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Die Erfindung betrifft einen Inkrementalgeber nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Antriebseinheit mit einem solchen Inkrementalgeber.
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Inkrementalgeber der in Rede stehenden Art werden zur Erfassung von Lageänderungen oder Winkeländerungen verwendet. Derartige Inkrementalgeber werden auch als Inkrementaldrehgeber, Drehimpulsgeber oder Drehgeber bezeichnet. Inkrementalgeber besitzen eine Maßverkörperung in Gestalt sich periodisch wiederholender Elemente. Diese werden üblicherweise als Teilstriche bezeichnet. Die Messung beruht auf einer Zählung dieser Teilstriche.
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Moderne Inkrementalgeber weisen eine Signalausgabeschnittstelle auf, die zum Ausgeben des von dem Inkrementalgeber erzeugten Signals dient. Um den Signalgeber im Rahmen einer technischen Einrichtung sinnvoll verwenden zu können, muss das von der Signalausgabeschnittstelle ausgegebene Signal in einem bestimmten Signaltyp ausgegeben werden, der von der mit der Signalausgabeschnittstelle verbundenen technischen Einrichtung, beispielsweise einer Steuerungseinrichtung, weiter verarbeitet werden kann. Dies führt dazu, dass eine hohe Variantenvielfalt an Signalgebern existiert. Ansonsten baugleiche Inkrementalgeber werden in unterschiedlichen Ausführungen hergestellt, die entsprechend unterschiedliche Signalausgabeschnittstellen aufweisen, um mit unterschiedlichen technischen Einrichtungen, die unterschiedliche Anforderungen im Hinblick auf den Signaltyp des vom Inkrementalgeber ausgegebenen Signals aufweisen, kompatibel zu sein. Dies führt zu einer entsprechend hohen Variantenvielfalt, was einen entsprechend höheren Aufwand in der Herstellung und Lagerhaltung der unterschiedlichen Inkrementalgeber verursacht.
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Um diese Variantenvielfalt zu reduzieren, sind Inkrementalgeber bekannt, bei denen die Signalausgabeschnittstelle dazu geeignet ist, das Signal in einer Mehrzahl unterschiedlicher Signaltypen auszugeben. Derartige Signalgeber sind dann mit einer größeren Anzahl technischer Einrichtungen kompatibel, als ein Inkrementalgeber, dessen Signalausgabeschnittstelle das Signal lediglich in einem Signaltyp ausgeben kann. Zu diesem Zweck müssen jedoch an dem Inkrementalgeber entsprechende Einstellungen vorgenommen werden. Dies lässt sich nach dem Stand der Technik beispielsweise durch programmierbare Inkrementalgeber realisieren, was jedoch sowohl im Hinblick auf die notwendige Programmierung, als auch im Hinblick auf die vergleichsweise komplexe programmierbare Elektronik des Inkrementalgebers aufwändig ist. Ebenso gibt es die Möglichkeit, Umschaltemöglichkeiten am Inkrementalgeber, beispielsweise durch das Setzen von Jumpern oder einer Umstellung der Verdrahtung, vorzusehen. Diese Einstellungen müssen jedoch vor Ort am dem Inkrementalgeber vorgenommen werden, was beispielsweise dann, wenn der Inkrementalgeber in einer Maschine verbaut und schwer zugänglich ist, schwierig sein kann.
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Da derartige Inkrementalgeber oftmals Bestandteil von Antriebseinheiten sind, die wiederum Bestandteil in komplexeren technischen Einrichtungen, wie beispielsweise Maschinen oder Anlagen, sind, die wiederum oftmals eine spezifische Steuerungseinrichtung aufweisen, die mit dem Inkrementalgeber zusammenarbeiten muss, ergeben sich hier in der Praxis gegebenenfalls Fehlerquellen, da der Maschinenhersteller üblicherweise die Antriebseinheiten zukauft und verbaut.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Inkrementalgeber und eine Antriebseinheit mit einem Inkrementalgeber zur Verfügung zu stellen, die eine möglichst einfache Einstellung des vom Inkrementalgeber ausgegebenen Signaltyps ermöglichen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Inkrementalgeber und eine Antriebseinheit mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die Merkmale der abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen.
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Erfindungsgemäß ist der Inkrementalgeber über einen Anschluss für die Versorgungsspannung des Inkrementalgebers ansteuerbar, um den Signaltyp des auszugebenden Signals auszuwählen.
