Haltevorrichtung für einen Drehgeber

Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung zur Kopplung ei ner Gebereinheit eines Drehgebers mit einer elektrischen Ma schine .

Die Erfindung betrifft weiter einen Drehgeber mit einer der artigen Haltevorrichtung, eine elektrische Maschine mit einer derartigen Haltevorrichtung sowie ein Verfahren zur Montage eines Drehgebers, insbesondere eines modularen Drehgebers mittels einer derartigen Haltevorrichtung.

Derartige Drehgeber sind in der Regel optische Drehzahlgeber, die zur Drehzahlregelung von Elektromotoren eingesetzt wer den. Am gebräuchlichsten sind fertig auf dem Markt erhältli che einbaubare Drehgeber, die in der Regel aus einer Lage rung, einer Codescheibe sowie einer Elektronikeinheit mit Be leuchtung bestehen. Bei sogenannten Multiturn-Gebern werden neben der Winkellage auch die Anzahl der Umdrehungen gezählt. Dies geschieht entweder mechanisch über ein Getriebe oder magnetisch über einen sogenannten Wiegand-Sensor. Häufig ge hören derartige Geber mit zu den teuersten Bauteilen eines Elektromotors .

Die WO 2010/072498 Al betrifft ein Montageverfahren für einen modularen Drehgeber an dem zu messenden Objekt, bei dem der modulare Drehgeber eine Codescheibe und eine elektrische Schaltungseinheit umfasst, und bei dem die Codescheibe auf einer Drehachse montiert ist. Das Verfahren umfasst die

Schritte: Anordnen der Codescheibe auf der Drehachse, Ein stellen der Codescheibe entlang der Drehachse, um zu bewir ken, dass der Abstand von dem zu messenden Objekt einem vor bestimmten Wert entspricht und Befestigen der elektrischen Schaltungseinheit an dem zu messenden Objekt. Die US 2014/263988 Al betrifft einen Drehgeber mit freischwe bendem, flexiblem Sensorträger, der die herkömmliche Lagerung und das Gehäuse eines Drehgebers überflüssig macht. Eine Buchse ist drehfest an einer Welle angebracht, deren Drehung gemessen werden soll. Eine Geberscheibe ist axial mit der Buchse verbunden. Ein Sensor wird von einem Sensorträger fluchtend über der Geberscheibe gehalten. Der Sensor kann di rekt mit dem Sensorträger oder mit einer Leiterplatte verbun den sein, die mit dem Sensorträger verbunden ist. Ein Wellen ausrichtungsabschnitt des Sensorträgers umgibt die Welle und mehrere Stabilisierungsarme halten den Sensorträger an Ort und Stelle, wodurch der Sensor in der richtigen Ausrichtung gehalten wird.

Aus der US 2008/238267 Al ist eine Geberanordnung eines

Gleichstrommotors mit einem Gebergehäuse, einer Geberscheibe, einer senkrecht zu einer Motorwelle angeordneten Leiterplatte mit einem die Geberscheibe U-förmig umgebenden optischen Sen sor und einem parallel ausgerichteten Anschlussstecker zur Motorwelle bekannt. Das Gebergehäuse besteht aus einem Geber gehäusering und einem Gebergehäusedeckel. Der Gebergehäuse ring ist mit einer radialen Aussparung versehen, die im Be reich des Anschlusssteckers angeordnet ist. Der optische Sen sor ist auf der Leiterplatte seitlich des Anschlusssteckers angeordnet und mit einem Aufnahmeschlitz für die Geberscheibe versehen, der zur Motorwelle hin offen ist, auf der die Ge berscheibe montiert ist.

