DE29812803U1

DE29812803U1 - Meßrad für einen Drehgeber

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Publication number: DE29812803U1
Application number: DE29812803U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-07-17
Filing date: 1998-07-17
Publication date: 1998-09-17
Anticipated expiration: 2008-07-18

Description

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Beschreibung

Meßrad für einen Drehgeber

Die Erfindung bezieht sich auf ein Meßrad für einen Drehgeber, wobei das Meßrad auf einer Nabe mindestens eine äußere Magnetspur aufweist.

Meßräder mit magnetischen Teilungen werden zur Erfassung von Lage- und Drehzahlistwerten an rotierenden Achsen eingesetzt. Dabei besteht immer häufiger die Notwendigkeit, solche Meßräder an sogenannten Hohlwellenmotoren zu montieren. Bei diesem Motortyp wird die Motorwelle als Hohlwelle ausgeführt, um Kühl- und Schmiermittel, Spannwerkzeuge sowie Werkstücke durchführen zu können. Damit sind Forderungen nach relativ großen Radinnendurchmessern und damit auch großen Radaußendurchmessern in Verbindung mit hohen Drehzahlen verbunden. Solche Hohlwellen-Meßsysteme sind auch nicht eingelagert, sondern bestehen aus Meßrad und Abtasteinheit. Um unabhängig von axialen Toleranzen und Ausdehnungen der Motowelle zu sein, erfolgt die Abtastung radial am Umfang des Meßrades.

Magnetmaterialien für die Realisierung der magnetischen Teilungen sind nur in kunststoffgebundener Form relativ kostengünstig herstellbar. Nicht allein die niedrigen Materialkosten spielen dabei die Hauptrolle, sondern auch die Möglichkeit einer weitgehend freien Formgestaltung durch den Einsatz der Spritzgießtechnik eröffnet den angesprochenen Kostenvorteil.

Ferner hat es sich als erforderlich erwiesen, bei den oben geschilderten hohen Anforderungen an die Befestigung des Meßrades an der rotierenden Welle eine metallische Nabe für das Meßrad zu verwenden, die vorzugsweise aus Stahl bestehen sollte.

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Zur Herstellung von Meßrädern mit magnetischer Teilung und mit metallischer Nabe bieten sich damit folgende Herstellverfahren an:

a) Kunststoffgebundene oder gesinterte Magnetmaterialien werden in Ringform gespritzt oder gegossen und auf einen metallischen Träger aufgeklebt oder aufgepreßt; b) kunststoffgebundene Magnetmaterialien werden in eine Nut eines metallischen Trägers mit Hilfe eines Spritzgießverfahrens eingebracht.

Dabei treten folgende Probleme auf:

Zu a): Bezüglich der Klebetechnik ist darauf zu verweisen, daß zur Klebung Luftspalte erforderlich sind, die eine Unrundheit des gesamten Rades zur Folge haben könnten, so daß ein mechanisches Überarbeiten des Rades erforderlich ist. Klebeprozesse sind aufwendig und damit teuer und in Serienfertigungen daher meist unerwünscht. Ferner sind Aussagen über Langzeitstabilität von Klebern bei den zu erwartenden Umweltbedingungen noch nicht gegeben.

Bezüglich der Preßtechnik ist zu vermerken, daß gesinterte oder auch kunststoffgebundene Magnetmaterialien recht spröde sind. Bei der Preßtechnik würde man diese Materialien mit einer mechanischen Vorspannung beaufschlagen. Zusätzlich zu dieser Vorspannung wirkt jedoch die Fliehkraft, so daß man relativ schnell an die Festigkeitsgrenzen stößt.

Zu b): Hierbei kann darauf hingewiesen werden, daß ein Einspritzen von kunststoffgebundenen Werkstoffen in eine umlaufende Nut eines metallischen Trägers den Nachteil hat, daß die Ausdehnungskoeffizienten zwischen Metall und Kunststoff um einen Faktor 3 bis 5 auseinanderliegen. Daher sind solche Systeme nur für einen einge-

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schränkten Temperaturbereich geeignet. Ferner lassen sich in dieser Technik keine allzu großen Außendurchmesser realisieren, da die Kunststoffe bereits beim Schrumpfprozess, also beim Abkühlen nach dem Spritz-Vorgang, wegen der starken unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zur Rißbildung neigen.

Der Vollständigkeit halber sei noch auf die weitere Möglichkeit hingewiesen, Magnetmaterialien in Form metallischer Legierungen zu verwenden. Solche metallischen Legierungen sind jedoch sehr teuer und der Herstellungsprozess, der ein Tiefziehen dieser Legierung oder ein zum Ring Zusammenschweißen bedingen würde, wäre ausgesprochen aufwendig. Auch dabei müßte im übrigen eine mechanische Überarbeitung nach einem Aufkleben oder Aufpressen des magnetischen wirksamen Materials erfolgen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Meßrad der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine kostengünstige Herstellung, eine gute Formtreue und eine hohe mechanische Belastbarkeit auch bei hohen Umgebungstemperaturen und hohen Drehzahlen möglich ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Magnetspur auf mindestens einem Ring aus kunststoffgebundenem Magnetmaterial befindlich ist, der in hochfesten Kunststoff eingebettet mit der Nabe verbunden ist. Die metallische Nabe wiederum kann in üblicher Weise leicht auf der rotierenden Welle durch Schrumpfen (Preßpassung), axiales Verschrauben bzw. axiales Klemmen angebracht sein. Dabei kann die Metallnabe standardmäßig als Drehteil hergestellt sein. Auch alle notwendigen Befestigungselemente, wie Bohrungen, Gewinde usw. können in der Metallnabe realisiert sein. Damit ist leicht eine Anpassung an kundenspezifische Befestigungswünsehe möglich.

