EP3231045A1 - Drehkupplungsanordnung mit einer rotoranordnung für eine schleifringbaugruppe - Google Patents

Drehkupplungsanordnung mit einer rotoranordnung für eine schleifringbaugruppe

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EP3231045A1
EP3231045A1 EP15807631.5A EP15807631A EP3231045A1 EP 3231045 A1 EP3231045 A1 EP 3231045A1 EP 15807631 A EP15807631 A EP 15807631A EP 3231045 A1 EP3231045 A1 EP 3231045A1
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EP
European Patent Office
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assembly
rotor
rotor assembly
shaft member
central portion
Prior art date
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EP15807631.5A
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EP3231045B1 (de
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Tobias Woletz
Dieter Kaufmann
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Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
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Publication date
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    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/10—Manufacture of slip-rings

Definitions

  • the present invention relates to a rotor assembly for a slip ring assembly.
  • the present invention relates to a rotary joint assembly having a slip ring assembly.
  • the support structures are known in many forms, for example in the form of portal structures or horizontal arm structures. Frequently, the support structures on axes of rotation, which allow a rotation of an arrangement, for example. The sensor or, for example. Also, an intermediate rotary pivot joint by up to 360 °. Furthermore, completely freely rotatable Rotary axes used in which rotational movements over a multiple of 360 °
  • slip ring assemblies are usually made by injection molding of plastic.
  • the contact rings used and the associated cables are encapsulated in plastic, the plastic then provides the required insulation between the individual contact rings and cables and at the same time provides the shaft body of a rotor element of a slip ring assembly.
  • many electrical contacts are now required. Is the number of cable elements to be provided large in size Compared to the available installation space, the problem may arise that a large part of the available shaft diameter is taken up by the electric cables themselves. There then remains very little space that can be injected with plastic, resulting in a very low torsional stiffness of the rotor shaft of the slip ring assembly. This can lead to twisting and even deformation of the slip ring rotor, which can cause undesirable hysteresis problems.
  • measuring systems for the rotational position are generally self-mounted, they still have a certain moment of resistance on the rotor of a slip ring assembly or on the entire axis of rotation coupled thereto. This also always causes a corresponding torsion of the slip ring rotor with insufficient rigidity of the slip ring rotor, which ultimately leads to the undesirable hysteresis.
  • the document DE 199 35 282 A1 shows a device for measuring a
  • the document DE 20 2009 017 928 U1 and the publication DE 10 2009 057 609 A1 show portable height gauge and scriber device which also proposes a slip ring assembly and the use of slip rings.
  • the document DE 601 08 858 T2 shows a route measuring device or a curve length measuring device in which an electrical coupling means can be formed by one or more slip rings and one or more brushes.
  • the document DE 201 10 415 111 shows an inspection device for the dimensional and / or shape tolerances of a rotationally symmetrical surface of a workpiece, in which a supply and signal transmission device can be formed from a slip ring.
  • the document DE 10 2008 028 403 A1 shows a Ansatzwegauf disturbing for measuring the change in length of a sample in which a friction clutch in the form of an adjustable spring-slip ring system can be performed.
  • the document DE 31 33 477 C2 shows a device for measuring the surface flatness of a plate.
  • the publication DD 249 523 A1 shows a device for error detection and error marking in non-conductive layers on electrically conductive material, which has a slip ring arrangement in the case.
  • the document DE 100 52 360 A1 shows a device for measuring bores of a workpiece, in which a wiring harness is guided in a slip ring body. Furthermore, the document DE 295 19 61 1 U1 shows a rope length sensor, in particular for use in telescopic arms, which may have a slip ring assembly.
  • An object of the present invention is therefore to provide an improved rotor assembly for a slip ring assembly or a rotary coupling arrangement, which allows a hysteresis-free transmission of rotational movement and is particularly suitable for use in small spaces for transmitting rotational movements of more than 360 °.
  • Slip ring assembly proposed with a shaft member and at least one Contact ring, wherein the shaft member at least partially as a hollow shaft with a
  • each contact ring being disposed in the central portion on the shaft member, the central portion having at least one recess through the shell wall in the interior, wherein each contact ring is connected to a cable element, which is guided through one of the at least one recess, into the interior space, and wherein the shaft element has a first end portion with an outer circumference cross-section for the rotationally fixed coupling.
  • Rotor elements of known slip ring assemblies are, for example, produced by the above-mentioned injection molding or several thin sleeves are pressed into each other. However, this does not allow the required torsional stiffness in a free transmission of a rotary motion.
  • Mantle wall allows their interpretation according to the requirements of the number of electrical contacts, the resistance torque to be experienced and the available space.
  • a material with a high shear modulus for example.
  • a steel alloy or a ceramic material may be used.
  • This provides the rotor assembly of a slip ring assembly with a torsionally stiff shaft member.
  • the formation of one end of the shaft member having an outer circumferential cross-section to the non-rotatable coupling, in particular direct non-rotatable coupling, allows the coupling with a driven rotor assembly of a rotary coupling assembly and the direct transmission of the rotational movement to the rotor assembly of the slip ring assembly.
  • the proposed embodiment may, for example, make it possible to provide a maximum hysteresis of less than 10 arc seconds for a maximum outer diameter of the rotor assembly of a maximum of 13 mm and at least 14 contact rings or contacts to be transferred by the slip ring.
  • An outer diameter of the contact rings can be for example 8 mm.
  • An isolation of the contact rings relative to the shaft element is between a
  • This can be formed, for example, as a pressed plastic sleeve.
  • the contact rings can be threaded onto the shaft and come to rest on the plastic sleeve.
  • the contact rings can then be arranged alternately with, for example. Also formed of plastic insulating rings, so that each contact ring is sufficiently insulated both with respect to the shaft member and against adjacent contact rings.
  • electrically isolated means that an electrical conductivity across a corresponding insulation is less than 10 -8 S / m or A / Vm or 1 / Qm Unit Siemens, m the unit meters, A the unit amperes, V the unit volts, ⁇ the unit ohms.
  • a rotary joint interface in particular for a coordinate measuring machine, proposed with a slip ring assembly with a rotor assembly according to the first aspect of the invention or one of its embodiments, comprising a rotatable coupling assembly having a first end and a second end opposite the first end, the first end having a coupling interface and wherein the second end has a slip ring assembly interface for rotationally fixed engagement with the first end portion of the rotor assembly, and a rotational position measurement system for determining a rotational position of the rotor assembly of the slip ring assembly.
  • Central portion opposite the first end portion is offset by a flange, wherein the flange has an outer diameter which is larger than a smallest outer diameter of the first end portion and larger than an outer diameter of the central portion.
  • a smallest diameter of the first end portion is greater than a diameter of the central portion.
  • an introduced via the first end portion in the rotor assembly clutch torque due to the large outer diameter can be large.
  • Outer circumferential cross section of the first end portion is formed as a profile cross-section, in particular wherein the first end portion is formed flattened.
  • a “profile cross section” can be understood to mean any non-circular outer peripheral cross section.
  • the profile cross-section allows to transmit a rotational movement by means of a non-rotatable coupling.
  • the profile cross-section for example, be triangular, square or n-square.
  • elliptical profile cross sections are possible.
  • the torsional rigidity of the shaft member can be improved and a hysteresis-free transmission of a rotary motion can be improved.
  • the shaft member is formed of a material having a shear modulus of more than 75 gigapascals (GPa), in particular wherein the material of the shaft member is a steel alloy.
  • 1 Pascal is 1 N / m 2 or 1 kg / ms 2 . Also in this way can the
  • Torsional stiffness of the shaft member can be increased.
  • steel alloys can have a large shear modulus.
  • unalloyed steels for example unalloyed tool steels, may also already have a suitable torsional rigidity or a sufficiently high shear modulus.
  • Possible alloying elements for steel are, for example, chromium, vanadium, manganese,
  • each contact ring is electrically insulated from the shaft element by means of insulation. Then, the at least one recess may be formed by the insulation and the jacket wall in the interior.
  • Shaft element may be provided, for example, when the shaft member is formed of a metallic material.
  • the shaft element is formed of an electrically insulating material.
  • an additional electrical insulation between the contact rings and the corrugated element is not necessary.
  • a plastic sleeve or an electrically insulating adhesive layer can then be saved.
  • a plastic sleeve or an electrically insulating adhesive layer may nevertheless be provided as additional electrical insulation.
  • the shaft member is formed of a material having a shear modulus of more than 100 GPa, in particular wherein the material of the shaft member is a ceramic material.
  • the material of the shaft element may be a silicon carbide ceramic material.
  • the rotor assembly comprises more than one contact ring, and wherein in each case between two adjacent contact rings, an adjacent insulating rings electrically insulating insulating ring is arranged.
  • the insulating ring can also be formed here from a workpiece having an electrical conductivity of less than 10 "8 amps per voltmeter or AA.sup.-m. In this way, adjacent contact rings can be easily electrically insulated from one another simply be alternately pushed onto the shaft element.
  • Middle section is arranged an electrically insulating isolation ring.
  • the workpiece of the insulating ring have an electrical conductivity of less than 10 "8 A / Vm.
  • the insulation is formed as a sleeve made of an electrically insulating material, which is arranged on the central portion of the shaft member.
  • the contact rings can simply be pushed onto the sleeve.
  • the sleeve can be made of a plastic.
  • the sleeve can then be pressed onto the shaft element or the middle section of the shaft element.
  • the shaft element here alone serves for the torsionally rigid transmission of the rotational movement, so that a hysteresis-free measurement of the rotational position becomes possible.
  • the insulation of the contact rings is then, for example, on the proposed sleeve or else, as will be explained below, by an adhesive layer and by also similarly deferred insulation rings.
  • the insulation is formed as an adhesive layer, wherein the adhesive layer is provided by means of an adhesive of an electrically insulating material.
  • the adhesive layer may have a thickness of at least 0.1 mm.