Die DE 10 2005 039081 Al betrifft ein Sensorkopfmodul für ei nen modular aufgebauten Drehgeber, der zumindest das Sensor kopfmodul und ein Wellenflanschmodul, welches aus einer Viel zahl von Wellenflanschmodulen für unterschiedliche Wellen durchmesser auswählbar ist und welches mit dem Sensorkopfmo dul verbindbar ist, umfasst, mit einem Sensor, um in einem mit dem Wellenflanschmodul verbundenen Zustand ein Gebersig nal zu erfassen, welches von einer Signalquelle des Wellen flanschmoduls an den Sensor geliefert wird und ein Maß für eine Verdrehung einer Messwelle repräsentiert, und mit einer mechanischen Schnittstelle, die ausgebildet ist, um mit allen entsprechend ausgebildeten mechanischen Schnittstellen der Vielzahl der Wellenflanschmodule jeweils derart verbindbar zu sein, dass der Sensor im verbundenen Zustand eine vorbestimm te relative Lage zu der Signalquelle einnimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine einfache, kostengünstige und sichere Montage eines insbesondere modula ren Drehgebers und gleichzeitig dessen sicheren Betrieb zu ermöglichen .

Diese Aufgabe wird einerseits durch eine Haltevorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Die Erfindung wird weiter durch einen Drehgeber mit einer derartigen Haltevorrichtung gemäß Anspruch 8, eine elektri sche Maschine mit einer derartigen Haltevorrichtung gemäß An spruch 11 sowie durch ein Verfahren zur Montage eines Drehge bers, insbesondere eines modularen Drehgebers mittels einer derartigen Haltevorrichtung gemäß Anspruch 12 gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass anstelle eines fertig einbaubaren Drehgebers kostengünstig auch ein sogenannter Kit-Geber eingesetzt werden kann, der als modula rer Drehgeber verwendet werden kann. Hierbei spielt dann die erforderliche Montage eine erhebliche Rolle, wobei erfin dungsgemäß die Montage in überraschend einfacher Weise da durch gelingt, dass die Haltevorrichtung im Wesentlichen aus einem Haltering und aus einem Lagerschild gebildet wird, wo bei der Haltering erste Kopplungselemente zur mechanischen Kopplung des Halterings mit dem Lagerschild des Drehgebers aufweist und wobei das Lagerschild Führungsnuten zur Aufnahme eines Gebermoduls der Gebereinheit aufweist. Hierdurch kann das Gebermodul sicher in der Gebereinheit positioniert werden und mittels des Halterings mit dem Lagerschild des Drehgebers mechanisch gekoppelt werden. Das Gebermodul wird dabei nicht direkt ans Lagerschild ge schraubt, es wird lediglich über den Haltering geklemmt und an das Lagerschild gedrückt. Die Geberlagerung besteht aus dem als einem Geberlagerungsgehäuse wirkenden Lagerschild, einer Geberlagerungswelle mit beispielsweise zwei Kugellagern und einer Anstellfeder sowie einer Kupplungshälfte, über die die komplette Einheit mit Geber und Platine an den Motor an gebaut wird. Die Gebereinheit wird dabei separat gefertigt und dann erst an den Motor angebaut. Die Anstellfeder dient dem Anstellen der beiden Kugellager. Durch die Anstellfeder werden die Außenringe der beiden Kugellager gegeneinander nach außen verschoben und so Spiel verhindert und eine gewis se Vorspannung erreicht. Die Montagereihenfolge der Geberla gerung ist wie folgt: das erste Kugellager der Geberlagerung bis auf Anschlag Wellenbund fügen, Anschlagfeder einlegen, das zweite Kugellager bündig zum Wellenabsatz fügen, Geberla gerungsläufer in Geberlagerungsgehäuse schieben und Kugella ger-Außenringe mit Geberlagerungsgehäuse verkleben.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen enthalten.

Eine einfache und sichere mechanische Kopplung der modularen Einzelkomponenten Haltering und Lagerschild gelingt dadurch, dass die im Haltering vorgesehenen ersten Kopplungselemente als Bohrungen zur Aufnahme von ersten Befestigungsschrauben zur mechanischen Befestigung des Halterings auf dem Lager schild ausgebildet sind.

Eine sowohl mechanische als auch elektrische Ankopplung der Gebereinheit mit einer benötigten Platine kann auf einfache Weise dadurch erzielt werden, dass der Haltering zweite Kopp lungselemente zur mechanischen Kopplung des Halterings mit einer Platine der Gebereinheit aufweist.

