-
Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur hochauflösenden Erfassung einer Drehzahl und/oder eines Axialwegs einer sich drehenden Welle.
-
Um hochauflösend die Drehzahl oder den Axialweg einer sich drehenden Welle erfassen zu können, muss die Oberfläche der Welle aufwendig bearbeitet werden, beispielsweise durch Fräsen einer Zahnstruktur oder von Nuten. Es ist sehr aufwändig, auf Wellen mit kleinen Durchmessern eine solche Struktur aufzubringen und eine für eine genaue Auflösung erforderliche hohe Flankenzahl zu erreichen.
-
Aus der
DE 29 07 797 A1 ist ein magnetischer Umlaufkodierer bekannt, mit einem an einer drehbaren Welle befestigbaren umlaufenden Teil mit einem magnetischen Medium zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes, mit einem dem umlaufenden Teil benachbarten Magnetfelddetektor mit mindestens einem magnetischen Widerstandselement, dessen elektrischer Widerstand sich unter dem Einfluss des magnetischen Wechselfeldes ändert, und mit einem den Rotationszustand erfassenden Detektor, der mit dem Magnetfelddetektor verbunden ist. Das magnetische Medium ist auf einer Oberfläche des umlaufenden Teils angeordnet und in mehrere Abschnitte der Teilung p unterteilt. Das magnetische Widerstandselement des Magnetfelddetektors besitzt eine streifenähnliche Anordnung mit der Breite D und ist relativ zum umlaufenden Teil derart angeordnet, dass sein Abstand zum magnetischen Medium am nächsten Bereich gleich oder weniger als p und am entferntesten Bereich gleich oder weniger als 20 p beträgt, wobei die Breite D derart ausgewählt ist, dass sie 20 p nicht übersteigt, sondern gleich oder weniger als p sec φ beträgt, wobei φ ein Winkel ist, der durch die am nächsten liegenden Oberflächen des magnetischen Widerstandselementes und des magnetischen Mediums bestimmt ist, und dass der analoge Signale vom Magnetfelddetektor empfangende Rotationsdetektor digitale und/oder analoge Signale erzeugt.
-
DE 195 33 120 A1 offenbart einen magnetischen Positionsgeber mit einem Code-Träger, welcher entlang einer Abtastrichtung abwechselnd aufeinanderfolgende Nord- und Südpole aufweist. Der Code-Träger ist aus wenigstens zwei zusammengesetzten, entgegengesetzt magnetisierten Einzelpolträgern gebildet, von welchen jeder entlang der Abtastrichtung Polsegmente mit gleicher Magnetisierung aufweist, wobei Polsegmente unterschiedlicher Einzelpolträger ineinander greifen.
-
Vor diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit denen sich in einfacher Weise und mit hoher Genauigkeit die Drehzahl oder der Axialweg einer sich drehenden Welle erfassen lassen, ohne dass die Welle vorab aufwendig bearbeitet werden muss.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Vorrichtungen mit den Merkmalen des Anspruchs 1, des Anspruchs 6 oder des Anspruchs 7, sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
-
Erfindungsgemäß werden Hüllenelemente auf die Oberfläche der Welle aufgebracht, die senkrecht zur Längsachse der drehbaren Welle verlaufende Metallringe bzw. ringförmige Metallstreifen für Axialwegmessungen und/oder parallel zur Längsachse der drehbaren Welle verlaufende lineare Metallstreifen für Drehzahlmessungen aufweisen.
-
Gegenstand der Erfindung ist ein Hüllenelement zum Aufbringen auf die Oberfläche einer drehbare Welle, welches wenigstens ein Sensorelement aufweist, das zur Erfassung einer Axialbewegung und/oder einer Drehbewegung der drehbaren Welle geeignet ist.
-
In einer Ausführungsform des Hüllenelements ist das wenigstens eine Sensorelement ein Metallring oder ein Metallstreifen, der auf der Oberfläche des Hüllenelements oder in der Wand des Hüllenelements angeordnet ist.
-
In einer Ausführungsform des Hüllenelements sind mehrere Sensorelemente äquidistant angeordnet. Der Abstand der Sensorelemente voneinander hängt von der gewünschten Auflösung bzw. Messgenauigkeit ab. Je kleiner der Abstand der Sensorelemente voneinander ist, desto höher ist die Auflösung der Bewegungsmessung.
