Die Erfindung betrifft einen Drehgeber mit einem Gehäuse gemäß dem Patentanspruch 1 sowie eine Baureihe von Drehgebern gemäß dem Anspruch 8.

Drehgeber dienen zur Messung von Drehbewegungen eines drehbar gelagerten Körpers, insbesondere einer Welle, über eine oder mehrere Umdrehungen. Die Drehbewegung wird dabei inkremental oder absolut erfasst. In Verbindung mit Zahnstangen und Zahnrädern oder mit Gewindespindeln lassen sich mit einem Drehgeber auch lineare Bewegungen messen.

Drehgeber werden in großer Zahl als so genannte Motor-Feed-Back- Einrichtungen verwendet und dienen in dieser Anwendung zur Bildung von Positions- bzw. Winkelinformationen, die für die Kommutierung von Elektro- antrieben herangezogen werden. Beispielsweise wird bei Synchronmotoren sofort nach dem Einschalten der Versorgungsspannung eine Information über die absolute Rotorposition benötigt. Dafür eignen sich die Drehgeber mit zusätzlichen Kommutierungssignalen - sie liefern eine relativ grobe Positionsinformation - und die absoluten Drehgeber in Single- oder Multiturn- Ausführung, die sofort die exakte Winkelposition mit wenigen Winkelsekunden Genauigkeit ausgeben.

Bei der Montage dieser Messgeräte müssen die Rotorpositionen des Elektromotors und des Drehgebers einander zugeordnet werden, um möglichst konstante Motorströme zu erreichen. Eine unzureichende Zuordnung zur Elektromotorischen Kraft verursacht starke Motorgeräusche und hohe Verlustleistungen.

Bei herkömmlichen Drehgebern wird zu diesem Zweck zunächst der Rotor des Elektromotors, bzw. dessen Welle, durch Beaufschlagen mit Gleichstrom in eine Vorzugslage gebracht. Drehgeber mit Kommutierungssignalen werden dann grob ausgerichtet, z.B. mit Hilfe von Markierungsstrichen am Drehgeber oder einem Referenzmarkensignal. Dann wird die Welle des Drehgebers auf der Elektromotorwelle montiert. Die Feinjustage erfolgt da- nach mit Hilfe eines Phasenwinkel-Messgeräts, wobei der Stator des Drehgebers so lange verdreht wird, bis das Phasenwinkel-Messgerät etwa den Wert Null als Abstand zu einer Referenzmarke anzeigt. Schließlich kann in dieser Lage eine Ausgleichskupplung, insbesondere eine Statorkupplung, endgültig am Motorgehäuse fixiert werden.

Absolute Drehgeber werden zuerst komplett montiert. Danach wird der Vorzugsposition des Elektromotors über eine Nullpunktverschiebung der Wert „Null" zugeordnet. Als Hilfsmittel dient dazu eine Elektronik einschließlich eines zugehörigen Softwarepakets, beispielsweise in einem mit dem Dreh- geber verbundenen Computer. Dadurch kann eine Nullpunktverschiebung vorgenommen werden.

Aus der DE 19729452 C2 ist ein Adapterbauteil bekann, welches eine winkelmäßige Zuordnung zwischen einer Drehgeberwelle und einer Motorwelle ermöglicht. Zur Feinjustierung muss auch hier der Stator gedreht und schließlich eine Statorkupplung am Motorgehäuse festgelegt werden.

Die vorbekannten Vorrichtungen mit Statorkupplungen haben den Nachteil, dass die Feinjustierung im Feld individuell für jede Einbausituation vorgenommen werden muss und dass dann häufig eine Festlegung der mechanisch empfindlichen Ausgleichskupplungen im Feld erforderlich ist.

Es ist auch bekannt, dass eine Vereinfachung des Anbaus von Drehgebern, die Kommutierungssignale liefern, durch mechanisch codierte Rotorkupplungen vorgenommen werden kann, wie dies beispielsweise in der Offenle- gungsschrift WO 2008/034768 gezeigt ist. Mit einer Verwendung von Rotorkupplungen geht aber stets eine Einbuße der Genauigkeit der Kommutie- rungssignale einher.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehgeber der eingangs genannten Art zu schaffen, der mit einfachen Mitteln anbaubar ist und durch den eine vergleichsweise hohe Messgenauigkeit erreichbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Schaffung eines Drehgebers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. einer Baureihe nach Patentanspruch 8 gelöst.