Hierzu sind die im Haltering vorgesehenen zweiten Kopplungs elemente vorzugsweise als Gewindebohrungen zur Aufnahme von zweiten Befestigungsschrauben ausgebildet, wobei die zweiten Befestigungsschrauben sowohl einer mechanischen Befestigung der Platine auf dem Haltering als auch einer elektrischen Masseverbindung der Platine dienen.

Eine kostengünstige Abschirmung von äußeren Störfeldern vor allem gegenüber einem auf der Gebereinheit angeordneten Sen sor, insbesondere einem Wiegand-Sensor wird dadurch erzielt, dass an den Haltering mindestens ein Abschirmelement zur Ab schirmung von äußeren Störfeldern angeformt ist, insbesondere zur Abschirmung von auf einen an der Gebereinheit angeordne ten Wiegand-Sensor einwirkenden äußeren Störfeldern.

In vorteilhafter Weise ist das Abschirmelement als segment förmige Laschen oder als geschlossener Topf ausgebildet.

Ein effektiver Schutz vor Verschmutzungen und Umwelteinflüs sen für den Drehgeber kann dadurch sichergestellt werden, dass das Lagerschild eine insbesondere halbkreisförmig ausge bildete Staubschutzwand zum Schutz einer in dem Lagerschild angeordneten Codescheibe aufweist.

Die Grundkomponenten eines erfindungsgemäßen modularen Dreh gebers umfassen somit ein Drehgebermodul, eine Codescheibe, eine Platine sowie die diese Komponenten verbindende Halte vorrichtung .

Eine sichere Positionierung des Gebermoduls im Lagerschild wird dabei auf einfache Weise dadurch erzielt, dass das Ge bermodul mindestens zwei Führungslaschen aufweist, die insbe sondere am oberen Ende des Gebermoduls angeordnet sind, wobei die Führungslaschen zum Zusammenwirken mit den im Lagerschild vorgesehenen Führungsnuten vorgesehen sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Montage eines Drehgebers, insbesondere eines modularen Drehgebers mittels einer Halte vorrichtung umfasst folgende Schritte: Aufbau der Geberlagerung bestehend aus einem Lagerschild, einer Geberlagerungswelle mit insbesondere zwei Kugella gern, einer Anstellfeder und einer Kupplungshälfte,

Aufpressen der Codescheibe auf die Geberlagerungswelle, Einschieben des Gebermoduls, wobei die Laschen als Führung in den Nuten des Lagerschilds dienen,

Einsetzen des Gebermoduls in den durch eine Öffnung im La gerschild gebildeten Zentrierabsatzes,

Aufsetzen des Halterings auf das Lagerschild,

Montage des Halterings auf dem Lagerschild mittels der ersten Befestigungsschrauben,

Montage der Platine einschließlich Verbindungsleitung auf dem Haltering mittels der zweiten der zweiten Befesti gungsschrauben und

Montage der kompletten Gebereinheit an die elektrische Ma schine .

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und er läutert .

Es zeigen:

FIG 1 einen modularen Drehgeber mit einer im Wesentlichen aus einem Haltering und einem Lagerschild gebildeten HalteVorrichtung,

