DE3224386A1

DE3224386A1 - Handbetaetigter geber

Info

Publication number: DE3224386A1
Application number: DE3224386A
Authority: DE
Inventors: Werner Ing.(grad.) 7340 Geislingen Rapp
Original assignee: Starkstrom Apparatebau 7022 Leinfelden GmbH; STARKSTROM APPARATEBAU GmbH
Current assignee: Euchner GmbH and Co KG
Priority date: 1982-06-30
Filing date: 1982-06-30
Publication date: 1984-01-05
Also published as: DE3224386C2; US4539544A

Description

PA-E N TA N WA LT

Dr.-Ing. Wolff t

H. Bartels

Bnde.

Dr.-Ing. Held

Dipl.-Phys. Wolff ^N

ZUGELASSENE VERTRETER E EURCXÄISCHEN PATENTAMT

REPRESENTATIVES BEFORE I EUROPEAN PATENT OFFICE

MANDATAIRES PRES LOFHCI EUROPEEN DES BREVETS

Lange Str. 51, D-7000 Stuttgar

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Telegrammadresse:

tlx 07 22312 wolff stunqart

BiwwfreR·

28. Juni -1982 Reg.-Nr. 126 551 Ref.: 3320

STARKSTROM-APPARATEBAU GMBH, 7022 Leinfelden (Baden-Württ.)

Handbetätigter Geber

Die Erfindung betrifft einen handbetätigten Geber, insbesondere Winkel-Impulsgeber, mit einem mittels einer Handhabe in einer vorgegebenen Bahn bewegbaren Geberelement, einem dieses abtastenden Sensqr und einem, Ra.stmechanismus, der aus einem ersten Teil und einem· mit diesem, zusammenwirkenden und sich relativ zu ihm entsprechend einer Bewegung des Geberelementes bewegenden zweiten Toil besteht und mittels dessen das Geberelement in definierten Positionen kraftschlüssig feststellbar ist.

Bei bekannten Winkel-Impulsgebem dieser Art ist das Geber-

element eine drehbar gelagerte Scheibe, die längs ihres Randes mit Markierungexi versehen ist, aufgrund deren bei einer Drehbewegung der optisch arbeitende Sensor eine dem Drehwinkel proportionale Anzahl von Impulsen erzeugt. Zusätzlich zu dieser

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Bestätigung verbindlich J

Scheibe ist auf der sie tragenden Welle der eine Teil des mechanisch wirksamen Rastmechanismusses angeordnet, der beispielsweise mit Rastnuten versehen ist, in welche ein federnder Rastkörper dos anderen, ortsfest im Geber angeordneten Tu i. l;j einrastet. Ua in der Regel der Winkel zwischen y.viv i benachbarten Raststellungen <rehr gering ist, die Zahl der Positionen, in denen das Geberelement feststellbar sein muß, also sehr groß ist, sind diese Rastmechanismen verhältnismäßig aufwendig. Ein weiterer, wesentlicher Nachteil besteht darin, daß der Rastmechanismus verschleißbehaftet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Geber der eingangs genannten Art zu schaffender, ohne aufwendig- zu_ sein, verschleißfrei ist. Diese Aufgabe löst ein Geber mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Da der Rastmechanismus das Geberelement in jeder Rastposition ausschließlich mit magnetischen Kräften festhält, sind sich berührende und damit dem Verschleiß unterworfene Teile weder erforderlich noch vorhanden. Der Rastmechanismus weist deshalb keine dem Verschleiß unterworfenen Teile auf. Dennoch ist der Aufwand für den Rastmechanismus und damit auch für den Geber gering, weil die Führung des magnetischen Flusses durch die beiden Teile des Rastmechanismusses mit konstruktiv einfachen und kostengünstig herstellbaren Bauteilen möglich ist. Es bereitet mit dem erfindungsgemäßen Rastmechanismus keine Schwierigkeiten, eine sehr hohe Genauigkeit bei der Positionierung zu erreichen und die gewünschte Rastkraft zu erzielen, weil hierzu nur der Anstieg der magnetischen Rückstellkraft, die einer Bewegung" des Geberelementes aus einer Rastposition heraus entgegenwirkt, entsprechend groß gewählt zu werden braucht und diese Größe durch.die Geometrie der den magnetischen Fluß im Luftspalt bestimmenden Bereiche der beiden Komponenten des Rastmechanismusses sowie durch die von der Wahl des Permanentmagneten abhängige Flußdichte den Erfordernissen angepaßt werden kann.

