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Messräder bzw. Messradanordnungen werden bei einer Vielzahl von Anwendungen, bei denen es auf genaue Längenmessungen ankommt, eingesetzt, beispielsweise beim Etikettenaufdruck, in Verpackungs- und Abfüllprozessen, in Back- und Wärmeöfen oder Paket- und Briefsortieranlagen sowie generell für alle denkbaren Arten von Bandgeschwindigkeitsmessungen. Der sehr einfache, bislang übliche Aufbau einer Messradanordnung, die in solchen Fällen zum Einsatz kommt, ist in den 1a und 1b dargestellt:
- Das Messrad 1 weist einen scheibenförmigen Radkörper 2 auf, der typischerweise radial nach außen in eine ringförmige Lauffläche 3 übergeht, welche den scheibenförmigen Radkörper 2 in Richtung parallel zur geometrischen Mittelachse des Messrads überragt. In Richtung auf die geometrische Mittelachse des Messrads hin geht der scheibenförmige Radkörper 2 in einen zylindrischen Nabenkörper 4 mit einer zur geometrischen Mittelachse des Messrads koaxialen Mittelbohrung über, der die ringförmige Lauffläche 3 in mindestens eine Richtung überragt. In diese Mittelbohrung ist die Welle 6 eines Drehgebers 7 eingeführt und durch Nabenschrauben 5 drehfest mit dem Nabenkörper 4 und somit dem Messrad 1 verbunden, so dass die Ablaufbewegung des Messrads 1 unmittelbar zu einer Drehbewegung der Welle 6 des Drehgebers 7 führt, die durch den Drehgeber 7 gemessen und mit den geometrischen Daten des Messrads in die Länge der Strecke, die das Laufrad gelaufen ist, umgerechnet wird. Das Messrad 1 wird dabei von der Welle 6 des Drehgebers 7 getragen. Die Befestigung der Baugruppe aus Drehgeber 7 und Messrad 1 an einer Tragstruktur, die in den 1a und 1b durch einen Trägerarm 8, der in einem Federlager 9 federnd gelagert ist, gebildet wird, erfolgt über das Gehäuse des Drehgebers 7, der üblicherweise auf der dem Messrad 1 gegenüberliegenden Seite des Trägerarms 8 angeordnet ist. Dadurch, dass der zylindrischen Nabenkörper 4 die ringförmige Lauffläche 3 in mindestens eine Richtung überragt, ist bei dieser Anordnung sichergestellt dass die ringförmige Lauffläche 3 nicht am Trägerarm 8 schleift.
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Nachteilig bei den bekannten Messradanordnungen ist, dass mit dieser Konfiguration ein relativ hohes Bauraumerfordernis in Richtung parallel zur geometrischen Mittelachse des Messrads einhergeht.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine kompaktere Messradanordnung bereitzustellen. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Messradanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Messradanordnung umfasst ein Messrad, einen koaxial zur geometrischen Mittelachse des Messrads -also zu der geometrischen Achse, um die herum sich das Messrad dreht- an dem Messrad angeordneten Codierring zur Codierung eines Drehwinkels des Messrads um die geometrischen Mittelachse herum und einem Detektor zum Auslesen des Codierrings, wobei das Messrad gemeinsam mit dem an dem Messrad angeordneten Codierring relativ zu dem Detektor zum Auslesen des Codierrings drehbar gelagert ist, so dass der Detektor zum Auslesen des Codierrings zusammen mit dem Codierring einen lagerlosen Drehgeber bildet.
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Dadurch wird der im Stand der Technik als separate Komponente ausgebildete Drehgeber gewissermaßen in das Messrad integriert und der bislang für den separaten Drehgeber benötigte Bauraum kann weitestgehend gespart werden.
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Grundsätzlich sind Codierringe für alle Varianten der Winkelcodierung hinsichtlich der Art der Codierung -absolut ebenso wie inkrementell- und hinsichtlich des verwendeten Messprinzips -insbesondere optisch, magnetisch und kapazitiv- einsetzbar. In der Praxis zeigt sich allerdings, dass die Verwendung eines Magnetrings, wie z.B. eines magnetischen Polrads, und eines Magnetfelddetektors besonders gut mit den typischen Einsatzbedingungen eines Messrads harmoniert, weshalb diese Art von Codierring bzw. Detektor bevorzugt ist.
