專利名稱：接合器和具有該接合器的角度測量裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1的用于連接兩個構件的接合器，其為一種旋轉剛性的、在軸向和徑向上彈性作用的補償接合器。此外，本發明還包括一種根據權利要求13的配有這種接合器的角度測量裝置。
背景技術：
角度測量裝置、通常也稱作旋轉傳感器，用于通過一次或多次旋轉(多轉方式)測量旋轉支承的物體、尤其是軸的旋轉運動。其中，旋轉運動被增量式或絕對式測量。同齒條和齒輪或絲杠相配合，利用角度測量裝置也可以測量直線運動。
為了補償例如在角度測量裝置的軸和要測量的軸之間的同心度誤差，通常使用接合器。角度測量裝置的軸就可以剛性地安裝在要測量的軸上。接合器補償要測量的軸和角度測量裝置的測量單元之間的軸向和徑向的相對運動，或減小由此產生的力。為了不使測量結果失真，重要的是相應的接合器要是旋轉剛性的。
公開文獻WO 01/02808 A1公開了一種接合器，其具有四個接片，它們分別彼此錯開90°布置。其中，兩個對置的、平行定向的接片分別固定在同一構件上。這種結構方式有如下的缺陷，即相應的接合器在軸直徑大的角度測量裝置中(尤其是在具有用于容納要測量的軸的空心軸的角度測量裝置中)需要較多的結構空間。
發明內容
本發明的任務是提供一種開頭所述類型的接合器，其具有突出的機械性能，需要較少的結構體積，并可非常經濟地制造。此外，通過本發明還提出了一種精確工作的角度測量裝置，其即使在軸直徑大時也具有較小的外尺寸。
根據本發明，該任務通過提出一種具有權利要求1的特征的接合器和一種根據權利要求13的角度測量裝置解決。
接合器用于軸向彈性或徑向彈性地、但旋轉剛性地連接兩個構件，其中，接合器包括基本元件和多個在連接區域成型在基本元件上的接片。每個接片具有至少兩個在圓周方向上彼此隔開的支承點。每個連接區域在圓周方向上位于支承點之間，其中，連接區域構成接片同基本元件的連接。其中，接片中的至少一個在其支承點上可剛性固定在兩個構件中的一個構件上，接片中的至少另一個在其支承點上可剛性固定在兩個構件中的另一個構件上。連接區域和接片被如此配置，使得它們比基本元件容易彎曲得多。
容易彎曲性在此基本上是指連接區域和接片對所施加徑向和軸向力的反應。
據此，接片通過連接區域同基本元件連接，類似于桁架的在連接點彼此連接的桿。也就是說，在理想情況下，連接區域可以減小為連接點。但在現實中，連接區域例如相當于一個容易彎曲的固體接頭(Festkrpergelenk)。這樣，在接合器的工作中，相鄰的基本元件的夾角在被施加載荷時可以改變。
在本發明的另一個設計方案中，在所屬的接片上的支承點彼此相隔距離T，其中，相應的接片此外跨過長度t成型在連接區域上。尤其在軸向和/或徑向的彎曲性能方面有利的是，距離T與長度t的比值T/t至少為3、尤其至少為5、特別有利的是至少為7或8。其中，接片也可以以中斷的凹槽打孔或在長度t上成型在相應的連接區域上。
尤其為了改善彎曲性能，接合器也可以如此設置，即分別在徑向上，連接區域具有最小寬度x，基本元件具有最大寬度R，其中有利的是，比值R/x至少為1.75、尤其是至少為2、尤其是至少為2.5或至少為3。
這里的支承點是指這樣的幾何區域，即在其中，接片可剛性地固定在另一構件上。
有利的是，接合器由同一種材料構成，例如由金屬、尤其是由鋼構成，在一個優選的變型方案中，接合器由一體式成型的板材構成。
有利的是，接合器是平面的，尤其是由平面的板材制成。據此，在該變型方案中，接合器原則上不是立體結構，尤其不是在空間中彎折的板材部分。
通過新的設計方案，可以得到接合器大的凈內徑，而不會過分增大接合器的和整個角度測量裝置的外尺寸。凈內徑也可以看作例如是軸的自由通道。有利的是，構造接合器的幾何形狀，使得凈內徑至少為其最大外徑的60％，尤其是至少為其最大內徑的70％。盡管凈內徑較大，但意想不到的是，根據本發明的接合器仍是非常旋轉剛性的。
有利的是，接合器具有2n個接片和/或基本元件，其中，n是一個大于或等于3的自然數，尤其是等于4或5。
