DE1513360C - Elektromechanischer rotatonscher Impulsgeber fur Zahlverfahren mittels des Inkrementalverfahrens sowie dessen Verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromechanischen rotatorischen Impulsgeber für Zählverfahren mittels des Inkrementalverfahrens. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine spezielle Verwendung dieses Impulsgebers.

In der modernen Automatisierungstechnik geht man immer mehr dazu über, auf numerischem Wege zu steuern oder zu regeln. Das bedeutet, daß man die auftretenden Meß- und Steuergrößen entsprechend der erforderlichen Genauigkeit digital zerlegt. Beispielsweise kann man bei der Steuerung des Schlittens einer Werkzeugmaschine bei einer erforderlichen Genauigkeit von 0,01 mm einen angenommenen erforderlichen Weg des Schlittens von 134,17 mm in 13 417 Einzelschritte zerlegen. Wenn dann ein Impulsgeber bei jeder Verschiebung des Schlittens um 0,01 mm einen Impuls abgibt, kann die Endstellung des Schlittens genau über einen Endzähler gesteuert werden, der nach der vorgegebenen Impulszahl die Schlittenbewegung beendet. Auf diese Weise kann man genaue Profile ohne Meßlehre, sondern allein nach einem Zahlenprogramm, mit einer Werkzeugmaschine herstellen. Entsprechend kann man bei Regelschaltungen Zahlengrößen digital in eine bestimmte Anzahl von Einzelimpulsen auflösen. Unter dem sogenannten Inkrementalverfahren versteht man speziell solche Zählverfahren, bei denen jede Position nur durch den Zuwachs der vorhergehenden bestimmt wird (Literatur zum gesamten Themenkreis: A: Wilhelm Simon, »Die numerische Steuerung von Werkzeugmaschinen«, Karl-Hanser-Verlag, München, 1963).

Eine Hauptschwierigkeit bei dem Inkrementalverfahren, bei dem jede.Messung in einer Kettenbildung auf der vorhergehenden aufbaut, besteht darin, daß nicht durch irgendwelche Störungsquellen vom Impulsgeber Fehlsignale, insbesondere zusätzliche Falschsignale, an den Zähler übermittelt werden, die zu einem völlig falschen Ergebnis der Steuerung oder Regelung führen würden (A, S. 38, Mitte).

Bei der geschilderten Steuerung eines Werkzeugschlittens wäre es an sich am naheliegendsten, einen ebenfalls translatorisch arbeitenden Impulsgeber zu verwenden. Derartige Impulsgeber sind jedoch im allgemeinen sehr aufwendig und teuer. Man hilft sich daher im allgemeinen damit, daß man mit einem rotatorischen Impulsgeber arbeitet, dessen Meßimpulse von der Umdrehung der Vorschubspindel des Arbeitsschlittens abgeleitet werden. Wenn dabei auch im Rahmen des Spiels der Vorschubmechanik Fehler auftreten können, so ist doch ein rotatorischer Impulsgeber im allgemeinen viel einfacher aufzubauen (A, S. 40 oben). In vielen anderen Anwendungsfällen, wie z. B. bei Drehzahlregelungen, ist ein rotatorischer Impulsgeber von vornherein angemessen (vgl. auch ETZ-A, Bd. 83, H. 12, 4. Juni 1962, S. 381 bis 387).

Wegen ihres bekannten einfachen Aufbaus verwendet man gelegentlich als Impulsgeber auch elektromechanische Ausführungen mit Kollektorsystem, wie sie bei Gleichstrommaschinen benutzt werden (A, S. 49). Diese elektromechanischen Ausführungen haben jedoch bisher nur dann zu einem einigermaßen brauchbaren Ergebnis geführt, wenn die Kollektorteilung und die Bürsten verhältnismäßig groß und kräftig gewählt wurden. Bei allen bisher bekannten elektromechanischen Impulsgebern hat jedoch bisher ein Prellen der Kontakte zu einer Impulsvervielfachung geführt, und die Falschimpulse konnte bisher nur durch komplizierte Schaltungen unschäc lieh gemacht werden (A, S. 48). Die allgemeine Ter denz geht daher jetzt zur Verwendung berührungslc arbeitender, wie photoelektrischer, kapazitiver ode induktiver Impulsgeber (A, S. 49 bis 53), die jedoc recht kompliziert aufgebaut und teuer sind. Untc den besonders anfälligen Bedingungen des Inkrc mentalverfahrens und bei vergleichbaren empfind liehen numerischen Steuerungen kommen nach der zur Zeit vorliegenden Stand der Technik elektrc magnetische Impulsgeber, die nicht mit komplizierte] Störimpulsünterdrückungsschaltungen versehen sine überhaupt nicht in Betracht (A, S. 73, Kap. 3.1.5 Ziff. 1 bis 5).

