CN111007596A

CN111007596A - 用于在两个可转动的结构单元之间传递光信号的设备

Info

Publication number: CN111007596A
Application number: CN201910943479.5A
Authority: CN
Inventors: 彼得·奥滕泽勒尔
Original assignee: LTN Servotechnik GmbH
Current assignee: LTN Servotechnik GmbH
Priority date: 2018-10-04
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2020-04-14
Anticipated expiration: 2039-09-30
Also published as: EP3633429A1; CN111007596B; US20200110222A1; DE102019211416A1; US10969549B2; EP3633429B1

Abstract

本发明涉及一种用于在第一结构单元与第二结构单元之间传递光信号的设备，第二结构单元可相对于第一结构单元围绕轴线转动。第一结构单元具有第一光波导，第二结构单元具有第二光波导。该设备包括第一套筒、第一衬套和壳体，第一套筒包围第一光波导且第一衬套包围第一套筒。该设备包括第二套筒和第二衬套，第二套筒包围第二光波导且第二衬套包围第二套筒。该设备包括支撑装置，其具有至少一个第一环和滚动体，滚动体以可在圆锥面上滚动的方式被支撑。该设备被设置成，壳体包围第一和第二衬套以及支撑装置，支撑装置相对于壳体可轴向移动，第二衬套经由支撑装置轴向地朝向第一衬套预加应力，滚动体由于其支撑在圆锥面上而径向地朝向壳体预加应力。

Description

用于在两个可转动的结构单元之间传递光信号的设备

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的用于在两个可相对转动的结构单元之间传递光信号的设备。

背景技术

这种结构单元通常也称作为定子和转动体。在这些结构单元中经由光波导引导光信号，光波导通常通过气隙分开来彼此轴向错开。这种设备应用于各种技术领域中，以便将信号从位置固定的单元传递给转动的单元。

在专利文献US 5,633,963中公开一种光学转动连接系统，其中在两个同轴的光波导之间传递信号。

发明内容

本发明所基于的目的是：提供一种用于传递光信号的设备，该设备实现极高的传递速率并且还易于制造。

根据本发明，所述目的通过根据本发明的用于在第一结构单元与第二结构单元之间传递光信号的设备来实现。

相应地，该设备适于在第一结构单元与第二结构单元之间传递光信号，其中，第二结构单元布置成可相对于第一结构单元围绕轴线转动。第一结构单元具有第一光波导，而第二结构单元具有第二光波导。此外，该设备包括第一套筒、第一衬套和壳体，其中第一套筒包围第一光波导，并且第一衬套包围第一套筒。此外，该设备包括第二套筒和第二衬套，其中第二套筒包围第二光波导。另外，第二衬套包围第二套筒。此外，该设备包括支撑装置，其具有至少一个第一环和滚动体、例如球，其中滚动体以可在圆锥面上滚动的方式被支撑。此外，该设备被设置成，使得壳体至少部分地包围第一衬套并至少部分地包围第二衬套以及至少部分地包围支撑装置。支撑装置布置成相对于壳体可轴向移动的。通过第二弹簧元件经由支撑装置使第二衬套轴向地朝向第一衬套预加应力，其中由于滚动体支撑在圆锥面上而使得滚动体径向地朝向壳体预加应力。

第一套筒尤其仅在光波导的一个部段中、通常在光波导的端部处或在光波导的端部区域中包围第一光波导。相同的措施也适用于第二套筒和第二光波导。这两个光波导同轴地且彼此相对地布置在该设备中。尤其是，该设备不具有透镜或准直仪。

通过表述“第一衬套经由支撑装置被预加应力”应表达：由第二弹簧元件导入的力经过支撑装置导入到第一衬套中。因此，实现了从第二弹簧元件经过支撑装置到第一衬套的力传导。

表述“壳体至少部分地包围第一衬套并至少部分地包围第二衬套以及至少部分地包围支撑装置”尤其能够理解为，相关的构件在轴向方向上完全地或仅部分地被壳体包围，或者壳体仅包围相关构件的轴向部段。

该设备被设置成，使得通过光波导引导的光的光路以轴向的方向分量传播。光波导能够被设计为多模光纤或单模光纤。

有利地，第二衬套包围第一套筒和第二套筒。尤其是，第二衬套能够构造成两件式的，并且包括第一子衬套以及第二子衬套。此外，第二子衬套能够包围第一套筒和第二套筒。尤其是，第一子衬套在该情况下能够仅包围第二套筒。此外，第二子衬套能够具有比第一子衬套更小的外直径。