本發明其他有利的設計方案在從屬權利要求中給出。
通過下面借助于附圖對實施例的介紹對本發明的其他特點和優點進行詳細說明。
附圖示出圖1接合器的俯視圖；圖2具有該接合器的角度測量裝置的局部剖視圖；圖3該角度測量裝置的分解圖；圖4沒有徑向載荷的安裝后的接合器的俯視圖；圖5有徑向載荷的、未發生嚴重變形的安裝后的接合器的俯視圖。
具體實施例方式
圖1示出了根據本發明的接合器1的一個實施例的俯視圖。接合器由一塊板材一體式成型，其中在所示的實施例中，外輪廓通過沖壓方法從2mm厚的平面板材中切出。接合器1包括六個基本元件1.11至1.16和六個接片1.31至1.36。在基本元件1.11至1.16之間也設有六個連接區域1.21至1.26。接片1.31至1.36跨過長度t相應地成型在連接區域1.21至1.26上。也就是說，接片1.31至1.36在連接區域1.21至1.26上的連接區域的長度為t。盡管長度t在圖1中只示出一個，但該幾何關系適用于所有的連接區域1.21至1.26或接片1.31至1.36。只是為了簡明的目的才不對所有相當的長度給出尺寸。在圖1中用橢圓形的點畫線示例性地突出了連接區域1.21。
所示的接合器1相對于中心點M中心對稱。根據圖1，基本元件1.11至1.16、接片1.31至1.36和連接區域1.21至1.26相應地分別相對于中心點M中心對稱布置。此外，基本元件1.11至1.16布置得比接片1.31至1.36離中心點M更近。接合器1的對稱實施方式可以使在一個配有該接合器的角度測量裝置工作時接合器1的變形均勻化，這最終也有利于角度測量裝置的測量精確性。
接合器1具有相對較大的凈內徑d。在本實施例中，該凈內徑d是圍繞中心點M接觸接合器1內輪廓的最小的圓的直徑。相應地，外直徑D是圍繞中心點M接觸接合器1外輪廓的最大圓的直徑。凈內徑d和外直徑D是接合器1或角度測量裝置所需的結構空間的決定性數值。在本實施例中，比值d/D約為73％。
下面將垂直于圖1繪圖平面的方向稱為軸向。相應地，徑向是指從中心點M出發向外指向的方向。最后，切向是指垂直于徑向和軸向的方向。
在進一步描述中，可以將基本元件1.11至1.16的形狀描述為三角形，其兩個短邊相對于中心點M位于外側。長邊分別定向為切向(從長邊的中心出發)。此外，基本元件1.11至1.16還具有徑向寬度r、R，其在向著連接區域1.21至1.26的方向上減小。換句話說就是，基本元件1.11至1.16的幾何形狀是如此構成的，即在徑向上，其寬度r、R隨著離連接區域1.21至1.26的距離越遠而增大。通過這種幾何定向或構成，基本元件1.11至1.16對于切向力和徑向力有抗彎剛性。
此外，基本元件1.11至1.16相對于一條在此通過兩個短邊的交點的、想象的徑向指向的直線對稱。
六個接片1.31至1.36中的每一個都具有兩個在圓周方向彼此相距距離T的支承點1.311至1.362。支承點1.311至1.362設計為分別具有一個開孔的正方形區域。為了使接片1.31至1.36在被加載扭力時也能是易彎曲的，接片1.31至1.36設計為相對較窄和較長，并還被開槽。槽和孔都是通過激光方法刻入板材中的。由于接片1.31至1.36的較大距離T和窄的徑向寬度，接片1.31至1.36在軸向和徑向上相對較易彎曲。尤其是接片1.31至1.36在徑向上的最窄處窄于基本元件1.11至1.16的最大徑向寬度R。該性能還得到了接片1.31至1.36的開槽構造方式的支持。
連接區域1.21至1.26中的每一個在圓周方向上位于兩個支承點1.311至1.362之間，其中，連接區域1.21至1.26構成接片1.31至1.36與基本元件1.11至1.16的連接。連接區域1.21至1.26起到類似固體接頭的作用。通過連接區域1.21至1.26相應適配的幾何形狀構成，兩個相鄰的接片1.31至1.36或基本元件1.11至1.16在利用材料彈性的情況下獲得基本上為徑向的相對運動可能性。設計該幾何形狀，使得在對接合器1施加徑向或軸向載荷時，在連接區域1.21至1.26中出現高機械應力。由于這個原因，如圖1所示，連接區域1.21至1.26在徑向上具有最小寬度x。