DE4129232A1 - Drehwinkelsensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehwinkelsensor für die Messung des Drehwinkels einer Welle gegenüber einem feststehenden Teil, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Der Drehwinkelsensor weist ein erstes Potentiometer auf, dessen Auswertbereich 360° beträgt. Außerdem ist ein zweites Potentiometer vorhanden, dem zur Auswertung mehrerer Umdrehungen der Welle ein Planetengetriebe als Untersetzungsgetriebe vorgeschaltet ist. Das zweite Potentiometer enthält einen Schleiferträger, der relativ zu einer Widerstandsplatte um einen Winkel verdrehbar ist, der kleiner ist als 360°.

Ein derartiger Drehwinkelsensor ist Gegenstand der älteren deutschen Patentanmeldung P 41 25 884.3. Der Meßbereich eines solchen Drehwinkelsensors geht über eine bestimmte Anzahl von Umdrehungen der Welle. Die Größe des Meßbereiches ist abhängig von der Übersetzung des Planetengetriebes und von der Länge der Widerstandsbahn des zweiten Potentiometers. Um eindeutige Meßwerte zu erhalten, müssen die Stellungen der beiden Potentiometer zueinander und in bezug auf das zu messende Gerät genau zugeordnet sein. Bei einer willkürlichen Zuordnung würde der Drehwinkelsensor falsche Werte anzeigen. Dabei könnte sowohl der Drehwinkelsensor als auch das zu messende Gerät zerstört werden. Eine Zuordnung der Stellungen der beiden Potentiometer erfolgt zweckmäßigerweise in einer Neutralstellung, die der Mittenstellung des zweiten Potentiometers entspricht. Diese Mitteneinstellung kann nur durch eine elektrische Messung kontrolliert werden. Um eine genaue Mittenstellung zu gewährleisten, muß diese Messung unmittelbar vor dem Einbau in das zu messende Gerät erfolgen. Eine solche elektrische Messung während der Montage ist umständlich, hinderlich und fehleranfällig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten Drehwinkelsensor derart zu verbessern, daß eine elektrische Messung zur Mitteneinstellung während der Montage überflüssig ist. Die bei der Herstellung des Drehwinkelsensors eingestellte Mittenstellung soll bis zum Einbau in ein zu messendes Gerät beibehalten werden.

Diese Aufgabe wird durch den in Anspruch 1 gekennzeichneten Drehwinkelsensor gelöst. Die Lösung erfolgt vor allem dadurch, daß die beiden relativ zueinander beweglichen Teile des zweiten Potentiometers in der Mittenstellung blockiert werden. Die Sperrung der Relativbewegung erfolgt nur in ausgebautem Zustand des Drehwinkelsensors und wird dann aufgehoben, wenn der Drehwinkelsensor in das zu messende Gerät eingeführt wird. Dadurch wird gewährleistet, daß eine einmal eingestellte Mittenstellung bis zur Montage erhalten bleibt.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Einrichtung zum Sperren der Relativbewegung der beiden Teile weist ein federndes Teil in der Form eines Sicherungshakens mit einer Nase auf, die in der Sperrstellung in eine Sperrnut des Schleiferträgers eingreift und die in entsperrter Stellung in einer teilringförmigen Ausnehmung des Schleiferträgers liegt. Der Sicherungshakens ist dabei drehfest mit der Widerstandsplatte verbunden. So lange der Sicherungshaken mit seiner Nase in die Sperrnut eingreift, ist eine Relativbewegung der beiden Teile des zweiten Potentiometers nicht möglich. Die teilringförmige Ausnehmung erstreckt sich über einen Winkelbereich, der etwas größer ist als der Winkelbereich einer auf der Widerstandsplatte angeordneten Widerstandsbahn. In der entsperrten Stellung kann sich der Schleiferträger gegenüber der Widerstandsplatte innerhalb dieses Winkelbereiches verdrehen, soweit bis zwei Anschläge der Ausnehmung an die Nase des Sicherheitshakens anstoßen.

In der Sperrstellung ragt der Sicherheitshaken teilweise über die Außenumfangsfläche des ausgebauten Drehwinkelsensors vor. Dadurch ist eine optische Kontrolle dafür gegeben, ob sich der Drehwinkelsensor tatsächlich in seiner neutralen Mittenstellung befindet oder aber durch unsachgemäße Handhabung eine unzulässige Verdrehung erfolgt ist.

Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombinationen der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Drehwinkelsensor;

Fig. 2 eine Teilansicht auf die Außenumfangsfläche des Drehwinkelsensors im Bereich des Sicherungshakens in Richtung des Pfeiles II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 4 den Ausschnitt der Fig. 3, jedoch bei in einem zu messenden Gerät eingebautem Drehwinkelsensor;

Fig. 5 eine Ansicht auf den Schleiferträger in Richtung des Pfeiles V in Fig. 1, in verkleinertem Maßstab.

Folgende Teile des erfindungsgemäßen Drehwinkelsensors sind koaxial hintereinander angeordnet: Ein erstes Potentiometer 1, ein zweites Potentiometer 2 und ein Planetengetriebe 3. Zur Befestigung des Drehwinkelsensors an einem Gehäuse 4 eines zu messenden Gerätes dient ein Deckel 5. Eine Welle 6 durchsetzt die einzelnen Bauteile und endet vor dem Deckel 5. Eine Hülse 7 umgreift die Welle 6 und ist mit dieser drehfest verbunden.

Das erste Potentiometer 1 enthält eine Potentiometerscheibe 8, die drehfest mit der Hülse 7 und damit mit der Welle 6 verbunden ist. Die Potentiometerscheibe 8 trägt die beweglichen Potentiometerschleifer, die mit wenigstens einer kreisringförmigen Widerstandsbahn zusammenwirken, die auf einer feststehenden Widerstandsplatte 10 angeordnet ist.

Das zweite Potentiometer 2 ist ähnlich aufgebaut wie das erste Potentiometer 1 und enthält einen Schleiferträger 11, der in dem Deckel 5 drehbar geführt ist. Der Verdrehwinkel des zweiten Potentiometers 2 beträgt weniger als 360°. Die Einrichtung zur Begrenzung des Verdrehwinkels wird weiter unten beschrieben.

Der Schleiferträger 11 trägt eine Hohlrad-Verzahnung 12, die ein Element des Planetengetriebes 3 darstellt. Zu dem Planetengetriebe 3 gehört außerdem ein Stufenplanet 13, der in einem radial angeordneten Steg 14 gelagert ist. Der Steg 14 ist fest mit der Hülse 7 und damit drehfest mit der Welle 6 verbunden. Das eine, kleinere Rad 15 des Stufenplaneten 13 kämmt mit der Verzahnung 12 des Schleiferträgers 11. Das andere, größere Rad 16 des Stufenplaneten 13 kämmt mit einem Hohlrad 17, das mit dem feststehenden Deckel 5 verbunden ist.

An einem zylindrischen Fortsatz 18 des Deckels 5 ist ein federnder Sicherungshaken 20 ausgebildet, der eine in das Innere des Deckels 5 hineinragende, gebogene Nase 21 aufweist. Da sowohl der Deckel 5 als auch die Widerstandsplatte 10 feststehend sind, ist der Sicherungshaken 20 drehfest mit der Widerstandsplatte 10 verbunden.

In seiner Neutralstellung ragt der Sicherungshaken 20 teilweise nach außen über die Außenumfangsfläche 22. In dieser Neutralstellung des Sicherungshakens 20 greift seine Nase in eine Sperrnut 23 des Schleiferträgers 11 ein und verhindert damit eine Relativbewegung zwischen dem Schleiferträger 11 und der Widerstandsplatte 10. Der Sicherungshaken 20 nimmt seine in Fig. 1 und 3 dargestellte Neutralstellung in ausgebautem Zustand des Drehwinkelsensors ein.

Wird der Drehwinkelsensor in das Gehäuse 4 eines zu messenden Gerätes eingeführt, so wird der Sicherungshaken 20 radial nach innen bewegt und nimmt dabei seine in Fig. 4 dargestellte Stellung ein. In dieser Stellung, in der die Drehbewegung des Schleiferträgers 11 freigegeben ist, ragt die Nase 21 des Sicherungshakens 20 in eine teilringförmige Ausnehmung 24 des Schleiferträgers 11 hinein. Die Ausnehmung 24 wird begrenzt durch zwei Anschläge 25 und 26, die mit der Nase 21 zusammenwirken. Dadurch wird die Verdrehung des Schleiferträgers 11 auf einen Winkelbereich begrenzt, der etwas kleiner ist als der Winkelbereich einer auf der Widerstandsplatte 10 angeordneten, nicht dargestellten Widerstandsbahn.

