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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Planetengetriebevorrichtung mit einem einen Dehnungsmesser oder dergleichen sowie einen Codierer, Resolver oder einen anderen Drehinformations-Detektormechanismus aufweisenden Lastmoment-Detektormechanismus, speziell betrifft die Erfindung ein Detektormechanismus-Anbringverfahren zum Anbringen des Detektormechanismus, ohne dass dies zu einer Abmessungsvergrößerung des Getriebes in axialer Richtung führt.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Es sind Drehaktuatoren mit einem Aufbau bekannt, bei dem eine Planetengetriebevorrichtung koaxial an einer Motor-Ausgangswelle angekoppelt und fixiert ist. Bei derartigen Drehaktuatoren ist ein Codierer, ein Resolver oder ein anderer Winkeldetektor an der Motor-Ausgangswelle, an der Eingangskomponente der Planetengetriebevorrichtung oder an der Ausgangskomponente der Vorrichtung angebracht, um die Drehstellung des Drehaktuators zu erfassen. Außerdem ist im Übertragungsstrang für das Drehmoment zum Detektieren des Lastmoments eine Stelle ausgebildet, in welcher Dehnung entsteht, und die an dieser Stelle zustande kommende Dehnung wird mit Hilfe eines Dehnungsmessers oder dergleichen gemessen, um darüber ein Maß über das Lastmoment zu erhalten.
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Die Winkeldetektoren und Drehmomentsensoren sind an der Motor-Ausgangswelle, an der Eingangswelle oder der Ausgangswelle der Planetengetriebevorrichtung oder an einer anderen Komponente angebracht. Hierdurch müssen sich die Abmessungen des Drehaktuators in dessen axialer Richtung vergrö-ßern, um eine Anbringungsstelle für diese Komponenten zu erhalten.
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US 4 055 080 A offenbart ein Drehmomentvorrichtung, die an einem vorhandenen Kraftschrauber nachgerüstet werden kann, wie er normalerweise bei Massenproduktions-Montageprozessen verwendet wird. Die Vorrichtung ist so ausgebildet, dass sie zwischen den Kopf des Schraubenschlüsselmotors und die Schraubenschlüsselbefestigung passt, so dass die ursprüngliche Drehmomentgeschwindigkeit und -kraft auf die gleiche Weise wie ursprünglich beabsichtigt auf das Werkstück übertragen werden. Die offenbarte Drehmomentvorrichtung ist dazu ausgelegt, äußere Kräfte praktisch zu immunisieren; so dass die offenbarte Vorrichtung besonders gut für Schraubenschlüssel angepasst ist, die in handgehaltenen Anwendungen verwendet werden.
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US 5 172 774 A offenbart einen Antriebsmotor mit einem Drehmomentwandler, der mit einer Ausgangs-Antriebskette innerhalb eines Gehäuses einer rotierend arbeitenden Maschine gekuppelt ist. Die Antriebskette hat ein schwimmendes Teil, das einem Reaktionsdrehmoment unterliegt, das proportional zu einem Ausgangsdrehmoment ist. Das schwimmende Teil hat eine Ausgangsachse und der Drehmomentwandler weist ein im Wesentlichen scheibenförmiges erstes Glied, das starr mit einem statischen Bezugsglied des Gehäuses verbunden ist, und Einrichtungen zum Fühlen und Messen von Torsionsverformungen auf. Der Drehmomentwandler weist auch ein im wesentlichen scheibenförmiges zweites Glied auf, das gleitend mit dem ersten Glied und auch mit dem schwimmenden Teil gekuppelt ist. Das zweite Glied ist gegen Drehung in Bezug auf das schwimmende Teil fixiert, aber frei, entlang dessen Ausgangsachse zu gleiten. Das zweite Glied weist einen äußeren Ring und einen zentralen Abschnitt auf, die durch eine Vieizahl von Scherstegen verbunden sind, um Torsionsbeanspruchungen in einem Bereich zwischen dem äußeren Ring und dem zentralen Abschnitt zur Feststellung durch die Fühl- und Meßeinrichtungen zu konzentrieren, wobei der äußere Ring und der zentrale Abschnitt mit dem schwimmenden Teil und mit dem ersten Glied verbunden sind.
