DE19750474A1

DE19750474A1 - Drehgeber

Info

Publication number: DE19750474A1
Application number: DE1997150474
Authority: DE
Inventors: Josef Siraky
Original assignee: Max Stegmann GmbH
Current assignee: Stegmann & Co Kg 78166 Donaueschingen De GmbH
Priority date: 1997-11-14
Filing date: 1997-11-14
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2017-11-15
Also published as: DE19750474C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehgeber, der nach dem Durch licht-Abtastprinzip arbeitet, gemäß dem Oberbegriff des An spruchs 1.

Bei Drehgebern dieser Gattung trägt eine lichtdurchlässige Teilscheibe eine Winkelmaßverkörperung. Auf einer Seite der Scheibe ist ein Lichtsender angeordnet, während auf der entge gengesetzten Seite ein fotoelektrischer Abtastempfänger an geordnet ist. Das von dem Lichtsender ausgesandte Licht wird durch die Winkelmaßverkörperung der Teilscheibe moduliert. Der Abtastempfänger wandelt die modulierten Lichtsignale in elek trische Meßsignale um. Die Winkelmaßverkörperung kann inkre mental oder absolut kodiert ausgebildet sein. Drehgeber dieser Art werden insbesondere zur Messung des Winkels und/oder der Winkelgeschwindigkeit eingesetzt.

Bei den bekannten Drehgebern ist die Teilscheibe drehfest mit einer Welle verbunden, deren Winkelstellung zu messen ist. Dies kann entweder die Welle eines Motors sein oder eine Ein gangswelle des Drehgebers, die mit der Motorwelle gekuppelt wird. Die Winkelmaßverkörperung ist auf der Teilscheibe kon zentrisch um die Welle angeordnet. Der Lichtsender und der Abtastempfänger sind achsparallel zu der Welle angeordnet. Bei diesen bekannten Drehgebern weist dementsprechend die Teil scheibe einen Radius auf, der um zumindest die radiale Breite der Winkelmaßverkörperung größer ist als der Radius der Welle. Bei hohen Drehzahlen ergeben sich deshalb hohe Zentrifugal kräfte, die auf die Teilscheibe wirken. Diese Zentrifugal kräfte können zu einer Zerstörung der aus Glas oder Kunststoff bestehenden Teilscheibe führen, so daß der Drehgeber aus Grün den der Betriebssicherheit nur bis zu einer begrenzten Dreh zahl verwendet werden kann.

Aus der DE 93 21 318 U1 ist es bekannt, die aus Glas oder Kunststoff bestehende Teilscheibe des Drehgebers mit einem Metallring einzufassen, der die Zentrifugalkräfte bei hohen Drehzahlen abstützt. Das Aufbringen des Metallringes ist auf wendig. Zudem erzeugt der am Außenumfang der Teilscheibe an geordnete Metallring seinerseits Zentrifugalkräfte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehgeber, der nach dem Durchlicht-Abtastprinzip arbeitet, zur Verfügung zu stellen, der sich auch für hohe Drehzahlen eignet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Dreh geber mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den Drehgeber in der Achse der rotierenden Welle anzuordnen. Die Winkelmaß verkörperung der Teilscheibe und der Lichtsender befinden sich nicht außerhalb des Umfangs der Welle. Der Lichtsender ist vielmehr innerhalb der Welle angeordnet und die Teilscheibe ist konzentrisch in die Welle eingesetzt.

Diese Anordnung ergibt wesentliche Vorteile. Der Durchmesser der Teilscheibe ist wesentlich reduziert. Dadurch ergibt sich eine erhebliche Verringerung der auf die Teilscheibe wirkenden Zentrifugalkräfte. Der Drehgeber kann mit erheblich höheren Drehzahlen betrieben werden, bevor Zentrifugalkräfte auftre ten, die zu einer Beschädigung der Teilscheibe führen können.

Da die Teilscheibe in die Welle eingesetzt ist, wird die Teilscheibe an ihrem Außenumfang von der Welle umfaßt. Die Teilscheibe wird somit an ihrem Außenumfang durch die Welle abgestützt, ohne daß ein zusätzlicher Metallring angebracht werden muß. Dadurch ist der Aufbau des Drehgebers einfacher und seine Herstellung kostengünstiger. Außerdem erhöht die Abstützung der Teilscheibe an ihrem Außenumfang durch die Welle die zulässigen Drehzahlen. Der Geber kann problemlos bis zu Drehzahlen von etwa 100.000 Umdrehungen pro Minute einge setzt werden.

