DE10055981C2

DE10055981C2 - Elektrische Abtastanordnung, Schleifer für eine solche Abtastanordnung sowie Verwendung einer solchen Abtastanordnung

Info

Publication number: DE10055981C2
Application number: DE2000155981
Authority: DE
Inventors: Michael Langs; Benno Wessendorf
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 2000-11-11
Filing date: 2000-11-11
Publication date: 2003-06-12
Anticipated expiration: 2020-11-12
Also published as: DE10055981A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Abtastanordnung bestehend aus zumindest einem Schleifer und einer jedem Schleifer zugeordneten elek trisch leitenden Schleifbahn, wobei jeder Schleifer mit seinem einen Ende in einer Halterung gehalten ist und sich durch einen elastischen Federab schnitt von seiner Halterung beabstandet auf einer Schleifbahn abstützt und wobei die Schleifbahn und der zumindest eine Schleifer relativ zuein ander bewegbar sind. Ferner betrifft die Erfindung einen Schleifer für eine elektrische Abtastanordnung bestehend aus zumindest einem Schleifer und einer jedem Schleifer zugeordneten elektrisch leitenden Schleifbahn, wobei jeder Schleifer mit seinem einen Ende in einer Halterung gehalten ist und sich durch einen elastischen Federabschnitt von seiner Halterung beabstandet auf einer Schleifbahn abstützt und wobei die Schleifbahn und der zumindest eine Schleifer relativ zueinander bewegbar sind. Gegen stand der Erfindung ist ferner eine bevorzugte Verwendung einer solchen Abtastanordnung.

Elektrische Abtastanordnungen der oben bezeichneten Art werden bei spielsweise eingesetzt, um Drehwinkel zu erfassen. Bei einem solchen Drehwinkelsensor bildet eine Scheibe mit den notwendigen Schleifbahnen den Stator. Die Schleifbahnen sind als konzentrische Ringe zueinander mit Abstand angeordnet, wobei zumindest eine der Schleifbahnen eine Widerstandsbahn ist und zumindest eine weitere Schleifbahn eine Mas sebahn darstellt. An die Drehbewegung des drehbaren Elementes gekop pelt sind ein oder mehrere Schleifer, die sich mir ihrem freien Ende auf der Oberseite jeweils einer Schleifbahn abstützen. Ein solcher Drehwin kelsensor arbeitet nach Art eines Potentiometers.

Die Schleifer eines solchen Drehwinkelsensors sind mit ihrem einen Ende in einer ortsfest zu dem Rotor angeordneten Halterung gehalten. Das an dere Ende der Schleifer stützt sich auf der Oberseite jeweils einer Schleif bahn ab. Zwischen dem Abstützabschnitt des Schleifers und seiner Halte rung ist ein elastischer Federabschnitt ausgebildet, durch den der Ab stützabschnitt des Schleifers unter die notwendige Vorspannung gestellt wird. Um Unebenheiten auf der Schleifbahn auszugleichen, ist dieser Ab schnitt elastisch federnd. Derartige Schleifer können als Blechstreifen oder auch als Vieldrahtschleifer ausgebildet sein.

Eingesetzt werden derartige Drehwinkelsensoren beispielsweise als Teil einer Lenkwinkelsensoreinrichtung in einem Kraftfahrzeug. Aufgrund der langen Toleranzkette bei einem solchen Drehwinkelsensor, insbesondere wenn dieser als Lenkwinkelsensor eingesetzt ist, müssen die eingesetzten Schleifer eine bestimmte Länge aufweisen. Der Kontaktabschnitt, mit dem sich ein solcher Schleifer auf der Oberseite der ihm zugeordneten Schleif bahn abstützt, ist als Abwinklung zu dem Federabschnitt ausgebildet, so daß der Schleifer sich mit seiner Stirnseite auf der Oberfläche der Schleif bahn abstützt. Um eine fehlerfreie Abtastung zu gewährleisten, werden in einem solchen Anwendungsfall Vieldrahtschleifer - ausgebildet nach Art einer Bürste - eingesetzt. Eine Drehbewegung des Rotors mit seinen Schleifern relativ zu den statorseitigen Schleifbahnen hat jedoch ein krat zendes Abtastgeräusch zur Folge, was insbesondere bei einem Einsatz eines solchen Drehwinkelsensors als Lenkwinkelsensor in einem Kraft fahrzeug unerwünscht ist, da dieses kratzende Geräusch im Innenraum des Kraftfahrzeuges hörbar ist.

Bekannt ist ein solcher Drehwinkelsensor beispielsweise aus der DE 196 49 906 C2.

