CN102235885B - 用于角度测量装置的组合部件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于角度测量装置的组合部件，包括具有整体量具(2)的轴(1)，该整体量具用于测量围绕轴线(Z)的旋转运动。轴(1)作为集成组件具有凸肩(1.1)，轴向止挡部中的滚动轴承(3)安装在该凸肩上。在轴(1)的凸肩(1.1)和滚动轴承(3)之间布置了沟槽(4.2)，该沟槽以径向的方向分量定向并且与用于容纳润滑剂的空腔(4.4)连接，其中该空腔(4.4)在径向方向上通过滚动轴承(3)的圆环(3.1)和轴(1)来限定。

Description

用于角度测量装置的组合部件
技术领域
本发明涉及一种用于角度测量装置的组合部件。
背景技术
角度测量装置经常也称为旋转传感器，其用于测量可转动地安置的机械部件、特别是轴的关于一次或多次旋转的转动运动。在此增量地或绝对地测定转动运动。联系齿条和齿轮或联系螺杆也可以利用角度测量装置测定直线运动。经常将角度测量装置与电动机共同应用，以产生换向信号。
通常这样的角度测量装置具有一个包括具有整体量具的轴和滚动轴承的组合部件。必须满足在测量精度方面的相对较高要求的角度测量装置常常根据光学测量原理工作，其中整体量具则例如经常设计为带有设置在其上的角度刻度的玻璃环。在此行情况下，通过返射或透视方法扫描角度刻度。为了确保高的测量精度，重要的是，保护整体量具防止污染。特别不利的是，润滑剂或其中的组成部分从滚动轴承中溢出并且凝结在整体量具上，特别是角度刻度的区域中。这样的污染物经常构成小液滴并且发挥类似透镜的光学作用。相应地，光束可能因此偏转，这能导致错误测量。
由JP2001-289668A公开了一种用于角度测量装置的组合部件，其具有轴，在该轴上装配了分开的附加体。在附加体上固定了整体量具。为了导出润滑剂而在附加体和轴之间设置了通道。
这样的组合部件具有的缺点是，其通常带来相对较大的测量误差。因此这里一方面具有的危险是，整体量具并不能足够精确地相对于转动轴对中并进而出现摆动误差。此外在根据现有技术的布置中，润滑剂可以再次从通道中溢出或者液体从空心轴内部经过通道到达整体量具上。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种用于角度测量装置的组合部件，通过该组合部件可靠并且持续地获得高的测量精度。
该目的根据本发明通过完成一种用于角度测量装置的组合部件来实现。
因此该组合部件包括具有整体量具的轴和滚动轴承，该整体量具用于测量围绕轴线的旋转运动。在此轴作为集成组件具有凸肩，在轴向止挡部中的滚动轴承安装在该凸肩上。凸肩和轴因此设计为一体。在凸肩和滚动轴承之间布置有至少一个沟槽，该沟槽以径向的方向分量定向并且与适合用于容纳润滑剂的空腔连接。空腔该在径向方向上通过滚动轴承的圆环和轴来限定，因此空腔的径向扩张也通过圆环和轴的表面被限定。具有径向方向分量的至少一个沟槽的方向例如包括严格的径向方向或者相应于螺旋部段的走向。
转动运动的测量例如包括确定当前的转动位置或转动速度。内环可以特别地视为滚动轴承的圆环。此外接下来可以将在角度测量装置的运行中使用的润滑剂看作特别是滚动轴承中也或者仅仅组成部件中的润滑剂，例如油。
组合部件优选地这样设置，即圆环接触凸肩的止挡面，其中至少一个沟槽邻接于止挡面。止挡面由多个环形区段组成，在这些环形区段之间布置了沟槽。优选地，这个或这些止挡面平坦地设计并且此外可以布置在平面内，该平面被轴线垂直地切开。
可替换地，至少一个沟槽可以加入到单独的布置在凸肩和滚动轴承的圆环之间的中间部件、例如中间环中。考虑到可获得的测量精度有利的是，滚动轴承和整体量具直接地、无中间部件地固定在一体的轴上。