Demnach umfasst der erfindungsgemäße Drehgeber einen Stator und einen Rotor, wobei der Rotor mit Hilfe eines Lagers relativ zum Stator drehbar angeordnet ist. Der Rotor weist eine Welle auf, an der eine Formschlusseinrichtung sowie eine Codescheibe drehfest befestigt sind. Der Stator weist einen Körper, eine Ausgleichskupplung und ein Gehäuse auf. Dabei umfasst der Körper eine Abtasteinrichtung zur Abtastung der Codescheibe, so dass vom Drehgeber Winkelwerte in Abhängigkeit von der relativen Winkellage zwischen der Welle und dem Gehäuse ausgebbar sind. Weiterhin ist der Körper radial und axial elastisch aber drehsteif über die Ausgleichskupplung mit dem Gehäuse verbunden. Das Gehäuse weist zudem eine weitere Formschlusseinrichtung auf, wobei der Drehgeber so vorjustiert ist, dass im Betrieb des Drehgebers bei einer vorgegebenen relativen Winkellage zwischen der Formschlusseinrichtung der Welle und der weiteren Formschlusseinrichtung des Gehäuses ein vorgegebener Winkelwert durch den Drehgeber ausgebbar ist.

Der Drehgeber gibt also bei vorgegebener Orientierung der Formschlussein- richtung der Welle relativ zur weiteren Formschlusseinrichtung des Gehäuses stets den gleichen vorgegebenen Winkelwert aus. Nachdem die Orientierung der Formschlusseinrichtungen durch die relative Drehung zwischen Rotor und Stator erzeugt werden kann, wird hier diese Orientierung als vorgegebene relative Winkellage bezeichnet.

Somit ist der Drehgeber, bedingt durch die Formschlusseinrichtungen nur referenztreu, z. B. in Bezug auf die Kommutierungssignale, an einen Elektromotor anbaubar. Der vorgegebene Winkelwert kann auch als Referenzwert bezeichnet werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung trägt die Codescheibe eine abso- lute Codierung, so dass durch die Abtasteinrichtung eine absolute und eindeutige Winkellage innerhalb einer Umdrehung der Codescheibe detektier- - A -

bar ist und ein absoluter Winkelwert vom Drehgeber ausgebbar ist. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, wenn der Stator einen nicht-flüchtigen Speicher umfasst, in welchem entsprechend der Vorjustierung Daten gespeichert sind, welche eine Information über die relative Winkellage der bei- den Formschlusseinrichtungen zueinander repräsentieren.

Mit Vorteil weist das Gehäuse einen Flansch auf, wobei die Formschlusseinrichtung an dem Flansch angeordnet sein kann.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die Formschlusseinrichtung des Gehäuses als ein Passstift ausgestaltet.

Mit Vorteil ist die Formschlusseinrichtung der Welle als ein bezüglich der Achse asymmetrisches Bauteil ausgestaltet. So kann eine eindeutige Kombination mit einem Gegenstück, beispielsweise einer Elektromotorwelle, sichergestellt werden. Die Formschlusseinrichtung der Welle kann insbesondere Ausnehmungen aufweisen, die zum Beispiel als Rücksprünge in axialer Richtung ausgebildet sind.

Alternativ kann die Codescheibe eine inkrementale Codierung tragen. Insbesondere in diesem Fall kann die Ausgleichskupplung so konfiguriert sein, dass die Vorjustierung der relativen Winkellage zwischen den Formschlusseinrichtungen durch relative Bewegung zwischen der Ausgleichskupplung und dem Körper und / oder zwischen der Ausgleichskupplung und dem Gehäuse durchführbar ist. Zu diesem Zweck kann die Ausgleichskupplung Langlöcher aufweisen zur Befestigung der Ausgleichskupplung am Gehäuse mit Schrauben.

Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung eine Baureihe von Drehgebern. Dabei ist jeder Drehgeber der Baureihe so vorjustiert, dass im Betrieb des jeweiligen Drehgebers bei ein und derselben relativen Winkellage zwischen der jeweiligen Formschlusseinrichtung der Welle und der jeweiligen weiteren Formschlusseinrichtung des jeweiligen Gehäuses ein und derselbe vorgegebene Winkelwert durch den Drehgeber ausgebbar ist. Durch eine individuelle Vorjustierung können dann im jeweiligen nichtflüchtigen Speicher von Drehgebern innerhalb der Baureihe unterschiedliche Daten, entsprechend der Vorjustierung, gespeichert sein, welche Informationen über die relative Winkellage der beiden Formschlusseinrichtungen zuei- nander repräsentieren.