5 Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen die das Magnetfeld im Luftspalt bestimmenden Bereiche der beiden Komponenten

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des Rastmechanisrausses in der Bewegungsr.ich.tung der den zweiten Teil bildenden Komponente im Abstand nebeneinanderliegende Nuten auf. Solche Nuten lassen sich kostengünstig auch in relativ geringen Abmessungen und mit geringen Abständen voneinander herstellen. Außerdem kann man hierbei Nuten vorsehen, wie sie auch für das Geberelement üblich sind. Eine Positionierung des GebereTementes erfolgt bei einer derartigen Ausbildung des Rastmechanismusses in allen denjenigen Positionen, in denen die zwischen zwei benachbarten Nuten vorhandenen Zähne der einen Komponente auf die Zähne der anderen Komponente ausgerichtet sind. Da der Anstieg der magnetischen Rückstellkraft bei einer bestimmten Flußdichte im. Luftspalt um so größer ist, je grö°or die Zahl der den magnetischen Fluß führenden Zähne ist/ er- -strecken sich vorzugsweise die die Konfiguration des Magnetfeldes im Luftspalt bestimmenden Bereiche über eine Mehrzahl von Nuten. Es läßt sich dann schon mit einer relativ geringen Flußdichte, also einem relativ schwachen Permanentmagneten, eine sehr präzise Verrastung des Geberelementes in den einzelnen Positionen erzielen. Aus fertigungstechnischen Gründen ' haben dabei vorzugsweise alle Nuten einerseits und alle Zähne andererseits die gleiche Breite, jeweils gemessen in der Bewegungsrichtung der den zweiten Teil des Rastmechanismus bildenden Komponente.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die den zweiten Teil bildende Komponente des Rastmechanismusses das Geberelement. Das Geberelement braucht hierzu nur insgesamt oder zumindest in seiner Randzone aus magnetisierbarem Material zu bestehen. Es können dann die längs eines Randes vorzusehenden Nuten und Zähne oder dergleichen sowohl für die Verrastung in den definierten Positionen als auch für die Erzeugung von Impulsen verwendet werden. Aber auch dann, wenn das Geberelement zusätzlich zu den für die Rastung erforderlichen Markierungen

einer
in/anderen Zone mittels des Sensors abtastbare Markierungen aufweist, bei denen es sich beispielsweise auch um eine Kodierung handeln kann, ist die Verwendung des Geberelementes auch als Komponente des Rastmechanismusses sehr vorteilhaft. Hierdurch wird die Zahl der Einzelteile des Gebers noch weiter \

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vermindert. Ferner läßt sich die axiale Baulänge des Gebers ^^_ J

und damit dessen Raumbedarf verringern. Ferner ist von Vorteil, daß keine Justierung der zweiten Komponente des Rastmechanismusses bezüglich des Geberelementes notwendig ist.

Da bei der Bewegung d^s Geberelementes von einer definierten Position in eine andere der magnetische Fluß des Rastmechanismusses durch die sich ändernde effektive Luftspaltgröße verändert, kann man zur Impulserzeugung aiach einen magnetfeldabhängigen Sensor vorsehen, welcher auf den magnetischen Fluß des Rastmechanismusses anspricht und bei jeder Bewegung von einer bestimmten Position in die nächste bestimmte Position ein Signal erzeugt, das einen Impuls bildet oder aus dem ein Impuls gewonnen werden kann. Der Sensor und der Rastmechanismus sind hierbei zu einer Baueinheit vereinigt, was beispielsweise eine Reduzierung der Baugröße des Gebers ermöglichen kann. ·

Handelt es sich bei dem Geber um einen Winkel-Impulsgeber, dann ist vorzugsweise das Geberelement eine drehbar gelagerte Scheibe aus einem magnetisierbaren Werkstoff, deren Randzone ebenso wie der sie übergreifende Teil der beiden Polschuhe der ortsfest im Geber anzuordnenden ersten Komponente des Rastmechanismusses radial bezüglich der Scheibe verlaufende Nuten und Zähne gleicher Größe und gleicher Winkelversetzung aufweist. Diese Nuten und Zähne können dann zusammen mit dem Sensor, bei dem es sich um einen optischen oder magnetischen Sensor handeln kann, die Impulse erzeugen.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt des Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig.

