用於角度測量裝置的組合部件的製作方法

2023-06-04 08:55:36

專利名稱：用於角度測量裝置的組合部件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1所述的用於角度測量裝置的組合部件。
背景技術：
角度測量裝置經常也稱為旋轉傳感器，其用於測量可轉動地安置的機械部件、特別是軸的關於一次或多次旋轉的轉動運動。在此增量地或絕對地測定轉動運動。聯繫齒條和齒輪或聯繫螺杆也可以利用角度測量裝置測定直線運動。經常將角度測量裝置與電動機共同應用，以產生換向信號。通常這樣的角度測量裝置具有一個包括具有整體量具的軸和滾動軸承的組合部件。必須滿足在測量精度方面的相對較高要求的角度測量裝置常常根據光學測量原理工作，其中整體量具則例如經常設計為帶有設置在其上的角度刻度的玻璃環。在此行情況下， 通過返射或透視方法掃描角度刻度。為了確保高的測量精度，重要的是，保護整體量具防止汙染。特別不利的是，潤滑劑或其中的組成部分從滾動軸承中溢出並且凝結在整體量具上， 特別是角度刻度的區域中。這樣的汙染物經常構成小液滴並且發揮類似透鏡的光學作用。 相應地，光束可能因此偏轉，這能導致錯誤測量。由JP 2001-289668 A公開了一種用於角度測量裝置的組合部件，其具有軸，在該軸上裝配了分開的附加體。在附加體上固定了整體量具。為了導出潤滑劑而在附加體和軸之間設置了通道。這樣的組合部件具有的缺點是，其通常帶來相對較大的測量誤差。因此這裡一方面具有的危險是，整體量具並不能足夠精確地相對於轉動軸對中並進而出現擺動誤差。此外在根據現有技術的布置中，潤滑劑可以再次從通道中溢出或者液體從空心軸內部經過通道到達整體量具上。

發明內容
本發明的目的在於，提出一種用於角度測量裝置的組合部件，通過該組合部件可靠並且持續地獲得高的測量精度。該目的根據本發明通過完成一種具有權利要求1特徵的用於角度測量裝置的組合部件來實現。因此該組合部件包括具有整體量具的軸和滾動軸承，該整體量具用於測量圍繞軸線的旋轉運動。在此軸作為集成組件具有凸肩，在軸向止擋部中的滾動軸承安裝在該凸肩上。凸肩和軸因此設計為一體。在凸肩和滾動軸承之間布置有至少一個溝槽，該溝槽以徑向的方向分量定向並且與適合用於容納潤滑劑的空腔連接。空腔該在徑向方向上通過滾動軸承的圓環和軸來限定，因此空腔的徑向擴張也通過圓環和軸的表面被限定。具有徑向方向分量的至少一個溝槽的方向例如包括嚴格的徑向方向或者相應於螺旋部段的走向。轉動運動的測量例如包括確定當前的轉動位置或轉動速度。內環可以特別地視為滾動軸承的圓環。此外接下來可以將在角度測量裝置的運行中使用的潤滑劑看作特別是滾動軸承中也或者僅僅組成部件中的潤滑劑，例如油。組合部件優選地這樣設置，即圓環接觸凸肩的止擋面，其中至少一個溝槽鄰接於止擋面。止擋面由多個環形區段組成，在這些環形區段之間布置了溝槽。優選地，這個或這些止擋面平坦地設計並且此外可以布置在平面內，該平面被軸線垂直地切開。可替換地，至少一個溝槽可以加入到單獨的布置在凸肩和滾動軸承的圓環之間的中間部件、例如中間環中。考慮到可獲得的測量精度有利的是，滾動軸承和整體量具直接地、無中間部件地固定在一體的軸上。這樣有利地加工止擋面和圓環，即止擋面和圓環相接觸的那些部段特別是對於潤滑劑密封地相互作用。以這種方式可以放棄附加的接縫(Fuegespalte)或密封件，這使得組合部件在結構上精確地設計並且因此使相應的角度測量裝置的測量誤差最小化。優選地，空腔製造為軸中的凹口。因此滾動軸承的圓環可以具有平坦的表面，其正好適合與軸的相應的、鄰接凹口的配合面結合。由此措施也得到了高的測量精度，這是因為使偏心率誤差和擺動誤差取決於結構地最小化。空腔有利地沿著軸的整個圓周或沿著軸的部分圓周延伸。此外空腔可以包括螺旋形的空間，該空間也可以延伸經過多於360 °的圓周角。