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JP S56 -94 234 A beschreibt einen Drehmomentsensor, der durch Anbringen eines Dehnungsmessstreifens an einer Hülse, an der eine Antriebswelle befestigt ist, deren Endteil an eine Scheibe befestigt ist, durch die das mit einem Ritzel der Antriebsquelle verbundene Umlaufgetriebe getragen wird, eine kontinuierlichen Messung des Spannmoments ermöglicht.
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JP 2002-078 289 A offenbart eine Rotationsantriebsvorrichtung, die durch Erfassen einer Ausgangsrotationsgeschwindigkeit eine Rückkopplungssteuerung eines Rotationsgeschwindigkeitsantriebs durchführt. Die Rotationsantriebsvorrichtung hat einen Motor, ein Planetenuntersetzungsgetriebe, einen Magnetring und Magnetsensoren. Das Untersetzungsgetriebe hat eine Sonnenrolle, in die die Drehung des Motors eingegeben wird, einen Innenring, mehrere Planetenrollen, die zwischen dem Innenring und der Sonnenrolle angeordnet sind, einen Träger, der die mehreren Planetenrollen trägt, und ein Gehäuse, das die Sonnenrolle, den Innenring, die Planetenrollen und den Träger abstützt. Eine reduzierte Rotation des Motors wird über den Träger ausgegeben. In dem Gehäuse ist ein Magnetring so angeordnet, dass er sich einstückig mit dem Träger dreht. Sensoren erfassen die Rotationsgeschwindigkeit des Magnetrings.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Im Hinblick auf die obigen Ausführungen ist es ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Anbringen eines Detektormechanismus zu schaffen, der mit verringertem Montageraum für einen Drehmoment-Detektormechanismus und einen Drehinformations-Detektormechanismus auskommt, so dass die Zunahme der axialen Baulänge einer Planetengetriebevorrichtung begrenzt wird.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Planetengetriebevorrichtung mit geringer axialer Länge, ausgestattet mit einem Drehmoment-Detektormechanismus und einem Drehinformations-Detektormechanismus.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Drehaktuators mit einer Planetengetriebevorrichtung geringer axialer Länge und ausgestattet mit einem Drehmoment-Detektormechanismus sowie einem Drehinformations-Detektormechanismus.
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Um die angegebenen Ziele zu erreichen, schafft die Erfindung ein Verfahren zum Anbringen eines Detektormechanismus für eine Planetengetriebevorrichtung, umfassend die Schritte:
- Ausbilden eines zylindrischen Teils zwischen einem eine Innenverzahnung aufweisenden Hohlradabschnitt und einem an einem anderen Element in einem Hohlrad einer Planetengetriebevorrichtung fixierten Abschnitt;
- Verwenden einer Außenumfangsfläche oder einer Innenumfangsfläche des zylindrischen Teils als Stelle zum Anbringen oder Ausbilden eines Detektorelements zum Messen eines Übertragungsdrehmoments, das über das Hohlrad übertragen wird, und
- Verwenden eines Innenabschnitts des zylindrischen Teils als Anbringungsstelle eines Drehinformations-Detektormechanismus zum Erfassen von Drehinformation eines Eingangs-Drehelements oder eines Ausgangs-Drehelements der Planetengetriebevorrichtung.
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Erfindungsgemäß ist zwischen einem fixen Punkt und einem Kraftpunkt des Hohlrads ein dünnes zylindrisches Teil gebildet, und an der Oberfläche dieses zylindrischen Teils ist ein Dehnungsmesser zum Erfassen mechanischer Dehnung angebracht. Aus diesem Grund wird kein separates Element benötigt, welches zum Erfassen eines Lastmoments vorgesehen ist, und ein Dehnungsmesser oder ein anderes Detektorelement eines Drehmoment-Detektormechanismus lässt sich ohne nennenswerte Vergrößerung der axialen Länge anordnen oder ausbilden. Da ferner der Innenraum des zylindrischen Teils als Aufnahmeraum für den Einbau eines Drehinformations-Detektormechanismus, z.B. eines Winkeldetektors, verwendet wird, werden die beiden Detektormechanismen folglich in radialer Richtung angeordnet, wodurch eine Zunahme der axialen Baulänge begrenzt wird. Dementsprechend besitzt eine Planetengetriebevorrichtung geringe axiale Baulänge und ist mit einem Drehmoment-Detektormechanismus und einem Drehinformations-Detektormechanismus ausgestattet.
