具有卷尺的测量环以及用于布置卷尺的方法

摘要

本发明公开了一种具有卷尺的测量环以及用于布置卷尺的方法。为了能够补偿角度传感器中的磁尺(卷尺)和支撑环的不同温度膨胀，其中所述磁尺贴合到部件的圆周，且其中使用扫描头，所述磁尺至多在所述圆周的一个位置处固定在所述支撑环上，以及通过张紧带支撑在所述圆周处，这样，所述卷尺便可因周向上的膨胀而相对于所述支撑环和/或所述张紧带移动。

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量环，用以检测所述测量环或与所述测量环抗扭 (torque proof)连接的部件相对于静止部件的角位置和/或旋转速度。

背景技术

为此，将配置成测量元件，例如，卷尺的刻度尺实施例(scale embodiment)贴合到测量环的圆周，通常是外圆周，这是因为在通常情 况下，卷尺会单独进行生产，且随后固定在支撑环或支撑轮的圆周上。 也可将刻度尺实施例直接配置在支撑环上。

在此背景下，如果无需内径，则“环”显然也可为轴或者类似于较 大截面。此外，对于测量元件，随后将仅对卷尺进行讨论，但这并非是 对本发明进行限制，所述测量元件也可为缆绳或类似物。

在周向上衔尾相随的刻度尺实施例可通过不同物理原理，例如，磁 学、光学或机械学原理进行配置，并根据适当的物理原理通过读头进行 扫描，其中所述读头布置成静止在圆周位置处，且布置在与卷尺相隔一 定距离处，因此，当所述圆周以及所述刻度尺实施例在测量环相对旋转 期间越过所述读头时，不会发生接触。

因此，一项优选实施例是采用磁学配置的刻度尺实施例。

具有预定公称直径的测量轮在市场上有售，其中通常配置成卷尺的 刻度尺实施例最好以无间隙的方式设于测量环的整个圆周上，以便能够 通过读头对测量环的整个圆周进行扫描。

具体而言，对于磁尺实施例，尤其是贴合到测量环的卷尺，所述卷 尺通常采用具有弹性的塑料基材料，从而承受其在纵向伸缩中的机械负 载，这一点尤其在生产期间必须考虑到。卷尺在温度变化时也会发生长 度变化，这一点尤其在卷尺操作过程中必须进行考虑，因为卷尺的温度 膨胀通常不同于制成测量环的支撑环且通常为金属的材料的温度膨胀。

纵向伸缩中产生的此差异对直径较小的测量环影响较小，因此，同 样对较小测量轮影响较小，此类型的卷尺可固定在支撑环的整个圆周上， 例如，使用胶水粘合或通过硫化进行固定。然而，对于测量轮及其具有 较大直径，例如，一米和一米以上直径的支撑环而言，长度膨胀程度不 同已成为问题，且尤其是在以下情况下：所述支撑环并非是周向闭环， 但在周向上具有一个或多个间隙，例如，因为所述支撑环必须由特定段 组装而成。

在此情况下，卷尺无法在整个圆周上与支撑环永久连接，且尤其无 法在不形成间隙的情况下贴合到支撑环，具体而言，无法贴合在支撑环 中的间隙的两侧上，所述间隙在受到温度和操作影响时也可能改变大小。

发明内容

a)技术目标

因此，本发明的一个目标是提供一种尤其具有磁尺实施例以用于大 直径的测量环，所述测量环制造简单且具有成本效益，且其中，具体而 言，卷尺可以较为简单的方式进行替换。此外，本发明提供一种用于将 卷尺连接在支撑环的圆周处的方法。

b)技术方案

此目标可通过权利要求1和12的特征来实现。优势性实施例可由从 属权利要求推导出。

在此类型的测量环中，包括支撑环、细长测量元件，例如，卷尺和 读头，所述卷尺通过支撑元件而支撑在圆周处，且因此无需用胶水或通 过在较大表面上较为耐用且仅难以分开的另一种方式固定在支撑环的圆 周上。

