LU505407B1

LU505407B1 - Drehgeber, verfahren und anordnung jeweils zur positionsbestimmung und deren verwendung

Info

Publication number: LU505407B1
Application number: LU505407A
Authority: LU
Inventors: Aaron Fesseler; Einar Fesseler
Original assignee: ACD Antriebstechnik GmbH
Priority date: 2023-10-31
Filing date: 2023-10-31
Publication date: 2025-04-30
Also published as: WO2025093655A1

Abstract

Ein Drehgeber zur Positionsbestimmung, ein Verfahren zur Bestimmung einer Position einer Abtriebswelle einer Antriebseinheit, eine Anordnung und eine Verwendung des Drehgebers, wobei der Drehgeber eine Mehrfachumdrehungswelle, welche um eine Rota- tionsachse in einer Z-Richtung rotiert, ein erstes Magnetelement, welches an der Mehrfa- chumdrehungswelle montiert ist, eine erste Detektionseinheit, eingerichtet, um ein magne- tisches Feld des ersten Magnetelements zu erfassen, und eine erste Getriebeeinheit, einge- richtet, um einen Relativabstand zwischen dem ersten Magnetelement und der ersten De- tektionseinheit in einer Axialrichtung entlang der Rotationsachse zu ändern, umfasst.

Description

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Beschreibung

Titel: Drehgeber, Verfahren und Anordnung jeweils zur Positionsbestimmung und deren Verwendung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen einen Drehgeber beziehungs- weise Encoder und im Speziellen einen magnetischen Absolutwertgeber.

[0002] Aus dem Stand der Technik sind Drehgeber bekannt und dienen zur Wandlung mechanischer Bewegungen in elektrische Signale, wodurch sie im Allgemeinen fiir die

Weg- und Drehzahlmessung von Antriebseinheiten eingesetzt werden indem sie unver- wechselbare Positionswerte erfassen. Die Drehgeber werden allgemein in analoge und di- gitale, lineare und rotatorische sowie inkrementale und absolute Drehgeber unterschieden.

Absolute Drehgeber beziehungsweise Absolutwert-Drehgeber werden ferner in Singleturn-

Drehgeber und Multiturn-Drehgeber unterschieden. Singleturn-Drehgeber erfassen (rotato- rische) Bewegungen mit einem Winkel bis zu 360°. Multiturn-Drehgeber können Positio- nen über mehre Umdrehungen erfassen.

[0003] Magnetische Drehgeber bestimmen eine Winkelposition mithilfe von Detektions- einheiten, wie beispielsweise Magnetfeldsensoren, die auf dem Hall-Effekt basieren. Ein

Dauermagnet erzeugt ein Magnetfeld, das von der Detektionseinheit des Drehgebers ge- messen wird, wobei der Drehgeber wiederum einen unverwechselbaren, absoluten Positi- onsmesswert erzeugt. Dabei ist bekannt, dass analoge Hall-Drehgeber in Motoren stark auf magnetische Streufelder reagieren, welche üblicherweise durch eine Elektronik kompen- siert werden müssen.

[0004] US 4 914 389 A beschreibt einen Wellenpositionssensor zur Erfassung der Positi- on einer Multiturn-Welle. Die Drehung der Multiturn-Welle wird in eine lineare Bewegung über eine Multiturn- Spindel und zwei axial beabstandete, nicht drehende Muttern umge- wandelt, die durch dazwischenliegende Druckfedern gegenläufig kontinuierlich axial vor- gespannt sind. An einer der drehfesten Mutter ist ein Magnet befestigt. Die lineare Bewe- gung des Magneten wird mit Hilfe einer magnetoresistiven Struktur in ein elektrisches

Signal umgewandelt.

[0005] EP 0325 787 A2 beschreibt ebenfalls einen Wellenpositionssensor zur Erfassung der Position einer Multiturn-Welle. Die Rotation der Multiturn-Welle wird über eine Mul- titurn-Spindel und eine drehfeste Mutter in eine lineare Bewegung umgesetzt. Auf der

70310LU (v7) -2- LU505407 drehfesten Mutter ist ein Magnet montiert. Die lineare Bewegung des Magneten wird über eine oder mehrere magnetoresistive Strukturen in ein elektrisches Signal umgewandelt.

