DE10311098A1

DE10311098A1 - Winkelmesseinrichtung und Verfahren zur Herstellung der Winkelmesseinrichtung

Info

Publication number: DE10311098A1
Application number: DE2003111098
Authority: DE
Inventors: Jürgen Hertenberger; Sebastian Brandl
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2023-03-08
Also published as: DE10311098B4; US20040211072A1; US7032317B2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Winkelmesseinrichtung mit einem eine abtastbare Messteilung aufweisenden flexiblen Band als Teilungsträger und einem eine Längsachse umschließenden, ringförmigen Trägerkörper, an dem der Teilungsträger ringförmig umlaufend festgelegt ist, wobei sich die Messteilung auf der Außenwand der durch den Trägerkörper und den Teilungsträger gebildeten Ringanordnung in Umfangsrichtung erstreckt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Teilungsträger an einer inneren Ringwand des Trägerkörpers festgelegt ist und dass der Trägerkörper den Teilungsträger in axialer Richtung nur teilweise überdeckt, so dass die Messteilung an der Außenwand der Ringanordnung abtastbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Winkelmesseinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung der Winkelmesseinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 20.

Eine derartige Winkelmesseinrichtung umfasst ein flexibles (insbesondere ein biegeelastisches, längssteifes) Band, z.B. in Form eines Stahlbandes, das als Teilungsträger eine mittels einer geeigneten Abtasteinheit (z.B. magnetisch oder optisch) abtastbare Messteilung aufweist, sowie einen eine Längsachse umgreifenden, ringförmigen, d.h. einen Ring oder einen Ringabschnitt bildenden, Trägerkörper, an dem der Teilungsträger ringförmig umlaufend, d.h. ebenfalls einen Ring oder einen Ringabschnitt bildend, festgelegt ist. Die Messteilung ist dabei derart auf der Außenseite des flexiblen Bandes angebracht, dass sich die Messteilung auf der Außenwand der aus dem Trägerkörper und dem Teilungsträger gebildeten Ringanordnung in Umfangsrichtung erstreckt.

Aus der DE 199 56 833 A1 ist es bekannt, ein spannbares Maßband mittels einer ein Spannschloss aufweisenden Spannvorrichtung am äußeren Umfang eines Rundtisches zu befestigen, wobei die beiden über das Spannschloss miteinander verbundenen freien Enden des Maßbandes derart auf Stoß gelegt sind, dass sich über den Stoß hinweg gerade eine Teilungsperiode ergibt.

Aus der EP 08 74 996 B1 ist eine Winkelmesseinrichtung bekannt, bei der ein Teilungsträger in Form eines Kunststoffringes eine durch Magnetpole gebildete Messteilung trägt und zusammen mit dieser mittels eines Käfigringes an der Außenwand eines ringförmigen Trägerkörpers in Form eines Basisringes festgelegt ist. Die mittels des Kunststoffringes und des Käfigringes an der Außenwand des Basisringes angeordnete Messteilung ist mit einer Abtasteinheit abtastbar, die die äußere Oberfläche der drehbaren, durch den Basisring, den Kunststoffring und den Käfigring gebildeten Ringanordnung abtastet.

In der DE 87 17 505 U1 ist eine Winkelmesseinrichtung beschrieben, bei der ein Impulsring an der äußeren Mantelfläche des Außenringes einer Radlagerung angeordnet ist. Die Befestigung des Impulsringes an der äußeren Mantelfläche des Außenringes erfolgt dadurch, dass die beiden freien Enden eines den Impulsring bildenden und zu einem Ring gebogenen Bandes miteinander verschweißt werden und der Impulsring auf den Außenring gepresst wird.

Für hochgenaue Winkelmesssysteme hat sich die Fixierung eines flexiblen Maßbandes an einem ringförmigen Körper bzw. einem Rundtisch, wie in der DE 199 56 833 A1 beschrieben, als besonders vorteilhaft erwiesen. Es besteht allerdings das Problem, dass der mit dem Spannschloss einhergehende erhöhte Platzbedarf bei bestimmten Anwendungen, insbesondere bei kleinen Winkelmesssystemen, nachteilig ist. Darüber hinaus kann die durch das Spannschloss gebildete Unwucht bei einer Drehbewegung des Trägers der Messteilung mit großen Drehzahlen zu einer hohen Lagerbelastung und somit einer geringen Lagerlebensdauer führen: Ferner ruft eine permanent Unwucht Exzentrizitäten hervor, die wiederum einen Messfehler erzeugen.

Die Verbindung der Enden eines Maßbandes durch Schweißen führt bei kleinen Durchmessern des Grundkörpers zu entsprechend großen Biegespannungen in der Schweißnaht, die deren Festigkeit beeinträchtigen. Darüber hinaus steht der Verwendung eines Schweißverfahrens bei der Schaffung eines hochgenauen Positionsmesssystems das Problem entgegen, dass sich durch die beim Schweißen auftretende Wärmeeinwirkung im Bereich der zu verschweißenden Bandenden die Länge der Teilungsperioden verändern kann.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Winkelmesseinrichtung zu schaffen, die eine auf der Außenseite einer durch einen ringförmigen Trägerkörper und einen Teilungsträger gebildeten Ringanordnung abtastbare Messteilung aufweist und die insbesondere für hochgenaue Winkelmesssysteme verwendbar ist.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Schaffung einer Winkelmesseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Danach ist der die Messteilung aufweisende Teilungsträger an einer inneren Ringwand des ringförmigen Trägerkörpers festgelegt, wobei der Trägerkörper den Teilungsträger in axialer Richtung nur teilweise überdeckt, so dass die Messteilung an der Außenwand der (durch den Teilungsträger und den Trägerkörper gebildeten) Ringanordnung abtastbar ist.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht bei einer an der äußeren Oberfläche einer Ringanordnung abtastbaren Messteilung eine einfache und zugleich für hochgenaue Messverfahren geeignete Festlegung des Teilungsträgers an einem ringförmigen Trägerkörper, wie sie bisher nur für auf der Innenwand abtastbare Winkelmesseinrichtungen möglich war, vergleiche DE 43 31 668 A1 .