所述支撑元件可为夹固元件，其在径向上将卷尺夹固在支撑环的整 个圆周上，或者也可为一种支撑元件，例如，支撑型材(support profile)， 其固定或配置在支撑环的圆周处，且以形状锁定(form-locking)方式支 撑垂直于其纵向延伸部分的卷尺，从而将所述卷尺固定在圆周上。

一方面，这有利于一方面的卷尺与另一方面的支撑环之间因温度膨 胀而在周向上相对移动，还可选择性地相对于张紧元件发生相对移动， 另一方面，这有利于在分开张紧元件之后对卷尺进行简单替换，因为卷 尺只是松散地接触支撑环。

卷尺无需制成闭环，但要制成自由端在周向上彼此尽可能紧密相邻 的卷尺的界定元件，由此，对于不同大小的支撑环而言，确定卷尺的大 小可能较为简单。

因此，如果所使用的读头可读出刻度尺实施例(scale embodiment)， 则与沿着卷尺布置这些刻度尺实施例所依据的物理原理基本无关，由此， 与磁性原理、光学原理、机械原理或电感原理基本无关。

优选地，卷尺相对于支撑环直接或间接固定在圆周的一个位置处， 最好进行机械固定，具体而言，即通过可分开的连接件，例如，径向销、 螺栓或铆钉进行固定，从而在整个剩余部分中，实现相对于支撑环在周 向上进行的所需径向移动。

卷尺可贴合到支撑环的内圆周表面或外圆周表面，但最好将其贴合 到外圆周表面。

卷尺并非难以围绕垂直于其纵向延伸部分的弯曲轴弯曲，且必须通 过张紧元件在整个圆周上向外压向内圆周表面，以便贴合到内圆周表面， 其中尤其适用的是，在整个内圆周表面上大体延伸的夹盘或夹环，其中 所述夹环或夹盘必须具有较高的形状稳定性和较高的内部刚度。

然而，在将卷尺贴合到外圆周表面时，可能使用相对柔韧的卡箍 (clamping band)作为夹固元件，所述夹固元件(例如)由塑料或金属制 成，其中所述夹固元件只通过夹固在周向上而将卷尺径向向内压向支撑 环。

因此，与卷尺类似，张紧带通常是有限带，其两端相对于彼此夹固 或固定在支撑环上。除了施加张力之外，通常提供独立张紧装置，用以 使张紧元件，例如，卡箍的两端相对于彼此或相对于支撑环的连接点绷 紧。然而，张紧装置的张紧作用也可通过张紧带的适当弹性来提供。

如果张紧带相对于支撑环固定在一点处，由此卷尺可采用同一连接 点，尤其是同一连接元件，例如，螺栓或径向销。

由于测量环的目标是能够在360度的整个圆周上扫描测量环的旋转 位置，因此，希望保持有限卷尺两端之间的间隙尽可能小，这样，通过 同一读头未从卷尺中获取信号的路径便可尽可能小，而且如果可能的话， 无需用以在周向上替换第一读头的第二读头。

此外，用于夹固元件，具体而言，即卡箍的夹固装置将相对于测量 头进行布置，所述测量头通常从卷尺的外部定向在由所述卷尺构成的环 形表面的相对侧上，因此，例如，处于支撑环的外圆周的平坦区域或在 支撑环内。

在后一种情况下，张紧带位于圆周外部，且具体而言，也支撑于卷 尺的外部上的端通过支撑环的圆周中的间隙向内延伸，且固定在所述支 撑环中，具体而言，即通过相对于支撑环或张紧带的另一端布置在所述 张紧带与所述支撑环之间的夹固装置固定在一端处。

因此，除了固定到卷尺之外，支撑于卷尺外部的张紧带可避免卷尺 产生机械损伤，而且防止来自于径向外部的污染增加。

张紧带也可布置于卷尺与支撑环的外圆周之间。

因此，例如，已知卷尺可配置成两层，即：刻度尺实施例层，其纵 向上的形状阻力，且具体而言，抗拉力相对较小；以及支撑层，例如， 由纵向上具有相当高的抗拉力，且优选也具有抗压力的金属制成，所述 支撑层至少用于实现充分的侧向和/或径向接触支撑。