[0006] EP 2 932 287 A1 offenbart eine Magnetfeldsensoranordnungen und zugehörige

Verfahren zur Anwendung als Winkelsensor, Magnetfeldsensor und Drehsensor, welche ein Magnetfeld in einer Z-Achse mittels Hall-Elementen erfassen können.

[0007] US 6 305 234 B1) offenbart einen Absolutwertgeber zur Bestimmung der absolu- ten Position eines beweglichen Werkstücks. Der Absolutwertgeber umfasst ein bewegli- ches Wandlerelement, das mit dem Werkstiick gekoppelt werden kann, und einen Sensor, der in der Nähe des Wandlerelements angeordnet ist.

[0008] In Werkzeugmaschinen werden rotatorische Absolutwertgeber beziehungsweise absolute Drehwertgeber beziehungsweise Absolutdrehgeber fir Weg und Drehzahlmes- sung eingesetzt. Dabei unterscheidet man zwischen den Typen Singleturn und Multiturn.

Bei Singleturn beginnt der Drehgeber die Messung beziehungsweise Zählung nach einer

Umdrehung von neuem. Bei Multiturn kann der Drehgeber mehrere Umdrehungen ohne

Versorgungsspannung zählen, wobei aktuell eine Umdrehungsanzahl im Wesentlichen von circa 4096 üblich ist. Die Auflösung eines Drehgebers ist definiert durch die Winkelauflo- sung pro Umdrehung, wie beispielsweise 32 Bit pro Umdrehung, und die maximale Um- drehungsanzahl, beispielsweise im Wesentlichen circa 4096, die auch ohne Versorgungs- spannung gespeichert werden können.

[0009] Häufig ergibt sich die Problematik, dass die präzise Bestimmung der eindeutigen

Positionswerte beziehungsweise die Erfassung/ Zählung sowie Bestimmung des Weges beziehungsweise der Umdrehungen von Abtriebswellen bei absoluten Multiturn-

Drehgebern gestört werden kann, wenn eine Versorgungsspannung des Drehgebers auf- grund beispielsweise einem Stromausfall unterbrochen wird. Besonders kritisch kann es sich auswirken, wenn die Erfassung sowie Bestimmung des Weges beziehungsweise der

Umdrehungen verloren gehen, weil nach dem Ausfall oder Abschaltung der Versorgungs- spannung eine Bewegung oder ein weiteres Drehen der zu erfassenden Abtriebswelle er- folgt, bevor die Versorgungsspannung wiederhergestellt ist.

[0010] Um so einem Fall vorzubeugen, kann die Zählung beziehungsweise das Spei- chern/ Merken des Weges beziehungsweise der Umdrehungen ohne Versorgungsspannung elektronisch oder mechanisch über beispielsweise ein Getriebe oder eine Kombination da- von erfolgen, wodurch das System komplexer wird und die Kosten steigen.

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[0011] Je nach Ausführungsform, benôtigter Auflôsung und Präzision sind solche Dreh- geber sehr teuer. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Anmeldung einen Drehgeber, ein

Verfahren und eine Anordnung bereitzustellen, bei welchem eindeutige Positionswerte auch im Fall des Verlustes der Versorgungsspannung präzise bestimmt werden können, die

Bestimmung der genauen Position der Abtriebswelle auch nach einer Bewegung der Ab- triebswelle während fehlender Versorgungsspannung präzise erfolgen kann, die gewünsch- te Auflôsung trotz magnetischer Streufelder resourcenschonend erhôht werden kann, und dabei die Kosten des Drehgebers niedrig gehalten beziehungsweise gesenkt werden kôn- nen.

Kurzbeschreibung der Erfindung

[0012] Diese Aufgabe wird durch einen Drehgeber zur Positionsbestimmung, ein Verfah- ren zur Bestimmung einer Position einer Abtriebswelle einer Antriebseinheit, einer Anord- nung und einer Verwendung des Drehgebers gelôst.

