DE10215997A1 - Drehgeber mit selbstzentrierender Spanneinrichtung - Google Patents
Drehgeber mit selbstzentrierender SpanneinrichtungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Drehgeber, der eine Halterung (2) und eine in der Halterung (2) drehbar gelagerte Geberwelle (8) umfasst, die eine innere Hohlkehle (10) zur Aufnahme einer Welle (58) eines Drehteils aufweist, wobei innerhalb der Hohlkehle (10) zwei Paare entgegengesetzter Kegelringe (18, 20; 24, 26) vorgesehen sind, die durch ein Abstandsstück voneinander getrennt und zwischen einem Sicherungsteil (28) und einem beweglichen Puffer (16) angeordnet sind, der durch einen im Oberteil der Geberwelle eingeschraubten Stift (32) mit flacher Spitze geschoben wird. Die zwischen dem Puffer und dem Sicherungsteil (28) zusammengedrückten Kegelringe verformen sich in Radialrichtung und halten die Welle (58) des Drehteils innerhalb der Geberwelle (8) fest (Figur 1).
Description
Gegenstand der Erfindung ist ein Drehgeber, der mit einer
selbstzentrierender Spanneinrichtung zur Kupplung mit einer Welle
eines Drehteils versehen ist.
Insbesondere betrifft die Erfindung einen allgemein "Encoder"
genannten, optischen Inkremental- oder Absolutdrehgeber, der eine
Geberwelle aufweist, auf der eine Optikscheibe aufgepresst ist und
die mit einer durchgehenden Hohlkehle oder Welle versehen ist, die
zur Aufnahme eines Spannsystems zur Kupplung mit einer Welle
eines Drehteils (elektrische Motoren, Drehteile von
Bearbeitungsmaschinen) dienen, für den der Drehgeber bestimmt ist.
Zur Befestigung einer Geberwelle an der Welle eines Drehteils gibt es
gegenwärtig verschiedene Lösungen.
Um eine gute Kupplung zu erzielen ist jedenfalls eine beträchtliche
Bearbeitungsgenauigkeit mit engen Toleranzen zwischen der
durchgehenden Hohlkehle oder Welle des Encoders und der Welle des
Drehteils erforderlich, was zu höheren Kosten sowohl für den Geber
als auch für den Drehteil führt.
Bei einem ersten Kupplungssystem ist die Anwendung eines oder
mehrerer Gewindestifte vorgesehen, die seitlich in der Geberwelle
eingeschraubt sind und die Welle festhalten. Dieses System weist
jedoch einige Nachteile auf, da die Stifte beim Festspannen die
Mantelfläche der Welle des Drehteils beschädigen und bei einem
eventuellen Ausspannen zu Problemen führen. Ausserdem sind
Zentrieren und Auswuchten der Drehteile mit Schwierigkeiten
verbunden.
Bei einem zweiten System ist die Anwendung eines mit der
Geberwelle einteilig verbundenen Bundes vorgesehen, der auf die
Welle eines Drehteils festgezogen wird. Die Nachteile dieses Systems
bestehen in Auswuchtproblemen und in den ziemlich hohen
Herstellungskosten.
In der EP 682 229 ist ein besonderes System zum Festspannen einer
Messwelle im Gehäuse eines Gebers beschrieben. Das geschilderte
System sieht die Anwendung eines Spannfutters vor, das in der
Hohlkehle der Geberwelle angeordnet ist und durch Anziehen einer
axial am Spannfutter vorgesehenen Schraube auf die Messwelle
gespannt wird.
Obwohl diese Lösung selbstzentrierend ist, sind die
Herstellungskosten ziemlich hoch. Um zu vermeiden, dass die Welle
des Drehteils während der Montage, d. h. beim Anziehen der das
Spannfutter schliessenden Schraube, schlüpft und eine teilweise
Drehbewegung ausführt, ist ausserdem in einer Nut des Spannfutters
ein Keil vorgesehen, dessen praktische Ausführung schwierig ist.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Inkremental- oder
Absolutdrehgeber zu schaffen, der sich mit einem sehr zuverlässigen
und genauen Spannsystem direkt mit dem Motor oder mit dem
Drehteil verbinden lässt.
Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung zu
erzielen, die selbstzentrierend und ausgeglichen, jedoch strukturell
sehr einfach und daher kostenmässig günstig herstellbar ist.
Diese und weitere Aufgaben werden mit einem erfindungsgemäss
hergestellten und in den beiliegenden Ansprüchen gekennzeichneten
Drehgeber gelöst.
Ein erfindungsgemäss hergestellter Drehgeber kann in Verbindung
mit der Welle jeglichen Drehteils zur Anwendung kommen, und zwar
auch wenn zwischen der Hohlkehle der Encoderwelle und der Welle
des Drehteils keine optimale Toleranz besteht.
Die oben erwähnten und weitere der Erfindung zugrundeliegende
Aufgaben werden nachstehend an Hand einer bevorzugten, in den
beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsform näher
beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht einer ersten Ausführungs
variante eines erfindungsgemässen Drehgebers,
Fig. 2 eine Draufsicht eines Details des in Fig. 1 dargestellten
Drehgebers,
Fig. 3 eine seitliche Schnittansicht einer zweiten Ausführungs
variante eines erfindungsgemässen Drehgebers,
Fig. 4 eine Draufsicht eines Details des in Fig. 3 dargestellten
Drehgebers,
Fig. 5 eine seitliche Schnittansicht einer dritten Ausführungs
variante eines erfindungsgemässen Drehgebers,
Fig. 6 eine seitliche Schnittansicht einer vierten Ausführungs
variante eines erfindungsgemäss hergestellten
Drehgebers,
Fig. 7 und 8 jeweils eine Ansicht von unten und eine Schnittansicht
eines Innenkegelringes, der in einem erfindungsgemässen
Drehgeber zur Anwendung kommt und
Fig. 9 und 10 jeweils eine Ansicht von unten und eine Schnittansicht
eines Aussenkegelringes, der in Verbindung mit dem
Innenkegelring nach Fig. 7 und Fig. 8 zur Anwendung
kommt.
Der erfindungsgemässe in Fig. 1 dargestellte Drehgeber besitzt eine
zylinderförmige Halterung 2, die ein Paar Kugellager 4, 6 trägt, in
denen eine mit einer Hohlkehle 10 versehene Geberwelle 8 gelagert
ist. Durch Einstellen einer auf einem Gewinde 14 aufgeschraubten
Nutmutter 12 wird das Axialspiel der Lager 4, 6 beseitigt, wodurch die
Lager fest mit der hohlen Geberwelle 8 und der Halterung 2
verbunden sind.
In ihrer Innenseite weist die Geberwelle 8 eine zylinderförmige
Hohlkehle 10 auf, in der von oben nach unten der Reihe nach
folgende Teile angeordnet sind: ein zylinderförmiger Puffer 16, ein
erstes Paar entgegengesetzter Kegelringe 18 und 20, ein
zylinderförmiger Abstandsstück 22, ein zweites Paar entgegen
gesetzter Kegelringe 24 und 26 und eine radiale Seegersicherung 28
für Innenteile, die ein Herausfallen der oben erwähnten Teile
verhindert.
Im Oberteil der Hohlkehle 10 der Geberwelle 8 ist eine axiale
Gewindebohrung 30 ausgebildet, in der ein Stift 32 mit flacher Spitze
eingeschraubt ist.
An der Aussenseite der Geberwelle 8 ist über ein Spaltring 34 (Bauer)
eine entsprechend geschlitzte Optikscheibe 36 befestigt, die mit der
in der Regel bei derartigen Gebern vorgesehenen elektronischen
Schaltung (LED 40, Phototransistor 38 und entsprechende
Schaltkreise zur Verarbeitung der Signale) verbunden ist.
Ausserdem weist die Geberwelle 8 in ihrem äusseren Oberteil eine
sechswinklig abgeflachte Angriffsstelle 42 für einen Zwölfkantring
schlüssel 44 auf.