Bekannt ist ferner die DE 33 40 635 C2. Diese offenbart eine Abgreiffvor richtung für Dreh- und Linearpotentiometer. Bei dieser Vorrichtung werden Gleitklötzchen eingesetzt, die neben den Schleifern die abzutastende Oberfläche kontaktieren. Die Gleitklötzchen sind aus einem elektrisch nicht leitenden Material, beispielsweise Kunststoff, hergestellt. Durch die se Maßnahme sind zwei voneinander unabhängige Federsysteme einge setzt. Diese sind dabei wirkungsgemäß in Reihe geschaltet, wobei die Wirkungen des einen Federsystems sich gegenüber dem anderen Feder system, welches sich ausschließlich mit Problemen des eigentlichen Schleiferkontaktbereichs beschäftigt, blockiert sind und somit auf das zweite Federsystem nicht durchschlagen. Daher läßt sich besonders exakt die Federkraft einstellen, mit der der Schleifer auf der abzutastenden Oberfläche aufliegt.

DE 39 11 100 A1 beschreibt eine weitere Abtastvorrichtung. Bei dieser Vorrichtung sind die eingesetzten Schleifer mit Blei oder einer Bleilegie rung über ihre gesamte Länge mit Ausnahme eines vorderen Kontaktab schnittes beschichtet. Die Beschichtung bzw. Ummanteilung des Schlei fers mit Blei oder einer Bleilegierung dient dem Zweck, dass durch das unedle Blei eine Passivierung der katalytische Wirkung der Edelmetalle Platin, Gold oder Palladium herbeigeführt ist, welche Edelmetalle Be standteil einer Legierung sind, aus denen ein solcher Schleifer üblicher weise hergestellt ist. Mit dieser Passivierung soll ein Absatz von auf der abzutastenden Leiterbahn angesammelten Materials verhindert bzw. re duziert werden, so dass insgesamt weniger Übergangsflächen vorhanden sind.

Aus Elektronik 7/31.3.1989, S. 76-83 ist bekannt, die Lebensdauer von Schleifern dadurch zu erhöhen, dass deren Schwingungsverhalten ge dämpft wird. Realisiert wird dies beispielsweise durch eine Bedampfung der Einzelfinger eines Schleifers mit Elastomeren hoher inneren Dämp fung. Eine solche Schwingungsdämpfung der Schleiferfinger führt zu einer Reduzierung der Amplitude der in einen Schleifer induzierten Schwingun gen. Somit wird die Intensität der Schwingung reduziert.

Auch bei diesen vorbekannten Vorrichtungen wird beim Abtasten der Schleiferbahnen durch die Schleifer ein kratzenden Abtastgeräusch pro duziert, was insbesondere bei Einsatz einer solchen Vorrichtung im Rah men eines Lenkwinkelsensors in einem Kraftfahrzeug unerwünscht ist. Hinweise, in welcher Art und Weise eine Reduzierung oder Verhinderung dieser als unangenehm empfundenen kratzenden Abtastgeräusche zu begegnen sein, sind diesen Dokumenten nicht entnehmbar.

Ausgehend von dem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, zum einen eine elektrische Abtastanordnung der eingangs genannten Art dergestalt weiterzubilden, daß bei einem Be trieb der Abtastanordnung das sich beim Stand der Technik einstellende kratzende Geräusch zumindest weitestgehend vermieden ist. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Schleifer für eine eingangs genannte elektrische Abtastanordnung bereitzustellen, bei dessen Einsatz die beim Stand der Technik als unangenehm empfundene Geräuschent wicklung minimiert ist.

Erfindungsgemäß wird die erstgenannte Aufgabe dadurch gelöst, daß der zumindest eine Schleifer in seinem vorderen Bereich des Federabschnit tes nahe seiner Abstützung auf der Schleifbahn ein eine Resonanzver schiebung verursachendes Gewicht trägt.

Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst durch einen Schleifer mit den Merkmalen des Anspruchs 9.