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Ein Inkrementalgeber der in Rede stehenden Art weist üblicherweise einen Anschluss für eine Versorgungsspannung zur Versorgung des Inkrementalgebers mit elektrischer Energie auf. Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Anschluss für die Versorgungsspannung genutzt werden kann, um den Signaltyp des von dem Inkrementalgeber ausgegebenen Signals auszuwählen. Der Vorteil ist, dass die Auswahl des Signaltyps so nicht durch eine Manipulation unmittelbar am Inkrementalgeber erfolgen muss, lediglich die technische Einrichtung, die den Inkrementalgeber mit der Versorgungsspannung versorgt, beispielsweise eine Steuerungseinrichtung, insbesondere einer Maschine und/oder einer Anlage, muss den gewünschten Signaltyp über die Versorgungsspannung vorgeben.
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Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung ist es, dass im Idealfall keine zusätzlichen Steuerleitungen zum Einstellen des Signaltyps benötigt werden. Die Einstellung des Signaltyps kann vorzugsweise über die ohnehin notwendigen Leitungen für die Versorgungsspannung erfolgen. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, die Steuerungseinrichtung so einzurichten, dass sie eine Versorgungsspannung für den Inkrementalgeber bereitstellt, die zur Auswahl des gewünschten Signaltyps führt und/oder eine sonstige geeignete Spannungsquelle für die Versorgungsspannung, die zur Auswahl des gewünschten Signaltyps führt, zur Verfügung zu stellen. Dies ist in der Praxis in einfachster Weise möglich, so dass bei der Integration des Inkrementalgebers bzw. der Antriebseinheit in die technische Einrichtung lediglich eine einfache technische Spezifikation beachtet werden muss, die ohnehin zu beachten wäre, da auch konventionelle Inkrementalgeber immer eine bestimmte Versorgungsspannung erfordern. Anstelle also unterschiedliche Inkrementalgeber für die verschiedenen Signaltypen herzustellen und gegebenenfalls in Lagern zu bevorraten oder den Inkrementalgeber im Hinblick auf den auszugebenden Signaltyp manuell einzustellen, muss lediglich eine einfache Spezifikation im Hinblick auf die Versorgungsspannung beachtet werden, um nach dem Einbau des Inkrementalgebers den gewünschten Signaltyp an der Signalausgabeschnittstelle des Inkrementalgebers zu erhalten.
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Insbesondere ist es möglich, dass der Inkrementalgeber dazu eingerichtet ist, den Signaltyp des auszugebenden Signals in Abhängigkeit von der Höhe der am Anschluss anliegenden Versorgungsspannung auszuwählen.
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Das Bereitstellen einer Versorgungsspannung in einer bestimmten Höhe ist technisch ohne weiteres in einfacher Weise realisierbar. Zum einen ist es möglich, eine mit dem Inkrementalgeber zu verbindende Steuerungseinrichtung entsprechend einzurichten, dass sie eine Versorgungsspannung in einer Höhe bereitstellt, die dem auszuwählenden Signaltyp entspricht. Ebenfalls ist es möglich, eine sonstige Spannungsquelle zur Verfügung zu stellen, die eine Versorgungsspannung in der dem gewünschten Signaltyp entsprechenden Höhe zur Verfügung stellt.
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Insbesondere ist jeder der Signaltypen einem Bereich der Höhe der Versorgungsspannung zugeordnet. Der Inkrementalgeber ist vorzugsweise dazu eingerichtet, dass eine am Anschluss anliegende Versorgungsspannung in einem der Bereiche zur Auswahl des dem jeweiligen Bereich zugeordneten Signals führt. Die Zuordnung der Signaltypen zu Bereichen der Höhe der Versorgungsspannungen führt dazu, dass die Auswahl des korrekten Signaltyps auch dann gewährleistet ist, wenn die zur Verfügung gestellte Versorgungsspannung mit einem Toleranzbereich behaftet ist. Der Bereich kann dann insbesondere so groß gewählt werden, dass eine in einem üblichen Toleranzbereich liegende Versorgungsspannung vollständig innerhalb des Bereiches liegt. Die den einzelnen Bereichen zugeordneten Signaltypen sind insbesondere derart den Bereichen zugeordnet, dass jedem Bereich lediglich ein Signaltyp zugeordnet ist. So wird eine Eindeutigkeit bei der Auswahl des jeweiligen Signaltyps in Abhängigkeit von der Höhe der Versorgungsspannung sichergestellt.