这样有利地加工止挡面和圆环，即止挡面和圆环相接触的那些部段特别是对于润滑剂密封地相互作用。以这种方式可以放弃附加的接缝(Fuegespalte)或密封件，这使得组合部件在结构上精确地设计并且因此使相应的角度测量装置的测量误差最小化。
优选地，空腔制造为轴中的凹口。因此滚动轴承的圆环可以具有平坦的表面，其正好适合与轴的相应的、邻接凹口的配合面结合。由此措施也得到了高的测量精度，这是因为使偏心率误差和摆动误差取决于结构地最小化。
空腔有利地沿着轴的整个圆周或沿着轴的部分圆周延伸。此外空腔可以包括螺旋形的空间，该空间也可以延伸经过多于360°的圆周角。
在本发明的另外的实施方式中，滚动轴承包括密封件，其中同时具有用于限定空腔的内壁的滚动轴承的圆环可相对于密封件转动。
组合部件有利地这样设置，即凸肩相关于轴向方向布置在整体量具和轴承之间。相应地，在那个与滚动轴承的内环连接的部段中的一体的轴具有小于在止挡面区域中的直径。此外，在其上固定有整体量具的部段中的轴的直径大于在止挡面的区域中的直径。
根据本发明的改进方案，组合部件具有用于将润滑剂、特别是在周向方向上导入沟槽的狭缝。通过相互垂直或成锐角、即角度小于或等于90°指向的内壁限定狭缝。此外组合部件具有用于将润滑剂从沟槽导出的另外的狭缝，其中通过相互垂直或成锐角定向的内壁限定另外的狭缝。将润滑剂从沟槽导出可以特别地在周向方向上进行，其中在继续跟随润滑剂时，润滑剂也开始轴向向内指向的运动。为了对润滑剂的输送进行优化，第一狭缝的角度可以特别大于等于另外的狭缝的角度，特别是大于另外的狭缝的角度。
此外优选地，至少一个沟槽邻接于凸肩的止挡面，并且沟槽的内表面和止挡面构成小于或等于90°的角。
这样设计组合部件，即沟槽在径向方向上向外在圆环的内圆周上延伸。例如在这样的布置中，通过并非成锐角定向的内壁限定用于将润滑剂导入沟槽的狭缝。
附图说明
本发明其它的特征和优点在以下参照附图对实施例的说明中变得清晰。
图中示出：
图1是角度测量装置的纵剖图，
图2是纵剖面中具有轴和轴承的组合部件的细节图，
图3a是用于输送润滑剂的沟槽的剖面图，
图3b是用于输送润滑剂的沟槽的侧视图，
图4是组合部件的侧视图，
图5是组合部件的轴的俯视图。
具体实施方式
在图1中的纵剖图中心示出的角度测量装置包括定子和转子。转子具有与凸肩1.1一体的轴1，凸肩借助于车削加工由整体的半成品切削加工而成。凸肩1.1具有垂直于轴线Z定向的结合面1.12(也参见图2)。整体量具2通过粘接牢固地并仅仅以较小的公差误差相对于轴线Z中央地连接在该结合面上。在其上设置有角度刻度2.1的整体量具2由玻璃制成并且设计为环形，其中整体量具2具有较高的测量精度和平面性制成。在图2中可以看出角度刻度2.1，其中该角度刻度可以例如设计为具有径向定向刻度线的增量分度或设计为绝对码。轴1在应对应于定子的主体5内部通过轴承、这里是两个滚动轴承3可转动地安置。整体量具2或其角度刻度2.1在示出的实施例中由固定在壳体5上的扫描装置5.1光电地扫描。相应的光敏探测器位于设计为电路板的扫描装置5.1上。此外，在电路板或扫描装置5.1上特别地布置了用于使由探测器提供的采样信号形成信号(例如用于放大和数字化)的电元件。经过在图中未示出的连接电缆形成在角度测量装置和后续电子装置之间的电连接，从而可以在后续电子装置和角度测量装置之间传输电信号和电能。
角度测量装置确定用于附装在机械6上。为了容纳角度测量装置，在定子侧的机械部件6.1上设置有分级的空心圆柱形凹口6.11，转子侧的发动机轴6.2在中央伸入该凹口中。此外轴1设计用于抗扭地连接在需要测量的元件上，近似于连接在发动机轴6.2上。在角度测量装置的轴1和发动机轴6.2之间的连接例如利用穿过轴1伸出的紧固螺栓形式的连接装置来实现，其中为此目的，轴1的端部设计为锥形。常规地，发动机轴6.2因此和角度测量装置的轴1刚性连接。
