EP2494314A2 - Messanordnung und -verfahren zur erfassung einer drehbewegung sowie labyrinthdichtung - Google Patents

Messanordnung und -verfahren zur erfassung einer drehbewegung sowie labyrinthdichtung

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EP2494314A2
EP2494314A2 EP10771110A EP10771110A EP2494314A2 EP 2494314 A2 EP2494314 A2 EP 2494314A2 EP 10771110 A EP10771110 A EP 10771110A EP 10771110 A EP10771110 A EP 10771110A EP 2494314 A2 EP2494314 A2 EP 2494314A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
absolute
encoder
machine part
wheel
sensor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10771110A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Horling
Henning Kern
Andreas Kern-Trautmann
Mathias Seuberling
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SKF AB
Original Assignee
SKF AB
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Filing date
Publication date
Application filed by SKF AB filed Critical SKF AB
Publication of EP2494314A2 publication Critical patent/EP2494314A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • G01D5/2454—Encoders incorporating incremental and absolute signals
    • G01D5/2455—Encoders incorporating incremental and absolute signals with incremental and absolute tracks on the same encoder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/72—Sealings
    • F16C33/76—Sealings of ball or roller bearings
    • F16C33/80—Labyrinth sealings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00—Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • F16C41/007—Encoders, e.g. parts with a plurality of alternating magnetic poles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/22—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
    • F16C19/34—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load
    • F16C19/38—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with two or more rows of rollers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C23/00—Bearings for exclusively rotary movement adjustable for aligning or positioning
    • F16C23/06—Ball or roller bearings
    • F16C23/08—Ball or roller bearings self-adjusting
    • F16C23/082—Ball or roller bearings self-adjusting by means of at least one substantially spherical surface
    • F16C23/086—Ball or roller bearings self-adjusting by means of at least one substantially spherical surface forming a track for rolling elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C2300/00—Application independent of particular apparatuses
    • F16C2300/10—Application independent of particular apparatuses related to size
    • F16C2300/14—Large applications, e.g. bearings having an inner diameter exceeding 500 mm
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/31—Wind motors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/22—Analogue/digital converters pattern-reading type
    • H03M1/24—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip
    • H03M1/28—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding
    • H03M1/30—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding incremental
    • H03M1/308—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding incremental with additional pattern means for determining the absolute position, e.g. reference marks

Definitions

  • the invention relates to a measuring arrangement for detecting a rotational movement. Furthermore, the invention relates to a bearing arrangement with such a measuring arrangement, a labyrinth seal and a method for mounting a measuring arrangement.
  • Rotation angle changes can be detected by means of incremental encoders and associated incremental sensors. Absolute values for the angle of rotation can be recorded with the aid of absolute encoders and associated absolute sensors.
  • the measuring arrangements for detecting rotational movements can be very expensive.
  • An object of the invention is to allow detection of a rotational movement even with large dimensions of the relatively rotating machine parts with reasonable effort.
  • the measuring arrangement according to the invention for detecting a rotational movement between a first machine part and a second machine part has an encoder wheel which is non-rotatably connected to the first machine part, an absolute encoder which is non-rotatably connected to the first machine part, an incremental sensor which is non-rotatable with the second Machine part is connected and an absolute sensor which is rotatably connected to the second machine part, on.
  • the encoder wheel has an alternating sequence of recesses and webs in the circumferential direction.
  • the absolute encoder is attached to the sender wheel and marks a circumferential position of the sender wheel.
  • the incremental sensor scans the encoder wheel and generates an incremental signal.
  • the absolute sensor scans the absolute encoder and generates an absolute signal.
  • the invention has the advantage that it enables a precise detection of a rotational movement between two machine parts with relatively little effort. It is particularly advantageous that the measuring arrangement according to the invention can be used efficiently and flexibly, even with large dimensions of the machine parts, since the Absolute encoder is attached to the sender wheel and thus no costly measures for attachment to another location must be made and in this respect are no requirements to be placed on the installation environment.
  • the absolute encoder can be designed as a separate component.
  • the absolute sensor can be arranged within the grid defined by the recesses and webs at any desired circumferential position of the encoder wheel. This makes it possible, for example, to mount the absolute encoder in the context of mounting the measuring arrangement on a position that is particularly accessible or that is particularly suitable for other reasons.
  • the absolute encoder can be releasably attached to the encoder wheel. This has the advantage that the position, the circumferential position of the encoder wheel, which is marked by the absolute encoder, with little effort and without damaging the encoder wheel and the absolute encoder can be changed again. This is especially noticeable when an exchange of the encoder wheel is associated with high costs.
  • the absolute encoder can be positively connected to the encoder wheel. A form-locking connection is usually very durable and can train and solve with reasonable effort.
  • the absolute encoder can engage in one of the recesses of the encoder wheel.
  • the absolute encoder can be designed asymmetrically such that it can be fastened exclusively in a predetermined orientation on the encoder wheel. In this way, assembly errors and consequential damage can be avoided.
  • the absolute encoder can be designed, for example, as an elastic element.
  • the absolute encoder can be clamped in the recess of the encoder wheel due to its elasticity.
  • the absolute encoder is made of spring steel, in particular of a stainless spring steel.
  • the absolute encoder is designed as a U-shaped part, in particular made of sheet metal. Such a shape can be realized with little effort and also offers the possibility to provide a defined elasticity.
  • the recesses and / or the webs of the encoder wheel can be arranged equidistantly in the circumferential direction. This enables a particularly simple evaluation of the incremental signal generated by the incremental sensor.
  • the encoder wheel may have projections which protrude into the recesses, in particular in the axial direction. These projections can be used for the formation of positive connection with the absolute encoder.
  • the sender wheel may be composed of several segments in the circumferential direction. This is particularly advantageous for a large-sized encoder wheel.
  • the transmitter wheel can also be made of spring steel, in particular of stainless spring steel.
  • the transmitter wheel is designed as a component of a labyrinth seal. This has the advantage that no additional component must be provided for the sender wheel and thus eliminates the cost of manufacturing and handling and the space required for an additional component.
  • the labyrinth seal can be provided for example for sealing a bearing assembly of a wind turbine.
  • the incremental sensor and the absolute sensor may have different scanning directions. This allows a compact design of the measuring arrangement according to the invention.
  • the scanning directions of the incremental sensor and the absolute sensor make an angle of at least 45 degrees with each other, and in particular are oriented orthogonal to each other.
  • the incremental sensor can be arranged, for example, so that its scanning direction is radial with respect to the encoder wheel.
  • the absolute sensor may be arranged so that its scanning direction is axial with respect to the encoder wheel.
