DE102019000147A1

DE102019000147A1 - Antriebseinheit, sowie Getriebe mit einem Drehimpulsgeber

Info

Publication number: DE102019000147A1
Application number: DE102019000147.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Franke
Original assignee: Novoferm Tormatic GmbH
Current assignee: Novoferm Tormatic GmbH
Priority date: 2019-01-10
Filing date: 2019-01-10
Publication date: 2020-07-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit, im Wesentlichen bestehend aus einem Elektromotor und einem Getriebe mit einem Drehimpulsgeber zur Messung der Umdrehungszahlen einer Abtriebsachse, wobei der Drehimpulsgeber im Wesentlichen aus einem magnetisierten Messring besteht, dessen Polaritätswechsel durch ein Sensorelement detektiert wird, wobei der magnetisierte Messring direkt oder indirekt mit einem, von einer Schnecke angetriebenen Schneckenrad, das direkt auf die Abtriebsachse wirkt, verbunden und das Sensorelement außerhalb des Getriebes angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit, die im Wesentlichen aus einem Elektromotor und einem Getriebe besteht und einen Drehimpulsgeber zur Messung der Umdrehungszahlen an einer Abtriebswelle aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Getriebe mit einem Schneckenrad, das mit einer Messeinrichtung zur Bestimmung der Anzahl seiner Umdrehungen versehen ist.
Durch die DE 195 23 210 C1 , DE 38 29 405 A1 und DE 42 29 439 A1 werden elektromotorisch angetriebene Betätigungseinrichtungen bekannt, die zur Messung von Umdrehungen eine Messeinrichtung beinhalten, die mit Dauermagneten bestückt sind und es in Verbindung mit Sensoren möglich ist, Positionsbestimmungen von beweglichen Teilen, wie beispielsweise einem Fensterheber bei einem PKW, zu bestimmen.
Der DE 10 2014 010 277 A1 ist ein Getriebe zu entnehmen, bei dem innerhalb des Getriebes ein Dauermagnet angeordnet ist, der zur Detektion der Umdrehungen des Getriebes mit einem Hallgenerator in Wirkverbindung steht.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Antriebseinheit, im Wesentlichen bestehend aus einem Elektromotor und einem Getriebe, sowie auch ein separates Getriebe mit einem Drehimpulsgeber auszustatten, der sehr präzise arbeitet und dessen Messeinrichtung in Form eines Sensorelementes einfach zugänglich ist, ohne die Antriebseinheit oder das Getriebe zu demontieren.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Ansprüche 1 und 2 gelöst, wobei sich die daran anschließenden Unteransprüche dadurch auszeichnen, dass weitere Ausgestaltungen möglich sind.
Gegenüber dem Stand der Technik stellt die vorliegende Erfindung eine Lösung bereit, bei der eine magnetische Ausführung eines Drehimpulsgebers in Form eines Messringes direkt oder indirekt mit einem Schneckenrad verbunden wird. Gleichzeitig ist dieses Schneckenrad mit einer Abtriebsachse des Getriebes verbunden.
Ein solcher Messring kann aus einem monolithischen Permanentmagnetstoff bestehen, der achsial mit einer abwechselnden Polarität magnetisiert wird. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es möglich, dass ein Ring aus antimagnetischem Trägermaterial verwendet wird, auf oder an dem Einzelpermanentmagnete mit einer abwechselnden Polarität befestigt werden. Diese Einzelpermanentmagnete sind jeweils achsial magnetisiert.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform kann darin bestehen, dass einzelne Dauermagnete verwendet werden, die beispielsweise direkt mit dem Schneckenrad verbunden werden.