  • Such an adhesive layer may, for example, also make it possible to fix the contact rings on the shaft element in the longitudinal direction adjacent to one another in such a way that an air gap exists between adjacent contact rings. Then, for example, insulation rings can be omitted.
  • a minimum thickness of at least 0.1 mm may be provided to provide sufficient insulation from the shaft member.
  • a thickness of the adhesive layer of 0.15 mm be provided.
  • the adhesive layer can be applied to the shaft element, in particular be applied with rotating shaft element. After curing, the adhesive can then be turned to the desired thickness. In this way, electrical insulation can be provided in a very thin and space-saving manner in direct connection with the shaft element.
  • the contact rings can then for example likewise be arranged on the adhesive layer and can be fixed on the adhesive layer and thus on the shaft element by means of the adhesive, in particular an additional application of adhesive.
  • the shaft element has a second end portion opposite the first end portion, in which the casing wall is closed over its entire surface.
  • the corrugated element can be designed as a hollow shaft throughout. In this case, however, in particular the jacket wall of the entire end can be closed in the second end portion and have no mismatches.
  • the central portion is thus between the first end portion and the second
  • the second end section is used in particular for coupling with a rotational position measuring system.
  • the second end portion may be hardened. In this way it becomes possible to provide a steel or steel alloy shaft journal as the input interface for the rotational position measuring system.
  • the second end portion may then be disposed in or on the rotational position measuring system.
  • An additional shaft journal is no longer provided between the slip ring assembly and the rotational position measuring system. Further hysteresis influences can thus be avoided.
  • respectively adjacent contact rings are arranged on the central portion such that an air gap remains between them.
  • adjacent contact rings are spaced apart from each other
  • this can be provided with a same number of contact rings a small axial length of the rotor assembly.
  • each contact ring has a radial inner surface, a radial outer surface and two side surfaces, and wherein each contact ring is connected to one of its side surfaces with a cable element.
  • the cables are soldered to the contact rings side.
  • the cables can be soldered prior to assembly to the rings and after the threading of the rings on the shaft member, the cables are individually guided through the corresponding recess in the interior of the shaft member.
  • the rotor arrangement has at least fourteen contact rings.
  • the rotor arrangement has a number of recesses which corresponds to the number of contact rings.
  • the rotor arrangement has at least one first recess and one second recess, wherein the first recess and the second recess are formed offset in the circumferential direction to each other in the central portion.
  • the rotary joint assembly comprises a drive means which is coupled to the clutch assembly to rotate or drive the clutch assembly.
  • Coupling assembly with appropriately designed loop to achieve a high positioning accuracy Coupling assembly with appropriately designed loop to achieve a high positioning accuracy.
  • the rotor assembly is a rotor assembly in which the shaft member has a first end portion opposite the second end portion in which the shell wall is closed over the entire surface, and wherein the second end portion in the Rotary position measuring system is arranged.
  • the second end portion may be disposed on the rotational position measuring system.
  • the second end portion may be arranged in a direction along the rotational axis of the shaft member overlapping with the rotational position measuring system.
  • the rotor assembly may be cantilevered in the rotor assembly.
  • Coupling assembly, slip ring assembly and rotational position measuring system is provided, wherein between the coupling assembly, a direct transmission of the rotational movement via the rotor assembly of the slip ring assembly is provided in the rotational position measuring system.
  • the shaft element of the rotor assembly of the slip ring assembly is continuously provided by the clutch assembly in the rotational position measuring system. With little space in this way a hysteresis-free direct transmission of the rotational movement of the coupling assembly is made possible in the rotational position measuring system.
  • due to the direct coupling of the slip ring assembly or the rotor assembly of the slip ring assembly with coupling assembly and the rotational position measuring system can basically be dispensed with a self-supporting the rotor assembly of the slip ring assembly. This can avoid the introduction of additional torques and / or friction forces and thus additional hysteresis influences.
  • 2a shows an embodiment of a rotor assembly
  • 2b is a schematic cross-sectional view of a contact ring
  • Fig. 3 is a symmetrical view of an embodiment of a shaft member of a rotor assembly
  • Fig. 4 shows an embodiment of a rotor assembly.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a rotary joint assembly 10.
  • Rotary coupling assembly 10 can be used in particular in coordinate measuring machines. It serves, for example, to rotatably couple a sensor to a carrier structure.
  • the rotation can be freely given by a multiple of 360 °, a so-called n x 360 ° rotatability.
  • the dimensioning of the rotary coupling arrangement is freely selectable.
  • other applications are conceivable, for example. For turntables or in other applications, if rotary axes should be free to pivot more than 360 °.
  • the use of the rotary joint assembly 10 in a coordinate measuring machine where it is used for coupling to a sensor will now be described.
  • the rotary coupling arrangement 10 has a sensor interface 12.
  • a sensor can be arranged, which is then freely rotatable about an axis of rotation 14.
  • the rotary coupling arrangement must ensure that a rotational movement at a sensor-side end, which is designated by an arrow 16, is identical to a rotational movement at an opposite end, which is designated by an arrow 18.
  • Rotational movements 16 and 18 would have to be hysteresis-free and identical in order to be able to detect a rotational position of a sensor at the sensor interface 12 without hysteresis by means of a rotational position measuring system 20.
  • a torsionally rigid coupling between a first end 22 of a coupling assembly 24 and the measuring system 20 must be provided.
  • the clutch assembly 24 is supported by two bearings 26, 28 in a housing 30 of the rotary joint assembly.
  • the housing 30 of the rotary coupling arrangement is shown only broken off schematically, it may in principle have any shape.
  • the clutch assembly 24 has a second end 32.
  • a coupling device 33 in particular a recess, is provided, which is provided for the rotationally fixed coupling with a slip ring assembly 36.
  • the coupling assembly 24 is formed with an internal cavity having a
  • the inner cavity is designed along the axis of rotation 14 in order to allow a torsion-free passage of the cable elements from the sensor interface 12 to the recess 33.
  • Drive means 34 may be of any desired design, for example.
  • An electric motor may be provided which drives the clutch assembly by means of a chain or belt drive.
  • the drive device should act as free of lateral force as possible.
  • the drive device is designed in the form of an electric machine, wherein the coupling assembly is a rotor of this electric machine.
  • the slip ring assembly 36 includes a slip ring stator 38 and a rotor assembly 40.
  • the rotor assembly 40 is described in detail below.
  • the rotor assembly 40 is rotatably connected to the coupling assembly 33 with the coupling assembly 24. Rotation of the clutch assembly 24 initiated by the driver 34 is thus transferred directly to the rotor assembly 40 of the slip ring assembly 36.
  • a stator 38 of the slip ring assembly 36 detects the electrical signals at corresponding contacts of the rotor assembly 40 and passes them on via a corresponding cable element 42 on. Only schematically illustrated is a data transmission 44, which can connect the cable element 42 with an evaluation and / or regulating device 46. Also, the measuring system 20 may be connected via this data connection 44 with the evaluation and / or regulating device 46. The illustrated arrangement allows the coupling assembly 24, the
  • FIG. 2 a shows a cross-sectional view of an embodiment of a rotor assembly 40.
  • the rotor assembly 40 includes a shaft member 48.
  • the shaft member 48 is at least partially formed as a hollow shaft.
  • the shaft member 48 is continuously formed as a hollow shaft.
  • the shaft member 48 has a first end 50.
  • the first end 50 has, as shown in the cross section A-A, a profile cross-section 52. This means that the profile cross-section 52 is not circular.
  • it has flattened portions 54 to enable a rotationally fixed coupling with the coupling assembly 24.
  • Adjacent to the flattened portions 54 Adjacent to the flattened portions 54, a flange 56 is formed.
  • the flange 56 has a cross section larger than that of the flattened portion 54.
  • An insulation 58 adjoins the flange 56 on an outer circumference of the shaft element 48. This extends over a part of the outer circumference of a shaft of the shaft element 48.
  • Opposite to the first end 50 is a second end 60.
  • a first end portion 62 At the first end 50 in the region of the flattened portions 54 extends longitudinally along the axis of rotation 14, a first end portion 62. This extends to the flange 56. From the flange 56 to one end of the insulation 58 extends a central portion 64 of Shaft element 48. From the end of the isolation up to the second end 60 extends a second end portion 66 of the shaft member 48. The second end portion 66 may be formed in particular hardened.
  • a shell wall of the shaft member 48 is denoted by 68, a hollow interior of the shaft member 48 is designated by the reference numeral 70.
  • the shaft element 48 may also be formed from an electrically insulating material, for example from a ceramic material. Then the insulation 58 can be saved.
  • this insulation 58 is formed as an adhesive layer 59, which may in particular have a minimum thickness of 0.1 mm. This can in particular be formed in a recessed region of the middle section 64, which, for example, has a reduced cross-section with respect to the second end section 66. In an alternative, however, it can also be provided that the middle section and the second end section have identical diameters, in particular outer diameters, and the insulation 58 is designed as a sleeve, in particular made of a plastic, pressed onto the central section.
  • an insulating ring 74 Adjacent to the flange 56, an insulating ring 74 is arranged. This serves to isolate a first contact ring 76 from the flange. Radially inside, the contact ring 76 is electrically isolated from the shaft member by means of the insulation 58. Its axial position can be fixed by an additional bond on the adhesive layer 59. Another contact ring is designated by the reference numeral 92.
  • FIG. 2 b shows a schematic cross-sectional view of a contact ring 76.
  • the contact ring 76 has a radial inner surface 102, a radial outer surface 100 and two mutually opposite side surfaces 104 and 106.
  • a cable element 72 associated with the contact ring 76 is attached to one of
  • the cable element 72 may be soldered to the side surface 104.
  • the cable element 72 is then guided through a recess 78, which extends through the insulation 58 and the shaft member 48, into the inner space 70. As such, it may exit the first end 50 through the first end portion 62 and, for example, be guided into the clutch assembly 24.