FIG 2 ein Gebermodul für den in FIG 1 gezeigten modularen

Drehgeber,

FIG 3 einen Haltering für den in FIG 1 gezeigten modularen

Drehgeber,

FIG 4 ein Lagerschild für den in FIG 1 gezeigten modularen

Drehgeber und

FIG 5 einen Seitenschnitt durch eine elektrische Maschine mit einem modularen Drehgeber. FIG 1 zeigt einen modularen Drehgeber 1 mit einer aus einem Haltering 3 und einem Lagerschild 4 gebildeten Haltevorrich tung. Mit dem Lagerschild 4 mechanisch über erste Befesti gungsschrauben 18 mechanisch gekoppelt ist der Haltering 3, der dann im Zusammenhang mit FIG 3 noch näher gezeigt und er läutert wird. Der Haltering 3 besteht im Wesentlichen aus ei nem kreisrunden Ringelement 21 (vergleiche FIG 3), an dem Ab schirmlaschen 6 angeordnet sind. Darüber hinaus sind an dem Ringelement 21 des Halterings 3, erste Kopplungselemente 16 vorgesehen, die Befestigungslöcher 7 aufweisen. Diese ersten Kopplungselemente 16 sind nockenförmig an das Ringelement 21 angeformt. Die Befestigungslöcher 7 (vergleiche FIG 3) dienen der Durchführung der ersten Befestigungsschrauben 18 für die mechanische Kopplung des Halterings 3 mit dem Lagerschild 4.

Der in FIG 1 dargestellte Drehgeber 1 enthält darüber hinaus eine Gebereinheit 5, die in dem Lagerschild 4 mechanisch ge lagert ist (vergleiche FIG 4) und vom Haltering 3 zusätzlich mechanisch gehalten wird. Am Haltering 3 sind darüber hinaus zweite Kopplungselemente 17 angeordnet, in denen Gewindeboh rungen 8 zur Aufnahme einer Platine 2 vorgesehen sind, wobei die Platine 2 mittels zweiter Befestigungsschrauben 19 in den ersten Gewindebohrungen 8 des Halterings 3 (vergleiche FIG 3) mechanisch befestigt ist. Die Gebereinheit 5 trägt einen im oberen Bereich sichtbaren sogenannten Wiegand-Sensor 11, wo bei mittels der an den Haltering 3 angeformten Abschirmla schen eine Abschirmung des Wiegand-Sensors 11 sicherstellt wird .

Die Besonderheit des in FIG 1 dargestellten modularen Drehge bers besteht darin, dass der Drehgeber 1 auf einfache und si chere Weise aus wenigen modularen Komponenten zusammengesetzt werden kann, wobei der modulare Drehgeber 1 aufgrund der spe ziellen modularen Bauweise eine einfache Montage sowie auch einen sicheren Betrieb des Drehgebers 1 ermöglicht. Eine Be sonderheit des modularen Drehgebers besteht dabei darin, dass an der Gebereinheit 5 im oberen Bereich an gegenüber liegen den Seiten Laschen 14 (vergleiche FIG 2) angeordnet sind, die mit korrespondierenden Führungsnuten 10 (vergleiche FIG 4) des Lagerschildes 4 wirken und so eine stabile Lagerung der Gebereinheit 5 im Lagerschild 4 sicherstellen. Auch die für eine Koordinaten-Konversion benötigte Platine 2 ist bei dem in FIG 1 dargestellten Drehgeber 1 auf einfache und sichere Weise am Haltering 3 des Drehgebers 1 mechanisch befestigt, wobei über die Schraubverbindungen 19 zudem auch eine elekt rische Masseverbindung sichergestellt ist. Zusätzliche stör anfällige Masseleitungen können daher entfallen.

Die Besonderheit des in FIG 1 dargestellten Drehgebers 1 be steht somit darin, dass im Gegensatz zu bisherigen Lösungen der Anbau des Drehgebers 1 sehr einfach durchzuführen ist. So lässt sich durch die spezielle Gestaltung des Lagerschildes 4 (vergleiche FIG 2) mit den seitlichen Nuten 10 die Geberein heit 5, welche auch als sogenanntes C-Modul bezeichnet wird, sehr leicht in die richtige Position schieben, wobei so eine fehlerhafte Montage nahezu ausgeschlossen ist. Das Lager schild 4 weist darüber hinaus auf der dem Einschub gegenüber liegenden Seite eine Staubschutzwand 9 (vergleiche FIG 4) auf, die die Code-Scheibe 12 (vergleiche FIG 2) der Geberein heit 5 vor Verschmutzung schützt. Auch der Haltering 3 inte griert gleichzeitig mehrere Funktionen, nämlich klemmt er zum einen die Gebereinheit 5 und hält die Platine 2 und schirmt mittels der Abschirmlaschen 6 noch den Wiegand-Sensor 11 ab. Aufgrund der Staubschutzwand 9 des Lagerschilds 4 kann somit auf eine separate Staubschutzkappe verzichtet werden, die an sonsten erforderlich wäre. Wie bereits ausgeführt, erfolgt eine Erdung der Platine 2 direkt über das Verschrauben mit dem Haltering 3. Durch eine Fertigung des Halterings 3 aus einem leitfähigen Material, insbesondere aus Stahl, ist ein separater Erdungsbügel nicht mehr notwendig, wie er bei bis her aus Kunststoff ausgeführten Staubschutzkappen bzw. Befes tigungsvorrichtungen erforderlich wäre.

