传动机构及配有这种传动机构的自动同步发送机

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技术领域\n本发明涉及一种传动机构以及一种配有这种传动机构的自动同 步发送机。\n所述传动机构由下列部分组成：\n-一个第一构件、\n-一个凸起的齿轮，该齿轮围绕一个轴线可旋转地支承，\n-一个支架体，相对于该支架体不仅第一构件而且凸起的齿轮分 别可旋转地支承，\n-多个啮合元件，它们根据第一构件的旋转位置作用于齿轮，并 且在这种情况下相对于齿轮\n-实现一个具有径向方向分量的运动，并\n-将一个具有切向方向分量的作用力传导到齿轮上，其中 这个作用力至少局部地由在啮合元件与支架体之间的作用连接 所引起。\n背景技术\n除了能够在一个可旋转的轴上以增量的测量步长实现角度测量 的角度测量仪以外，还已知所谓的绝对的角度测量仪，也称为编码- 自动同步发送机。它们允许确定在多圈轴转速内的绝对角度。此外如 果需要获得所产生的轴转速的数量，则通常使用所谓的多转-自动同 步发送机。在这种多转-自动同步发送机中通过一个与轴连接的编码 盘实现在一个轴转速内、即0°至360°之间的绝对角度位置的确 定，该编码盘借助于一个适合的扫描单元进行扫描。在此经常采用光 电原理，但是也可以采用例如一个磁扫描系统。为了通过所产生的轴 转速的数量来获得所需的信息，一般设有一个传动机构，通过该传动 机构使一个或多个其它的分度盘或编码盘对于旋转的轴置于一个具 有更低转速的旋转运动。这种分度盘经常设计成磁化的盘，它们分别 具有至少一个北极扇区和南极扇区。一般通过适合的扫描单元、尤其 是霍耳传感器以公知的方式和方法获得这个分度盘的旋转位置。根据 附加编码盘旋转运动的给定减速比能够计算出所产生的轴转速的数 值。由此也能够在多圈旋转中实现对于驱动轴绝对位置的测量。\n例如由申请人的DE 19820014A1已知一种相应结构的多转-自 动同步发送机。\n对于这种多转-自动同步发送机所需的传动机构必需尽可能地 无间隙，以保证精确地获得轴转速。因此对多转-自动同步发送机的 传动机构提出很高的机械要求。\n在EP 0 201 730 A1中描述了一种传动机构装置，其中通过驱 动轴使齿或所谓的针旋转。旋转的齿传递转矩，该转矩从驱动轴导 入。在此设置在驱动轴整个圆周上的齿啮合在所谓的针之间。这种结 构形式是不利的，一方面必需配有非常多的运动齿，另一方面需要一 个相对较大的结构空间。\n按照专利文献US 4 715 247建议一种传动机构结构形式，其中 通过一个偏心轮使一个齿缘产生变形，使得在齿缘的某个部位上实现 与一个空心轮的啮合。为了在自动同步发送机中用作传动机构，这种 结构形式也存在缺陷，需要相对较大的结构空间。\n总是期望具有更小结构尺寸的自动同步发送机。在自动同步发送 机的电构件越来越微型化之后，也要求减小这个仪器的机械构件的结 构空间，以满足关于结构尺寸的这些要求。\n发明内容\n本发明的任务是，完成一种尽可能无间隙且精确运行的传动机 构，它具有小的结构尺寸并且只需要微少的加工和成本费用。\n这个任务根据本发明通过一种传动机构得以实现。\n所述传动机构由下列部分组成：\n-一个第一构件、\n-一个凸起的齿轮，该齿轮围绕一个轴线可旋转地支承，\n-一个支架体，相对于该支架体不仅第一构件而且凸起的齿轮分 别可旋转地支承，\n-多个啮合元件，它们根据第一构件的旋转位置作用于齿轮，并 且在这种情况下相对于齿轮\n-实现一个具有径向方向分量的运动，并\n-将一个具有切向方向分量的作用力传导到齿轮上，其中 这个作用力至少局部地由在啮合元件与支架体之间的作用连接 所引起。\n根据本发明，所述啮合元件借助于弹簧元件顶压到第一构件上， 并通过弹簧元件可以产生回位力，该回位力产生一个使啮合元件离开 齿轮的轴线的运动。\n此外根据本发明，所述传动机构能够与一个自动同步发送机共同 使用。由此解决了本发明的另一任务。