  • a recess 78 is provided for each contact ring 76, 92.
  • a plurality of cable elements 72 are guided through a recess 78.
  • the cable elements 72 may be provided with an insulating layer.
  • Central portion 64 prestschiebende contact ring is pressed to provide sufficient fixation in the axial direction along the axis of rotation 14 of the contact rings 76, 92 and the insulating rings 74.
  • all or more of the contact rings and / or insulation rings can be pressed.
  • the pressing of one or more rings can be carried out when the insulation is formed as an adhesive layer, but also if the insulation 58 is formed as a plastic sleeve.
  • FIG. 3 shows an isometric view of one embodiment of the shaft member 48.
  • a circumferential direction is designated by the reference numeral 1 10.
  • the illustrated shaft element has a total of fourteen recesses. Of which seven recesses are visible.
  • Four recesses 78, 80, 82, 84 are arranged in an axial row.
  • Three further recesses 86, 88, 90 are arranged in a further axial row. Seven are not recognizable from the perspective more recesses.
  • Recess 86 and 80 arranged. Two recesses between the recesses 88 and 82. Two more recesses between the recesses 90 and 84. Another recess is disposed between the recess 78 and the flange. Furthermore, all recesses in the circumferential direction 1 10 are arranged offset from each other. This makes it possible to maintain stability and thus torsional rigidity of the shaft member 48.
  • the shaft element 48 is in particular made of a steel alloy or of a ceramic material. In particular, the shaft member 48 is made in one piece. On the central portion 64, a plastic sleeve member is pushed. The recesses 78 to 90 extend through the sleeve member 91 and the shaft member 48, respectively.
  • the shaft member 48 has four axial rows of recesses.
  • the rows are offset from each other in the circumferential direction 1 10.
  • the recesses are also offset.
  • a recess can thus be provided for fourteen contact rings, can be guided by the corresponding cable element 72.
  • the second end portion 66 has no recesses.
  • the lateral surface is formed completely closed.
  • the second end portion 66 may be hardened. But it can be formed hardened overall, the entire shaft member 48.
  • Fig. 4 shows a fully assembled embodiment of the rotor assembly
  • a total of fourteen contact rings are threaded, three of which are provided with a reference numeral, the contact rings 76, 92, 94.
  • the contact rings are alternately threaded with insulating rings 74, 96, 98 on the central portion 64 , In this way, they are electrically isolated from each other or from the flange 56.
  • By means of the insulation 58 they are insulated radially inwardly with respect to the shaft element 48.
  • fourteen cable elements 72 are guided in the interior of the shaft member 48 and can be led out at the first end 50. In this way, a rotary coupling arrangement 10 can be provided for fourteen contacts.
  • the interior of the corrugated element 48 can with an adhesive - in principle also the
  • Adhesive of the adhesive layer 59 - be filled.
  • the recesses may also be filled with an adhesive. In this way, a fixation of the cable elements and a Strain relief be provided.
  • the contact rings and the insulation rings can also be fixed or fixed axially on the adhesive layer 59 by means of a further bond.
  • the rotor assembly 40 has a particularly high torsional rigidity due to the continuous shaft member 48. In particular, this can also contribute to the one-piece design and the choice of materials as a steel alloy.
  • the mounting by means of the first end portion in the coupling assembly 24 and by means of the second end portion in the measuring system also allow an arrangement of the rotor assembly in the rotary coupling assembly 10 without bearing. In this way, in a compact design, in particular with a small outer diameter, a hysteresis-free transmission of a rotational movement from a sensor interface 12 to the measuring system 20. At the same time a free rotational movement n x 360 ° for all fourteen contacts remains possible.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotoranordnung (40) für eine Schleifringbaugruppe (36), mit einem Wellenelement (48) und mindestens einem Kontaktring (76, 92, 94), wobei das Wellenelement (48) zumindest teilweise als Hohlwelle mit einem hohlen Innenraum (70) und einer Mantelwand (68) ausgebildet ist, wobei das Wellenelement (48) einen Mittelabschnitt (64) aufweist, wobei jeder Kontaktring (76, 92, 94) in dem Mittelabschnitt (64) auf dem Wellenelement (48) angeordnet ist und mittels einer Isolation (58) elektrisch gegenüber dem Wellenelement (48) isoliert ist, wobei der Mittelabschnitt (64) mindestens eine Aussparung (78, 80, 82, 84, 86, 88, 90) durch die Isolation (58) und die Mantelwand (68) in den Innenraum (70) aufweist, wobei jeder Kontaktring (76, 92, 94) mit einem Kabelelement (72) verbunden ist, das durch eine der mindestens einen Aussparung (78, 80, 82, 84, 86, 88, 90) in den Innenraum (70) geführt ist, und wobei das Wellenelement (48) einen ersten Endabschnitt (62) mit einem Außenumfangsquerschnitt (52) zur drehfesten Kupplung aufweist. Des Weiteren wird eine Drehkupplungsanordnung mit einer solchen Rotoranordnung vorgeschlagen.

Description

DREHKUPPLUNGSANORDNUNG MIT EINER ROTORANORDNUNG FÜR EINE
SCHLEIFRINGBAUGRUPPE
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotoranordnung für eine Schleifringbaugruppe. Des
Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Drehkupplungsanordnung mit einer Schleifringbaugruppe.
[0002] Im Stand der Technik, insbesondere im Bereich der Koordinatenmesstechnik ist es üblich, die verwendeten Sensoren an Trägerstrukturen anzubringen, die ein Bewegen der Sensoren frei innerhalb eines Messraums ermöglichen. Die Trägerstrukturen sind in vielfältiger Form bekannt, bspw. in Form von Portalaufbauten oder aber Horizontalarmaufbauten. Häufig weisen die Trägerstrukturen Drehachsen auf, die ein Rotieren einer Anordnung, bspw. des Sensors oder aber bspw. auch eines zwischengeschalteten Dreh- Schwenk-Gelenks um bis zu 360° ermöglichen. Des Weiteren werden völlig frei drehbare Drehachsen verwendet, bei denen Drehbewegungen über ein Vielfaches von 360°
durchfahren werden können. Neben relativ großen Messräumen finden derartige Sensoren im Bereich der Koordinatenmesstechnik häufig auch in kleineren Ausführungen Anwendung, bspw. wenn Bohrungen oder schwer zugängliche Werkstückmerkmale vermessen werden sollen. Generell ist man auch um kompakte Bauweisen der Trägerstrukturen und der verwendeten Drehachsen bemüht, um möglichst wenig Messraum durch die Trägerstruktur selbst zu verbauen.
[0003] Im Bereich der Koordinatenmesstechnik sind verschiedene Messsysteme, sowohl taktiler
Art als auch optischer Art bekannt. Darüber hinaus unterscheidet man zwischen Messsystemen, die eine Einzelpunktantastung vornehmen und solchen Messgeräten, die mit sogenannten "Scanning-Verfahren" arbeiten. Bei derartigen Scanning-Verfahren wird bei - taktiler oder optischer - Antastung eines Werkstücks ein bestimmter Pfad an dem Werkstück durchfahren und entlang des Pfads eine Vielzahl von Messpunkten aufgenommen. Insbesondere bei derartigen Scanning-Verfahren ist es natürlich zwingend, dass die Positionsbestimmung der Drehachsen und damit des Messsystems hochgenau erfolgen kann, um den erfassten Messpunkten die entsprechende exakte Raumkoordinate zuordnen zu können.
[0004] Insbesondere bei Drehachsen oder Drehgelenken, die Drehbewegungen eines Vielfachen von 360°, sogenannte n x 360°-Bewegungen, übertragen sollen, ist die Verwendung von Schleifringbaugruppen notwendig. Abhängig von dem verfügbaren Bauraum kann es hier auftreten, dass von dem verwendeten Sensor ausgehend hin zu einem Messsystem für die Drehposition eine Drehbewegung über die Schleifringbaugruppe hinweg übertragen werden muss. Dabei können Hysterese-Probleme auftreten. Insbesondere im Bereich der Koordinatenmesstechnik ist jedoch eine hysteresefreie Drehbewegung und Erfassung durch ein Drehpositions-Messsystem zwingend notwendig. Bekannte Schleifringe sind in der Regel im Spritzgussverfahren aus Kunststoff hergestellt. Hierbei werden die verwendeten Kontaktringe und die zugehörigen Kabel mit Kunststoff umspritzt, wobei der Kunststoff dann die erforderliche Isolierung zwischen den einzelnen Kontaktringen und Kabeln bereitstellt und gleichzeitig den Wellenkörper eines Rotorelements einer Schleifringbaugruppe bereitstellt. Für moderne Sensoren werden jedoch mittlerweile sehr viele elektrische Kontakte benötigt. Ist die Anzahl der bereitzustellenden Kabelelemente groß im Vergleich zu dem zur Verfügung stehenden Bauraum, kann das Problem auftreten, dass ein Großteil des zur Verfügung stehenden Wellendurchmessers durch die elektrischen Kabel selbst eingenommen wird. Es verbleibt dann nur sehr wenig Bauraum, der mit Kunststoff ausgespritzt werden kann, was zu einer sehr geringen Torsionssteifigkeit der Rotorwelle der Schleifringbaugruppe führt. Dies kann zu einer Tordierung und sogar Verformung des Schleifringrotors führen, was unerwünschte Hysterese-Probleme herbeiführen kann.
Insbesondere bei hochgenauen scanningfähigen Drehachsen, insbesondere im Bereich der Koordinatenmesstechnik, können diese Probleme auftreten, wenn konstruktiv oder bauraumbedingt eine Übertragung der Drehbewegung über die Schleifringbaugruppe hinweg zu einem Messsystem notwendig ist.