[0013] Der Drehgeber umfasst eine Mehrfachumdrehungswelle, welche um eine Rotati- onsachse in einer Z-Richtung rotiert, ein erstes Magnetelement, welches an der Mehrfa- chumdrehungswelle montiert ist, eine erste Detektionseinheit, eingerichtet, um ein magne- tisches Feld des ersten Magnetelements zu erfassen, und eine erste Getriebeeinheit, einge- richtet, um einen Relativabstand zwischen dem ersten Magnetelement und der ersten De- tektionseinheit in einer Axialrichtung entlang der Rotationsachse zu ändern.

[0014] Mit dem Drehgeber ist es môglich den gemessenen beziehungsweise gezählten

Weg beziehungsweise Umdrehungen der Abtriebswelle auch bei Verlust der Versorgungs- spannung zu merken/ weiterzuzählen indem basierend auf einem Singleturn-Drehgeber durch das Berücksichtigen der Anderung des Relativabstands in der Z-Achse (dritte Di- mension), kostengünstig ein Multiturn-Drehgeber bereitgestellt wird.

[0015] Nach einem Aspekt ändert die erste Getriebeeinheit den Relativabstand in Abhän- gigkeit einer Winkelposition der Mehrfachumdrehungswelle.

[0016] Hierdurch kann der Drehgeber die Umdrehung der Abtriebswelle der Antriebs- einheit mittels Winkelposition und Relativabstand zu jedem Zeitpunkt absolut bestimmen.

[0017] Nach einem weiteren Aspekt erfasst die erste Detektionseinheit die Änderung des magnetischen Felds des ersten Magnetelements in mindestens einer von der Z-Richtung,

70310LU (v7) -4- LU505407 einer X-Richtung und einer Y-Richtung, wobei die X-, Y- und Z-Richtung jeweils ortho- gonal zueinander angeordnet sind.

[0018] Hierdurch ist es möglich, mit einer einzelnen ersten Detektionseinheit die Ande- rung des magnetischen Felds des ersten Magnetelements in drei Dimensionen (X, Y, Z) zu erfassen, wodurch Kosten gesenkt werden können.

[0019] Nach einem weiteren Aspekt erfasst die erste Detektionseinheit die Änderung des magnetischen Felds in X-Y-Richtungen aufgrund der Rotation des ersten Magnetelements und erfasst die Änderung des magnetischen Felds in der Z-Richtung aufgrund des Rela- tivabstands.

[0020] Durch diese Art der Erfassung ist es möglich, die Absolutposition der Ab- triebswelle der Antriebseinheit stets zu bestimmen.

[0021] Die oben genannte Aufgabe wird ferner durch einen Drehgeber gelöst, umfassend eine Mehrfachumdrehungswelle, welche um eine Rotationsachse in einer Z-Richtung ro- tiert, eine erste Getriebeeinheit, welche an der Mehrfachumdrehungswelle bereitgestellt ist, eine zweite Getriebeeinheit, welche an der ersten Getriebeeinheit bereitgestellt ist, eine

Zwischenwelle, welche entlang einer von einer X-Richtung oder Y-Richtung bereitgestellt ist, ein erstes ersten Magnetelement, welches an der Mehrfachumdrehungswelle montiert ist, eine erste Detektionseinheit, eingerichtet, um ein erstes magnetisches Feld des ersten

Magnetelements zu erfassen, ein zweites Magnetelement, welches an der Zwischenwelle montiert ist, und eine zweite Detektionseinheit, eingerichtet, um ein zweites magnetisches

Feld des zweiten Magnetelements zu erfassen. Dabei ist die zweite Getriebeeinheit einge- richtet, um die Rotation der Mehrfachumdrehungswelle auf eine Rotation der Zwischen- welle zu übertragen.

[0022] Mit dem Drehgeber ist es möglich den gemessenen beziehungsweise gezählten

Weg beziehungsweise Umdrehungen der Abtriebswelle auch bei Verlust der Versorgungs- spannung zu merken/ weiterzuzählen indem basierend auf einem Singleturn-Drehgeber durch das Berücksichtigen der Änderung des Relativabstands in der Z-Achse (dritte Di- mension), kostengünstig ein Multiturn-Drehgeber bereitgestellt wird.

[0023] Nach einem Aspekt erfasst die erste Detektionseinheit das magnetische Feld des ersten Magnetelements in einer ersten Ebene, und die zweite Detektionseinheit erfasst das magnetische Feld des zweiten Magnetelements in einer zweiten Ebene, wobei die erste

Ebene von der zweiten Eben unterschiedlich ist.