Ein von Hand betätigbarer Winkel-Impulsgeber weist, wie Fig. zeigt, eine Frontplatte 1 auf, die mit einer zentralen öffnung 2 für den Durchtritt einer Welle 3 versehen ist. Letztere ist in zwei in axialem Abstand voneinander angeordneten Wälzlagern 4 drehbar gelagert, welche in einen an der Rückseite der Frontplatte 1 anliegenden und mit dieser mittels Schrauben 5 ver-

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bundeno'-· '^agerkorper 6 eingesetzt und in diesem festgelegt sind.

Der über lie Vorderseite der Frontplatte 1 überstehende Endabschnitt der Welle 3 trägt ein Handrad 7 mit einer exzentrisch angeordneten Kurbel 8. An der der Frontplatte 1 zugekehrten Rückseite des Handrades 7, das drehfest und axial unverschiebbar mit der Welle 3 verbunden ist, liegt gleichachsig zur Welle 3 ein ringscheibenförmiger Skalenträger 9 an,welcher mittels Schrauben 10 fest mit dem Handrad 7 verbunden ist. Die über das Handrad 7 überstehende Randzone des Skalenträgers 9 ist zur Frontplatte 11 hin abgewinkelt, und zwar so weit, o.uß der äußere Rand nur einen geringen Abstand von der Frontpia.-. 1 hat. Ein sich an den äußeren Rand anschließender Ringbereich des Skalenträgers 9 ist mit einer Winkelskala versehen, welcher auf der Frontplatte 1 eine oder mehrere Markierungen zugeordnet ist. Selbstverständlich wäre es aber auch möglich, die Winkelskala auf der Frontplatte 1 und die zugeordnete Markierung auf dem Skalenträger 9 vorzusehen. ' ,

Mit dem über die Rückseite des Verbindungskörpers 6 überstehenden Ende der Welle 3 ist eine aus magnetisierbarem Blech bestehende Scheibe 11 gleichachsig fest verbunden. Im Ausführungsbeispiel ist für diese Verbindung eine Schraube 12 vorgesehen, -die eine zentrale Bohrung der Scheibe 11 durchdringt, in eine zentrale Längsgewindebohrung der Welle 3 eingreift und die Scheibe 11 gegen die Stirnseite der Welle 3 preßt. Wie Fig. 2 zeigt, ist die Scheibe 3 längs ihres gesamten ümfanges mit radial verlaufenden Nuten 13 versehen, die alle eine gleiche Größe und im Ausfü« ■nangsbeispiel zueinander parallele Flanken haben. Ferner ist der Abstand zwischen zwei benachbarten Nuten überall gleich groß. Im Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel von der Mitte einer Nut bis zur Mitte der benachbarten Nut 3°.

Ein als Ganzes r~ - 14 bezeichneter, in an sich bekannter Weise ausgebildeter optischer Sensor tastet mittels Lichtstrahlen die aus den Nuten 13 und die zwischen diesen gebildeten Zähnen 15, die ebenfalls alle die gleiche Größe und die gleiche Winkelversetzung haben, bestehende Randzone der Scheibe 11 ab, so daß bei,

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einer Drehbewegung der Scheibe die gewünschten Impulse erzejc-^ werden, aus denen sich sowohl die Drehrichtung als auch der4, Drehwinkel ermitteln läßt. ';f\

In Umfangsrichtung gegenüber dem Sensor 14 versetzt, und ζ im Ausführungsbeispiel um 180°, ist eine als Ganzes mit 16 ' ^r\a bezeichnete erste Komponente eines magnetischen Rastmechanismusses angeordnet, welche mittels Schrauben 17 fest mit dem /' Trägerkörper 6 verbunden ist. Die zweite, mit der ersten Komponente 16 zusammenwirkende Komponente dieses Rastmechanismusses wird durch die Scheibe 11 gebildet.

Die erste Komponente 16 des magnetischen Rastmechanismusses weist einen quaderförmigen Permanentmagneten 18 auf, der fest ' mit einem an ihm seitlich und hinten anliegenden Haltekörper -' verbunden ist. Dieser Permanentmagnet 18 ist so magnetisiert/ daß der Feldlinieneintritt und -austritt an den beiden paral.T zur Frontplatte 1 und der Scheibe 3 liegenden Flächen erfolgt,. An diesen beiden Flächen liegt je ein Polschuh 20 bzw. 21 an„_% welche, spiegelbildlich gleich ausgebildet sind. Sie haben, % wie Fig. 1 zeigt, die Grundrißform eines Kreis sektorabschniti;^ und sind so angeordnet, daß die beiden seitlichen Begrenzung?*;! linien sich in der Längsachse der Welle 3 schneiden. Die inne|^j konzentrisch zur Welle 3 verlaufende Begrenzungslinie deckt &·> zumindest annähernd mit derjenigen Kreislinie, auf der der Nu^ grund der Nuten 13 liegt. Der. äußere, ebenfalls konzentrisch .^