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen einfach aufgebauten elektromechanischei Impulsgeber für Zählverfahren mittels des Inkre mentalverfahrens zu schaffen, der praktisch ohni Impulsvervielfachung, z. B. durch Prellen an dei Kontakten, arbeitet, um so unter Inkaufnahme de: bei einem mechanischen Impulsgeber naturgemäß vorhandenen Abnutzungserscheinungen doch einer für viele praktische Anwendungsfälle völlig ausreichenden Impulsgeber wesentlich geringeren Preise: zur Verfügung haben zu können.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung vor einer bisher als Wegegeber bekannten Gattung eine: rotatorischen Impulsgebers aus, bei dem zwei ringförmige harte und glatte Kontaktbahnen jeweils mi; derselben Geberwelle koaxial und dieser zugewandi sind und in Eingriff mit je einem federnd andrückenden Schleifkontakt stehen, der jeweils von einem mii der Geberwelle drehfest verbundenen Haltearm getragen ist, wobei die Kontaktfläche der einen (ersten) Kontaktbahn aus in Bahnrichtung abwechselnden Abschnitten elektrisch isolierenden und leitfähigen Materials besteht und wobei ein Schleifring mit mit der Geberwelle koaxialer Kontaktfläche aus in Bahnrichtung durchgehend leitfähigem Material vorgesehen ist, an der ein federnd andrückender Schleifkontakt angreift (vgl. Zeitschrift »Technische Rundschau«, 1958, Nr. 28, S. 11, Sp. 1 und 2 und Bild 19 sowie Zeitschrift »Die elektrische Ausrüstung«, 1964, Nr. 2, S. 56 und 57, Ziff. 3.1 und Bild 3).

Bei diesen bekannten rotatorischen Wegegebern müssen die Umfangslängen beider Kontaktbahnen identisch sein, wodurch ihre Anordnung in einer Ebene unmöglich und der bauliche Aufwand schon deshalb relativ groß ist. Außerdem arbeiten sie in konventioneller Weise mit Bürste und Schleifring und zeigen daher von vornherein die weiter oben erörterten Nachteile.

Solche und andere elektromechanische rotatorische Impulsgeber mit üblichem Kollektor- und Bürstenaufbau sind jedoch schon wegen der verwendeten, doch noch relativ weichen Materialien, wie Kollektoren aus Kupfer und Bürsten aus Graphit, nur unbefriedigend verwendbar, da in kürzester Zeit eine zu Falschimpulsen führende Abnutzung auftritt. Als weitere, sehr hartnäckige Störimpulsquelle erweisen sich Fremdschichten, wie Korrosionsschichten, an der Kontaktoberfläche, deren Durchschlagung jeweils zu Falschimpulsen führt.

Die Erfindung macht sich demgegenüber die Erkenntnis zunutze, daß an sich bekannte Bauprinzipien von auf den Anmelder zurückgehenden Drehschaltern gemäß den deutschen Patentschriften 1229

und 1196 764 vorteilhaft zur Schaffung eines von Fälschimpulsen praktisch freien elektromechanischen Impulsgebers verwendet werden können. Hingewiesen ■\vird auch noch auf das deutsche Patent 1135 077 •dös Anmelders.

Nach der Erfindung ist demgemäß zum Lösen der genannten Aufgabe ein Impulsgeber der eingangs beschriebenen Gattung durch die an sich bekannten Merkmale gekennzeichnet,' daß die zweite Kontaktbahn (Sammelkontaktbahn) die Kontaktfläche des Schleifringes ist und gegenüber der ersten Kontaktbahn mit unterschiedlichem Radius angeordnet ist, die an den beiden Kontaktbahnen angreifenden Schleifkontakte harte Kontaktschuhe mit gegenüber äem elektrisch leitenden Material der zugehörigen Kontaktbahn geringer Berührungsspannung sind, und beide Kontaktschuhe jeweils über eine gegen die Kontaktbahn^: elastisch vorgespannte Blattfeder von demselben radialen Haltearm getragen und längs •dieses Haltearms elektrisch überbrückt sind.

Die Erfindung sieht ferner die Verwendung dieses Impulsgebers speziell für numerische Steuerungen und Regelungen vor.

Die Erfindung ermöglicht durch ihre spezielle Kontaktpaarung und Geometrie eine für praktische Verhältnisse zuverlässige Unterdrückung von Mehrfachimpulsen. Die harten Kontaktschuhe prellen nicht und gewährleisten in geeigneter Materialpaarung große Langlebigkeit, wegen der Wahl einer Materialpaarung geringer Berührungsspannung treten auch kaum materialbedingte Störimpulse auf, durch die Ineinanderschachtelungsmöglichkeit der Bahnen läßt sich eine gedrungene preisgünstige Bauweise erreichen, und schließlich werden die Kontaktschuhe noch im Betrieb des Impulsgebers durch die Zentrifugalkraft an die Kontaktbahn angedrückt. Der letztgenannte, gegenüber der Vermeidung der üblichen Kollektor-Bürstenkonstruktion jedoch relativ sekundäre Vorteil ist bei einem bekannten rotatorischen digitalen Drehwinkelanzeigegerät mit üblicher Kollektor-Bürstenkonstruktion auch nicht gegeben (vgl. Zeitschrift »Automatik«, 1964, S. 176, Ziff. 3.2.3.1 und Bild 20). Außerdem benötigt das bekannte ■Gerät noch einen mit der Welle zusammenwirkenden konventionellen Schleifkontakt.