Die durch die koaxiale Anordnung des Drehgebers in der Welle bedingten geringen Durchmesserabmessungen machen den Drehgeber insbesondere auch für die Verwendung bei kleinsten Motoren geeignet. Der Außendurchmesser des Drehgebers kann beispiels weise nur etwa 20 mm betragen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die ein zige Figur zeigt den Drehgeber schematisch im Axialschnitt.

Der Drehgeber weist eine rotierende Welle 10 auf, die z. B. die Welle eines Motors sein kann oder mit der Welle eines Motors drehfest gekuppelt wird. In der freien Endstirnfläche der Welle 10 ist koaxial eine Bohrung vorgesehen. Im Grund der Bohrung ist koaxial zur Welle 10 eine Lichtquelle 12 angeord net. Vor der Lichtquelle 12 ist in die Bohrung eine Kollima torlinse 14 eingesetzt, die das von der Lichtquelle 12 ausge sandte Licht parallel bündelt. In der Endstirnfläche der Welle 10 ist in die Bohrung konzentrisch eine Teilscheibe 16 aus Glas oder einem lichtdurchlässigen Kunststoff eingesetzt, die eine Winkelmaßverkörperung trägt.

Das freie Ende der Welle 10 sitzt mittels eines Radialkugella gers 18 drehbar gelagert in einem Gehäuse 20. Das Gehäuse 20 ist in nicht dargestellter, an sich bekannter Weise über eine Kupplung verdrehfest aber radial und axial elastisch nach gebend gelagert, z. B. mit dem Gehäuse des Motors verbunden, dessen Welle mittels des Drehgebers gemessen wird.

Axial vor der Endstirnfläche der Welle 10 und damit vor der Teilscheibe 16 ist ein Abtastempfänger 22 fest in dem Gehäuse 20 angeordnet. Der Abtastempfänger 22 weist vorzugsweise lichtempfindliche Sensorelemente auf, die entsprechend der Winkelmaßverkörperung der Teilscheibe 16 zur Achse der Teilscheibe 16 konzentrisch angeordnet sind. Das von der Lichtquelle 12 ausgesandte und durch die Kollimatorlinse 14 kollimierte Licht tritt durch die Teilscheibe 16 hindurch und wird durch die Winkelmaßverkörperung der Teilscheibe 16 modu liert. Der feststehende Abtastempfänger 22 empfängt das modu lierte Lichtsignal der sich mit der Welle 10 drehenden Teil scheibe 16 und wandelt dieses in entsprechende elektrische Signale um, die zur Auswertung der Winkelstellung der Welle 10 verwendet werden.

Um die Lichtquelle 12, die sich in der Welle 10 befindet und mit dieser rotiert, elektrisch zu speisen, ist um die Welle 10 eine Statorspule 24 gelegt, die mit einer in der Welle 10 angeordneten und mit der Welle 10 rotierenden Rotorspule 26 zusammenwirkt, um einen die Lichtquelle 12 speisenden Genera torstrom zu erzeugen. Alternativ ist eine Stromspeisung der Lichtquelle 12 über Schleifkontakte möglich.

Claims

1. Drehgeber, der nach dem Durchlicht-Abtastprinzip arbei tet, mit einer rotierenden Welle, mit einer mit der Welle drehfest verbundenen Teilscheibe, mit einem auf einer Seite der Teilscheibe angeordneten Lichtsender und mit einem auf der entgegengesetzten Seite der Teilscheibe angeordneten Abtastempfänger, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (10) eine koaxial in ihre Endstirnfläche füh rende Bohrung aufweist, daß der Lichtsender (12, 14) in dieser Bohrung angeordnet ist, daß die Teilscheibe (16) konzentrisch, endseitig vor dem Lichtsender (12, 14) in die Bohrung eingesetzt ist und daß der Abtastempfänger (22) axial vor der Endstirnfläche der Welle (10) angeord net ist.

2. Drehgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsender eine zentrisch in die Bohrung der Welle (10) eingesetzte Lichtquelle (12) und eine vor der Licht quelle zentrisch in die Bohrung eingesetzte Kollimator linse (14) aufweist.

3. Drehgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (22) axial fluchtend vor der Endstirnfläche der Welle (10) angeordnet ist.

4. Drehgeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastempfänger (22) von einem Gehäuse (20) getragen wird, welches die Welle (10) drehbar lagert und drehfest gehalten wird.

5. Drehgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Lichtsender (12, 14) elek trisch durch einen Generator gespeist wird, der eine die Welle (10) umschließende Statorspule (24) und eine mit der Welle (10) rotierende Rotorspule (26) aufweist.

6. Drehgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß der Lichtsender (12, 14) elektrisch über Schleifkontakte gespeist wird.

7. Drehgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Abtastempfänger (22) kon zentrisch zur Achse der Welle (10) angeordnete licht empfindliche Sensorelemente aufweist.