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Absolutwinkelschrittgeber Die Erfindung betrifft einen Absolutwinkelschrittgeber
mit einer Eingangswelle, deren Winkelstellung zu erfassen ist, und einer mit dieser
in Verbindung stehenden Codescheibe.
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Winkelschrittgeber dienen als Analog-Digital-Wandler insbesondere
zum elektrischen Messen von Winkeln. Sie werden häufig dafür eingesetzt, um z.B.
an Werkzeugmaschinen oder
Meßmaschinen die Winkelstellungen von
Wellen zu erfassen.
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Die sogenannten inkrementalen Winkelschrittgeber erzeugen bei einer
Drehung von 3600 in gleichmäßigen Abständen eine bestimmte Anzahl z.B. 360 elektrische
Impulse. Werden diese Impulse gezählt, so ergibt sich daraus ein Maß für die augenblickliche
Winkelstellung des Gebers.
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Bei den absoluten Winkelschrittgebern wird dagegen der Winkel statisch
gemessen, d.h. jede Winkelstellung wird durch einen bestimmten Code gekennzeichnet,
der von dem Geber ausgegeben wird. Ein Zähler ist nicht erforderlich, es muß dagegen
ein Decodierer eingesetzt werden, der die codierte Winkelstellung entschlüsselt.
Der Code ist auf einer Codescheibe aufqebracht und wird von mechanischen, magnetischen
oder optischen Systemen abgetastet. -, Bei optischen Abtastsystemen besteht die
Codescheibe z.B.
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häufig aus einem durchsichtigen Material und ist in eine Anzahl von
Sektoren unterteilt, die der Anzahl der zu erfassenden Winkelstellungen entspricht.
Diese Sektoren selbst sind radial wieder in einzelne Felder aufgeteilt, die jeweils.
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in einer bestimmten Folge abwechselnd lichtdurchlässig und lichtundurchlässig
sind. Wird die Scheibe nun in einem optoelektronischen Abtastelement von Licht durchstrahlt,
so entsteht je nachdem, welcher Sektor vor dem Abtastelement steht, eine bestimmte
Hell-Dunkel-Kombination, die in elektrische Signale umgewandelt werden kann. Durch
einen entsprechenden Decodierer wird diese Hell-Dunkel-Kombination in die zugehörige
Winkelstellung der Scheibe umgewandelt.
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Da häufig Winkel zu messen sind, die größer als 3600 sind, besitzen
manche bekannte Absolutwinkelschrittgeber noch eine zweite Codescheibe, die über
ein Untersetzungsgetriebe mit
der Welle der ersten Codescheibe verbunden
ist. Der Code der zweiten Scheibe und das Getriebe sind dabei so abyestimmt, daß
sich die zweite Scheibe gerade um einen Sektor weiterbewegt, wenn die erste Scheibe
eine volle Umdrehung gemacht hat.
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Bei inkrementalen Winkelschrittgebern muß in der Regel während des
Betriebes der Nullpunkt des Systems immer wieder neu festgelegt werden, denn der
Winkelschrittgeber kann gedreht worden sein, während der Zähler abgeschaltet war.
Außerdem kann das Zählergebnis durch aus der Umgebung stammende Störimpulse beeinflußt
und die Messung dadurch verfälscht werden. Diese Nachteile weist ein Absolutwinkelschrittgeber
nicht auf, da die Eingangswelle des Gebers in der Regel fest mit der Welle verbunden
ist, deren Winkelstellung erfaßt werden soll, und der Code ebenfalls auf der Codescheibe
fest angebracht ist. Ein Verdrehen des Winkelschrittgebers bei abgeschaltetem Decodierer
verursacht keine Fehlanzeige und ebenso können Störimpulse nur kurzzeitig die Anzeige
stören, sobald sie abgeklungen sind, erscheint aber wieder die richtige Anzeige.
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Bei einem Absolutwinkelschrittgeber ist es lediglich erforderlich,
seinen Nullpunkt in Übereinstimmung mit dem Nullpunkt des zu messenden Systems zu
bringen. In der Regel muß hierzu die Verbindung zwischen der Geberwelle und der
zu messenden Welle gelöst werden und die Nulleinstellung erfolgt durch Probieren.
Dies ist in der Praxis häufig eine schwierige und zeitraubende Tätigkeit, insbesondere
bei Gebern mit hoher Winkelauflösung von z.B.
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1 000 Schritten je Umdrehung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Absolutwinkelschrittgeber
zu schaffen, der in einfacher Weise auch in montiertem Zustand justiert werden kann.
Diese
Justierungsmöglichkeit soll den Schrittgeber in der Konstruktion
nicht wesentlich aufwendiger und in der Herstellung nicht wesentlich teer machen.
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Diese Aufgabe wird bei einem Absolutwinkelschrittgeber der eingangs
genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Codescheibe durch eine Reibungskupplung
mit der Eingangswelle in Verbindung steht.