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Insbesondere sind zwischen den einzelnen Bereichen der Höhe der Versorgungsspannung, denen Signaltypen zugeordnet sind, Bereiche der Höhe der Versorgungsspannung vorgesehen, denen kein Signaltyp zugeordnet ist. Durch den sich so ergebenden Abstand zwischen den Bereichen, denen Signaltypen zugeordnet sind, wird das Risiko der irrtümlichen Auswahl eines falschen Signaltyps bei Schwankungen der Versorgungsspannung minimiert.
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Bei wenigstens einem der Signaltypen kann es sich insbesondere um einen analogen Signaltypen handeln. Bei dem analogen Signaltypen handelt es sich insbesondere um ein Sinus-Cosinus-Signal (auch: sin/cos-Signal). Bei einem derartigen Signaltyp werden zwei, insbesondere um 90°, elektrisch phasenverschobene Signale ausgegeben.
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Alternativ und/oder ergänzend kann es sich bei wenigstens einem der Signaltypen um einen digitalen Signaltyp handeln. Bei dem digitalen Signaltyp kann es sich insbesondere um ein TTL-Signal und/oder um ein HTL-Signal handeln.
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Ein TTL-Signal ist ein Signal, das von elektronischen Schaltungstechniken der Logikfamilie der Transistor-Transistor-Logik (TTL) verarbeitet werden kann.
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Bei einem HTL-Signal handelt es sich um ein Signal, das von elektronischen Schaltungen der Logikfamilie der langsamen störsicheren Logik oder auch „high threshold logic“ (HTL) verarbeitet werden kann.
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TTL-Schaltungen weisen eine signifikant niedrigere Versorgungsspannung auf als HTL-Schaltungen. Dadurch lässt sich eine Differenzierung zwischen beiden Signalen durch eine unterschiedlich hohe zur Verfügung gestellte Versorgungsleistung in besonders vorteilhafter Weise realisieren. So kann beispielsweise eine Steuerungseinrichtung, die über elektronische Schaltkreise der TTL-Logikfamilie verfügt und daher ein TTL-Signal benötigt, eine Versorgungsspannung zur Verfügung stellen, wie sie auch die eigenen TTL-Schaltungselemente der Steuerungseinrichtung selbst benötigen. Gleiches gilt für Steuerungseinrichtungen mit elektronischen Elementen einer anderen Logikfamilie, insbesondere der HTL-Logikfamilie. Gleiches gilt für die elektronischen Bestandteile des Inkrementalgebers selbst; hier kann der Inkrementalgeber sinnvollerweise so eingerichtet sein, dass die der jeweiligen Logikfamilie entsprechende Versorgungsspannung auch zur Auswahl des zur jeweiligen Logikfamilie gehörenden Signals führt. Entsprechende elektronische Elemente des Inkrementalgebers, die der einen oder der anderen Logikfamilie angehören, werden dann entsprechend mit einer geeigneten Versorgungsspannung über den Anschluss versorgt, ohne dass diese für die eine oder andere Logikfamilie noch umgewandelt, insbesondere hinsichtlich ihrer Höhe angepasst, werden muss.
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Der Inkrementalgeber kann einen Interpolator aufweisen. Ein derartiger Interpolator ermöglicht es, durch Interpolation die Auflösung des vom Inkrementalgeber ausgegebenen Signals zu verändern, insbesondere zu erhöhen. Der Interpolator kann insbesondere in einem Klemmenkasten einer elektrischen Antriebseinheit angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass der Interpolator dann geringeren thermischen Belastungen ausgesetzt ist, als wenn er beispielsweise im Lagerschild angeordnet ist.
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Der Inkrementalgeber ist vorzugweise dazu eingerichtet, das Signal wahlweise in eine Mehrzahl unterschiedlicher Auflösungen auszugeben. Unter der Auflösung des Signals ist insbesondere die Strichzahl des Inkrementalgebers zu verstehen. Bei der Strichzahl handelt es sich um die Anzahl von Inkrementen, die von dem Inkrementalgeber bei einer vollen Umdrehung der Maßverkörperung relativ zu dem die Maßverkörperung erfassenden Sensor des Inkrementalgebers ausgegeben wird. Diese Auflösung kann höher sein als die Anzahl der Teilstriche der Maßverkörperung, insbesondere dann, wenn mittels eines Interpolators eine Erhöhung der Auflösung erfolgt.