也就是說，徑向上的材料厚度在連接區域1.21至1.26中急劇減小。也就是說，以這種方式，連接區域1.21至1.26和接片1.31至1.36被配置，使得它們比基本元件1.11至1.16要容易彎曲得多。容易彎曲性是相對于徑向和/或軸向載荷。由此，徑向和/或軸向載荷引起連接區域1.21至1.26和接片1.31至1.36中的變形。換句話說就是，基本元件1.11至1.16圍繞徑向軸線和圍繞徑向(垂直于圖1、4或5的繪圖平面)軸線的平面慣性矩要遠大于連接區域1.21至1.26和接片1.31至1.36的相應平面慣性矩。由于這個原因，設計基本元件1.11至1.16，使得其向著連接區域1.21至1.26變細，或者說在徑向上其寬度r、R隨著離連接區域1.21至1.26的距離增遠而增大。
尤其是為了有利地設計接合器的彎曲性能，選擇距離T與長度t的比值T/t，使得其在該實施例中為9。為達到相同目的，基本元件1.11至1.16的最大寬度R與連接區域1.21至1.26的最小寬度x的比值R/x在此約為3.5。
另一方面，根據本發明的接合器1是非常抗扭的，從而使得在對支承點1.311至1.362施加切向力時基本不會引起變形，這對于精確地確定角度位置是很重要的。
圖2示出了具有接合器1的角度測量裝置及其測量技術裝置的局部剖視圖。角度測量裝置具有一個支承單元3，其作為一個部件包括外環3.2和可相對于外環3.2旋轉的空心軸3.1。根據圖2，布置可旋轉的空心軸3.1，使得其通過凈內徑d穿過接合器1。
在空心軸3.1上通過粘接無相對轉動地設置一刻度盤5，在其上有角度劃分或角刻度。在外環3.2上例如通過螺栓固定有一個掃描板4。光源、這里為LED 10發光通過聚光器11和帶有刻度的掃描片12。其中，LED 10、聚光器11和掃描片12屬于角度測量裝置的固定(不轉動)的部分。
與此相反的是，刻度盤5固定在可旋轉的空心軸3.1上。刻度盤5可以通過其角刻度根據空心軸3.1的角度位置調制射入的光。調制過的光然后就射到掃描板4的光電檢測器(圖中未示出)上。這樣就產生了光電信號，其含有關于空心軸3.1角度位置的信息。該通過光電方式產生的信號通過掃描板4的電子器件被繼續處理。最后，被繼續處理過的位置信號通過導線7(圖3)輸出給另一個儀器，如機械的控制裝置。
圖3示出了具有接合器1的角度測量裝置的分解圖。出于簡明的目的，圖3中沒有寫出所有接合器1的構件的附圖標記。在此請參見圖1。
接合器1的三個接片1.31、1.33、1.35同外環3.2連接。為此在所示實施例中，在支承點1.311、1.312；1.331、1.332；1.351、1.352的開孔中插入螺栓，并旋入外環3.2的內螺紋中。這樣，三個接片1.31、1.33、1.35在其六個支承點1.311、1.312；1.331、1.332；1.351、1.352上剛性地固定在支承單元3上，尤其是固定在外環3.2上。
其他的接片1.32、1.34、1.36剛性地固定在角度測量裝置的另一個構件上，這里為法蘭2上。為此，為支承點1.321、1.322；1.341、1.342；1.361、1.362的開孔配備螺栓，接片1.32、1.34、1.36相應地剛性固定在法蘭2上。也就是說，在所示實施例中，相鄰的接片1.31至1.36分別剛性固定在另一構件上，在此分別剛性固定在外環3.2和法蘭2上，其中，外環3.2和法蘭2雖然在角度測量裝置工作時不轉動，但它們還是可以相對移動的。這樣，接合器1與外環3.2連接的接片1.31、1.33、1.35和固定在法蘭2上的另外三個接片1.32、1.34、1.36相對于中心點彼此對置。接著在法蘭2上放上一個蓋6，并與其螺栓連接。
通過接合器1可以將一個要測量的軸剛性無相對轉動地安裝在角度測量裝置的空心軸3.1中，而法蘭2可以固定裝配在一個殼體上，其中，在允許的容差范圍內補償同心度誤差。這意味著，在空心軸3.1的旋轉過程中，根據實際存在的誤差，在連接區域1.21至1.26和接片1.31至1.36中既在軸向也在徑向出現彎曲運動。