\n通过本发明实现的优点尤其是，只通过所述传动机构就能够实现 一个非常大的减速比，而该传动机构不加大整个自动同步发送机的外 径。此外也使在轴向上所需的结构空间相对较小。\n在本发明的另一方案中不仅从动端的齿轮而且啮合元件都可以 如此磁化，使得通过磁力减小摩擦力或者实现一个完全无接触的传动 机构。\n附图说明\n按照本发明的传动机构以及由此构成的自动同步发送机的其它 细节和优点由下面借助于附图对实施例的描述给出。附图示出：\n图1按照本发明的传动机构在没有传动机构箱时的立体图，\n图2a按照本发明的传动机构的俯视图，\n图2b按照本发明的传动机构的细节图，\n图3a至3d所述减速机构在不同的运行位置中的原理图，\n图4按照本发明的具有传动机构的自动同步发送机的截面图。\n具体实施方式\n按照图1，所述传动机构由一个空心轴1组成，在该空心轴上抗 扭转地粘接具有圆形外表面1.11，1.21，1.31的偏心环 1.1，1.2，1.3。所述三个偏心环1.1，1.2，1.3在圆周上分别以120° 角度错开地设置。也就是说，外表面1.11，1.21，1.31的具有与空心 轴1的旋转轴线A1最大距离的三个点在圆周方向上分别错开 120°。原则上有利的是，如果所有偏心环1.1，1.2，1.3之间的角度错 位选择得一样大，那么在增加偏心环1.1，1.2，1.3数量时两个相邻 偏心环1.1，1.2，1.3之间的绝对角度错位更小。\n在所示实施例中将所述偏心环1.1，1.2，1.3粘到空心轴1上。也 可以选择使偏心环1.1，1.2，1.3通过一种压配合或一种花键啮合等 抗扭转地与空心轴1连接。此外所述空心轴也可以这样固定，使得 仅通过其形状自动产生适合的外表面1.11，1.21，1.31，而不使用单 独的环构件。\n所述外表面1.11，1.21，1.31对于传动机构的无缺陷持久运行必 需满足耐磨损性方面的高要求。因此所述偏心环1.1，1.2，1.3由耐 磨损的陶瓷材料制成。为此也可以选择的是，所述偏心环 1.1，1.2，1.3配有薄的耐磨损的硬质材料层。\n对于圆形外表面1.11，1.21，1.31也可以选择偏心的形状或几何 尺寸，它们是非旋转对称的-如椭圆的、抛物线的或双曲线形的轮 廓，它们在必要时可以设计为凸轮。\n所述传动机构包括一个作为另一组成部分的齿轮3，该齿轮围绕 一根旋转轴线A3可旋转地支承。该轴线A3相对于在图4中所示的 自动同步发送机7的一个薄板2.4位置固定或不可移动。所述齿轮3 具有一个凸起的外形，也就是说，所述齿3.1从旋转轴线离开地向 外指向。所述齿轮3的齿3.1为了减小磨损以及为了传动机构的持 久运行而配有一个耐磨损的硬质材料层。\n在薄板2.4上位置固定地固定一个固定块6，该固定块与三个啮 合单元4.1，4.2，4.3连接，该啮合单元本身由板簧4.12，4.22，4.32 和齿元件4.11，4.21，4.31组成。所述空心轴1相对于薄板2.4围绕 旋转轴线A1可旋转地支承。\n所述板簧4.12，4.22，4.32由一段开缝的弹簧钢板组成。它们在 远离齿元件4.11，4.21，4.31的且固定在固定块6上的端部上组成一 个端头块。\n所述齿元件4.11，4.21，4.31粘在一个板簧4.12，4.22，4.32上并 同样配有耐磨损的硬质材料层。\n所述偏心环1.1，1.2，1.3的每个外表面1.11，1.21，1.31分别配 置一个由板簧4.12，4.22，4.32和齿元件4.11，4.21，4.31组成的啮 合单元4.1，4.2，4.3。在传动机构运行中，偏心环1.1，1.2，1.3的外 表面1.11，1.21，1.31旋转，使得在这些外表面1.11，1.21，1.31与 板簧4.12，4.22，4.32之间产生一个相对运动。在此所述啮合单元 4.1，4.2，4.3这样设置，使得一方面板簧4.12，4.22，4.32持久地与 偏心环1.1，1.2，1.3的外表面1.11，1.21，1.31处于滑动接触，另一 方面使得齿元件4.11，4.21，4.31分别在时间上对应于各偏心环 1.1，1.2，1.3的旋转位置嵌入齿轮3的齿3.1之间。