Bei der erfindungsgemäßen Abtastanordnung ist ebenso wie bei dem er findungsgemäßen Schleifer vorgesehen, daß innerhalb des Federab schnittes eines Schleifers ein eine Resonanzverschiebung verursachen des Gewicht angeordnet ist. Eine zusätzliche Gewichtsbelastung dieser Art, die beispielsweise dadurch realisiert sein kann, daß auf der Oberseite eines solchen Schleifers im vorderen Bereich des Federabschnittes und somit in der Nähe des Kontaktabschnittes ein Metallklötzchen angeordnet, beispielsweise angeschweißt ist. Aus Gründen der Verbindungstechnik ist es zweckmäßig, wenn das Material des Schleifers identisch mit dem des für die zusätzliche Gewichtsbelastung eingesetzten Metallklötzchens ist. Die zusätzliche Masse in dem vorderen Bereich des Federabschnittes wirkt jedoch nicht nur schwingungsdämpfend sondern ebenfalls reso nanzverschiebend. Die Folge ist, daß bei einer Betätigung einer solchen Abtastanordnung zwar eine Geräuschentwicklung nicht vollständig elimi niert sein muß, daß diese jedoch aufgrund der eintretenden Resonanz verschiebung nicht mehr als unangenehmen kratzend, sondern allenfalls als weich schleifend empfunden wird. Durch die gleichzeitige Ge räuschdämpfung ist die Lautstärke des Schleifgeräusches ebenfalls ge ringer als bei dem vorbekannten Stand der Technik. Bei einem Einsatz einer solchen elektrischen Abtastanordnung als Lenkwinkelsensor in ei nem Kraftfahrzeug ist aufgrund des die Abtastanordnung umgebenden Gehäuses ein Betätigungsgeräusch im Innenraum des Kraftfahrzeuges nicht mehr wahrnehmbar.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist neben der Anordnung eines sol chen, eine Resonanzverschiebung verursachenden Gewichtes in dem Federabschnitt eines Schleifers zwischen diesem Gewicht und der Halte rung zumindest ein Dämpfungselement angeordnet, welches zweckmäßigerweise aus einem nachgiebigen Material hergestellt ist. Ein solches Dämpfungselement kann beispielsweise aus einem weichen thermoplasti schem Polymer hergestellt sein. Eine besonders gute Schwingungs dämpfung wird mit einem solchen Dämpfungselement erzielt, wenn das Dämpfungselement aus einem oberen und einem unteren Teilelement besteht, wobei das untere Teilelement unterhalb des Federabschnittes und das obere Teilelement oberhalb des Federabschnittes angeordnet sind und diese beiden Teilelemente durch einen den Schleifer durchque renden Verbindungszapfen miteinander verbunden sind. Dabei wird vor ausgesetzt, das obere Teilelement auf der oberen Oberfläche und das untere Teilelement mit seiner oberen Seite an der Unterseite des Schlei fers anliegen.

Die sich bei dem Gegenstand der Erfindung einstellenden Vorteile erge ben sich sowohl bei Schleifern, die aus einem Blechstreifen als auch bei solchen Schleifern die als Mehrfinger- oder Vieldrahtschleifer ausgebildet sind.

Nachfolgend wird der Gegenstand der Erfindung anhand eines Ausfüh rungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: Eine schematisierte dreidimensionale Ansicht einer elektri schen Abtastanordnung eines Lenkwinkelsensors eines Kraftfahrzeuges und

Fig. 2: Eine zum Teil geschnittene Seitenansicht der Abtastanord nung der Fig. 1.

Ein im übrigen nicht näher dargestellter Lenkwinkelsensor eines Kraftfahr zeuges umfaßt eine elektrische Abtastanordnung 1 bestehend im wesent lichen aus drei auf einer als Stator der Abtastanordnung 1 dienenden Scheibe 2 aufgebrachten Schleifbahnen S₁-S₃, die ringförmig und mit Abstand zueinander angeordnet sind sowie mehreren, rotorseitig ange ordneten Vieldrahtschleifern, von denen in Fig. 2 zwei Vieldrahtschleifer V₁, V₂ erkennbar sind. Die Vieldrahtschleifer V₁, V₂ sind nebeneinander befindlich angeordnet und rotorseitig in einer Halterung 3 gehalten. Der Vieldrahtschleifer V₂ stützt sich auf der mittleren Schleifbahn S₂, die als Widerstandsbahn ausgebildet ist, und der Vieldrahtschleifer V₁ auf der äußeren, als Masse dienenden Schleifbahn S₁ ab.

In einem Winkel von 90° versetzt zu der in den Figuren gezeigten Ab tastanordnung 1 ist eine weitere Abtastanordnung angeordnet, die entwe der zur Erzielung einer gewissen Informationsredundanz vorgesehen ist oder als komplementäre Abtastanordnung dient. Bei dieser kontaktiert ein Vieldrahtschleifer ebenfalls die als Widerstandsbahn ausgebildete Schleifbahn S₂ und ein weiterer Vieldrahtschleifer die innere, als Masse ausgebildete Schleifbahn S₃.