Somit integriert der Haltering, wie bereits ausgeführt, die Funktionen „Geber klemmen, Platine halten und erden sowie die Abschirmung des Wiegand-Sensors" . Insgesamt kommt es hier- durch zu einer Senkung der Montagekosten sowie zu einer Erhö hung der Qualität bei der Montage als auch beim Betrieb und darüber hinaus auch zu einer leichten Reparaturfähigkeit im Servicefall .

Die Montage des modularen Drehgebers an einem Motorlager schild 26 einer elektrischen Maschine 25 (vgl. FIG 5) erfolgt somit im Wesentlichen in folgenden Schritten:

Geberlagerung montieren: Aufbau der Geberlagerung, beste hend aus einem Lagerschild, einer Geberlagerungswelle mit zwei Kugellagern und einer Anstellfeder sowie einer Kupp lungshälfte .

Aufpressen der Codescheibe: Hierzu wird die Codescheibe 12 auf die Geberlagerungswelle der elektrischen Maschine 25 aufgepresst .

Einschieben des Gebermoduls 13: Dabei dienen die Laschen 14 als Führung in den Nuten 10 des Lagerschilds 4.

Einsetzen des Gebermoduls 13 in den durch eine Öffnung 24 im Lagerschild 4 gebildeten Zentrierabsatzes.

Aufsetzen des Halterings 3 auf das Lagerschild 4 und Mon tage des Halterings 3 auf dem Lagerschild 4 mittels der ersten Befestigungsschrauben.

Auflegen der Platine 2 auf den Haltering 3 und Befestigung der Platine 2 auf dem Haltering 3 mittels der zweiten Be festigungsschrauben .

Montage der Platine incl . Verbindungsleitung auf den Hal tering mittels der Befestigungsschrauben.

Montage der kompletten Gebereinheit 1 an die elektrische Maschine 25.

FIG 2 zeigt ein Gebermodul 5 für den in FIG 1 gezeigten modu laren Drehgeber 1. In FIG 2 ist nochmals dargestellt, aus welchen Komponenten im Wesentlichen die Gebereinheit 5 be steht. Die Gebereinheit 5 umfasst im Wesentlichen eine Öff nung 15 für das Gebermodul 13 mit der Codescheibe 12. Die Ge bereinheit 5 weist eine zylinderförmige Seitenwand 22 auf, die an jeweils zwei gegenüberliegenden Seiten mit Laschen 14 versehen aufweist. Diese Laschen 14 korrespondieren mit Füh- rungsnuten 10, wie sie in FIG 4 am Lagerschild 4 vorgesehen sind. Die Laschen 14 dienen somit einer Führung und Ausrich tung der Winkellage. In FIG 2 ist darüber hinaus auch noch der Wiegand-Sensor 11, wie er bereits im Zusammenhang mit FIG 1 erläutert wurde, erkennbar. Bezüglich der Wirkungsweise und dem Zusammenspiel der Gebereinheit 5 in Bezug auf den modula ren Drehgeber 1, wird auf die Ausführungen zu FIG 1 sowie den übrigen Figuren verwiesen.