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Allerdings muss dann das Material, aus dem das Messrad gefertigt ist, geeignet gewählt sein, um eine Beeinflussung des Magnetsignals zu vermeiden. Besonders geeignete Materialien für Messräder von Messradanordnungen, bei denen Magnetringe als Codierringe zum Einsatz kommen, sind Aluminium und Kunststoffe.
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Besonders vorteilhaft ist, es, wenn das Messrad einen scheibenförmigen Radkörper aufweist, der radial nach außen in eine ringförmige Lauffläche übergeht, welche den scheibenförmigen Radkörper in mindestens einer Richtung parallel zur geometrischen Mittelachse des Messrads überragt, wobei der scheibenförmige Radkörper ferner in Richtung auf die geometrische Mittelachse des Messrads hin in einen zylindrischen Nabenkörper mit einer zur geometrischen Mittelachse des Messrads koaxialen Mittelbohrung übergeht, der zumindest den scheibenförmigen Radkörper in mindestens einer Richtung parallel zur geometrischen Mittelachse des Messrads überragt. Der scheibenförmige Radkörper, die ringförmige Lauffläche und der zylindrische Nabenkörper bilden dabei bevorzugt Abschnitte eines einzigen Körpers, der beispielsweise gegossen, gespritzt oder aus einem Rohling herausgearbeitet sein kann.
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Die soeben beschriebene Geometrie des Messrads führt dazu, dass in den im Wesentlichen senkrecht zur geometrischen Mittelachse des Messrads verlaufenden Seitenflächen des Messrads Vertiefungen vorhanden sind, in denen insbesondere der Detektor, aber auch der Codierring vor Schlägen, Stößen und Verschmutzung gut geschützt und den zusätzlichen Bauraumbedarf in Richtung parallel zur geometrischen Mittelachse des Messrads minimierend angeordnet werden können.
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Anders als bei den bekannten Messradanordnungen, bei denen typischerweise ein zylindrischer Nabenkörper des Messrads dazu dienen muss, den hinreichenden Abstand eines Tragarms von der ringförmigen Lauffläche zu gewährleisten, um ein Schleifen der ringförmigen Lauffläche zu verhindern, ist es hier ausreichend, wenn der zylindrische Nabenkörper und die ringförmige Lauffläche den scheibenförmigen Radkörper gleich weit überragen. Diese Maßnahme kann zu einer weiteren Reduktion des benötigten Bauraums in Richtung parallel zur geometrischen Mittelachse des Messrads beitragen.
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Eine besonders geeignete Position des Codierrings ist gegeben, wenn der Codierring den zylindrischen Nabenkörper in radialer Richtung umgibt. Dazu kann er beispielsweise direkt oder indirekt über ein oder mehrere Verbindungselemente am Umfang des zylindrischen Nabenkörpers befestigt sein.
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Wenn der Detektor zum Auslesen des Codierrings zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, in einer zwischen dem zylindrischen Nabenkörper und der ringförmigen Lauffläche vorhandenen Vertiefung angeordnet ist, wird ein guter Schutz des Detektors vor Beschädigung sichergestellt. Zu beachten ist dabei, dass das Anordnen in der Vertiefung dadurch erfolgt, dass der Detektor in diese Vertiefung hineinragt, denn da der Codierring am Messrad angeordnet ist, ist der Detektor nicht am Messrad selbst gelagert, da sonst keine Bewegung des Codierrings relativ zum Detektor bei der Bewegung des Messrads erfolgen würde.
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Eine einfache und stabile Lagerung des Messrads in der Messradanordnung wird bevorzugt dadurch erzielt, dass die Messradanordnung eine Achse aufweist, die das Messrad trägt, und dass das Messrad relativ zu der Achse, die es trägt, drehbar an der Achse gelagert ist.
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Der Lauf des Messrads wird besonders präzise und gleichmäßig geführt, wenn das Messrad durch zwei Wälzlager, insbesondere Kugellager, an der Achse drehbar gelagert ist, wobei vorzugsweise zwischen den beiden Wälzlagern eine Distanzbuchse, die insbesondere aus Kunststoff bestehen kann, angeordnet ist.