Um einen Drehimpulsgeber bereitzustellen, bei dem fehlerfrei die Drehbewegungen der Abtriebsachse des Getriebes, das durch einen Elektromotor mit einer Schnecke über ein Schneckenrad angetrieben wird, ausgeführt werden können, ist es notwendig, dass die abwechselnde Polarität des Messringes eine eindeutige Auslesbarkeit der Magnetimpulse wiedergibt. Dafür wird mindestens einer der sonst gleichmäßig ausgeführten Magnetpole in seiner Breite verändert. Dieses bedeutet, dass dieser Magnetpol sowohl breiter als auch schmaler gegenüber den anderen Magnetpolen ausgeführt wird. Durch diese Maßgabe lässt sich jede Umdrehung der Abtriebsachse genau über ein Sensorelement detektieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können neben den in ihrer Breite gleichen Magnetpole zusätzlich mehrere Magnetpole eine unterschiedliche Breite aufweisen. Als besonders effektiv hat es sich herausgestellt, wenn zwei nebeneinanderliegende Magnetpole unterschiedlicher Breite verwendet werden, d.h. ein schmalerer und ein breiterer Magnetpol sind magnetisiert als die übrigen Pole des Messringes. Mit einer solchen Ausführung lassen sich insbesondere neben den einzelnen Umdrehungen auch eindeutig die Drehrichtungen detektieren.
Als sehr wirkungsvoll hat sich ein Sensorelement in Form eines Hallsensors herausgestellt. Damit derartige Sensoren bei einem Ausfall ausgewechselt werden können, geht die Erfindung den Weg, dass ein derartiges Sensorelement von außerhalb des Getriebes zugänglich gemacht wird. Dieses wird dadurch möglich, dass beispielsweise innerhalb eines Getriebedeckels ein Durchbruch vorhanden ist, in den das Sensorelement innerhalb eines Messaufnehmergehäuses eingesetzt wird. Dieses Messaufnehmergehäuse lässt sich einfach, beispielsweise durch eine Clipverbindung innerhalb des Durchbruches, auswechselbar einsetzen. Da derartige Hallsensoren sehr empfindlich sind, ist es nicht notwendig, wie beispielsweise bei Gabellichtschranken, dass eine direkte Nähe zu dem Messring aufrechterhalten werden muss. Durch die achsiale Magnetisierung sind die segmentierten Magnetpole so ausgebildet, dass diese mit ihrer Polarität eindeutig durch das Sensorelement, beispielsweise in Ausbildung eines Hallgenerators detektiert werden können. Die von dem Sensorelement, detektierten abwechselnden Magnetimpulse werden über eine Datenleitung an eine Steuerungseinheit beispielsweise eines Torantriebes, bei dem die Antriebseinheit, im Wesentlichen bestehend aus einem Elektromotor und dem erfindungsgemäßen Getriebe, zum Betrieb eingesetzt wird.
Da ein derartiges Getriebe mit der Messeinrichtung kostengünstig herstellbar ist, wird auch die Montage des Messringes vereinfacht. Der Messring weist beispielsweise innenseitig ein Montageelement auf, welches eine geometrische Aufnahme in Form eines Durchbruches aufweist. Eine komplementäre Verbindungsaufnahme ist bereits mit dem Schneckenrad verbunden, so dass durch das Aufsetzen des Messringes stets seine Position gegenüber dem Schneckenrad und damit der Abtriebswelle eindeutig vorliegt.
In der nachfolgenden Beschreibung wird ein mögliches Ausführungsbeispiel in den Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt:

