DE3835782A1

DE3835782A1 - Device for measuring angles of rotation

Info

Publication number: DE3835782A1
Application number: DE19883835782
Authority: DE
Inventors: Johann-Carsten Dr Ing Kipp
Original assignee: Mannesmann Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1988-10-20
Filing date: 1988-10-20
Publication date: 1990-04-26

Abstract

A description is given of a device for measuring angles of rotation of two parts which can move relative to one another and are at a predetermined axial separation, with the aid of a helical surface which is concentric with the axis of rotation. The helical surface is formed by a helical spring which is firmly coupled at one end to one of the parts and supports a measuring member which moves with axial change in the length of the spring and to which a ranging sensor (range finder) is assigned. The other part has at least one clamping member which engages in the turns of the spring and by means of which a change in length of the spring and thus an axial movement of the measuring member is produced upon the occurrence of a relative rotation between the two parts. The measurement device is distinguished by simple components in conjunction with a freedom from play which is easy to achieve.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen von Drehwinkeln zweier relativ zueinander bewegbarer, im vorbestimmten Axialabstand zueinander stehender Teile, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for measuring of angles of rotation of two relatively movable, in predetermined axial distance between parts, according to the preamble of claim 1.

Es wurden bereits Vorrichtungen der eingangs beschriebenen Art entwickelt, bei denen eine Transformation einer rota torischen Bewegung in eine translatorische Bewegung statt findet. Es ist auch bereits der Weg eingeschlagen worden, die Umsetzung dieser Bewegungsarten durch einen schrauben linienförmigen Körper und ein entsprechendes und geführtes Gegenstück zu bewerkstelligen. Bekannte Konzepte erfordern jedoch den Einsatz von präzise und aufwendig gefertigten Teilen, die durch spezielle konstruktionstechnische Maß nahmen spielfrei gehalten werden müssen, wodurch jedoch der herstellungstechnische und damit auch der Kostenauf wand verhältnismäßig groß wird.Devices of the type described above have already been described Kind developed in which a transformation of a rota toric movement takes place in a translatory movement finds. The path has already been taken the implementation of these types of movement by screwing line-shaped body and a corresponding and guided Counterpart to accomplish. Known concepts require however the use of precise and elaborately manufactured Parts by special construction engineering dimension took must be kept free of play, however the manufacturing technology and thus the cost wall becomes relatively large.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen von Drehwinkeln gemäß dem Oberbe griff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die kostengün stiger herstellbar ist, gleichzeitig jedoch spielfreier arbeitet.The invention is therefore based on the object Device for measuring angles of rotation according to the Oberbe handle of claim 1 to create the inexpensive is producible, but at the same time free of play is working.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This task is carried out in the characterizing part of the Features specified claim 1 solved.

Erfindungsgemäß wird die elastische Verformung der Wendel einer handelsüblichen Schraubenfeder als Maß für den zu messenden Verdrehwinkel zwischen dem ortfest eingespannten Teil der Schraubenfeder und dem zumindest einen Spannkör per herangezogen. Die zur Messung des Drehwinkels erfor derlichen Komponenten werden auf diese Weise erheblich vereinfacht. Darüber hinaus ergibt sich ein äußerst ein facher Spielausgleich dadurch, daß die handelsübliche Feder im eingebauten Zustand vorgespannt wird. Die Vor spannung erfolgt beispielsweise dadurch, daß der Nullab gleich der Meßvorrichtung unter Vorspannung der Feder vorgenommen wird oder der Durchmesser der Spannkörper größer als der freie Abstand zweier Windungen gehalten ist.According to the invention, the elastic deformation of the helix a commercially available coil spring as a measure of the measuring angle of rotation between the fixed clamped Part of the coil spring and the at least one clamping body per pulled up. The necessary to measure the angle of rotation In this way, other components become significant simplified. In addition, there is an extremely multiple game compensation in that the standard Spring is preloaded when installed. The before Voltage occurs, for example, in that the zero equal to the measuring device with the spring preloaded is made or the diameter of the clamping body kept larger than the free distance between two turns is.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of subclaims.

Mit der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 2 ergibt sich eine großflächige Abstützung des Meßkörpers und damit eine Vorbedingung für eine relativ große Meßfläche, mit der die Genauigkeit der Meßvorrichtung angehoben werden kann.With the training according to claim 2 results a large-area support of the measuring body and thus a Precondition for a relatively large measuring surface with which the Accuracy of the measuring device can be increased.