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Zur Halterung des Detektors, die, wie oben erwähnt, nicht am Messrad erfolgen kann, und zur weiteren Verbesserung des Schutzes des Detektors ist es vorteilhaft, wenn der Detektor zum Auslesen des Codierrings in einer Umhausung angeordnet und von dieser gehalten ist. Die Umhausung weist vorzugsweise einerseits eine Bodenplatte aufweist, die im Wesentlichen senkrecht zur geometrischen Mittelachse des Messrads verläuft und/oder andererseits Seitenwände aufweist, die im Wesentlichen parallel zur geometrischen Mittelachse des Messrads verlaufen. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Umhausung zu der dem Messrad bzw. dessen scheibenförmigem Radkörper hin offen gelassen werden, da diese eine Wandfläche darstellt. Dies gilt insbesondere dann, wenn lediglich ein schmaler Spalt von etwa 2mm oder weniger zwischen der von der Bodenfläche weg weisenden Kante der Seitenwände und dem scheibenförmigen Radkörper vorhanden ist.
Vorzugsweise erfolgt die Lagerung einer solchen Umhausung dadurch, dass sie mit einem Tragarm verbunden ist.
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Wenn die Umhausung mit dem Tragarm verbunden ist, kann auch das Messrad durch die Umhausung getragen werden, insbesondere mittelbar dadurch, dass die Achse in der Umhausung gelagert ist. Dies kann dadurch realisiert werden, dass die Achse, die das Messrad trägt, durch eine Öffnung in der Umhausung, insbesondere durch eine Öffnung in deren Bodenplatte hindurchgeführt ist und durch einen Aufnahmeflansch in axialer Richtung der geometrischen Mittelachse des Messrads an der Umhausung fixiert ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigt:
- 1a: Eine aus dem Stand der Technik bekannte Messradanordnung,
- 1b: die aus dem Stand der Technik bekannte Messradanordnung aus 1 in einer Seitenansicht,
- 2: einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messradanordnung,
- 3: die Messradanordnung aus 2 mit entferntem Messrad,
- 4a: eine erste Ansicht einer durch ein Messrad mit integriertem Sensor gebildeten Baugruppe einer erfindungsgemäßen Messradanordnung, und
- 4b: eine zweite Ansicht der Baugruppe aus 4a.
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2 zeigt einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel für eine Messradanordung 100, die insbesondere ein Messrad 110 aufweist. Wie man in dieser Figur gut erkennt, ist das Messrad 110 einstückig ausgeführt mit einem scheibenförmigen Radkörper 112, der radial nach außen in eine ringförmige Lauffläche 113 übergeht, welche den scheibenförmigen Radkörper 112 in beiden Richtungen, die parallel bzw. antiparallel zur geometrischen Mittelachse M des Messrads 110 überragt.
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Der scheibenförmige Radkörper 112 geht ferner in Richtung auf die geometrische Mittelachse des Messrads 110 hin in einen zylindrischen Nabenkörper 114 mit einer zur geometrischen Mittelachse M des Messrads koaxialen Mittelbohrung 114a über, der zumindest den scheibenförmigen Radkörper 112 ebenfalls beiden Richtungen parallel und antiparallel zur geometrischen Mittelachse M des Messrads 110 überragt. Dabei überragen die ringförmige Lauffläche 113 und der zylindrische Nabenkörper 114 gleich weit; sie bilden die Wände einer Vertiefung 115 im Messrad 110, die die Form eines Kreisrings hat.
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In der Vertiefung 115 sind ein Codierring 116 und ein Detektor 117 zum Auslesen des Codierrings 116 angeordnet. Der Codierring 116 ist am Umfang des zylindrischen Nabenkörpers 114 befestigt, so dass er bei einer Drehung des Messrads 110 mitbewegt wird und der Teil des Codierrings 116, der dem Detektor 117 am nächsten kommt, sich ändert, weil der Detektor 117 an einer mit Schrauben 118 am Tragarm 119 mit Federlager 119a befestigten Umhausung 120, genauer gesagt an deren gegenüber dem scheibenförmigen Radkörper 112 angeordnetem Boden, angebracht ist und somit ortsfest bleibt. Dementsprechend erfasst der Detektor 117 die im Codierring 116 codierte Winkelposition bzw. deren Änderung bei einer Drehbewegung bzw. beim Ablaufen des Messrads 110.