1 Eine komplette Antriebseinheit, bestehend aus Elektromotor und Getriebe;
2 eine Explosionsdarstellung der Antriebseinheit nach 1;
3 eine bevorzugte Ausführung eines Messrings;
4 eine weitere bevorzugte Ausführung eines Messrings;
5 ein Schneckenrad mit montiertem Messring;
6 ein Messaufnehmergehäuse mit Sensorelement.

Eine komplette Antriebseinheit 1, im Wesentlichen bestehend aus einem Elektromotor 2 und einem damit verbundenen Getriebe 3, gibt die 1 wieder. Das Getriebe 3 ist als separates Bauteil in einer flachen Ausführung an den Elektromotor 2 angeflanscht. Aus dem Getriebe 3 ragt eine Abtriebsachse 4 heraus, die beispielsweise zum Antrieb von Toren oder dergleichen eingesetzt werden kann. Der Elektromotor 2 weist Anschlussleitungen 6 auf, die mit einer nicht dargestellten Steuerung verbunden sind. Ebenfalls sind mit dieser Steuerung Datenverbindungen 7 eines Sensorelementes 5, das in einem Messaufnehmergehäuse 24 untergebracht ist, verbunden. Das Getriebe 3 ist mit seinem Getriebegehäuse 9 oberseits durch einen Getriebedeckel 8 verschlossen, der einen Durchbruch 13 aufweist. Der Durchbruch 13 ist so ausgebildet, dass das Messaufnehmergehäuse 24 beispielsweise mittels einer Clipverbindung den Durchbruch 13 verschließt. Unterhalb des Durchbruches 13 ist ein Teil eines Messringes 10 zu sehen.
Den wesentlichen Aufbau der Antriebseinheit 1 gibt die 2 wieder. Dabei ist das Getriebe 3 mit seinem Getriebegehäuse 9 mit dem Elektromotor 2 verbunden. Eine Antriebsachse in Form einer Schnecke, die üblicherweise aus dem Elektromotor 2 herausragt, ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt worden. Diese Schnecke ist in einem Schneckenlager 25 in dem Getriebegehäuse 9 eingebettet. Ein mit der Abtriebswelle 4 verbundenes Schneckenrad 15, welches antriebsmäßig in Wirkverbindung mit der nicht dargestellten Schnecke steht, wird beispielsweis über eine Stirnverzahnung auf das Ende der Abtriebswelle 4, welches in das Getriebegehäuse 9 hineinragt, aufgesetzt. Neben der Verbindung über die Stirnverzahnung weist das Schneckenrad 15 zentrisch eine Verbindungaufnahme 16 auf, die dazu geeignet ist, ein Montageelement 14 drehsicher zu befestigen. Bevor jedoch das Montagelement 14 aufgesetzt wird, wird ein Messring 10 aufgesetzt, der beispielweise Vorsprünge 20 aufweist, um verdrehsicher auf dem Schneckenrad 15 montiert zu werden. Den äußeren Abschluss des Getriebes 2 bildet der Getriebedeckel 8 mit seinem Durchbruch 13. Oberhalb des Durchbruchs 13 ist mit den Datenverbindungen 7 verbunden ein Sensor 11 dargestellt. Dieser Sensor 11 ist innerhalb des Messaufnehmergehäuses 24 eingesetzt. Das Getriebe 3 wird nach dem Aufsetzen des Getriebedeckels 8 durch Verschraubungen 12 verschlossen.
Die 3 gibt ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel wieder, bei dem auf einem antimagnetischen Trägermaterial 26 einzelne segmentierte Magnetanordnungen in Form eines Messringes 10 angeordnet sind. Die einzelnen Pole der Magnete sind als Segmente 18 in ihrer Breite gleich ausgebildet und achsial segmentiert magnetisiert. Neben diesen gleich ausgebildeten Segmenten 18 sind aber zwei Segmente 19 und 27 in unterschiedlicher Breite ausgeführt worden. Dabei ist das Segment 19 wesentlich schmaler dargestellt worden, wobei das daneben ausgeführte Segment 27 wesentlich breiter ist das Segment 19 und die übrigen Segmente 18. Durch diese Maßnahme ist über den Sensor 11 eine eindeutige Umdrehung des Messringes 10 detektierbar, weil die magnetische Polbreite 19 entweder kleiner oder größer ausgebildet ist. Innerhalb des Trägermateriales 26 ist das Montageelement 14 ausgebildet, welches eine Aufnahme 17 aufweist, um auf die Verbindungsaufnahme 16 kraft- und formschlüssig aufgesetzt zu werden.
In der 4 wird eine alternative Ausführung des Messringes 10 durch einen vorzugsweise monolithisch ausgebildeten Permanentmagneten wiedergegeben. Auch hier sind zum besseren Verständnis die einzelnen Pole als Segmente 18 mit einer gleichen Breite und einer segmentierten, achsialen Magnetisierung versehen dargestellt worden. Allein die Segmentausführung 19 ist schmaler und die Segmentausführung 27 breiter, so dass auch mit dieser Ausführungsform eine eindeutige Detektion jeder Umdrehung ausführbar ist. Innerhalb des Messringes 10 ist das Montageelement 14 mit der Aufnahme 17 eingefügt. Damit das Montageelement 14 beispielsweise verdrehsicher in dem Messring 10 angeordnet ist, können an dem Montageelement 14 ausgebildete Aufnahmen 21 in Vorsprünge 20 des Messringes 10 hineinragen, um so eine eindeutige Verdrehsicherung auszuführen.
In der 5 wird das Schneckenrad 15 mit montiertem Messring 10 über das Montageelement 14 mit der Aufnahme 17 aufgesetzt auf die Verbindungsaufnahme 16 dargestellt.
Das für den Einsatz fertig montierte Sensorelement 5 kann in einer Unteransicht der 6 entnommen werden. Dabei ist das Messaufnehmergehäuse 24 mit Befestigungen 22 und 23 ausgestattet, um beispielsweise durch eine einfache Clipverbindung innerhalb des Durchbruches 13 des Getriebedeckels 8 montiert zu werden. Durch das Messaufnehmergehäuse 24 wird der Sensor 11 nach außen hin gegen Einflüsse gesichert und ist so in der Lage, die einzelnen Magnetpole jeder Umdrehung der Abtriebsachse 4 eindeutig als Inkremente zu detektieren und über die Datenverbindung 7 an die Steuerung der Antriebseinheit weiterleiten.
Bezugszeichenliste