在此情况下，刻度尺实施例层在其整个长度上与支撑层永久连接， 具体而言，即与支撑层的表面连接，例如，用胶水粘合或通过硫化连接 在一起。

支撑层可延伸到刻度尺实施例层的自由端之外，且可用作张紧带。

因此，配置成支撑层的张紧带可选择性地布置在卷尺朝向支撑环的 那侧或者卷尺远离支撑环的那侧。

在使用两层卷尺且其支撑层朝向支撑环的情况下，则可选择使用延 伸到卷尺之外的支撑层，或另外放置在卷尺的外部并在周向上延伸以使 卷尺相对于支撑环绷紧的张紧带。具体而言，支撑层和额外的张紧带由 相同材料制成，例如，不锈钢，且所述支撑层和所述张紧带尤其具有尽 可能相同的温度膨胀系数。

为了在轴向上进行支撑，支撑环可包括优选位于卷尺两侧上的停止 件，其中所述停止件可配置成(例如)凹槽的侧面，所述凹槽在周向上 成环形延伸且支撑卷尺。

在卷尺两端之间的间隙太大，而无法向读头提供信息的情况下，可 布置第二读头，其与第一读头在周向上的距离远大于卷尺的间隙大小， 且两个读头尤其相对于彼此偏离180度。

如果间隙在轴向上设于支撑环中，例如，因为支撑环的周向上具有 多个部件，则所述间隙可用于使张紧带通过所述间隙从外圆周延伸到夹 固环内部，并用于将所述张紧带固定于夹固环的内部，如本文所述。或 者，用于张紧带的张紧装置也可布置在外圆周的平坦部分中。但是，在 此平坦部分中，通常情况下，外圆周上不存在卷尺，且其中读头不包括 信息的圆周部分相对较大。

对于夹固元件而言，也可使用卡箍与支撑环之间的磁力，这是因为 卷尺具有充足的磁性，或者支撑环中布置了支撑磁体且卷尺由可磁化的 材料制成。

对于因此而配置的测量环而言，会采用用于将卷尺支撑在支撑环的 外圆周的方法，以在所需位置处卷尺贴合在支撑环外圆周上，此外，夹 固元件可直接或间接布置在支撑环的圆周上，且通过绷紧张紧元件而在 径向上压向或拉向所述圆周，具体取决于所述张紧元件，具体而言即张 紧带是径向布置在卷尺内部还是外部。

在将卷尺贴合到支撑环的圆周时，卷尺也可在另外一个位置处相对 于支撑环进行固定。

此外，张紧元件，具体而言，即张紧带可相对于支撑环固定在一个 位置处。

如果卷尺未相对于支撑环固定在任何位置，则必须提供读头相对于 支撑环的绝对参照，以防卷尺相对于支撑环在整个长度上移动，其中通 过应用和扫描参照标记来进行参照，所述参照标记的位置相对于支撑环 固定，因此所述参照标记不在卷尺上。