\n在图2a和2b中示出一个按照本发明的自动同步发送机传动机构 的俯视图，其中为了清晰表示本发明而未示出传动机构箱2.5(见图 4)。如上所述板簧4.12，4.22，4.32顶压在偏心环1.1，1.2，1.3的外 表面1.11，1.21，1.31上。这样设计板簧4.12，4.22，4.32的弹性常 数，使啮合单元4.1，4.2，4.3与偏心环1.1，1.2，1.3的外表面 1.11，1.21，1.31保证持久地接触。应该避免啮合单元4.1，4.2，4.3 抬起，尤其是在高转速时。另一方面为了减少磨损和摩擦损失，顶 压力不要太大。因此如果需要，与此相关地也可以配有附加的连杆 导向体。\n所述各齿元件4.11，4.21，4.31垂直于空心轴1的轴向、即在空 心轴1内孔的圆周方向上错开地设置。\n所述齿元件4.11，4.21，4.31和齿轮3的齿3.1的齿形这样构 成，使得在这个部位保证一个线接触，其中接触线在传动机构运行 期间沿着齿形移动。通过这种方法使载荷和相应的磨损分别分布在 齿形的较大区域上，并由此减小载荷和磨损。\n如上所述，啮合单元4.1，4.2，4.3的端头通过一个固定块6与传 动机构箱2.5(见图4)固定连接。因此这三个啮合单元4.1，4.2，4.3 不参与空心轴1的旋转运动。所述啮合单元4.1，4.2，4.3仅执行一 个围绕固定块6的摆动，其中齿元件4.11，4.21，4.31执行一个运 动，该运动具有一个分量，该分量对准齿轮3的旋转轴线A3，即执 行一个具有相对于齿轮3的径向方向分量的运动。\n借助于图3a至3d可以描述新型传动机构的工作原理。在这些附 图中非常简化地示出传动机构与其组成部分-偏心环1.1，1.2，1.3的 外表面1.11，1.21，1.31、啮合单元4.1，4.2，4.3和齿轮3共同作用 的运动过程。偏心环1.1，1.2，1.3的曲率在附图中为了清晰地表述 工作原理而被超比例地加大。所述偏心环1.1，1.2，1.3对应于空心 轴1的旋转运动在所述的原理示例中在顺时针方向上旋转。为了表 示旋转运动，齿轮3的一个齿3.1被加黑表示。所述传动机构的功 能通过不仅对于确定齿轮3的几何尺寸而且对于齿元件 4.11，4.21，4.31分别采用相同的齿形模数而最佳化。\n按照图3a，通过偏心环1.1的旋转起到使齿元件4.11向着齿轮 3运动的作用。所述齿元件4.21此时正好位于一个返回点。同时第 三偏心环1.3的旋转运动和板簧4.32的回位力引起齿元件4.31离 开齿轮3的运动。所有齿元件4.11，4.21，4.31的齿形在这个状态无 间隙地与齿轮3啮合。通过偏心环1.1的旋转运动使齿元件4.11顶 压到齿轮3的两个相邻齿3.1之间的间隙里面。所述齿元件4.11的 运动明显地具有一个相对于齿轮3的径向方向分量。通过齿元件4.11 的倾斜齿形和齿轮3的齿3.1的倾斜齿形在按照图3a的位置中使一 个切向力导入齿轮3。这个切向力引起齿轮3的逆时针方向的旋转运 动。通过板簧4.12使这个切向力的反作用力导入固定块6，该固定 块又与薄板2.4固定连接。以这种方法通过齿元件4.11在啮合进齿 轮3期间产生一个转矩，其中所述齿元件4.11最终支承在薄板2.4 上并由此支承在外壳2上。即切向力基本上由齿元件4.11，4.21，4.31 与薄板2.4之间的作用连接而引起。\n在图3b中示出传动机构组成部分的一个位置，在该位置所述齿 元件4.11到达一个返回点。现在转矩通过齿元件4.21传递，该齿 元件通过朝向齿轮3齿根的运动同时使一个切向力导入齿轮3。所述 齿元件4.31离开齿轮3运动。\n在图3c中所述齿元件4.21又到达一个返回点，并且在该位置中 齿元件4.21最大程度地啮合进齿轮3，或者说在该位置中齿元件 4.21最远离空心轴1的旋转轴线A1。所述齿轮3已经逆时针方向继 续旋转了半个齿距t直到这个位置中。