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die mit der Fixierung eines Teilungsträgers an der inneren Ringwand eines ringförmigen Trägerkörpers einhergehenden Vorteile auch bei solchen Ringanordnungen genutzt werden können, bei denen die Messteilung an der Außenwand der Ringanordnung abtastbar sein soll, wenn der den Teilungsträger aufnehmende Trägerkörper so gestaltet ist, dass die mit der Messteilung versehenen Bereiche des Teilungsträgers für eine Abtasteinheit von der Außenseite der Ringanordnung her zugänglich sind. D.h., der Teilungsträger liegt nur mit solchen Bereichen an der inneren Ringwand des ringförmigen Trägerkörpers an, die nicht mit der Messteilung versehen sind, so dass die Messteilung nicht durch die innere Ringwand des ringförmigen Trägerkörpers überdeckt wird.

Mit anderen Worten ausgedrückt, verläuft die Messteilung auf derselben Oberfläche des Teilungsträgers, mit der der Teilungsträger an der inneren Ringwand des Trägerkörpers anliegt. Jedoch sind die an der inneren Ringwand des Trägerkörpers anliegenden Bereiche des Teilungsträgers frei von der Messteilung.

Die erfindungsgemäße Messeinrichtung hat den Vorteil, dass sie zur Winkelmessung auch in solchen Fällen geeignet ist, bei denen der Teilungsträger einen kleinen Durchmesser und dementsprechend eine große Krümmung aufweist und/oder mit hoher Drehzahl bewegt wird. Ferner ist die Messteilung dadurch besonders geschützt, dass der Teilungsträger gegenüber der Außenwand des ringförmigen Trägerkörpers nach Innen versetzt ist. Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich zur Anwendung sowohl bei einem Teilungsträger mit einer Inkrementalteilung als auch bei einem Teilungsträger mit einer codierten Messteilung, aus der absolute Positionsinformation gewonnen werden kann. Sofern auf dem Teilungsträger neben einer Inkrementalteilung zusätzlich eine Referenzspur vorgesehen ist, darf auch diese nicht von der inneren Ringwand des Trägerkörpers überdeckt sein.

Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich zudem bei beliebigen physikalischen Abtastprinzipien zur Abtastung der Messteilung anwenden, z. B. sowohl bei einer fotoelektrisch abtastbaren Messteilung als auch bei einer magnetisch abtastbaren Messteilung.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung überragt der Teilungsträger zumindest mit seinem mit der Messteilung versehenen Abschnitt den Trägerkörper in axialer Richtung.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist der Trägerkörper eine ringförmig umlaufende Aussparung mit einer solchen axialen Ausdehnung auf, dass sich die mit der Messteilung versehenen Abschnitte des Teilungsträgers hinter dieser Aussparung erstrecken und somit für eine an der Außenseite des Trägerkörpers angeordnete Abtasteinheit zugänglich ist.

Die Länge des Teilungsträgers und die Länge der inneren Ringwand des Trägerkörpers in Umfangsrichtung sind vorzugsweise derart aufeinander abgestimmt, dass der Teilungsträger spielfrei, insbesondere unter geringer Vorspannung, an der inneren Ringwand des Trägerkörpers anliegt. Dies ermöglicht eine Fixierung des Teilungsträgers an dem ringförmigen Trägerkörper, ohne dass die beiden Enden des flexiblen Teilungsträgers (Maßbandes) miteinander verschweißt oder mittels eines Schlosses miteinander verbunden werden müssten. Dies ermöglicht bei Verwendung eines kreisringförmigen Trägerkörpers insbesondere einen rotationssymmetrischen Aufbau der Ringanordnung ohne Bildung einer Unwucht. Besonders bevorzugt ist hierbei eine derartige Ausbildung des Teilungsträgers, dass dieser gegen die innere Ringwand des Trägerkörpers schnappbar ist, unter Ausnutzung des bekannten Knackfrosch-Effektes, vergleiche DE 43 31 668 A1 .

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird hierbei der Teilungsträger an der inneren Ringwand fremdmittelfrei ausschließlich durch die nach außen gegen die innere Ringwand gerichtete Eigenspannung festgelegt. Nach einer anderen Ausführungsform sind zusätzliche Befestigungsmittel, z. B. ein Klebemittel oder ein Lötmittel, zur Fixierung des Teilungsträgers an der inneren Ringwand vorgesehen.

Die erfindungsgemäße Lösung ist besonders vorteilhaft anwendbar, wenn der Teilungsträger durch ein zwischen zwei freien Enden erstrecktes Band gebildet wird, dessen Enden auf Stoß aneinander anliegen, wenn der Teilungsträger an der inneren Ringwand des Trägerkörpers festgelegt ist. Sie ist aber grundsätzlich auch anwendbar, wenn der Teilungsträger durch ein flexibles Endlosband gebildet wird.