An ihrer Aussenseite trägt die Halterung 2 ein mit mehreren
Schrauben 48 befestigter Deckel 46. Ein Abdichtungs- bzw. O-Ring 50
hält Flüssigkeiten oder Staub davon ab, in das Innere des Gebers
einzudringen.
In einer radial verlaufenden Nut der Halterung 2 ist ein kugelförmiger
Stift mit Innenfeder 52 eingeschraubt, der eine allgemein für Encoder
vorgesehene Tangentialfuge bildet, und zwar mit einem mit dem
Bodenstück 56 des am Geber gekuppelten Drehteils 58 (zum Beispiel
ein elektrischer Motor) einteilig verbundenen Block 54.
In seinem Oberteil weist der Deckel 46 eine Gewindebohrung 60 auf,
in die nach dem Festspannen des Gebers am Drehteil 58 eine mit
einem O-Ring 64 versehene Verschlusschraube 62 eingeschraubt
wird.
An der rechten Seite des Deckels 46 ist eine Kabelschelle 66
angeschraubt, durch die das die elektrischen Signale führende Kabel
heraustreten kann.
Fig. 2 zeigt in einer Draufsicht den Oberteil der Geberwelle 8, der
die sechswinklig abgeflachte Angriffsstelle 42 für den Zwölfkantring
schlüssel 44 aufweist und in dessen Innenseite der Stift 32 mit
flacher Spitze eingesetzt ist.
Das wichtigste Merkmal der Erfindung ist die besondere Einrichtung
mit Kegelringen zur Kupplung der hohlen Geberwelle 8 mit der Welle
des Drehteils 58, der zum Beispiel ein elektrischer Motor sein kann.
Wie bereits oben geschildert, sind im Inneren der axialen Hohlkehle
10 der Welle 8 des Drehgebers zwei Paare entgegengesetzter
Kegelringe 18, 20 und 24, 26 angeordnet, die durch Anziehen des
Stiftes 32 die Welle 58 des Drehteils festhalten.
Das Festspannen erfolgt durch Verformung der beiden Paare
entgegengesetzter Kegelringe 18, 20 und 24, 26, die gegen die
Seegersicherung 28 für Innenteile gedrückt werden.
In den Fig. 7 bis 10 ist das Paar entgegengesetzter Kegelringe 18
und 20 im einzelnen dargestellt, wobei das zweite Paar der
Kegelringe 24, 26 genau denselben Aufbau aufweist.
Die Innenringe 18, 24 weisen jeweils eine zylinderförmige
Innenfläche und eine kegelförmige Aussenfläche auf, während die
Aussenringe 20, 26 jeweils eine kegelförmige Innenfläche zur
Kupplung mit der Aussenfläche des Innenringes 18 bzw. 24 und eine
zylinderförmige Aussenfläche haben.
Werden die beiden Ringe axial zusammengedrückt, so verformt sich
der Innenring 18, 24 und spannt die in der Innenseite angeordnete
Welle 58, während sich bei dieser Verformung der Aussenring 20, 26
in der Breite dehnt und an der axialen Hohlkehle 10 der Welle 8 des
Drehgebers zur Anlage kommt.
Um die Verformung der beiden Kegelringe zu unterstützen, ist es
möglich, jedoch nicht unbedingt notwendig, - wie beim
Ausführungsbeispiel nach den Fig. 7 bis 10 - im verjüngten Teil
der Innenkegelringe 18, 24 axial verlaufende Stossfugen 19 und in
den Aussenkegelringen Stossfugen 21 vorzusehen, die den stetigen
Verlauf der Ringe 20, 26 unterbrechen. Durch diese Stossfugen wird
das Anzugsmoment der Welle 58, 59 innerhalb des Gebers kleiner.