  • the incremental sensor and the absolute sensor can be connected to a common holding device. be arranged. This reduces the assembly effort and ensures precise positioning of the incremental sensor and the absolute sensor relative to one another.
  • the absolute sensor can be arranged displaceably in the circumferential direction of the encoder wheel. This makes it possible to set the circumferential position of the encoder wheel marked by the absolute sensor.
  • the measuring arrangement according to the invention can be designed for a measuring operation in which the first machine part rests and the second machine part carries out a rotary movement. With such a variant, there is no risk that the absolute sensor will detach from the encoder wheel as a result of the rotational movement.
  • the invention further relates to a bearing arrangement of a wind energy plant with the measuring arrangement according to the invention.
  • the invention relates to a labyrinth seal, with a first ring and a second ring, which overlap axially and together form a sealing labyrinth.
  • the first ring is formed as a part of a sensor wheel and has an alternating sequence of recesses and webs in the circumferential direction.
  • the labyrinth seal according to the invention has the advantage that it is designed without significant additional effort as a donor for detecting a rotational movement. The material and assembly costs for an additional encoder can thus be saved.
  • an absolute encoder can be attached, which marks a circumferential position of the encoder wheel. In this way, the conditions for absolute rotation angle detection are created by simple means.
  • the labyrinth seal may have an outer diameter of at least 0.3 m, preferably at least 1 m.
  • the invention further relates to a method for mounting a measuring arrangement for detecting a rotational movement between a first machine part and a second machine part.
  • a transmitter wheel which has an alternating sequence of recesses and webs in the circumferential direction, is non-rotatably connected to the first machine part.
  • an absolute encoder is attached to the sender wheel in such a way that it marks a circumferential position of the sender wheel.
  • an incremental sensor which scans the transmitter wheel, rotatably connected to the second machine part and it is an absolute sensor which scans the absolute encoder rotatably connected to the second machine part.
  • the second machine part can be brought into a desired rotational angle position relative to the first machine part, before the absolute encoder is attached to the encoder wheel.
  • the absolute encoder can be attached to the encoder wheel in such a way that the marked circumferential position of the encoder wheel is within a circumferential region of the second machine part, within which the absolute sensor can be adjusted.
  • the absolute sensor can be adjusted to the education of the rotationally fixed connection with the second machine part to the marked by the absolute encoder circumferential position of the encoder wheel.
  • any rotational angular position of the second machine part relative to the first machine part can be marked with high precision by the absolute encoder within a through the Recesses and webs of the encoder wheel predetermined grid is arranged and a fine adjustment is made by circumferential displacement of the absolute sensor.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a bearing arrangement with an inventive measuring arrangement in side view
  • FIG. 2 shows the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1 in a sectional view
  • FIG. 4 shows an enlarged detail from FIG. 3,
  • FIG. 5 shows a further enlarged detail from FIG. 3,
  • Figure 6 shows an embodiment of the absolute encoder in perspective
  • FIG. 7 an embodiment of the sensor group in perspective view
  • FIG. 8 shows an embodiment of the sensor group in the mounted state in a perspective view and 9 shows the embodiment of the sensor group shown in Figure 8 in a sectional view.
  • Figure 1 shows an embodiment of a bearing assembly with an inventively designed measuring arrangement in side view. An associated sectional view is shown in FIG. 2.
  • the bearing assembly comprises a roller bearing 1, which is formed in the illustrated embodiment as a double-row spherical roller bearings.
  • the rolling bearing 1 may for example be designed as a double-row tapered roller bearing, or have another single or multi-row design.
  • the rolling bearing 1 is arranged in a housing 2 and serves for the rotatable mounting of a shaft 3 or another machine part about a rotation axis 4.
  • the rolling bearing 1 can be used for mounting a rotor shaft of a wind power plant.
  • the housing 2 has two axially extending supports 5 for mounting in an installation environment.
  • As the axial direction in each case a direction parallel to the axis of rotation 4 of the rolling bearing 1 is considered, unless otherwise stated.
  • the rolling bearing 1 is fixed by means of a clamping nut 6 on the shaft 3 and has an inner ring 7, an outer ring 8 and between the inner ring 7 and the outer ring 8 rolling rolling elements 9.
  • FIGS. 1 and 2 show an encoder wheel 10, an absolute encoder 11 and a sensor group 12, which are components of the measuring arrangement according to the invention for detecting the rotational movement of the shaft 3.
  • the encoder wheel 10 and the absolute encoder 1 1 are rotatably connected to the housing 2.
  • the sensor group 12 is rotatably connected to the shaft 3.
  • the structure and operation of the measuring arrangement according to the invention will be explained in more detail below.
  • the rolling bearing 1 shown in Figures 1 and 2 may have very large outer dimensions and have an outer diameter of more than 0.3 m, in particular even more than 1 m. In the illustrated embodiment, the rolling bearing 1, for example, an outer diameter of 1.7 m and an inner diameter of 1.3 m.
  • Figure 3 shows an embodiment of the encoder wheel 10 in a sectional view. Enlarged sections of Figure 3 are shown in Figures 4 and 5.
  • the encoder wheel 10 has a centrally perforated disc 13 and a radially outer ring 14 and a radially inner ring 15.
  • the rings 14, 15 are coaxially and perpendicularly secured to the disc 13 and extend differently far in the axial direction, wherein the radially outer ring 14 has a greater axial extent than the radially inner ring 15.
  • the radially outer ring 14 has equidistant over its circumference distributed recesses 16, which are separated from each other in the circumferential direction by webs 17.
  • the recesses 16 can be produced for example by punching.
  • each recess 16 protrude from two opposite sides of two axial projections 18 into it.
  • the axial projections 18 are asymmetrical, i. H. not centrally located in the recesses 16.
  • the encoder wheel 10 may be made of sheet metal, in particular of a spring steel. Preferably, a stainless spring steel is used.
  • the disc 13 of the encoder wheel 10 may be composed in the circumferential direction of a plurality of segments, which are connected to each other for example by a welded joint.
  • the rings 14, 15 may be formed segmented.
  • the encoder wheel 10 may be formed as a component of a labyrinth seal, which seals the rolling bearing 1 axially.
  • the rings 14 and 15 are components of a labyrinth seal.
  • Figure 6 shows an embodiment of the absolute encoder 1 1 in perspective view.
  • the absolute encoder 1 1 is U-shaped and has two legs 19 and 20, which can be approximated by overcoming an elastic restoring force.
  • the leg 19 is extended by a donor surface 21 and has an opening 22 and an opening 23.
  • the leg 20 has an opening 24 and an opening 25.