现在将齿元件4.31的一个转 矩导入齿轮，而齿元件4.11从齿根返回。\n在图3d中所述齿元件4.31使其返回点与空心轴1的旋转轴线 A1具有最大距离。所述齿元件4.11在这个位置开始通过向着齿轮3 的齿根的运动驱动这个齿轮。\n通过空心轴1的旋转使齿轮3以一个齿3.1继续旋转。相应地由 齿轮3的齿3.1的数量得到减速比。在这个实施例中所述齿轮3具 有16个齿3.1，因此减速比为1∶16。\n在观察图3a至3d时明显看出，所述齿元件4.11，4.21，4.31和 齿轮3的齿3.1的齿形斜度和曲率必需适配于相应材料副和表面副 的摩擦系数和摩擦角，以保证传动机构的最佳功能性和寿命，特别 是在所述示例中不存在传动机构的润滑。在所示实施例中在所有位 置中在齿元件4.11，4.21，4.31与齿3.1之间产生一种线接触，其中 这种线接触的地点在运动过程中总是变化的。通过这种方式避免齿 元件4.11，4.21，4.31和齿3.1的局部过载荷。\n代替所示实施例也可以使齿元件4.11，4.21，4.31和齿轮的齿 3.1这样磁化，使得由于磁的推斥力能够实现传动机构的无接触并由 此无磨损地运行。为此例如齿元件4.11，4.21，4.31和齿3.1可以通 过在各自的径向上的磁化而设计为相同的极性，因此例如在运行中 总是南极相互面对。\n通过至少两个齿元件4.11，4.21，4.31的同时啮合保证传动机构 总是无间隙地运行。此外通过使用三个(必要时也可以更多)齿元 件4.11，4.21，4.31保证所述传动机构在反向旋转时没有死点。\n如同由按照本发明的传动机构的功能描述所表示的那样，一个齿 元件4.11，4.21，4.31分别嵌入齿轮3的啮合区相对于薄板2.4是静 止的和位置固定的。换言之，所述齿元件4.11，4.21，4.31围绕一个 位置固定的旋转点作摆动运动。\n当然本发明也包括一个结构，其中所述齿元件4.11，4.21，4.31 没有切向和圆周错位地相互设置，并通过齿轮的一个特殊结构实现 相应地错位。为此所述齿轮例如可以由三个相同的上下设置的齿轮 盘组成，它们相互间相应地角度错开和旋转错位地设置。\n在上述实施例中通过板簧4.12，4.22，4.32不仅实现弹簧功能、 旋转功能和支承功能而且实现切向力功能。但是本发明也包括设计 结构，其中这些功能分布在多个构件上。所以例如可以在偏心环 1.1，1.2，1.3与齿元件4.11，4.21，4.31之间设置螺旋弹簧，以满足 弹簧功能。相应地使相对刚性的支承元件例如以杆件的形式与齿元 件4.11，4.21，4.31和固定块6连接。为了可以执行摆动运动，在每 个杆件中设有收缩和变细位置，它们用作铰链。通过这种方式在杆 件的纵向上得到用于传递切向力的足够刚性，而通过导入由偏心环 1.1，1.2，1.3的偏心引起的弯矩使铰链弯曲并能够实现齿元件 4.11，4.21，4.31的摆动运动。此外固定块6也可以具有优点地设计 成旋转铰链(缸体)的一部分构成，其中杆件的部位分别是用于使旋 转铰链配齐的对应件(环)。对于这种实施例可以放弃上述的杆件的 变细位置。\n所述传动机构装进一个多转-自动同步发送机7中，用于确定绝 对角度位置。按照图4所述自动同步发送机包括一个空心轴1，在其 中可以抗扭转地容纳一个在图4中未示出的轴，然后在自动同步发送 机的运行中测量其转角。所述空心轴1以与该轴相同的速度旋转。该 空心轴1在所示实施例中具有三个偏心环1.1，1.2，1.3，它们通过粘 接与空心轴1抗扭转地连接。因此每个偏心环1.1，1.2，1.3具有一个 圆形孔和一个圆形外表面1.11，1.21，1.31，在所述孔中插入空心轴 1。这些圆形几何体的中心点对应于偏心距分别错开。\n在空心轴1的轴肩上固定一个编码盘1.4，在这个示例中为粘 接，使得该编码盘1.4在测量工作中以与空心轴1相同的转速旋转。 