Zum Festspannen sind folgende Vorgänge vorgesehen:
- - die Bedienungsperson nimmt den Geber und stülpt ihn auf die Welle 58 des Drehteils und passt dabei auf, dass die Hohlkehle 53 gleichzeitig mit dem bereits am Bodenstück 56 (Tangentialfuge) angeschraubten Block 54 rittlings eingesetzt wird;
- - die Bedienungsperson lässt den Geber so lange in Richtung des Bodenstückes 56 gleiten, bis der Scheitel der Welle 58 mit dem zylinderförmigen Puffer 16 in Berührung kommt;
- - die Bedienungsperson führt mit der linken Hand einen Zwölfkant ringschlüssel 44 in die Bohrung 60 des Deckels 46 ein und bringt den Schlüssel mit dem Sechskant 42 des Oberteils der Geberwelle 8 in Eingriff;
- - mit der rechten Hand führt die Bedienungsperson einen Steckschlüssel 68 in den Stift 32 ein;
- - die Bedienungsperson dreht den Zwölfkantringschlüssel 44 so lange, bis die Nullraste des Gebers (wenn erforderlich) mit dem mechanischen Nullpunkt des Drehteils 58 deckungsgleich liegt und dann - während sie den Zwölfkantringschlüssel 44 festhält - dreht die Bedienungsperson den Steckschlüssel 68 so lange im Uhrzeigersinn, bis der Stift 32 bis zum Höchstpunkt gezogen ist;
- - schliesslich schraubt die Bedienungsperson die mit dem O-Ring 64 versehene Verschlusschraube 62 in die Gewindebohrung 60 des Deckels 46 ein, wodurch der Geber gegen Staub, Öl usw. abgedichtet wird.
Werden die obigen Vorgänge der Reihe nach vorgenommen, so wird
der Geber einwandfrei am Drehteil 58 festgespannt und zentriert
sein.
In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsvariante eines erfindungs
gemässen Drehgebers dargestellt. Insbesondere ist der dargestellte
Geber mit einem System zur Befestigung an einer durchgehenden
rotierenden Welle 59 versehen. Die Geberwelle 73 weist eine
durchgehende Hohlkehle 90 auf, in der von oben nach unten der
Reihe nach eine in der Geberwelle 73 eingeschraubte Nutmutter 76
(mit zum Eingriff eines Schlüssels 82 geeigneten Aufnahmen 78), ein
erstes Paar entgegengesetzter Kegelringe 18, 20, ein Abstandsstück
22, ein zweites Paar entgegengesetzter Kegelringe 24, 26 und eine
Seegersicherung 28 für Innenteile angeordnet sind.
Um den eingesetzten Geber an der Welle 59 zu befestigen, wird auf
das obere Ende der Geberwelle 73 ein Schlüssel 80 gestülpt, der in
die im einzelnen in der Draufsicht von Fig. 4 dargestellten Facetten
74 eingeführt wird. Nun wird die Geberwelle mit dem Schlüssel 80
festgehalten, während mit dem Schlüssel 82 die Nutmutter 76 so
festgeschraubt wird, dass die beiden Paare der Kegelringe 18, 20 und
24, 26 axial zusammengedrückt werden und dabei die Welle 59 an
der Geberwelle 73 spannen.
Die Fig. 5 und 6 zeigen dagegen zwei "gekürzte" Ausgaben der
an Hand der Fig. 1 und 3 beschriebenen und dargestellten Geber.
Insbesondere weist der Geber nach Fig. 5 nur ein Paar Kegelringe
18, 20 und ein Abstandsstück 17 auf, das länger ist, um das Fehlen
des zweiten Paars Kegelringe auszugleichen. Da nur ein Spannpunkt
vorgesehen ist, ist die Klemmwirkung der Geberwelle 8 an der Welle
58 des Drehteils auf die Hälfte herabgesetzt, aber die
Herstellungskosten sind niedriger. Der zylinderförmige Puffer 16 und
das Abstandsstück 17 können einstückig ausgeführt werden.
Der in Fig. 6 dargestellte Geber ist dagegen eine Variante des an
Hand der Fig. 3 beschriebenen Gebers. Zum Festspannen der Welle
59 an der Geberwelle 73 wird nur ein Paar Kegelringe 18, 20 benutzt
und es ist kein Abstandsstück mehr erforderlich. Wie beim Geber
nach Fig. 3 werden die Kegelringe mit Hilfe der Nutmutter 76
zusammengedrückt. Auch in diesem Fall ist die Klemmwirkung der
Geberwelle 73 an der rotierenden Welle 59 auf die Hälfte
herabgesetzt, wobei jedoch auch die Herstellungskosten niedriger
sind.