Alternativ - insbesondere wenn die Baureihe Drehgeber umfasst, die jeweils eine Codescheibe mit einer inkrementalen Codierung tragen - können die Drehgeber Formschlusseinrichtungen der Welle umfassen, die winkelmäßig jeweils gleich relativ zur Codescheibe orientiert sind.

Grundsätzlich kann die Baureihe Drehgeber umfassen, welche einer oder mehrere der hier offenbarten Drehgeber-Merkmale aufweisen.

Zusätzliche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren deutlich werden.

Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Schnitt-Ansicht eines Drehgebers,

Figur 2 einen Längschnitt durch den Drehgeber,

Figur 3 eine Seitenansicht des Drehgebers.

Der in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Drehgeber besteht aus einem Stator 1 , einem Rotor 2 und einem Lager 3. Dabei ist der Rotor 2 mit Hilfe des Lagers 3 relativ zum Stator 1 um eine Achse A drehbar angeordnet. Im vorgestellten Ausführungsbeispiel dient der Drehgeber zur Erzeugung von Kommu- tierungssignalen für einen Elektromotor, an den der Drehgeber angeflanscht werden kann. Der Stator umfasst innen liegend einen Körper 1.1 , an dem unter anderem eine Abtasteinrichtung 1.1 1 festgelegt ist. Die Abtasteinrichtung 1.11 umfasst eine Leiterplatte mit Detektoren, beispielsweise Fotodetektoren. Zudem sind auf der Leiterplatte elektrische Bauelemente zur Signalformung - bei- spielsweise zur Verstärkung und Digitalisierung - der von den Detektoren gelieferten Abtastsignalen angeordnet. Insbesondere ist auf der Leiterplatte auch ein elektronisches Bauteil montiert, welches einen nicht-flüchtigen Speicher umfasst.

Um den Körper 1.1 herum ist ein kappenförmiges Gehäuse 1.3 angeordnet, welches die innen liegenden Bauteile des Drehgebers hermetisch gegen äußere Einflüsse abschließt. Derartige Drehgeber werden häufig in vergleichsweise rauen Industrieumgebungen eingesetzt, weshalb es wichtig ist, dass das entsprechende Gehäuse 1.3 den Innenraum des Drehgebers dicht umschließt. Am Gehäuse 1.3, bzw. an einem Flansch 1.32 des Gehäuses 1.3, ist ein Passstift 1.31 angeordnet, der als Formschlusseinrichtung dient. Durch eine Ausgleichskupplung 1.2 ist der Körper 1.1 mit dem Gehäuse 1.3 axial und radial elastisch verbunden. Die Ausgleichskupplung 1.2 ist gleichwohl so konstruiert, dass diese in Umfangsrichtung steif ist. Ferner weist die Ausgleichskupplung 1.2 Bohrungen zur Befestigung mit Schrauben am Ge- häuse 1.3 auf. Zur elektrischen Anbindung des Drehgebers mit einer Spannungsversorgung und einer Folgeelektronik ist am Gehäuse 1.3 eine elektrische Kupplung 1.4 montiert. Durch diese elektrische Kupplung 1.4 werden zudem Temperatursignale an die Folgeelektronik weitergeleitet. Die entsprechenden Temperatursensoren, z. B. Widerstandsfühler, sind im Elektromotor platziert, wobei die erzeugten Temperatursignale mit Hilfe eines Kabels 1.5, das durch den Stator 1 hindurch geführt ist, übertragen werden.

Dem Rotor 2 ist eine Welle 2.1 zum Anschluss an eine Motorwelle 4 zugeordnet. Sowohl die Welle 2.1 als auch die Motorwelle 4 weisen Formschlusseinrichtungen 2.1 1 , 4.1 auf, welche jeweils drehfest mit der Welle 2.1 bzw. mit der Motorwelle 4 verbunden sind. An der Welle 2.1 ist weiterhin eine Codescheibe 2.2 drehfest festgelegt. Die Codescheibe 2.2 ist also um die Achse A drehbar und wird im gezeigten Beispiel lichtelektrisch von der Abtasteinrichtung 1.1 1 abgetastet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel trägt die Codescheibe 2.2 eine absolute Codierung, so dass durch die Abtasteinrichtung 1.1 1 eine absolute und eindeutige Winkellage innerhalb einer Umdrehung der Codescheibe 2.2 detektiert wird.