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[0024] Dadurch kann die Umdrehungsanzahl unabhängig von der Winkelauflôsung pro

Umdrehung (360 Grad) erhöht werden.

[0025] Nach einem weiteren Aspekt ist die erste Ebene durch die X-Y-Richtungen defi- niert und die zweite Ebene ist durch mindestens eine von einer X-Richtung und Z-

Richtung definiert, wobei die X-, Y- und Z-Richtung jeweils orthogonal zueinander ange- ordnet sind.

[0026] Dadurch kann das magnetische Feld beziehungsweise eine Anderung des magne- tischen Felds durch die zwei Detektionseinheiten in drei Dimensionen erfasst werden.

[0027] Nach einem weiteren Aspekt umfassen die Drehgeber eine Kopplung, wobei die

Kopplung die Mehrfachumdrehungswelle mit der Abtriebswelle der Antriebseinheit kop- pelt.

[0028] Dadurch konnen die Drehgeber an die Abtriebswelle der Antriebseinheit gekop- pelt werden, um den Weg beziehungsweise Umdrehung der Abtriebswelle zu zählen/ mes- sen.

[0029] Nach einem weiteren Aspekt umfasst die Mehrfachumdrehungswelle mindestens eine von einer ersten Umdrehungswelle und einer zweiten Umdrehungswelle.

[0030] Hierdurch ist es moglich, eine Rotationsrichtung und Ubersetzung der Mehrfa- chumdrehungswelle zur Abtriebswelle einzustellen.

[0031] Nach einem weiteren Aspekt ermöglicht die Getriebeeinheit eine Änderung einer

Rotationsrichtung der Zwischenwelle und/oder der zweiten Umdrehungswelle zur ersten

Umdrehungswelle.

[0032] Hierdurch kann die Rotationsrichtung der Zwischenwelle und/oder der zweiten

Umdrehungswelle relativ zur Drehrichtung der Abtriebswelle umgekehrt werden, falls ge- wünscht oder gefordert.

[0033] Nach einem weiteren Aspekt ermöglicht die Getriebeeinheit ein Übersetzungsver- hältnis von kleiner 1, gleich 1 oder größer 1.

[0034] Hierdurch kann die gewünschte Auflösung und Präzision der Drehgeber weiter eingestellt werden.

[0035] Nach einem weiteren Aspekt besteht die Detektionseinheit aus mindestens einem

Detektionselement.

[0036] Damit kann die Baugröße und die Kosten der ersten und zweiten Detektionsein- heit angepasst werden.

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[0037] Die oben genannte Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Position der Abtriebswelle der Antriebseinheit gelôst. Das Verfahren umfasst ein

Bereitstellen des Drehgebers an der Abtriebswelle mittels der Kopplung, einem Drehen der

Mehrfachumdrehungswelle des Drehgebers mit der Abtriebswelle der Antriebseinheit, einem Erfassen der Änderung des magnetischen Felds des ersten Magnetelements des

Drehgebers in drei Richtungen, und einem Bestimmen einer Absolutdrehposition der Ab- triebswelle in Abhängigkeit der Anderung von mindestens einem erfassten magnetischen

Feld.

[0038] Durch das Verfahren ist es möglich den gemessenen beziehungsweise gezählten

Weg beziehungsweise Umdrehungen der Abtriebswelle auch bei Verlust der Versorgungs- spannung zu merken/ weiterzuzählen.

[0039] Nach einem Aspekt erfolgt das Bestimmen der Absolutdrehposition bei Mehrfa- chumdrehung bei wiederkehrender Spannungsversorgung des Drehgebers ohne Informati- onsverlust.

[0040] Dadurch kann die Absolutdrehposition der Abtriebswelle und somit die Zählung/

Messung zu jedem Zeitpunkt weitergeführt werden.

[0041] Die oben genannte Aufgabe wird ferner durch eine Anordnung gelöst, welche den

Drehgeber und die Antriebseinheit umfasst.

[0042] Die oben genannte Aufgabe wird ferner durch eine Verwendung des Drehgebers oder des Verfahrens oder der Anordnung zur Wegmessung und Drehzahlmessung der Ab- triebswelle der Antriebseinheit in Abhängigkeit der Absolutdrehposition der Abtriebswelle gelöst.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

[0043] Die Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

[0044] Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Drehgebers entsprechend einer ersten

Ausführungsform.