Die erfindungsgemäße Lösung ist auch in dem Fall anwendbar, dass der Teilungsträger im montierten Zustand einen Ringabschnitt bzw. -sektor, also einen offenen Ring, bildet, der sich über einen Winkel von weniger als 360° entlang des Trägerkörpers erstreckt. Der Trägerkörper selbst kann in diesem Fall sowohl als ein geschlossener, die Längsachse der Anordnung vollständig umschließender Ring als auch als ein Ringabschnitt bzw. -sektor ausgebildet sein. In diesem Fall können sich die (in Umfangsrichtung der Ringanordnung) voneinander beabstandeten freien Enden des Teilungsträgers selbstverständlich nicht aneinander abstützen. Daher sind Anschlagflächen an dem Trägerkörper vorzusehen, zwischen denen der Teilungsträger eingeklemmt ist, so dass er unter seiner Eigenspannung (radial nach außen gerichteter Vorspannung) an der inneren Ringwand des Trägerkörpers anliegt. Die entsprechenden Anschlagflächen an der inneren Ringwand des Trägerkörpers können durch den Kopf eines an dem Trägerkörper fixierten Befestigungselementes, z.B. einen Schraubenkopf oder einen Nietkopf, gebildet werden. Ferner können entsprechende Anschlagflächen stoffschlüssig (z.B. durch Schweißen) an der inneren Ringwand des Trägerkörpers fixiert oder einstückig an dieser angeformt sein. Hinsichtlich weiterer Einzelheiten einer Winkelmesseinrichtung mit einem ringförmigen Teilungsträger, der sich nur über einen Ringsektor erstreckt, wird auf die EP 1 231 452 A2 verwiesen.

Zur axialen Fixierung des Teilungsträgers entlang einer Richtung weist der Trägerkörper mindestens einen Vorsprung auf, der von der inneren Ringwand des Trägerkörpers radial nach innen absteht und der vorzugsweise entlang der inneren Ringwand umlaufend ausgebildet ist.

Die durch den Trägerkörper und den hieran festgelegten Teilungsträger gebildete Ringanordnung wird derart an einer drehbar gelagerten Trommel, z.B. in Form eines Rundtisches, angeordnet, dass mittels einer zugeordneten stationären Abtasteinheit, die die Außenwand der Ringanordnung und damit die auf der Außenseite des Teilungsträgers vorgesehene Messteilung abtastet, der Drehwinkel der Trommel bestimmbar ist. Zur Fixierung der durch den Trägerkörper und den Teilungsträger gebildeten Ringanordnung an der drehbar gelagerten Trommel sind geeignete Befestigungsmittel, z. B. in Form eines Klebemittels und/oder in Form von Formschlusselementen vorgesehen. Gemäß einer Ausführungsform dient zur axialen und/oder radialen Fixierung der Ringanordnung ein zusätzlicher, an der Trommel befestigter Montagering. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist unmittelbar an der Trommel selbst ein Vorsprung angeformt, der zur axialen und/oder radialen Sicherung der durch den Trägerkörper und den Teilungsträger gebildeten Ringanordnung vorgesehen ist.

Ferner kann die Trommel eine umlaufende Aussparung zur Aufnahme eines abgewinkelten Abschnittes des Trägerkörpers aufweisen.

Ein Verfahren zur Herstellung (Montage) der erfindungsgemäßen Winkelmesseinrichtung ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 20 charakterisiert.

Danach wird der Teilungsträger an der inneren Ringwand des Trägerkörpers derart festgelegt, dass der Trägerkörper den Teilungsträger in axialer Richtung nur in solchen Bereichen überdeckt, die nicht mit der Messteilung versehen sind, so dass die Messteilung mittels einer geeigneten Abtasteinheit an der Außenwand der Ringanordnung abtastbar ist.

Die Festlegung des Teilungsträgers an der inneren Ringwand des Trägekörpers kann wahlweise fremdmittelfrei ausschließlich aufgrund der Eigenspannung des Teilungsträgers (also einer radial nach außen gerichteten Vorspannung) erfolgen oder auch unter Verwendung zusätzlicher Verbindungsmittel, wie z. B. eines Klebemittels.

Um den Teilungsträger mit seiner äußeren Oberfläche umlaufend gegen die innere Ringwand des Trägerkörpers zu legen, kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Teilungsträger nach Art einer „Knackfrosch-Montage" gegen die innere Ringwand geschnappt wird.

Um das Anlegen des Teilungsträgers gegen die innere Ringwand des Trägerkörpers zu erleichtern, kann der ringförmige Trägerkörper vor dem Festlegen des Teilungsträgers an dessen innerer Ringwand radial aufgeweitet werden. Hierbei kann vorgesehen sein, dass der Teilungsträger zunächst mit einander überlappenden freien Enden an die innere Ringwand des Trägerkörpers gelegt wird, dass der Trägerkörper anschließend, z. B. mittels einer mechanischen Aufweitevorrichtung, aufgeweitet wird, und dass sodann die freien Enden des Teilungsträgers auf Stoß gelegt werden. Wenn nach dieser Montage des Teilungsträgers an der inneren Ringwand des Trägerkörpers die Aufweitungsvorrichtung entnommen wird, dann gibt der ringförmige Trägerkörper unter seiner Eigenspannung nach innen etwas nach, d.h. sein Radius nimmt wieder geringfügig ab, so dass der Teilungsträger dann spielfrei an der inneren Ringwand des Trägerkörpers anliegt.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der Trägerkörper zur Vergrößerung des Radius erwärmt und im erwärmten Zustand des Trägerkörpers der Teilungsträger an die innere Ringwand des Trägerkörpers gelegt. Beim anschließenden Abkühlen und dem hiermit verbundenen thermischen Einschrumpfen des ringförmigen Trägerkörpers stellt sich die erforderliche Vorspannung des Teilungsträgers ein.