  • the openings 22, 24 are used to attach the absolute encoder 1 1 on the encoder wheel 10 and each take an axial projection 18 of the encoder wheel 10.
  • the apertures 22, 24 are matched with respect to their dimensions to the axial projections 18 in the recesses 16 of the encoder wheel 10 and asymmetrically formed in the same way as the axial projections 18. This ensures that the absolute encoder 1 1 only right in one of the recesses 16 of the encoder wheel 10 can be fixed.
  • the absolute encoder 1 1 can be made of sheet metal, in particular of a spring steel.
  • FIG. 7 shows an embodiment of the sensor group 12 in a perspective view.
  • the sensor group 12 has a double-angled holder 26, to which an incremental sensor 27 and an absolute sensor 28 are attached.
  • the incremental sensor 27 and the absolute sensor 28 are arranged next to one another and tilted relative to one another in such a way that their scanning directions are oriented orthogonal to one another.
  • a slot 29 is formed, which serves the attachment and adjustment of the sensor group 12.
  • the incremental sensor 27 and the absolute sensor 28 may each be designed as inductive sensors which, depending on whether or not a metallic surface is arranged in front of the sensor within a scanning range in the scanning direction, generate different signal levels.
  • Figure 8 shows an embodiment of the sensor group 12 in the assembled state in a perspective view. An associated sectional view is shown in FIG. 9.
  • the rotation angle between the shaft 3 and the housing 2 has been selected such that the absolute sensor 28 is arranged adjacent to the encoder surface 21 of the absolute encoder 11.
  • the absolute encoder 1 1 is arranged in one of the recesses 16 of the encoder wheel 10 and by the engagement of the axial projections 18 of the encoder wheel 10 in the openings 22, 24 of the absolute encoder 1 1, which is maintained by the elastic restoring force of the absolute encoder 1 1, positively fixed.
  • a clamping screw 30 between the openings 23, 25 of the absolute encoder 1 1, the legs 19, 20 of the absolute encoder 1 1 can be approximated by overcoming the elastic restoring force and so the positive engagement can be solved.
  • the clamping screw 30 thus facilitates the assembly and disassembly of the absolute encoder 1 1 on the encoder wheel 10.
  • the clamping screw 30 may also be designed so that it allows spreading of the legs 19, 20 of the absolute encoder 1 1 and thereby ensures the positive engagement.
  • the clamping screw 30 is not absolutely necessary and therefore can be omitted.
  • the radially outer ring 14 and the radially inner ring 15 of the encoder wheel 10 form a sealing labyrinth with a radially middle ring 31 which is arranged between the rings and is connected in a rotationally fixed manner to the shaft 3.
  • the encoder wheel 10 is thus formed as part of a labyrinth seal.
  • the holder 26 of the sensor group 12 is screwed by means of two fastening screws 32 which are guided through the slot 29 with the clamping nut 6 and thereby rotationally fixed to the shaft 3. Since the slot 29 extends in the circumferential direction of the clamping nut 6, the holder 26 and thus the entire sensor group 12 can be moved slightly in the circumferential direction.
  • the incremental sensor 27 is radially aligned relative to the axis of rotation 4 of the rolling bearing 1, ie its scanning direction extends radially.
  • the absolute sensor 28 is axially aligned relative to the axis of rotation 4 of the bearing 1, d. H. its scanning direction extends axially, so that the encoder surface 21 of the absolute encoder 1 1 can be scanned.
  • the detection of the rotational movement of the shaft 3 with the measuring arrangement according to the invention can be carried out as follows:
  • the sensor group 12 rotates, that is, both the incremental sensor 27 and the absolute sensor 28, with the shaft 3 with, the encoder wheel 10 and attached thereto absolute sensor 28 remain stationary.
  • the scanning region alternately covers recesses 16 and webs 17 of the encoder wheel 10.
  • this generates different signals.
  • the incremental sensor 27 outputs an incremental signal which varies in the same manner as the position of the scanning portion of the incremental sensor 27 relative to the recesses 16 and lands 17 of the sender wheel 10.
  • the rotation angle change and thus, for example, the current speed of the shaft 3 can be determined.
  • An Er Averaging an absolute value for the angle of rotation, ie the current rotational angle position, is only possible if at least one previous rotational angular position is known, which can be used as a reference value.
  • absolute rotation angles can not be determined with the incremental sensor 27 since, given identical rotational movement, it always delivers an identical incremental signal, regardless of which absolute angle of rotation the shaft 3 has in each case.
  • the absolute sensor 28 determines absolute values for the angle of rotation and thus, for example, the respective rotational angular position of the shaft 3. This is achieved in that the absolute sensor 28 scans the encoder surface 21 of the absolute encoder 1 1, which is arranged on a single, defined circumferential position of the encoder wheel 10 and thus marks this circumferential position and the associated rotational angle position. With each revolution of the shaft 3, the absolute sensor 28 thus provides an absolute signal when passing the marked rotational angular position, d. H. the absolute sensor 28 outputs an absolute angle of rotation once per revolution.
  • the absolute signal of the absolute sensor 28 can be used as a reference in the evaluation of the incremental signal of the incremental sensor 27.
  • the absolute rotation angle can be determined at any time.
  • at least a one-time adjustment of the measuring arrangement relative to the machine part is required. This adjustment can be carried out in the context of the assembly process described below.
  • the housing 2, the rolling bearing 1 and the shaft 3 including the machine part are mounted in a conventional manner.
  • the encoder wheel 10 is fixed in any rotational angle position on the housing 2.
  • the shaft 3 is rotated in such a way that the machine part precisely in a predetermined rotation. angle position is arranged.
  • the absolute encoder 1 1 is arranged and fixed in the recess 16 of the encoder wheel 10 which comes closest to the intended mounting position of the sensor group 12, more precisely the absolute sensor 28. This ensures that in the predetermined rotational angular position of the machine part, the encoder surface 21 of the absolute encoder 1 1 is arranged at least in the vicinity of the sensing surface of the absolute sensor 28.
  • the sensor group 12 is first loosely screwed with the mounting screws 32 and then moved by means of the slot 29 in the holder 26 of the sensor group 12 in the circumferential direction until the absolute sensor 28 delivers an absolute signal.
  • the holder 26 and thus also the absolute sensor 28 are permanently fixed by tightening the mounting screws.