当卷尺布置在支撑环的内圆周时，所述卷尺可通过夹固套筒而向外 压向内圆周，其中所述夹固套筒必须要从卷尺中径向插入，且通过内部 张力或通过主动致动式夹固装置伸展。

在张紧带中，所述张紧带的两端可通过张紧装置相对于彼此绷紧， 或者张紧带的一端直接连接在支撑环上，且另一端通过张紧装置连接到 支撑环。

当使用支撑元件而不是张紧元件时，首先将支撑元件固定在支撑环 的圆周上，从而沿支撑环固定在整个圆周上，或者相反，相对于支撑环 只固定在圆周的一个位置处。

支撑件，尤其是支撑型材在延伸方向上优选至少打开一端，这样， 刻度尺元件，例如，卷尺可在周向上插入支撑元件中。

因此，所述支撑件经配置以使，例如，对于卷尺的温感式长度变化 而言，卷尺可相对于支撑元件移动，且因此相对于支撑型材移动，但无 法通过形状锁定支撑件在横向上移动。

为此，卷尺优选相对于支撑型材固定在圆周的一个位置处，且仅可 相对于所述支撑型材在其圆周的剩余部分上移动。

因此，固定点表示相对于支撑元件的参照点，而且支撑元件的一个 或多个固定点表示相对于支撑环的一个或多个参照点。

然而，此技术方案的缺点在于，此类型的支撑元件会紧密接触支撑 环的圆周，且因此必须要精确遵循所述圆周的曲率，这样，通常需要针 对支撑环，优选为连续式无缝环，的各个直径分开制造支撑元件，而在 使用张紧元件时，卷尺以及张紧元件通常会从类环状基材中切割出所需 长度。

附图说明

本发明的实施例随后将参考附图进行更详细地描述，其中：

图1a到图1c：图示了具有张紧元件的测量环的第一实施例；

图2a到图2c：图示了具有用于绷紧张紧带的弹簧的测量环的实施 例；

图3a到图3c：图示了将张紧带固定于支撑环处的实施例；

图4a、图4b：图示了不同的支撑环；

图5a到图5c：图示了具有分段式支撑环的解决方案；

图6：图示了根据图5的解决方案的透视图；

图7：图示了具有一体式支撑元件的第一实施例；

图8a、图8b：图示了具有一体式支撑元件的第二实施例；

图9a、图9b：图示了具有独立支撑元件的第一实施例；

图10a、图10b：图示了具有独立支撑元件的第二实施例；

图11a、图11b：图示了具有独立支撑元件的第三实施例。

具体实施方式

首先，图4a和图4b图示了根据本发明将卷尺3连接在支撑元件处 时的截面图，其中图4a中的支撑元件为实心轴，且在图4b中，所述支 撑元件为分成三段的支撑环2。

卷尺3接触支撑元件，具体而言，即支撑环2的外圆周，且在尽可 能最大的圆周部分上围绕支撑环2，以使设在卷尺3的两端3a、3b之间 的间隙6尽可能小。在此情况下，至多在圆周的一个位置处，在卷尺3 的一端上，卷尺通过固定销16以形状锁定(form locking)方式相对于 支撑元件的外圆周固定。

在图4b的分段式支撑环中，卷尺3在各段之间的间隙上延伸。

在图1到图3中，完整图示了测量轮1，所述测量轮1具有张紧元 件，即具有支撑环2的必需部件，所述部件也可为实心轴(massive shaft)； 卷尺3，其接触支撑环的外圆周，其中所述卷尺通过固定销16在周向上 且还在相对于支撑环2的轴向上固定在一个圆周位置处；张紧带7，其 沿圆周延伸；以及读头5，其布置在卷尺3的外部，且布置成固定在与 所述卷尺相隔一定距离的适当位置上，其中所述读头在所述支撑环旋转 时计算所经过的卷尺3的刻度尺实施例。

在图1a到图1c中，张紧带7在径向外部上接触卷尺3，且张紧带7 的自由端通过张紧装置13相对于彼此绷紧，所述张紧装置13径向向内 按压卷尺3，以使其紧密接触支撑环2的外圆周。

在图1a中，支撑环2具有圆形外圆周，且厚度大于张紧带7的张紧 装置3接触卷尺4的外部，并径向向外伸出张紧带7，因此，支撑环2 不可能进行360度旋转，因为张紧装置13会接触紧邻所述张紧带的读头 5。此解决方案仅在支撑环2无需进行360度以上的旋转的应用中可行。

此问题不会在图1b和图1c的解决方案中出现。

在图1b的解决方案中，支撑环2的圆形外圆周包括处于一个位置处 的平坦区域，其中所述平坦区域足够大，从而在平坦区域的部分中，张 紧带7的张紧装置13可完全设置在支撑环2的包封环内。