zur Längsachse der Welle 3 verlaufende Rand hat einen so gros~5| sen Abstand vom Zentrum der Welle 3, daß der Permanentmagnet v*v 18, der im Abstand vom äußeren Rand der Scheibe 11 liegt, radi^ nach außen nicht über die Polschuhe 20 und 21 übersteht, über '\ diesen Rand steht im Ausführungsbeispiel nur der aus einem -*k Kunststoff bestehende Haltekörper 19 über, der sich nahezu bis^:'_? an eine rohrförmige Gehäusewand 22 erstreckt, die vom Träger- ^ körper 6 zentriert und mit diesem verbunden ist sowie im Aus- ..^ν."·χ führungsbeispiel als Träger für den Sensor 14 dient. '-%·;·

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J:

Wie Fig. 1 zeigt, haben die beiden Polschuhe 20 und 21,die symmetrisch bezüglich der durch die Scheibe 11 definierten Ebene angeordnet sind und den mit den Nuten 13 versehenen Randbereich der Scheibe 11 übergreifen, an diesem Randbereich eine gegen die Scheibe 11 hin vorspringende Werkstoffpartie, durch welche der Luftspalt 23 zwischen jedem der beiden Polschuhe 20 und 21 "und der Scheibe 11 auf den gewünschten Wert von beispielsweise wenige Zehntel Millimeter festgelegt wird. Jede vorspringende Werkstoffpartie, deren der Scheibe 11 zugekehrte Fläche parallel zur Scheibe 11 liegt, hat eine in radialer Richtung der Scheibe 11 gemessene Breite, welche etwa der Tiefe der Nuten 11 entspricht. Die der Welle 3 zugekehrte Begrenzungsfläche fluchtet mit der entsprechenden Begrenzungsfläche des zugehörigen Polschuhs,und die der Welle 3 abgekehrte Begrenzungsfläche dieser vorspringenden Materialpartien fluchtet zumindest annähernd mit dem äußeren Rand der Scheibe 11. !

Wie insbesondere Fig. 2 zeigt, erstreckt sich der auf die Nuten 13 der Scheibe 11 ausgerichtete Bereich beider Polschuhe 20 und 21, der die vorspringende Werkstoffpartie aufweist und die Form eines Abschnittes eines Kreisringes hat, in ümfangsrichtung der Scheibe 11 über einen Bereich von mehreren Nuten 13. Im Ausführungsbeispiel sind es elf Nuten. Ferner zeigt Fig. 2, daß dieser Bereich beider Polschuhe 20 und 21 ebenfalls mit Nuten 24 versehen ist, die sich in radialer Richtung vom inneren Rand des Polschuhes gegen seinen äußeren hin erstrecken und eine Tiefe haben, die im Ausführungsbeispiel etwa doppelt so groß ist wie die Tiefe der Nuten 13. Ihre Breite sowie die Winkelversetzung zwischen zwei benachbarten Nuten sind jedoch genauso groß wie bei den Nuten 13. Die Scheibe 11 läßt sich daher in Winkelpositionen einstellen, in denen sich die Nuten 24 mit den Nuten 13 und die Zähne 15 mit den zwischen den Nuten 24 liegenden Zähnen 25 decken. In jeder der Positionen, in denen die Nuten 13 der Scheibe 11. auf die Nuten 24 der beiden Polschuhe 20 und 21 ausgerichtet sind, geht der vom Permanentmagnet 18 erzeugte magnetische Fluß £iuf dem kürzesten ; Weg von den Zähnen 25 des Polschuhos 20 über den Luftspalt 23 ; auf die Zähne 15 der Scheibe 11 und dann über den aweiten Luft-