Messsysteme für die Drehposition sind zwar in der Regel eigengelagert, dennoch weisen sie ein gewisses Widerstandsmoment auf den Rotor einer Schleifringbaugruppe bzw. auf die daran gekuppelte gesamte Drehachse auf. Auch dies bewirkt stets bei unzureichender Steifigkeit des Schleifringrotor eine entsprechende Torsion des Schleifringrotors, was letztendlich zu den unerwünschten Hysteresen führt.
Lösungen ohne Schleifringe würden zwar die unerwünschten Hysteresen vermeiden, allerdings in der Regel keine freie Drehbarkeit um Drehwinkel von mehr als 360° ermöglichen. Bei aus dem Markt bekannten Schleifringen, die zwar Drehbewegungen von mehr als 360° erlauben, ist wiederum die notwendige Torsionssteifigkeit nicht gegeben.
Den Koordinatenmessgeräten können entsprechende Problemstellungen auch bspw. bei Drehtischen oder allgemein bei Drehachsen oder Drehgelenken in anderen Anwendungen auftreten, die kompakte Bauformen und/oder ein geringes Gewicht bzw. Trägheitsmoment fordern.
Die Druckschrift DE 199 35 282 A1 zeigt eine Einrichtung zum Messen eines
Drehwinkels, in der auch die Verwendung eines Schleifringes angedacht wird. Die Druckschrift DE 20 2009 017 928 U1 sowie die Druckschrift DE 10 2009 057 609 A1 zeigen ein tragbares Höhenmess- und Anreißgerät, das ebenfalls eine Schleifringanordnung und die Verwendung von Schleifringen vorschlägt. Die Druckschrift DE 601 08 858 T2 zeigt einen Streckenmesser bzw. ein Kurvenlängenmessgerät bei dem ein elektrisches Kupplungsmittel durch einen oder mehrere Schleifringe und ein oder mehrere Bürsten ausgebildet sein kann.
Die Druckschrift DE 201 10 415 111 zeigt eine Uberprüfungsvorrichtung für die Maß- und/oder Formtoleranzen einer rotationssymmetrischen Fläche eines Werkstücks, bei der eine Speisungs- und Signalübertragungseinrichtung aus einem Schleifring ausgebildet sein kann. Die Druckschrift DE 10 2008 028 403 A1 zeigt einen Ansatzwegaufnehmer zur Messung der Längenänderung einer Probe bei dem eine Reibkupplung in Form eines einstellbaren Feder-Schleifring-Systems ausgeführt sein kann. Die Druckschrift DE 31 33 477 C2 zeigt eine Vorrichtung zum Messen der Oberflächenebenheit einer Platte. Die Druckschrift DD 249 523 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Fehlerermittlung und Fehlermarkierung bei nichtleitenden Schichten auf elektrisch leitendem Material, die im Fall eine Schleifringanordnung aufweist. Des Weiteren zeigt die Druckschrift DE 100 52 360 A1 eine Vorrichtung zum Vermessen von Bohrungen eines Werkstücks, bei der ein Leitungsstrang in einem Schleifringkörper geführt ist. Des Weiteren zeigt die Druckschrift DE 295 19 61 1 U1 einen Seillängengeber, insbesondere zur Verwendung bei Teleskopauslegern, der eine Schleifringanordnung aufweisen kann.
[0011] Trotz allem besteht jedoch weiterhin ein Bedarf, die voranstehend geschilderten Probleme zu lösen.
[0012] Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Rotoranordnung für eine Schleifringbaugruppe oder eine Drehkupplungsanordnung anzugeben, die eine hysteresefreie Übertragung einer Drehbewegung ermöglicht und sich insbesondere zum Einsatz in kleinen Bauräumen zur Übertragung von Drehbewegungen von mehr als 360° eignet.
[0013] Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird daher eine Rotoranordnung für eine
Schleifringbaugruppe vorgeschlagen, mit einem Wellenelement und mindestens einem Kontaktring, wobei das Wellenelement zumindest teilweise als Hohlwelle mit einem
hohlen Innenraum und einer Mantelwand ausgebildet ist, wobei das Wellenelement einen Mittelabschnitt aufweist, wobei jeder Kontaktring in dem Mittelabschnitt auf dem Wellenelement angeordnet ist, wobei der Mittelabschnitt mindestens eine Aussparung durch die Mantelwand in den Innenraum aufweist, wobei jeder Kontaktring mit einem Kabelelement verbunden ist, das durch eine der mindestens einen Aussparung, in den Innenraum geführt ist, und wobei das Wellenelement einen ersten Endabschnitt mit einem Außenum- fangsquerschnitt zur drehfesten Kupplung aufweist.
[0014] Es wurde festgestellt, dass bekannte Schleifringbaugruppen nicht mit einer
durchgehenden Rotorwelle versehen sind. Rotorelemente von bekannten Schleifringbaugruppen werden bspw. durch die voranstehend benannten Spritzgussverfahren hergestellt oder es werden mehrere dünne Hülsen ineinander gepresst. Dies ermöglicht jedoch nicht die geforderte Torsionssteifigkeit bei einer freien Übertragung einer Drehbewegung.
[0015] Die Bereitstellung der Rotoranordnung mit einer Hohlwelle mit hohlem Innenraum und
Mantelwand ermöglicht deren Auslegung entsprechend der Anforderungen an die Anzahl elektrischer Kontakte, des zu erfahrenden Widerstandsmoments und des verfügbaren Bauraums. Für das Material der Hohlwelle, die insbesondere einstückig ausgebildet sein kann, kann ein Werkstoff mit hohem Schubmodul, bspw. eine Stahllegierung oder ein Keramikwerkstoff verwendet werden. Dies stellt die Rotoranordnung einer Schleifringbaugruppe mit einem torsionssteifen Wellenelement bereit. Die Ausbildung eines Endes des Wellenelements mit einem Außenumfangsquerschnitt zur drehfesten Kupplung, insbesondere direkten drehfesten Kupplung, ermöglicht die Kupplung mit einer angetriebenen Rotorbaugruppe einer Drehkupplungsanordnung und die direkte Übertragung der Drehbewegung auf die Rotoranordnung der Schleifringbaugruppe. Insbesondere kann so auch ermöglicht werden, auf eine Eigenlagerung der Rotoranordnung innerhalb eines Stators der Schleifringbaugruppe, bspw. über zusätzliche Kugellager, zu verzichten. Die vorgeschlagene Ausgestaltung kann bspw. ermöglichen, bei einem größten Außendurchmesser der Rotoranordnung von maximal 13 mm und zumindest 14 Kontaktringen bzw. durch den Schleifring zu übertragenden Kontakten eine maximale Hysterese von weniger als 10 Bogensekunden bereitzustellen. Ein Außendurchmesser der Kontaktringe kann dabei beispielsweise 8 mm betragen. Insgesamt wird auf diese Weise eine drehfeste und stabile Kupplung mit einfacher Verlängerung der Rotorbaugruppe zu einem Drehpositions- Messsystem bereitgestellt.
[0016] Eine Isolation der Kontaktringe gegenüber dem Wellenelement wird zwischen einer
Mantelwand des Wellenelements und den Kontaktringen angeordnet. Diese kann bspw. als gepresste Kunststoffhülse ausgebildet sein. Auf diese Weise können die Kontaktringe auf die Welle aufgefädelt werden und kommen auf der Kunststoffhülse zu liegen. Die Kontaktringe können dann abwechselnd mit bspw. ebenfalls aus Kunststoff ausgebildeten Isolationsringen angeordnet werden, so dass jeder Kontaktring sowohl gegenüber dem Wellenelement als auch gegenüber benachbarten Kontaktringen ausreichend isoliert ist.
[0017] Unter "elektrisch isoliert" kann im Rahmen der folgenden Anmeldung verstanden werden, dass eine elektrische Leitfähigkeit über eine entsprechende Isolation hinweg weniger als 10"8 S/m bzw. A/Vm bzw. 1/Qm ist. Hierbei ist S die Einheit Siemens, m die Einheit Meter, A die Einheit Ampere, V die Einheit Volt, Ω die Einheit Ohm.
[0018] Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Drehkupplungsanordnung oder
Drehkupplungsschnittstelle, insbesondere für ein Koordinatenmessgerät, mit einer Schleifringbaugruppe mit einer Rotoranordnung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung oder einer seiner Ausgestaltungen vorgeschlagen, mit einer drehbar Kupplungsbaugruppe, die ein erstes Ende und ein dem ersten Ende entgegengesetztes zweites Ende aufweist, wobei das erste Ende eine Kupplungsschnittstelle aufweist, und wobei das zweite Ende eine Schleifringbaugruppenschnittstelle zum drehfesten Kuppeln mit dem ersten Endabschnitt der Rotoranordnung aufweist, und mit einem Drehpositions-Messsystem zum Ermitteln einer Drehposition der Rotoranordnung der Schleifringbaugruppe.
[0019] Die vorgeschlagene Drehkupplungsanordnung oder Drehkupplungsschnittstelle
ermöglicht die direkte Übertragung der Drehbewegung der drehbaren Kupplungsbaugruppe auf die Rotoranordnung und damit die Schleifringbaugruppe. Auf diese Weise kann ohne Eigenlagerung der Schleifringbaugruppe die Drehbewegung der Kupplungsbaugruppe übertragen werden. Aufgrund der stabilen Kupplung der Rotorbaugruppe und der hohen Eigensteifigkeit der Rotoranordnung kann auch ohne Eigenlagerung einer Lageto- leranz des Rundlaufs von weniger als 0,02 mm an einem der Rotorbaugruppe angewandten Ende der Rotoranordnung eingehalten werden.
[0020] Die eingangs gestellte Aufgabe wird daher vollkommen gelöst.
[0021] In einer Ausgestaltung der Rotoranordnung kann vorgesehen sein, dass der
Mittelabschnitt gegenüber dem ersten Endabschnitt durch einen Flansch abgesetzt ist, wobei der Flansch einen Außendurchmesser aufweist, der größer als ein kleinster Außendurchmesser des ersten Endabschnitts und größer als ein Außendurchmesser des Mittelabschnitts ist.