Wenn die Meßfläche senkrecht zur Federachse ausgerichtet ist, ergibt sich eine relativ einfache Justierung des Abstandssensors, nämlich in der Drehachse, die ohnehin eine Bezugsachse der Meßvorrichtungskonstruktion dar stellt.When the measuring surface is aligned perpendicular to the spring axis is a relatively simple adjustment of the Distance sensor, namely in the axis of rotation, which anyway represents a reference axis of the measuring device construction poses.

Durch die Aufnahme der Schraubenfeder in einer zylin drischen Ausnehmung gemäß Patentanspruch 5 wird Bauraum eingespart.By including the coil spring in a zylin Drischen recess according to claim 5 is space saved.

Eine zusätzliche Einsparung von Bauraum ergibt sich mit der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 9, da auf diese Weise der von der Schraubenfeder eingenommene Bauraum zusätzlich zur Aufnahme des Abstandssensors genutzt werden kann.An additional saving of installation space results with the training according to claim 9, because of this Way, the space occupied by the coil spring can also be used to hold the distance sensor can.

Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:Below are two based on schematic drawings Embodiments of the invention explained in more detail. It demonstrate:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung zum Messen von Drehwinkeln; Figure 1 is a schematic sectional view of a first embodiment of the device for measuring angles of rotation.

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung zum Messen von Drehwinkeln. Fig. 2 is a view corresponding to Fig. 1 of a second embodiment of the device for measuring angles of rotation.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 2 ein erstes und mit dem Bezugszeichen 4 ein zweites Teil bezeichnet, das rela tiv zum ersten Teil 2 verdrehbar sein soll. Mit 1 ist der Verdrehwinkel des ersten Teils und mit 2 der Ver drehwinkel des zweiten Teils gekennzeichnet. Das Bezugs zeichen 6 bezeichnet die Drehachse, um die eine Relativ verdrehung der beiden Teile 2 und 4 zueinander erfolgen kann.In Fig. 1, reference numeral 2 denotes a first part and reference numeral 4 a second part, which should be rotatable relative to the first part 2 . 1 is the angle of rotation of the first part and 2 is the angle of rotation of the second part. The reference character 6 denotes the axis of rotation about which a relative rotation of the two parts 2 and 4 can be done to each other.

Zur Messung des relativen Verdrehwinkels (ω ₁-ω ₂) zwischen den beiden in vorbestimmtem Axialabstand zueinan der stehenden Teilen 2 und 4 ist eine nachfolgend näher zu beschreibende Vorrichtung vorgesehen. Diese weist eine Schraubenfeder 8 auf, die konzentrisch zur Drehachse 6 in einer Ausnehmung 10 des zweiten Teils angeordnet und mit tels eines Haltekopfes 12, der in das erste Teil 2 ge schraubt ist, ortsfest und verdrehsicher am ersten Teil 2 gehalten ist. Das andere Ende der Schraubenfeder 8 trägt einen tellerartigen Meßkörper 14 mit einer Meßfläche 16, die senkrecht zur Drehachse 6 ausgerichtet ist. Der Meß fläche 16 gegenüber angeordnet ist ein Abstandssensor 18, mit dem der Spalt S zwischen Meßfläche 16 und Abstandsen sor 18 meßbar ist.To measure the relative angle of rotation ( ω ₁ - ω ₂ ) between the two at a predetermined axial distance from each other in the standing parts 2 and 4 , a device to be described in more detail below is provided. This has a helical spring 8 , which is arranged concentrically to the axis of rotation 6 in a recess 10 of the second part and by means of a holding head 12 , which is screwed into the first part 2 ge, is held in place and against rotation on the first part 2 . The other end of the coil spring 8 carries a plate-like measuring body 14 with a measuring surface 16 which is oriented perpendicular to the axis of rotation 6 . The measuring surface 16 is arranged opposite a distance sensor 18 with which the gap S between the measuring surface 16 and the distance sensor 18 can be measured.

In die Federwindungen 20 greifen in radialer Richtung vorzugsweise mehrere - gemäß Fig. 1 zwei um 180° versetzt angeordnete - Spannkörper 22 in Form von Stiften ein, die fest im zweiten Teil 4 verankert sind. Sobald sich eine Verdrehung der Teile 2 und 4 zueinander einstellt ω ₁- ω ₂) bewirkt der Eingriff zwischen den Spannkörpern 22 und der Federwindung 20 eine Stauchung bzw. eine Längung der Schraubenfeder 8, wodurch sich die Meßfläche 16 unter Veränderung des Spalts S verschiebt. Durch eine entspre chende Vorspannung der Feder 8 wird Spielfreiheit erzielt.A plurality of clamping bodies 22 - in the form of pins, which are firmly anchored in the second part 4 - engage in the radial windings 20 in the radial direction, preferably in accordance with FIG . As soon as a rotation of the parts 2 and 4 to each other occurs ω ₁ - ω ₂ ), the engagement between the tensioning bodies 22 and the spring coil 20 causes a compression or an elongation of the helical spring 8 , as a result of which the measuring surface 16 moves with a change in the gap S. By a corre sponding bias of the spring 8 backlash is achieved.

Eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zum Messen von Drehwinkeln zweier relativ zueinander bewegbarer, in vorbestimmtem Axialabstand zueinander stehender Teile ist in Fig. 2 gezeigt. Die mit 102 und 104 gekennzeichneten Teile sind um die Drehachse 106 relativ zueinander ver drehbar und stehen in vorbestimmtem axialen Abstand zu einander. Eine Schraubenfeder 108 mit Federwindungen 120 ist wiederum konzentrisch zur Drehachse 106 in einer Aus nehmung 110 des zweiten Teils 104 aufgenommen und mit ihrem einen Ende mittels eines Haltekopfes 112 dreh- und verschiebefest am ersten Teil 102 befestigt. Zu diesem Zweck dient ein den Abstandssensor 118 tragender Gewinde bolzen 124, der in die Ausnehmung 110 hineinragt und mittels einer Kontermutter 126 in axialer Richtung bezüg lich des Teils 102 festgelegt ist. Der Abstandssensor 118 liegt mit vorbestimmtem Spalt S einer Meßfläche 116 eines Meßkörpers 114 gegenüber, der wiederum tellerartig ausge bildet ist und von dem dem ersten Teil 102 abgewandten Ende der Schraubenfeder 108 getragen ist. In die Schrau benwindungen 120 greifen wiederum zwei stiftartige Spann körper 122 ein, die ortsfest im zweiten Teil 104 festge legt sind. Auch bei dieser Ausführungsform, mit der die Meßvorrichtung raumsparender an den relativ zueinander bewegbaren Teilen untergebracht werden kann, kann ein Relativ-Drehwinkel (ω ₁-ω ₂) zwischen den beiden Tei len 102 und 104 durch Abtasten des Spalts S gemessen werden. Dieser Spalt S variiert dadurch, daß die Schrau benfeder 108 unter Einwirkung der Spannkörper 122 bei einer Relativverdrehung gelängt bzw. gestaucht wird, wodurch zwangsläufig die Meßfläche 116 entlang der Dreh achse 106 bewegt wird. Auch diese Ausführungsform der Meßvorrichtung kann dadurch spielfrei gemacht werden, daß die Schraubenfeder 108 entsprechend vorgespannt wird.A further embodiment of the device for measuring angles of rotation of two parts which are movable relative to one another and are at a predetermined axial distance from one another is shown in FIG. 2. The parts marked with 102 and 104 can be rotated relative to one another about the axis of rotation 106 and are at a predetermined axial distance from one another. A helical spring 108 with spring windings 120 is in turn received concentrically to the axis of rotation 106 in a recess 110 from the second part 104 and fixed with its one end by means of a holding head 112 in a rotationally and displaceably fixed manner to the first part 102 . For this purpose, a threaded bolt 124 carrying the distance sensor 118 is used , which protrudes into the recess 110 and is fixed by means of a lock nut 126 in the axial direction of the part 102 . The distance sensor 118 lies with a predetermined gap S opposite a measuring surface 116 of a measuring body 114 , which in turn is plate-shaped and is carried by the end of the coil spring 108 facing away from the first part 102 . In the screw windings 120 in turn engage two pin-like clamping bodies 122 , which are fixed in the second part 104 festge. Also in this embodiment, with which the measuring device can be accommodated in a space-saving manner on the parts which can be moved relative to one another, a relative angle of rotation ( ω ₁ - ω ₂ ) between the two parts 102 and 104 can be measured by scanning the gap S. This gap S varies in that the screw benfeder 108 is elongated or compressed under the action of the clamping body 122 at a relative rotation, whereby the measuring surface 116 is inevitably moved along the axis of rotation 106 . This embodiment of the measuring device can also be made free of play in that the coil spring 108 is preloaded accordingly.