Beim Hersteller des Drehgebers wird zunächst der Passstift 1.31 in eine entsprechende Bohrung des Flansches 1.32 gepresst. Ebenso wird durch einen Presssitz eine drehfeste Verbindung zwischen einem Formschlussteil 2.1 1 als Formschlusseinrichtung und der Welle 2.1 hergestellt. Das Formschlussteil 2.1 1 , hier ein präzise gefertigtes Metallteil, weist zwei unter- schiedlich breite Ausnehmungen 2.11 1 , 2.112 auf, so dass dieses bezüglich der Achse A asymmetrisch, also nicht punktsymmetrisch zu einem Punkt auf der Achse A, ausgestaltet ist.

Zur Vorjustierung wird zunächst der Drehgeber mit dem Flansch 1.32 an einer Hilfsvorrichtung montiert. Dabei umfasst die Hilfsvorrichtung eine Boh- rung, in welcher der Passstift 1.31 spielfrei eingedrückt wird. Als nächstes greift eine Justiervorrichtung in die Ausnehmungen 2.11 1 , 2.112 spielfrei ein, so dass die Justiervorrichtung eine Drehbewegung in die Welle 2.1 einleiten kann. In dieser Phase ist eine winkeltreue Montage des Drehgebers an der Hilfsvorrichtung sichergestellt.

Danach wird an die elektrische Kupplung 1.4 ein Kabel zu einer Elektronik angesteckt. Mit Hilfe der Elektronik kann die von der Abtasteinheit 1.1 er- fasste absolute Winkelinformation ausgelesen werden.

Dann wird die Justiervorrichtung solange gedreht, bis eine vorgegebene Relativwinkelstellung zwischen dem Formschlussteil 2.11 und dem Passstift 1.31 vorliegt. Beispielsweise wenn eine Stellung erreicht ist, in der die radiale Symmetrieachse der Ausnehmungen 2.111 , 2.112 die Mitte des Passstifts 1.31 schneidet. In dieser Stellung, welche beim Hersteller sehr exakt angefahren werden kann, z. B. auf ± 0,25°, wird die absolute Winkellage bestimmt und ggf. ein entsprechender Winkelwert über die elektrische Kupp- lung 1.4 vom Drehgeber ausgegeben. Diese Daten, welche die Information über die relative Winkellage zwischen dem Formschlussteil 2.1 1 und dem Passstift 1.31 zueinander repräsentieren, werden im nicht-flüchtigen Speicher als Referenzwert hinterlegt und im späteren Betrieb des Drehgebers berücksichtigt. Sämtliche Drehgeber einer Baureihe werden nach der gleichen Methode referenziert. Dadurch, dass bei jedem Drehgeber innerhalb einer Baureihe Fertigungstoleranzen vorliegen, können nach der individuellen Vorjustierung in jedem Drehgeber im jeweiligen nicht-flüchtigen Speicher jeweils unterschiedliche Daten gespeichert sein.

Beim Anbau des Drehgebers im Feld wird der Passstift 1.31 in eine entsprechen vorbereitete präzise Bohrung im Elektromotorgehäuse eingedrückt. Gleichzeitig wird das Formschlussteil 2.11 auf der Welle 2.1 in eine Formschlusseinrichtung 4.1 an der Motorwelle 4 mit Hilfe der Schraube 2.3 eingeführt. Durch die asymmetrische Ausgestaltung können die Welle 2.1 und die Motorwelle 4 nur in einer vorgegebenen Winkelstellung miteinander in Eingriff gebracht werden. Im zusammengebauten Zustand greifen das Form- schlussteil 2.1 1 und die Formschlusseinrichtung 4.1 dann spielfrei ineinander. Durch die Schraubverbindung wird zwischen der Welle 2.1 und der Motorwelle 4 eine starre Verbindung hergestellt. Bei der Montage des Drehgebers an den Elektromotor muss also keine Justierung des Drehgebers mehr vorgenommen werden.

Im Betrieb des Drehgebers ist sichergestellt, dass bei einer bestimmten Winkellage, hier beispielsweise in der Position in welcher die radiale Symmetrieachse der Ausnehmungen 2.11 1 , 2.112 die Mitte des Passstifts 1.31 schneidet, stets der Referenzwert an die Folgeelektronik ausgeben wird, so dass eine überaus präzise Kommutierung des Elektromotors erreicht wird.

Als weiterer Vorteil können Drehgeber der gleichen Baureihe beliebig ohne Justiermaßnahmen im Feld ausgetauscht werden, weil sämtliche Drehgeber in ihrem nicht-flüchtigen Speicher eine entsprechende Korrekturlage hinterlegt haben.

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