Eine baulich besonders einfache, zuverlässige und gedrungene Gestaltung ergibt sich, wenn beide Kontaktbahnen in derselben Radialebene der Geberwelle angeordnet sind.

Meist wird man eine Mehrzahl oder Vielzahl der elektrisch leitenden Kontaktabschnitte gleichmäßig über den Umfang der Kontaktbahn verteilen, wie es an sich bereits bei den weiter oben besprochenen bekannten rotatorischen Wegegebern oder dem bekannten Drehwinkelanzeigegerät vorgesehen ist. Eine andere bedeutungsvolle Möglichkeit, beispielsweise zur Drehzahlregelung, besteht darin, daß die den elektrischen Kontaktabschnitt aufweisende Kontaktbahn unabhängig von der Drehwelle kontinuierlich drehbar ist. Eine praktische Anwendung besteht beispielsweise bei Gleichlaufsteuerungen, etwa in der Papiertechnik zur Regelung der Papierbahnvorspannung auf einen festen Wert durch Gleichlaufsteuerung verschiedener Antriebsmotoren. Bei Gleichlauf läßt man den Kontaktarm und die den Einzelkontakt oder die Einzelkontakte enthaltende Kontaktbahn mit vorgegebener Drehzahldifferenz, vorzugsweise 0, Totieren. Bei Gleichlaufabweichung entsteht dadurch, daß der Kontaktarm den Kontakt der Kontaktbahn einholt oder verläßt ein Regelsignal, das zur Rückregelung auf den Sollwert ausgenutzt werden kann. Es kann sowohl ein Signalausfall oder erst ein bei Abweichung auftretendes Signal oder eine Signalfrequenzänderung zur Regelung ausgenutzt werden. In erster Linie besprochen sei im folgenden jedoch die Ausführungsform mit einer Vielzahl von über den Umfang der Kontaktbahn verteilten Kontaktabschnitten, mit denen bereits bei einer kleinen Winkeldrehung der Geberwelle jeweils ein Einzelimpuls, etwa für eine numerische Steuerung oder Regelung, erhalten werden kann. Die im folgenden erwähnten Bauprinzipien können jedoch auch sinngemäß bei einem Impulsgeber für die obengenannte Gleichlaufsteuerung verwendet werden. Die mit einer Mehrzahl von Kontäktabschnitten versehenen Impulsgeber gemäß der Erfindung zeichnen sich dadurch aus, daß die verschiedenen elektrischen Kontaktabschnitte alle untereinander unmittelbar elektrisch verbunden sind.

Weitere Besonderheiten der Impulsgeber gemäß der Erfindung werden am besten an einer Besprechung der in den sonstigen Unteransprüchen beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen klar.

Als Kontaktschuhmaterial wird generell ein Hartmetall verwendet. Besonders bewährt hat sich Wolfram, gegebenenfalls mit einer Oberflächenschicht aus Gold. Gegebenenfalls können auch reines Gold oder Platin zur Anwendung kommen, was jedoch wegen des hohen Preises und der doch relativen Weichheit dieser Metalle weniger bevorzugt wird.

Die Kontaktbahn soll im Sinne der Lehre der deutschen Patentschrift 1196 764 möglichst nur eine geringe oder keine Berührungsspannung gegenüber dem Kontaktschuh haben. Sonst kann allein die Berührungsspannung (bzw. Galvanispannung) im Zähler Falschimpulse hervorrufen. Eine sehr gute Kontakthärte erhält man, wenn auch das Material der Kontäktbahn ganz oder im wesentlichen aus Wolfram, vorzugsweise mit einer Oberflächenschicht aus Gold, besteht. Diese Oberflächenschicht braucht nur 2 bis 5 μ dick zu sein und kann auf das Grundmaterial der Kontaktbahn aufgedampft oder aufgalvanisiert sein. Bei einem im wesentlichen aus Wolfram bestehenden TEContaktbähnmaterial ist keine Deformation der Kontaktbahn zu erwarten, so daß sich die aufgebrachte Goldschicht nicht lösen kann. Statt reinem Wolfram kommt als wesentlich preisgünstiger in Frage auch eine Bauweise, bei der das leitende Material der Kontaktbahn zusammengesintert ist, vorzugsweise als eine Wolfram-Silber-Legierung im Verhältnis von etwa 80 : 20.