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spalt 23 auf die Zähne 25 des Polschuhs 21 über. Da in dieser Position die effektive Luftspaltgröße ein Minimum hat, wird die Scheibe 12 in dieser Winkelposition vom Magnetfeld festgehalten. Eine Drehung der Scheibe 11 in der einen oder anderen Richtung führt zn einer Vergrößerung der effektiven Luftspaltgröße bis zu einem Maximalwert, der erreicht ist, wenn die Zähne 15 der Scheibe 11 auf die Nuten 24 der beiden Polschuhe 20 und 21 ausgerichtet sind. Bei einer weiteren, gleichsinnigen Drehung der Scheibe 11 nimmt die effektive Luftspaltgröße wieder bis zu ihrem Minimalwert ab, der erreicht ist, wenn die Scheibe 11 um eine Nutteilung gegenüber den Polschuhen 2o und 21 gedreht worden ist. Dadurch, daß der magnetische Fluß über eine Mehrzahl von Zähnen 15 und 25 geleitet wird, ist der Anstieg der magnetischen Rückstellkraft bei der Ve'rdrehung der Scheibe 11 aus einer Position heraus, in der die Zähne aufeinander ausgerichtet sind, so steil, daß auch bei einer relativ geringen Flußdichte im Luftspalt 13 eine exakte, kraftschlüssige Arretierung der Scheibe 11 in den definierten Positionen erfolgt.

-9/Ansprüche-

Leer seite

Claims

Paten t.ansp r ü c h e

1. τ- rclbctätigter Geber, insbesondere Winke· 1 -Impulsgeber,

mit eine... mittels einer Handhabe in einer vorgegebenen B.ihn bewegbarer». Gejcerelement, einem dieses abtastenden Sensor und einem Rastmechanismus, der a,us einem ersten Teil und einem miu diesem zusammenwirkenden und sich relativ zu diesem entsprechend einer Bewegung des Geberelementes bewegenden zweiton Teil besteht und mittels dessen das Geberelement in definierten Positionen kraftschlüssig feststellbar ist, dadurch jc kennzeichnet, daß die beiden Teile des Rastmechanisinusses berührungslos über wenigstens einen Luftspalt (23) zusammenwirkende Komponenten (16,11) eines Magnetsystems sind, deren dit Konfiguration des Magnetfeldes im Luftspalt (23) bestimmenden Bereiche eine Gestaltung aufweisen, die in denjenigen Positionen der beiden Komponenten, die den definierten Positionen des Geberelementes (13) entsprechen, eine kleinere effektive Luftspaltgröße ergibt als in den anderen Positionen.

2. Geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das Magnetfeld im Luftspalt (23) bestimmenden Bereiche der beiden Komponenten (16,11) in der Bewegungsrichtung der den zweiten Teil bildenden Komponente (11) im Abstand nebeneinander liegende Nuten (13,24) aufweise.

3. Geber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich

die die Konfiguration des Magn^t^ -Ides in Luftspalte (23) besieh - - -■-

stimmenden Bereiche/über ei.ia Mehrzahl von Nuten (13,24) erstrecken.

4. Geber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Bereiche über wenigstens zehn Nuten (13,24) erstrecken.

5. Geber nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß . -e Nuten (13,24) die gleiche Breite und die tischen je zwei benachbarten Nuten (13,24) gebildeten Zähne (15,25) ebenfalls die gleiche Breite, jeweils gemessen in der Bewegungsrichtung der den zweiten Teil bildenden Komponente (1 ! ) hab-Mi. ■ - - 1

6. Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den zweiten Teil bildende Komponente das Geberelement (11) ist.

7. Geber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Konfiguration des Magnetic ds im Luftspalt (23) mitbestimmenden Nuten (13) und Zähne (15) des Geberelementes (11) dessen vom Sensor (14) abtastbare Markierungen sind.

8. Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein magnetfeldabhängiger Signalgeber ist, der im magnetischen Kreis des Magnetsystems, vorzugsweise in dem vom ersten Teil (16) gebildeten Abschnitt;liegt.

9. Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die den ersten Teil des Magnetsystems bildende Komponente (16) wenigstens einen Permanentmagnet (18) mit zwei Polschuhen (20,21) aufweist, die zwischen sich einen Luftspalt (23) bilden, in dem sich ein Abschnitt der Randzone der den zweiten Teil des Magnetsystems bildenden Komponente (11) befindet.

10. Geber nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die den zweiten Teil des Magnetsystems bildende Komponente eine drehbar gelagerte Scheibe (11) aus einem magnetisierbaren Werkstoff ist, deren Randzone ebenso wie der sie übergreifende Teil der beiden Polschuhe (20,21) die radial bezüglich der Drehachse der Scheibe (11) verlaufenden Nuten (13,24) und Zähne (15,25) gleicher Größe und gleicher Winkelversetzung aufweist.