有利地，滚动体还支撑在壳体的径向内置表面上，并且能够在其上滚动。在本文中需考虑：壳体不必一定构造成一体的，而是例如能够在壳体中构建，形成用于滚动体的滚动面的附加元件。

在本发明的另一设计方案中，第一套筒和/或第一衬套和/或第二套筒和/或第二衬套(可能还有第一子衬套和/或第二子衬套)由陶瓷材料制成，尤其由氧化铝或氧化锆制成。

在本发明的有利的设计方案中，该设备被设置成，在第一光波导与第二光波导之间轴向地存在气隙。尤其是，该设备能够被设计为，在第一光波导与第二光波导之间不设有透镜或准直仪。

有利地，第一套筒、第一衬套和壳体归属于第一结构单元，并且第一套筒、第一衬套和壳体尤其布置成彼此抗扭的。

在本发明的另一设计方案中，通过第一弹簧元件使得第一衬套轴向地朝向壳体、尤其是朝向壳体的向内突出的棱边或凸肩预加应力。

在本发明的一设计方案中，第一弹簧元件归属于第一结构单元，并且尤其布置成相对于第一光波导抗扭的。

在本发明的另一设计方案中，第二弹簧元件归属于第一结构单元。

有利地，第二套筒和第二衬套归属于第二结构单元。

有利地，支撑装置具有第二环，该第二环同样具有圆锥面，其中滚动体也支撑在第二环的圆锥面上，并且能够在其上滚动。

在本发明的有利的设计方案中，第一环或第二环或者两者能够各具有圆锥面。但是，该设备也能够构造成，使得通过第二弹簧元件将端侧的平坦元件(例如空心柱体)压向滚动体，其中此时圆锥面位于与第二弹簧元件相对置的构件上，使得以该方式将滚动体径向地向外推挤或朝向壳体预加应力。

圆锥面能够分别具有直圆锥形状或直截圆锥形状。圆锥面或锥体的对称轴线是第一结构单元相对于第二结构单元的转动所围绕的轴线。

有利地，第二衬套(尤其是第二子衬套)具有内置的槽和接片，使得槽例如能够容纳润滑剂，或者能够用作为用于润滑剂的储备容积。优选地，槽和接片沿着具有轴向方向分量的方向延伸。例如，槽和接片能够刚好沿轴向方向延伸或者波状地或蜿蜒状地延伸。可替代地，第二衬套的内表面也能够是光滑的。

该设备的特殊结构尤其具有支撑装置，该支撑装置在一定程度上能够称作为自校准的滚动轴承。现在，由于根据本发明的设备而实现了：低衰减地以优异的质量传递信号，使得能够实现极高的数据或传递速率。

附图说明

根据本发明的设备的其他的细节和优点从根据附图对实施例的以下描述来得出。

附图示出

图1是用于传递光信号的设备的纵剖面图，

图2是衬套的侧视图。

具体实施方式

根据图1，根据本发明的设备包括第一结构单元1，第一结构单元能够称作为定子，并且根据本发明的设备包括第二结构单元2，第二结构单元例如作为转动体工作。该设备用于以高传递速率在第一结构单元1与第二结构单元2之间传递光信号，其中第一结构单元1和第二结构单元2布置成可相对于彼此围绕轴线A转动。

第一结构单元1包括第一光波导1.1，第一光波导关于轴线A居中地布置在设备中。在第一光波导1.1的端部处的一部段中，光波导由第一套筒1.2包围。在所提出的实施例中，第一套筒1.2由陶瓷材料制成，例如由氧化铝或氧化锆制成。此外，光波导1.1、1.2在此构造成单模光纤。

此外，第一结构单元1包括第一插接壳体1.5，第一插接壳体同样包围第一光波导1.1。此外，第一结构单元1包括在所提出的实施例中呈管形的壳体1.4。在两个端部处将内螺纹加工到该壳体1.4中。具有外螺纹的第一预紧元件1.6旋入到内螺纹之一中。在第一预紧元件1.6与第一插接壳体1.5的卡圈之间存在第一弹簧元件4，在此为螺旋弹簧，螺旋弹簧在装入的状态下轴向地预加应力。

此外，第一结构单元1包括第一衬套1.3，第一衬套同样由陶瓷材料(例如氧化铝或氧化锆)制成。该第一衬套1.3沿着第一套筒1.2的一部段包围第一套筒1.2。

通过第一弹簧4的轴向预加应力，第一插接壳体1.5压向第一衬套1.3，其中，该衬套1.3轴向地支撑在壳体1.4的凸肩处。第一衬套1.3在此由于被轴向地挤压到壳体1.4的向内指向的凸肩处而相对于壳体1.4抗扭地布置或固定。