借助于圖4和圖5可以形象地描述接合器1的功能。這兩個附圖是用模擬程序制成的。同圖1不同的是，在此模擬模型中，接合器1的基本元件1.11’至1.16’具有基本上為菱形的幾何形狀。
圖4示出了徑向未加載荷、由此沒有變形的狀態下的接合器的視圖。但如果例如由于同心度誤差而使得接合器受到徑向力，那么就會如圖5中以夸張尺寸示出的那樣出現變形。支承點1.321、1.322；1.341、1.342；1.361、1.362剛性固定在同一個構件上。通過模擬的同心度誤差產生了該部件相對于另一個部件的相對運動，在所述的另一個部件上固定有其余的支承點1.311、1.312；1.331、1.332；1.351、1.352。在圖5中，該相對運動在繪圖平面中的方向為垂直向上，從而使得支承點1.321、1.322；1.341、1.342；1.361、1.362在圖中所示箭頭方向上相對移動。現在顯示最大變形出現在連接區域和接片中，尤其是在兩個連接區域1.22、1.25以及接片1.32、1.35中。即使在極為超比例示出的變形中，在基本元件1.11’至1.16’中也看不出任何變形。也就是說，連接區域1.21至1.26和接片1.31至1.36比基本元件1.11’至1.16’要容易彎曲得多。如圖5所示，同通常的接合器不同的是，同無應力狀態相比，在變形狀態下，相鄰基本元件1.11’至1.16’之間的角度改變了。基本元件1.11’至1.12’之間的角度增大了，即是以如下方式增大的，即基本元件1.11’至1.12’近似于圍繞一個在連接區域1.22中的想象點被擺動。但接合器作為整體還是抗扭的，其中可以補償軸向誤差和徑向同心度誤差。如上所述，接合器在此被設計為是完全平面的，其中，徑向力和/或切向力不會引起軸向的變形。這個性能此外還有利于提高抗扭剛性。
在第二個實施例中，距離T與長度t的比值也為9，而基本元件1.11’至1.16’的最大寬度R與連接區域1.21至1.26的最小寬度x的比值R/x約為4.5。
如在實施例中所述的接合器1中，三個接片1.31、1.33、1.35同外環3.2連接，而其他接片1.32、1.34、1.36固定在法蘭2上。也就是說，分別同同一構件連接的接片1.31、1.33、1.35；1.32、1.34、1.36不是彼此平行定向的。由于這個原因，在具有2n(n≥3)個接片1.31至1.36和/或基本元件1.11至1.16；1.11’至1.16’的接合器1中，在施加載荷時會出現復雜的變形模式。但通過根據本發明的設計方案，接合器1仍是抗扭剛性的，并且在軸向和徑向上是易彎曲的。但如上所述，數量較多的接片1.31至1.36和/或基本元件1.11至1.16；1.11’至1.16’的優點在于可以得到較大的凈內徑d，從而可以得到空心軸3.1大的自由通道。另一方面，通過這種結構還可以使得接合器1的外徑D和角度測量裝置的外圍尺寸保持較小。
盡管在本實施例中所示的接合器1連接角度測量裝置的兩個不能轉動(定子接合器)的構件2、3，但本發明也包括如下的角度測量裝置，其中相應的接合器1用作轉子接合器。在該情況下，接合器剛性固定在兩個可轉動的部件上，其中，這兩個可轉動的部件同樣是可以相對移動的。
權利要求
1.用于徑向彈性地、但旋轉剛性地連接兩個構件(2，3.2)的接合器(1)，其具有基本元件(1.11至1.16；1.11’至1.16’)和多個在連接區域(1.21至1.26)上成型到基本元件(1.11至1.16；1.11’至1.16’)上的接片(1.31至1.36)，其中，接片(1.31至1.36)具有兩個在圓周方向上彼此隔開的支承點(1.311至1.362)，并且每一個連接區域(1.21至1.26)在圓周方向上位于支承點(1.311至1.362)之間，并且連接區域(1.21至1.26)構成接片(1.31至1.36)與基本元件(1.11至1.16；1.11’至1.16’)的連接，并且接片(1.31至1.36)中的至少一個在其支承點(1.311至1.362)上可剛性固定在兩個構件中的一個構件(2)上，接片(1.31至1.36)中的至少另一個在其支承點(1.311至1.362)上可剛性固定在兩個構件中的另一個構件(3.2)上，其中，連接區域(1.21至1.26)和接片(1.31至1.36)被配置，使得它們比基本元件(1.11至1.16；1.11’至1.16’)容易彎曲。
