DE60111719T2

DE60111719T2 - Winkelkodierer mit einem Kodierteil, das sich exakt auf einem Kreis mit der sich drehenden Welle bewegt

Info

Publication number: DE60111719T2
Application number: DE60111719T
Authority: DE
Inventors: Hideki Otsuka-cho Uchiyama; Toshio Otsuka-cho Ogawa; Hirofumi Otsuka-cho Okumura
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2021-12-28
Also published as: US20020089300A1; EP1245474A2; US6603305B2; EP1245474A3; JP3688199B2; EP1245474B1; DE60111719D1; JP2002202151A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Drehcodierer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Dieser kann insbesondere zum Erfassen eines Drehwinkels einer Lenkung in einem Servolenksystem und dergleichen eines Fahrzeugs verwendet werden. Ein Drehcodierer dieses Typs ist aus der US-A-5,491,632 bekannt.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Ein weiterer herkömmlicher Drehcodierer R1 wird unter Bezugnahme auf die 9 bis 11 der Zeichnungen beschrieben. 9 zeigt eine Schnittdarstellung der wesentlichen Teile des herkömmlichen Drehverbinders, 10 zeigt eine Draufsicht auf eine Schnellschlussmutter von diesem, und 11 zeigt eine vergrößerte Schnittdarstellung von wesentlichen Teilen des herkömmlichen Drehcodierers.
Unter Bezugnahme auf die 9 bis 11 wird nun die Konstruktion des herkömmlichen Drehcodierers beschrieben. An einem Hauptkörper 100, an dem der Drehcodierer R1 anzubringen ist, ist ein Zylinder 102 derart ausgebildet, dass der Zylinder 102 von einem Teil einer Wand 101 in einer vertieften zylindrischen Formgebung weg steht. In dem Zylinder 102 ist ein Lager 103 angeordnet, das aus einem Kugellager mit einer Mehrzahl von Kugeln gebildet ist.
Im Zentrum einer Seitenwand des Zylinders 102 ist ein Durchgangsloch 104 mit kreisförmiger Formgebung ausgebildet.
Der Drehcodierer R1 beinhaltet ein Gehäuse 110, das aus einem Doppelstapel-Rohrbereich gebildet ist, eine Welle 120, eine Codeplatte 130 als Codeelement, das sich zusammen mit der Welle 120 dreht, ein Hallelement 113, das der Codeplatte 130 gegenüber angeordnet ist, sowie eine Schnellschlussmutter 140 zum Halten der Codeplatte 130 in einer derartigen Weise, dass diese nicht von der Welle 120 herab fällt.
Das Gehäuse 110 ist derart ausgebildet, dass es im Querschnitt allgemein T-förmig ausgebildet ist, und eine Öffnung 111 ist in seiner Seitenwand (in 9 an der Oberseite) gebildet. An einer Öffnungsseite ist der Zylinder durch geeignete Mittel, wie z. B. Löten, fest an dem Hauptkörper 100 angebracht. Eine gedruckte Schaltungsplatte 112 in Form einer rechteckigen Platte ist an der Öffnung 111 in nach außen ragender Weise angebracht. An der gedruckten Schaltungsplatte 112 ist das Hallelement 113 angebracht, während dieses mit einer Erfassungsschaltung (nicht gezeigt) oder dergleichen verbunden ist, und das Hallelement 113 ist an der Öffnung 111 angeordnet.
Die Welle 120 beinhaltet einen ersten Wellenbereich 121 mit größerem Durchmesser sowie einen zweiten Wellenbereich 122 mit kleinerem Durchmesser, der derart ausgebildet ist, dass er von einem Ende des ersten Wellenbereichs 121 weg ragt. Der erste Wellenbereich 121 ist durch ein Durchgangsloch 104 des Zylinders 102 hindurch von dem Lager 103 drehbar gehalten, und der zweite Wellenbereich 122 befindet sich im Inneren des Gehäuses 110 und ragt von dem Zylinder 102 weg.
Die Codeplatte 130 ist durch einen Permanentmagneten in Scheibenform gebildet, und ein Durchgangsloch 131 ist im Zentrum der Codeplatte ausgebildet. Der zweite Wellenbereich 122 ist lose in das Durchgangsloch 131 der Codeplatte 130 gepasst, und die eine Seite der Codeplatte 130 befindet sich in Berührung mit einer Endfläche des ersten Wellenbereichs 121 in Form einer Stufe, die eine Grenze zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenbereich 121 und 122 bildet.