-
Sensorelemente zur Messung einer Axialbewegung der drehbaren Welle verlaufen senkrecht zur Längsachse des Hüllenelements bzw. der drehbaren Welle auf der das Hüllenelement aufgebracht wird.
-
Sensorelemente zur Messung einer Drehbewegung der drehbaren Welle verlaufen parallel zur Längsachse des Hüllenelements bzw. der drehbaren Welle auf der das Hüllenelement aufgebracht wird.
-
Das erfindungsgemäße Hüllenelement weist in einer Ausführungsform die Form eines Hohlzylinders auf. Der Innendurchmesser des Hohlzylinders ist stets größer als der Außendurchmesser der drehbaren Welle, auf die der Hohlzylinder aufgebracht werden soll. In einer Ausführungsform weist der Hohlzylinder auf seiner Innenfläche eine Klebeschicht auf. In einer Ausführungsform umfasst das Hüllenelement ein Klebeband.
-
In einer Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Hüllenelement einen Schrumpfschlauch. Der Schrumpfschlauch bietet den Vorteil, dass ein einziges Hüllenelement für drehbare Wellen mit unterschiedlichen Durchmessern geeignet ist, da der Durchmesser des Schrumpfschlauchs sich beim Schrumpfvorgang an den Durchmesser der drehbaren Welle anpasst. Bei kommerziell erhältlichen Schrumpfschläuchen lässt sich der Innendurchmesser des Schlauchs durch Erhitzen auf bis zu 50%, oder sogar bis zu 33%, des Ausgangsdurchmessers verringern.
-
In einer anderen Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Hüllenelement die Form eines Bandes auf. Mindestens ein Metallstreifen ist auf der Oberfläche des Hüllenelements oder in der Wand des Hüllenelements angeordnet. In einer Ausführungsform weist das Band mehrere parallele äquidistante erste Metallstreifen auf, die parallel zu einer Außenkante des Bandes verlaufen. In einer weiteren Ausführungsform weist das Band mehrere parallele äquidistante zweite Metallstreifen auf, die senkrecht zu den ersten Metallstreifen verlaufen. In einer Ausführungsform umfasst das Hüllenelement ein Klebeband, d.h. eine Fläche des Bandes ist mit einer Klebeschicht ausgerüstet. Die Klebeschicht ist dafür vorgesehen, das Hüllenelement auf der Mantelfläche einer drehbaren Welle verschiebungssicher zu befestigen.
-
Gegenstand der Erfindung ist auch eine drehbare Welle, welche ein auf ihrer Oberfläche angeordnetes erfindungsgemäßes Hüllenelement aufweist. Als Oberfläche wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung die Mantelfläche einer zylindrischen Welle verstanden.
-
In einer Ausführungsform erstreckt sich das Hüllenelement über die gesamte Länge der drehbaren Welle. In einer anderen Ausführungsform erstreckt sich das Hüllenelement nur über einen Teil der Länge der drehbaren Welle. In einer Ausführungsform erstreckt sich das Hüllenelement über den gesamten Umfang der drehbaren Welle. In einer anderen Ausführungsform erstreckt sich das Hüllenelement nur über einen Teil des Umfangs der drehbaren Welle.
-
Gegenstand der Erfindung ist auch ein System zum Erfassen einer Axialbewegung und/oder einer Rotationsbewegung einer drehbaren Welle. Das System umfasst eine erfindungsgemäße drehbare Welle sowie Messmittel, welche mit den Sensorelementen des Hüllenelements der erfindungsgemäßen drehbaren Welle zusammenwirken und welche zur Erfassung einer Axialbewegung und/oder einer Rotationsbewegung der drehbaren Welle eingerichtet sind.
-
In einer Ausführungsform sind die Messmittel dafür eingerichtet, einen Axialweg der drehbaren Welle zu ermitteln. In einer weiteren Ausführungsform sind die Messmittel dafür eingerichtet, eine Drehzahl der drehbaren Welle zu ermitteln.