[0045] Fig. 2 eine schematische Darstellung des Drehgebers entsprechend einer zweiten

Ausführungsform.

[0046] Fig. 3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung einer Position einer

Abtriebswelle einer Antriebseinheit.

[0047] Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Anordnung.

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Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0048] Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Drehgebers 100 entsprechend einer ersten Ausführungsform. Der Drehgeber 100 umfasst eine Mehrfachumdrehungswel- le 10, ein erstes Magnetelement 20, eine erste Detektionseinheit 30 und eine erste Getrie- beeinheit 40. Die Mehrfachumdrehungswelle 10 rotiert um eine Rotationsachse A1, wobei die Rotationsachse Al in einer Z-Richtung Z bereitgestellt ist. Die Mehrfachumdrehungs- welle 10 umfasst mindestens eine von einer ersten Umdrehungswelle 10A und einer zwei- ten Umdrehungswelle 10B. Das erste Magnetelement 20 ist an der Mehrfachumdrehungs- welle 10 montiert. Die erste Detektionseinheit 30 ist eingerichtet, um ein magnetisches

Feld des ersten Magnetelements 20 zu erfassen. Die erste Getriebeeinheit 40 ist eingerich- tet, um einen Relativabstand 60 zwischen dem ersten Magnetelement 20 und der ersten

Detektionseinheit 40 in einer Axialrichtung D1 entlang der Rotationsachse Al zu ändern.

Die erste Getriebeeinheit 40 ändert den Relativabstand 60 in Abhängigkeit einer Winkel- position der Mehrfachumdrehungswelle 10. Der Relativabstand 60 ändert sich somit mit der Drehung der Mehrfachumdrehungswelle 10, insbesondere der zweiten Umdrehungs- welle 10B. Die erste Getriebeeinheit 40 ermôglicht eine Anderung einer Rotationsrichtung der zweiten Umdrehungswelle 10B zur ersten Umdrehungswelle 10A. Die erste Getriebe- einheit 40 ermöglicht ein Übersetzungsverhältnis von kleiner 1, gleich 1 oder größer 1.

Dadurch kann die zweite Umdrehungswelle 10B langsamer, gleich oder schneller in die gleiche oder entgegengesetzte Rotationsrichtung im Vergleich zur ersten Drehwelle 10A drehen.

[0049] Die erste Detektionseinheit 30 erfasst beziehungsweise detektiert die Anderung des magnetischen Felds des ersten Magnetelements 20 in mindestens einer von der Z-

Richtung Z, einer X-Richtung X und einer Y-Richtung Y. Die X-, Y- und Z-Richtungen X,

Y, Z sind jeweils orthogonal zueinander angeordnet und spannen drei zueinander orthogo- nale Ebenen auf.

[0050] Die erste Detektionseinheit 30 erfasst die Anderung des magnetischen Felds des ersten Magnetelements 20 in X-Y-Richtungen X, Y aufgrund der Rotation des ersten Mag- netelements 20 und erfasst die Änderung des magnetischen Felds des ersten Magnetele- ments 20 in der Z-Richtung Z aufgrund der Anderung des Relativabstands 60.

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[0051] Der Drehgeber 100 umfasst ferner eine Kopplung 50, wobei die Kopplung 50 die

Mehrfachumdrehungswelle 10 mit einer Abtriebswelle 72 einer Antriebseinheit 70 koppelt.

Die Kopplung 50 kann jede Art einer bekannten Kopplung für zwei Wellen beinhalten und wird daher nicht näher im Detail beschrieben. Die Antriebseinheit 70 kann jede Art einer bekannten Antriebseinheit mit einer Abtriebswelle umfassen, insbesondere einen Elektro- motor, und wird daher nicht näher im Detail beschrieben.

[0052] Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Drehgebers 200 entsprechend einer zweiten Ausführungsform. Die mit dem Drehgeber 100 der ersten Ausführungsform iden- tischen Bauteile des Drehgebers 200 entsprechend der zweiten Ausführungsform werden der Ubersichtlichkeit halber mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht nochmals im Einzelnen beschrieben.