  • the absolute sensor 28 outputs an absolute signal each time the machine part is in the predetermined rotational angular position.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Erfassung einer Drehbewegung zwischen einem ersten Maschinenteil (2) und einem zweiten Maschinenteil (3). Die erfindungsgemäße Messanordnung weist ein Geberrad (10), das drehfest mit dem ersten Maschinenteil (2) verbunden ist, einen Absolutgeber (11), der drehfest mit dem ersten Maschinenteil (2) verbunden ist, einen Inkrementalsensor (27), der drehfest mit dem zweiten Maschinenteil (3) verbunden ist und einen Absolutsensor (28), der drehfest mit dem zweiten Maschinenteil (3) verbunden ist, auf. Das Geberrad (10) weist in Umfangsrichtung eine alternierende Abfolge von Ausnehmungen (16) und Stegen (17) auf. Der Absolutgeber (11) ist am Geberrad (10) befestigt und markiert eine Umfangsposition des Geberrads (10). Der Inkrementalsensor (27) tastet das Geberrad (10) ab und erzeugt ein Inkrementalsignal. Der Absolutsensor (28) tastet den Absolutgeber (11) ab und erzeugt ein Absolutsignal.

Description

B e s c h r e i b u n g
Messanordnung zur Erfassung einer Drehbewegung
Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Erfassung einer Drehbewegung. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Lageranordnung mit einer derartigen Messanordnung, eine Labyrinthdichtung und ein Verfahren zur Montage einer Messanordnung.
Die Erfassung von Drehbewegungen spielt bei vielen technischen Anwendungen mit rotierenden Maschinenteilen eine wichtige Rolle. Je nach Anwendung ist die jeweilige Drehwinkeländerung oder der Drehwinkel selbst von Interesse. Bei manchen Anwendungen werden auch beide Größen benötigt. Drehwinkeländerungen können mittels Inkrementgebern und zugehörigen Inkrementalsensoren erfasst werden. Absolute Werte für den Drehwinkel können mit Hilfe von Absolutgebern und zugehörigen Absolutsensoren erfasst werden.
Insbesondere bei sehr großen drehenden Teilen können die Messanordnungen zur Erfassung von Drehbewegungen sehr aufwendig sein. Außerdem ist es mitunter schwierig eine Messanordnung so zu montieren, dass die absolute Messung des Drehwinkels jeweils ausgehend von einer gewünschten Drehwinkelposition als Nullstellung durchführbar ist.
Eine Häufung der genannten Schwierigkeiten ergibt sich beispielsweise bei Windenergieanlagen, da diese sehr große drehende Teile wie beispielsweise eine Rotor- welle oder ein drehbar gelagertes Maschinenhaus aufweisen und sowohl eine Erfassung der Drehwinkeländerung als auch eine Erfassung des absoluten Drehwinkels gewünscht wird. Hinzu kommen noch Probleme bei der Zugänglichkeit der Komponenten einer Windenergieanlage. Aus diesen Gründen besteht auf diesem technischen Gebiet ein besonders großes Interesse an einer leicht montierbaren Messanordnung zur Drehwinkelerfassung.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Erfassung einer Drehbewegung auch bei großen Abmessungen der relativ zueinander drehenden Maschinenteile mit vertretbarem Aufwand zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Messanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Messanordnung zur Erfassung einer Drehbewegung zwischen einem ersten Maschinenteil und einem zweiten Maschinenteil weist ein Geberrad, das drehfest mit dem ersten Maschinenteil verbunden ist, einen Absolutgeber, der drehfest mit dem ersten Maschinenteil verbunden ist, einen Inkrementalsen- sor, der drehfest mit dem zweiten Maschinenteil verbunden ist und einen Absolutsensor, der drehfest mit dem zweiten Maschinenteil verbunden ist, auf. Das Geberrad weist in Umfangsrichtung eine alternierende Abfolge von Ausnehmungen und Stegen auf. Der Absolutgeber ist am Geberrad befestigt und markiert eine Um- fangsposition des Geberrads. Der Inkrementalsensor tastet das Geberrad ab und erzeugt ein Inkrementalsignal. Der Absolutsensor tastet den Absolutgeber ab und erzeugt ein Absolutsignal.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass sie mit relativ geringem Aufwand eine präzise Erfassung einer Drehbewegung zwischen zwei Maschinenteilen ermöglicht. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die erfindungsgemäße Messanordnung auch bei großen Abmessungen der Maschinenteile effizient und flexibel einsetzbar ist, da der Absolutgeber am Geberrad befestigt ist und damit keine aufwendigen Maßnahmen zur Befestigung an sonstiger Stelle getroffen werden müssen und auch diesbezüglich keine Anforderungen an die Einbauumgebung zu stellen sind.
Der Absolutgeber kann als ein separates Bauteil ausgebildet sein. Insbesondere kann der Absolutsensor innerhalb des durch die Ausnehmungen und Stege vorgegebenen Rasters an einer beliebigen Umfangsposition des Geberrads angeordnet werden. Dies ermöglicht es beispielsweise, den Absolutgeber im Rahmen der Montage der Messanordnung an einer besonders gut zugänglichen oder aus anderen Gründen besonders geeigneten Position anzubringen.
Der Absolutgeber kann lösbar am Geberrad befestigt sein. Dies hat den Vorteil, dass die Position, die Umfangsposition des Geberrads, die durch den Absolutgeber markiert wird, mit wenig Aufwand und ohne Beschädigung des Geberrads und des Absolutgebers wieder geändert werden kann. Das macht sich insbesondere dann positiv bemerkbar, wenn ein Austausch des Geberrads mit hohem Aufwand verbunden ist. Beispielsweise kann der Absolutgeber formschlüssig mit dem Geberrad verbunden sein. Eine Formschlussverbindung ist in der Regel sehr dauerhaft und lässt sich mit vertretbarem Aufwand ausbilden und lösen. Insbesondere kann der Absolutgeber in eine der Ausnehmungen des Geberrads eingreifen. Weiterhin kann der Absolutgeber derart asymmetrisch ausgebildet sein, dass er ausschließlich in einer vorgegebenen Orientierung am Geberrad befestigt werden kann. Auf diese Weise können Montagefehler und damit einhergehende Folgeschäden vermieden werden. Der Absolutgeber kann beispielsweise als ein elastisches Element ausgebildet sein. In diesem Fall kann der Absolutgeber aufgrund seiner Elastizität in der Ausnehmung des Geberrads geklemmt sein. Vorzugsweise ist der Absolutgeber aus Federstahl, insbesondere aus einem nicht rostenden Federstahl, hergestellt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Absolutgeber als ein U-förmiges Teil, insbesondere aus Blech, ausgebildet. Eine derartige Form lässt sich mit geringem Aufwand realisieren und bietet zudem die Möglichkeit, eine definierte Elastizität vorzusehen. Außerdem bietet sich die Möglichkeit, einen Schenkel des derart ausgebildeten Absolutgebers verlängert auszubilden und als Abtastfläche zu nutzen.
