DE102010036006A1 - Drehsteller - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehsteller mit einer um eine Drehachse 3 drehbaren Handhabe 4 sowie einer Positionssensorik zur Erfassung der Drehposition der Handhabe 4. Die Handhabe 4 weist an ihrem einer Betätigungsseite der Handhabe 4 angewandten, aus elektrisch nicht leitendem Material bestehenden Ende in einem radialen Abstand zur Drehachse 3 ein Stellsegment 7 aus einem elektrisch leitenden Material auf, das einen Kondensator bildend einem Sensorsegment 11, 20 eines zur Drehachse 3 konzentrischen, feststehenden Segmentring 10, 19 aus einer Mehrzahl von gleichmäßig am Umfang des Segmentsrings 10, 19 verteilten, in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Sensorsegmenten 11, 20 aus einem elektrisch leitenden Material durch einen Luftspalt 8 axial beabstandet gegenüberliegt, wobei von jedem Sensorsegment 11, 20 eine Sensorleitung 13 zu einer Auswerteelektronik 14 führt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehsteller mit einer um eine Drehachse drehbaren Handhabe sowie einer Positionssensorik zur Erfassung der Drehposition der Handhabe.
  • Bei derartigen Drehstellern ist es bekannt, die Erfassung der Drehposition der Handhabe mit Potentiometern, Encodern, Lichtschranken oder Hall Sensoren auszuführen.
  • Diese Drehpositionserfassungen sind aufwendig und teuer.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Drehsteller der eingangs genannten Art zu schaffen, der einen einfachen und kostengünstigen Aufbau aufweist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Handhabe an ihrem einer Betätigungsseite der Handhabe abgewandten, aus elektrisch nicht leitendem Material bestehenden Ende in einem radialen Abstand zur Drehachse ein Stellsegment aus einem elektrisch leitenden Material aufweist, das einen Kondensator bildend einem Sensorsegment eines zur Drehachse konzentrischen, feststehenden Segmentrings aus einer Mehrzahl von gleichmäßig am Umfang des Segmentrings verteilten, in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Sensorsegmenten aus einem elektrisch leitenden Material durch eine Luftspalt axial beabstandet gegenüber liegt, wobei von jedem Sensorsegment eine Sensorleitung zu einer Auswerteelektronik führt.
  • Auf berührungsfreie Weise und damit verschleißfrei ändert sich zwischen dem Sensorelement und dem Sensorsegment, dem das Sensorelement gerade gegenüberliegt, die Kapazität, was als Sensorsignal der Auswerteelektronik zugeleitet wird. Von der Auswerteelektronik wird dieses Sensorsignal einer bestimmten Drehposition der Handhabe zugeordnet und einer Anzeige ein entsprechendes Anzeigesignal zugeführt.
  • Da das Sensorsignal ohne Energiezufuhr erzeugt wird, ist der Aufbau des Drehstellers einfach und erfordert wenige Teile, wodurch auch die Baugröße gering gehalten werden kann.
  • Die Handhabe kann an ihrem betätigungsseitigen Ende eine Markierung aufweisen.
  • Um die von dem Drehsteller eingenommene Drehposition ohne Verdrehen der Handhabe erfassen zu können, kann die Handhabe im Randbereich ihres betätigungsseitigen Endes eine als Indexmarkierung ausgebildete Markierung aufweisen.
  • Besonders einfach durch Spritzgießen herstellbar ist es, wenn die Handhabe ein Kunststoffteil ist und das Stellsegment aus einem leitfähigen Kunststoff besteht.
  • Zu einer guten Kapazitätsänderung beim Drehen der Handhabe führt es, wenn die Sensorsegmente Kupfersegmente sind.
  • Dabei ist es besonders kostengünstig herstellbar, wenn diese Sensorsegmente auf eine Leiterplatte aufgebrachte Kupferflächen sind.
  • Um eine hohe Anzahl von Sensorsignalen pro Umdrehung der Handhabe erzeugen zu können und damit eine hohe Auflösung der Drehpositionen zu erreichen, können die Sensorsegmente einen ersten Segmentring mit mehreren einander in Umfangsrichtung folgenden Gruppen gleicher Anzahl von ersten Sensorsegmenten bilden, und radial innerhalb oder außerhalb des ersten Segmentrings ein zweiter Segmentring mit zweiten Sensorsegmenten feststehend angeordnet sein, die einander in Umfangsrichtung folgend Gruppen gleicher Anzahl von Sensorsegmenten bilden, wobei jeweils einem ersten Sensorsegment ein zweites Sensorsegment radial gegenüberliegend zugeordnet ist und das Stellsegment immer einem ersten und dem ihm zugeordneten zweiten Sensorelement gegenüberliegt und wobei die ersten Sensorsegmente gleicher Position der Gruppen des ersten Segmentrings mit einem gemeinsamen Eingang der Auswerteelektronik und die zweiten Sensorsegmente gleicher Gruppe des zweiten Segmentrings jeweils mit einem gemeinsamen weiteren Eingang der Auswerteelektronik verbunden sind.