Eine Schnellschlussmutter 140 ist aus einer scheibenförmigen Metallplatte gebildet, und wie in 10 gezeigt ist, weist sie einen Basiskörper 141 in Form einer Scheibe sowie drei Zungen 143 auf, die von dem Zentrum des Basiskörpers 141 weg ragend ausgebildet sind, indem Kerben 142 auf beiden Seiten der Zungen ausgebildet sind, und ferner weist sie ein scheibenförmiges Durchgangsloch 144 im Zentrum des Basiskörpers 141 auf. Die Schnellschlussmutter 140 mit dieser Konstruktion ist fest auf den zweiten Wellenbereich 122 gepasst und gegen die andere Oberfläche der Codeplatte 130 gedrückt, um ein Herausfallen der Welle 120 aus der Codeplatte 130 zu verhindern. Genauer gesagt ist der zweite Wellenbereich 121 in das Durchgangsloch 144 eingeführt, und der Basiskörper 141 ist gegen den ersten Wellenbereich 121 gedrückt, und die Codeplatte 130 ist zwischen der Schnellschlussmutter 140 und dem ersten Wellenbereich 121 angeordnet. Jede der drei Zungen 143 ist in einer entgegengesetzten Richtung zu der Drückrichtung (nach links in 9) gebogen, um fest auf den zweiten Wellenbereich 102 gepasst zu werden. Durch festes Aufpassen der Zungen 143 kann die Schnellschlussmutter 140 nicht in Richtung einer Axiallinie bewegt werden, und auf diese Weise ist ein Herabfallen der Codeplatte 130 verhindert, und die Schnellschlussmutter 140 und die Codeplatte 130 drehen sich zusammen mit der Welle 120.
Da der zweite Wellenbereich 122 lose in das Durchgangsloch 131 der Codeplatte 130 gepasst ist, wie dies in 11 dargestellt ist, sind das Zentrum C1 des Durchgangslochs 131 und das Zentrum C2 des zweiten Wellenbereichs 122 in einer zu der Axiallinienrichtung orthogonalen Richtung versetzt, so dass Positionen des zweiten Wellenbereichs 122 und der Codeplatte 130 durch die Schnellschlussmutter 140 bestimmt werden.
Im Folgenden wird eine Arbeitsweise des herkömmlichen Drehcodierers R1 beschrieben. Wenn sich die Welle 120 über eine Lenkwelle (nicht gezeigt) dreht, dreht sich die Codeplatte 130 zusammen mit dieser. Das Hallelement 113 erfasst eine Änderung des Magnetpols, so dass eine auf der gedruckten Schaltungsplatte 112 ausgebildete Magnetismus-Erfassungsschaltung (nicht gezeigt) einen Erfassungsimpuls erfasst, der der Drehung der Codeplatte 130 entspricht. Wenn sich die Welle 120 dreht, während das Zentrum C1 des Durch gangslochs 131 und das Zentrum C2 des Wellenbereichs 122 voneinander versetzt sind, dreht sich die Codeplatte 130 entlang einer ellipsenförmigen Kontur, so dass keine exakte Impulserfassung erzielt werden kann. Ferner wird ein erfasster Wert für jeden Drehcodierer R1 verschieden, und aus diesem Grund besteht ein Problem dahingehend, dass sich der Drehwinkel nicht exakt messen lässt.
Bei dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen Drehcodierer R1 ist die Schnellschlussmutter 140 auf den zweiten Wellenbereich 122 gepasst, wobei sie an einem Ende der Codeplatte 130 positioniert ist, d. h. sie befindet sich einfach in Berührung mit dem Ende der Codeplatte 130. Aus diesem Grund besteht eine Möglichkeit, dass Positionen der Schnellschlussmutter 140 und der Codeplatte 130 relativ zueinander verlagert werden können. Wenn eine solche Verlagerung zwischen der Schnellschlussmutter 140 und der Codeplatte 130 auftritt, sind die zentralen Positionen C1 und C2 der Schnellschlussmutter 140 bzw. der Codeplatte 130 nicht festgelegt, und somit dreht sich bei Rotation der Welle 120 die Codeplatte 130 entlang einer ellipsenförmigen Kontur, so dass sich ihr Leistungsvermögen verschlechtert. Zum Verhindern einer derartigen Verlagerung kann die Genauigkeit des Durchgangslochs 131 der Codeplatte 130 sowie des zweiten Wellenbereichs 122 von Hand korrigiert werden, jedoch würde dies zu den Problemen einer reduzierten Massenherstellbarkeit sowie gesteigerten Kosten führen. Wenn die Genauigkeit der Größe von beiden Teilen verbessert wird, führt dies wiederum zu einer Erhöhung der Kosten.
Aus TOCHTERMANN/BODENSTEIN: „Konstruktionselemente des Maschinenbaus" 1968, Springer, Berlin-Heidelberg-New York XP002214113 1 ist ein wellenförmiges Federelement bekannt, das ein zylindrisches Rohrelement bildet, das zwischen einem Gehäuse und einem Wellenelement eingesetzt werden soll.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Drehcodierers, dessen Codeelement sich bei Rotation einer Welle entlang eines exakten Kreises bewegt.