Die Ausnehmungen und/oder die Stege des Geberrads können in Umfangsrichtung äquidistant angeordnet sein. Dies ermöglicht eine besonders einfache Auswertung des vom Inkrementalsensor erzeugten Inkrementalsignals. Weiterhin kann das Geberrad Vorsprünge aufweisen, die insbesondere in Axialrichtung in die Ausnehmungen hineinragen. Diese Vorsprünge können für die Ausbildung der Formschlussverbindung mit dem Absolutgeber genutzt werden. Das Geberrad kann in Umfangsrichtung aus mehreren Segmenten zusammengesetzt sein. Dies ist insbesondere bei einem Geberrad mit großen Abmessungen von Vorteil. Ebenso wie der Absolutgeber kann auch das Geberrad aus Federstahl, insbesondere aus nicht rostendem Federstahl, gefertigt sein.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Geberrad als ein Bestandteil einer Labyrinthdichtung ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass für das Geberrad kein zusätzliches Bauteil bereitgestellt werden muss und damit der Aufwand für die Herstellung und Handhabung und der Platzbedarf für ein zusätzliches Bauteil entfallen. Die Labyrinthdichtung kann beispielsweise zur Abdichtung einer Lageranordnung einer Windenergieanlage vorgesehen sein.
Der Inkrementalsensor und der Absolutsensor können unterschiedliche Abtastrichtungen aufweisen. Dies ermöglicht eine kompakte Ausbildung der erfindungsgemäßen Messanordnung. Vorzugsweise schließen die Abtastrichtungen des Inkremen- talsensors und des Absolutsensors einen Winkel von wenigstens 45 Grad miteinander ein und sind insbesondere orthogonal zueinander orientiert. Der Inkrementalsensor kann beispielsweise so angeordnet sein, dass seine Abtastrichtung bezüglich des Geberrads radial verläuft. Der Absolutsensor kann beispielsweise so angeordnet sein, dass seine Abtastrichtung bezüglich des Geberrads axial verläuft. Weiterhin können der Inkrementalsensor und der Absolutsensor an einer gemeinsamen Halte- rung angeordnet sein. Dies reduziert den Montageaufwand und stellt eine präzise Positionierung des Inkrementalsensors und des Absolutsensors relativ zueinander sicher. Der Absolutsensor kann in Umfangsrichtung des Geberrads verschiebbar angeordnet sein. Dies ermöglicht eine Einstellung der vom Absolutsensor markierten Umfangsposition des Geberrads.
Die erfindungsgemäße Messanordnung kann für einen Messbetrieb ausgebildet sein, bei dem das erste Maschinenteil ruht und das zweite Maschinenteil eine Drehbewegung ausführt. Bei einer derartigen Variante entfällt das Risiko, dass sich der Absolutsensor infolge der Drehbewegung vom Geberrad löst.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Lageranordnung einer Windenergieanlage mit der erfindungsgemäßen Messanordnung.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Labyrinthdichtung, mit einem ersten Ring und einem zweiten Ring, die axial überlappen und miteinander ein Dichtlabyrinth ausbilden. Der erste Ring ist als ein Bestandteil eines Geberrads ausgebildet und weist in Umfangsrichtung eine alternierende Abfolge von Ausnehmungen und Stegen auf.
Die erfindungsgemäße Labyrinthdichtung hat den Vorteil, dass sie ohne erheblichen Zusatzaufwand als ein Geber für eine Erfassung einer Drehbewegung ausgebildet ist. Der Material- und Montageaufwand für einen zusätzlichen Geber kann somit eingespart werden.
Am Geberrad kann ein Absolutgeber befestigt sein, der eine Umfangsposition des Geberrads markiert. Auf diese Weise werden mit einfachen Mitteln die Voraussetzungen für eine absolute Drehwinkelerfassung geschaffen.
Die Labyrinthdichtung kann einen Außendurchmesser von wenigstens 0,3 m, vorzugsweise wenigstens 1 m aufweisen. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Montage einer Messanordnung zur Erfassung einer Drehbewegung zwischen einem ersten Maschinenteil und einem zweiten Maschinenteil. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Geberrad, das in Umfangsrichtung eine alternierende Abfolge von Ausnehmungen und Stegen aufweist, drehfest mit dem ersten Maschinenteil verbunden. Weiterhin wird ein Absolutgeber derart am Geberrad befestigt, dass er eine Umfangsposition des Geberrads markiert. Außerdem wird ein Inkrementalsensor der das Geberrad abtastet, drehfest mit dem zweiten Maschinenteil verbunden und es wird ein Absolutsensor, der den Absolutgeber abtastet, drehfest mit dem zweiten Maschinenteil verbunden.
Das zweite Maschinenteil kann in eine gewünschte Drehwinkelposition relativ zum ersten Maschinenteil gebracht werden, bevor der Absolutgeber am Geberrad befestigt wird. Weiterhin kann der Absolutgeber so am Geberrad befestigt werden, dass sich die markierte Umfangsposition des Geberrads innerhalb eines Umfangsbe- reichs des zweiten Maschinenteils befindet, innerhalb dessen der Absolutsensor justierbar ist. Außerdem kann der Absolutsensor vor der Ausbildung der drehfesten Verbindung mit dem zweiten Maschinenteil auf die vom Absolutgeber markierte Umfangsposition des Geberrads justiert werden. Durch diese Maßnahmen kann auf sehr einfache Weise erreicht werden, dass die Drehwinkelposition des zweiten Maschinenteils, in der der Absolutgeber am Geberrad befestigt wird, jeweils mit hoher Präzision vom Absolutsensor detektiert wird und es ist beispielsweise möglich, diese Drehwinkelposition als Nullpunkt zu wählen, relativ zu dem die Drehbewegung zwischen dem zweiten Maschinenteil und dem ersten Maschinenteil erfasst wird.
Insgesamt kann somit durch das erfindungsgemäße Verfahren eine beliebige Drehwinkelposition des zweiten Maschinenteils relativ zum ersten Maschinenteil mit hoher Präzision markiert werden, indem der Absolutgeber innerhalb eines durch die Ausnehmungen und Stege des Geberrads vorgegebenen Rasters angeordnet wird und eine Feinjustage durch Umfangsverschiebung des Absolutsensors vorgenommen wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
Es zeigen
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer Lageranordnung mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Messanordnung in Seitenansicht,
Figur 2 das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel in Schnittdarstellung,
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel des Geberrads in Schnittdarstellung,
Figur 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 3,
Figur 5 einen weiteren vergrößerten Ausschnitt aus Figur 3,
Figur 6 ein Ausführungsbeispiel für den Absolutgeber in perspektivischer
Darstellung,
Figur 7 ein Ausführungsbeispiel der Sensorgruppe in perspektivischer Darstellung,
Figur 8 ein Ausführungsbeispiel der Sensorgruppe im montierten Zustand in perspektivischer Darstellung und Figur 9 das in Figur 8 dargestellte Ausführungsbeispiel der Sensorgruppe in Schnittdarstellung.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Lageranordnung mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Messanordnung in Seitenansicht. Eine zugehörige Schnittdarstellung zeigt Figur 2.