FIG 3 zeigt einen Haltering 3 für den in FIG 1 gezeigten mo dularen Drehgeber 1. Der Haltering 3 besteht im Wesentlichen aus einem Ringelement 21, an das Abschirmlaschen 6 angeformt sind. Darüber hinaus weist der Haltering 3 erste Kopplungs elemente 16 sowie zweite Kopplungselemente 17 auf, die ersten Kopplungselemente 16 sind als an das Ringelement 21 angeform te Nocken 16 ausgebildet, in die Befestigungslöcher 7 zur Aufnahme von ersten Befestigungsschrauben für das Lagerschild (vergleiche FIG 1) eingebracht sind. Die zweiten Kopplungs elemente 17 sind als an das Ringelement 21 angeformte zweite Nocken 17 ausgebildet, die erste Gewindebohrungen 8 zur Auf nahme von zweiten Befestigungsschrauben 19 für die Platine (vergleiche FIG 1) aufweisen.

Die zweiten Nockenelemente 17 sind gegenüber den ersten No ckenelementen 16 vom Ringelement 21 weiter beabstandet ausge bildet und die Stärke dieser Nockenelemente 17 ist im Bereich der Gewindebohrungen 8 stärker ausgestaltet, um einen siche ren Sitz der Befestigungsschrauben 19 für die Platine 2 si cherzustellen .

FIG 4 zeigt schließlich ein Lagerschild 4 für den in FIG 1 gezeigten modularen Drehgeber 1. Die Besonderheit des in FIG 4 dargestellten Lagerschildes 4 besteht darin, dass an dem Lagerschild 4 ein halbkreisförmiges Bandelement 23 vorgesehen ist, welches an gegenüberliegenden Seiten jeweils Führungsnu ten 10 aufweist, die zur Aufnahme der an der Gebereinheit 5 angeordneten Führungslaschen 14 vorgesehen sind. Der vordere Halbkreis des Lagerschilds 4 zwischen den Wandelementen 23 ist in einem ersten Halbkreisbereich offen gestaltet, so dass eine Einführung der Gebereinheit 5 ermöglicht wird, während der gegenüberliegende Bereich des Lagerschilds 4 eine Staub schutzwand 9 trägt, die als Staubschutz für das Gebermodul bzw. die gesamte Gebereinheit 5 und insbesondere die Code scheibe 12 dient.

FIG 5 zeigt einen Seitenschnitt durch eine elektrische Ma schine 25 mit einem modularen Drehgeber. Die Figur dient ins besondere einer Verdeutlichung, wo und wie der modulare Dreh geber mit einem Motorlagerschild 26 der elektrischen Maschine über das Lagerschild 4 des Drehgebers gekoppelt ist.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung somit eine Haltevor richtung 3,4 zur Kopplung einer Gebereinheit 5 eines insbe sondere modularen Drehgebers 1 mit einem Motorlagerschild 26 einer elektrischen Maschine 25. Für eine einfache und sichere Montage insbesondere eines modularen Drehgebers sowie für dessen sicheren Betrieb wird vorgeschlagen, dass die Halte vorrichtung 3,4 im Wesentlichen aus einem Haltering 3 und aus einem Lagerschild 4 des Drehgebers 1 gebildet wird, wobei der Haltering 3 erste Kopplungselemente 16 zur mechanischen Kopp lung des Halterings 3 mit dem Lagerschild 4 aufweist und wo bei das Lagerschild 4 Führungsnuten 10 zur Aufnahme eines Ge bermoduls 13 der Gebereinheit 5 aufweist, wobei die im Halte ring (3) vorgesehenen ersten Kopplungselemente (16) als Boh rungen (7) zur Aufnahme von ersten Befestigungsschrauben (18) zur mechanischen Befestigung des Halterings (3) auf dem La gerschild (4) ausgebildet sind und wobei an den Haltering (3) mindestens ein Abschirmelement (6) zur Abschirmung von äuße ren Störfeldern angeformt ist. Das zweite Kopplungselement (17) ist als Gewindebohrung (8) zur Aufnahme und Erdung der Platine (2) über die zweiten Befestigungsschrauben (19) aus gebildet .