第二结构单元2具有中央的第二光波导2.1。第二光波导2.1的端部由第二套筒2.2包围。该第二套筒2.2自身由第二衬套2.3包围。第二衬套2.3在所提出的实施例中构造成两件式的，并且第二衬套因此包括第一子衬套2.31和第二子衬套2.32。第二子衬套2.32包围第一套筒1.2和第二套筒2.2，并且还具有比第一子衬套2.31更小的外直径。第二衬套2.3或两个子衬套2.31、2.32由陶瓷材料制成，尤其由氧化铝或氧化锆制成。

根据图2，第二子衬套2.32具有槽2.321和接片2.3222，它们在此沿轴向方向延伸。

此外，第二结构单元2包括第二插接壳体2.5，第二插接壳体同样包围第二光波导2.1。最后，第二预紧元件2.6也能够归属于第二结构单元2。

第二结构单元2相对于第一结构单元1借助于支撑装置3支撑。支撑装置3包括第一圆锥环3.1、第二圆锥环3.2和滚动体3.3，滚动体在此构成为球。滚动体3.3轴向地处于第一圆锥环3.1与第二圆锥环3.2之间。第一圆锥环3.1和第二圆锥环3.2分别具有圆锥面3.11或3.21。滚动体3.3支撑在这些圆锥面3.11、3.21上，并且在设备运行时在这些圆锥面3.11、3.21上滚动。第一圆锥环3.1和第二圆锥环3.2包围第二插接壳体2.5，其中第二圆锥环3.2能够轴向地抵抗第二插接壳体2.5的倾斜凸肩而被止挡。支撑装置3不仅布置成相对于壳体1.4可轴向移动的，而且也布置成相对于第二插接壳体2.5可轴向移动的。此外，在所提出的实施例中，还提供第一圆锥环3.1和第二圆锥环3.2相对于壳体1.4的可转动性。

在预紧元件2.6与第一圆锥环3.1之间存在第二弹簧元件5，其在此呈螺旋弹簧的形式。预紧元件2.6具有外螺纹，其能够旋入到壳体1.4的内螺纹中，以便建立第二弹簧元件5的预紧。因此，第二弹簧元件5压向第一圆锥环3.1。因为第一圆锥环3.1相对于第二插接壳体2.5可轴向移动地支承，所以滚动体3.3被径向向外挤压，从而确保了：滚动体接触壳体1.4的内壁。因此，滚动体3.3支撑在壳体1.4的径向内置表面上，并且在设备运行时在壳体1.4的内置表面上滚动。因此，滚动体3.3由于支撑在圆锥面3.11上而径向地朝向壳体1.4预加应力。最后，第二光波导2.1以该方式相对于壳体1.4被精确居中。

此外，通过第二弹簧元件5产生的轴向预紧力通过第二圆锥环3.2传递到第二插接壳体2.5上。因此，第二衬套2.3由于第二弹簧元件5而轴向地朝向第一衬套1.3预加应力，其中经由支撑装置3实现力传导。

因此，轴向预紧力经由第二衬套2.3(尤其经由第一子衬套2.31和第二子衬套2.32)传递到第一衬套1.3上。相反于第一衬套1.3，第二衬套2.3可相对于壳体1.4转动并且可轴向地移动。在所提出的实施例中，第一子衬套2.31和第二子衬套2.32(尤其是它们的外直径)被构造成，使得它们可相对于壳体1.4转动并且可移动(verschieblich)。

因此，第二衬套2.3(尤其第二子衬套2.32)的端面相对于第一衬套1.3的端面转动。因为第一衬套1.3和第二衬套2.3由陶瓷材料制成并具有相对光滑的表面，所以由此导致的摩擦转矩很小。

通过精确地预设第二衬套2.3的轴向长度，能够精确地设定气隙G的轴向扩展，该轴向扩展在此为0.1mm。在所提出的实施例中，为了该目的，第一子衬套2.31被磨削到一精确的轴向长度。此外，槽2.321填充有润滑剂，使得能够在第一套筒1.2与第二子衬套2.32之间实现低摩擦的相对转动性，因为通常第一子衬套2.31不相对于第二子衬套2.32转动。但是会发生：出于不同原因，尤其在设备较长期运行之后，第一子衬套2.31或第二子衬套2.32非常难以相对于壳体1.4转动。尤其对于该情况，第二衬套2.3的呈第一子衬套2.31和第二子衬套2.32形式的两件式设计方案具有以下优点：第一衬套1.3与第二子衬套2.32之间的接触面的相对转动转移到第二子衬套2.32与第一子衬套2.31之间的接触面上。由此，在这种情况下也确保设备的相对低摩擦的运行，因为由于所使用的陶瓷材料和相对光滑的端面，此时的摩擦转矩或制动力矩也相对很小。