Die Sammelkontaktbahn kann durch Drücken von Wolfram-Blech bei 800 bis 1000° C hergestellt werden.

Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn die elektrisch leitenden Kontaktabschnitte an einem Kollektorring ausgebildet sind und zum Bilden der Kollektorbahn mit Abschnitten eines äußeren Bauteils aus elektrisch nicht leitendem Material verzahnt sind, in dem der Kollektorring eingepaßt ist. Hierzu ist vorzugsweise vorgesehen, daß der KoI-lektorring aus einer rechtwinklig zur Geberwelle verlaufenden Scheibe mit einem ringsum verlaufenden Raridflansch ausgebildet ist, der die elektrisch leitenden Abschnitte der Kontaktbahn bildet und an den

Abschnitten (Verzahnungsstellen mit dem äußeren Bauteil) auf eine geringere Höhe ausgespart ist. Gerade hierfür kann das genannte Sinterverfahren einer W-Ag-Legierung in Frage kommen.

Als harter Kunststoff für das nicht leitende Material der Kollektorbahn verwendet man zweckmäßig ein Epoxydharz, ein Acetalharz-Polyformaldehyd oder ein Nylonpolyamid. Dieses Kunststoffmaterial kann gegebenenfalls um das leitende Kontäktmaterial herumgegossen oder gespritzt sein. Falls es die Materialzusammenstellung ermöglicht (W-Ag-Sinterlegierung mit mehr als 40 Teilen Ag), wird die Kontaktbahn anschließend durch Nachdrehen eingeebnet. Bei im wesentlichen reinem Wolfram muß man allerdings von vornherein eine glatte Kontaktoberfläche herstellen und kann nur durch ein elektrochemisches oder anderes Beizverfahren die Oberfläche oxydfrei machen. Die Einbautoleranz gegenüber dem Isolationsteil ist dabei so klein zu bemessen, daß eine Nachbearbeitung nicht mehr erforderlich ist.

Es ist möglich, bereits bei der Herstellung eines Wolframringes eine Rauhtiefe der Kontaktbahn von nur 3 bis 5 μ zu erhalten und das Ausmaß auf Vio mm genau zu erhalten, so daß eine gute Einpassung eines mit den Kontaktabschnitten versehenen Kollektorringes in das äußere Bauteil möglich ist.

Ein Haupthindernis bei der Herstellung eines elektromechanischen Impulsgebers besteht schließlich in der Fremdschicht, die sich auf jeder Kontaktfläche durch Korrosion, Anlagerung durch Stromwanderung u. dgl. bildet. Eine solche Fremdschicht entsteht auch bei Edelmetallen. Die Dicke dieser Molekel-Fremdschicht liegt im allgemeinen zwischen 5 und 100 Ä (Oxydschicht über 2000 Ä); bei Wolfram kann die Fremdschicht eine Dicke von nahezu 100 A haben. Eine solche Fremdschicht bei Wolfram wird bei 10^e Volt/cm durchgeschlagen; jeder zufällige Durchschlag liefert einen Falschimpuls. Bei niedrigen Spannungen, wie sie normalerweise für Eingangssignale elektronischer Zähleinrichtungen verwendet werden, reicht die Spannung überhaupt nicht aus, um überhaupt die Fremdschicht mit Sicherheit überwinden zu können, deren Widerstand im ΜΩ-Bereich liegen kann.

Es gibt zwei verschiedene Wege, um die Schwierigkeiten der Oberflächenfremdschicht zu überwinden.

Der eine Weg besteht darin, mit einer Spännung zu arbeiten, die oberhalb der sogenannten Frittgrenze liegt. Aus der Kontaktlehre ist bekannt, daß bei Betriebsspannungen über dieser Frittgrenze der Übergangswiderstand am Kontakt vom ΜΩ-Bereich sprungartig zurückgeht. Der Kontakt verhält sich nicht nach dem Ohmschen Gesetz über der Frittgrenze (B: Albert Keil, »Werkstoff für elektronische Kontakte«, Springer-Verlag, Berlin/Göttingen/Heidelberg, 1960, insbesondere S. 29). Es ist zweckmäßig, nur so weit oberhalb der Frittgrenze zu arbeiten, daß diese stets sicher überschritten ist. In günstigen Fällen liegt die Frittgrenze z. B. bei Wolfram bei 1 bis 2 Volt. Unter günstigen sonstigen Verhältnissen ist es also sogar möglich, normale elektronische Zähler (Eingangsspannung bis 6 Volt) über den neuen elektromechanischen Impulsgeber direkt zu speisen. Normalerweise werden jedoch elektromagnetische Zähler angeschlossen, die üblicherweise eine Eingangsspannung von 20 Volt an aufwärts haben. Diese entsprechen auch der mit dem neuen elektromechanischen Impulsgeber etwa erreichbaren Impulsfrequenz von etwa 200 Impulsen pro Sekunde. Grundsätzlich erscheint es jedoch auch noch möglich, diese derzeit praktisch erreichte Impulsfrequenz noch zu steigern. Dann muß man jedoch auf elektronische Zähler übergehen, die noch 10⁴ und mehr Impulse einwandfrei verarbeiten.