-
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Welle, worin ein erfindungsgemäßes Sensorelemente aufweisendes Hüllenelement auf eine drehbare Welle aufgebracht und auf der Mantelfläche der drehbaren Welle verschiebungssicher befestigt wird.
-
In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Hüllenelement einen Schrumpfschlauch und wird durch Erhitzen des Schrumpfschlauchs verschiebungssicher auf der Mantelfläche der drehbaren Welle befestigt.
-
In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird das Hüllenelement durch Verkleben verschiebungssicher auf der Mantelfläche der drehbaren Welle befestigt.
-
Beispielsweise kann das Hüllenelement auf seiner Innenseite, also der der Mantelfläche der drehbaren Welle zugewandten Seite, eine Klebeschicht aufweisen, die nach Aufbringen und Positionieren des Hüllenelements aushärtet und das Hüllenelement mit der Mantelfläche verschiebungssicher verbindet. Die Klebeschicht kann beispielsweise aus einem durch Hitze oder Strahlung aktivierbaren Klebstoff bestehen.
-
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird ein bandförmiges Hüllenelement, dessen Länge dem Umfang der drehbaren Welle entspricht und das auf einer seiner Oberflächen eine Klebeschicht aufweist, auf Stoß um die drehbare Welle gewickelt, wobei die Klebeschicht die Mantelfläche der drehbaren Welle kontaktiert, und durch Verkleben verschiebungssicher auf der Mantelfläche der drehbaren Welle befestigt.
-
Zu den Vorteilen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren zählt, dass aufwändige und zeitintensive Bearbeitungen der Welle vermieden werden können. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
-
Es versteht sich, dass die vor anstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter beschrieben. Es zeigt:
- 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems zur Erfassung axialer Bewegungen einer drehbaren Welle;
- 2 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems zur Erfassung von Rotationsbewegungen einer drehbaren Welle.
-
1 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems zur Erfassung axialer Bewegungen einer drehbaren Welle. Ein erfindungsgemäßes Hüllenelement 20 mit Sensorelementen 21 für Axialbewegungsmessungen ist auf einer drehbaren Welle 10 positioniert und mit der drehbaren Welle 10 fest verbunden, so dass keine Relativbewegungen zwischen Hüllenelement 20 und Welle 10 auftreten. Die Sensorelemente 21 für Axialbewegungsmessungen sind als ringförmige Metallstreifen ausgeführt und senkrecht zur Längsachse der drehbaren Welle (10) äquidistant auf dem Hüllenelement (20) angeordnet. Ein Axialweg 11, also eine Bewegung entlang der Längsachse, der drehbaren Welle 10 wird über einen Messkopf 30 detektiert, der die Position der Sensorelemente 21 erfasst. Beispielsweise kann der Messkopf 30 einen elektrischen Impuls abgeben, wenn ein Sensorelement 21 ihn passiert.
-
2 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems zur Erfassung von Rotationsbewegungen einer drehbaren Welle. Ein erfindungsgemäßes Hüllenelement 20 mit Sensorelementen 22 für Rotationsbewegungsmessungen ist auf einer drehbaren Welle 10 positioniert und mit der drehbaren Welle 10 fest verbunden, so dass keine Relativbewegungen zwischen Hüllenelement 20 und Welle 10 auftreten. Die Sensorelemente 22 für Drehbewegungsmessungen sind als lineare Metallstreifen ausgeführt und parallel zur Längsachse der drehbaren Welle (10) äquidistant auf dem Hüllenelement (20) angeordnet. Eine Rotationsbewegung 12 um die Längsachse der drehbaren Welle 10 wird über einen Messkopf 30 detektiert, der die Position der Sensorelemente 22 erfasst. Beispielsweise kann der Messkopf 30 einen elektrischen Impuls abgeben, wenn ein Sensorelement 22 ihn passiert. So kann auch eine Drehzahl der drehbaren Welle 10 ermittelt werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- drehbare Welle
- 11
- Axialweg
- 12
- Drehbewegung
- 20
- Hüllenelement
- 21
- Sensorelemente für Axialwegmessungen
- 22
- Sensorelemente für Drehzahlmessungen
- 30
- Messkopf
-
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 2907797 A1 [0003]
- DE 19533120 A1 [0004]
