DE19904471A1

DE19904471A1 - Drehgeber

Info

Publication number: DE19904471A1
Application number: DE19904471A
Authority: DE
Inventors: Alois Brandl; Johann Mitterreiter
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1999-02-04
Filing date: 1999-02-04
Publication date: 2000-08-10
Anticipated expiration: 2019-02-05
Also published as: US6311402B1; DE19904471B4

Abstract

Bei einem Drehgeber (1) ist die Geberwelle (4.1) über eine Klemmvorrichtung (11) mit einer Antriebswelle (5) drehstarr gekoppelt. Die Klemmvorrichtung (11) besteht aus einem Exzenternocken (11), der in einer parallel zur Drehachse (D) der Wellen (4.1, 5) verlaufenden Bohrung (8) verdrehbar gelagert ist und dessen exzentrischer Kopf (11.2) die Antriebswelle (5) radial klemmt (Figur 1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehgeber mit einer Klemmvorrichtung zur drehfesten Verbindung einer Geberwelle mit einer Antriebswelle einer Antriebsbaueinheit.

Derartige Drehgeber werden insbesondere bei Bearbeitungsmaschinen zur Messung der Relativlage eines Werkzeugs bezüglich eines zu bearbeiten den Werkstücks eingesetzt. Dabei wird der Stator des Drehgebers drehstarr an den Stator der Antriebsbaueinheit, beispielsweise eines Motors angebaut und die Geberwelle mit der Antriebswelle drehstarr gekoppelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehgeber mit einer Klemmvorrichtung zur Verbindung des Rotors des Drehgebers mit der An triebswelle einer Antriebseinheit zu schaffen, der einfach zu fertigen ist und eine einfach handzuhabende und sichere Klemmung aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 10 gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Klemmvorrichtung einfach herstellbar ist, für beliebige Durchmesser der zu klemmenden Antriebswelle einfach angepaßt werden kann, axial leicht zugänglich und betätigbar ist und eine zuverlässige drehfeste Verbindung des Rotors des Drehgebers mit der Antriebswelle der Antriebsbaueinheit gewährleistet.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentan sprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen ersten Drehgeber mit einer Klemmvorrichtung im Längsschnitt sowie

Fig. 2 im Querschnitt II-II im nicht geklemmten Zustand und

Fig. 3 im Querschnitt II-II im geklemmten Zustand,

Fig. 4 das Prinzip der Klemmung vergrößert dargestellt,

Fig. 5 einen zweiten Drehgeber mit einer integrierten Klemmvorrichtung im Längsschnitt,

Fig. 6 einen dritten Drehgeber mit einer integrierten Klemmvorrichtung im Längsschnitt sowie

Fig. 7 im Querschnitt VII-VII im nicht geklemmten Zustand und

Fig. 8 im Querschnitt VII-VII im geklemmten Zustand.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Drehgebers 1 in einem Längsschnitt und in den Fig. 2 und 3 in einer Queransicht dargestellt.