Die Lageranordnung weist ein Wälzlager 1 auf, das beim dargestellten Ausführungsbeispiel als ein zweireihiges Pendelrollenlager ausgebildet ist. Ebenso kann das Wälzlager 1 beispielsweise auch als ein zweireihiges Kegelrollenlager ausgebildet sein, oder eine sonstige ein- oder mehrreihige Bauform aufweisen. Das Wälzlager 1 ist in einem Gehäuse 2 angeordnet und dient der drehbaren Lagerung einer Welle 3 oder eines sonstigen Maschinenteils um eine Rotationsachse 4. Insbesondere kann das Wälzlager 1 zur Lagerung einer Rotorwelle einer Windenergieanlage eingesetzt werden.
Das Gehäuse 2 weist zwei axial verlaufende Träger 5 zur Befestigung in einer Einbauumgebung auf. Als Axialrichtung wird jeweils eine Richtung parallel zur Rotationsachse 4 des Wälzlagers 1 angesehen, soweit nichts anderes ausgeführt ist.
Das Wälzlager 1 ist mittels einer Spannmutter 6 an der Welle 3 befestigt und weist einen Innenring 7, einen Außenring 8 und zwischen dem Innenring 7 und dem Außenring 8 abrollende Wälzkörper 9 auf.
Weiterhin sind in den Figuren 1 und 2 ein Geberrad 10, ein Absolutgeber 1 1 und eine Sensorgruppe 12 dargestellt, die Bestandteile der erfindungsgemäßen Messanordnung zur Erfassung der Drehbewegung der Welle 3 sind. Das Geberrad 10 und der Absolutgeber 1 1 sind drehfest mit dem Gehäuse 2 verbunden. Die Sensorgruppe 12 ist drehfest mit der Welle 3 verbunden. Der Aufbau und die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Messanordnung werden im Folgenden noch näher erläutert. Das in den Figuren 1 und 2 dargestellte Wälzlager 1 kann sehr große Außenabmessungen aufweisen und einen Außendurchmesser von mehr als 0,3 m, insbesondere sogar mehr als 1 m besitzen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weist die das Wälzlager 1 beispielsweise einen Außendurchmesser von 1,7 m und einen Innendurchmesser von 1,3 m auf.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Geberrads 10 in Schnittdarstellung. Vergrößerte Ausschnitte aus Figur 3 sind in den Figuren 4 und 5 dargestellt. Das Geberrad 10 weist eine zentral gelochte Scheibe 13 sowie einen radial äußeren Ring 14 und einen radial inneren Ring 15 auf. Die Ringe 14, 15 sind koaxial und rechtwinkelig an der Scheibe 13 befestigt und erstrecken sich unterschiedlich weit in Axialrichtung, wobei der radial äußere Ring 14 eine größere axiale Erstreckung aufweist als der radial innere Ring 15. Der radial äußere Ring 14 weist äquidistant über seinen Umfang verteilte Ausnehmungen 16 auf, die in Umfangsrichtung durch Stege 17 voneinander getrennt sind. Die Ausnehmungen 16 können beispielsweise durch Stanzen hergestellt werden. In jede Ausnehmung 16 ragen von zwei gegenüberliegenden Seiten zwei axiale Vorsprünge 18 hinein. Bezüglich der Umfangsrichtung des Geberrads 10 sind die axialen Vorsprünge 18 asymmetrisch, d. h. nicht mittig in den Ausnehmungen 16 angeordnet.
Das Geberrad 10 kann aus Blech, insbesondere aus einem Federstahl gefertigt sein. Bevorzugt wird ein nicht rostender Federstahl verwendet. Wie aus Figur 1 hervorgeht kann die Scheibe 13 des Geberrads 10 in Umfangsrichtung aus mehreren Segmenten zusammengesetzt sein, die beispielsweise durch eine Schweißverbindung miteinander verbunden sind. Auch die Ringe 14, 15 können segmentiert ausgebildet sein. Insbesondere kann das Geberrad 10 als eine Komponente einer Labyrinthdichtung ausgebildet sein, die das Wälzlager 1 axial abdichtet. In diesem Fall sind die Ringe 14 und 15 Bestandteile eines Dichtlabyrinths. Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Absolutgeber 1 1 in perspektivischer Darstellung.
Der Absolutgeber 1 1 ist U-förmig ausgebildet und weist zwei Schenkel 19 und 20 auf, die unter Überwindung einer elastischen Rückstellkraft einander angenähert werden können. Der Schenkel 19 ist durch eine Geberfläche 21 verlängert und weist eine Durchbrechung 22 und eine Durchbrechung 23 auf. Der Schenkel 20 weist eine Durchbrechung 24 und eine Durchbrechung 25 auf.
Die Durchbrechungen 22, 24 dienen der Befestigung des Absolutgebers 1 1 am Geberrad 10 und nehmen je einen axialen Vorsprung 18 des Geberrads 10 auf.
Demgemäß sind die Durchbrechungen 22, 24 bezüglich ihrer Abmessungen auf die axialen Vorsprünge 18 in den Ausnehmungen 16 des Geberrads 10 abgestimmt und in gleicher Weise asymmetrisch ausgebildet wie die axialen Vorsprünge 18. Dadurch ist gewährleistet, dass der Absolutgeber 1 1 ausschließlich seitenrichtig in einer der Ausnehmungen 16 des Geberrads 10 fixiert werden kann.
Der Verwendungszweck der Durchbrechungen 23, 25 wird im Folgenden noch näher erläutert.
Der Absolutgeber 1 1 kann aus Blech, insbesondere aus einem Federstahl gefertigt sein.
Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Sensorgruppe 12 in perspektivischer Darstellung.
Die Sensorgruppe 12 weist eine zweifach abgewinkelte Halterung 26 auf, an der ein Inkrementalsensor 27 und ein Absolutsensor 28 angebracht sind. Der Inkremental- sensor 27 und der Absolutsensor 28 sind nebeneinander angeordnet und so gegeneinander verkippt, dass ihre Abtastrichtungen orthogonal zueinander orientiert sind. In der Halterung 26 ist ein Langloch 29 ausgebildet, das der Befestigung und Justa- ge der Sensorgruppe 12 dient. Der Inkrementalsensor 27 und der Absolutsensor 28 können beispielsweise jeweils als induktive Sensoren ausgebildet sein, die abhängig davon, ob innerhalb eines Abtastbereichs in Abtastrichtung vor dem Sensor eine metallische Fläche angeordnet ist oder nicht, unterschiedliche Signalpegel erzeugen.