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Anstelle des zylindrischen Teils können ein zylindrisches Teil und ein ringförmiges Teil, welches von einem Ende des zylindrischen Teils in radialer Richtung nach außen weg steht, vorgesehen sein, wobei eine ringförmige Seitenfläche des ringförmigen Teils als Stelle zum Anordnen oder Ausbilden des Detektorelements zum Erfassen von Dehnung verwendet wird, die durch ein Lastmoment entsteht. Ein Innenabschnitt des zylindrischen Teils kann als Anbringungsstelle für einen Detektormechanismus zum Erfassen von Drehinformation eines Eingangs-Drehelements oder eines Ausgangs-Drehelements der Planetengetriebevorrichtung verwendet werden.
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Weiterhin schafft die Erfindung eine Planetengetriebevorrichtung mit den folgenden Merkmalen:
- eine Lastmoment-Detektoreinrichtung; und
- einen Drehinformations-Detektormechanismus zum Erfassen von Eingangs-Drehinformation oder Ausgangs-Drehinformation, wobei
- ein Hohlrad der Planetengetriebevorrichtung einen eine Innenverzahnung aufweisenden Hohlradabschnitt, einen Fixierabschnitt zum Fixieren des Hohlrads an einem anderen Element und ein zylindrisches Teil zwischen dem Hohlradabschnitt und dem Fixierabschnitt aufweist;
- ein Detektorelement des Lastmoment-Detektormechanismus angeordnet oder ausgebildet ist an einer Außenumfangsfläche oder Innenumfangsfläche des zylindrischen Teils; und
- ein Drehinformations-Detektormechanismus im Inneren des zylindrischen Teils angeordnet ist.
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Die vorliegende Erfindung schafft weiterhin eine Planetengetriebevorrichtung umfassend:
- eine Lastmoment-Detektoreinrichtung; und
- einen Drehinformations-Detektormechanismus zum Erfassen von Eingangs-Drehinformation oder Ausgangs-Drehinformation, wobei
- ein Hohlrad der Planetengetriebevorrichtung einen eine Innenverzahnung aufweisenden Hohlradabschnitt, einen Fixierabschnitt zum Fixieren des Hohlrads an einem anderen Element, ein zylindrisches Teil und ein ringförmiges Teil, welches sich von einem Ende des zylindrischen Teils nach außen hin in radialer Richtung aufweitet, aufweist, wobei das zylindrische Teil und das ringförmige Teil zwischen dem Hohlradabschnitt und dem Fixierabschnitt gebildet sind;
- ein Detektorelement des Lastmoment-Detektormechanismus angeordnet oder ausgebildet ist auf einer ringförmigen Seitenfläche des ringförmigen Teils; und ein Drehinformations-Detektormechanismus, im Inneren des zylindrischen Teils angeordnet ist.