Zur Lösung der vorstehend geschilderten Aufgabe weist ein Drehcodierer gemäß der vorliegenden Erfindung die Merkmale des Anspruchs 1 auf.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine Bodenansicht eines Drehcodierers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei eine Welle, eine untere Abdeckung oder dergleichen von diesem entfernt sind;
2 eine Schnittdarstellung entlang der Linie 2-2 der 1;
3 eine Schnittdarstellung entlang der Linie 3-3 der 1;
4 eine Draufsicht auf ein Federelement eines Drehcodierers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 eine Bodenansicht eines Federelements eines Drehcodierers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6 eine Schnittdarstellung von wesentlichen Teilen zur Erläuterung eines Federelements eines Drehcodierers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das für einen Rotor vorgesehen ist;
7 eine vergrößerte Schnittdarstellung von wesentlichen Teilen zur Erläuterung eines Federelements eines Drehcodierers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8 eine vergrößerte Schnittdarstellung von wesentlichen Teilen zur Erläuterung eines Federelements eines Drehcodierers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
9 eine Schnittdarstellung von wesentlichen Teilen eines herkömmlichen Drehcodierers;
10 eine Draufsicht auf eine Schnellschlussmutter eines herkömmlichen Drehcodierers; und
11 eine vergrößerte Schnittdarstellung von wesentlichen Teilen eines herkömmlichen Drehcodierers.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Ein Drehcodierer gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt eine Bodenansicht eines Drehcodierers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei eine Welle, eine untere Abdeckung und dergleichen von diesem entfernt sind, 2 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Linie 2-2 der 1, 3 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Linie 3-3 der 1, 4 zeigt eine Draufsicht auf ein Federelement eines Drehcodierers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, 5 zeigt eine Bodenansicht des Federelements, 6 zeigt eine Schnittdarstellung von wesentlichen Teilen zur Erläuterung eines Federelements eines Drehcodierers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und 7 zeigt eine vergrößerte Schnittdarstellung von wesentlichen Teilen zur Erläuterung eines Federelements eines Drehcodierers gamäß dem ersten Ausführunngsbeispiel der vorligenden Erfindung.
Im Folgenden wird ein Drehcodierer gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 beschrieben, wobei eine Gehäuseeinrichtung 10 durch Formen aus Kunstharzmaterial gebildet ist und aus einem Basiskörper 11 sowie einer unteren Abdeckung 12 in Form einer ringförmigen ebenen Platte besteht, die durch Schnappverbindung mit dem Basiskörper 11 verbunden ist.
Der Basiskörper 11 beinhaltet ein rohrförmiges Gehäuse 11a mit einer ringförmigen Wand und hufeisenförmigem Querschnitt sowie einen Verbinder 11b mit einer schmalen rechteckigen Formgebung, der von einem seitlichen Rand des Gehäuses 11a nach außen wegragt, während er mit diesem in Verbindung steht. Das Gehäuse 11a ist gebildet aus einer äußeren Wand 11c mit größerem Durchmesser, einer inneren Wand 11d mit kleinerem Durchmesser sowie einer ebenen plattenförmigen Wand 11e, die eine Verbindung zwischen der äußeren Wand 11c und der inneren Wand 11d herstellt und eine Öffnung 11m in ihrem Zentrum aufweist. Unter Bezugnahme auf 1 bildet die innere Wand 11d einen Aussparungsbereich 11k, der zwei in Richtung auf die Seite der äußeren Wand 11c vertiefte Bereiche aufweist. An dem Verbinder 11b ist ein Aufnahmebereich 11f mit einer zweistufigen rechteckigen Vertiefung in Richtung auf das Gehäuse 11a ausgebildet. An einer Grenze zwischen dem Gehäuse 11a und dem Verbinder 11b ist eine Stufe 11g vorgesehen, die in Richtung auf den Verbinder 11b erweitert ist, und eine Zapfenaufnahmeöffnung 11h ist an einem Rand der äußeren Wand 11c vorgesehen.
Die untere Abdeckung 12 ist aus einer ringförmigen ebenen Platte aus Kunstharz gebildet und ihr zentraler Bereich, der die Öffnung 12b aufweist, ist ringförmig vertieft ausgebildet, und ein äußerer Rand der Abdeckung weist einen Montagefuß 12a auf, an dem ein Zapfenbereich ausgebildet ist.
Die untere Abdeckung 12 ist durch Schnappverbindung an dem Gehäuse 11a befestigt, so dass sie eine Öffnungsseite von diesem bedeckt. Genauer gesagt wird die untere Abdeckung 12 von der Öffnungsseite des Gehäuses 11c her derart aufgesetzt, dass sie in die äußere Wand 11c passt und durch Eingriff des Zapfenbereichs des Montagefußes 12 in die Zapfenaufnahmeöffnung 11h in Schnappverbindung mit dieser Wand gebracht wird.
Wenn die untere Abdeckung 12 in Schnappverbindung angebracht ist, ist ein toroidförmiger hohler Bereich 11i zwischen der unteren Abdeckung 12 sowie der inneren und der äußeren Wand 11d bzw. 11c des Gehäuses 11a gebildet. Gleichzeitig bilden eine Innenseite der inneren Wand 11d und die untere Abdeckung 12 eine Aussparung 11j für die Aufnahme. Die Aussparung 11j liegt in einem Zustand vor, in dem ihre Oberseite und ihr Boden durch die Öffnungen 11m und 12b geöffnet sind.