Das erfindungsgemässe Spannsystem bietet zahlreiche Vorteile:
- - für die Welle des Drehteils besteht überhaupt keine Beschä digungsgefahr;
- - einwandfreies Zentrieren der Geberwelle auf die Welle des Drehteils;
- - beschränkte Kosten und leichtere Herstellung, da für die handels üblichen Kegelringe eine grosse Auswahl an Durchmessern zur Verfügung steht;
- - für die Welle des Drehteils und für die innere Hohlkehle der Geberwelle sind keine enge Bearbeitungstoleranzen erforderlich, wodurch eine weitere Herabsetzung der Kosten erzielt wird;
- - ausgehend von der der Hohlkehle des Gebers gegenüberliegenden Seite ist es für den Benutzer äusserst einfach, die Nullraste des Gebers und den mechanischen Nullpunkt des Drehteils in deckungsgleicher Lage zu bringen.
Claims (8)
1. Drehgeber mit einer Halterung (2) und einer in der Halterung (2)
drehbar gelagerten Geberwelle (8; 73), wobei die Geberwelle eine
innere Hohlkehle (10; 90) zur Aufnahme einer Welle (58; 59)
eines Drehteils aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb
der Hohlkehle (10; 90) wenigstens ein Paar entgegengesetzter
Kegelringe (18, 20) vorgesehen ist, die zwischen einem
Sicherungsteil (28) und einem beweglichen Element (16; 76)
angeordnet sind, das über eine Schraubverbindung in
Axialrichtung so verschoben wird, dass sich die zwischen dem
beweglichen Element (16; 76) und dem Sicherungsteil (28)
zusammengedrückten Kegelringe (18, 20) in Radialrichtung
verformen und die Welle (58; 59) des Drehteils innerhalb der
Geberwelle (8; 73) spannen.
2. Drehgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der
Hohlkehle (10; 90) ein zweites Paar entgegengesetzter Kegelringe
(24, 26) angeordnet ist, die durch ein hohlzylinderförmiges
Abstandsstück (22) vom ersten Paar Kegelringe (18, 20) getrennt
sind, wobei dieses Abstandsstück den durch das bewegliche
Element (16; 76) ausgeübte Druck auf beide Paare der Kegelringe
(18, 20; 24, 26) verteilt.
3. Drehgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
das bewegliche Element ein Puffer (16) ist, der durch einen
Gewindestift (32) mit flacher Spitze verschoben wird, der in einer
in der Geberwelle (8) oberhalb der Hohlkehle (10) vorgesehenen
axialen Gewindebohrung (30) eingeschraubt ist.
4. Drehgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Hohlkehle (90) eine durchgehende Hohlkehle ist und dass das
bewegliche Element eine im Oberteil der Geberwelle (73)
eingeschraubte Nutmutter (76) ist.
5. Drehgeber nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass
der Oberteil der Geberwelle (8; 73) mit Facetten (42; 74) zum
Eingriff eines Schlüssels (44; 80) versehen ist, der zum Einstellen
der Abwinklung und zum Arretieren der Drehung der Geberwelle
dient.
6. Drehgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Sicherungsteil (28) eine radiale Seegersicherung für Innenteile ist.
7. Drehgeber nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei jedes Paar Kegelringe einen Innenring (18; 24) mit einer
zylinderförmigen Innenfläche und einer kegelförmigen
Aussenfläche und einen Aussenring (20; 26) umfasst, der eine
kegelförmige Innenfläche zur Kupplung mit der Aussenfläche des
Innenringes (18; 24) und eine zylinderförmige Aussenfläche
aufweist.
8. Drehgeber nach Anspruch 7, wobei zur Unterstützung der radialen
Verformung der Kegelringe die Innenringe (18; 24) eine axial
verlaufende Stossfuge (19) aufweisen und die Aussenringe (20;
26) eine axiale Stossfuge (21) aufweisen, die den stetigen Verlauf
der Ringe unterbricht.
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