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Ist der Inkrementalgeber nun dazu eingerichtet, das Signal in einer Mehrzahl Auflösungen auszugeben, so lässt sich der Inkrementalgeber auf diese Weise an die Anforderungen der technischen Einrichtung, die mit der Signalausgabe-Schnittstelle des Inkrementalgebers verbunden ist, beispielsweise eine mit dem Inkrementalgeber zu verbindende Steuerungseinrichtung, anpassen.
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Die Auswahl der Auflösung des von dem Inkrementalgeber auszugebenden Signals kann beispielsweise durch Schalter, Jumper und/oder die Änderung einer Verdrahtung, insbesondere in einer Anschlusseinrichtung des Inkrementalgebers, erfolgen.
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Vorzugsweise ist der Inkrementalgeber Bestandteil einer elektrischen Antriebseinheit, die einen Elektromotor aufweist. In eine derartige Antriebseinheit lässt sich ein Inkrementalgeber der in Rede stehenden Art in einfacher Weise integrieren. Die mit der vorliegenden Erfindung reduzierte Variantenvielfalt der lagertechnisch vorzuhaltenden Inkrementalgeber betrifft in diesen Fällen die Variantenvielfalt der gesamten Antriebseinheit. Aufgrund des höheren Investitionswertes der Antriebseinheit sowie dem höheren Lagerplatzbedarf wirken sich die Vorteile der vorliegenden Erfindung hinsichtlich des Inkrementalgebers bei derartigen Antriebseinheiten, die einen Inkrementalgeber als Bestandteil aufweisen, besonders vorteilhaft aus.
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Ein Inkrementalgeber lässt sich in vorteilhafter Weise in eine Antriebseinheit integrieren. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Antriebseinheit einen Klemmenkasten aufweist. Ein derartiger Klemmenkasten dient dazu, die Antriebseinheit elektrisch mit anderen technischen Einrichtungen, insbesondere einer Steuerungseinrichtung, zu verbinden. Ein Bestandteil des Inkrementalgebers kann dann in vorteilhafter Weise im Klemmenkasten angeordnet werden. Bei dem Bestandteil handelt es sich insbesondere um eine elektronische Einrichtung des Inkrementalgebers, wie eine Signalelektronik. Diese dient insbesondere dazu, die vom Sensor des Inkrementalgebers erzeugten elektrischen Signale in das Signal, das von dem Inkrementalgeber über dessen Signalausgabeschnittstelle ausgegeben wird, umzuwandeln. Die Signalausgabeschnittstelle ist in diesem Zusammenhang vorzugsweise ebenfalls in dem Klemmenkasten angeordnet.
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Die Antriebseinheit kann ein Lagerschild aufweisen. Dieses dient dazu, den äußeren Lagersitz eines Lagers, welches der drehbaren Lagerung einer Welle, insbesondere der Motorwelle, dient, bereitzustellen. Ein Bestandteil des Inkrementalgebers kann in dem Lagerschild angeordnet sein. Bei diesem Bestandteil handelt es sich insbesondere um einen Sensor zur Erfassung der Bewegung der Maßverkörperung des Inkrementalgebers.
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Ein erfindungsgemäßer Inkrementalgeber nach einem Ausführungsbeispiel kann daher die Variantenvielfalt beispielsweise auf ein Drittel reduzieren, wenn er dazu geeignet ist, das Signal in den Signaltypen TTL, HTL und Sin/Cos-Signal auszugeben. Hierfür kann der Inkrementalgeber dazu eingerichtet sein, den Signaltyp des auszugebenden Signals in Abhängigkeit von der Höhe der am Anschluss anliegenden Versorgungsspannung auszuwählen. So kann der Inkrementalgeber beispielsweise dazu eingerichtet sein, bei einer Versorgungsspannung zwischen 4,5 und 5,5 Volt ein TTL-Signal auszugeben. Weiter kann der Inkrementalgeber dazu eingerichtet sein, bei einer Versorgungsspannung zwischen 7 und 12 Volt ein sin/cos-Signal auszugeben. Weiterhin kann der Inkrementalgeber dazu eingerichtet sein, bei einer Versorgungsspannung zwischen 15 und 30 Volt ein HTL-Signal auszugeben. Bei den vorstehenden beispielhaften Spannungswerten handelt es sich insbesondere um Gleichspannungen. Die beispielhaften Intervalle für die den einzelnen Signaltypen zugeordneten Spannungen sind im gezeigten Beispiel so gewählt, dass zwischen den Intervallen hinreichende Abstände vorhanden sind, um auch bei entsprechenden Toleranzen der jeweils verwendeten Spannungsversorgung eine eindeutige Zuordnung der Spannungen zu einem Signaltyp sicherzustellen.