Umgekehrt kann der Teilungsträger radial nach innen verspannt werden, um diesem am Trägerkörper festzulegen.

Da die freien Enden des den Teilungsträger bildenden Bandes sich dem Krümmungsradius der Innenwand eines Trägerkörpers nicht ohne weiteres anpassen, ist es besonders bei kleinem Durchmesser des Trägerkörpers vorteilhaft, die freien Enden des Teilungsträgers vorzubiegen. Der Vorbiegeradius ist so zu wählen, dass sich bei der späteren Entspannung der freien Enden des Teilungsträgers eine Krümmung einstellt, die der Krümmung (d.h., dem Krümmungsradius) der inneren Ringwand des Trägerkörpers entspricht.

Nach der Festlegung des Teilungsträgers an der inneren Ringwand des Trägerkörpers wird die durch diese beiden Baugruppen gebildete Ringanordnung am äußeren Umfang derjenigen drehbaren Trommel festgelegt, deren Drehwinkel mittels der an der Ringanordnung vorgesehenen Messteilung bestimmt werden soll. Hierzu wird die am äußeren Umfang der Trommel verlaufende Messteilung mittels einer Abtasteinheit abgetastet, die stationär neben dem äußeren Umfang der Trommel mit geringem Abstand zur Messteilung angeordnet ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Figuren deutlich werden.