为了获得在空心轴1一转内的绝对位置，所述编码盘1.4具有一个多 轨迹的编码，通常是一个格雷码，其中最细的轨迹是一个高分辨率的 增量轨迹，它最好尽可能远地设置在编码盘1.4的圆周上的外面，以 便能够在圆周上布置尽可能多的刻度周期。在整个圆周上布置的刻度 周期越多，自动同步发送机所获得的角度分辨率就越高。\n一个光源2.2、一个透镜2.1和一个扫描盘2.3位于自动同步发 送机7的不旋转的外壳2里面。此外一个薄板2.4与外壳2抗扭转地 连接，在薄板的底面上布置光电检测器。借助于这个光学角度扫描机 构增量地和/或绝对地确定在空心轴1一转内的那些角度位置。在外 壳2与空心轴1之间设有球轴承5，因此能够在空心轴1与外壳2之 间实现一个相对旋转运动。\n为了多转测量，需要按照本发明的传动机构和由此共同起作用的 其它传动级。它们集成在一个传动机构箱2.5里面，其外壁在图4中 由于清晰性局部地去掉。作为支架体在这个实施例中也示出不旋转的 传动机构箱2.5。如上所述，不旋转的薄板2.4同样可以用作支架体。 所述传动机构箱2.5抗扭转地与外壳2连接，并因此既不参与空心轴 1的旋转运动也不参与齿轮3的旋转运动。因此所述齿轮3 的旋转轴线A 3相对于传动机构箱2.5并因此相对于外壳2不可移 动。此外一个固定块6与传动机构箱2.5连接。在这个固定块6上 固定三个板簧4.12，4.22，4.32，在该板簧上又分别粘接齿元件 4.11，4.21，4.31。借助于这些元件将空心轴1的旋转运动通过给定 的减速比按照上述工作原理无滑差地传递到齿轮3上。另一齿轮抗 扭转地与齿轮3连接，该齿轮与另一传动级的一个齿轮啮合。在该 另一传动级的轴上固定一个具有一个磁刻度的刻度盘8.1。此外相应 地设置具有其它刻度盘8.2和8.3的其它传动级。所述刻度盘 8.1，8.2，8.3的旋转轴线平行于空心轴1取向。每个刻度盘 8.1，8.2，8.3由一个具有在圆周方向上交替设置的磁极(北极、南 极)的磁体所组成，在最简单的情况下所述刻度盘8.1，8.2，8.3分 别设计为具有各自的北极和南极的短磁棒。所述刻度盘8.1，8.2，8.3 的磁刻度设置在一个公共的平面里面。\n所述刻度盘8.1比空心轴1更慢地旋转，其它的传动级使相应的 刻度盘8.2，8.3继续降低转速。\n通过薄板2.4的表面上的在图4中未示出的检测机构-在这里是 霍耳传感器来，确定刻度盘8.1，8.2，8.3的角度位置。所述刻度盘 8.1，8.2，8.3也用于测量空心轴1的转速，其中每个刻度盘 8.1，8.2，8.3通过传动机构被分别前置的传动级减速地驱动。对于节 省空间的结构所述刻度盘8.1，8.2，8.3、也包括齿轮3的旋转轴线A3 的旋转位置P设置在编码盘1.4的圆周部位上，因此齿轮3的旋转 轴线穿过编码盘1.4。\n代替霍耳传感器也可以使用抗磁的传感器作为检测机构，如 AMR-，GMR-(大磁阻(Giant Magneto Resisitive))或TMR(通道磁 阻(Tunnel Magneto Resistive))传感器。\n通过将刻度盘8.1，8.2，8.3的磁刻度设置一个平面里，可以使配 置于此的检测机构相对简单地安置在薄板2.4的表面上。如上所述， 在薄板2.4的底面上布置相应的光电检测器。所述薄板2.4的两侧 可以配备电构件，这对于空间需求也包括加工的经济性尤其是有利 的。\n所述光学扫描器的组成部分(尤其是光源2.2，透镜2.1，扫描 盘2.3和编码盘1.4)对于按照图4的自动同步发送机7也位于薄板 2.4下面，其中光学元件布置在薄板2.4的底面上。在薄板2.4的表 面上分别可以固定用于获得刻度盘8.1，8.2，8.3旋转位置的检测机 构。按照图4在薄板上安置所述新型传动机构和其它传动级。\n通过所述结构形式可以实现一个自动同步发送机7，它具有特别 小的结构尺寸并具有一个具有上述优点的传动机构。\n所述传动机构的应用不局限于自动同步发送机，其增量的扫描涉 及一个光学原理，或者其旋转的计数以一个磁扫描原理为基础。在 这里同样也包括电容式或感应式工作的自动同步发送机。