因此，用于传递光信号的设备在此具有第一光波导1.1和第二光波导2.1，光波导以轴向间隙G彼此相对置。通过预加应力的支撑装置3并结合圆锥面3.11、3.21，以简单的方式提供第一光波导1.1相对于第二光波导2.1的精确的中心布置。这一事实尤其适合于在设备运行时的每个相对角位置以及适合于宽的温度范围。此外，该设备由于根据本发明的结构而对于(例如通过光波导)外部导入的倾斜力矩是不敏感的。此外，该设备的特征在于相对小的外直径。

因此，提供了一种适合于以极高的传递速率在两个结构单元1、2之间传递光信号的设备。

Claims

1.一种用于在第一结构单元(1)与第二结构单元(2)之间传递光信号的设备，所述第二结构单元被布置成能相对于所述第一结构单元(1)围绕轴线(A)转动，其中，所述第一结构单元(1)具有第一光波导(1.1)，并且所述第二结构单元(2)具有第二光波导(2.1)，并且所述设备还

包括第一套筒(1.2)、第一衬套(1.3)和壳体(1.4)，其中，所述第一套筒(1.2)包围所述第一光波导(1.1)，并且所述第一衬套(1.3)包围所述第一套筒(1.2)，

包括第二套筒(2.2)和第二衬套(2.3)，其中，所述第二套筒(2.2)包围所述第二光波导(2.1)，并且所述第二衬套(2.3)包围所述第二套筒(2.2)，并且

还包括支撑装置(3)，所述支撑装置具有至少一个第一环(3.1)和滚动体(3.3)，所述滚动体以能在圆锥面(3.11)上滚动的方式被支撑，

其中，所述设备还被设置成

所述壳体(1.4)至少部分地包围所述第一衬套(1.3)并且至少部分地包围所述第二衬套(2.3)以及至少部分地包围所述支撑装置(3)，其中

所述支撑装置(3)布置成相对于所述壳体(1.4)能轴向移动的，并且通过第二弹簧元件(5)经由所述支撑装置(3)使得所述第二衬套(2.3)轴向地朝向所述第一衬套(1.3)预加压力，其中，由于所述滚动体支撑在所述圆锥面(3.11)上而使得所述滚动体(3.3)径向地朝向所述壳体(1.4)预加应力。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二衬套(2.3)包围所述第一套筒(1.2)和所述第二套筒(2.2)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述第二衬套(2.3)构造成两件式的，并且所述第二衬套包括第一子衬套(2.31)以及第二子衬套(2.32)。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述第二子衬套(2.32)包围所述第一套筒(1.2)和所述第二套筒(2.2)。

5.根据权利要求3或4所述的设备，其中，所述第二子衬套(2.32)具有比所述第一子衬套(2.31)更小的外直径。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述滚动体(3.3)以能在所述壳体(1.4)的径向内置表面上滚动的方式被支撑。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述第一套筒(1.2)和/或所述第一衬套(1.3)和/或所述第二套筒(2.2)和/或所述第二衬套(2.3)由陶瓷材料制成。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，在所述第一光波导(1.1)与所述第二光波导(2.1)之间轴向地存在气隙(G)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述第一套筒(1.2)、所述第一衬套(1.3)和所述壳体(1.4)归属于所述第一结构单元(1)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，通过第一弹簧元件(4)使得所述第一衬套(1.3)轴向地朝向所述壳体(1.4)预加应力。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述第一弹簧元件(4)归属于所述第一结构单元(1)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述第二弹簧元件(5)归属于所述第一结构单元(1)。

13.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述第二套筒(2.2)和所述第二衬套(2.3)归属于所述第二结构单元(2)。

14.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述支撑装置(3)具有第二环(3.2)，所述第二环具有圆锥面(3.22)，其中，所述滚动体(3.3)也以能在所述第二环(3.2)的圆锥面(3.12)上滚动的方式被支撑。

15.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述第二衬套(2.3)、尤其所述第二子衬套(2.32)具有内置的槽(2.321)和接片(2.322)。