但在此情况下，卷尺3只在支撑环2的外圆周的圆形部分上延伸， 因此而不在平坦区域的部分中延伸，这样，在相对较大的角区域中，将 无法通过读头5测量旋转位置。

然而，在根据图1c的解决方案中，圆形支撑环2的外圆周中无间隙， 且卷尺3到达两侧，其中两个自由端正对此间隙。

张紧带7贴合到卷尺3的外部，其中长于卷尺3的张紧带及其自由 端延伸穿过此间隙而进入支撑环2内部中的开放空间，且在所述开放空 间中，所述张紧带的两端中的一端又穿过偏转滑轮(deflection pulley) 17或偏转销，以使所述两端通过张紧装置13而相对于彼此绷紧。

对于支撑环2的360度旋转，一方面，读头5的移动路径中除了支 撑环2以及卷尺3中的极小间隙之外，不能存在任何障碍，其中支撑环 2与卷尺3中的间隙重合，从而使读头5在整个360度的范围内接收信 号。

图2a到图2c的解决方案与图1a到图1c的解决方案不同之处在于， 尤其使用弹簧作为张紧装置13，其中所述张紧装置始终维持弹簧13所 提供的张力，以便也适应因温度变化而产生的张紧带7的长度变化。然 而，图1a到图1c中的张紧装置13也可为螺旋扣，其通过(例如)将张 紧螺栓拧入螺母中而产生特定预负载，其中所述预负载在张紧带7的长 度随后发生变化时再次变化。

尽管张紧带3相对于图1a到图1c及图2a到图2c的解决方案中的 支撑环2仅通过固定销16在周向上进行固定，但在图3a到图3c的解决 方案中，除了与根据图2a到图2c的解决方案的情况相对应之外，张紧 带7还相对于支撑环2通过相应固定销18固定在两端，所述固定销18 部分插入所述支撑环中，且通常从所述支撑环中径向伸出，类似于固定 销16。因此，弹簧13布置在张紧带7的1和7a与相邻固定销18之间。

如图3c所示，固定销18不必从支撑环2的外圆周中伸出，但所述 固定销也可连接在位于支撑环2内部的凹处的壁中。

图5b图示了具有根据图5a的分段式支撑环2的解决方案的细节放 大图，其中圆周中设有间隙，张紧带7的端7a、7b通过所述间隙伸入支 撑环2的内部，且其中1和7a相对于支撑环2通过固定销直接固定，而 另一端7b相对于支撑环2通过布置在所述端7b与支撑环2之间并提供 预负载的弹簧进行固定。

在根据图5a到图5c的解决方案中，卷尺3插在张紧带与支撑环2 的外圆周之间。如果卷尺3与张紧带7的温度膨胀一致，则卷尺3也可 用胶水粘合到张紧带7的内部或外部，其中所述张紧带的自由端3a、3b 分别直接伸入支撑环2中的间隙。

图5c中省略了支撑环2以便更好地查看剩余的部件，其中显而易见 的是，静止或旋转的偏转滑轮19布置成接近支撑环2中的间隙，其中张 紧带7位于所述偏转滑轮上方，且其中从支撑环2内部伸出的固定销18 朝向张紧带7延伸。

张紧带7的端7a、7b具有带凸纹的橡胶涂层，从而实现更好的紧固 效果。图6中图示了图5a到图5c的解决方案的透视图。

图6b仅图示了支撑环2，因此不具有张紧带7和卷尺3，但具有固 定销18和偏转滑轮19。此外，可在外圆周中发现用于收纳固定销16的 凹槽16′。

此外，可在图6a、图6b中发现，周向延伸的槽20配置在支撑环2 的外圆周中，其中所述槽的内部宽度略小于卷尺3的宽度，这样，所述 槽的侧面便可支撑卷尺3，且优选地还可在轴向上支撑张紧带7。