Es zeigen:
1a einen Querschnitt durch eine drehbar gelagerte Trommel, auf deren äußerer Mantelfläche ein Montagering angeordnet ist, der einen mit einer Messteilung versehenen Teilungsträger aufnimmt;
1b ein Detail aus 1a;
1c eine Draufsicht auf den Montagering und den Teilungsträger aus 1a zusammen mit einer Abtasteinheit zum Abtasten der Messteilung;
1d eine Draufsicht auf einen Ausschnitt des Teilungsträgers aus den 1a bis 1c;
1e eine Draufsicht auf einen Montagering und einen Teilungsträger gemäß 1c, wobei sich jedoch der Montagering und der Teilungsträger ringförmig über einen Winkel von etwas weniger 180° erstrecken;
2 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels aus 1a, bei dem zwei Montageringe zur Anordnung eines Teilungsträgers am äußeren Mantel der Trommel vorgesehen sind;
3a einen Querschnitt durch eine Spannvorrichtung zur Aufweitung des Montageringes aus 1a;
3b eine Draufsicht auf die Spannvorrichtung aus 3a;
3c eine Draufsicht auf eine Montagevorrichtung zum Verspannen des Teilungsträgers aus 1a in radialer Richtung nach innen;
3d einen Querschnitt durch die Anordnung aus 3c zusammen mit einem Teilungsträger und einem Montagering;
4 eine Vorrichtung zum Vorbiegen der Enden eines flexiblen Teilungsträgers.
In den 1a und 1b ist eine um eine Achse A drehbare Trommel 1 dargestellt, deren jeweiliger Drehwinkel mittels einer an der äußeren Mantelfläche 11 der durch einen ringförmigen Grundkörper 10 gebildeten Trommel 1 vorgesehenen (z.B. fortoelektrisch abtastbaren) Messteilung ermittelbar ist. Der Begriff „Trommel" bezeichnet dabei einen beliebigen, um seine Längsachse drehbaren Körper mit einer zylindrischen äußeren Kontur, dessen Drehwinkel mittels der Messteilung bestimmt werden soll.
Die Messteilung erstreckt sich auf der äußeren Oberfläche 30 eines mittels eines Montageringes 2 an der äußeren Mantelfläche 11 der Trommel 2 angeordneten Teilungsträgers 3 in Umfangsrichtung der Trommel 1. Dabei bilden der Montagering 2 und der Teilungsträger 3 eine vormontierte Baugruppe, die als vormontierte Ringanordnung an der äußeren Mantelfläche 11 der Trommel 1 befestigt ist. Diese Ringanordnung ist zudem separat in 1c dargestellt.
Der den Teilungsträger 3 aufnehmende Trägerkörper in Form eines Montageringes 2 umfasst einen ringförmigen Grundkörper 20 sowie einen von dem ringförmigen Grundkörper 20 radial nach innen abgewinkelten, umlaufenden Vorsprung 25, der zur axialen Fixierung des Teilungsträgers 3 dient. Der durch ein endliches, flexibles Band, z.B. ein Stahlband, gebildete Teilungsträger 3 liegt mit seiner äußeren Oberfläche 30 an der inneren Ringwand 21 des Grundkörpers 20 des Montageringes 2 an. Dabei steht der Teilungsträger 3 in axialer Richtung A auf der dem abgewinkelten Vorsprung 25 abgewandten Stirnseite des Montageringes 2 über dessen Grundkörper 20 über. Demnach ist also ein erster axialer Abschnitt 31 der äußeren Oberfläche 30 des Teilungsträgers 3 von dem Grundkörper 20 des Montageringes 2 überdeckt, während ein daran anschließender axialer Abschnitt 32 des Teilungsträgers 3 über den Grundkörper 20 des Montageringes 2 hinausragt und somit nicht von diesem überdeckt ist.
Der erste axiale Abschnitt 31 des Teilungsträgers 3 dient als Befestigungsabschnitt, in dessen Bereich der Teilungsträger 3 mit seiner äußeren Oberfläche 30 unter Eigenspannung an der inneren Ringwand 21 des Montageringes 2 anliegt. Zusätzlich zur Nutzung der Eigenspannung kann hier noch eine Verbindung zwischen dem Befestigungsabschnitt 31 des Teilungsträgers 3 und dem Montagering 2 durch ein Klebemittel oder ein sonstiges geeignetes Verbindungsmittel vorgesehen sein.
Der über den Grundkörper 20 des Montageringes 2 hinausragende zweite axiale Abschnitt 32 des Teilungsträgers 3 trägt die Messteilung bzw. die Messteilungen, die mittels einer hierfür vorgesehenen (stationären) Abtastbaueinheit 4 abtastbar sind. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Inkrementalspur und gegebenenfalls eine axial daneben angeordnete, zusätzliche Referenzspur handeln oder auch um eine Codespur mit absoluter Positionsinformation.
Anhand 1c ist beispielhaft dargestellt, dass der durch ein flexibles Band gebildete Teilungsträger 3 mit seiner äußeren Oberfläche 30 gegen die innere Ringwand 21 des Montageringes 2 schnappbar ist, und zwar unter Ausnutzung des sogenannten „Knackfrosch-Effektes". Dies bedeutet, dass nach dem Anlegen des Teilungsträgers 3 mit seiner äußeren Oberfläche 30 gegen die Innenwand 21 des Montageringes 2 aufgrund einer gewissen Überlänge des Teilungsträgers 3 sich zunächst ein Deformationsbereich D bildet, in dem der Teilungsträger 3 nicht an der inneren Ringwand 21 anliegt, sondern nach innen von diesem absteht. Indem dieser Deformationsbereich D des Teilungsträgers 3 radial (bezüglich der Mittelachse A) nach außen gegen die innere Ringwand 21 gedrückt wird, legt sich der flexible Teilungsträger 3 im Bereich seines Befestigungsabschnittes 31 mit seiner äußeren Oberfläche 30 unter Vorspannung gegen die innere Ringwand 21. Die hierbei erzeugte Eigenspannung kann bereits ausreichend sein für eine dauerhafte Fixierung des Teilungsträgers 3 am Montagering 2. Es können aber auch weitere Verbindungsmittel verwendet werden, um den Befestigungsabschnitt 31 des Teilungsträgers 3, z. B. mittels Kleben, zusätzlich an der inneren Ringwand 21 des Montageringes 2 zu befestigen. Durch die zusätzliche Fixierung des Teilungsträgers 3 am Montagering 2 mittels Kleben oder dergleichen kann insbesondere eine Relativbewegung zwischen dem Teilungsträger 3 und dem Montagering 2 bei dynamischem Wechselbetrieb verhindert werden.