Die einzige Stellung des Drehwinkelsensors, in der der Sicherungshaken 20 radial nach außen in die in Fig. 3 dargestellte Stellung federn kann, ist die Mittenstellung des Drehwinkelsensors. Wie aus Fig. 3 deutlich wird, kann diese Stellung sehr leicht von außen optisch erkannt werden. In allen übrigen Stellungen, wenn beispielsweise durch ein unsachgemäßes Eindrücken des Sicherungshakens 20 die Nase 21 im Inneren der teilringförmigen Ausnehmung 24 liegt, ragt der Sicherungshaken 20 nicht über die Außenumfangsfläche 22 des zylindrischen Fortsatzes 18 vor.

Bezugszeichen

 1 erstes Potentiometer
 2 zweites Potentiometer
 3 Planetengetriebe
 4 Gehäuse
 5 Deckel
 6 Welle
 7 Hülse
 8 Potentiometerscheibe
 9 -
10 Widerstandsplatte
11 Schleiferträger
12 Hohlrad-Verzahnung
13 Stufenplanet
14 Steg
15 Rad
16 Rad
17 Hohlrad
18 zylindrischer Fortsatz
19 -
20 Sicherungshaken
21 Nase
22 Außenumfangsfläche
23 Sperrnut
24 Ausnehmung
25 Anschlag
26 Anschlag

Claims (6)

1. Drehwinkelsensor für die Messung des Lenkwinkels einer Welle (6) gegenüber einem feststehenden Teil

• - mit einem ersten Potentiometer (1), dessen Auswertbereich 360° beträgt und
• - mit einem zweiten Potentiometer (2), dem zur Auswertung mehrerer Umdrehungen der Welle (6) ein Planetengetriebe (3) als Untersetzungsgetriebe vorgeschaltet ist,
• - wobei das zweite Potentiometer (2) einen relativ zu einer Widerstandsplatte (10) um einen Winkel, der kleiner ist als 360°, verdrehbaren Schleiferträger (11) enthält, dadurch gekennzeichnet,
• - daß eine Einrichtung vorhanden ist zum zeitweiligen Sperren der Relativbewegung des Schleiferträgers (11) gegenüber der Widerstandsplatte (10) in einer Neutralstellung,
• - wobei die Sperrung der Relativbewegung nur in ausgebautem Zustand des Drehwinkelsensors erfolgt und dann, wenn der Drehwinkelsensor in ein zu messendes Gerät eingeführt wird, die Sperrung aufgehoben wird.

2. Drehwinkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung ein federndes Teil aufweist.

3. Drehwinkelsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Teil ein Sicherungshaken (20) ist mit einer Nase (21), die in der Sperrstellung in eine Sperrnut (23) des Schleiferträgers (11) eingreift und die in der entsperrten Stellung in eine teilringförmige Ausnehmung (24) des Schleiferträgers (11) hineinragt, wobei das der Nase (21) entgegengesetzte Ende des Sicherungshakens (20) drehfest mit der Widerstandsplatte (10) verbunden ist.

4. Drehwinkelsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet

• - daß die teilringförmige Ausnehmung (24) sich über einen Winkelbereich erstreckt, der wenig größer ist als der Winkelbereich einer auf der Widerstandsplatte (10) angeordneten Widerstandsbahn und
• - daß an den beiden Enden der Ausnehmung (24) Anschläge (25, 26) angeordnet sind, die mit der Nase (21) des Sicherungshakens (20) zusammenwirken, so daß der Verdrehwinkelbereich des Schleiferträgers (11) etwas kleiner ist als der Winkelbereich der Widerstandsbahn.

5. Drehwinkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Sperreinrichtung in ausgebautem Zustand des Drehwinkelsensors von außen sichtbar ist.

6. Drehwinkelsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungshaken (20) teilweise über die Außenumfangsfläche (22) des ausgebauten Drehwinkelsensors vorragt.