Figur 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Sensorgruppe 12 im montierten Zustand in perspektivischer Darstellung. Eine zugehörige Schnittdarstellung zeigt Figur 9.
Für die Darstellung wurde der Drehwinkel zwischen der Welle 3 und dem Gehäuse 2 so gewählt, dass der Absolutsensor 28 benachbart zur Geberfläche 21 des Absolutgebers 1 1 angeordnet ist. Der Absolutgeber 1 1 ist in einer der Ausnehmungen 16 des Geberrads 10 angeordnet und durch den Eingriff der axialen Vorsprünge 18 des Geberrads 10 in die Durchbrechungen 22, 24 des Absolutgebers 1 1, der durch die elastische Rückstellkraft des Absolutgebers 1 1 aufrecht erhalten wird, formschlüssig fixiert. Durch eine Spannschraube 30 zwischen den Durchbrechungen 23, 25 des Absolutgebers 1 1 können die Schenkel 19, 20 des Absolutgebers 1 1 unter Überwindung der elastischen Rückstellkraft einander angenähert werden und so der formschlüssige Eingriff gelöst werden. Die Spannschraube 30 erleichtert somit die Montage und Demontage des Absolutgebers 1 1 am Geberrad 10. Außerdem kann die Spannschraube 30 auch so ausgebildet sein, dass sie ein Aufspreizen der Schenkel 19, 20 des Absolutgebers 1 1 ermöglicht und dadurch den formschlüssigen Eingriff sichert. Die Spannschraube 30 wird allerdings nicht zwingend benötigt und kann daher auch entfallen.
Wie aus Figur 9 hervorgeht bilden der radial äußere Ring 14 und der radial innere Ring 15 des Geberrads 10 mit einem radial mittleren Ring 31, der zwischen den Ringen angeordnet und drehfest mit der Welle 3 verbunden ist, ein Dichtlabyrinth aus. Das Geberrad 10 ist somit als ein Bestandteil einer Labyrinthdichtung ausgebildet. Die Halterung 26 der Sensorgruppe 12 ist mittels zweier Befestigungsschrauben 32, die durch das Langloch 29 geführt sind, mit der Spannmutter 6 verschraubt und dadurch drehfest zur Welle 3 angeordnet. Da das Langloch 29 in Umfangsrichtung der Spannmutter 6 verläuft, kann die Halterung 26 und damit die gesamte Sensorgruppe 12 in Umfangsrichtung etwas verschoben werden. Im montierten Zustand der Sensoranordnung ist der Inkrementalsensor 27 bezogen auf die Rotationsachse 4 des Wälzlagers 1 radial ausgerichtet, d. h. seine Abtastrichtung verläuft radial.
Demgemäß befinden sich in Abtastrichtung des Inkrementalsensors 27 die Aussparungen und Stege 17 des Geberrads 10. Der Absolutsensor 28 ist bezogen auf die Rotationsachse 4 des Wälzlagers 1 axial ausgerichtet, d. h. seine Abtastrichtung verläuft axial, so dass die Geberfläche 21 des Absolutgebers 1 1 abgetastet werden kann.
Die Erfassung der Drehbewegung der Welle 3 mit der erfindungsgemäßen Messanordnung kann folgendermaßen erfolgen:
Bei einer Drehung der Welle 3 dreht sich die Sensorgruppe 12, d. h. sowohl der Inkrementalsensor 27 als auch der Absolutsensor 28, mit der Welle 3 mit, das Geberrad 10 und der daran angebrachte Absolutsensor 28 bleiben ortsfest. Infolge der Drehbewegung des Inkrementalsensors 27 überstreicht dessen Abtastbereich alternierend Ausnehmungen 16 und Stege 17 des Geberrads 10. Abhängig davon, ob sich eine Ausnehmung 16 oder ein Steg 17 im Abtastbereich des Inkrementalsensors 27 befindet, erzeugt dieser unterschiedliche Signale. Somit gibt der Inkrementalsensor 27 ein Inkrementalsignal aus, das in gleicher Weise variiert, wie die Lage des Abtastbereichs des Inkrementalsensors 27 relativ zu den Ausnehmungen 16 und Stegen 17 des Geberrads 10. Da die Ausnehmungen 16 in äquidistanter oder sonstiger bekannter Abfolge über den Umfang des Geberrads 10 verteilt sind, kann aus dem Inkrementalsignal des Inkrementalsensors 27 die Drehwinkeländerung und somit beispielsweise die aktuelle Drehzahl der Welle 3 ermittelt werden. Eine Er- mittlung eines Absolutwerts für den Drehwinkel, d. h. die aktuelle Drehwinkelposition, ist aber nur möglich, wenn wenigsten eine frühere Drehwinkelposition bekannt ist, die als Referenzwert verwendet werden kann. Absolute Drehwinkel können mit dem Inkrementalsensor 27 jedoch nicht ermittelt werden, da dieser bei identischer Drehbewegung stets ein identisches Inkrementalsignal liefert, unabhängig davon, welchen absoluten Drehwinkel die Welle 3 jeweils aufweist.
Unter zusätzlicher Einbeziehung des Absolutsensors 28 ist es jedoch möglich, absolute Werte für den Drehwinkel und somit beispielsweise die jeweilige Drehwinkelposition der Welle 3 zu ermitteln. Dies wird dadurch erreicht, dass der Absolutsensor 28 die Geberfläche 21 des Absolutgebers 1 1 abtastet, der an einer einzigen, definierten Umfangsposition des Geberrads 10 angeordnet ist und somit diese Um- fangsposition und die dazugehörige Drehwinkelposition markiert. Bei jeder Umdrehung der Welle 3 liefert der Absolutsensor 28 somit ein Absolutsignal beim Passieren der markierten Drehwinkelposition, d. h. der Absolutsensor 28 gibt einmal pro Umdrehung einen absoluten Drehwinkel aus. Das Absolutsignal des Absolutsensors 28 kann bei der Auswertung des Inkrementalsignals des Inkrementalsensors 27 als Referenz verwendet werden. Durch Addition des dadurch markierten absoluten Drehwinkels und der vom Inkrementalsensor 27 seither ermittelten Drehwinkeländerung kann zu jedem Zeitpunkt der absolute Drehwinkel ermittelt werden. Um aus einem derart ermittelten absoluten Drehwinkel eine Drehposition eines auf der Welle 3 angeordneten Maschinenteils mit hoher Präzision ermitteln zu können, ist zumindest eine einmalige Justage der Messanordnung relativ zu dem Maschinenteil erforderlich. Diese Justage kann im Rahmen des im Folgenden beschriebenen Montageverfahrens durchgeführt werden.