Die Vieldrahtschleifer V₁, V₂ sind mit ihrer Halterung 3 an die Drehbewe gung der Lenksäule gekoppelt. Daher dienen die Vieldrahtschleifer V₁, V₂ zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen zwei Schleifbah nen S₁, S₂, um auf diese Weise eine Information über die Winkelstellung der beiden Vieldrahtschleifer V₁, V₂ bzw. dem gesamten Rotor bzw. dem Lenkrad zu erlangen.

Der Vieldrahtschleifer V₁ - entsprechendes gilt für den Vieldrahtschleifer V₂ - ist mit seinem hinteren Ende 4 in dem Halter 3 befestigt. An dieses Ende grenzt ein nicht unterstützter und daher frei federnder elastischer Federabschnitt 5. Das freie Ende des Vieldrahtschleifers V₁ ist gebildet durch den eigentlichen Kontaktabschnitt 6, der durch eine Abwinklung gebildet ist. Infolge der Abwinklung stützt sich der Vieldrahtschleifer V₁ mit seiner vorderen Stirnseite auf der Oberfläche der Schleifbahn S₁ ab.

In dem dem Kontaktabschnitt 6 naheliegenden Bereich des Federab schnittes 5 trägt der Vieldrahtschleifer V₁ oberseitig ein Metallklötzchen K₁ zur Gewichtsbelastung des Vieldrahtschleifers V₁. Durch die Gewichtsbe lastung des Vieldrahtschleifers V₁ in der in den Figuren gezeigten Ausge staltung erfolgt eine Resonanzverschiebung des Vieldrahtschleifers V₁ in einen Frequenzbereich, der nicht als unangenehm empfunden wird.

In dem zwischen dem Metallklötzchen K₁ und der Halterung 3 liegenden Bereich des Federabschnittes 5 ist ein Dämpfungselement 7 aus einem weichen thermoplastischen Polymer an dem Federabschnitt 5 befestigt. Das Dämpfungselement 7 umfaßt ein unteres Teil 8 und ein oberes Teil 9, die miteinander durch einen Verbindungszapfen, den Federabschnitt 5 durchgreifend miteinander verbunden sind. Das Dämpfungselement 7 ist im Wege einer Umspritzung angefertigt worden, wobei die Unterseite des oberen Teils 9 auf der Oberseite des Federabschnittes 5 und die Ober seite des unteren Teils 8 an der Unterseite des Federabschnittes 5 auf- bzw. anliegt. Durch das Dämpfungselement 7 erfolgt eine zusätzliche Schwingungsdämpfung, wodurch eine weitere Reduzierung der Betriebs lautstärke der Abtastanordnung 1 bewirkt wird.

In den mittleren und hinteren Bereich des Federabschnittes 5 sind die beiden Vieldrahtschleifer V₁, V₂ zusammengefaßt, wobei vorgesehen ist, daß im Bereich der Metallklötzchen K₁, K₂ die Vieldrahtschleifer V₁, V₂ noch voneinander getrennt sind. Die Vieldrahtschleifer V₁, V₂ bilden somit die vorderen Enden einer Gabel aus, die gemeinsam in dem Halter 3 be festigt ist. Das Dämpfungselement 7 ist in einem Bereich des Federab schnittes 5 angeordnet, in dem die beiden Federschleifer V₁, V₂ bereits zusammengefaßt sind.

Die zu Fig. 1 beschriebene Anordnung ist nochmals in der Seitenansicht der Fig. 2 erkennbar. Insbesondere aus dieser Darstellung wird auch die Formgebung der Vieldrahtschleifer V₁, V₂ bezogen auf ihre Längserstrec kung deutlich, wobei im mittleren Bereich des Federabschnittes zwischen den Metallklötzchen K₁, K₂ und dem Dämpfungselement 7 ein Knick 10 vorgesehen ist und die an den Knick 10 grenzenden Abschnitte eine ge wisse Muldenform in der Seitenansicht zu eigen haben. Der Knick 10 hat Einfluß auf das Schwingungsverhalten der Vieldrahtschleifer V₁, V₂ und dient zur Optimierung des Geräuschverhaltens.

Ein solcher in den Figuren beschriebener Schleifer kann auch für andere elektrische Abtastanordnungen eingesetzt werden, insbesondere dann, wenn es darauf ankommt, unerwünschte Betriebsgeräusche zu vermei den.