1: Antriebseinheit
2: Elektromotor
3: Getriebe
4: Abtriebsachse
5: Sensorelement
6: Anschlussleitung
7: Datenverbindung
8: Getriebedeckel
9: Getriebegehäuse
10: Messring
11: Sensor
12: Verschraubung
13: Durchbruch
14: Montageelement
15: Schneckenrad
16: Verbindungaufnahme
17: Aufnahme
18: Segmente gleicher Breite
19: Segment kleinerer Breite
20: Vorsprung
21: Aufnahme
22: Befestigung
23: Befestigung
24: Messaufnehmergehäuse
25: Schneckenlager
26: Trägermaterial
27: Segment größerer Breite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19523210 C1 [0002]
DE 3829405 A1 [0002]
DE 4229439 A1 [0002]
DE 102014010277 A1 [0003]

Claims

Antriebseinheit (1), im Wesentlichen bestehend aus einem Elektromotor (2) und einem Getriebe (3) mit einem Drehimpulsgeber zur Messung der Umdrehungszahlen einer Abtriebsachse (4), wobei der Drehimpulsgeber im Wesentlichen aus einem magnetisierten Messring (10) besteht, dessen Polaritätswechsel durch ein Sensorelement (5) detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetisierte Messring (10) oder Einzelmagnete direkt oder indirekt mit einem, von einer Schnecke angetriebenen Schneckenrad (15), das direkt auf die Abtriebsachse (4) wirkt, verbunden und das Sensorelement (5) außerhalb des Getriebes (3) angeordnet ist.
Getriebe (3) mit einem Schneckenrad (15), das mit einer Messeinrichtung zur Bestimmung der Anzahl seiner Umdrehungen versehen ist, wobei die Messeinrichtung als Drehimpulsgeber aus einem rotierenden Dauermagneten und einem ortsfesten Sensorelement (5) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet als magnetisierter Messring (10) oder als Einzelmagnete direkt oder indirekt mit dem Schneckenrad (15) verbunden ist, das direkt über einer Antriebsachse (4) liegt, und dass das Sensorelement (5) außerhalb des Getriebes (3) angeordnet und mit diesem auswechselbar verbunden ist.
Messring nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messring (10) aus einem monolithischen Permanentwerkstoffring besteht, der achsial mit einer abwechselnden segmentierten Polarität magnetisiert ist.
Messring nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messring (10) aus einem antimagnetischen Trägermaterial besteht, das mit Einzelpermanentmagneten abwechselnder Polarität bestückt ist, die jeweils achsial magnetisiert sind.
Messring nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierung des Messringes (10) segmentartig durch abwechselnde Pole (18, 19) ausgeführt ist, wobei die Breite der Pole (18) gleichbleibend und nur die Breite des Poles (19) schmaler oder breiter ausgeführt ist.
Messring nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierung des Messringes (10) segmentartig durch abwechselnde Pole (18) mit einer gleichen Breite und einem Pol (19) mit geringerer Breite und daneben mit einem Pol (27) größerer Breite als die Pole (18) ausgeführt ist.
Messring nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messring (10) zentrisch mit einem Montageelement (15) drehsicher verbunden ist, welches eine Aufnahme (17) aufweist, die kraft- und formschlüssig mit einer, mit dem Schneckenrad (15) verbundenen Verbindungsaufnahme (16) versehen ist.
Getriebe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (5) als Hallgenerator ausgebildet ist und über einen Durchbruch (13) eines Getriebedeckels in Wirkverbindung mit dem Messring (10) steht.
Getriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (5) auswechselbar durch ein Messaufnehmergehäuse (24) geschützt und in dem Durchbruch (13) befestigbar ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die alternierende Polarität des Messringes (10) durch das Sensorelement (5) als Inkremente messbar ist, die über eine Datenverbindung (7) einer Steuerung zur Verarbeitung zugeführt werden können.
Motorisierte Antriebsvorrichtung für ein ortsveränderbares Torblatt mit einer Antriebseinheit oder einem Getriebe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.