Zunächst werden das Gehäuse 2, das Wälzlager 1 und die Welle 3 inklusive des Maschinenteils in für sich bekannter Weise montiert. Dabei wird auch das Geberrad 10 in einer beliebigen Drehwinkelposition am Gehäuse 2 befestigt. Dann wird die Welle 3 so verdreht, dass das Maschinenteil präzise in einer vorgegebenen Dreh- winkelposition angeordnet wird. Unter Beibehaltung dieser Drehwinkelposition wird in der Ausnehmung 16 des Geberrads 10, die der vorgesehene Montageposition der Sensorgruppe 12, genauer gesagt des Absolutsensors 28, am nächsten kommt, der Absolutgeber 1 1 angeordnet und fixiert. Dadurch wird erreicht, dass in der vorgegebenen Drehwinkelposition des Maschinenteils die Geberfläche 21 des Absolutgebers 1 1 zumindest in der Nähe der Abtastfläche des Absolutsensors 28 angeordnet ist. Dann wird die Sensorgruppe 12 mit den Befestigungsschrauben 32 zunächst lose angeschraubt und dann mit Hilfe des Langlochs 29 in der Halterung 26 der Sensorgruppe 12 solange in Umfangsrichtung verschoben, bis der Absolutsensor 28 ein Absolutsignal liefert. In der dann erreichten Umfangsposition werden die Halterung 26 und damit auch der Absolutsensor 28 durch Anziehen der Befestigungsschrauben dauerhaft fixiert. Bei einer zukünftigen Drehbewegung gibt der Absolutsensor 28 jedes Mal dann ein Absolutsignal aus, wenn sich das Maschinenteil in der vorgegebenen Drehwinkelposition befindet.
Bezugszeichenliste
1 Wälzlager
2 Gehäuse
3 Welle
4 Rotationsachse
5 Träger
6 Spannmutter
7 Innenring
8 Außenring
9 Wälzkörper
10 Geberrad
1 1 Absolutgeber
12 Sensorgruppe
13 Scheibe
14 Radial äußerer Ring
15 Radial innerer Ring
16 Ausnehmung
17 Steg
18 Axialer Vorsprung
19 Schenkel
20 Schenkel
21 Geberfläche
22 Durchbrechung
23 Durchbrechung
24 Durchbrechung Durchbrechung
Halterung
Inkrementalsensor
Absolutsensor
Langloch
Spannschraube
Radial mittlerer Ring
Befestigungsschraube

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Messanordnung zur Erfassung einer Drehbewegung zwischen einem ersten Maschinenteil (2) und einem zweiten Maschinenteil (3) mit
- einem Geberrad (10), das drehfest mit dem ersten Maschinenteil (2) verbunden ist
- einem Absolutgeber (1 1), der drehfest mit dem ersten Maschinenteil (2) verbunden ist,
- einem Inkrementalsensor (27), der drehfest mit dem zweiten Maschinenteil (3) verbunden ist und
- einem Absolutsensor (28), der drehfest mit dem zweiten Maschinenteil (3) verbunden ist,
wobei
- das Geberrad (10) in Umfangsrichtung eine alternierende Abfolge von Ausnehmungen (16) und Stegen (17) aufweist,
- der Absolutgeber (1 1) am Geberrad (10) befestigt ist und eine Umfangspo- sition des Geberrads (10) markiert,
- der Inkrementalsensor (27) das Geberrad (10) abtastet und ein Inkremental- signal erzeugt und
- der Absolutsensor (28) den Absolutgeber (1 1) abtastet und ein Absolutsignal erzeugt.
2. Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Absolutgeber (1 1) als ein separates Bauteil ausgebildet ist.
3. Messanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Absolutgeber (1 1) lösbar am Geberrad (10) befestigt ist.
4. Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Geberrad (10) als ein Bestandteil einer Labyrinthdichtung ausgebildet ist.
5. Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung für einen Messbetrieb ausgebildet ist, bei dem das erste Maschinenteil (2) ruht und das zweite Maschinenteil (3) eine Drehbewegung ausführt.
6. Lageranordnung einer Windenergieanlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung eine Messanordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
7. Labyrinthdichtung mit einem ersten Ring (14) und einem zweiten Ring (31), die axial überlappen und miteinander ein Dichtlabyrinth ausbilden, wobei der erste Ring (14) als ein Bestandteil eines Geberrads (10) ausgebildet ist und in Umfangsrichtung eine alternierende Abfolge von Ausnehmungen (16) und Stegen (17) aufweist.
8. Labyrinthdichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Geberrad (10) ein Absolutgeber (1 1) befestigt ist, der eine Umfangsposition des Geberrads (10) markiert.
9. Verfahren zur Montage einer Messanordnung zur Erfassung einer Drehbewegung zwischen einem ersten Maschinenteil (2) und einem zweiten Maschinenteil (3), wobei
- ein Geberrad (10), das in Umfangsrichtung eine alternierende Abfolge von Ausnehmungen (16) und Stegen (17) aufweist, drehfest mit dem ersten Maschinenteil (2) verbunden wird,
- ein Absolutgeber (1 1) derart am Geberrad (10) befestigt wird, dass er eine Umfangsposition des Geberrads (10) markiert,
- ein Inkrementalsensor (27), der das Geberrad (10) abtastet, drehfest mit dem zweiten Maschinenteil (3) verbunden wird und
- ein Absolutsensor (28), der den Absolutgeber (1 1) abtastet, drehfest mit dem zweiten Maschinenteil (3) verbunden wird.
10. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Maschinenteil (3) in eine gewünschte Drehwinkelposition relativ zum ersten Maschinenteil (2) gebracht wird, bevor der Absolutgeber (1 1) am Geberrad (10) befestigt wird.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Absolutgeber (1 1) so am Geberrad (10) befestigt wird, dass sich die markierte Umfangsposition des Geberrads (10) innerhalb eines Umfangsbe- reichs des zweiten Maschinenteils (3) befindet, innerhalb dessen der Absolutsensor (28) justierbar ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Absolutsensor (28) vor der Ausbildung der drehfesten Verbindung mit dem zweiten Maschinenteil (3) auf die vom Absolutgeber (1 1) markierte Umfangsposition des Geberrads (1 1) justiert wird.
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