[0053] Der Drehgeber 200 umfasst ferner eine zweite Getriebeeinheit 240, eine Zwi- schenwelle 210, ein zweites Magnetelement 220 und eine zweite Detektionseinheit 230.

[0054] Die zweite Getriebeeinheit 240 ist an der ersten Getriebeeinheit 40 bereitgestellt.

Die zweite Getriebeeinheit 240 ermöglicht eine Änderung einer Rotationsrichtung der

Zwischenwelle 210 zur ersten Umdrehungswelle 10A. Die zweite Getriebeeinheit 240 er- moglicht ein Übersetzungsverhältnis von kleiner 1, gleich 1 oder größer 1. Dadurch kann die Zwischenwelle 210 langsamer, gleich oder schneller in die gleiche oder entgegenge- setzte Rotationsrichtung im Vergleich zur ersten Drehwelle 10A drehen. Die Drehge- schwindigkeit der ersten Drehwelle 10A entspricht der Drehgeschwindigkeit der Ab- triebswelle 72.

[0055] Die erste Getriebeeinheit 40 und die zweite Getriebeeinheit 240 können jedes be- kannte Getriebe umfassen, insbesondere jedoch mindestens eines von einem Zahnradge- triebe, Schneckengetriebe, Schiebe-Kurbel-Mechanismus oder Exzentermechanismus.

[0056] Die zweite Detektionseinheit 230 erfasst das magnetische Feld des zweiten Mag- netelements 220 in einer zweiten Ebene, wobei die erste Ebene von der zweiten Eben un- terschiedlich ist. Die erste Ebene ist durch die X-Y-Richtungen X, Y definiert und die zweite Ebene ist durch mindestens eine von der X-Richtung X und der Z-Richtung Z defi- niert.

[0057] Die erste Detektionseinheit und die zweite Detektionseinheit 230 bestehen aus mindestens einem Detektionselement 30a, 30b, 30c, wobei das mindestens eine Detekti- onselement mindestens eines von einem eindimensionalen Detektionselement 30a, einem

703 10LU (v2) -9- LU505407 zweidimensionalen Detektionselement 30b und einem dreidimensionalen Detektionsele- ment 30c besteht. Das zweidimensionale Detektionselement 30b kann aus zwei eindimen- sionalen Detektionselementen 30a bestehen. Das dreidimensionale Detektionselement 30c kann aus einem eindimensionalen Detektionselement 30a und einem zweidimensionalen

Detektionselement 30b bestehen oder kann aus drei eindimensionalen Detektionselementen 30a bestehen. Hierdurch kônnen die Kosten für die erste Detektionseinheit 30 beeinflusst werden.

[0058] Eindimensional bedeutet das Erfassen des magnetischen Felds in einer von der X-

Richtung X, der Y-Richtung Y oder der Z-Richtung Z. Zweidimensional bedeutet das Er- fassen des magnetischen Felds in einer von den X-Y-Richtungen X, Y, den X-Z-

Richtungen X, Z oder den Y-Z-Richtungen Y, Z. Dreidimensional bedeutet das Erfassen des magnetischen Felds in den X-Y-Z-Richtungen X, Y, Z.

[0059] Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung der Position der

Abtriebswelle 72 der Antriebseinheit 70. Im ersten Schritt S1 wird der Drehgeber 100, 200 an der Abtriebswelle 72 mittels der Kopplung 50 bereitgestellt. Im zweiten Schritt S2 wird die Mehrfachumdrehungswelle 10 des Drehgebers 100, 200 mit der Abtriebswelle 72 der

Antriebseinheit 70 gedreht. Im dritten Schritt S3 wird die Anderung des magnetischen

Felds des ersten und/oder zweiten Magnetelements 20, 220 des Drehgebers 100, 200 in den drei Richtungen, X-Richtung X, Y-Richtung Y und Z-Richtung Z erfasst. Im vierten

Schritt S4 wird eine Absolutdrehposition der Abtriebswelle 72 in Abhängigkeit der Ande- rung von mindestens einem erfassten magnetischen Feld bestimmt. Dabei kann das Be- stimmen der Absolutdrehposition im vierten Schritt S4 bei Mehrfachumdrehung bei wie- derkehrender Spannungsversorgung des Drehgebers 100, 200 ohne Informationsverlust erfolgen. Fin Informationsverlust würde vorliegen, wenn die Absolutdrehposition bezie- hungsweise die Zählung des Weges beziehungsweise der Umdrehung der Abtriebswelle bei Verlust der Versorgungsspannung verloren gehen würde und die Absolutdrehposition bei wiederkehrender Spannungsversorgung nicht der realen Absolutdrehposition entspre- chen würde.