Bezugszeichenliste

1

Abtastanordnung

2

Scheibe

3

Halterung

4

hinteres Ende

5

Federabschnitt

6

Kontaktabschnitt

7

Dämpfungselement

8

unterer Teil des Dämpfungselementes

9

oberer Teil des Dämpfungselementes

10

Knick
K₁

, K₂

Metallklötzchen
S₁

-S₃

Schleifbahn
V₁

, V₂

Vieldrahtschleifer

Claims

1. Elektrische Abtastanordnung bestehend aus zumindest einem Schleifer (V₁, V₂) und einer jedem Schleifer (V₁, V₂) zugeordneten elektrisch leitenden Schleifbahn (S₁-S₃), wobei jeder Schleifer (V₁, V₂) mit seinem einen Ende in einer Halterung (3) gehalten ist und sich durch einen elastischen Federabschnitt von seiner Halterung beabstandet auf einer Schleifbahn (S₁-S₃) abstützt und wobei die Schleifbahn (S₁-S₃) und der zumindest eine Schleifer (V₁, V₂) relativ zueinander bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Schleifer (V₁, V₂) in seinem vorderen Bereich des Federabschnittes (5) nahe seiner Abstützung auf der Schleifbahn (S₁-S₃) ein eine Resonanzverschiebung verursachendes Gewicht (K₁, K₂) trägt.

2. Abtastanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gewicht ein oder mehrere Metallklötzchen (K₁, K₂) vorgesehen sind.

3. Abtastanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß das Gewicht (K₁, K₂) oberseitig auf dem zumindest einen Schleifer (V₁, V₂) angeordnet ist.

4. Abtastanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß der Federabschnitt (5) neben dem eine Reso nanzverschiebung verursachenden Gewicht (K₁, K₂) ein oder meh rere Dämpfungselemente (7) trägt.

5. Abtastanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (7) ein sich über eine gewisse Längser streckung des Federabschnittes (5) erstreckender Körper ist, von dem zumindest seine Endabschnitte auf der Oberfläche des Fe derabschnittes (5) anliegen.

6. Abtastanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich net, daß das zumindest eine Dämpfungselement (7) aus einem unteren und einem oberen Element (8 bzw. 9) besteht, die durch einen den Federabschnitt (5) durchquernden Verbindungzapfen miteinander verbunden sind.

7. Abtastanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (7) aus einem weichen thermoplastischen Polymer besteht.

8. Abtastanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß der zumindest eine Schleifer (V₁, V₂) ein Viel drahtschleifer ist.

9. Schleifer für eine elektrische Abtastanordnung bestehend aus zu mindest einem Schleifer (V₁, V₂) und einer jedem Schleifer (V₁, V₂) zugeordneten elektrisch leitenden Schleifbahn (S₁-S₃), wobei jeder Schleifer (V₁, V₂) mit seinem einen Ende in einer Halterung gehalten ist und sich durch einen elastischen Federabschnitt von seiner Halterung beabstandet auf einer Schleifbahn (S₁-S₃) abstützt und wobei die Schleifbahn (S₁-S₃) und der zumindest eine Schleifer (V₁, V₂) relativ zueinander bewegbar sind, dadurch gekennzeich net, daß der Schleifer (V₁, V₂) in seinem vorderen Bereich des Fe derabschnittes (5) nahe seiner Abstützung auf der Schleifbahn (S₁- S₃) ein eine Resonanzverschiebung verursachendes Gewicht (K₁, K₂) trägt.

10. Schleifer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Gewicht (K₁, K₂) ein oder mehrere Metallklötzchen vorgesehen sind.

11. Schleifer nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht (K₁, K₂) oberseitig auf dem Schleifer (V₁, V₂) angeord net ist.

12. Schleifer nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, daß der Federabschnitt (K) neben dem eine Resonanz verschiebung verursachenden Gewicht (5) ein oder mehrere Dämpfungselemente trägt.

13. Schleifer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement ein sich über eine gewisse Längserstreckung des Federabschnittes (K) erstreckender Körper ist, von dem zu mindest seine Endabschnitte auf der Oberfläche des Federab schnittes (K) anliegen.

14. Schleifer nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine Dämpfungselement aus einem unteren und einem oberen Element besteht, die durch einen den Schleifer (V₁, V₂) durchquernden Verbindungszapfen miteinander verbunden sind.

15. Schleifer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement aus einem weichen thermoplastischen Polymer besteht.

16. Schleifer nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekenn zeichnet, daß der zumindest eine Schleifer (V₁, V₂) ein Vieldraht schleifer ist.

17. Verwendung einer Abtastanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese Teil einer Lenkwinkel sensoreinrichtung eines Kraftfahrzeuges ist.