因此，通过角度测量装置可以确定定子和转子之间的相对角度位置。这样的角度测量装置经常称为旋转传感器。
在图2中详细地示出了角度测量装置的组合部件，其包括轴1、整体量具2和滚动轴承3其中的一个。滚动轴承3具有内环3.1、外环3.2以及滚动体3.3。为了良好的运行需要使滚动轴承3润滑，因此在内环3.1和外环3.2之间提供润滑剂或润滑脂。环形的密封件3.4应基本上用于使润滑剂或润滑脂保留在滚动轴承3中并且不在可光学扫描的整体量具2的方向上移动。密封件3.4和外环3.2牢固地连接，从而在角度测量装置运行时在密封件3.4和外环3.2之间不出现相对运动。相反地，当滚动轴承3转动运动时，密封件3.4的密封唇在内环3.1上滑动。
轴1、特别是凸肩1.1根据图2，3a，3b和5具有止挡面1.11，该止挡面和内环3.1接触连接。根据图5，止挡面1.11由三个沟槽4.2中断，这些沟槽沿着圆周以120°错开地布置，从而因此每个沟槽4.2邻接止挡面1.11。止挡面1.11垂直于轴线Z定向。因此在当前的实施例中，止挡面1.11和凸肩1.1的结合面1.12彼此平行地定向。因为在制造整个轴的切削过程期间在加工步骤中产生了止挡面1.11和结合面1.12，因此能够以较高的精度形成该平行性。该构造方式最终提供了角度测量装置的测量精度，这是因为整体量具2的摆动误差运动减小到最小值。
例如通过在角度测量装置的运行期间出现的变热可以导致，润滑剂或润滑剂的成分或润滑脂由滚动轴承3、特别是密封唇的区域中溢出。为了避免测量误差，必须确保溢出的润滑剂并不到达整体量具2上并且因此干扰角度刻度2.1的光学特性。为此目的，在一体的轴1加入形成毛细通道的凹口。相反地，在当前的实施例中并不以这种方式加工滚动轴承3的内环3.1，即可能具有用于容纳润滑剂的通道。
首先通过毛细通道在狭缝4.1中挡住溢出的润滑剂，通过内环3.1和凸肩1.1的内壁限定狭缝并且靠近密封件3.4的密封唇布置。由于凸肩1.1的在朝向止挡面1.1的边界区域中的圆锥形状，相关的内壁彼此成锐角α、这里是45°定向。通常沟槽4.2中的润滑剂到达狭缝4.1中。润滑剂取决于毛细力沿着狭缝4.1中的圆周流动，直到最后润滑剂进入沟槽4.2，从而将润滑剂因此借助于特殊设计的狭缝4.1引到沟槽4.2。每个沟槽4.2为了改进地容纳润滑剂这样设计，即其内表面和止挡面1.1在内表面和止挡面1.11相遇的边棱处形成角γ，该角度在本实施例中是45°。通过该锐角使毛细力增加，从而将润滑剂引入沟槽4.2中。通过滑动过程磨削过程这样精确地加工止挡面1.11，也例如内环3.1的那个接触止挡面1.11的端面部段，即相关的部段密封地作用，从而使润滑剂在此不能径向地经过止挡面1.11。
在沟槽4.2的位于径向内的端部上，多余的润滑剂到达另外的狭缝4.3，其通过内环3.1的内壁和轴1的内壁以推刀槽的形式在包围另外的锐角β的情况下被限定。角β在示出的实施例中是30°。此外确定，角α，β和γ和涉及的内壁之间的内裂开角度(lichtenSpaltwinkel)相关，即和这个考虑到毛细效果有关的角度相关。考虑到导出润滑剂证明为有利的是，角α大于或等于角β。特别有利地，这样设置组合单元，即适合这些关系中至少一个：α≥β，α≥γ或者α≥γ≥β，特别是90°≥α≥γ≥β。