[0060] Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung 400. Die Anordnung 400 umfasst den Drehgeber 100, 200 und die Antriebseinheit 70.

[0061] Mindestens einer von dem Drehgeber 100, 200, dem Verfahren 300 oder der An- ordnung 400 kann zur Wegmessung und Drehzahlmessung der Abtriebswelle 72 der An-

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-10- LU505407 triebseinheit 70 in Abhängigkeit der Absolutdrehposition der Abtriebswelle 72 verwendet werden.

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Bezugszeichenliste 100, 200 Drehgeber 300 Verfahren 400 Anordnung

Mehrfachumdrehungswelle 10A ersten Umdrehungswelle 10B zweite Umdrehungswelle erstes Magnetelement erste Detektionseinheit 30a eindimensionales Detektionselementen 30b zweidimensionales Detektionselementen 30c dreidimensionales Detektionselementen erste Getriebeeinheit

Kopplung 60 Relativabstand 70 Antriebseinheit 72 Abtriebswelle 210 Zwischenwelle 220 zweites Magnetelement 230 zweite Detektionseinheit 240 zweite Getriebeeinheit

Al Rotationsachse

D1 Axialrichtung

X X-Richtung

Y Y-Richtung

Z Z-Richtung

Claims

70310LU (v2) -12- LU505407 Ansprüche

1. Drehgeber (100; 200) zur Positionsbestimmung, der Drehgeber (100) umfassend: eine Mehrfachumdrehungswelle (10), rotierend um eine Rotationsachse (A1) in einer Z-Richtung (Z); ein erstes Magnetelement (20), montiert an der Mehrfachumdrehungswelle (10); eine erste Detektionseinheit (30), eingerichtet, um ein magnetisches Feld des ersten Magnetelements (20) zu erfassen; und eine erste Getriebeeinheit (40), eingerichtet, um einen Relativabstand (60) zwi- schen dem ersten Magnetelement (20) und der Detektionseinheit (40) in einer Axi- alrichtung (D1) entlang der Rotationsachse (A1) zu ändern.

2. Drehgeber (100; 200) nach Anspruch 1, bei welchem die erste Getriebeeinheit (40) den Relativabstand (60) in Abhängigkeit einer Winkelposition der Mehrfachumdrehungswelle (10) ändert.

3. Drehgeber (100; 200) nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Detektionseinheit (30) die Anderung des magnetischen Felds des ersten Magnetelements (20) in mindestens einer von der Z-Richtung (Z), einer X- Richtung (X) und einer Y-Richtung (Y) erfasst, wobei die X-, Y- und Z-Richtung (X, Y, Z) jeweils orthogonal zueinander angeordnet sind.

4. Drehgeber (100; 200) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei welchem die Detektionseinheit (30) die Anderung des magnetischen Felds in X-Y- Richtungen (X, Y) aufgrund der Rotation des ersten Magnetelements (20) erfasst und die Anderung des magnetischen Felds in der Z-Richtung (Z) aufgrund des Re- lativabstands (60) erfasst.

5. Drehgeber (100; 200) zur Positionserfassung, der Drehgeber (200) umfassend: eine Mehrfachumdrehungswelle (10), rotierend um eine Rotationsachse (A1) in einer Z-Richtung (Z);

703 10LU (v2) -13- LU505407 eine erste Getriebeeinheit (40), bereitgestellt an der Mehrfachumdrehungswelle (10); eine zweite Getriebeeinheit (240), bereitgestellt an der ersten Getriebeeinheit (40); eine Zwischenwelle (210), bereitgestellt entlang einer von einer X-Richtung (X) oder Y-Richtung (Y); ein erstes Magnetelement (20), montiert an der Mehrfachumdrehungswelle (10); eine erste Detektionseinheit (30), eingerichtet, um ein erstes magnetisches Feld des ersten Magnetelements (20) zu erfassen; ein zweites Magnetelement (220), montiert an der Zwischenwelle (210); und eine zweite Detektionseinheit (230), eingerichtet, um ein zweites magnetisches Feld des zweiten Magnetelements (220) zu erfassen, wobei die zweite Getriebeeinheit (240) eingerichtet ist, um die Rotation der Mehrfa- chumdrehungswelle (10) auf eine Rotation der Zwischenwelle (210) zu übertragen.