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Sodann schafft die Erfindung einen Drehaktuator, welcher aufweist:
- einen Motor;
- eine Planetengetriebevorrichtung, die koaxial an dem Motor angebracht ist;
- einen Drehinformations-Detektormechanismus zum Erfassen von Drehinformation der Ausgangswelle des Motors; und
- einen Drehmoment-Detektormechanismus zum Erfassen des über die Planetengetriebevorrichtung übertragenen Drehmoments, wobei die Planetengetriebevorrichtung aufweist:
- ein zylindrisches Gerätegehäuse;
- ein an dem Gerätegehäuse fixiertes Hohlrad;
- eine koaxial mit der Ausgangswelle des Motors gekoppelte Eingangswelle;
- ein an der Eingangswelle ausgebildetes Sonnenrad; und
- mindestens ein mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad kämmendes Planetenrad, wobei
- das Hohlrad einen Hohlradabschnitt aufweist, in welchem eine mit dem Planetenrad kämmende Innenverzahnung gebildet ist, ein zylindrisches Teil, welches sich koaxial von einem Ende des Hohlradabschnitts aus erstreckt, und einen ringförmigen Flansch, der mit einem Rand des zylindrischen Teils verbunden ist und an dem Gerätegehäuse fixiert ist;
- ein Detektorelement des Lastmoment-Detektorteils an einer Außen- oder Innenumfangsfläche des zylindrischen Teils angeordnet oder ausgebildet ist; und der an der Eingangswelle angebrachte Drehinformations-Detektormechanismus an einer Innenseite des zylindrischen Teils angebracht ist.
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Erfindungsgemäß ist ein zylindrisches Teil zum Anordnen oder Ausbilden eines Dehnungsmessers oder eines anderen Detektorelements zum Erfassen von durch ein Lastmoment erzeugter Dehnung an dem Hohlrad der Planetengetriebevorrichtung angeordnet, und der Innenraum des zylindrischen Teils dient als Stelle zum Anbringen eines Codierers, Resolvers oder eines anderen Drehinformations-Detektors. Deshalb können erfindungsgemäß zwei Typen von Detektormechanismen in eine Planetengetriebevorrichtung eingebaut werden, ohne dass hierdurch die axiale Baulänge beträchtlich erhöht wird. Weiterhin lassen sich zwei Typen von Detektormechanismen in einen Drehaktuator einbauen, der einen Motor und eine Planetengetriebevorrichtung enthält, ohne dass dabei die axiale Baulänge nennenswert erhöht wird.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Längsschnittansicht eines Drehaktuators, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet wird; und
- 2A
und 2B sind schematische Ansichten weiterer Beispiele für ein Hohlrad einer Planetengetriebe-Untersetzungsvorrichtung.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Folgenden wird eine Ausführungsform eines Drehaktuators beschrieben, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet wurde.
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1 ist eine schematische Längsschnittansicht eines Drehaktuators, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet wird. Ein Drehaktuator 1 enthält einen Motor 2 und ein Planeten-Untersetzungsgetriebe 3 (eine Planetengetriebevorrichtung), das axial mit dem vorderen Ende des Motors 2 gekoppelt ist. Der Motor 2 besitzt ein zylindrisches Motorgehäuse 4, eine Motor-Ausgangswelle 7, die drehbar von Lagern 5 und 6 am vorderen und hinteren Randbereich des Motorgehäuses gelagert ist, einen an der Motor-Ausgangswelle 7 gelagerten Rotor 8 und einen Stator 9, der an der Innenumfangsfläche des Motorgehäuses 4 so angebracht ist, dass er den Rotor 8 über einen konstanten Spalt umfasst. Die Motor-Ausgangswelle 7 steht von der Vorderfläche des Motorgehäuses 4 vor und ist axial mit der Seite des Planeten-Untersetzungsgetriebes 3 gekoppelt und an diesem fixiert.
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Das Planeten-Untersetzungsgetriebe 3 ist ein zweistufiges Planeten-Untersetzungsgetriebe und besitzt ein zylindrisches Gerätegehäuse 11, ein vorderes Sonnenrad 12 und eine Eingangswelle 13. Das vordere Sonnenrad ist einstückig mit der Eingangswelle 13 ausgebildet und befindet sich in der Mitte des hinteren Endes des zylindrischen Gerätegehäuses 11. Die Eingangswelle 13 ist mit der Motor-Ausgangswelle 1 über eine Ankopplung 14 verbunden und daran fixiert.