然后，润滑剂在径向方向上沿着内环3.1的端面在狭缝4.3内蠕行至空腔4.4，该空腔沿着轴1的圆周延伸并且此外为了增大容纳体积而包括螺旋形的空间4.41。因此空腔4.4也在径向方向上通过滚动轴承3的内环3.1并且通过轴1进行限定。空腔4.4是最终将溢出的润滑剂保留在其中而不会干扰测量的那个体积。溢出的润滑剂因此由毛细力驱动地流过包括第一狭缝4.1、沟槽4.2，另外的狭缝4.3和空腔4.4的通道。在此重要的是，润滑剂不再在整体量具2的方向上蠕行返回。这通过组合单元的特殊结构来避免。因此一方面包括螺旋形的空间4.41的空腔4.4径向地在外部通过内环3.1或内环3.1的圆锥形壳层侧面来限定，从而当轴1旋转出现离心力时润滑剂也并蠕行返回。此外通过度量角α和β(α≥β)确保了，毛细力径向向内作用。此外从沟槽4.2看，并不存在空腔4.4到周围环境的连接，也不存在于轴1的空心圆柱形内腔中，从而不存在这种危险，即液体或润滑剂根据另外的路径到达空腔4.4上并且可能不期望地将润滑器由整体量具2的相关区域导出或容纳。最后这样设计上述通道，即毛细力特别由此从第一狭缝4.1出发经过沟槽4.2、另外的狭缝4.3和空腔4.4作用经过通道的整个长度，有效的狭缝宽度并不减小。
因此通过使用根据本发明的结构单元可以实现一种角度测量装置，利用该角度测量装置可获得较高的测量精度，这是因为在避免污染整体量的同时在一方面可获得较低的偏心误差和/或摆动误差。

Claims (12)

1.一种用于角度测量装置的组合部件，包括具有整体量具(2)的轴(1)，所述整体量具用于测量围绕轴线(Z)的旋转运动，其中所述轴(1)作为集成组件具有凸肩(1.1)，轴向止挡部中的滚动轴承(3)安装在所述凸肩上，其中在所述轴(1)的所述凸肩(1.1)和所述滚动轴承(3)之间布置有至少一个沟槽(4.2)，所述组合部件具有用于将润滑剂导入到至少一个沟槽(4.2)的狭缝(4.1)，并且所述组合部件具有用于将所述润滑剂从至少一个沟槽(4.2)导出的另外的狭缝(4.3)，所述沟槽(4.2)以径向的方向分量定向并且与所述狭缝(4.1)、所述另外的狭缝(4.3)以及用于容纳润滑剂的空腔(4.4)流体连接，其中所述空腔(4.4)在径向方向上通过所述滚动轴承(3)的圆环和所述轴(1)来限定。
2.根据权利要求1所述的组合部件，其中所述圆环接触所述凸肩(1.1)的止挡面(1.11)，并且至少一个沟槽(4.2)邻接于所述止挡面(1.11)。
3.根据权利要求2所述的组合部件，其中这样加工所述止挡面(1.11)和所述圆环，即所述止挡面(1.11)和所述圆环相接触的那些部段密封地相互作用。
4.根据权利要求1所述的组合部件，其中所述空腔(4.4)制造为所述轴(1)中的凹口。
5.根据权利要求1所述的组合部件，其中所述空腔(4.4)沿着所述轴(1)的圆周延伸。
6.根据权利要求5所述的组合部件，其中所述空腔(4.4)包括螺旋形的空间(4.41)。
7.根据权利要求1所述的组合部件，其中所述滚动轴承(3)包括密封件(3.4)，并且所述滚动轴承(3)的所述圆环可相对于所述密封件(3.4)转动。
8.根据权利要求1所述的组合部件，其中所述组合部件这样设置，即所述凸肩(1.1)相关于轴向方向布置在所述整体量具(2)和所述滚动轴承(3)之间。
9.根据权利要求1所述的组合部件，其中通过相互垂直或成锐角定向的内壁限定所述狭缝(4.1)。
10.根据权利要求9所述的组合部件，其中通过相互垂直或成锐角的内壁限定所述另外的狭缝(4.3)。
11.根据权利要求10所述的组合部件，其中所述狭缝(4.1)的角大于或等于所述另外的狭缝(4.3)的角。
12.根据权利要求1所述的组合部件，其中所述至少一个沟槽(4.2)邻接于所述凸肩(1.1)的止挡面(1.11)，并且所述沟槽(4.2)的内表面和所述止挡面(1.11)构成小于或等于90°的角。
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