[0022] Auf diese Weise kann eine feste Anlage für die Kontaktringe bereitgestellt sein und zudem ein Trägheitsmoment der Rotoranordnung erhöht werden.
[0023] Des Weiteren kann an einer Ausgestaltung der Rotoranordnung vorgesehen sein, dass ein kleinster Durchmesser des ersten Endabschnitts größer als ein Durchmesser des Mittelabschnitts ist.
[0024] Auf diese Weise kann ebenfalls ein großes Trägheitsmoment der Rotoranordnung
bereitgestellt werden. Zudem kann ein über den ersten Endabschnitt in die Rotoranordnung eingeleitetes Kupplungsmoment aufgrund des großen Außendurchmessers groß sein.
[0025] In einer weiteren Ausgestaltung der Rotoranordnung kann vorgesehen sein, dass der
Außenumfangsquerschnitt des ersten Endabschnitts als Profilquerschnitt ausgebildet ist, insbesondere wobei der erste Endabschnitt abgeflacht ausgebildet ist.
[0026] Unter einem "Profilquerschnitt" kann dabei jeder nicht-kreisförmige Außenumfangsquerschnitt verstanden werden. Der Profilquerschnitt ermöglicht, eine Drehbewegung mittels einer drehfesten Kupplung zu übertragen. So kann der Profilquerschnitt bspw. dreieckig, viereckig oder n-eckig sein. Auch bspw. ellipsenförmige Profilquerschnitte sind möglich. [0027] In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Wellenelement
einstückig ausgebildet ist.
[0028] Auf diese Weise kann die Torsionssteifigkeit des Wellenelements verbessert und eine hysteresefreie Übertragung einer Drehbewegung verbessert werden.
[0029] In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Wellenelement aus einem Werkstoff ausgebildet ist, der ein Schubmodul von mehr als 75 Gigapascal (GPa) aufweist, insbesondere wobei der Werkstoff des Wellenelements eine Stahllegierung ist.
[0030] 1 Pascal ist dabei 1 N/ m2 bzw. 1 kg/ms2. Auch auf diese Weise kann die
Torsionssteifigkeit des Wellenelements erhöht werden. Insbesondere Stahllegierungen können ein großes Schubmodul aufweisen. Auch unlegierte Stähle, bspw. unlegierte Werkzeugstähle können jedoch auch bereits eine geeignete Torsionssteifigkeit bzw. ein ausreichend hohes Schubmodul aufweisen.
[0031] Mögliche Legierungselemente für Stahl sind bspw. Chrom, Vanadium, Mangan,
Molybdän, Nickel, Wolfram und/oder Kobalt.
[0032] In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass jeder Kontaktring mittels einer Isolation elektrisch gegenüber dem Wellenelement isoliert ist. Dann kann die mindestens eine Aussparung durch die Isolation und die Mantelwand in den Innenraum ausgebildet sein.
[0033] Auf diese Weise kann eine elektrische Isolation zwischen den Kontaktringen und dem
Wellenelement bereitgestellt sein, beispielsweise wenn das Wellenelement aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist.
[0034] In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Wellenelement aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff ausgebildet ist. [0035] Auf diese Weise ist eine zusätzliche elektrische Isolation zwischen den Kontaktringen und dem Wellelement nicht notwendig. Beispielsweise eine Kunststoffhülse oder eine elektrisch isolierende Klebstoffschicht kann dann eingespart werden. Grundsätzlich kann eine Kunststoffhülse oder eine elektrisch isolierende Klebstoffschicht jedoch trotz allem als zusätzliche elektrische Isolation bereitgestellt sein.
[0036] In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Wellenelement aus einem Werkstoff ausgebildet ist, der ein Schubmodul von mehr als 100 GPa aufweist, insbesondere wobei der Werkstoff des Wellenelements ein Keramikwerkstoff ist. Beispielsweise kann der Werkstoff des Wellenelements ein Siliciumcarbid-Keramikwerkstoff sein.
[0037] Auf diese Weise kann ein noch höheres Schubmodul bei gleichzeitiger elektrischer
Isolation bereitgestellt werden.
[0038] In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Rotoranordnung mehr als einen Kontaktring aufweist, und wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Kontaktringen ein die benachbarten Kontaktringe elektrisch voneinander isolierender Isolationsring angeordnet ist.
[0039] Insbesondere kann der Isolationsring auch hier aus einem Werkstück ausgebildet sein, der eine elektrische Leitfähigkeit von weniger 10"8 Ampere pro Voltmeter bzw. AA m aufweist. Auf diese Weise können benachbarte Kontaktringe einfach voneinander elektrisch isoliert werden. Die Kontaktringe und Isolationsringe können einfach abwechselnd auf das Wellenelement aufgeschoben werden.
[0040] In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass an dem Flansch auf dem
Mittelabschnitt ein elektrisch isolierender Isolationsring angeordnet ist.
[0041] Auf diese Weise wird es ebenso einfach möglich, den Flansch des Wellenelements
gegenüber dem am nächsten zu dem Flansch angeordneten Kontaktring zu isolieren. Auch hier kann wiederum der Werkstück des Isolationsrings eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 10"8 A/Vm aufweisen.
In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Isolation als eine Hülse aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet ist, die auf dem Mittelabschnitt des Wellenelements angeordnet ist.
Auf diese Weise kann besonders einfach die Isolation zwischen den Kontaktringen und dem Wellenelement in radialer Richtung bereitgestellt werden. Die Kontaktringe können einfach auf die Hülse aufgeschoben werden. Insbesondere kann die Hülse aus einem Kunststoff gefertigt sein. Insbesondere kann die Hülse dann auf das Wellenelement oder den Mittelabschnitt des Wellenelements aufgepresst sein.
Insbesondere wird der Vorteil deutlich, dass bei der vorgeschlagenen Rotoranordnung die Isolation und die Tragstruktur bzw. das Wellenelement voneinander getrennt sind. Das Wellenelement hier dient alleine der torsionssteifen Übertragung der Drehbewegung, so dass eine hysteresefreie Messung der Drehposition möglich wird. Die Isolation der Kontaktringe erfolgt dann bspw. über die vorgeschlagene Hülse oder aber auch, wie im Folgenden noch erläutert wird, durch eine Kleberschicht sowie durch entsprechend ebenfalls aufgeschobene Isolationsringe.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Isolation als eine Klebstoffschicht ausgebildet ist, wobei die Klebstoffschicht mittels eines Klebstoffs aus einem elektrisch isolierenden Material bereitgestellt ist. Dabei kann die Klebstoffschicht eine Dicke von mindestens 0,1 mm aufweisen.
Eine solche Kleberschicht kann bspw. auch ermöglichen, die Kontaktringe auf dem Wellenelement in Längsrichtung benachbart zueinander derart festzulegen, dass zwischen benachbarten Kontaktringen ein Luftspalt besteht. Dann können bspw. Isolationsringe ausgelassen werden. Für die Klebstoffschicht kann eine Mindestdicke von mindestens 0,1 mm vorgesehen sein, um eine ausreichende Isolation gegenüber dem Wellenelement bereitzustellen. Insbesondere kann eine Dicke der Klebstoffschicht von 0,15 mm vorgesehen sein. Insbesondere kann die Klebstoffschicht auf das Wellenelement aufgetragen werden, insbesondere bei drehendem Wellenelement aufgetragen werden. Nach dem Aushärten kann der Klebstoff dann auf die gewünschte Dicke abgedreht werden. Auf diese Weise kann eine elektrische Isolation sehr dünn und platzsparend in direkter Verbindung mit dem Wellenelement bereitgestellt werden. Die Kontaktringe können dann beispielsweise ebenfalls auf der Klebstoffschicht angeordnet werden und sind mittels des Klebstoffs, insbesondere einem zusätzlichen Klebstoffauftrag, auf der Klebstoffschicht und damit dem Wellenelement fixierbar.
[0047] In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Wellenelement einen dem ersten Endabschnitt entgegengesetzten zweiten Endabschnitt aufweist, in dem die Mantelwand vollflächig geschlossen ist. Das Wellelement kann durchgängig als Hohlwelle ausgebildet sein. Dabei kann aber insbesondere die Mantelwand des in dem zweiten Endabschnitt vollflächig geschlossen sein und keine Auspaarungen aufweisen.
[0048] Der Mittelabschnitt ist somit zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten
Endabschnitt angeordnet.
[0049] Der zweite Endabschnitt dient insbesondere zur Kupplung mit einem Drehpositions- Messsystem. Der zweite Endabschnitt kann gehärtet sein. Auf diese Weise wird es möglich, ein Wellenzapfen aus Stahl oder einer Stahllegierung als Eingangsschnittstelle für das Drehpositions-Messsystem bereitzustellen. Der zweite Endabschnitt kann dann in oder an dem Drehpositions-Messsystem angeordnet sein. Ein zusätzlicher Wellenzapfen ist zwischen der Schleifringbaugruppe und dem Drehpositions-Messsystem nicht mehr vorzusehen. Weitere Hysterese-Einflüsse können so vermieden werden.
[0050] Insbesondere wird es so möglich, eine Kupplungsbaugruppe, eine Schleifringbaugruppe und ein Drehpositions-Messsystem in Reihe entlang einer gemeinsamen Drehachse anzuordnen und so eine kompakte Anordnung bereitzustellen, die nur wenig Bauraum einnimmt. In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass jeder Kontaktring auf den
Mittelabschnitt geklebt ist.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass jeweils benachbarte Kontaktringe derart auf den Mittelabschnitt angeordnet sind, dass zwischen ihnen ein Luftspalt verbleibt.
Mit anderen Worten sind jeweils benachbarte Kontaktringe beabstandet auf den
Mittelabschnitt angeordnet.