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Das vordere Sonnenrad 12 kämmt mit mehreren vorderen Planetenrädern 15, die mit einem Hohlrad 30 kämmen, bei dem es sich um ein gemeinsames Innenverzahnungsrad für die vordere und die hintere Stufe handelt. Ein vorderer Träger 17, der die vorderen Planetenräder 15 haltert, ist drehbar in einem Ausleger-Zustand am distalen Endbereich der Eingangswelle 13 gehaltert, und ein hinteres Sonnenrad 18 ist koaxial und einstückig an der vorderen Seitenfläche des Trägers 17 angeformt.
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Mehrere hintere Planetenräder 19 kämmen mit dem hinteren Sonnenrad 18, sie kämmen außerdem mit dem gemeinsamen Hohlrad 30. Eine Ausgangswelle 21 ist koaxial und einstückig an einem hinteren Träger 20 angeformt, der die hinteren Planetenräder 19 trägt. Die Ausgangswelle 21 ist drehbar von einem an dem distalen Ende des Gerätegehäuses 11 angebrachten Lager 22 gehalten. Die Ausgangswelle 21 besitzt einen distalen Endbereich, der von dem distalen Ende des Gerätegehäuses 11 weg steht. Der distale Endbereich der Ausgangswelle 21 ist mit einem (nicht gezeigten) Bauteil auf der Lastseite gekoppelt.
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Das Hohlrad 30 des vorliegenden Beispiels besitzt einen Hohlradabschnitt 32, an welchem eine Innenverzahnung 31 ausgeformt ist, einen dünnen Zylinderteil 33, der koaxial und zylindrisch von dem hinteren Ende (dem Ende der Motorseite) des Hohlradabschnitts 32 weg steht, und einen dicken ringförmigen Flansch 34 am hinteren Ende des Zylinderteils 33. Der ringförmige Flansch 34 besitzt einen Lagerflansch 34a, der sich in radialer Richtung nach außen hin aufweitet und sandwichartig eingefasst ist zwischen einer hinteren Stirnfläche 11a des Gerätegehäuses 11 und einem Lagerflansch 4a, der an dem äußeren Umfangsrand des vorderen Endes des Motorgehäuses 4 ausgebildet ist. In diesem eingefassten Zustand sind das Motorgehäuse 4 und das Gerätegehäuse 11 miteinander über mehrere Fixierbolzen 16 verbunden.
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Der zylindrische Teil 33 in dem Hohlrad 30 dieser Ausgestaltung besitzt einen konkaven äußeren Umfangsflächenbereich 33a, der dünner ist als der Hohlradabschnitt 32 mit der Innenverzahnung und der ringförmige Flansch 34, die an den beiden Seiten des Bereichs 33a gelegen sind. Dehnungsmesser 41 zum Messen von Dehnung, die durch ein Lastmoment hervorgerufen wird, sind an dem äußeren Umfangsflächenbereich 33a in festen Winkelintervallen in Umfangsrichtung angeordnet. Das Lastmoment lässt sich anhand der Detektorsignale von den Dehnungsmessern 41 messen. Drehmoment-Detektormechanismen dieses Aufbaus sind bekannt und werden hier nicht näher erläutert.
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Es ist ebenfalls möglich, als Drehmoment-Detektormechanismus ein Bauteil zu verwenden, bei dem ein magnetischer Streifen auf dem zylindrischen Teil 33 ausgebildet ist, wobei das Lastmoment dadurch gemessen wird, dass man die magnetische Spannung erfasst, die durch das Lastmoment hervorgerufen wird, anstatt einen Dehnungsmesser zum Detektieren der mechanischen Spannung des zylindrischen Teils 33 als Widerstandsänderung zu messen. In diesem Fall kann ein magnetischer Streifen mit einem vorgegebenen Muster auf dem Außenumfangsflächenbereich 33a des zylindrischen Teils 33 ausgebildet sein, oder es können magnetische Elemente (Bänder) in vorbestimmten Mustern angebracht sein. Der magnetische Drehmoment-Detektormechanismus vom magnetischen Spannungstyp ist ebenfalls an sich bekannt.