在本發明的另外的實施方式中，滾動軸承包括密封件，其中同時具有用於限定空腔的內壁的滾動軸承的圓環可相對於密封件轉動。組合部件有利地這樣設置，即凸肩相關於軸向方向布置在整體量具和軸承之間。 相應地，在那個與滾動軸承的內環連接的部段中的一體的軸具有小於在止擋面區域中的直徑。此外，在其上固定有整體量具的部段中的軸的直徑大於在止擋面的區域中的直徑。根據本發明的改進方案，組合部件具有用於將潤滑劑、特別是在周向方向上導入溝槽的狹縫。通過相互垂直或成銳角、即角度小於或等於90°指向的內壁限定狹縫。此外組合部件具有用於將潤滑劑從溝槽導出的另外的狹縫，其中通過相互垂直或成銳角定向的內壁限定另外的狹縫。將潤滑劑從溝槽導出可以特別地在周向方向上進行，其中在繼續跟隨潤滑劑時，潤滑劑也開始軸向向內指向的運動。為了對潤滑劑的輸送進行優化，第一狹縫的角度可以特別大於等於另外的狹縫的角度，特別是大於另外的狹縫的角度。此外優選地，至少一個溝槽鄰接於凸肩的止擋面，並且溝槽的內表面和止擋面構成小於或等於90°的角。這樣設計組合部件，即溝槽在徑向方向上向外在圓環的內圓周上延伸。例如在這樣的布置中，通過並非成銳角定向的內壁限定用於將潤滑劑導入溝槽的狹縫。本發明另外有利的實施方式由從屬權利要求中推出。


本發明其它的特徵和優點在以下參照附圖對實施例的說明中變得清晰。圖中示出圖1是角度測量裝置的縱剖圖，圖2是縱剖面中具有軸和軸承的組合部件的細節圖，圖3a是用於輸送潤滑劑的溝槽的剖面圖，圖北是用於輸送潤滑劑的溝槽的側視圖，
圖4是組合部件的側視圖，圖5是組合部件的軸的俯視圖。
具體實施例方式在圖1中的縱剖圖中心示出的角度測量裝置包括定子和轉子。轉子具有與凸肩 1. 1 一體的軸1，凸肩藉助於車削加工由整體的半成品切削加工而成。凸肩1. 1具有垂直於軸線ζ定向的結合面1. 12 (也參見圖2)。整體量具2通過粘接牢固地並僅僅以較小的公差誤差相對於軸線Z中央地連接在該結合面上。在其上設置有角度刻度2. 1的整體量具2由玻璃製成並且設計為環形，其中整體量具2具有較高的測量精度和平面性製成。在圖2中可以看出角度刻度2.1，其中該角度刻度可以例如設計為具有徑向定向刻度線的增量分度或設計為絕對碼。軸1在應對應於定子的主體5內部通過軸承、這裡是兩個滾動軸承3可轉動地安置。整體量具2或其角度刻度2. 1在示出的實施例中由固定在殼體5上的掃描裝置5.1光電地掃描。相應的光敏探測器位於設計為電路板的掃描裝置5.1上。此外，在電路板或掃描裝置5. 1上特別地布置了用於使由探測器提供的採樣信號形成信號(例如用於放大和數位化)的電元件。經過在圖中未示出的連接電纜形成在角度測量裝置和後續電子裝置之間的電連接，從而可以在後續電子裝置和角度測量裝置之間傳輸電信號和電能。角度測量裝置確定用於附裝在機械6上。為了容納角度測量裝置，在定子側的機械部件6. 1上設置有分級的空心圓柱形凹口 6. 11，轉子側的發動機軸6. 2在中央伸入該凹口中。此外軸1設計用於抗扭地連接在需要測量的元件上，近似於連接在發動機軸6. 2上。 在角度測量裝置的軸1和發動機軸6. 2之間的連接例如利用穿過軸1伸出的緊固螺栓形式的連接裝置來實現，其中為此目的，軸1的端部設計為錐形。常規地，發動機軸6. 2因此和角度測量裝置的軸1剛性連接。因此，通過角度測量裝置可以確定定子和轉子之間的相對角度位置。這樣的角度測量裝置經常稱為旋轉傳感器。在圖2中詳細地示出了角度測量裝置的組合部件，其包括軸1、整體量具2和滾動軸承3其中的一個。滾動軸承3具有內環3.1、外環3. 2以及滾動體3. 3。為了良好的運行需要使滾動軸承3潤滑，因此在內環3. 1和外環3. 2之間提供潤滑劑或潤滑脂。環形的密封件3. 4應基本上用於使潤滑劑或潤滑脂保留在滾動軸承3中並且不在可光學掃描的整體量具2的方向上移動。密封件3. 