Auf diese Weise kann eine ausreichende Isolierung zwischen benachbarten
Kontaktringen bereitgestellt sein. Beispielsweise kann hierdurch bei einer gleichen Anzahl von Kontaktringen eine geringe axiale Baulänge der Rotoranordnung bereitgestellt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass jeder Kontaktring eine Radialinnenfläche, eine Radialaußenfläche und zwei Seitenflächen aufweist, und wobei jeder Kontaktring mit einer seiner Seitenflächen mit einem Kabelelement verbunden ist.
Auf diese Weise kann bspw. vorgesehen sein, dass die Kabel an die Kontaktringe seitlich angelötet werden. Auf diese Weise können die Kabel vor der Montage an die Ringe angelötet werden und nach dem Auffädeln der Ringe auf das Wellenelement die Kabel einzeln durch die entsprechende Aussparung in den Innenraum des Wellenelements geführt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Rotoranordnung mindestens vierzehn Kontaktringe aufweist.
Auf diese Weise können mindestens vierzehn bzw. eine entsprechende Anzahl an elektrischen Kontakten bereitgestellt werden. Insbesondere bei einer derartigen hohen Anzahl von Kontakten, bei der herkömmliche spritzgegossene Rotoranordnungen nicht geeignet sind, kann so trotz der hohen Anzahl von Kontakten eine geeignete Torsionsstei- figkeit bereitgestellt werden. In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Rotoranordnung eine Anzahl von Aussparungen aufweist, die der Anzahl von Kontaktringen entspricht.
Auf diese Weise ist dann für jedes Kabelelement eine eigene Aussparung vorgesehen.
In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Rotoranordnung mindestens eine erste Aussparung und eine zweite Aussparung aufweist, wobei die erste Aussparung und die zweite Aussparung in Umfangsrichtung zueinander versetzt in dem Mittelabschnitt ausgebildet sind.
Dies ermöglicht es, bspw. für jeden Kontaktring eine eigene Aussparung bereitzustellen, ohne jedoch durch zu eng voneinander beabstandete Aussparungen die Torsionssteifig- keit des Wellenelements herabzusetzen. Durch die Verteilung in Umfangsrichtung wird es ermöglicht, eine Vielzahl von Aussparungen bereitzustellen, insbesondere eine Anzahl von Aussparungen, die der Anzahl von Kontaktringen entspricht. Es ist jedoch auch möglich, dass beispielsweise eine Anzahl von Aussparungen bereitgestellt ist, die der Hälfte der Anzahl von Kontaktringen entspricht. In diesem Fall würden sich zwei Kontaktringe eine Aussparung teilen. Dann würden zwei Kabelelemente durch eine Aussparung geführt.
In einer Ausgestaltung der Drehkupplungsanordnung kann vorgesehen sein, dass die Drehkupplungsanordnung eine Antriebseinrichtung aufweist, die mit der Kupplungsbaugruppe gekuppelt ist, um die Kupplungsbaugruppe zu drehen oder anzutreiben.
Auf diese Weise wird es möglich, durch Kraft bzw. Momenteneinleitung in die
Kupplungsbaugruppe bei entsprechend ausgestaltetem Regelkreis eine hohe Stellgenauigkeit zu erzielen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Drehkupplungsanordnung kann vorgesehen sein, dass die Rotoranordnung eine Rotoranordnung ist, bei der das Wellenelement einen dem ersten Endabschnitt entgegengesetzten zweiten Endabschnitt aufweist, in dem die Mantelwand vollflächig geschlossen ist, und wobei der zweite Endabschnitt in dem Drehpositions-Messsystem angeordnet ist. Des Weiteren kann der zweite Endabschnitt an dem Drehpositions-Messsystem angeordnet sein. Insbesondere kann der zweite Endabschnitt in einer Richtung entlang der Rotationsachse des Wellenelements überlappend mit dem Drehpositions-Messsystem angeordnet sein. Insbesondere kann die Rotoranordnung fliegend in der Rotorbaugruppe gelagert sein.
[0066] Auf diese Weise wird die Drehkupplungsanordnung mit einer Anordnung "in Reihe" von
Kupplungsbaugruppe, Schleifringbaugruppe und Drehpositions-Messsystem bereitgestellt, wobei zwischen der Kupplungsbaugruppe eine direkte Übertragung der Drehbewegung über die Rotoranordnung der Schleifringbaugruppe in das Drehpositions- Messsystem bereitgestellt ist. Das Wellenelement der Rotoranordnung der Schleifringbaugruppe ist durchgängig von der Kupplungsbaugruppe in das Drehpositions- Messsystem bereitgestellt. Mit geringem Bauraum wird auf diese Weise eine hysteresefreie direkte Übertragung der Drehbewegung der Kupplungsbaugruppe in das Drehpositions-Messsystem ermöglicht. Des Weiteren kann aufgrund der direkten Kupplung der Schleifringbaugruppe bzw. der Rotoranordnung der Schleifringbaugruppe mit Kupplungsbaugruppe und den Drehpositions-Messsystem grundsätzlich auf eine Eigenlagerung der Rotoranordnung der Schleifringbaugruppe verzichtet werden. Dies kann die Einleitung zusätzlicher Drehmomente und/oder Reibkräfte und damit zusätzliche Hysterese- Einflüsse vermeiden.
[0067] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu
erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
[0068] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ausführungsform einer Drehkupplungsanordnung,
Fig. 2a eine Ausführungsform einer Rotoranordnung, Fig. 2b eine schematische Querschnittsansicht eines Kontaktrings,
Fig. 3 eine symmetrische Ansicht einer Ausführungsform eines Wellenelements einer Rotoranordnung, und
Fig. 4 eine Ausführungsform einer Rotoranordnung.
[0069] Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer Drehkupplungsanordnung 10. Eine solche
Drehkupplungsanordnung 10 kann insbesondere in Koordinatenmessgeräten Einsatz finden. Sie dient dazu, bspw. einen Sensor drehbar mit einer Trägerstruktur zu koppeln. Insbesondere kann die Drehbarkeit frei um ein Vielfaches von 360° gegeben sein, eine sogenannte n x 360°-Drehbarkeit. Die Dimensionierung der Drehkupplungsanordnung ist dabei frei wählbar. Darüber hinaus sind auch andere Anwendungen denkbar, bspw. bei Drehtischen oder in anderen Anwendungsfällen, wenn Drehachsen um mehr als 360° frei schwenkbar sein sollen. Im Folgenden wird der Einsatz der Drehkupplungsanordnung 10 in einem Koordinatenmessgerät beschrieben, wo es zur Kopplung mit einem Sensor dient.
[0070] Hierzu weist die Drehkupplungsanordnung 10 eine Sensorschnittstelle 12 auf. An der
Sensorschnittstelle 12 kann ein Sensor angeordnet werden, der dann frei um eine Rotationsachse 14 drehbar ist. Die Drehkupplungsanordnung muss in der dargestellten Ausführungsform dabei gewährleisten, dass eine Drehbewegung an einem sensorseitigen Ende, die mit einem Pfeil 16 bezeichnet ist, identisch ist mit einer Drehbewegung an einem entgegengesetzten Ende, das mit einem Pfeil 18 bezeichnet ist. Drehbewegungen 16 und 18 müssten hysteresefrei sein und identisch sein, um mittels eines Drehpositions- Messsystems 20 eine Drehposition eines Sensors an der Sensorschnittstelle 12 hysteresefrei erfassen zu können.
[0071] Zur Hysteresefreiheit muss eine torsionssteife Kupplung zwischen einem ersten Ende 22 einer Kupplungsbaugruppe 24 und dem Messsystem 20 bereitgestellt sein. Die Kupplungsbaugruppe 24 ist mittels zwei Lager 26, 28 in einem Gehäuse 30 der Drehkupplungsanordnung gelagert. Das Gehäuse 30 der Drehkupplungsanordnung ist lediglich schematisch schon abgebrochen dargestellt, es kann grundsätzlich eine beliebige Formgebung aufweisen. Entgegengesetzt zu dem ersten Ende 22 der Kupplungsbaugruppe weist die Kupplungsbaugruppe 24 ein zweites Ende 32 auf. In diesem zweiten Ende 32 ist eine Kupplungseinrichtung 33, insbesondere eine Ausnehmung, vorgesehen, die zur drehfesten Kupplung mit einer Schleifringbaugruppe 36 vorgesehen ist.
Die Kupplungsbaugruppe 24 ist mit einem Innenhohlraum ausgebildet, der eine
Durchführung von elektrischen Kabelelementen von der Sensorschnittstelle 12 hin zu der Schleifringbaugruppe 36 ermöglicht. Der Innenhohlraum ist entlang der Rotationsachse 14 ausgeführt, um eine torsionsfreie Durchführung der Kabelelemente von der Sensorschnittstelle 12 hin zu der Ausnehmung 33 zu ermöglichen.
Zum Drehen der Kupplungsbaugruppe 24 dient eine Antriebseinrichtung 34. Die
Antriebseinrichtung 34 kann beliebig ausgebildet sein, bspw. kann ein elektrischer Motor vorgesehen sein, der die Kupplungsbaugruppe mittels eines Ketten- oder Riemenantriebs antreibt. Insbesondere soll die Antriebseinrichtung möglichst querkraftfrei wirken. Grundsätzlich kann auch vorgesehen sein, dass die Antriebseinrichtung in Form einer elektrischen Maschine ausgebildet ist, wobei die Kupplungsbaugruppe ein Rotor dieser elektrischen Maschine ist.