Abweichend von den dargestellten Ausführungsformen sind auch andere Gestaltungen des Meßkörpers und auch der Spannkörper möglich, wobei insbesondere Variationen hin sichtlich Lage, Größe und Zahl vorgenommen werden können. So kann z. B. auch ein einziger, dem Verlauf der Schrau benfederwindung folgender Spannringkörper Verwendung fin den, der sich in einer Wendelnut des zweiten Teils ab stützt und mit der Schraubenfeder in Eingriff steht. Die Spielfreiheit der Meßvorrichtung kann z.B. auch dadurch erreicht werden, daß die Stärke bzw. der Durchmesser des zumindest einen Spannkörpers größer gehalten ist als der freie Abstand zweier Schraubenfederwindungen, d.h. die Federsteigung.Deviate from the illustrated embodiments other designs of the measuring body and also the Clamping body possible, with particular variations Visible location, size and number can be made. So z. B. also a single, the course of the screw spring coil following clamping ring body use fin the one that is located in a spiral groove of the second part supports and is engaged with the coil spring. The Free play of the measuring device can e.g. also because of that be achieved that the strength or the diameter of the at least one clamping body is kept larger than that free distance between two coil spring turns, i.e. the Spring pitch.

Die Erfindung schafft somit eine Vorrichtung zum Messen von Drehwinkeln zweier relativ zueinander bewegbarer, in vorbestimmtem Axialabstand stehender Teile unter Zuhilfe nahme einer zur Drehachse konzentrischen Wendelfläche. Die Wendelfläche ist von einer Schraubenfeder gebildet, die einerseits fest mit einem der Teile gekoppelt ist und einen sich mit axialer Längenänderung der Feder bewegenden Meßkörper trägt, dem ein Abstandssensor zugeordnet ist. Das andere Teil weist zumindest einen in die Federwindung eingreifenden Spannkörper auf, durch den sich bei Auftre ten einer Relativverdrehung zwischen den beiden Teilen eine Längenänderung der Feder und damit eine axiale Be wegung des Meßkörpers ergibt. Die Meßvorrichtung zeichnet sich bei leicht erzielbarer Spielfreiheit durch einfache Komponenten aus.The invention thus provides a device for measuring of angles of rotation of two relatively movable, in predetermined axial distance of standing parts with the help took a helical surface concentric to the axis of rotation. The Helical surface is formed by a coil spring that on the one hand is permanently coupled to one of the parts and a moving with an axial change in length of the spring Carries measuring body to which a distance sensor is assigned. The other part has at least one in the spring turn engaging clamping body, through which on impact a relative rotation between the two parts a change in length of the spring and thus an axial loading movement of the measuring body results. The measuring device draws with easy to achieve freedom from play by simple Components.

Claims

1. A device for measuring angles of rotation of two relatively movable, at a predetermined axial distance ste standing parts with the aid of a cone to the axis of rotation helical surface, characterized in that the helical surface is formed by a helical spring ( 8 ; 108 ) which on the one hand firmly with one of the Parts ( 2 ; 102 ) is coupled and carries a measuring body ( 14 ; 114 ) which moves with an axial change in length of the spring, to which a distance sensor ( 18 ; 118 ) is assigned, and that the other part ( 4 ; 104 ) at least one in the Has spring winding ( 20 ; 120 ) engaging clamping body ( 22 ; 122 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the helical spring ( 8 ; 108 ) is coupled at one end to the one part ( 2 ; 102 ) and at the other end a plate-like measuring body ( 14 ) forming a measuring surface ( 16 ; 116 ) ; 114 ) carries.

3. Device according to claim 2, characterized in that the measuring surface ( 16 ; 116 ) is aligned perpendicular to the spring axis ( 6 ; 106 ).

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the distance sensor ( 18 ; 118 ) is mounted axially stationary.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the helical spring ( 8 ; 108 ) is received in a preferably cylindrical recess ( 10 ; 110 ) of the other part ( 104 ).

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that a plurality of clamping bodies ( 22 ; 122 ) standing at a uniform circumference were provided.

7. The device according to claim 6, characterized in that the clamping body of pins ( 22 ; 122 ) are formed.

8. Device according to one of claims 2 to 7, characterized in that the measuring surface ( 16 ) away from one part ( 2 ) and the distance sensor ( 18 ) projects into a recess ( 10 ) of the other part ( 4 ).

9. Device according to one of claims 2 to 7, characterized in that the measuring surface ( 116 ) facing the inside of the coil spring ( 108 ), in which the distance sensor ( 118 ) is received.

10. The device according to claim 9, characterized in that the distance sensor ( 118 ) is fixedly connected to one part ( 102 ).