Die aus dem Montagering 2 und dem Teilungsträger 3 bestehende Ringanordnung wird sodann als vormontierte Baugruppe an der äußeren Mantelfläche 11 der Trommel 1 durch axiales Aufschieben angeordnet und befestigt. Hierfür greift der nach innen abgewinkelte Vorsprung 25 des Montageringes 2 in eine entsprechende Aussparung 15 des Grundkörpers 10 der Trommel 1 und der Teilungsträger 3 untergreift mit einem dritten axialen Abschnitt 33, der sich in axialer Richtung an den mit der Messteilung versehenen Abschnitt 32 anschließt eine an der äußeren Mantelfläche 11 der Trommel 1 ausgebildete Rastnase 13. Hierbei kann die aus dem Montagering 2 und dem Teilungsträger 3 bestehende Ringanordnung zusätzlich durch Kleben, Löten oder sonstige geeignete Verbindungsmittel an der äußeren Mantelfläche 11 der Trommel 10 befestigt sein.
Im Ergebnis bildet nach Abschluss der Montage die auf der Außenseite des zweiten axialen Abschnitts 32 des Teilungsträgers 3 vorgesehene Messteilung einen Bestandteil der Außenwand der durch den Montagering 2 und den Teilungsträger 3 gebildeten Ringanordnung, so dass die Messteilung durch eine auf der Außenseite der Trommel 1 angeordnete Abtasteinheit 4 zur Ermittlung der Winkelposition der Trommel 1 abtastbar ist. Gleichzeitig ist der Teilungsträger 3 mit seiner äußeren Oberfläche 30 an der inneren Ringfläche 21 des Montagerings 2 festgelegt. Dies wird dadurch erreicht, dass nur ein axialer Abschnitt 31 der äußeren Oberfläche 30 des Teilungsträgers 3 zur Befestigung des Teilungsträgers 3 an der inneren Ringwand 21 verwendet wird, während ein weiterer, axial über den Montagering 2 hinausreichende Abschnitt 32 auf der Außenseite mit der abzutastenden Messteilung versehen ist.
Anhand der in 1d dargestellten Draufsicht auf einen Abschnitt des Teilungsträgers 3 wird deutlich, dass sich auf dem zweiten, mittleren axialen Abschnitt 32 des Teilungsträgers 3 eine Inkrementalspur 35 mit einer periodischen Messteilung sowie eine Referenzmarkenspur mit mindestens einer Referenzmarke 36 erstrecken, die im montierten Zustand des Teilungsträgers 3 am Montagering 2 jeweils auf der äußeren Oberfläche 30 des Teilungsträgers 3 in Umfangsrichtung (um die Längsachse A) verlaufen (vgl. 1a und 1b). Die beiden weiteren axialen Abschnitte 31, 33 des Teilungsträgers 3 sind jeweils frei von Elementen der Messteilung und können daher zu Zwecken der Befestigung, wie in 1a und 1b dargestellt, von der inneren Ringwand 21 des Montageringes 2 bzw. der Rastnase 13 der Trommel 1 übergriffen werden, ohne dass die Funktion der Messteilung (Inkrementalspur 35) oder der zugeordneten Referenzmarkenspur (mit Referenzmarken 36) beeinträchtigt würde.
1e zeigt in Abwandlung des Ausführungsbeispiels aus den 1a bis 1c einen Montagering 2' und einen Teilungsträger 3', die sich in Umfangsrichtung U der Ringanordnung jeweils nur über einen Winkel von deutlich weniger als 360°, nämlich einen Winkel von knapp unter 180° erstrecken. Zur Festlegung des Teilungsträgers 3' am Montagring 2' unter Eigenspannung (radial nach außen gerichteter Vorspannung) sind hierbei zwei Anschläge 26, 27 an den beiden (in Umfangsrichtung äußeren) Enden des Montageringes 2' vorgesehen, an denen sich die freien Enden des Teilungsträger 3' abstützen. Diese Anschläge 26, 27 werden durch radial nach innen abstehende Vorsprünge der inneren Ringwand 21 des Montageringes 2' gebildet. Die entsprechenden Vorsprünge können beispielsweise einstückig an der inneren Ringwand 21 angeformt oder stoffschlüssig (insbesondere durch Schweißen) mit dieser verbunden sein. Ferner können an dem Montagering 2' Befestigungsmittel, zum Beispiel in Form einer Schraube oder eines Nietes angeordnet sein, die die entsprechenden Anschläge bilden. Für weitere Einzelheiten hinsichtlich einer Winkelmesseinrichtung, bei der sich der Teilungsträger über einen Winkel von weniger als 360° erstreckt, sei auf die EP 1 231 452 A2 verwiesen.
Abgesehen von der Ausdehnung des Montageringes 2' und des Teilungsträgers 3' in Umfangsrichtung stimmt die in 1 e dargestellte Ringanordnung identisch mit der anhand der 1a–1c erläuterten überein.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass die Ausdehnung des Teilungsträgers 3' in Umfangsrichtung U über einen Winkel von weniger als 360° keineswegs eine entsprechend verminderte Ausdehnung des Montageringes 2' in Umfangsrichtung bedingt. Selbstverständlich kann auch ein in Umfangsrichtung vollständig umlaufender Montagering 2 (wie in den 1a und 1c dargestellt) mit einem in Umfangsrichtung nur entlang eines Sektors umlaufenden Teilungsträger 3' (wie in 1e dargestellt) kombiniert werden.
