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WO2004092681A2 - Optischer geber für elektrische maschinen - Google Patents

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WO2004092681A2
WO2004092681A2 PCT/EP2004/003738 EP2004003738W WO2004092681A2 WO 2004092681 A2 WO2004092681 A2 WO 2004092681A2 EP 2004003738 W EP2004003738 W EP 2004003738W WO 2004092681 A2 WO2004092681 A2 WO 2004092681A2
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encoder
ferrofluid
seal
optical
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Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/40—Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid
    • F16J15/43—Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid kept in sealing position by magnetic force
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
    • G01D5/34746—Linear encoders
    • G01D5/34761—Protection devices, e.g. caps; Blowing devices
    • G01D5/34769—Sealing means

Definitions

  • the invention relates to an optical encoder for electrical machines with means for sealing between the mounting of the encoder and its coding disk.
  • Optical encoders are mainly used for speed-controllable motors, especially for machine tools for operation and also for position control (Kief; NC / CNC manual 95/96; Carl Hanser Verlag Kunststoff Vienna). You achieve a high angular accuracy ( ⁇ 40 angular seconds).
  • these sensors are exposed to comparatively high temperatures, speeds and, if necessary, mechanical vibrations. Due to these influencing parameters, lubricant, e.g. Oil from the storage of these sensors inside the sensor. If this lubricant is deposited on the encoder disk in the area of the optical scanning, this leads to the failure of the encoder after a certain time.
  • the invention is therefore based on the object of providing a seal for optical transmitters which avoids the disadvantages mentioned above.
  • the task is solved by the fact that the seal is designed as a ferrofluid Dic device.
  • lubricant eg oil from the encoder's bearing.
  • the formation of a magnetic field ensures that the ferrofluid as a sealing liquid is always in the sealing gap. This prevents the lubricant in the bearing from moving through the sealing gap, particularly during operation, and from being deposited on the optical scanning unit, thus leading to encoder failure.
  • a permanent magnet ensures the sealing function even when the electric motor is idle.
  • the sensors have a play-free bearing, which further increases the high angular accuracy.
  • FIG. 1 shows a basic illustration of an optical encoder 1 on the encoder shaft 2 of which is a coding disk 5
  • the encoder flange 4 is arranged on the encoder shaft 2 via an encoder bearing 3.
  • the encoder mounting 3 is advantageously designed to be mirror-free in order to increase the measuring accuracy.
  • a ferrofluid seal 10 is located on the encoder flange 4 between the encoder bearing 3 and the coding disk 5.
  • the ferrofluid seal 10 is essentially made by a magnet 6 axially magnetized with respect to the encoder shaft 2, the flux guide elements 7 and 9 lying thereon and one Ferrofluid fluid 8 formed.
  • the advantageous sealing function is achieved by aligning the ferrofluid liquid 8 between the flow guide elements 7 and 9 and the transmitter shaft 2. This alignment is caused by the magnetic field of the magnet 6. This creates an effective seal that prevents lubricant, in particular oil, from entering the encoder bearing 3 from entering the encoder disk 5 and causing the encoder to fail there.
  • ferrofluid seals are of course not limited to the encoder arrangements of electrical machines. Rather, they can also be used directly with motors, in particular with motor spindles, the interior of the motor being protected, for example, from liquids, lubricants, dirt or combinations of this contamination of the motor interior in order to maintain the operation of the motor.
  • the drive motor of tool spindles must be sealed, especially in front of the coolant.
  • Ferrofluid seals of this type can also be used in rail drives between the engine and oil-lubricated gearboxes.
  • a ferrofluid seal 10 is produced by the flux guide elements 7, 9 and the magnet or magnets 6 on one

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Abstract

Um eine wirkungsvolle Abdichtung für optische Geber bei drehzahlregelbaren elektrischen Motoren zu schaffen wird vorgeschlagen eine Ferrofluiddichtung einzusetzen.