6. Drehgeber (100; 200) nach Anspruch 5, bei welchem die erste Detektionseinheit (30) das magnetische Feld des ersten Magnetele- ments (20) in einer ersten Ebene erfasst, und die zweite Detektionseinheit (230) das magnetische Feld des zweiten Magnetelements (220) in einer zweiten Ebene er- fasst, wobei die erste Ebene von der zweiten Eben unterschiedlich ist.

7. Drehgeber (100; 200) nach Anspruch 6, bei welchem die erste Ebene durch die X-Y-Richtungen (X, Y) definiert ist und die zweite Ebene durch mindestens eine von einer X-Richtung (X) und Z-Richtung (Z) defi- niert ist, wobei die X-, Y- und Z-Richtung (X, Y, Z) jeweils orthogonal zueinander angeordnet sind.

8. Drehgeber (100; 200) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend eine Kopplung (50), wobei die Kopplung (50) die Mehrfachumdrehungswelle (10) mit einer Abtriebswelle (72) einer Antriebseinheit (70) koppelt.

9. Drehgeber (100; 200) nach einem der vorherigen Anspriiche, bei welchem

70310LU (v2) -14- LU505407 die Mehrfachumdrehungswelle (10) mindestens eine von einer ersten Umdre- hungswelle (10A) und einer zweiten Umdrehungswelle (10B) umfasst.

10. Drehgeber (100; 200) nach Anspruch 9, bei welchem die Getriebeeinheit (40; 240) eine Anderung einer Rotationsrichtung der Zwi- schenwelle (210) und/oder der zweiten Umdrehungswelle (10B) zur ersten Umdre- hungswelle (10A) ermoglicht.

11. Drehgeber (100; 200) nach einem der vorherigen Anspriiche, bei welchem die Getriebeeinheit (40; 240) ein Übersetzungsverhältnis von kleiner 1, gleich 1 oder größer 1 ermöglicht.

12. Drehgeber (100; 200) nach einem der vorherigen Anspriiche, bei welchem die Detektionseinheit (30; 230) aus mindestens einem Detektionselement (30a; 30b; 30c) besteht.

13. Verfahren (300) zur Bestimmung einer Position einer Abtriebswelle (72) einer An- triebseinheit (70), das Verfahren umfassend: — Bereitstellen (S1) eines Drehgebers (100; 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 an der Abtriebswelle (72) mittels einer Kopplung (50); — Drehen (52) einer Mehrfachumdrehungswelle (10) des Drehgebers (100; 200) mit der Abtriebswelle (72) der Antriebseinheit (70); — Erfassen (S3) einer Änderung eines magnetischen Felds eines Magnetelements (20; 220) des Drehgebers (100; 200) in drei Richtungen (X, Y, Z); — Bestimmen (S4) einer Absolutdrehposition der Abtriebswelle (72) in Abhän- gigkeit der Änderung von mindestens einem erfassten magnetischen Feld.

14. Verfahren (300) nach Anspruch 13, bei welchem das Bestimmen (S4) der Absolutdrehposition bei Mehrfachumdrehung bei wie- derkehrender Spannungsversorgung des Drehgebers (100; 200) ohne Informations- verlust erfolgt.

70310LU (v2) -15- LU505407

15. Anordnung (400) umfassend: einen Drehgeber (100; 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 12; und eine Antriebseinheit (70).

16. Verwendung des Drehgebers (100; 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder des Verfahrens (300) nach einem der Ansprüche 13 bis 14 oder der Anordnung (400) nach Anspruch 15 zur Wegmessung und Drehzahlmessung einer Ab- triebswelle (72) einer Antriebseinheit (70) in Abhängigkeit einer Absolutdrehposi- tion der Abtriebswelle (72).