Die gedruckte Schaltungsplatte 13 ist aus einer starren und isolierten Basisplatte in Form einer ebenen sektorförmigen Platte gebildet. Der Verbinder 11b weist vier Anschlüsse 14 auf, die in einem Winkel von 90° abgebogen sind. Das eine Ende der Anschlüsse 14 erstreckt sich in die gedruckte Schaltungsplatte 13 hinein und ist mit dieser verlötet, während ihr anderes Ende in den Aufnahmebereich 11f hinein ragt. Wie in den 1 und 3 gezeigt ist, ist an der Innenseite der gedruckten Schaltungsplatte 13 ein Hallelement 15 als Erfassungselement mit elliptischer Säulenform durch geeignete Mittel, wie z. B. Löten, in vertikaler Richtung an der gedruckten Schaltungsplatte 13 angebracht.
Die gedruckte Schaltungsplatte 13 ist an der inneren Wand 11d sowie auf der Stufe 11g angeordnet, und die vier in dem Verbinder 11b versenkten Anschlüsse 14 sind mit dieser verlötet, so dass sie in dem Hohlraumbereich 11i des Gehäuses 11a festgelegt sind. Wie in den 1 und 3 gezeigt ist, ist das Hallelement 15 innerhalb eines Aussparungsbereichs 11k der inneren Wand 11d untergebracht und liegt in Richtung auf die Aussparung 11j frei.
Ein Rotor 20 beinhaltet einen Zylinder 22 mit einer kreisförmigen Befestigungsöffnung 21 in dessen Zentrum. Die in dem Zylinder 22 vorgesehene Befestigungsöffnung 21 durchsetzt diesen in vertikaler Richtung. An dem einen Ende des Zylinders 22 ist ein ringförmig vertiefter Verriegelungsbereich 23 ausgebildet.
Ein Codeelement 30 ist durch einen Permanentmagneten, wie z. B. einen plastischen Magneten, mit einer allgemein ringförmigen Gestalt gebildet. Auf der oberen und der unteren Oberfläche des Codeelements 30 sind jeweils eine ringförmige Erhebung 30a ausgebildet. Ein solches Codeelement 30 ist an dem Rotor 20 durch Einsatzformen angebracht, so dass es in integraler Weise mit dem Rotor 20 ausgebildet ist. Zu diesem Zeitpunkt wird das Codeelement 30 mittels der Erhebung 30a verriegelt, und selbst bei Auftreten einer hohen Zentrifugalkraft aufgrund einer Drehung mit hoher Geschwindigkeit ist das Codeelement 30 sicher an dem Rotor 20 gehalten, wobei das Codeelement 30 und der Rotor 20 eine höhere Widerstandsfähigkeit gegen eine Trennung aufweisen können.
Der in integraler Weise mit dem Codeelement 30 ausgebildete Rotor 20 wird in dem Aussparungsbereich 11j der Gehäuseeinrichtung 10 derart untergebracht, dass er der inneren Wand 11d gegenüberliegt. Dabei wird der Rotor 20 derart positioniert, dass das Codeelement 30 auf der gleichen Höhe wie das Hallelement 15 angeordnet ist und ein Teil des Codeelements 30 dem in der Aussparung 11k untergebrachten Hallelement 15 gegenüberliegt, wie dies in 3 gezeigt ist.
Der in integraler Weise mit dem Codeelement 30 ausgebildete Rotor 20, die in der vorstehend beschriebenen Weise untergebracht sind, ist in dem Aussparungsbereich 11j frei drehbar, und das Hallelement 15 liest Veränderungen bei dem Magnetpol des sich zusammen mit dem Rotor 20 drehenden Codeelements 30 aus.
Ein Federelement 40 besitzt eine Basis 41, die durch Biegen einer ebenen Metallplatte in eine zylindrische Form gebildet ist, eine Mehrzahl länglicher Nuten 41a, die in seitlicher Richtung der Basis 41 auf der Basis 41 vorgesehen sind, und eine Zunge 42, die als Erhebung zwischen den länglichen Nuten 41a ausgebildet ist, sowie einen Eingriffsbereich 45, der sich von einem seitlichen Rand von einer Seite der Basis 41 unter Bildung eines Flansches weg erstreckt.
Die Zunge 42 ist an beiden Seiten durch die Basis 41 abgestützt und hat einen Anstiegs- bzw. Rampenbereich 43, der als Abstützbereich für die Basis 41 wirkt, sowie einen ebenen Bereich 44, der auf dem oberen Bereich zwischen den Rampenbereichen 43 gebildet ist und eine relativ lange Spannweite aufweist.
Ein Herstellungsverfahren für das Federelement 40 sieht Folgendermaßen aus. Wie in den 4 und 5 gezeigt ist, werden in einem Metallbandmaterial Transportöffnungen 46 und Langnuten 41a in aufeinander folgender Weise durch einen Stanzvorgang gebildet, und daran anschließend wird die Zunge 42 durch Kompression zwischen den Langnuten 41a mittels einer erwünschten Vorrichtung, wie z. B. einer Hohlstanzeinrichtung, gebildet. Anschließend wird einer der seitlichen Ränder rechtwinklig umgebogen, um den Eingriffsbereich 45 zu bilden. Nach dem Schneiden des Bandmaterials auf eine gewünschte Länge (mit quadratischer Formgebung) sowie Biegen der Basis 41 in eine zylindrische Formgebung ist die Herstellung des Federelements 40, wie es in 6 gezeigt ist, abgeschlossen. Das in der vorstehend beschriebenen Weise gebildete Federelement 40 ist durch Biegen eines quadratischen bzw. eckigen Plattenmaterials in eine zylindrische Formgebung gebildet.