Falls die Anschläge 26, 27, die zum Abstützen der freien Enden des Teilungsträgers 3' dienen, in radialer Richtung weiter nach innen ragen sollen, als es der Dicke des Teilungsträgers 3 entspricht, um vergrößerte Anschlagsflächen zur Verfügung zu stellen, so müsste die Trommel 1 in diesem Bereich eine in Umfangsrichtung umlaufende Freisparung, zum Beispiel in Form einer Freidrehung, aufweisen.
2 zeigt eine Abwandlung der Messeinrichtung aus 1a, wobei der Unterschied darin besteht, dass zur Fixierung der durch den Montagering 2 und den Teilungsträger 3 gebildeten Ringanordnung auf der äußeren Mantelfläche 11 der Trommel 1 anstelle einer am Grundkörper 10 der Trommel 1 angeformten Nase (wie in den 1a und 1b) ein zweiter Montagering 2a dient, der in einer Aussparung 16 des Grundkörpers 10 der Trommel 1 eingelegt ist und der mit einer Rastnase 23 den dritten axialen Abschnitt 33 des Teilungsträgers 3 übergreift. Dementsprechend ist bei diesem Ausführungsbeispiel jedem der beiden axialen Abschnitte 31, 33 des Teilungsträgers 3, die beidseits des mit der Messteilung versehenen axialen Abschnittes 32 angeordnet sind, ein Montagering 2 bzw. 2a zugeordnet. Der zusätzliche Montagering 2a kann wahlweise vor oder nach dem Aufschieben der aus dem ersten Montagering 2 und dem Teilungsträger 3 bestehenden, vormontierten Ringanordnung auf die äußere Mantelfläche der Trommel 1 an der Trommel befestigt werden.
In den 3a und 3b ist eine Einrichtung 5 zum Aufweiten des Montageringes 2 dargestellt. Diese umfasst eine zentrale Betätigungseinrichtung 50, mittels der nach dem Keilprinzip insgesamt vier Spannböcke 51, 52, 53 54 radial (bezüglich einer zentralen Spannachse S) nach außen verschiebbar sind. Jeder dieser Spannböcke 51, 52, 53, 54 überstreicht mit seiner äußeren Oberfläche ein Kreissegment von knapp 90° und liegt mit dieser einen viertel Kreis bildenden äußeren Oberfläche über den Teilungsträger 3 an der inneren Ringfläche 21 des Grundkörpers 20 des Montageringes 2 an. Es wird also zunächst der Teilungsträger 3 in den Montagering 2 eingelegt, bevor die Einrichtung 5 zum Aufweiten des Montageringes zur Anwendung kommt. Hierbei ist der Teilungsträger 3 zunächst derart in den Montagering 2 eingelegt, dass die beiden freien Enden des Teilungsträgers 3 überlappen. D. h., der Teilungsträger 3 ist zunächst nur provisorisch am Montagering 2 aufgenommen, wobei er sich radial an der inneren Ringwand 21 und axial an dem nach innen abgewinkelten Vorsprung 25 abstützt. In diesem Zustand wird dann die Einrichtung 5 zur Aufweitung des Montageringes 2 in dessen inneren Ringraum eingeführt. Für die einander überlappenden Enden des Teilungsträgers 3 ist hierbei eine entsprechende Freisparung F vorgesehen.
Anschließend werden die Spannböcke 51, 52, 53, 54 radial nach außen bewegt, wobei der Montagering 2 im Bereich seines Grundkörpers 20 soweit aufgeweitet wird, bis die zuvor überlappenden Enden des flexiblen Teilungsträgers 3 gerade auf Stoß geraten. Der Teilungsträger 3 liegt dann unter radialer Vorspannung nach außen an der inneren Ringwand 21 des Montageringes 2 an.
Die Verwendung eines solchen Montageringes zur Festlegung des Teilungsträgers 3 an der inneren Ringwand 21 des Montageringes 2 ist insbesondere dann vorzusehen, wenn bei vergleichsweise kleinen Durchmessern des Montageringes 2 die Festlegung des Teilungsträgers 3 an der inneren Ringwand 21 des Montageringes 2 nicht oder nur unter Schwierigkeiten möglich ist. Dies gilt typischerweise bei Durchmessern von weniger als 200 mm.
Alternativ zur Aufweitung des Montageringes 2 mittels einer mechanischen Einrichtung 5 kann der Montagering 2 auch durch Erwärmung aufgeweitet und anschließend der flexible Teilungsträger eingelegt werden, so dass dessen Enden auf Stoß liegen. Beim darauf folgenden Abkühlen des Montageringes 2 verringert sich dessen Durchmesser wieder und es stellt sich die erforderliche Vorspannung des flexiblen Teilungsträgers nach außen ein.
Anstelle einer Aufweitung des Montageringes 2 kann umgekehrt vorgesehen sein, den Teilungsträger 3 gemäß den 3c und 3d mittels einer Einrichtung 7 in Form einer Spannvorrichtung nach innen zusammenzuspannen, so dass der Teilungsträger 3 unter Vorspannung in den Montagering 2 eingeführt werden kann, vergl. 3d. Die Spannvorrichtung 7 wird anschließend entspannt und kann abgezogen werden.
4 zeigt eine Einrichtung 6 zum Vorbiegen der Endabschnitte 3a, 3b eines flexiblen Teilungsträgers 3 vor dem Einlegen des flexiblen Teilungsträgers 3 in einen entsprechenden Montagering. Dabei wird der Teilungsträger 3 im Bereich seiner freien Enden 3a, 3b jeweils an einen, zylindrischen Grundkörper 60 angelegt, dem ein Stempel 61 mit einer einen Zylinderabschnitt bildenden Stempelfläche 62 zugeordnet ist. Indem der jeweilige Stempel 61 mit seiner Stempelfläche 62 unter Zwischenlage des jeweiligen Endabschnittes 3a, 3b gegen den zugeordneten Grundkörper 60 der Biegeeinrichtung geführt wird, werden die Endabschnitte 3a, 3b des flexiblen Teilungsträgers 3 auf einen Krümmungsradius vorgebogen, der durch den Radius des zylinderförmigen Grundkörpers 60 bestimmt ist. Der Vorbiegeradius wird so gewählt, dass sich bei Entspannung der Maßbandenden nach dem Einlegen in einen Montagering ein dem Radius des Montageringes entsprechender Krümmungsradius einstellt.