Der Drehgeber 1 weist einen Stator 2 auf, in dem mittels eines Kugellagers 3 ein Rotor 4 um die Drehachse D verdrehbar gelagert ist. Der Rotor 4 besteht aus einer hohlen Geberwelle 4.1 und einer daran drehstarr befestigten Codescheibe 4.2 mit einer inkrementalen oder absoluten Winkelteilung 4.21. Diese Winkelteilung 4.21 wird von einer im Stator 2 befestigten Abtastbau einheit zur Ermittlung der relativen Winkellage der Geberwelle 4.1 in be kannter Weise abgetastet.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel soll an die Geberwelle 4.1 eine An triebswelle 5 einer Antriebsbaueinheit 6 drehstarr angekoppelt werden. Der Außendurchmesser der Antriebswelle 5 ist um ein Vielfaches größer als der zur Klemmung zur Verfügung stehende Außendurchmesser oder Innen durchmesser der Geberwelle 4.1. Bei diesen Gegebenheiten ist an die Ge berwelle 4.1 ein Adapter 7 angekoppelt, der zur Ankopplung des Rotors 4 an die Antriebswelle 5 dient. Dieser Adapter 7 weist geberseitig einen Wellen bereich 7.1 auf, mit dem er in der Hohlwelle 4.1 mittels der Schraube 20 ge klemmt ist. Der antriebsseitige Wellenbereich 7.2 des Adapters 7 ist als Hohiwelle mit einem Innendurchmesser ausgebildet, der etwas größer ist als der Außendurchmesser der Antriebswelle 5. Im antriebsseitigen Wellenbe reich 7.2 des Adapters 7 sind zwei axial und parallel zur Drehachse D der Geberwelle 4.1 verlaufende Gewindebohrungen 8 eingebracht, in denen jeweils ein Exzenternocken 10 bzw. 11 um seine Drehachse D1 bzw. D2 verdrehbar gelagert ist. Jeder der Eiczenternocken 10, 11 ist ein Stift oder eine Schraube 10.1, 11.1 mit einem Kopf 10.2, 11.2, der eine exzentrische Umfangsfläche 10.3 und 11.3 aufweist. Im Bereich des Kopfes 10.2, 11.2 sind im Adapter 7 Durchbrüche 12, 13 in Richtung der Oberfläche der Antriebswelle 5 eingebracht. Beim Verdrehen der Exzenternocken 10, 11 in den Bohrungen 8 bewegen sich die exzentrischen Oberflächen 10.3 und 11.3 in den Durchbrüchen 12 und 13 in Richtung der Oberfläche der An triebswelle 5, bis sie diese berühren und klemmen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn zumindest zwei Exzenternocken 10 und 11 an umfangsmäßig versetzten Stellen der Antriebswelle 5 klemmen. Wenn diese etwa 120° gegeneinander versetzt angeordnet sind, wird die Antriebs welle 5 an drei Stellen geklemmt, wie in Fig. 3 erkennbar ist.

Um eine möglichst verdrehsteife Klemmung in beiden möglichen Drehrich tungen L, R der Antriebswelle 5 zu erreichen, wird der eine Exzenternocken 10 durch Linksdrehung L und der andere Exzenternocken 11 durch Rechtsdrehung R mit der Antriebswelle 5 geklemmt. In beiden Drehrichtungen L, R der Antriebswelle 5 ist somit eine Selbsthemmung gewährleistet. In Fig. 4 ist dieses Prinzip der Selbsthemmung nochmals schematisch vergrößert dargestellt. Zur Klemmung wird der Exzenternocken 10 um die Drehachse D2 nach links L - entgegen dem Uhrzeigersinn - verdreht, der Exzenternocken 11 dagegen um die Drehachse D1 nach rechts R - im Uhrzeigersinn - verdreht. Dreht sich die Antriebswelle 5 um die Drehachse D nach rechts R, wird aufgrund der Trägheit ein Drehmoment von der Oberfläche der Antriebswelle 5 auf die Umfangsfläche 10.3 des Exzenternockens 10 ausgeübt, welches nach links L, also in Klemmrichtung wirkt und eine Verstärkung der Klemmung verursacht. Dreht sich die Antriebswelle 5 um die Drehachse D nach links L, wird ein Drehmoment von der Oberfläche der Antriebswelle 5 auf die Umfangsfläche 11.3 des Exzenternockens 11 ausgeübt, welches nach rechts R, also in Klemmrichtung dieses Exzenternockens 11 wirkt und auch in dieser Drehrichtung eine Verstärkung der Klemmung verursacht.

Die exzentrische Oberfläche bzw. Umfangsfläche 10.3 und 11.3 kann eine kreisförmige Umfangsfläche des Kopfes 10.2 und 11.2 sein, dessen Mittel punkt gegenüber der Drehachse D1, D2 des Stiftes bzw. Schraube 10.1, 11.1 radial versetzt ist.