4和外環3. 2牢固地連接，從而在角度測量裝置運行時在密封件3. 4和外環3. 2之間不出現相對運動。相反地，當滾動軸承3轉動運動時，密封件3. 4 的密封唇在內環3.1上滑動。軸1、特別是凸肩1. 1根據圖2, 3a, 3b和5具有止擋面1. 11，該止擋面和內環3. 1 接觸連接。根據圖5，止擋面1.11由三個溝槽4. 2中斷，這些溝槽沿著圓周以120°錯開地布置，從而因此每個溝槽4. 2鄰接止擋面1.11。止擋面1.11垂直於軸線Z定向。因此在當前的實施例中，止擋面1. 11和凸肩1. 1的結合面1. 12彼此平行地定向。因為在製造整個軸的切削過程期間在加工步驟中產生了止擋面1. 11和結合面1. 12，因此能夠以較高的精度形成該平行性。該構造方式最終提供了角度測量裝置的測量精度，這是因為整體量具 2的擺動誤差運動減小到最小值。例如通過在角度測量裝置的運行期間出現的變熱可以導致，潤滑劑或潤滑劑的成分或潤滑脂由滾動軸承3、特別是密封唇的區域中溢出。為了避免測量誤差，必須確保溢出的潤滑劑並不到達整體量具2上並且因此幹擾角度刻度2. 1的光學特性。為此目的，在一體的軸1加入形成毛細通道的凹口。相反地，在當前的實施例中並不以這種方式加工滾動軸承3的內環3. 1，即可能具有用於容納潤滑劑的通道。首先通過毛細通道在狹縫4. 1中擋住溢出的潤滑劑，通過內環3. 1和凸肩1. 1的內壁限定狹縫並且靠近密封件3. 4的密封唇布置。由於凸肩1. 1的在朝向止擋面1. 1的邊界區域中的圓錐形狀，相關的內壁彼此成銳角α、這裡是45°定向。通常溝槽4. 2中的潤滑劑到達狹縫4. 1中。潤滑劑取決於毛細力沿著狹縫4. 1中的圓周流動，直到最後潤滑劑進入溝槽4. 2，從而將潤滑劑因此藉助於特殊設計的狹縫4. 1引到溝槽4. 2。每個溝槽4. 2 為了改進地容納潤滑劑這樣設計，即其內表面和止擋面1. 1在內表面和止擋面1. 11相遇的邊稜處形成角Y，該角度在本實施例中是45°。通過該銳角使毛細力增加，從而將潤滑劑引入溝槽4. 2中。通過滑動過程磨削過程這樣精確地加工止擋面1. 11，也例如內環3. 1的那個接觸止擋面1. 11的端面部段，即相關的部段密封地作用，從而使潤滑劑在此不能徑向地經過止擋面1. 11。在溝槽4. 2的位於徑向內的端部上，多餘的潤滑劑到達另外的狹縫4. 3，其通過內環3.1的內壁和軸1的內壁以推刀槽的形式在包圍另外的銳角β的情況下被限定。角 β在示出的實施例中是30°。此外確定，角α，β和Υ和涉及的內壁之間的內裂開角度 (lichten Spaltwinkel)相關，即和這個考慮到毛細效果有關的角度相關。考慮到導出潤滑劑證明為有利的是，角α大於或等於角β。特別有利地，這樣設置組合單元，即適合這些關係中至少一個α彡β，α彡γ或者α彡γ彡β，特別是90°彡α彡γ彡β。然後，潤滑劑在徑向方向上沿著內環3. 1的端面在狹縫4. 3內蠕行至空腔4. 4，該空腔沿著軸1的圓周延伸並且此外為了增大容納體積而包括螺旋形的空間4. 41。因此空腔 4. 4也在徑向方向上通過滾動軸承3的內環3. 1並且通過軸1進行限定。空腔4. 4是最終將溢出的潤滑劑保留在其中而不會干擾測量的那個體積。溢出的潤滑劑因此由毛細力驅動地流過包括第一狹縫4. 1、溝槽4. 2，另外的狹縫4. 3和空腔4. 4的通道。在此重要的是，潤滑劑不再在整體量具2的方向上蠕行返回。這通過組合單元的特殊結構來避免。因此一方面包括螺旋形的空間4. 41的空腔4. 4徑向地在外部通過內環3. 1或內環3. 1的圓錐形殼層側面來限定，從而當軸1旋轉出現離心力時潤滑劑也並蠕行返回。此外通過度量角α和 β (α ^ β)確保了，毛細力徑向向內作用。此外從溝槽4. 2看，並不存在空腔4. 4到周圍環境的連接，也不存在於軸1的空心圓柱形內腔中，從而不存在這種危險，即液體或潤滑劑根據另外的路逕到達空腔4. 4上並且可能不期望地將潤滑器由整體量具2的相關區域導出或容納。最後這樣設計上述通道，即毛細力特別由此從第一狹縫4. 1出發經過溝槽4. 2、另外的狹縫4. 3和空腔4. 4作用經過通道的整個長度，有效的狹縫寬度並不減小。因此通過使用根據本發明的結構單元可以實現一種角度測量裝置，利用該角度測量裝置可獲得較高的測量精度，這是因為在避免汙染整體量的同時在一方面可獲得較低的偏心誤差和/或擺動誤差。