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Während bei der herkömmlichen formschlüssigen Verbindung der Codescheibe
mit der Eingangswelle die Verbindung der Eingangswelle mit der Welle, deren Winkelstellung
gemessen werden soll, gelöst werden mußte, um den Schrittgeber zu justieren, kann
durch die erfindungsgemäße reibschlüssige Verbindung der Schrittgeber im eingebauten
Zustand justiert werden, indem die Codescheibe gegen die Ergangswelle mit einer
Kraft verdreht wird, die die Reibungskraft übertrifft. Auf'diese Weise kann die
Codescheibe kontinuierlich gegen die Eingangswelle verdreht werden, so daß ein schnelles
und einfaches Justieren ohne mehrfaches Probieren durchgeführt werden kann. Auch
bei einem Schrittgeber mit hoher Auflösung wird dadurch die Justage genau und schnell
durchführbar.
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In einer zweckmäßigen Ausführungsform des Absolutwinkelschrittgebers
ist die eine Hälfte der Reibungskupplung mit der Eingangswelle fest verbunden, die
andere fest mit der Codescheibe verbundene Kupplungshälfte sitzt mit einer Buchse
frei bewegbar auf der Eingangswelle, und zur Erzeugung des Reibungsschlusses ist
eine Schraube in das Ende der Eingangswelle eingeschraubt, die sich gegen diese
Kupplungsbuchse abstützt.
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Eine besonders bequeme Verstellbarkeit wird in einer Weiterbildung
dadurch erreicht, daß eine Verstellbuchse zwischen der Schraube und der Kupplungsbuchse
auf der Eingangswelle sitzt, mit in axialer Richtung verlaufenden Klauen in
entsprechende
Klauen der Kupplungsbuchse. eingreift, so daß sie gegenüber dieser axial verschiebbar,
aber nicht verdrehbar ist, und sich über ein federndes Element gegen die Kupplungsbuchse
abstützt. Zweckmäßigerweise ist das federnde Element eine Tellerfeder.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht die einfache Justage
auch bei einem Geber, der eine zweite Codescheibe besitzt, um Drehwinkel über 3600
zu messen.
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Dazu sitzt die zweite Codescheibe mit einer Laufbuchse drehbar auf
der Kupplungsbuchse und ist von dieser über ein Untersetzungsgetriebe antreibbar.
In entsprechender Weise können selbstverständlich auch mehr als zwei Codescheiben
angeordnet sein und angetrieben werden.
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Zweckmäßigerweise sind die Reibungskupplung und die Codescheiben in
einem Gehäuse angeordnet, und die mit der Codescheibe verbundene Kupplungshälfte
ist aus diesem Gehäuse herausgeführt, um die Justage von außen vornehmen zu können.
In der Ausführungsform, bei der eine Verstellbuchse vorgesehen ist, ist diese Verstellbuchse
aus dem Gehäuse herausgeführt.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Verstellbuchse durch
ein Kugellager in der Gehäusestirnwand gelagert, wobei der Innenring des Kugellagers
zwischen einen Bund der Verstellbuchse und die Tellerfeder eingesetzt ist. Dadurch
kann ein für jeden Betriebszustand ausreichend hoher Kupplungsdruck erzeugt werden,
ohne daß der Reibungswiderstand in dem Kugellager erhöht wird, da der Kupplungsdruck
in dieser Ausführungsform nicht über das Lager geleitet wird.
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Um die nach außen geführte Verstellbuchise und die den Kupplungsdruck
erzeugende Schraube während des Betriebs zu schützen, kann eine abnehmbare Schutzkappe
zum Abdecken
dieser Teile an der Gehäusestirnwand angebracht sein.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur
einen axialen Schnitt durch einen Absolutwinkelschrittgeber gemäß der Erfindung
zeigt..
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Der Absolutwinkelschrittgeber ist in einem Gehäuse untergebracht,
das aus einem zylindrischen Mantelteil 10 und zwei -Stirnwänden 12 und 14 besteht.
In den Stirnwänden 12 und 14 ist eine Welle 16 gelagert, deren Winkelstellung durch
den Schrittgeber erfaßt und angezeigt werden soll.
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Im Inneren des Gehäuses befindet sich unmittelbar anschließend an
die Stirnwand 12 die eine Hälfte 18 einer Reibungskupplung.
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Die Kupplungshälfte 18 sitzt fest auf der Welle 16 und klemmt zusammen
mit einem Bund 20 der Welle 16 den Innenring eines Kugellagers 22 fest, mit dem
die Welle in der Stirnwand 12 des Gehäuses gelagert ist.
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Gegen die Kupplungshälfte 18 drückt eine zweite Kupplungshälfte 24,
deren von der Reibungsfläche 26 abgewandte Seite als Buchse ausgebildet ist, die
frei drehbar und verschiebbar auf der Eingangswelle 16 sitzt. Mit dieser Kupplungsbuchse
24 ist eine Codescheibe 28 fest verbunden. Die Codescheibe 28 ist in bekannter Weise
in Sektoren unterteilt, die von einer nicht dargestellten bekannten optoelektronischen
Einrichtung abgetastet werden, um die Winkelstellung der Codescheibe 28 und damit
der Welle 16 festzustellen.