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Als Nächstes ist ein Winkeldetektor 42 zum Messen von Drehinformation, beispielsweise zum Messen des Drehwinkels der Eingangswelle 13, in dem Ringraum an der Innenseite des Ringflanschs 34 und dem zylindrischen Teil 33 des Hohlrads 30 angebracht. Der Winkeldetektor 42 ist beispielsweise ein Codierer, ein Resolver oder dergleichen.
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Wenn der Drehaktuator 1 des vorliegenden Beispiels in der beschriebenen Weise ausgebildet ist, ist der dünne zylindrische Teil 33 an dem Hohlrad 30 des Planeten-Untersetzungsgetriebes 3 ausgebildet, und durch ein in dem zylindrischen Teil hervorgerufenes Lastmoment erzeugte Spannung wird erfasst, um das Lastmoment zu messen, indem ein Dehnungsmesser 41 an dem äußeren Umfangsflächenbereich 33a des zylindrischen Teils angebracht wird. Man kann also eine Stelle zum Anbringen eines Dehnungsmessers 41 schaffen, ohne dass dazu ein weiteres Element zur Drehmomentmessung erforderlich ist.
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Der Winkeldetektor 42 wird angebracht, indem man sich den Ringraum zu Nutze macht, der auf der Innenseite des zylindrischen Teils 33 gebildet wird, der seinerseits vorgesehen ist, um den Dehnungsmesser 41 anzubringen. Mit anderen Worten: Der Winkeldetektor 42 und ein Bereich zum Anbringen eines Dehnungsmessers 41 sind konzentrisch gelegen. Im Ergebnis lässt sich der Raum zum Anbringen eines Winkeldetektors 42 schaffen, ohne dass man die axiale Länge des Drehaktuators 1 vergrößert.
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Ein Drehaktuator 1 mit geringer axialer Länge ist folglich mit einem Drehmoment-Detektormechanismus sowie einem Winkeldetektor 42 ausgestattet.
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Bei dem vorliegenden Beispiel dient der äußere Umfangsflächenbereich 33a des zylindrischen Teils 33 als Stelle zum Anbringen oder Ausbilden eines Dehnungsmessers 41 oder eines anderen Detektorelements zur Drehmomenterfassung. Der Innenumfangsbereich des zylindrischen Teils 33 kann anstelle des Außenumfangsbereichs genutzt werden.
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Ein Hohlrad 30A kann eine Form haben, bei der ein zylindrischer Teil 331 und ein ringförmiger Teil 332, der sich radial zur Außenseite hin aufweitet, zwischen dem Hohlradabschnitt 32 mit der Innenverzahnung 31 und einem festen Bereich 34 zum Fixieren des Hohlrads 30A an der Seite des Gehäuses oder einem anderen fixen Element angeordnet sind, wie aus 2A hervorgeht. Im vorliegenden Fall ist der ringförmige Bereich 332 dünn gehalten, und eine oder beide der ringförmigen Seitenflächen 332a und 332b können als Anbringungsstelle zur Anbringung oder Ausbildung eines Detektorelements 41A dienen. Außerdem kann der Raum an der Innenseite dieser Flächen zur Anbringung eines Winkeldetektors 42 oder eines anderen Drehinformations-Detektormechanismus 42A genutzt werden.
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Ein Hohlrad 30B kann eine Form haben, bei dem ein zylindrischer Teil 333 und ein ringförmiger Teil 334, der sich zu der Innenseite hin radial aufweitet, zwischen einem fixen Bereich 34 und dem Hohlradabschnitt 32 mit der dort befindlichen Innenverzahnung 31 angeordnet sind, wie aus 2B hervorgeht. In diesem Fall ist der ringförmige Bereich 334 dünn gehalten, und eine oder beide der ringförmigen Seitenflächen 334a und 334b des ringförmigen Bereichs können als Anbringungsstelle zum Anbringen oder Ausbilden eines Detektorelements 41B dienen. Weiterhin kann der Raum auf der Innenseite des zylindrischen Teils 333 als Stelle zum Anbringen eines Winkeldetektors 42 oder eines anderen Drehinformations-Detektormechanismus 42B genutzt werden.