Der zweite Weg, die störende Fremdschicht zu überwinden, besteht in der Anwendung eines Quetschdrucks. Ein derartig hoher Druck kann jedoch zu irreversibler Schädigung der Kontaktbahn und der Kontaktschuhe führen. Nach der Erfindung ist man daher bestrebt, den Anlagedruck zwar unter der Quetschgrenze, aber so hoch wie möglich zu halten und im übrigen über der Frittgrenze zu arbeiten.

Dabei ist nach der Erfindung vorgesehen, daß der Kontaktschuh mit einer relativ breiten, an die Kontaktbahn angepaßten Fläche an der Kontaktbahn anliegt. Bei einer Anlagefläche von etwa 5 mm² erscheint nach der Erfindung ein Kontaktdruck von 70 bis 130 g zweckmäßig.

Der Kontaktschuh ist dabei vorteilhafterweise an einem Ende einer an ihrem anderen Ende justierbar eingespannten und von der Geberwelle nachgeschleppten Blattfeder angeordnet, die unter Ab-Stützung an der zu der Geberwelle konkaven Kontaktbahn um etwa 10 bis 15° gebogen ist und bei der Drehung der Geberwelle unter der Zentrifugalkraft weiter angepreßt wird. Zur Zeit wird eine Blattfederstärke von 0,2 bis 0,25 mm verwendet.

Es reicht aus, wenn der Impulsgeber gemäß der Erfindung nur im wesentlichen abgedichtet ist, um eine befriedigende Schutzgasatmosphäre erzeugen zu können. Hierzu sieht die Erfindung vor, daß ein kontinuierlich fließender Schutzgasstrom vorgesehen ist, indem man beispielsweise einen Stickstoffstrom langsam durch den Geber hindurchbläst und dabei das Eindringen von Fremdgasen verhindert bzw. eingedrungene Fremdgase wieder abführt. Unter anderem läßt sich dabei das Kontaktsystem einwandfrei trocken halten. Übrigens verhält sich W in N₂ wie ein Edelmetall (P. Kislink, Bell Techn. J., Bd. 37 (1958), S. 925 und B, S. 25).

Von großer Bedeutung ist schließlich, daß einerseits der oder die Läufer des Impulsgebers ausgewuchtet ist, indem die Geberwelle eine die Unwucht des Haltearms und der mit ihm verbundenen Teile ausgleichende Zusatzmasse trägt, und andererseits die Geberwelle spielfrei gelagert ist. Wenn die eigentliehe Kontaktbahn und die Sammelkontaktbahn in derselben Ebene angeordnet sind, empfiehlt sich, daß die Geberwelle spielfrei gelagert ist, wobei vorzugsweise ein doppeltes Kugellager symmetrisch zur Kontaktarmebene und ein weiteres Stützlager mit beträchtlichem Abstand zu dieser Ebene angeordnet ist, um die auftretenden radialen Belastungen aufnehmen zu können. Schließlich ist ein schwingungsgedämpfter Aufbau des ganzen Schalters mit Hilfe von entsprechenden Zwischenlagungen und schwingungsgedämpfter Aufhängung zweckmäßig. Die Erfindung sieht daher ferner vor, daß der Impulsgeber unter Zwischenschaltung schwingungsdämpfender Einlagen (Zwischenlagenscheiben) aufgebaut ist. Die Bedeutung der Schwingungsdämpfung wurde bereits früher für numerische Impulsgeber erkannt (A, S. 44, a).

Wie die Versuche inzwischen klar ergeben haben, läßt sich unter Einhaltung der obenerwähnten Bau-

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Prinzipien ein elektromechanischer Impulsgeber mit Der Randflansch 42 ist rinnenförmig so ausge- ) überlegener Rechteckform praktisch ohne Falsch- nommen, daß er Abschnitte 46 größerer Höhe und impulse erreichen. Zwar hat der neue Impulsgeber Abschnitte 48 kleinerer Höhe aufweist. Die Abden grundsätzlichen Nachteil aller nicht berührungs- schnitte 46 größerer Höhe bilden die elektrisch leifrei arbeitenden Kontaktgeber, Verschleiß unter- 5 tenden Kontaktabschnitte 50 der Kontaktbahn 22, worfen zu sein und gegenüber etwa photoelektrischen während die elektrisch nicht leitenden Abschnitte 52 Strichgitter-Abtastsystemen nur eine relativ kleine der Kontaktbahn 22 von Teilen 54 des äußeren Bau-Impulsfrequenz liefern zu können; dem steht jedoch teils 38 gebildet sind, welche die Abschnitte 48 mit ein Herstellungspreis um das Zehn- bis Fünfzehn- geringerer Höhe des Randflansches 42 übergreifen, fache unter dem Herstellungspreis berührungsfrei io Man sieht, daß sich die Teile 54 des äußeren Bauarbeitender Impulsgeber gegenüber, der in sehr vielen teils 38 und die Abschnitte 46 größerer Höhe des Fällen die Anwendung des neuen Impulsgebers vor- Kollektorrings 40 miteinander verzahnen. Man kann teilhaft erscheinen läßt. Dabei ist zu beachten, daß dabei in einfacher Weise eine glatte und verbeispielsweise Wolframkontaktbahnen nur sehr all- schleißfeste Kontaktbahn 22 erhalten. Der Kollekmählich Verschleißerscheinungen und damit dem 15 torring 40 ist vorzugsweise aus einer Wolframschließlichen Auftreten von Falschimpulsen ausge- Silber-Legierung im Verhältnis 80 : 20 durch Sintern setzt sind. hergestellt.