Die Schleifringbaugruppe 36 weist einen Schleifringstator 38 und eine Rotoranordnung 40 auf. Die Rotoranordnung 40 ist im Folgenden detailliert beschrieben. Die Rotoranordnung 40 ist mit der Kupplungseinrichtung 33 drehfest mit der Kupplungsbaugruppe 24 verbunden. Eine Drehung der Kupplungsbaugruppe 24, die durch die Antriebseinrichtung 34 initiiert ist, wird somit direkt auf die Rotoranordnung 40 der Schleifringbaugruppe 36 übertragen. Ein Stator 38 der Schleifringbaugruppe 36 greift an entsprechenden Kontakten der Rotoranordnung 40 die elektrischen Signale ab und leitet sie über ein entsprechendes Kabelelement 42 weiter. Lediglich schematisch dargestellt ist eine Datenübertragung 44, die das Kabelelement 42 mit einer Auswertungs- und/oder Regelungseinrichtung 46 verbinden kann. Auch das Messsystem 20 kann über diese Datenverbindung 44 mit der Auswertungs- und/oder Regelungseinrichtung 46 verbunden sein. Die dargestellte Anordnung ermöglicht es, die Kupplungsbaugruppe 24, die
Schleifringbaugruppe 36 und das Messsystem 20 hintereinander entlang der Rotationsachse 14 anzuordnen. Eine durch die Antriebseinrichtung 34 initiierte Drehbewegung der Kupplungsbaugruppe 24 wird über die Rotoranordnung 40 der Schleifringbaugruppe 36 direkt übertragen. Die Rotoranordnung 40 ist des Weiteren mit dem Messsystem 20 gekuppelt, so dass dieses die Drehposition direkt bestimmen kann. Eine Eigenlagerung der Rotoranordnung 40 der Schleifringbaugruppe 36 kann somit vermieden werden. Des Weiteren wird eine im Durchmesser besonders kompakte Bauform der Drehkupplungsanordnung 10 bereitgestellt. Beispielsweise wird es so möglich, die Drehkupplungsanordnung mit einem Außendurchmesser von weniger als 20 mm, insbesondere weniger als 15 mm, insbesondere weniger als oder gleich 13 mm bereitzustellen. Die Fig. 2a zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Rotoranordnung 40.
Die Rotoranordnung 40 weist ein Wellenelement 48 auf. Das Wellenelement 48 ist zumindest teilweise als Hohlwelle ausgebildet. In der dargestellten Ausführungsform ist das Wellenelement 48 durchgängig als Hohlwelle ausgebildet. Das Wellenelement 48 weist ein erstes Ende 50 auf. Das erste Ende 50 weist, wie in dem Querschnitt A-A dargestellt ist, einen Profilquerschnitt 52 auf. Dies bedeutet, der Profilquerschnitt 52 ist nicht kreisrund ausgebildet. In der dargestellten Ausführungsform weist er abgeflachte Abschnitte 54 auf, um eine drehfeste Kupplung mit der Kupplungsbaugruppe 24 zu ermöglichen. An die abgeflachten Abschnitte 54 angrenzend ist ein Flansch 56 ausgebildet. Der Flansch 56 weist einen Querschnitt auf, der größer als derjenige des abgeflachten Abschnitts 54 ist. An den Flansch 56 schließt sich an einem Außenumfang des Wellenelements 48 eine Isolation 58 an. Diese erstreckt sich über einen Teil des Au- ßenumfangs eines Schafts des Wellenelements 48. Entgegengesetzt zu dem ersten Ende 50 liegt ein zweites Ende 60.
An dem ersten Ende 50 in den Bereich der abgeflachten Abschnitte 54 erstreckt sich in Längsrichtung entlang der Rotationsachse 14 ein erster Endabschnitt 62. Dieser erstreckt sich bis an den Flansch 56. Vom Flansch 56 bis zu einem Ende der Isolation 58 erstreckt sich ein Mittelabschnitt 64 des Wellenelements 48. Von dem Ende der Isolation bis zu dem zweiten Ende 60 erstreckt sich ein zweiter Endabschnitt 66 des Wellenelements 48. Der zweite Endabschnitt 66 kann insbesondere gehärtet ausgebildet sein. Eine Mantelwand des Wellenelements 48 ist mit 68 bezeichnet ein hohler Innenraum des Wellenelements 48 ist mit dem Bezugszeichen 70 bezeichnet.
Grundsätzlich kann das Wellenelement 48 auch aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet, beispielsweise aus einem Keramikwerkstoff. Dann kann die Isolation 58 eingespart werden.
In der dargestellten Ausführungsform ist diese Isolation 58 als eine Klebstoffschicht 59 ausgebildet, die insbesondere eine Mindestdicke von 0,1 mm aufweisen kann. Diese kann insbesondere in einem zurückgesetzten Bereich des Mittelabschnitts 64 ausgebildet sein, der bspw. gegenüber dem zweiten Endabschnitt 66 einen verringerten Querschnitt aufweist. In einer Alternative kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Mittelabschnitt und der zweite Endabschnitt identische Durchmesser, insbesondere Außendurchmesser, aufweisen und die Isolation 58 als eine auf den Mittelabschnitt aufgepresste Hülse, insbesondere aus einem Kunststoff, ausgebildet ist.
Anliegend an den Flansch 56 ist ein Isolationsring 74 angeordnet. Dieser dient dazu, einen ersten Kontaktring 76 gegenüber dem Flansch zu isolieren. Radial innen ist der Kontaktring 76 mittels der Isolation 58 gegenüber dem Wellenelement elektrisch isoliert. Seine axiale Position kann durch eine zusätzliche Klebung auf der Klebstoffschicht 59 fixiert sein. Ein weiterer Kontaktring ist mit dem Bezugszeichen 92 gekennzeichnet.
Dieser ist derart auf der Klebstoffschicht 59 fixiert, dass zwischen dem Kontaktring 92 und dem benachbarten Kontaktring 76 ein Luftspalt 77 bzw. Abstand 77 vorhanden ist. Dieser kann eine entsprechende Isolierungswirkung bereitstellen.
Ein Blick auf die Fig. 2b zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Kontaktrings 76. Der Kontaktring 76 weist eine Radialinnenfläche 102, eine Radialaußenfläche 100 und zwei einander entgegengesetzte Seitenflächen 104 und 106 auf. [0084] Ein Kabelelement 72, das dem Kontaktring 76 zugeordnet ist, ist an einer der
Seitenflächen 104, 106, in der dargestellten Ausführungsform der Seitenfläche 104 befestigt. Insbesondere kann das Kabelelement 72 an die Seitenfläche 104 gelötet sein. Das Kabelelement 72 ist dann durch eine Aussparung 78, die sich durch die Isolation 58 und das Wellenelement 48 erstreckt, in den Innenraum 70 geführt. Von daher kann es durch den ersten Endabschnitt 62 aus dem ersten Ende 50 heraustreten und bspw. in die Kupplungsbaugruppe 24 geführt sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass für jeden Kontaktring 76, 92 eine Aussparung 78 vorgesehen ist. Grundsätzlich kann jedoch bereitgestellt sein, dass mehrere Kabelelemente 72 durch eine Aussparung 78 geführt sind. Beispielsweise können hierzu die Kabelelemente 72 mit einer Isolierungsschicht versehen sein. Auf diese Weise ist es möglich, von dem zweiten Ende 60 her den Isolationsring 74 und die Kontaktringe 76, 92 auf den Mittelabschnitt 64 aufzufädeln. In einer weiteren Ausführungsform, in der die Isolation 58 durch eine Kunststoffhülse ausgebildet ist, kann vorgesehen sein, dass abwechselnd ein Isolationsring 74 und ein Kontaktring 76, 78 auf den Mittelabschnitt 64 angeordnet sind. Auch auf diese Weise kann zwischen benachbarten Kontaktringen 76, 92 eine entsprechende elektrische Isolierung bereitgestellt sein.
[0085] Des Weiteren kann bspw. vorgesehen sein, dass zumindest der letzte, auf den
Mittelabschnitt 64 aufzuschiebende Kontaktring aufgepresst wird, um eine ausreichende Fixierung in axialer Richtung entlang der Rotationsachse 14 der Kontaktringe 76, 92 und der Isolationsringe 74 bereitzustellen. Grundsätzlich können auch alle oder mehrere der Kontaktringe und/oder Isolationsringe aufgepresst werden. Das Aufpressen eines oder mehrer Ringe kann ausgeführt werden, wenn die Isolation als Klebstoffschicht ausgebildet, aber auch falls die Isolation 58 als Kunststoffhülse ausgebildet ist.
[0086] Fig. 3 zeigt eine isometrische Ansicht einer Ausführungsform des Wellenelements 48.
Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden im Folgenden nicht erneut erläutert. Eine Umfangsrichtung ist mit dem Bezugszeichen 1 10 bezeichnet. Das dargestellte Wellenelement weist insgesamt vierzehn Aussparungen auf. Von denen sieben Aussparungen sichtbar sind. Vier Aussparungen 78, 80, 82, 84 sind dabei in einer axialen Reihe angeordnet. Drei weitere Aussparungen 86, 88, 90 sind in einer weiteren axialen Reihe angeordnet. Vor der Perspektive nicht erkennbar sind sieben weitere Aussparungen. Dabei sind in axialer Richtung zwei Aussparungen zwischen
Aussparung 86 und 80 angeordnet. Zwei Aussparungen zwischen den Aussparungen 88 und 82. Zwei weitere Aussparungen zwischen den Aussparungen 90 und 84. Eine weitere Aussparung ist zwischen der Aussparung 78 und dem Flansch angeordnet. Des Weiteren sind alle Aussparungen in Umfangsrichtung 1 10 zueinander versetzt angeordnet. Dies ermöglicht es, eine Stabilität und damit Torsionssteifigkeit des Wellenelements 48 beizubehalten. Das Wellenelement 48 ist insbesondere aus einer Stahllegierung oder aus einem Keramikwerkstoff hergestellt. Insbesondere ist das Wellenelement 48 einstückig hergestellt. Auf den Mittelabschnitt 64 ist ein Kunststoffhülsenelement aufgeschoben. Die Aussparungen 78 bis 90 erstrecken sich jeweils durch das Hülsenelement 91 und das Wellenelement 48 hindurch. Insgesamt weist das Wellenelement 48 vier axiale Reihen von Aussparungen auf. Die Reihen sind zueinander in Umfangsrichtung 1 10 versetzt. In axialer Richtung entlang der Rotationsachse 14 sind die Aussparungen ebenfalls versetzt. Auf diese Weise kann so für vierzehn Kontaktringe jeweils eine Aussparung bereitgestellt sein, durch den entsprechendes Kabelelement 72 geführt werden kann. Der zweite Endabschnitt 66 weist keinerlei Aussparungen auf. Hier ist die Mantelfläche vollumfänglich geschlossen ausgebildet. Der zweite Endabschnitt 66 kann gehärtet ausgebildet sein. Es kann aber insgesamt das gesamte Wellenelement 48 gehärtet ausgebildet sein.