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In dem Ende der Welle 16 ist eine axial verlaufende Geasindebohrung
vorgesehen, in die eine Schraube 30 eingeschraubt ist. Der Kopf der Schraube 30
stützt sich gegen eine Verstellbuchse 32 ab, die drehbar und axial verschiebbar
auf
der Wel 16 sitzt. Auf der Verstellbuchse 32 sitzt ein Kugel
1' 34, durch welches die Verstellbuchse 32 in der Stirnwand 14 des Gehäuses gelagert
ist. Der Innenring des Kugellagers 34 steht auf seiner einen, in der Zeichnung linken
Seite mit einem Bund der Verstellbuchse 32 in Berührung, während an seiner anderen,
der rechten Seite eine Tellerfeder 36 anliegt. Die Tellerfeder 36 drückt mit ihrer
anderen Seite gegen eine Hülse 38, die auf der Verstellbuchse 32 sitzt. Die Hülse
38 wird an ihrem anderen Ende von einem Bund der Kupllungsbuchse 24 abgestützt.
Die Verstellbucnse 32 besitzt an ihrem der Kupplung zugewandten Ende axial vorspringende
Klauen 40, während die Kupplungsbuchse 24 entsprechende Klauen 42 an ihrem der Verstellbuchse
32 zugewandten Ende aufweist. Diese Klauen 40 und 42 greifen so ineinander ein,
daß die Verstellbuchse 32 mit Spiel in axialer Richtung verschiebbar ist, jedoch
nicht gegenüber der Kupplungsbuchse 24 gedreht werden kann.
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Beim- Einschrauben der Schraube 30 wird die Verstellbuchse 32 nach
innen, d.h. in der Figur nach rechts verschoben. Mit der' Verstellbuchse 32 wird
der Innenring des Kugellagers 34 verschoben, der dadurch über die Tellerfeder 36
und die Hülse 38 die KuSungsbuchse 24 gegen die andere Kupplunqshälfte 18 preßt,
wodurch der Rabungsschluß an der Fläche 26 hergestellt wird. Da die Verstellbuchse
32 axial gegen über der.Kupplungsbuchse 24 frei verschiebbar ist, wird der Kupplungsdruck
durch die Dimensionierung der Tellerfeder 36 und durch das Ausmaß des Einschraubens
der Schraube 30 bestimmt. Da dabei sowohl die Verstellbuchse 32 als auch die Tellerfeder
36 nur auf den Innenring des Kugellagers-34 einwirken, wird die Lagerung als solche
nicht belastet.
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Die Verstellbuchse 32 ist zwar durch die Klauen 40 und 42 axial frei
gegen die Kupplungsbuchse 24 verschiebbar, soweit von dem über die Tellerfeder 36
übertragenen Druck
abgesehen wird. Bei einer Verdrehung der Verstellbuchse
32 wird jedoch durch die Klauen 40 und 42 die Kupplungsbuchse 24 zwangsläufig mitgenommen.
Wird also auf die Verstellbuchse 32 ein entsprechend großes Drehmoment ausgeübt,
so überwindet die Kupplungsbuchse 24 das Reibungsmoment der Reibungskupplung und
kann gegenüber der anderen Kupplungshälfte 18 verdreht werden. Der durch die Federkraft
der Tellerfeder 36 und die Stellung der Schraube 30 bestimmte Kupplungsdruck wird
durch dieses Verdrehen nicht beeinflußt. Es ist also möglich, mit Hilfe der Verstellbuchse
32 die Kupplungsbuchse 24 und mit dieser die Codescheibe 28 kontinuierlich gegenüber
der anderen Kupplungshälfte 18 und damit gegenüber der Welle 16 zu verstellen. Die
Justierung des Winkelschrittgebers kann also in äußerst bequemer Weise durch Verdrehen
der zu diesem Zwecke an der Stirnwand 14 aus dem Gehäuse herausgeführten Verstellbuchse
32 durchgeführt werden.
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Um ein unbeabsichtigtes Verdrehen der Verstellbuchse 32 oder der Schraube
30 zu verhindern, ist an der Gehäusestirnwand 14 eine abnehmbare Schutzkappe 44
angebracht, die diese Teile abdeckt.
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Eine zweite Codescheibe 46 ist fest mit einer Laufbuchse 48 verbunden,
die drehbar auf der Kupplungsbuchse 24 sitzt.
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Die Laufbuchse 48 und die Codescheibe 46 werden von einem Zahnrad
50, das mit einer Verzahnung 52 der Kupplungsbuchse 24 kämmt, über ein Untersetzungsgetriebe
54 und ein fest auf der Laufbuchse 48 sitzendes Zahnrad 56 angetrieben. Jede Drehung
der ersten Codescheibe 28 wird auf diese Weise untersetzt auf die Codescheibe 46
übertragen. Das Untersetzungsverhältnis zwischen beiden Scheiben ist dabei so gewählt,
daß bei einer vollen Umdrehung der Codescheibe 28 die zweite Codescheibe 46 um einen
Sektor verdreht wird. Bei einer Justierung der Codescheibe 28 wird somit auch die
zweite Codescheibe 46 automatisch justiert.