此外，在图6a、图6b中，凹处21在必须收纳张紧带7和张紧装置 13的向内端的部分中设于支撑环2的内部。

在图7a、图7b的解决方案中，卷尺3的支撑型材(support profile) 22配置在支撑环2的外圆周上，在本文中，所述支撑环由固体材料配置 成(例如)圆盘，其中卷尺3优选在整个圆周上延伸，且从支撑型材2 的截面方向上看，在卷尺3的一侧上，仅设有到达插入所述支撑型材中 的卷尺3的外部的包封23，但在相对侧上，仅设有以形状锁定方式支撑 卷尺3的侧表面的突起24。

因此，卷尺3可在轴向上轻松插入，其中一个边缘在包封23下方， 随后所述卷尺可置于支撑型材中。并不预期所述卷尺随后会滑出，因为 卷尺3的内部刚度有限，而且通过固定销16在卷尺3与支撑环2之间固 定于圆周的一个位置。然而，由于远离固定销16，因此卷尺3可在其延 伸方向上相对于支撑型材22，且因此相对于支撑环2随时膨胀或收缩。

图8a、图b的解决方案的不同之处在于，也配置在支撑环2处的支 撑型材22具有包封23，所述包封位于卷尺3的两侧并进入其外部的边 缘部分，从而为卷尺3提供可靠的支撑，但会使所述卷尺更难以插入， 因为(例如)支撑型材22中设有间隙以供卷尺3的纵向插入。

在这两种情况下，卷尺3配置成两层，即支撑层15和刻度尺实施例 层14，这两层在其整个长度上彼此永久连接。

因此，根据读头5的灵敏度以及支撑层15的材料是否如图7a、7b 和图8a、8b所示，支撑层15布置作为额外的保护，且刻度尺实施例层 14相对于所述支撑层布置在径向内部，或反之。以下图9到图11的解 决方案与图7和图8的解决方案的不同之处在于，支撑型材22并未配置 成一体配置在支撑环2处的支撑型材，而是作为独立部件。

在图9a、9b中，两个包封23中的每个包封由独立支撑型材22a、 22b制成，所述独立支撑型材在此情况下配置成分别侧向布置在盘形支 撑环处的环，且卷尺3周向贴合到所述环上。对于两个支撑型材22a、 22b需相对于彼此和/或相对于支撑环2进行固定，图中并未予图示。

在根据图10a、10b的解决方案中，不同于图9a、9b，该解决方案 仅设有一个支撑型材22，其布置成轴向位于支撑环2的一侧上的环。

然而，包封23足够大，这样，其不仅越过卷尺3的边缘部分，而且 在横向上越过其整个延伸部分，而到达卷尺3的相对边缘，且因此到达， 例如，支撑环2的表面。

从这侧，在组装期间，卷尺3在相对于支撑环2和/或支撑型材22 固定之后，也可插入支撑环2与支撑型材22之间的径向中间空间中，且 当卷尺3具有足够的内部刚度时，其将不会从所述空间独立移动。

为了放置固定销16，优选在圆周位置处，在包封13中设有间隙。

在图11所示的解决方案中，卷尺布置在支撑环的内圆周上，且通过 固定销16而固定在圆周位置处。因此，将张紧套筒25用作张紧元件， 其中所述张紧套筒径向插入支撑环2和卷尺3的内部，以形成在圆周位 置处开缝的环，且因所述张紧元件的内部张力而将卷尺3向外压向支撑 环2的内圆周。

参考标号和名称

1           测量环

2           支撑环

3           卷尺

3a、3b      端

4           刻度尺实施例

5           读头

6           间隙

7           张紧带

8           停止件

9           间隙

10          轴向

11          径向

12          周向

13          张紧装置，弹簧

14          刻度尺实施例层

15          支撑层

16          固定销

16′        凹槽

17          偏转滑轮

18          固定销

19          偏转滑轮

20          螺母

21          凹处

22a、22b、22支撑型材

23          包封

24    突起

25    张紧套筒