Nach Wissen des Anmelders ist mit dem neuen Auf den Kontaktbahnen 22 und 20 gleiten Kon-Impulsgeber erstmalig ein elektromechanischer Im- taktschuhe 60, die mit einer relativ breiten und an pulsgeber geschaffen, bei dem infolge der Kontakt- 20 die Gestalt der Kontaktbahn angepaßten Kontaktgeometrie und Materialwahl ein einwandfreies Gleiten fläche 62 an der zugehörigen Kontaktbahn 20 oder und eine Vermeidung von Falschimpulsen erreicht ist. 22 anliegen (Fig. 4 und 4 a). Die Kontaktfläche ist

Die Erfindung wird im folgenden an Hand sehe- im Falle von Wolfram-Material des Kontaktschuhs

matischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen durch Abschleifen hergestellt; in anderen Fällen mag

näher erläutert. 25 auch Abfräsen in Frage kommen.

F i g. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Impuls- Der Kontaktschuh ist in seiner Mitte bei 64 am

geber gemäß der Erfindung; einen Ende einer Blattfeder 66 angeschraubt, deren

F i g. 2 und 3 zeigen den Kollektorring in Drauf- anderes Ende an einem Stift 68 befestigt ist. Dieser

sieht und im Querschnitt (nach der Linie III-III in Stift 68 greift in einen Haltearm 70 ein und kann an

Fig. 2); . 30 diesem mittels einer Justierschraube 72 in der Winkel-

F i g. 4 und 4 a zeigen die federnde Anordnung des stellung festgelegt werden. jp

Kontaktschuhs an der Kontaktbahn in Seitenansicht In F i g. 1 erkennt man, daß zum Halten der Blatt-

und den Kontaktschuh in Draufsicht, und federn der Kontaktschuhe beider Kontaktbahnen ein

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform eines einziger Haltearm 70 vorgesehen ist, der über das

Impulsgebers gemäß der Erfindung. 3.5 Muffenteil 73 mit der Geberwelle 3 drehfest verbun- I

Die Geberwelle 3 des insgesamt mit 1 bezeichneten den ist, wobei das aus elektrisch isolierendem Mate-Impulsgebers ist jeweils über ein Kugellager 5 und 7 rial bestehende Muffenteil den als elektrische Brücke in einem hinteren Gehäuseteil 9 und einem vorderen der beiden Kontaktschuhe 60 dienenden Haltearm Gehäuseteil 10 gelagert, die mittels eines Kragen- gegenüber der Geberwelle isoliert. Auf der dem abschnittes 12 aufeinandergepaßt und mittels Schrau- 40 Haltearm 70 gegenüberliegenden Seite ist eine Ausben 14 aneinander befestigt sind. gleichsmasse 74 vorgesehen, um eine Unwucht zu

In zylindrischen und zur Geberwelle parallelen vermeiden.

Ausnehmungen des vorderen Gehäuseteils 10 sind in Bei F i g. 4 erkennt man, daß die Blattfeder 66 aus derselben Radialebene die als Schleifring dienende der gestrichelt gezeichneten geradlinigen Lage 66 a Sammelkontaktbahn 20 und die abwechselnd mit 45 um den Winkel α in die ausgezogen gezeichnete Beelektrisch isolierenden und leitenden Abschnitten triebsstellung 66 gebogen ist. Bei einem Biegewinkel versehene Kontaktbahn 22 koaxial mit der Geber- von IQ bis 15° wird ein ausreichender Anlagedruck welle 3 und dieser zugewandt mit unterschiedlichem erhalten. Durch die konkave Form der Kontaktbahn Radius angeordnet. Der Kontaktring 24 der Sammel- 20 bzw. 22 wird dieser Anpreßwinkel in einfacher kontaktbahn 20 ist über eine auf den Ring 24 wir- 50 Weise aufrechterhalten. Der in F i g. 4 gezeigte Pfeil, kende Schraube 26 an eine Anschlußleitung 28 an- der die Drehrichtung der Welle 3 bezeichnet, zeigt, geschlossen. Die andere Anschlußleitung 30 ist über daß die Feder 66 im Betrieb nachgeschleppt wird, eine ebenfalls im vorderen Gehäuseteil eingesetzte Dies hat sich zum Vermeiden von Springen des Anschlußklemme 32 und Schrauben 34 mit dem die Kontaktschuhs 60 auf der Kontaktbahn 20 bzw. 22 elektrischen Kontaktabschnitte der Kontaktbahn 22 55 und dem damit verbundenen Auftreten von Falschaufweisenden Kollektorring 36 verbunden, der zum impulsen sehr bewährt. <
Bilden der Kontaktbahn 22 in ein äußeres Bauteil 38 Aus F i g. 1 erkennt man ferner, daß die Geberaus isolierendem Material eingepaßt ist. welle 3 bei 80 zum dritten Mal gelagert ist, da der