Description

Beschreibung
Optischer Geber für elektrische Maschinen
Die Erfindung betrifft einen optischen Geber für elektrische Maschinen mit Mitteln zur Abdichtung zwischen der Lagerung des Gebers und seiner Codierscheibe.
Optische Geber werden hauptsächlich bei drehzahlregelbaren Motoren insbesondere bei Werkzeugmaschinen für den Betrieb und auch für die Lageregelung eingesetzt (Kief; NC/CNC Handbuch 95/96; Carl Hanser Verlag München Wien) . Sie erreichen eine hohe Winkelgenauigkeit (± 40 Winkelsekunden) . Im Betrieb werden diese Geber vergleichsweise hohen Temperaturen, Dreh- zahlen und gegebenenfalls mechanischen Schwingungen ausgesetzt. Aufgrund dieser Einflussparameter gelangt im Betrieb der elektrischen Maschinen teilweise Schmierstoff, z.B. Öl aus der Lagerung dieser Geber in das Geberinnere. Lagert sich dieser Schmierstoff im Bereich der optischen Abtastung auf der Codierscheibe ab, so führt dies nach einer gewissen Zeit zum Ausfall des Gebers.
Die bisher bekannten standardmäßigen Abdichtungsmaßnahmen wie z.B. gedichtete Lagerschleuderscheibe mit Auffangnut, können jedoch nicht sicher den Schmierstoffaustritt und damit die Ablagerung des Schmierstoffs auf der optischen Abtasteinheit verhindern.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Ab- dichtung für optische Geber zu schaffen, die die oben genannten Nachteile vermeidet.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt dadurch, dass die Abdichtung als Ferrofluid-Dic tung ausgeführt ist.
Damit wird eine Verschmutzung des optischen Gebers durch Schmierstoff, z.B. Öl aus der Lagerung des Gebers sicher ver- hindert. Durch Ausbildung eines Magnetfeldes wird sichergestellt, dass das Ferrofluid als Dichtflüssigkeit sich immer im Dichtspalt befindet. Damit wird vermieden, dass sich der Schmierstoff der Lagerung insbesondere im Betrieb durch den Dichtspalt bewegt und sich auf der optischen Abtasteinheit niederschlägt und damit zum Geberausfall führt. Durch einen Permanentmagneten ist die Dichtfunktion auch während Stillstandzeiten des elektrischen Motors gewährleistet.
In vorteilhafter Weise weisen die Geber eine spielfreie Lagerung auf, die die hohe Winkelgenauigkeit zusätzlich vergrößert.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausfü rungsbei- spiels in der Zeichnung näher erläutert.
FIG 1 zeigt in prinzipieller Darstellung einen optischen Ge- ber 1 an dessen Geberwelle 2 sich eine Codierscheibe 5 als
Teil einer nicht näher dargestellten optischen Abtasteinheit zur Messaufnahme befindet. Auf der Geberwelle 2 ist über eine Geberlagerung 3 der Geberflansch 4 angeordnet. Die Geberlagerung 3 ist in vorteilhafter Weise, um die Messgenauigkeit zu erhöhen, spiegelfrei ausgeführt. Am Geberflansch 4 befindet sich zwischen Geberlagerung 3 und Codierscheibe 5 eine Fer- rofluid-Dichtung 10. Die Ferrofluid-Dichtung 10 wird im wesentlichen durch einen bzgl. der Geberwelle 2 axial aufmagne- tisierten Magneten 6, den daran anliegenden Flussleitelemente 7 und 9 und einer Ferrofluidflüssigkeit 8 gebildet.
Die vorteilhafte Dichtungsfunktion wird durch erreicht, dass sich die Ferrofluidflüssigkeit 8 zwischen den Flussleitele- enten 7 und 9 und der Geberwelle 2 ausrichtet. Diese Aus- richtung wird durch das Magnetfeld des Magneten 6 verursacht. Somit ist eine wirksame Dichtung geschaffen, die verhindert dass Schmierstoff, insbesondere Öl aus der Geberlagerung 3 auf die Codierscheibe 5 tritt und dort zum Geberausfall führt .
Die Anwendung derartiger Ferrofluiddichtungen ist selbstverständlich nicht nur auf Geberanordnungen elektrischer Maschinen beschränkt. Sie sind vielmehr auch direkt bei Motoren, insbesondere bei Motorspindeln einsetzbar, wobei es gilt das Motorinnere beispielsweise vor Flüssigkeiten, Schmierstoffen, Schmutz oder Kombinationen dieser Kontamination des Motorinneren zuschützen um den Betrieb des Motors aufrecht zu erhalten. Dabei gilt beispielsweise den Antriebsmotor von Werkzeugspindeln, insbesondere vor der Kühlflüssigkeit abzudich- ten.
Ebenso sind derartige Ferrofluiddichtungen bei Bahnantrieben zwischen Motor und ölgesch ierten Getrieben einsetzbar.
Dabei ist lediglich die Geberwelle 2 durch eine Antriebswelle und der Geberflansch 4 durch einen geeigneten Lager- oder Gehäuseflansch zu ersetzen.
Dabei wird eine Ferrofluiddichtung 10 hergestellt indem die Flussleitelemente 7, 9 und der bzw. die Magnete 6 an einem
Flansch befestigt, vorteilhafterweise geklebt werden und danach die Ferrofluidflüssigkeit 8 in den Dichtspalt eingebracht wird.

Claims

Patentansprüche
1. Optischer Geber (1) für elektrische Maschinen mit Mitteln zur Abdichtung zwischen der Lagerung (3) des Gebers (1) und seiner Codierscheibe (5), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Abdichtung als Ferrofluid- Dichtung ausgeführt ist.
2. Optischer Geber (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Geber (1) spielfrei gelagert ist.
3. Optischer Geber (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ferrofluid-Dichtung einen axial aufmagnetisierten Magneten (6) aufweist, der jeweils an seinen Stirnseiten, Flussleitelemente (7,9) aufweist, und somit durch ein geeignete Ferrofluidflüssigkeit (8) zwischen dem Geberflansch (4) und einer Geberwelle (2) eine Abdichtung herstellt.
PCT/EP2004/003738 2003-04-16 2004-04-07 Optischer geber für elektrische maschinen Ceased WO2004092681A2 (de)

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