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Eine erste vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Einbetten mittels Spritzgießen erfolgt. Auch das Spritzgießverfahren ist ein Standardverfahren und weist die eingangs geschilderten Vorteile auf. 5

Dadurch, daß als· hochfester Kunststoff glasfaser- oder glaskugelverstärkter Kunststoff vorgesehen ist, ist eine ausgesprochen hohe mechanische Festigkeit des Materials gewährleistet.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ringe jeweils durch Verzahnungen großflächig miteinander verbindbar sind. Bei mehreren magnetischen Spuren, die axial hintereinander angeordnet wären, würde mit zunehmender Anzahl der Spuren der Magnetring immer breiter. Dies hätte den Nachteil, daß der Magnetring einen immer größeren Beitrag an die Festigkeit des Gesamtsystems leisten müßte. Durch die Verwendung mehrerer nebeneinanderliegender, großflächig miteinander verzahnter Ringe kann deren Breite so klein wie möglich und so breit wie nötig gewählt werden.

Dadurch, daß durch Lücken in der Verzahnung eine gleichmäßige Kunststoffeinbettung bewirkbar ist, ist eine hohe mechanische Stabilität gewährleistet.

Dadurch, daß der hochfeste Kunststoff einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der etwa dem mittleren Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials der Nabe und des Materials 0 des Ringes entspricht, werden mechanische Spannungen, bei Temperaturunterschieden minimiert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. 35

Dabei zeigen:

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FIG 1 eine Aufsicht auf ein Meßrad,
FIG 2 dessen Seitenansicht und
FIG 3 Einzelheiten eines Magnetrings.

In der Darstellung gemäß FIG 1 ist in einer Aufsicht ein Meßrad für einen Drehgeber gezeigt, das eine flanschförmige metallische Nabe N mit einer zentralen Bohrung B aufweist. In der Nabe N können Befestigungsbohrungen und Zentrierbohrungen für der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellte Befestigungsmittel vorgesehen sein. An der äußeren Kontur des Meßrades befindet sich ein System von Magnetringen, auf die im folgenden noch eingegangen wird.

Durch zwei Pfeile ist eine Schnittrichtung angedeutet, die zu der Darstellung gemäß FIG 2 führt. Diese zeigt ebenfalls die Nabe N mit ihrer Bohrung B, dabei ist jedoch ersichtlich, daß zwei Magnetringe Ml und M2 zentriert zur Bohrung B montiert sind. Dies erfolgt dadurch, daß die Magnetringe Ml und M2 mit kronenförmigen Verzahnungen Vl und V2 gegeneinandergesetzt umspritzt werden, wie dies durch die gestrichelt angedeutete Umspritzung U angedeutet ist, woraufhin das resultierende Formteil beispielsweise mit einem Preßsitz auf die Nabe N aufgebracht wird. Die allseitige Umspritzung der Magnetringe Ml und M2 bietet dabei einen hohen Schutz gegen mechanische und auch chemische Belastungen.

In der Darstellung gemäß FIG 3 ist für den Magnetring Ml dessen Verzahnung in einer Seitenansicht deutlich gezeigt. Es' sind dabei kronenförmige Zähne, so Zähne Zl, Z2 und Z3, vorgesehen, wobei jeweils die Zahnbreiten gleich gewählt sind, jedoch die Abstände zwischen den einzelnen Zähnen entweder eine Zahnbreite, so zwischen den Zähnen Zl und Z2, oder zwei Zahnbreiten, so zwischen den Zähnen Z2 und Z3, entspricht. Damit greifen bei der Montage die Verkronungen so ineinander, daß auch der Bereich zwischen den Magnetringen noch mit Sicherheit von hochfestem Kunststoff ausgefüllt werden kann.

Claims

GR 98 G 3495 'j y # · { #.§ k ^ J Schutzansprüche

1. Meßrad für einen Drehgeber, wobei das Meßrad auf einer Nabe mindestens eine äußere Magnetspur aufweist, d a durch gekennzeichnet, daß die Magnetspur auf mindestens einem Ring (Ml,M2) aus kunststoffgebundenem Magnetmaterial befindlich ist, der in hochfesten Kunststoff (U) eingebettet mit der Nabe (N) verbunden ist.

2. Meßrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbetten mittels Spritzgießen erfolgt.

3. Meßrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennzeichnet, daß als hochfester Kunststoff (U) glasfaser- oder glaskugelverstärkter Kunststoff vo^esehen ist.

4. Meßrad nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a -

durch gekennzeichnet, daß mehrere Ringe (Ml,M2) jeweils durch Verzahnungen (Vl,V2) großflächig miteinander verbindbar sind.

5. Meßrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch Lücken in der Verzahnung (Vl, V2) eine gleichmäßige Kunststoffeinbettung bewirkbar ist.

6. Meßrad nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hochfeste Kunststoff einen Wärmeausdehnungskoeffienten aufweist, der etwa dem mittleren Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials der Nabe (N) und des Materials des Rings (Vl,V2) entspricht .