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Die Drehbewegung des Messrads 110 wird dadurch ermöglicht, dass in einer zentralen, zur geometrischen Mittelachse M des Messrads koaxialen Bohrung 121 eine Achse 122 aufgenommen ist, die über zwei ebenfalls in der Bohrung 121 befindliche Wälzlager 123,124, die voneinander in axialer Richtung durch eine Distanzbuchse 125 beabstandet sind, relativ zum Messrad 110 drehbar mit diesem verbunden ist, was die 3 weiter verdeutlicht, bei der eine Messradanordnung 100 mit entferntem Messrad 110 gezeigt ist. Zu beachten ist bei der Darstellung der 3 jedoch, dass der Codierring 116 obwohl er eigentlich mit dem Messrad 110 drehfest verbunden ist, weiterhin dargestellt ist. Dementsprechend zeigt die 3 nicht allein die Komoponenten, relativ zu denen eine Drehung des Messrads 110 erfolgt, sondern zusätzlich auch noch den Codierring 116, der sich gemeinsam mit dem Messrad 110 dreht.
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Die Achse 122 ist über eine Schraube 128 an einem Aufnahmeflansch 126 befestigt. Der Aufnahmeflansch 126 hat einen Kopf 126a, der in eine kreisförmige Öffnung 127 im Tragarm 119 eingepasst ist, und einen Fortsatz 126b. Die Bodenplatte der Umhausung 120 weist eine sie durchsetzende, zur Achse 122 koaxiale Öffnung auf, in der der Fortsatz 126b des Aufnahmeflanschs 126 gelagert ist. Ferner wird die Bodenplatte der Umhausung 120 auf der vom Messrad 110 abgewandten Seite durch den Kopf 126a übergriffen, so dass durch die Verbindung der Achse 122 mit dem Aufnahmeflansch 126 über die Schraube 128 die Position der Achse 122 und damit des Messrads 110 in axialer Richtung fixiert ist.
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Die Fixierung der Achse 122 in die radialen Richtungen ist durch die Einpassung des Kopfs 126a des Aufnahmeflansches 126 in die kreisförmige Öffnung 127 und die Lagerung des Fortsatzes 126b des Aufnahmeflanschs in der Öffnung in der Bodenplatte der Umhausung 120 gewährleistet.
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Wie man in den 4a und 4b besonders gut sehen kann, kann die Messradanordnung 100 somit unter Verwendung einer vorkonfigurierten Baugruppe 156 aus Messrad 110 mit daran angeordnetem Codierring 116 und Umhausung 120 mit daran angeordnetem Detektor 117, Achse 122 und Aufnahmeflansch 126 realisiert werden, indem der Aufnahmeflansch 126 der Baugruppe 156 einfach in die kreisförmige Öffnung 127 im Tragarm 119 eingeführt wird und die Umhausung 120 mit Schrauben 118 am Tragarm 119 befestigt wird, was einen überaus einfachen Zusammenbau der Messradanordnung 100 ermöglicht.
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Darüber hinaus veranschaulichen diese beiden Figuren eindrucksvoll, wie flach die Messradanordnung 100 durch den erfindungsgemäßen Aufbau mit den Merkmalen des Anspruchs 1 baut. Wie man in 2 sieht, ragt der Kopf der Schraube 128 über den Tragarm 119 in Richtung weg vom Messrad 110 hinaus; dementsprechend lässt 4b erkennen, dass der Platzbedarf der Messradanordnung in axialer Richtung die doppelte Dicke des Messrads 110 unterschreitet und im Vergleich zu der in 1b dargestellten bisherigen Messradanordnung in etwa halbiert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Messradanordung
- 1,110
- Messrad
- 2,112
- Radkörper
- 3,113
- Lauffläche
- 4,114
- zylindrischer Nabenkörper
- 5
- Nabenschraube
- 6
- Welle
- 7
- Drehgeber
- 8,119
- Tragarm
- 9,119a
- Federlager
- 115
- Vertiefung
- 116
- Codierring
- 117
- Detektor
- 118
- Schraube
- 119
- Tragarm
- 119a
- Federlager
- 120
- Umhausung
- 121
- Bohrung
- 122
- Achse
- 123,124
- Wälzlager
- 125
- Distanzbuchse
- 126
- Aufnahmeflansch
- 126a
- Kopf
- 126b
- Fortsatz
- 127
- Öffnung
- 128
- Schraube
- 156
- Baugruppe
- M
- geometrische Mittelachse