Claims

Winkelmesseinrichtung mit – einem eine abtastbare Messteilung aufweisenden flexiblen Band als Teilungsträger und – einem eine Längsachse umgreifenden, einen Ring oder einen Ringabschnitt bildenden Trägerkörper, an dem der Teilungsträger derart festgelegt ist, dass sich die Messteilung auf einer Außenwand der durch den Trägerkörper und den Teilungsträger gebildeten Ringanordnung in Umfangsrichtung erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilungsträger (3, 3') an einer inneren Ringwand (21) des Trägerkörpers (2, 2') festgelegt ist und dass der Trägerkörper (2, 2') den Teilungsträger (3, 3') in axialer Richtung (A) nur teilweise überdeckt, so dass die Messteilung (35) an der Außenwand der Ringanordnung (2, 3; 2', 3') abtastbar ist.
Winkelmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (2, 2') kreisringförmig ausgebildet ist, so dass er einen Kreisring oder einen Abschnitt eines Kreisringes bildet.
Winkelmesseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilungsträger (3, 3') den Trägerkörper (2, 2') in axialer Richtung (A) überragt.
Winkelmesseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (3, 3') eine umlaufende Öffnung mit einer vorgegebenen axialen Ausdehnung aufweist, hinter der sich die Messteilung in Umfangsrichtung erstreckt.
Winkelmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Teilungsträger (3, 3') auf der inneren Ringwand (21) des Trägerkörpers (2, 2') entlang deren gesamter Länge in Umfangsrichtung erstreckt.
Winkelmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Teilungsträgers (3, 3') und die Länge der inneren Ringwand (21) des Trägerkörpers (2, 2') in Umfangsrichtung derart aufeinander abgestimmt sind, dass der Teilungsträger (3, 3') spielfrei an der inneren Ringwand (21) des Trägerkörpers (2, 2') anliegt.
Winkelmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilungsträger (3, 3') an der inneren Ringwand (21) durch Eigenspannung festgelegt ist.
Winkelmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilungsträger (3, 3') an der inneren Ringwand (21) durch zusätzliche Befestigungsmittel, z. B. durch ein Klebemittel, festgelegt ist.
Winkelmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilungsträger (3, 3') gegen die innere Ringwand (21) schnappbar ist.
Winkelmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilungsträger (3) durch ein zwischen zwei Enden (3a, 3b) erstrecktes endliches Band gebildet wird, dessen Enden (3a, 3b) auf Stoß liegen, wenn der Teilungsträger (3) an der inneren Ringwand (21) des Trägerkörpers (2) festgelegt ist.
Winkelmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilungsträger (3') einen Ringabschnitt bildet, der sich in Umfangsrichtung (U) über einen Winkel von weniger als 360° erstreckt.
Winkelmesseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Teilungsträger (3') mit seinen beiden freien Enden in Umfangsrichtung (U) an jeweils einem Anschlag (26, 27) des Trägerkörpers (2') abstützt.
Winkelmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (2, 2') mindestens einen, vorzugsweise umlaufenden, Vorsprung (25) zur axialen Fixierung des Teilungsträgers (3, 3') aufweist.
Winkelmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Teilungsträger (3, 3') eine Abtasteinheit (4) zum Abtasten der Messteilung (35) zugeordnet ist und dass die Abtasteinheit (4) zum Abtasten eines axialen Bereiches (32) der Außenwand der aus dem Trägerkörper (2, 2') und dem Teilungsträger (3, 3') gebildeten Ringanordnung vorgesehen und angeordnet ist.
Winkelmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Trägerkörper (2, 2') und den Teilungsträger (3, 3') gebildete Ringanordnung an einer drehbar gelagerten Trommel (1) angeordnet ist.
Winkelmesseinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringanordnung (2, 3; 2', 3') unter Verwendung zusätzlicher Befestigungsmittel, z. B. eines Klebemittels und/oder von Formschlusselementen (13, 23) an der Trommel (1) fixiert ist.
Winkelmesseinrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlicher Montagering (2a) zur axialen und/order radialen Sicherung der Ringanordnung (2, 3; 2', 3') vorgesehen ist.
Winkelmesseinrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein an der Trommel (1) angeformter Vorsprung (13), der vorzugsweise entlang des äußeren Umfangs der Trommel umläuft, zur axialen und/oder radialen Sicherung der Ringanordnung (2, 3; 2', 3') vorgesehen ist.
Winkelmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommel (1) eine Aussparung (15) zur Aufnahme eines abgewinkelten Abschnittes (25) des Trägerkörpers (2, 2') aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Winkelmesseinrichtung, bei dem ein Teilungsträger in Form eines eine abtastbare Messteilung aufweisenden flexiblen Bandes an einem einen Ring oder einen Ringabschnitt bildenden Trägerkörper derart festgelegt wird, dass sich die Messteilung auf der Außenwand der aus dem Trägerkörper und dem Teilungsträger gebildeten Ringanordnung in Umfangsrichtung erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilungsträger (3, 3') an der inneren Ringwand (21) des Trägerkörpers (2, 2') festgelegt wird, wobei der Trägerkörper (2, 2') den Teilungsträger (3, 3') in axialer Richtung nur teilweise überdeckt.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilungsträger (3, 3') an der inneren Ringwand (21) fremdmittelfrei durch Eigenspannung festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilungsträger (3, 3') gegen die innere Ringwand (21) geschnappt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (2, 2') vor dem Festlegen des Teilungsträgers (3, 3') radial aufgeweitet wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilungsträger (3) zunächst mit einander überlappenden freien Enden an die innere Ringwand (21) des Trägerkörpers (2) gelegt wird und dass bei dem Aufweiten des Trägerkörpers (2) die freien Enden des Teilungsträgers (3) auf Stoß geraten.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (2, 2') mittels einer mechanischen Einrichtung (5) aufgeweitet wird.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (2, 2') durch Erwärmen aufgeweitet wird.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilungsträger (3, 3') beim Abkühlen und Einschrumpfen des Trägerkörpers (2, 2') eine definierte Eigenspannung einnimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20–22, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilungsträger (3, 3') vor dem Festlegen an dem Trägerkörper (2, 2') radial nach innen verspannt wird.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilungsträger (3, 3') mittels einer mechanischen Einrichtung (7) radial nach innen verspannt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Enden (3a, 3b) des Teilungsträgers (3, 3') vor dem Anlegen des Teilungsträgers (3, 3') gegen die innere Ringwand (21) des Trägerkörpers (2, 2') vorgebogen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Festlegung des Teilungsträgers (3, 3') an der inneren Ringwand (21) des Trägerkörpers (2, 2') die durch den Trägerkörper (2, 2') und den Teilungsträger (3, 3') gebildete Ringanordnung auf einer drehbaren Trommel (1) angeordnet, insbesondere auf diese aufgeschoben wird, und mit dieser verbunden wird.