權利要求
1.一種用於角度測量裝置的組合部件，包括具有整體量具( 的軸(1)，所述整體量具用於測量圍繞軸線(Z)的旋轉運動，其中所述軸⑴作為集成組件具有凸肩(1.1)，軸向止擋部中的滾動軸承C3)安裝在所述凸肩上，其中在所述軸(1)的所述凸肩(1. 1)和所述滾動軸承(3)之間布置有至少一個溝槽(4. 2)，所述溝槽以徑向的方向分量定向並且與用於容納潤滑劑的空腔(4. 4)連接，其中所述空腔(4. 4)在徑向方向上通過所述滾動軸承(3) 的圓環(3. 1)和所述軸(1)來限定。
2.根據權利要求1所述的組合部件，其中所述圓環(3.1)接觸所述凸肩(1. 1)的止擋面(1. 11)，並且至少一個溝槽(4. 2)鄰接於所述止擋面(1. 11)。
3.根據權利要求2所述的組合部件，其中這樣加工所述止擋面(1.11)和所述圓環 (3. 1)，即所述止擋面(1. 11)和所述圓環(3. 1)相接觸的那些部段密封地相互作用。
4.根據權利要求1所述的組合部件，其中所述空腔(4.4)製造為所述軸(1)中的凹口。
5.根據權利要求1所述的組合部件，其中所述空腔(4.4)沿著所述軸(1)的圓周延伸。
6.根據權利要求5所述的組合部件，其中所述空腔(4.4)包括螺旋形的空間G.41)。
7.根據權利要求1所述的組合部件，其中所述滾動軸承C3)包括密封件(3.4)，並且所述滾動軸承(3)的所述圓環(3. 1)可相對於所述密封件(3.4)轉動。
8.根據權利要求1所述的組合部件，其中所述組合部件這樣設置，即所述凸肩(1.1)相關於軸向方向布置在所述整體量具( 和所述軸承( 之間。
9.根據權利要求1所述的組合部件，其中所述組合部件具有用於將所述潤滑劑導入到至少一個溝槽(4.2)的狹縫(4. 1)，其中通過相互垂直或成銳角(α)定向的內壁限定所述狹縫(4. 1)。
10.根據權利要求1所述的組合部件，其中所述組合部件具有用於將所述潤滑劑從至少一個溝槽(4.2)導出的另外的狹縫3)，其中通過相互垂直或成銳角(β)的內壁限定所述另外的狹縫(4. 3)。
11.根據權利要求9和10所述的組合部件，其中所述狹縫(4.1)的角(α )大於或等於所述另外的狹縫(4.3)的角⑷。
12.根據權利要求1所述的組合部件，其中所述至少一個溝槽(4.2)鄰接於所述凸肩 (1. 1)的所述止擋面(1. 11)，並且所述溝槽(4. 2)的內表面和所述止擋面(1. 11)構成小於或等於90°的角(Y)。
全文摘要
本發明涉及一種用於角度測量裝置的組合部件，包括具有整體量具(2)的軸(1)，該整體量具用於測量圍繞軸線(Z)的旋轉運動。軸(1)作為集成組件具有凸肩(1.1)，軸向止擋部中的滾動軸承(3)安裝在該凸肩上。在軸(1)的凸肩(1.1)和滾動軸承(3)之間布置了溝槽(4.2)，該溝槽以徑向的方向分量定向並且與用於容納潤滑劑的空腔(4.4)連接，其中該空腔(4.4)在徑向方向上通過滾動軸承(3)的圓環(3.1)和軸(1)來限定。
文檔編號G01D5/34GK102235885SQ20111008251
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月1日 優先權日2010年4月19日
發明者赫曼·邁爾 申請人:約翰尼斯海登海恩博士股份有限公司