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Der Inkrementalgeber kann dazu eingerichtet sein, bei der Ermittlung der Versorgungsspannung Schwankungen und/oder Spannungsspitzen der Versorgungsspannung auszugleichen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass Spannungsspitzen, wie sie insbesondere beim Ein- und/oder Ausschalten von Spannungsversorgungen vorkommen können, ausgeblendet werden, in dem die Messung der Spannung erst eine definierte Zeitspanne nach dem Anlegen der Spannung beginnt bzw. erfolgt. Alternativ und/oder ergänzend können Schwankungen der Versorgungsspannung dadurch ausgeglichen werden, dass bei der Messung der Versorgungsspannung ein Mittelwert gebildet wird.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 schematisch näher erläutert.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung der elektronischen Architektur eines erfindungsgemäßen Inkrementalgebers. In dem Blockdiagramm in 1 ist ein beispielhafter Inkrementalgeber 10 schematisch dargestellt, der von einer Steuerungseinrichtung 12 mit elektrischer Energie versorgt wird. Es versteht sich, dass die Versorgung mit elektrischer Energie alternativ durch eine andere Spannungsquelle geeigneter Art erfolgen kann. Im gezeigten Beispiel weist der Inkrementalgeber einen Sensor 14 auf, der mit einer Elektronik 16 des Inkrementalgebers 10 über eine Rohsignalleitung 18 verbunden ist. Die Rohsignalleitung 18 dient dazu, das vom Sensor 14 erzeugte Rohsignal an die Elektronik 16 weiterzuleiten. Die Elektronik 16 dient im gezeigten Beispiel dazu, das vom Sensor erzeugte Rohsignal wahlweise in ein TTL-Signal, ein HTL-Signal oder ein Sinus-Cosinus-Signal umzuwandeln.
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Zu diesem Zweck ist ein Anschluss 20 des Inkrementalgebers 10 für die Versorgungsspannung mit einer Spannungsquelle, im gezeigten Beispiel der Steuerungseinrichtung 12, verbunden. Über den Anschluss 20 für die Versorgungsspannung wird der Inkrementalgeber 10 mit der Versorgungsspannung versorgt. Bei dem beispielhaften Inkrementalgeber 10 ist der Anschluss 20 mit einer Messelektronik 22 der Elektronik 16 des Inkrementalgebers 10 verbunden. Durch die Messelektronik 22 erfolgt ein Vermessen der Höhe der Versorgungsspannung. Abhängig von der Höhe der Versorgungsspannung wird bei der beispielhaft dargestellten Elektronik 16 die Versorgungsspannung entweder an eine HTL-Signalelektronik 24, eine TTL-Signalelektronik 26 und/oder eine Sinus-Cosinus-Signalelektronik 28 weitergeleitet. Auf diese Weise wird der Signaltyp des von dem Inkrementalgeber 10 auszugebenden Signals ausgewählt. Die jeweils mit der Versorgungsspannung versorgte Signalelektronik 24, 26 oder 28 wandelt das Rohsignal des Sensors 14, das der jeweiligen Signalelektronik 24, 26 oder 28 durch die Rohsignalleitung zugeführt wird, entsprechend in ein HTL-Signal, ein TTL-Signal oder ein Sinus-Cosinus-Signal um. Dieses Signal kann dann über eine Signalausgabeschnittstelle 30 ausgegeben werden. Von der Signalausgabestelle 30 kann das vom Inkrementalgeber 10 erzeugte Signal beispielsweise über eine Signalleitung 32 zu der Steuerungseinrichtung 12 geleitet werden.
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Die in der vorliegenden Beschreibung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Inkrementalgeber
- 12
- Steuerungseinrichtung
- 14
- Sensor
- 16
- Elektronik
- 18
- Rohsignalleitung
- 20
- Anschluss (Versorgungsspannung)
- 22
- Messelektronik
- 24
- HTL-Signalelektronik
- 26
- TTL- Signalelektronik
- 28
- Sinus-Cosinus-Signalelektronik
- 30
- Signalausgabeschnittstelle
- 32
- Signalleitung