2.按權利要求1所述的接合器，其特征在于，接片(1.31至1.36)具有兩個彼此相隔距離(T)的支承點(1.311至1.362)，并且相應的接片(1.31至1.36)此外跨過長度(t)成型在連接區域(1.21至1.26)上，其中，距離(T)與長度(t)的比值(T/t)至少為3、尤其至少為5。
3.按權利要求1所述的接合器，其特征在于，分別在徑向上，連接區域(1.21至1.26)具有最小寬度(x)，基本元件(1.11至1.16；1.11’至1.16’)具有最大寬度(R)，其中，基本元件(1.11至1.16；1.11’至1.16’)最大寬度(R)與連接區域(1.21至1.26)最小寬度(x)的比值(R/x)至少為1.75、尤其是至少為2.5。
4.按權利要求1所述的接合器，其特征在于，該接合器相對于中心點(M)中心對稱，并且基本元件(1.11至1.16；1.11’至1.16’)比接片(1.31至1.36)設置得離中心點(M)更近。
5.按權利要求1所述的接合器，其特征在于，接合器(1)具有2n個接片(1.31至1.36)，其中，n是一個大于或等于3的自然數。
6.按權利要求1所述的接合器，其特征在于，接合器(1)具有2n個基本元件(1.11至1.16；1.11’至1.16’)，其中，n是一個大于或等于3的自然數。
7.按權利要求1所述的接合器，其特征在于，構造該接合器，使得其凈內徑(d)至少為其最大外徑(D)的60％。
8.按權利要求1所述的接合器，其特征在于，該接合器由一體式成型的板材構成。
9.按權利要求1所述的接合器，其特征在于，該接合器是平面的。
10.按權利要求1所述的接合器，其特征在于，接片(1.31至1.36)被開槽。
11.按權利要求1所述的接合器，其特征在于，構造基本元件(1.11至1.16；1.11’至1.16’)的幾何形狀，使得在徑向上，其寬度(r，R)隨著離連接區域(1.21至1.26)的距離變遠而增大。
12.按權利要求1所述的接合器，其特征在于，基本元件(1.11至1.16；1.11’至1.16’)相對于徑向指向的直線對稱。
13.角度測量裝置，其具有第一構件(2)和第二構件(3.2)，其中，兩個構件可彼此相對移動，其中，在所述的兩個構件(2，3.2)上固定有根據上述權利要求之一所述的用于徑向彈性地、但旋轉剛性地連接構件(2，3.2)的接合器(1)。
14.按權利要求13所述的角度測量裝置，其特征在于，角度測量裝置具有設計為空心軸的軸(3.1)。
15.按權利要求13所述的角度測量裝置，其特征在于，接合器(1)具有凈內徑(d)，并且軸(3.1)通過凈內徑(d)穿過接合器(1)。
全文摘要
本發明涉及一種用于徑向彈性地、但旋轉剛性地連接兩個構件(2，3)的接合器(1)。接合器(1)由基本元件(1.11至1.16；1.11’至1.16’)和多個在連接區域(1.21至1.26)上成型到基本元件(1.11至1.16；1.11’至1.16’)上的接片(1.31至1.36)構成。其中，每個接片(1.31至1.36)具有兩個在圓周方向上彼此隔開的支承點(1.311至1.362)。連接區域(1.21至1.26)構成接片(1.31至1.36)與基本元件(1.11至1.16；1.11’至1.16’)的連接。根據本發明，連接區域(1.21至1.26)和接片(1.31至1.36)被配置，使得它們比基本元件(1.11至1.16；1.11’至1.16’)容易彎曲。
文檔編號G01B11/26GK1877148SQ200610091760
公開日2006年12月13日 申請日期2006年6月12日 優先權日2005年6月11日
發明者J·米特雷特 申請人:約翰尼斯海登海恩博士股份有限公司
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