Besonders vorteilhaft ist aber die in den Fig. 2 bis 4 dargestellte Ausge staltung der Umfangsfläche 10.3 und 11.3 in Form einer Spirale, insbeson dere einer archimedischen Spirale. Diese spiralförmigen Umfangsflächen 10.3 und 11.3 zeichnen sich dadurch aus, daß der Radius r - im Gegensatz zu der kreisförmigen Umgangsfläche - über einen Umfangsbereich von weit mehr als 180° stetig ansteigt. Die der Klemmung zugrundeliegende Keilwir kung ist dadurch besonders gut, da der erreichbare Keilwinkel relativ klein ist.

Jeder der Stifte bzw. Schrauben 10.1, 11.1 ist derart ausgebildet, daß er mit einem radial, aber insbesondere mit einem axial zuführbaren Werkzeug um seine Drehachse D1, D2 verdreht werden kann. Hierzu sind sie vorteilhafterweise parallel zur Drehachse D ausgerichtet.

Zur verdrehsicheren Montage des Stators 2 des Drehgebers 1 ist dieser mittels der Halterung 14 an der Antriebsbaueinheit 6 befestigt.

Der Adapter 7 ist bei gleichen oder zumindest annähernd gleichen Durch messern der Antriebswelle 5 und der Geberwelle 4.1 nicht erforderlich. Ein derartiger Drehgeber ist als zweites Ausführungsbeispiel in Fig. 5 dargestellt. Zur besseren Zuordnung der einzelnen Teile entsprechen die Bezugszeichen des zweiten und des dritten Ausführungsbeispiels dem des ersten Ausführungsbeispiels, sie wurden nur um 100 erhöht. Die Klemmvorrichtung ist dann im Drehgeber 1 selbst integriert, indem die Exzenternocken 111 in Bohrungen 108 der Geberwelle 104.1 verdrehbar gelagert sind und mit der Antriebswelle 105 radial klemmen. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sind wiederum vorteilhafterweise mindestens zwei Exzenternocken 111 am Umfangsbereich der Geberwelle 104.1 versetzt angeordnet. Die zur Drehachse D1 exzentrisch - insbesondere spiralförmig - verlaufende Umfangsfläche 111.3 verlagert sich bei Verdrehung radial in Richtung der Antriebswelle 105 und klemmt diese, indem die Umfangsfläche 111.3 direkt mit der Oberfläche der Antriebswelle 105 in Kontakt tritt. Einer klemmt dabei wiederum mit dem im Uhrzeigersinn ansteigenden Radius r und einer mit dem entgegen dem Uhrzeigersinn ansteigenden Radius r, wie bereits in Fig. 4 im Prinzip dargestellt ist. Be sonders vorteilhaft ist es, wenn die Geberwelle 104.1 eine Hohlwelle ist, und die Exzenternocken 111 vollständig innerhalb der Außenkontur, also innerhalb des Gehäuses 101.1 des Drehgebers 101 integriert sind und von der freien hinteren Seite her axial zugänglich und betätigbar sind.

Bei dem dritten dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 6 bis 8 handelt es sich - wie beim zweiten Ausführungsbeispiel - um einen Drehgeber 101 mit einem Stator 102 und einem Rotor 104. Der Rotor 104 weist eine im Stator 102 gelagerte Geberwelle 104.1 in Form einer Hohlwelle auf, welche eine Codescheibe 104.2 trägt. Der Stator 102 ist drehstarr über eine Halterung 114 an einer Antriebsbaueinheit 106 befestigt. Zur drehstarren Kopplung des Rotors 104, also der Geberwelle 104.1 mit einer Antriebswelle 105 ist wiederum zumindest ein Exzenternocken 111 in einem Teil des Rotors 104 um die Drehachse D1 verdrehbar gelagert. Der Exzenternocken 111 besteht wiederum aus einem Stift 111.1, der in einer axial verlaufenden Bohrung 108 der Geberwelle 104.1 gelagert ist und aus einem daran angeformten Kopf 111.2 mit einer exzentrischen Oberfläche 111.3. Diese zur Drehachse D1 exzentrisch verlaufende Umfangsfläche 111.3 verlagert sich bei Verdrehung radial in Richtung der Antriebswelle 105 und klemmt diese, indem die Umfangsfläche 111.3 mit einer elastisch verformbaren und radial auslenkbaren Wandung 104.10 der Geberwelle 104.1 in Kontakt tritt und diese im Bereich des Kontaktes partiell in radialer Richtung verformt und im Bereich der Verformung an die Antriebswelle 105 drängt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Wandung 104.10 ein abgedrehter Bereich der durch Drehbearbeitung hergestellten Geberwelle 104.1 ist.