Das Federelement 40 mit der vorstehend beschriebenen Konstruktion, wie es in 6 gezeigt ist, wird über einer gesamten Innenumfangsfläche der Befestigungsöffnung 21 des Rotors 20 angebracht, so dass die Basis 41 unter Biegen in eine zylindrische Gestalt angeordnet ist. Genauer gesagt gelangt die Basis 41 in Berührung mit der Innenumfangsfläche der Befestigungsöffnung 21, und der Eingriffsbereich 45 des Federelements 40 wird unter Verriegelung mittels des Verriegelungsbereichs 23 des Rotors 20 angebracht. Ferner handelt es sich bei dem eigentlichen Federelement 40 um eine Blattfeder, und eine sich nach außen öffnende Kraft wird auf die zylindrische Basis 41 ausgeübt, wobei diese derart wirkt, dass die Basis 41 des Federelements 40 nach außen gedrückt wird, während das Federelement innerhalb der Befestigungsöffnung 21 untergebracht ist. Das Federelement 40 lässt sich somit sicher in integraler Weise mit dem Rotor 20 halten.
Wenn das Federelement 40 angebracht ist, wie dies in 7 gezeigt ist, ragt die Zunge 42 in Richtung auf das Zentrum und befindet sich dabei in einer Position parallel zu einer Rotationsachsenlinie G. Ferner ist die Zunge 42 dem Codeelement 30 über den Zylinder 22 des Rotors 40 hinweg gegenüberliegend angeordnet. Ein Basisbereich 43a des Rampenbereichs 43 ist dabei in einer Position angeordnet, die sich außerhalb von einem Dickenbereich A der Rotationsachsenlinie G des Codeelements 30 befindet.
Die Welle 50 besteht aus Metall und ist bei der vorliegenden Erfindung durch gesintertes Metall gebildet. Die Welle 50 weist eine zylindrische säulenförmige Basis 51, eine Schutzeinrichtung 52, die aus einem in integraler Weise mit der Basis 51 ausgebildeten scheibenförmigen Flansch besteht, sowie ein Durchgangsloch 50a auf, das die Welle in vertikaler Richtung von dem Basiskörper 51 bis zu der Schutzeinrichtung 52 durchsetzt und im Zentrum ausgebildet ist.
Die Welle 50 ist mit der Basis 51 durch die Befestigungsöffnung 21 des Rotors 20 hindurch eingesetzt und unter Biegen der Zunge 42 des Federelements 40 fest an die Zunge 42 angepasst. Genauer gesagt wird die Welle 50 von einer Seite des Verriegelungsbereichs 23 des Rotors 20 her eingeführt und mit Druck beaufschlagt, bis die Schutzeinrichtung 52 mit einer Endfläche des Zylinders 22 des Rotors 20 in Berührung gelangt, wodurch der ebene Bereich 44 der Zunge 42 nach außen gebogen wird (in Richtung des Codeelements 30), so dass die Welle 50 fest in das Federelement 40 gepasst ist. Da das Federelement 40 dabei in der Befestigungsöffnung 21 des Rotors 20 untergebracht ist, bewegt sich die Basis 41 des Federelements 40 aufgrund der Basis 51 der Welle 50 nicht in einer zu einer Rotationsachsenlinie G rechtwinkligen Richtung. Als Ergebnis hiervon wird eine Bewegung des Rotors 20 in Bezug auf die Welle 50 in einer zu der Rotationsachsenlinie G rechtwinkligen Richtung gesteuert, so dass sich die Welle 50 im Zentrum der Befestigungsöffnung 21 befindet. Der flache Bereich 44 der Zunge 42 hat eine relativ große Spannweite, so dass die Welle 50 über eine große Fläche gehalten werden kann und dadurch die Haltekraft von dieser erhöht werden kann. Ferner befindet sich die Schutzeinrichtung 52 in Berührung mit dem Rotor 20, so dass eine Neigung des Rotors 20 in Bezug auf die Rotationsachsenlinie G unterdrückt werden kann.
Die Welle 50 ist aus gesintertem Metall hergestellt, so dass sie ausreichende Festigkeit aufweist und relativ kostengünstig hergestellt werden kann. Es ist jedoch eine Tendenz vorhanden, dass die Größe eines Wellendurchmessers individuell variiert, und aus diesem Grund gibt es Fälle, in denen ein Spalt zwischen dem Rotor 20 und der Welle groß oder klein wird. Wenn das Zentrum der Welle 50 gegenüber dem Zentrum der Befestigungsöffnung 21 verlagert wird, wenn sie in die Befestigungsöffnung 21 eingesetzt und in diese hinein gedrückt wird, ändert sich die Position der Zungen 42 in Bezug auf die Befestigungsöffnung 21 nicht, und die um die Welle 50 herum angeordneten Zungen 42 biegen sich in gleichmäßiger Weise. Die Welle 50 wird somit derart korrigiert, dass sie durch die Zungen 42 zu dem Zentrum verlagert wird, so dass die Welle 50 im Zentrum der Befestigungsöffnung 21 angeordnet ist. Ferner sind die Zungen 42 über eine äußere Umfangsfläche der Befestigungsöffnung 21 mit gleichmäßiger Beabstandung zu dieser ausgebildet, wobei die Zungen 42 mit einer äußeren Krümmungsfläche der Basis 51 der Welle 50 im Mittel in Berührung stehen, so dass auf diese Weise die Position des Zentrums der Welle positiv festgelegt ist.
Wenn unter Bezugnahme auf 7 die Welle 50 in der vorstehend beschriebenen Weise fest eingepasst ist, wird der ebene Bereich 44 gebogen, so dass ein Teil des Zylinders 22, der mit dem Basisbereich 43a des Rampenbereichs 43 in Berührung steht, der Drückkraft ausgesetzt wird. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jedoch der Basisbereich 43a des Rampenbereichs 43 an einer Stelle außerhalb von dem Dickenbereich A in Richtung der Rotationsachsenlinie G des Codeelements 30 angeordnet. Auf diese Weise wird das Codeelement 30 nicht mehr direkt der auf dieses einwirkenden Drückkraft ausgesetzt.
Obwohl es in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, ist die Welle 50 durch eine Welleneinrichtung drehbar gehalten, wobei es sich z. B. um ein Schneckenrad handelt, das mit einer Lenkwelle verbunden ist und in das Durchgangsloch 50a eingepasst ist.
Unter Bezugnahme auf 2 wird im Folgenden die Arbeitsweise des Drehcodierers gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wenn sich das Schneckenrad bei Rotation der Lenkwelle (nicht gezeigt) dreht, dreht sich auch die Welle 50 zusammen damit. Wenn sich die Welle 50 dreht, dreht sich der Rotor 20 zusammen mit dieser, und damit dreht sich wiederum das Codeelement 30. Zwei Hallelemente 15 erfassen eine Änderung des Magnetpols, um auf diese Weise ein sinusförmiges Zweiphasen-Wellensignal abzugeben, und eine auf der gedruckten Schaltungsplatte 13 ausgebildete CPU (nicht gezeigt) gibt einen der Rotation des Codeelements 30 entsprechenden Erfassungsimpuls ab, der wiederum als elektrisches Signal von den Anschlüssen 14 abgegeben wird.
Unter Bezugnahme auf 8 wird nun ein Drehcodierer gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. 8 zeigt eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Drehcodierers gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Darstellung von dessen Federelement. Bei der Beschreibung des Drehcodierers gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel werden die gleichen Bezugszeichen und Bezeichnungen für diejenigen Teile verwendet, die die gleichen Funktionen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel haben.
Der Drehcodierer gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist den ebenen Bereich 44 der Zunge 42 des ersten Ausführungsbeispiels auf, wobei auf diesen nun ein Paar Vorsprünge 47 ausgebildet ist, wobei das Paar der Vorsprünge 47 derart vorgesehen ist, dass zwischen ihnen ein Abstand in Richtung auf das Zentrum der Befestigungsöffnung 21 des Rotors 20 vorhanden ist. Die Vorsprünge 47 stehen in Berührung mit der Außenumfangsfläche der Welle 50.
Durch Vorsehen des Paares von Vorsprüngen 47 wird die Berührungsposition gegenüber der Welle 50 konstant, so dass die Welle 50 einfach und sicher gehalten werden kann und dabei parallel zu der Rotationsachsenlinie G ist. Es kann eine Anzahl von Vorsprüngen 47, die gleich oder mehr als drei beträgt, vorgesehen sein, so dass jeder von diesen mit der Außenumfangsfläche der Welle 50 in Berührung stehen kann. Weitere Details hinsichtlich der Konstruktionen und der Beziehungen sind denen des ersten Ausführungsbeispiels ähn lich, und entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Daher wird auf eine weitere Beschreibung von diesen verzichtet.
Die Zungen 42 des Drehcodierers gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind in Bezug auf die Basis 41 beidseits gehalten, so dass die Zungen fest angepasst werden können und eine Neigung des Rotors 20 in Bezug auf die Rotationsachsenlinie G unterdrückt werden kann. Alternativ hierzu können die Zungen auch nur auf einer Seite hinsichtlich der Basis 41 gehalten sein.
Wenn die Zungen auf einer Seite gehalten sind, haben die Zungen eine längere Spannweite, so dass Schwankungen in der äußeren Formgebung der Welle 50 selbst bei großen Schwankungen bewältigt werden können. Darüber hinaus kann die Lebensdauer der Zungen verlängert werden.
Der Drehcodierer der vorliegenden Erfindung weist die vorstehend beschriebene Konstruktion auf, ist jedoch nicht auf diese begrenzt. Zum Beispiel können anstatt der Ausbildung der Zungen 42 über den gesamten Umfang die Zungen auch derart angeordnet sein, dass diese vieleckige Gebilde, wie z. B. ein regelmäßiges Dreieck, ein Quadrat, ein Sechseck oder ein Achteck, bilden. Das Federelement 40 kann ausgehend von einer anderen Formgebung als einer rechteckigen Formgebung gebildet sein. Ferner kann das Federelement 40 eine Konstruktion mit einer Basis aufweisen, die durch einen ringförmigen Scheibenbereich gebildet ist, der als Eingriffsbereich wirkt, wobei ein Zungenbereich durch Umbiegen von einem inneren Rand der Basis um 90° gebildet ist, so dass nur der Zungenbereich innerhalb einer Befestigungsöffnung platziert wird. Bei den Ausführungsbeispielen ragen die Zungen 42 in Richtung der Rotationsachsenlinie G weg, so dass die Welle 50 in einfacher Weise durch diese hindurch eingesetzt werden kann. Alternativ hierzu können die Zungen 42 in Richtung der Befestigungsöffnung 21 des Rotors 20 weg ragen. Das Codeelement 30 muss nicht unbedingt eine Scheibenform aufweisen.
Der Drehcodierer gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine Konstruktion mit einem für diesen vorgesehenen Federelement, wobei das Federelement auf ei ner inneren Umfangsfläche einer Befestigungsöffnung eine Basis sowie eine Mehrzahl von Zungen aufweist, die die Position einer Welle auf das Zentrum festlegen, indem sie die Welle in Richtung auf das Zentrum der Befestigungsöffnung vorspannen. Selbst wenn eine Differenz bei der Größe der Welle und des Rotors (Codeelement) vorhanden ist, kommt es bei einer solchen Konstruktion zu keiner Bewegung des Federelements, so dass die Position der Welle durch die Zungen auf das Zentrum festgelegt ist und das Zentrum der Welle somit im Zentrum der Befestigungsöffnung angeordnet ist. Das Codeelement dreht sich somit in einer derartigen Weise, dass jegliche Stelle von diesem einen exakten Kreis beschreibt, ohne dass es zu einer Verschiebung von dessen Zentrum bei der Rotationsbewegung der Welle kommt, so dass sich ein Hochleistungs-Drehcodierer schaffen lässt, der ein erwünschtes Ausgangssignal liefert.
Ein Federelement des Drehcodierers gemäß der vorliegenden Erfindung ist aus einer Metallplatte gebildet, und eine Basis des Federelements hat eine flache plattenförmige Gestalt. Zungen sind in Reihe an der Basis ausgebildet, so dass sie in Rotationsachsenrichtung des Rotors axial weg stehen. In einem im Wesentlichen mittleren Bereich der Rotationsachsenrichtung der Befestigungsöffnung befinden sich die Zungen in elastischer Berührung mit der Welle, und auf diese Weise können die Zungen durch ein einfaches Verfahren, wie z. B. Stanzen, gebildet werden, so dass sich ein Drehcodierer schaffen lässt, der kostengünstig ist und eine wünschenswerte Massenherstellbarkeit ermöglicht. Durch Ausbilden der Zungen in einem im Wesentlichen mittleren Bereich der Befestigungsöffnung können die Zungen in stabiler Weise in elastische Berührung mit der Welle treten.
Die Zunge des Drehcodierers gemäß der vorliegenden Erfindung weist jeweils einen ebenen Bereich auf, der in elastischer Berührung mit der Außenumfangsfläche der Welle steht und parallel zu der Rotationsachsenlinie des Rotors ist, so dass die Welle in elastischer Berührung mit der ebenen Oberfläche steht. Als Ergebnis hiervon ist es möglich, die Welle parallel zu der Rotationsachsenlinie zu halten, so dass sich ein Drehcodierer mit hohem Leistungsvermögen schaffen lässt.
Der Zungenbereich des Drehcodierers gemäß der vorliegenden Erfindung ist derart ausgebildet, dass er an seinen beiden Enden in Bezug auf die Basis abgestützt ist. Auf diese Weise lässt sich eine Passkraft verstärken, so dass sich die Welle sicher halten lässt.
Ein Zungenbereich des Drehcodierers gemäß der vorliegenden Erfindung ist derart ausgebildet, dass er an einem Ende in Bezug auf die Basis abgestützt ist. Eine Spannweite des Zungenbereichs kann somit länger sein, wobei selbst bei großer Differenz in der Größe relativ zu der Befestigungsöffnung der Zungenbereich fest auf die Welle gepasst werden kann. Als Ergebnis hiervon ist es möglich, die Position der Welle auf das Zentrum der Befestigungsöffnung festzulegen, so dass sich eine hohe Lebensdauer für den Zungenbereich erzielen lässt.
Ein Zungenbereich des Drehcodierers gemäß der vorliegenden Erfindung weist wenigstens ein Paar Vorsprünge in Richtung der Rotationsachsenlinie des Rotors auf, wobei die Vorsprünge in Richtung auf das Zentrum der Befestigungsöffnung vorstehen und mit der Außenumfangsfläche der Welle in Berührung stehen. Das Paar der Vorsprünge dient dazu, die Welle parallel zu der Rotationsachsenlinie zu halten. Als Ergebnis hiervon ist es möglich, die Welle in einfacher und sicherer Weise parallel zu der Rotationsachsenlinie zu halten, so dass sich ein Drehcodierer mit hohem Leistungsvermögen schaffen lässt.
Ein Codeelement des Drehcodierers gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch einen Magneten gebildet und weist eine Konstruktion auf, bei der ein Basisbereich eines Rampenbereichs der Zunge, die sich von der Basis nach oben erstreckt, außerhalb von einem Dickenbereich der Rotationsachsenrichtung des Codeelements angeordnet ist. Als Ergebnis hiervon wirkt keine unnötige Kraft auf das Codeelement, so dass eine Beschädigung oder eine Verlagerung des Codeelements verhindert werden kann.
Eine Basis des Federelements des Drehcodierers der vorliegenden Erfindung ist unter Biegen derselben in eine zylindrische Formgebung gebildet sowie inner halb einer Befestigungsöffnung des Rotors aufgenommen. Als Ergebnis hiervon überlappen das Federelement und der Rotor einander, so dass sich eine Größenreduzierung in Axialrichtung erzielen lässt.
Ein Federelement des Drehcodierers der vorliegenden Erfindung ist aus einer rechteckigen Platte gebildet, so dass sich das Federelement in einfacher Weise herstellen lässt und sich ein Drehcodierer schaffen lässt, der kostengünstig ist und eine erwünschte Massenherstellbarkeit ermöglicht.
Ein Federelement des Drehcodierers der vorliegenden Erfindung weist einen Eingriffsbereich auf, der durch im Allgemeinen rechtwinkliges Biegen von einem Rand gebildet ist, wobei der Eingriffsbereich an seinem Ende verriegelt ist. Auf diese Weise kann ein Herausfallen des Federelements durch die Verriegelung verhindert werden. Da sich das Federelement ferner aufgrund des Eingriffsbereichs nicht bewegt, wenn die Welle eingeführt wird, lässt sich die Welle sicher festhalten.

Claims

Drehcodierer, aufweisend: – eine Gehäuseeinrichtung; – ein an der Gehäuseeinrichtung angebrachtes Erfassungselement (15); und – einen drehbaren Rotor (20), der eine Befestigungsöffnung (21) zum Einsetzen einer Welle (50) in seiner Mitte aufweist und der mit einem dem Erfassungselement gegenüberliegenden Codeelement (30) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, – dass eine Innenumfangsfläche der Befestigungsöffnung (21) mit einem Federelement (40) versehen ist, das eine Basis (41) und eine Mehrzahl von Zungen (42) zum Vorspannen der Welle in Richtung auf das Zentrum der Befestigungsöffnung aufweist, um eine Position der Welle (50) auf das Zentrum der Befestigungsöffnung zu setzen, – wobei das Federelement aus einer bandförmigen Metallplatte durch einen Biegevorgang in eine zylindrische Formgebung geformt ist, und – wobei die Zungen an der Basis (41) in Serie derart ausgebildet sind, dass sie von der Basis weg stehen und in elastischer Berührung mit der Welle (50) stehen.
Drehcodierer nach Anspruch 1, wobei die Zungen mit einem ebenen Bereich (44) parallel zu der Rotationsachsenlinie (6) des Rotors (20) versehen sind und der ebene Bereich in elastischer Berührung mit einem Außenumfang der Welle (50) steht.
Drehcodierer nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zungen (42) an ihren beiden Enden durch die Basis (41) abgestützt sind.
Drehcodierer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Zungen (42) an ihrem einen Ende in Bezug auf die Basis (41) abgestützt sind.
Drehcodierer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Zungen (42) jeweils mindestens ein Paar Vorsprünge (47) aufweisen, die in Richtung der Rotationsachsenlinie (6) des Rotors (20) angeordnet sind, wobei die Vorsprünge (47) in Richtung auf das Zentrum der Befestigungsöffnung vorstehen und mit dem Außenumfang der Welle (50) in Berührung stehen.
Drehcodierer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Codeelement (30) durch einen Magneten gebildet ist und wobei ein Basisbereich eines Rampenbereichs der Zungen, der sich von dem Basisbereich nach außen weg erstreckt, an einer Stelle außerhalb von einem Dickenbereich in Richtung der Rotationsachsenlinie des Codeelements angeordnet ist.
Drehcodierer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Basis des Federelements durch Biegen in eine zylindrische Formgebung gebildet ist und innerhalb der Befestigungsöffnung des Rotors untergebracht ist.
Drehcodierer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Federelement aus einem rechteckigen Plattenmaterial gebildet ist.
Drehcodierer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Federelement (40) einen Eingriffsbereich aufweist, der unter allgemein rechtwinkliger Biegung von einem Ende desselben weg steht, wobei der Eingriffsbereich durch ein Ende des Rotors verriegelt ist.