[0087] Die Fig. 4 zeigt eine vollständig zusammengebaute Ausführungsform der Rotoranordnung
40. Auf dem in Fig. 3 dargestellten Wellenelement 48 sind insgesamt vierzehn Kontaktringe aufgefädelt, von denen drei mit einem Bezugszeichen versehen sind, die Kontaktringe 76, 92, 94. Die Kontaktringe sind abwechselnd mit Isolationsringen 74, 96, 98 auf den Mittelabschnitt 64 aufgefädelt. Auf diese Weise sind sie gegeneinander bzw. gegenüber dem Flansch 56 elektrisch isoliert. Mittels der Isolation 58 sind sie radial innen gegenüber dem Wellenelement 48 isoliert. Auf diese Weise sind vierzehn Kabelelemente 72 in den Innenraum des Wellenelements 48 geführt und können an dessen erstem Ende 50 hinausgeführt werden. Auf diese Weise können eine Drehkupplungsanordnung 10 für vierzehn Kontakte bereitgestellt werden.
[0088] Der Innenraum des Wellelements 48 kann mit einem Klebstoff - grundsätzlich auch dem
Klebstoff der Klebstoffschicht 59 - gefüllt sein. Auch die Aussparungen können mit einem Klebstoff gefüllt sein. Auf diese Weise kann eine Fixierung der Kabelelemente und eine Zugentlastung bereitgestellt werden. Wie voranstehend ausgeführt können die Kontaktringe und die Isolationsringe ebenfalls mittels einer weiteren Klebung auf der Klebstoffschicht 59 axial festgelegt bzw. fixiert sein.
Die Rotoranordnung 40 weist eine besonders große Torsionssteifigkeit aufgrund des durchgehenden Wellenelements 48 auf. Insbesondere können dazu auch die einstückige Ausbildung und die Materialwahl als Stahllegierung beitragen. Die Lagerung mittels des ersten Endabschnitts in der Kupplungsbaugruppe 24 und mittels des zweiten Endabschnitts in dem Messsystem ermöglichen zudem eine Anordnung der Rotoranordnung in der Drehkupplungsanordnung 10 ohne Eigenlagerung. Auf diese Weist ist bei kompakter Bauform, insbesondere mit geringem Außendurchmesser, eine hysteresefreie Übertragung einer Drehbewegung von einer Sensorschnittstelle 12 bis zu dem Messsystem 20. Dabei bleibt gleichzeitig eine freie Drehbewegung n x 360° für sämtliche vierzehn Kontakte ermöglicht.

Claims

Patentansprüche
Rotoranordnung (40) für eine Schleifringbaugruppe (36), mit einem Wellenelement (48) und mindestens einem Kontaktring (76, 92, 94), wobei das Wellenelement (48) zumindest teilweise als Hohlwelle mit einem hohlen Innenraum (70) und einer Mantelwand (68) ausgebildet ist, wobei das Wellenelement (48) einen Mittelabschnitt (64) aufweist, wobei jeder Kontaktring (76, 92, 94) in dem Mittelabschnitt (64) auf dem Wellenelement (48) angeordnet ist, wobei der Mittelabschnitt (64) mindestens eine Aussparung (78, 80, 82, 84, 86, 88, 90) durch die Mantelwand (68) in den Innenraum (70) aufweist, wobei jeder Kontaktring (76, 92, 94) mit einem Kabelelement (72) verbunden ist, das durch eine der mindestens einen Aussparung (78, 80, 82, 84, 86, 88, 90) in den Innenraum (70) geführt ist, und wobei das Wellenelement (48) einen ersten Endabschnitt (62) mit einem Außenumfangs- querschnitt (52) zur drehfesten Kupplung aufweist.
Rotoranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelabschnitt (64) gegenüber dem ersten Endabschnitt (62) durch einen Flansch (56) abgesetzt ist, wobei der Flansch (56) einen Außendurchmesser aufweist, der größer als ein kleinster Außendurchmesser des ersten Endabschnitts (52) und größer als ein Außendurchmesser des Mittelabschnitts (64) ist.
Rotoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein kleinster Außendurchmesser des ersten Endabschnitts (62) größer als ein Außendurchmesser des Mittelabschnitts (64) ist.
Rotoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenumfangsquerschnitt (52) des ersten Endabschnitts (62) als Profilquerschnitt ausgebildet ist, insbesondere wobei der erste Endabschnitt (62) abgeflacht ausgebildet ist.
5. Rotoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenelement (48) einstückig ausgebildet ist.
6. Rotoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Wellenelement (48) aus einem Werkstoff ausgebildet ist, der ein Schubmodul von mehr als 75 GPa aufweist, insbesondere wobei der Werkstoff des Wellenelements (48) eine Stahllegierung ist.
7. Rotoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kontaktring mittels einer Isolation (58) elektrisch gegenüber dem Wellenelement (48) isoliert ist, insbesondere wobei die mindestens eine Aussparung (78, 80, 82, 84, 86, 88, 90) durch die Isolation (58) und die Mantelwand (68) in den Innenraum (70) ausgebildet ist.
8. Rotoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Wellenelement (48) aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff ausgebildet ist.
9. Rotoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Wellenelement (48) aus einem Werkstoff ausgebildet ist, der ein Schubmodul von mehr als 100 GPa aufweist, insbesondere wobei der Werkstoff des Wellenelements (48) ein Keramikwerkstoff ist.
10. Rotoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoranordnung (40) mehr als einen Kontaktring (76, 92, 94) aufweist, und wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Kontaktringen (76, 92, 94) ein die benachbarten Kontaktringe (76, 92, 94) elektrisch voneinander isolierender Isolationsring (96, 98) angeordnet ist.
1 1 . Rotoranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Flansch (56) auf dem Mittelabschnitt (64) ein elektrisch isolierender Isolationsring (74) angeordnet ist.
12. Rotoranordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Isolation als eine Hülse aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet ist, die auf dem Mittelabschnitt (64) des Wellenelements (48) angeordnet ist.
13. Rotoranordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolation (58) als eine Klebstoffschicht (59) ausgebildet ist, wobei die Klebstoffschicht (59) mittels eines Klebstoffs aus einem elektrisch isolierenden Material bereitgestellt ist, insbesondere wobei die Klebstoffschicht eine Dicke von mindestens 0,1 mm aufweist.
14. Rotoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenelement (48) einen dem ersten Endabschnitt entgegengesetzten zweiten Endabschnitt (66) aufweist, in dem die Mantelwand (68) vollflächig geschlossen ist.
15. Rotoranordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kontaktring (76, 92, 94) auf den Mittelabschnitt (64) geklebt ist.
16. Rotoranordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils benachbarte Kontaktringe (76, 92, 94) derart auf dem Mittelabschnitt (64) angeordnet sind, dass zwischen Ihnen ein Luftspalt (77) verbleibt.
17. Rotoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kontaktring (76, 92, 94) eine Radialinnenfläche (102), eine Radialaußenfläche (100) und zwei Seitenflächen (104, 106) aufweist, und wobei jeder Kontaktring (76, 92, 94) mit einer seiner Seitenflächen mit einem Kabelelement (72) verbunden ist.
18. Rotoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoranordnung (40) mindestens vierzehn Kontaktringe (76, 92, 94) aufweist.
19. Rotoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoranordnung (40) eine Anzahl von Aussparungen (78, 80, 82, 84, 86, 88, 90) aufweist, die der Anzahl von Kontaktringen (76, 92, 94) entspricht.
20. Rotoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoranordnung (40) mindestens eine erste Aussparung (78, 80, 82, 84, 86, 88, 90) und eine zweite Aussparung (78, 80, 82, 84, 86, 88, 90) aufweist, wobei die erste Aussparung (78, 80, 82, 84, 86, 88, 90) und die zweite Aussparung (78, 80, 82, 84, 86, 88, 90) in Umfangsrichtung (1 10) zueinander versetzt in dem Mittelabschnitt (64) ausgebildet sind.
21 . Drehkupplungsanordnung (10), insbesondere für ein Koordinatenmessgerät, mit einer Schleifringbaugruppe 36) mit einer Rotoranordnung (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, mit einer drehbaren Kupplungsbaugruppe (24), die ein erstes Ende (22) und ein dem ersten Ende entgegengesetztes zweites Ende (32) aufweist, wobei das erste Ende (22) eine Kupplungsschnittstelle (12) aufweist, und wobei das zweite Ende (32) eine Schleifringbaugruppenschnittstelle (33) zum drehfesten Kuppeln mit dem ersten Endabschnitt (62) der Rotoranordnung (40) aufweist, und mit einem Drehpositions-Messsystem (20) zum Ermitteln einer Drehposition der Rotoranordnung (40) der Schleifringbaugruppe (36).
22. Drehkupplungsanordnung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Drehkupplungsanordnung (10) eine Antriebseinrichtung (34) aufweist, die mit der Kupplungsbaugruppe (24) gekuppelt ist, um die Kupplungsbaugruppe (24) zu drehen.
23. Drehkupplungsanordnung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoranordnung (40) eine Rotoranordnung nach Anspruch 14 ist, und wobei der zweite Endabschnitt (66) an oder in dem Drehpositions-Messsystem (20) angeordnet ist.
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