Dieser Aufbau ist mehr im einzelnen aus den geringe Axialabstand der Wälzlager 5 und 7 nicht Fig. 2 und 3 zu erkennen. Der Kollektorring besteht 60 zur völligen Stabilisierung der Axiallage der Geberaus einer über die Schrauben 34 am vorderen Ge- welle 3 ausreicht. Das Stützlagerteil 82 ist über häuseteil 10 anschraubbaren und über diese Schrau- Schrauben 84 am vorderen Gehäuseteil 10 befestigt, ben zugleich mit der Anschlußklemme 32 elektrisch Mit 86 ist ein Teil einer Armaturenwand od. dgl. verbindbaren Scheibe 40 mit ringsum verlaufendem bezeichnet, an dem der Impulsgeber 1 über die Randflansch 42. Dieser Randflansch ist bei 44 mit 65 Flanschschrauben 87 befestigt ist. Sowohl zwischen Preßsitz in den äußeren ringförmigen Bauteil 38 ein- dem Stützlager 82 und dem vorderen Gehäuseteil als gepaßt und über diesen in das vordere Gehäuseteil auch zwischen dem Armaturenteil 86 und dem vor-10 eingesetzt (F i g. 1). deren Gehäuseteil 10 sind Zwischenlagscheiben 88

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und 89 aus schwingungsdämpfendem Material vorgesehen.

Schließlich sind mit 90 und 91 Filzringe bezeichnet, die ein Austreten von Lagerfett und damit eine Kontaktverschmutzung verhindern. 92 und 93 sind ,5 Lagerabdeckscheiben. Die aus der Zeichnung klar erkennbare axiale Sicherung der Welle 3 durch stufenförmigen Aufbau und Sprengringe braucht nicht näher erläutert zu werden.

Die Ausführungsform der F i g. 5 eines Impulsgebers gemäß der Erfindung entspricht im wesentlichen der Ausführungsform der F i g. 1 und braucht in den übereinstimmenden Teilen nicht näher erläutert zu werden. Wesentlich ist die Abdichtung des Gehäuses durch an das Gehäuse angesetzte Dichtflansche 100 und 101 mit am Gehäuse anliegenden Dichtungsringen 103 und 104 sowie Dichtmanschetten 106 und 107 zum Abdichten der Geberwelle. Außerdem ist zwischen dem vorderen Gehäuseteil 10 und dem hinteren Gehäuseteil 12 ebenfalls ein Dichtring 109 eingeschaltet.

Bei dieser Anordnung ist es möglich, über Ein- und Ausgangskanäle 110 und 112 in den Dichtflanschen und nicht näher eingezeichnete Gasführungskanäle in der Geberwelle Stickstoff oder ein anderes Schutzgas in den Innenraum des Gehäuses zum Schützen der Kontaktflächen einzublasen und im Durchflußbetrieb zu arbeiten.

Es sei noch bemerkt, daß an die Stelle der Kugellager 5 und 7 Präzisions-Radiallager 115 und 117 getreten sind.

Claims (20)

Patentansprüche: 35

1. Elektromechanischer rotatorischer Impulsgeber für Zählverfahren mittels des Inkrementalverfahrens, bei dem zwei ringförmige harte und glatte Kontaktbahnen jeweils mit derselben Geberwelle koaxial und dieser zugewandt sind und in Eingriff mit je einem federnd andrückenden Schleifkontakt stehen, der jeweils von einem mit der Geberwelle drehfest verbundenen Haltearm getragen ist, wobei die Kontaktfläche der einen (ersten) Kontaktbahn aus in Bahnrichtung abwechselnden Abschnitten elektrisch isolierenden und leitfähigen Materials besteht und wobei ein Schleifring mit mit der Geberwelle koaxialer Kontaktfläche aus in Bahnrichtung durchgehend leitfähigem Material vorgesehen ist, an der ein federnd andrückender Schleifkontakt angreift, gekennzeichnet durch die an sich bekannten Merkmale, daß die zweite Kontaktbahn (Sammelkontaktbahn) (20) die Kontaktfläche des Schleifringes ist und gegenüber der ersten Kontaktbahn (22) mit unterschiedlichem Radius angeordnet ist, die an den beiden Kontaktbahnen (20, 22) angreifenden Schleifkontakte harte Kontaktschuhe (60) mit gegenüber dem elektrisch leitenden Material der zugehörigen Kontaktbahn (20; 22) geringer Berührungsspannung sind, und beide Kontaktschuhe (60) jeweils über eine gegen die Kontaktbahn (20; 22) elastisch vorgespannte Blattfeder (66) von demselben radialen Haltearm (70) getragen und längs dieses Haltearms (70) elektrisch überbrückt sind.

2. Impulsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden harten Kontaktschuhe (60) in an sich bekannter Weise aus Wolfram bestehen.

3. Impulsgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kontaktbahnen (20, 22) in derselben Radialebene der Geberwelle (3) angeordnet sind.

4. Impulsgeber, bei dem über den Umfang der ersten Kontaktbahn mehrere elektrisch leitende Kontaktabschnitte gleichmäßig verteilt sind, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen elektrischen Kontaktabschnitte (50) alle untereinander unmittelbar elektrisch verbunden sind.

5. Impulsgeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Kontaktabschnitte (50) an einem Kollektorring (36) ausgebildet und zum Bilden der Kollektorbahn mit Abschnitten eines äußeren Bauteils (38) aus elektrisch nicht leitendem Material verzahnt sind, in dem der Kollektorring eingepaßt ist.

6. Impulsgeber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorring (36) aus einer rechtwinklig zur Geberwelle (3) verlaufenden Scheibe (40) mit einem ringsum verlaufenden Randflansch (42) ausgebildet ist, der die elektrisch leitenden Abschnitte (50) der Kontaktbahn bildet und an den Abschnitten (Verzahnungsstellen 48 mit dem äußeren Bauteil) auf eine geringere Höhe ausgespart ist.

7. Impulsgeber nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Material der Kontaktbahn (22; 20) im wesentlichen Wolfram, vorzugsweise mit einer Oberflächenschicht aus Gold, ist.

8. Impulsgeber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Material der Kontaktbahn (22; 20) zusammengesintert ist, vorzugsweise als eine Wolfram-Silber-Legierung im Verhältnis von etwa 80 : 20.

9. Impulsgeber nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff der elektrisch isolierenden Abschnitte (52) der Kontaktbahn ein Epoxydharz, ein Nylonpolyamid oder ein Acetalharz-Polyformaldehyd ist.

10. Impulsgeber nach einem der Ansprüche 2 bis 9, bei dem der Kontaktschuh an einem Ende einer Blattfeder befestigt ist, deren an dem Arm befestigtes anderes Ende in der Winkelstellung einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgeschleppte Blattfeder (66) um etwa 10 bis 15° elastisch gebogen ist und der Kontaktschuh (60) mit einer unter Berücksichtigung dieses Biegungswinkels an die Kontaktbahn angepaßten Gleitfläche (64) satt an der Kontaktbahn (22; 20) anliegt.

11. Impulsgeber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagekraft eines Kontaktschuhs (60) aus Wolfram (Anlagefläche etwa 5 mm²) an der Kontaktbahn (22; 20) etwa 70 bis 130 g beträgt.

12. Impulsgeber nach einem der Ansprüche 2 bis 11 mit abgedichtetem Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbannen (22; 20) unter einer Schutzgasatmosphäre, bei Wolfram aus N₂, gehalten sind.

13. Impulsgeber nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein kontinuierlich fließender Schutzgasstrom (durch 110,112) vorgesehen ist.

14. Impulsgeber, insbesondere nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Geberwelle (3) eine die Unwucht des Haltearms (70) und der mit ihm verbundenen Teile (60 bis 72) ausgleichende Zusatzmasse (74) trägt.

15. Impulsgeber, insbesondere nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Geberwelle (3) spielfrei gelagert ist. ίο

16. Impulsgeber nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Geberwelle mindestens dreifach (5, 7, 80) gelagert ist.

17. Impulsgeber nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein doppeltes Kugellager »5 (5,7) symmetrisch zur Kontaktarmebene (70) und

ein weiteres Stützlager (80) mit beträchtlichem Abstand zu dieser Ebene angeordnet ist.

18. Impulsgeber, insbesondere nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber (1) unter Zwischenschaltung schwingungsdämpfender Einlagen (Zwischenlagenscheiben) (88, 89) aufgebaut ist.

19. Impulsgeber, insbesondere nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die den elektrischen Kontaktabschnitt (50) aufweisende Kontaktbahn (22) unabhängig von der Geberwelle (3) kontinuierlich drehbar ist.

20. Verwendung des Impulsgebers nach einem der Ansprüche 1 bis 19 für numerische Steuerungen oder Regelungen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen