WO1993006435A1 - Drehwinkelsensor - Google Patents

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WO1993006435A1
WO1993006435A1 PCT/EP1992/002124 EP9202124W WO9306435A1 WO 1993006435 A1 WO1993006435 A1 WO 1993006435A1 EP 9202124 W EP9202124 W EP 9202124W WO 9306435 A1 WO9306435 A1 WO 9306435A1
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Armin Lang
Helmut KNÖDLER
Willi Nagel
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • G01D5/165—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying resistance by relative movement of a point of contact or actuation and a resistive track
    • G01D5/1655—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying resistance by relative movement of a point of contact or actuation and a resistive track more than one point of contact or actuation on one or more tracks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/30—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • H—ELECTRICITY
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    • H01C—RESISTORS
    • H01C10/00—Adjustable resistors
    • H01C10/14—Adjustable resistors adjustable by auxiliary driving means
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    • H01C—RESISTORS
    • H01C10/00—Adjustable resistors
    • H01C10/16—Adjustable resistors including plural resistive elements
    • H01C10/20—Contact structure or movable resistive elements being ganged

Definitions

  • the invention relates to a rotation angle sensor for measuring a rotation angle of a shaft relative to a fixed part.
  • the rotation angle sensor has a first potentiometer, the evaluation range of which is 360 °.
  • a planetary gear is connected upstream as a reduction gear.
  • Such an angle of rotation sensor is the subject of the earlier application P 41 25 884.3. With this known 15 angle of rotation sensor, an angle of rotation sensor should be created which takes up as little installation space as possible and only requires a single shaft as the drive.
  • the present invention has for its object to simplify the construction of 20 of such a rotation angle sensor further and to shorten its length further.
  • Sockets or contact tabs are integrated in the resistance plate.
  • a particularly short angle of rotation sensor is obtained if the connection contacts in the form of contact lugs are arranged parallel to one another in a row next to one another essentially perpendicular to the axis of the shaft. If the contact lugs are poured into the resistance plate made of a plastic in such a way that their surface forms a plane with an end face of the resistance plate, it is possible to easily connect these contact lugs with the collector and resistance tracks which are printed on the end face of the resistance plate , connect to.
  • a conductor track can be tunnelled or a contact can be made from one end face to the other end face of the resistance plate.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through the rotation angle sensor according to the invention.
  • Fig. 2 is a plan view of the
  • Resistor plate of the rotation angle sensor according to Figure 1 according to the line II-II in Fig. 1.
  • Fig. 3 is a plan view of the
  • Resistor plate according to arrow III in Fig. 2; 4, 5, 6 partial longitudinal sections through the
  • Fig. 7 shows the partial section corresponding to the
  • the housing 1 is closed by a cover 5.
  • a shaft 6 passes through the individual components and ends in the housing 1.
  • a sleeve 8 engages around the shaft 6 and is connected to it in a rotationally fixed manner.
  • the first potentiometer 2 contains a grinder and
  • collector plate 10 which is rotatably connected to the sleeve 8 and thus to the shaft 6.
  • the collector plate 10 carries at least one annular collector track, which cooperates with at least one circular resistance track 11, which is disposed on the left in the drawing 5 the end face 12 of a fixed resistance plate. 13
  • the second potentiometer 3 is constructed similarly to the first potentiometer 2 and is composed of the 0 resistance plate 13 and a wiper carrier 14. This is rotatably guided on the sleeve 8 to a limited extent.
  • the grinder carrier 14 carries on a cylindrical extension a ring gear 15, which is an element of the planetary gear 4.
  • To the planetary gear 4 also includes a stepped planet 16, which is mounted in a radially arranged web 17.
  • the web 17 is fixed to the sleeve 8 and thus rotatably connected to the shaft 6.
  • the one smaller wheel 18 of the step planet 16 meshes with the ring gear teeth 15 of the grinder carrier 14.
  • the other, larger wheel 20 of the step planet 16 meshes with a ring gear 21, which is connected to the fixed cover 5.
  • the resistance plate 13 is used as a fixed disc for both potentiometers 2 and 3.
  • the resistance plate 13 has the following structure in detail: As already mentioned, the left end face 12 in FIG. 1 carries the resistance track 11, which is connected to two contact taps 22 and 23 at two resistance tapping points offset from one another by means of corresponding conductor tracks. The two contact tabs 22 and 23 are bent inside the resistance plate 13 made of a plastic, so that their
  • Connection points for a plug are on the right end face 24 of the resistance plate 13 facing the planetary gear 4 and their contact points for the conductor track 11 are on the left end face 12.
  • two collector grinders 25 and 26 protrude, which are in contact with the collector plate 10. In order to be able to contact the collector wipers 25 and 26 on the right end face 24 of the resistance plate 13, they are passed through the resistance plate 13 (see FIG. 7) and fastened, for example, by a rivet 27.
  • the collector wipers 25 and 26 are connected by conductor tracks 28 and 30 to two contact lugs 31 and 32, respectively.
  • a resistance track 33 is applied, which is connected by two conductor tracks 34 and 35 to two contact tabs 36 and 37, respectively.
  • a collector track 38 is applied concentrically to the resistance track 33 on the right end face 24 and is connected to a contact tab 41 via a conductor track 40.
  • the resistance track 33 and the collector track 38 are connected to a resistance grinder 4 and a collector grinder 43, respectively, which are arranged on the grinder support 14.
  • the resistance plate 13 is used together for both potentiometers 2 and 3. All connection contacts for grinders, resistance tracks and collector tracks are integrated in the form of contact tabs in the resistance plate 13 made of a plastic.
  • the contact lugs are arranged parallel to one another in a row next to one another essentially perpendicular to the axis of the shaft 6.
  • the contact flags are in the
  • Resistor plate 13 is cast in such a way that its surface forms a plane with the end face 24 of the resistance plate 13 (FIG. 3).
  • the contact tabs 31, 32, 36, 37 are simply angled, as shown in Fig. 4.
  • the two contact tabs 22 and 23 are double cranked, as shown in Fig. 5.
  • a recess 44 is arranged in the resistance plate 13.
  • a hold-down device is introduced into this recess 44 during the manufacture of the resistance plate 13 during the injection molding process in order to provide a clean contact point for the connection of the conductor tracks.
  • the contact lug 41 is cranked four times, as shown in FIG. 6 in connection with FIG. 2. This contact tab has a relatively complicated shape so that the conductor track 34 can be tunnelled.
  • a recess 45 is arranged in the resistance plate 13, into which a hold-down device engages during the manufacturing process.

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  • Adjustable Resistors (AREA)

Abstract

Ein Drehwinkelsensor für die Messung des Drehwinkels einer Welle (6) gegenüber einem feststehenden Teil weist zwei Potentiometer (2, 3) auf. Das erste Potentiometer (2) besitzt einen Auswertbereich von 360°. Dem zweiten Potentiometer (3) ist zur Auswertung mehrerer Umdrehungen der Welle (6) ein Planetengetriebe (4) vorgeschaltet, das zusammen mit dem ersten Potentiometer (2) von der Welle (6) angetrieben wird. Eine Widerstandsplatte (13) ist den beiden Potentiometern (2, 3) gemeinsam. Die Kontaktfahnen (22, 37, 41) für die Kollektor- und Widerstandsbahnen sind in der Widerstandsplatte (13) integriert. Dabei sind die Kontaktfahnen parallel zueinander in einer Reiher nebeneinander im wesentlichen senkrecht zu der Achse der Welle (6) angeordnet, so daß ihre Oberflächen mit einer Stirnfläche (24) der Widerstandsplatte (13) eine Ebene bilden.

Description

Drehwinkelsensor
Die Erfindung betrifft einen Drehwinkelsensor für die Messung eines 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
10 mehrerer Umdrehungen der Welle ein Planetengetriebe als Untersetzungsgetriebe vorgeschaltet ist.
Ein derartiger Drehwinkelsensor ist Gegenstand der älteren Anmeldung P 41 25 884.3. Mit diesem bekannten 15 Drehwinkelsensor sollte ein Drehwinkelsensor geschaffen werden, der möglichst wenig Bauraum beansprucht und als Antrieb nur eine einzige Welle benötigt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, 20 den Aufbau eines solchen Drehwinkelsensors weiter zu vereinfachen und seine Baulänge weiter zu verkürzen.
Diese Aufgabe wird durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten Drehwinkelsensor gelöst. Die Lösung erfolgt
25 vor allem dadurch, daß den beiden Potentiometern eine einteilige Widerstandsplatte gemeinsam ist, und daß
Anschlußkontakte für Kollektor- und Widerstandsbahnen als
Steckbuchsen bzw. Kontaktfahnen in der Widerstandsplatte integriert sind. 30
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der
/ Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die
"4 Widerstandsplatte trägt auf beiden Stirnseiten Widerstandsbahnen. Durch diese Anordnung ist es möglich, 35 zwei Widerstandsbahnen, die auf gegenüberliegenden Stirnseiten der Widerstandsplatte angeordnet sind, parallel zu schalten. Ein besonders kurzer Drehwinkelsensor ergibt sich dann, wenn die Anschlußkontakte in der Form von Kontaktfahnen parallel zueinander in einer Reihe nebeneinander im wesentlichen senkrecht zu der Achse der Welle angeordnet sind. Werden die Kontaktfahnen in die aus einem Kunststoff hergestellte Widerstandsplatte derart eingegossen, daß ihre Oberfläche mit einer Stirnfläche der Widerstandsplatte eine Ebene bildet, so ist es möglich, diese Kontaktfahnen auf einfache Weise mit den Kollektor- und WiderStandsbahnen, die auf der Stirnfläche der Widerstandsplatte aufgedruckt sind, zu verbinden.
Durch die Abkröpfung einiger Kontaktfahnen im Inneren der Widerstandsplatte kann beispielsweise eine Leiterbahn untertunnelt werden oder ein Kontakt von einer Stirnseite zu der anderen Stirnseite der Widerstandsplatte geschaffen werden.
Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombinationen der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Ko binationsmöglichkeiten 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 Draufsicht auf die
Widerstandsplatte des Drehwinkelsensors nach Fig, 1, entsprechend der Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 eine Draufsicht auf die
Widerstandsplatte, entsprechend dem Pfeil III in Fig. 2; Fig. 4, 5, 6 Teillängsschnitte durch die
Widerstandsplatte des Drehwinkelsensors aus Fig. 1, in vergrößertem Maßstab;
Fig. 7 den Teilschnitt entsprechend der
Linie VII-VII in Fig. 2.
In einem Gehäuse 1 sind koaxial zueinander folgende Bauelemente des Drehwinkelsensors hintereinander angeordnet:
10 Ein erstes Potentiometer 2, ein zweites Potentiometer 3 und ein Planetengetriebe 4. Das Gehäuse 1 ist durch einen Deckel 5 verschlossen. Eine Welle 6 durchsetzt die einzelnen Bauteile und endet in dem Gehäuse 1. Der Innenraum des Gehäuses 1 ist durch einen Dichtring 7, der zwischen dem ±=> Gehäuse 1 und der Welle 6 eingebaut ist, nach außen abgedichtet. Eine Hülse 8 umgreift die Welle 6 und ist mit dieser drehfest verbunden.
Das erste Potentiometer 2 enthält eine Schleifer- und
20 Kollektorplatte 10, die drehfest mit der Hülse 8 und damit mit der Welle 6 verbunden ist. Die Kollektorplatte 10 trägt wenigstens eine kreisringförmige Kollektorbahn, die mit wenigstens einer kreisringförmigen Widerstandsbahn 11 zusammenwirkt, die auf der in der Zeichnung linken 5 Stirnfläche 12 einer feststehenden Widerstandsplatte 13 angeordnet ist.
Das zweite Potentiometer 3 ist ähnlich aufgebaut wie das erste Potentiometer 2 und setzt sich zusammen aus der 0 Widerstandsplatte 13 und einem Schleiferträger 14. Dieser ist auf der Hülse 8 begrenzt drehbar geführt.
Der Schleiferträger 14 trägt auf einem zylindrischen Fortsatz eine Hohlradverzahnung 15, die ein Element des Planetengetriebes 4 darstellt. Zu dem Planetengetriebe 4 gehört außerdem ein Stufenplanet 16, der in einem radial angeordneten Steg 17 gelagert ist. Der Steg 17 ist fest mit der Hülse 8 und damit drehfest mit der Welle 6 verbunden. Das eine kleinere Rad 18 des Stufenplaneten 16 kämmt mit der Hohlradverzahnung 15 des Schleiferträgers 14. Das andere, größere Rad 20 des Stufenplaneten 16 kämmt mit einem Hohlrad 21, das mit dem feststehenden Deckel 5 verbunden ist.
Aus der bisherigen Beschreibung geht hervor, daß die Widerstandsplatte 13 für beide Potentiometer 2 und 3 gemeinsam als feststehende Scheibe benutzt wird. Die Widerstandsplatte 13 hat im einzelnen folgenden Aufbau: Die in Fig. 1 linke Stirnfläche 12 trägt, wie bereits erwähnt, die Widerstandsbahn 11, die an zwei zueinander um 180° versetzten Widerstandsabgriffsstellen über entsprechende Leiterbahnen an zwei Kontaktfahnen 22 und 23 angeschlossen ist. Die beiden Kontaktfahnen 22 und 23 sind im Inneren der aus einem Kunststoff bestehenden Widerstandsplatte 13 abgekröpft, so daß ihre
Anschlußstellen für einen nicht dargestellten Stecker auf der rechten, dem Planetengetriebe 4 zugewandten Stirnfläche 24 der Widerstandsplatte 13 liegen und ihre Kontaktstellen für die Leiterbahn 11 an der linken Stirnfläche 12 liegen.
An der linken Stirnfläche 12 der Widerstandsplatte 13 ragen zwei Kollektorschleifer 25 und 26 vor, die mit der Kollektorplatte 10 in Kontakt stehen. Um die Kollektorschleifer 25 und 26 auf der rechten Stirnfläche 24 der Widerstandsplatte 13 kontaktieren zu können, werden sie durch die Widerstandsplatte 13 hindurchgeführt (siehe Fig. 7) und beispielsweise durch einen Niet 27 befestigt. Die Kollektorschleifer 25 und 26 sind durch Leiterbahnen 28 bzw. 30 mit zwei Kontaktfahnen 31 bzw. 32 verbunden. Auf der rechten Stirnfläche 24 der Widerstandsplatte 13 ist eine Widerstandsbahn 33 aufgebracht, die durch zwei Leiterbahnen 34 und 35 mit zwei Kontaktfahnen 36 bzw. 37 verbunden ist. Konzentrisch zu der Widerstandsbahn 33 ist eine Kollektorbahn 38 auf der rechten Stirnfläche 24 aufgebracht, die über eine Leiterbahn 40 mit einer Kontaktfahne 41 verbunden ist. Die Widerstandsbahn 33 und die Kollektorbahn 38 stehen mit einem Widerstandsschleifer 4 bzw. einem Kollektorschleifer 43 in Verbindung, die an dem Schleiferträger 14 angeordnet sind.
Aus der bisherigen Beschreibung geht hervor, daß die Widerstandsplatte 13 für beide Potentiometer 2 und 3 gemeinsam verwendet wird. Alle Anschlußkontakte für Schleifer, Widerstandsbahnen und Kollektorbahnen sind in der Form von Kontaktfahnen in der aus einem Kunststoff hergestellten Widerstandsplatte 13 integriert. Die Kontaktfahnen sind dabei parallel zueinander in einer Reihe nebeneinander im wesentlichen senkrecht zu der Achse der Welle 6 angeordnet. Dabei sind die Kontaktfahnen in die
Widerstandsplatte 13 derart eingegossen, daß ihre Oberfläche mit der Stirnfläche 24 der Widerstandsplatte 13 eine Ebene bildet (Fig. 3).
Bei den Kontaktfahnen sind drei Formen zu unterscheiden; Die Kontaktfahnen 31, 32, 36, 37 sind einfach abgewinkelt, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Die beiden Kontaktfahnen 22 und 23 sind doppelt gekröpft, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Im Bereich der Kontaktstellen, die mit den Leiterbahnen der Widerstandsbahn 11 verbunden werden, ist eine Aussparung 44 in der Widerstandsplatte 13 angeordnet. In diese Aussparung 44 wird bei der Herstellung der Widerstandsplatte 13 beim Spritzvorgang ein Niederhalter eingebracht, um eine saubere Kontaktstelle für den Anschluß der Leiterbahnen zu erhalten. Die Kontaktfahne 41 ist vierfach gekröpft, wie dies in Fig. 6 in Verbindung mit Fig. 2 dargestellt ist. Dies Kontaktfahne weist eine relativ komplizierte Form auf, damit die Leiterbahn 34 untertunnelt werden kann. Auch im Bereich der Kontaktstelle der Kontaktfahne 41 ist eine Aussparung 45 in der Widerstandsplatte 13 angeordnet, in die beim Herstellvorgang ein Niederhalter eingreift.
Bezu s zeichen
Figure imgf000009_0001

Claims

A n s p r ü c h e
1. Drehwinkelsensor für die Messung des Drehwinkels einer Welle (6) gegenüber einem feststehenden Teil, mit einem ersten Potentiometer (2), dessen Auswertbereich 360° beträgt und
- mit einem zweiten Potentiometer (3), dem zur Auswertun mehrerer Umdrehungen der Welle (6) ein Planetengetriebe (4) als Untersetzungsgetriebe vorgeschaltet ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,
- daß den beiden Potentiometern (2, 3) eine einteilige Widerstandsplatte (13) gemeinsam ist und _ 'daß Anschlußkontakte für Kollektor- und Widerstandsbahnen als Steckbuchsen bzw. Kontaktfahnen (22, 23, 31, 32, 36, 37, 41) in der Widerstandsplatte (13) integriert sind.
2. Drehwinkelsensor nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Widerstandsplatte (13) auf ihren beiden Stirnflächen (12, 24) Widerstandsbahnen (11, 33) trägt.
3. Drehwinkelsensor nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anschlußkontakte parallel zueinander in einer Reihe nebeneinander im wesentlichen senkrecht zu der Achse der Welle (6) angeordnet sind.
4. Drehwinkelsensor nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anschlußkontakte in der Form von Kontaktfahnen (22, 23, 31, 32, 36, 37, 41) in die aus einem Kunststoff hergestellte Widerstandsplatte (13) derart eingegossen sind, daß ihre Oberflächen mit einer Stirnfläche (24) der Widerstandsplatte (13) eine Ebene bilden.
5. Drehwinkelsensor nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß einige der Kontaktfahnen (22, 23, 41) im Inneren der Widerstandsplatte (13) abgekröpft sind und daß im Endbereich der Abkröpfung in der Widerstandsplatte (13) eine Aussparung (44, 45) vorgesehen ist für die Aufnahme eines Niederhalters bei der gußtechnischen Herstellung der Widerstandsplatte (13).
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