Wie Außendurchmesser, Bohrung und Dicke einer Teilscheibe festgelegt werden

Die Maße einer Teilscheibe werden nicht einfach aus dem verbleibenden Gehäuseraum zurückgerechnet. Sinnvoller ist diese Reihenfolge: zuerst den Abtastradius aus Strichzahl und Teilungsperiode bestimmen, dann mit Spur- und Randzugabe den Außendurchmesser, die Bohrung nach Welle und Montageart, die Dicke nach Substrat, Steifigkeit und Gewicht, und zuletzt Teilungsseite und Zentrierbezug eindeutig angeben. Dieser Artikel geht die Punkte in dieser Reihenfolge durch.

Bei der Entwicklung eines neuen Drehgebers stellt sich die Frage: Welcher Außendurchmesser, welche Bohrung, welche Dicke gehören in die Scheibenzeichnung? Üblich ist, zu schauen, wie viel Platz im Gehäuse bleibt, und daraus den Außendurchmesser abzuleiten. Schlüssiger ist es, beim „Abtastradius“ anzufangen und von innen nach außen Punkt für Punkt festzulegen (Reihenfolge siehe Abb. 1).

Schritt 1: Abtastradius

Der Abtastradius ist der Radius der Spurmitte, auf den der Abtastkopf gerichtet ist. Er ergibt sich aus Strichzahl und Teilungsperiode: p = 2πr ÷ N, umgekehrt r = N × p ÷ 2π.

Beispiel: Für eine Scheibe mit 2500 Strichen und etwa 50 μm Teilungsperiode ist r ≈ 2500 × 50 μm ÷ 6,283 ≈ 19,9 mm, also rund 20 mm. Das Abtastgitter im Abtastkopf ist oft für einen bestimmten Abtastradius ausgelegt; beide müssen zusammenpassen.

Ein großer Radius hat einen weiteren Vorteil: geringere Empfindlichkeit gegen Exzentrizität. Bei gleichen 5 μm Exzentrizität beträgt der Fehler bei 20 mm Radius etwa 52″, bei 10 mm etwa 103″ (Δθ ≈ e ÷ r).

Schritt 2: Außendurchmesser

Außendurchmesser ΦD = 2 × (Abtastradius + halbe Spurbreite + Randzugabe).

• Spurbreite: muss die Höhe des Abtastfensters abdecken, plus Reserve für Montageexzentrizität und Rundlauf;
• Randzugabe: Schneiden und Kantenschleifen hinterlassen kleine Ausbrüche am Rand, und auch Greifen und Spannen erfolgen am Rand – die Teilung darf nicht zu nah an der Kante liegen.

Rechenbeispiel (Zahlen nur zur Veranschaulichung): Abtastradius 20 mm, Spurbreite 2 mm, Randzugabe 1,5 mm ergeben einen Außendurchmesser von etwa 2 × (20 + 1 + 1,5) = 45 mm.

Der Außendurchmesser sollte nicht beliebig vergrößert werden. Für eine Vollscheibe gilt J = ½mR², und die Masse ist proportional zu R²; bei gleicher Dicke vervielfacht sich das Trägheitsmoment bei doppeltem Außendurchmesser auf das 16-Fache – ungünstig für die Dynamik kleiner Motoren.

Schritt 3: Bohrung

Die Bohrung richtet sich nach Wellendurchmesser und Montageart:

• Auf eine Nabe geklebt: Bohrung etwas größer als der Zentrierabsatz der Nabe, Raum für die Klebschicht; beim Einbau wird mit dem Zentrierring unter dem Mikroskop ausgerichtet, nicht über die Bohrungspassung zentriert;
• Hohlwellenausführung: Die Bohrung muss Platz für die Welle lassen und wird oft sehr groß; der Ring zwischen Spur und Bohrung wird entsprechend schmaler;
• Zentrierung über die Bohrung: Wird beim Einbau direkt über die Bohrung zentriert, ist eine klare Anforderung an die Konzentrizität zwischen Bohrung und Spur festzulegen.

Zwischen Bohrung und Spur ist außerdem eine Klebefläche vorzusehen; Klebstoff darf nicht auf die Spur gelangen.

Schritt 4: Dicke

Die Dicke ist ein Kompromiss aus Steifigkeit, Gewicht und Bauraum. Dickere Glasscheiben sind robuster und weniger ausbruchgefährdet, aber schwerer mit größerem Trägheitsmoment; Metallscheiben lassen sich sehr dünn fertigen; bei großem Außendurchmesser und geringer Dicke ist die Ebenheit besonders zu beachten.

Bei Durchlichtscheiben gilt zusätzlich: Auf welcher Seite die Teilung liegt, beeinflusst den Abstand zwischen Teilung und Abtastgitter. Zeigt die Teilungsseite zum Abtastkopf, ist der Abtastabstand unabhängig von der Glasdicke.

Schritt 5: Teilungsseite und Bezug

Sind die Maße festgelegt, muss die Zeichnung außerdem Folgendes eindeutig angeben:

Fazit

Die Reihenfolge zur Festlegung der Scheibenmaße lautet: Abtastradius → Außendurchmesser → Bohrung → Dicke → Teilungsseite und Bezug. Der Abtastradius folgt aus Strichzahl und Teilungsperiode, der Außendurchmesser aus Abtastradius plus Spur- und Randzugabe, die Bohrung aus der Montageart, die Dicke aus Substrat und Steifigkeit. Wer diese Reihenfolge durchdenkt und die Machbarkeit mit dem Scheibenhersteller abstimmt, vermeidet Zeichnungsänderungen.

Übersetzung des chinesischen Originalartikels (0019). ENC7 – Hersteller von Encoderscheiben (Anfrage) · Fachartikel · https://enc7.com

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