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/ m ² bzw. 1 kg/ms ² . 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.