Anstelle eines umlaufenden Bundes in Form einer umlaufenden geschwächten Wandung 104.10 kann auch eine nur im Bereich des Eingriffs des Exzenternockens 111 partiell geschwächte Wandung in der Geberwelle 104.1 vorgesehen sein. Weiterhin ist auch eine zusätzliche Schlitzung der geschwächten Wandung möglich.

Zur stabilen Klemmung sollte wiederum die exzentrische Umfangsfläche 111.3 spiralförmig, insbesondere in Form einer archimedischen Spirale aus gebildet sein, indem der Radius r über einen Umfangsbereich von weit mehr als 180° stetig ansteigt.

In den Fig. 7 und 8 ist der Klemmbereich vergrößert dargestellt. In Fig. 7 ist der nicht geklemmte und in Fig. 8 der geklemmte Zustand gezeigt.

Zur Verringerung der Baugröße ist es vorteilhaft, wenn der zumindest eine Exzenternocken 111 vollständig innerhalb der Außenkontur des Drehgebers 101, also innerhalb des Gehäuses 101.1 untergebracht ist und von der Rückseite des Drehgebers 101 axial zugänglich und betätigbar ist.

Der Exzenternocken 111 kann direkt in der Geberwelle 104.1 angeordnet sein, oder an einem an der Geberwelle 104.1 drehstarr befestigten Ring 104.3, oder an einem an der Geberwelle 104.1 drehbar gelagerten Ring 104.3. Im letzten Fall ist der Ring 104.3 im nicht geklemmten Zustand lose, also um die Drehachse D drehbar auf der Geberwelle 104.1 gelagert, und die für den Betrieb erforderliche drehstarre Befestigung erfolgt durch das radiale Klemmen über die Wandung 104.10. Diese Lösung hat den Vorteil, daß die Drehlage des Exzenternockens 111 bezogen auf den Umfang der Antriebswelle 105 durch Drehen des Ringes 104.3 vor dem Klemmen frei gewählt werden kann.

Die Codescheibe 4.2, 104.2 kann eine lichtelektrisch, kapazitiv, magnetisch oder induktiv abtastbare Winkelteilung tragen. Die Winkelteilung kann inkre mental und/oder absolut ausgeführt sein.

Claims

1. Drehgeber mit einem Stator (2, 102) und einem relativ zum Stator (2, 102) drehbaren Rotor (4, 104) mit einer Klemmvorrichtung zur drehfesten Verbindung mit einer Antriebswelle (5, 105), wobei die Klemmvorrichtung zumindest ein Exzenternocken (10, 11, 111) mit einer exzentrischen Umfangsfläche (10.3, 11.3, 111.3) ist, der in einer Bohrung (8, 108) des Rotors (4, 104) verdrehbar gelagert ist, und dessen exzentrische Umfangsfläche (10.3, 11.3, 111.3) beim Verdrehen mit der Antriebswelle (5, 105) in Kontakt tritt und diese klemmt.

2. Drehgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (8, 108) parallel zur Drehachse (D) des Rotors (4, 104) verläuft.

3. Drehgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (104) eine im Stator (102) gelagerte und eine Codescheibe (104.2) tragende Geberwelle (104.1) mit einer Öffnung zur Aufnahme der Antriebswelle (105) ist, wobei am Umfangsbereich der Öffnung der zumindest eine Exzenternocken (111) um seine Drehachse (D1) verdrehbar gelagert ist.

4. Drehgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (4) eine im Stator (2) gelagerte und eine Codescheibe (4.2) tra gende Geberwelle (4.1) ist, an der ein weiteres Rotorteil in Form eines Adapters (7) drehfest angekoppelt ist, wobei im Adapter (7) eine Öff nung zur Aufnahme der Antriebswelle (5) eingebracht ist und der zu mindest eine Exzenternocken (10, 11) am Umfangsbereich der Öffnung verdrehbar gelagert ist.

5. Drehgeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Außen durchmesser der zu klemmenden Antriebswelle (5) wesentlich größer ist, als der zur Kopplung zur Verfügung stehende ausgangsseitige Durchmesser der Geberwelle (4.1), wobei der Adapter (7) einen geber seitigen Bereich mit einem zumindest annähernd der Geberwelle (4.1) entsprechenden Durchmesser und einen zweiten Bereich mit einem we sentlich größeren Durchmesser zur Klemmung mit der Antriebswelle (5) aufweist.

6. Drehgeber nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Umfangsbereich der Öffnung der Geberwelle (4.1) bzw. des Adapters (7) eine Aussparung (12, 13) in Richtung der Öffnung vorgesehen ist, durch welche die exzentrische Umfangsfläche (10.3, 11.3) radial auf die Geberwelle (4.1) hin verlagerbar ist.

7. Drehgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß mehrere am Umfang des Rotors (4, 104) angeordnete Exzenternocken (10, 11, 111) vorgesehen sind, wobei zumindest einer der Exzenternocken (11, 111) durch Verdrehen nach rechts (R) mit der Antriebswelle (5, 105) in Kontakt getreten ist und zumindest ein weiterer der Exzenternocken (10) durch Verdrehen nach links (L) mit der Antriebswelle (5) in Kontakt getreten ist.

8. Drehgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die exzentrische Umfangsfläche (10.3, 11.3, 111.3) spiralförmig geformt ist, wobei der Radius (r) über einen Bereich von weit mehr als 180° ansteigt.

9. Drehgeber nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (r) der Umfangsfläche (11.3, 111.3) eines der Exzenternocken (11, 111) über nahezu den gesamten Umfang linkssinnig (L) stetig an steigt und der Radius (r) der Umfangsfläche (10.3) eines weiteren Exzenternockens (10) über nahezu den gesamten Umfang rechtssinnig (R) stetig ansteigt.

10. Drehgeber mit einem Stator (102) und einem relativ zum Stator (102) drehbaren Rotor (104) mit einer Klemmvorrichtung zur drehfesten Verbindung mit einer Antriebswelle (105), wobei die Klemmvorrichtung zumindest ein Exzenternocken (111) mit einer exzentrischen Umfangsfläche (111.3) ist, der in einer Bohrung (8) des Rotors (4) verdrehbar gelagert ist, und dessen exzentrische Umfangsfläche (111.3) beim Verdrehen mit einer elastisch verformbaren Wandung (104.10) des Rotors (4) in Kontakt tritt und diese im Bereich des Kontaktes partiell verformt und an die Antriebswelle (5) drängt.

11. Drehgeber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Boh rung (108) parallel zur Drehachse (D) des Rotors (104) verläuft.

12. Drehgeber nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (104) eine im Stator (102) gelagerte und eine Codescheibe (104.2) tragende Geberwelle (104.1) mit einer Öffnung zur Aufnahme der Antriebswelle (105) ist, wobei am Umfangsbereich der Öffnung der zumindest eine Exzenternocken (111) um seine Drehachse (D1) verdrehbar gelagert ist.

13. Drehgeber nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeich net, daß die exzentrische Umfangsfläche (111.3) spiralförmig geformt ist, wobei der Radius (r) über einen Bereich von weit mehr als 180° ansteigt.

14. Drehgeber nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeich net, daß die elastisch verformbare Wandung (104.10) ein dünner um laufender Bund einer im Stator (102) gelagerten und eine Codescheibe (104.2) tragenden Geberwelle (104.1) ist, wobei der Bund mit der Geberwelle (104.1) einstückig ausgebildet ist.

15. Drehgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Exzenternocken (111) vollständig innerhalb des Drehgebers (101) integriert ist.