welle 22 weist eine radiale Wellenschulter 28 auf, an der die Drehscheibe 25 des Drehgebers 11 anliegt. Der Abtaster 21 ist an einer Standscheibe 15 angeordnet, wobei die Standscheibe 15 bezüglich des Wellenaufnahmeelements 14 drehfest in einer Standscheibenauflageebene 17 montiert ist. Des Weiteren ist die Einstellvorrichtung 10 zum Einstellen einer axialen Position der Welle 22 in Bezug auf das Wellenaufnahmeelement 14 und damit eines ersten axialen Abstands 18 zwischen der Wellenschulter 28 und der Standscheibenauflageebene 17 vorgesehen.
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Diese zweite Messaufnahme 3 dient somit zur Ermittlung des ersten axialen Abstands 18 zwischen der Wellenschulter 28 und der Standscheibenauflageebene 17 in axialer Richtung, wobei die zweite Messaufnahme 3 den zweiten Messtaster 9 (siehe 2) und eine Aufnahme (der Übersicht halber nicht mit Bezugszahl versehen) für die Einstellvorrichtung 10 umfasst. Die Welle 22 ist über ein Wellenlager 13a, 13b in dem Wellenaufnahmeelement 14 aufnehmbar. Dabei kann zudem noch zumindest ein weiteres Wellenaufnahmeelement mit weiteren Wellenlagern vorgesehen sein, was in 3 jedoch nicht gezeigt ist.
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Der Abtaster 21 des Drehgebers 11 ist an der Standscheibe 15 angebracht, wobei die Standscheibe 15 bezüglich des Wellenaufnahmeelements 14 drehfest in einer Standscheibenauflageebene 17 montiert ist. Dabei kann der zweite axiale Abstand 20 zwischen dem Abtaster 21 des Drehgebers 11 und der Drehscheibe 25 des Drehgebers 11 eingestellt werden.
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Im Folgenden wird das Verfahren zum Einstellen des zweiten axialen Abstands 20 zwischen dem Abtaster 21 des Drehgebers 11 für die drehbare Welle 22 und der Drehscheibe 25 des Drehgebers 11 kurz beschrieben. In einem ersten Schritt erfolgt ein Benetzen von Verbindungsflächen mindestens eines Außensitzes 29 für mindestens einen Innenring 24a, 24b des mindestens einen Wellenlagers 13a, 13b an der Welle 22 und mindestens eines Innensitzes 31 für mindestens einen Außenring 24a, 24b des mindestens einen Wellenlagers 13a, 13b an dem Wellenaufnahmeelement 14 mit Klebstoff. In einem zweiten Schritt werden die Welle 22 und das Wellenaufnahmeelement 14 zusammengesetzt. In einem dritten Schritt wird sodann das Wellenaufnahmeelement 14 fixiert. In einem vierten Schritt erfolgt ein fortlaufendes oder wiederholtes Messen des ersten axialen Abstands 18 zwischen der Wellenschulter 28 und der Standscheibenauflageebene 17, wobei eine axiale Position der Welle 22 in Bezug auf das Wellenaufnahmeelement 14 solange eingestellt wird, bis der erste axiale Abstand 18 einem ersten Sollabstand entspricht. Anschließend wird in einem fünften Schritt die axiale Erstreckung des Abtasters 21 und/oder der Drehscheibe 25 ermittelt bzw. gemessen. In einem sechsten Schritt wird schließlich die Differenz zwischen dem ersten axialen Abstand 18 und der axialen Erstreckung des Abtasters 21 und/oder der Drehscheibe 25 berechnet, um auf den zweiten axialen Abstand 20 zwischen dem Abtaster 21 und der Drehscheibe 15 zurückzuschließen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messvorrichtung
- 2
- Erste Messaufnahme
- 3
- Zweite Messaufnahme
- 4
- Anordnung
- 5
- -
- 6
- Platine
- 7
- Fuß
- 8
- Erster Messtaster
- 9
- Zweiter Messtaster
- 10
- Einstellvorrichtung
- 11
- Drehgeber
- 12
- Federelement
- 13a
- Wellenlager
- 13b
- Wellenlager
- 14
- Wellenaufnahmeelement
- 15
- Standscheibe
- 16
- Verbindungsmittel
- 17
- Standscheibenauflageebene
- 18
- axialer Abstand
- 19
- Flansch
- 20
- axialer Abstand
- 21
- Abtaster
- 22
- Welle
- 23a
- Innenring
- 23b
- Innenring
- 24a
- Außenring
- 24b
- Außenring
- 25
- Drehscheibe
- 26
- Einstellmittel
- 27
- -
- 28
- Wellenschulter
- 29
- Außensitz
- 30
- Fixiermittel
- 31
- Innensitz
- 32
- Rotationsachse