  • Damit können über wenige Sensorleitungen eine größere Anzahl an Sensorsignalen der Auswerteelektronik zugeleitet werden.
  • Sowohl zu einer Materialeinsparung als auch zur Schaffung von Raum für weitere Komponenten führt es, wenn die Handhabe topfartig ausgebildet ist und an ihrem betätigungsseitigen Ende durch einen Boden geschlossen ist.
  • Dabei kann der Boden Symbole und/oder Markierungen bildende, durchleuchtbare Bereiche aufweisen und eine feststehende Lichtquelle von der der Betätigungsseite abgewandten Seite her in die Topföffnung der Handhabe hinein ragen, wodurch die Symbole und/oder Markierungen wie z. B. die Indexmarkierung beleuchtbar und damit schnell erfassbar sind.
  • In einfacher Ausbildung kann dabei die Lichtquelle auf der Leiterplatte angeordnet sein.
  • Um das Drehen von einer Drehposition in eine nächste Drehposition auch haptisch erfassen zu können und um eine optimale Überdeckung des Stellsegments mit dem jeweiligen Sensorelement der eingenommenen Drehposition zu erreichen, kann die Handhabe in Rastschritten drehbar sein, wobei die Anzahl der Rastschritte der Anzahl der Sensorsegmente des Segmentrings entsprechen und das Stellsegment in jeder Rastposition einem Sensorsegment gegenüber liegt.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 einen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines Drehstellers,
  • 2 eine Draufsicht des Drehstellers nach 1,
  • 3 einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Drehstellers,
  • 4 eine Draufsicht des Drehstellers nach 3,
  • 5 eine Draufsicht auf einen Segmentring der Drehsteller nach den 1 bis 4,
  • 6 eine Draufsicht auf einen ersten und zweiten Segmentring eines dritten Ausführungsbeispiels eines Drehstellers.
  • Die Drehsteller der Ausführungsbeispiele besitzen eine in einer Ausnehmung 1 einer Frontblende 2 um eine Drehachse 3 drehbare, topfartig ausgebildete Handhabe 4.
  • Auf der Betätigungsseite ragt die durch einen Boden 5 verschlossene Handhabe 4 von der Frontblende 2 hervor und kann von einer Bedienperson erfasst und gedreht werden.
  • An ihrem dem Boden 5 entgegengesetzten Ende ist die Handhabe 4 mit einem radial nach außen sich erstreckenden, ringartigen Kragen 6 ausgebildet.
  • Die Handhabe 4 einschließlich Kragen 6 ist ein Spritzgusskunststoffteil.
  • Mit dem in den Kragen 6 eingespritzt ist ein Stellsegment 7 aus einem leitfähigen Kunststoff.
  • Um einen ein Dielektrikum bildenden Luftspalt zum Kragen 6 beabstandet ist eine Leiterplatte 9 angeordnet, die einen Segmentring 10 aus auf die Leiterplatte 9 als aufgebrachte Kupferflächen ausgebildeten Sensorsegmenten 11 trägt.
  • Die sechzehn Sensorsegmente 11 sind gleichmäßig am Umfang des zur Drehachse 3 konzentrischen Segmentrings 10 verteilt mit Abständen 12 zueinander angeordnet.
  • In den 1 bis 4 nicht dargestellt führt von jedem Sensorsegment 11 eine Sensorleitung 13 zu einer Auswerteelektronik 14, von der dann Anzeigeelemente 18 entsprechend der eingenommenen Drehposition der Handhabe 4 ansteuerbar sind.
  • Koaxial zur Drehachse 3 ist eine Lichtquelle 15 auf der Leiterplatte 9 angeordnet, die in die Topföffnung 16 der Handhabe 4 hineinragt.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 ist der Boden 5 der ansonsten undurchleuchtbaren Handhabe 4 durchleuchtbar ausgebildet, so dass er bei eingeschalteter Lichtquelle 15 eine leuchtende Kreisscheibe bildet.
  • Im Ausführungsbeispiel der 3 und 4 ist der Boden 5 wie auch die ganze Handhabe 4 undurchleuchtbar bis auf eine Indexmarkierung 17 im Randbereich des Bodens 5.
  • Bei eingeschalteter Lichtquelle 15 ist somit die Indexmarkierung 17 durchleuchtet und gibt einer Bedienperson eine Information über die momentane Drehposition der Handhabe 4.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der 6 weist der Segmentring 10 vier Gruppen von jeweils vier Sensorsegmenten 11 auf, die mit 1, 2, 3 und 4 bezeichnet sind und über Sensorleitungen 13 zu entsprechenden Eingängen der Auswerteelektronik 14 führen.
  • Radial innerhalb des Segmentrings 10 ist konzentrisch zur Drehachse 3 ein zweiter Segmentring 19 auf der Leiterplatte angeordnet, der in gleicher Weise wie beim ersten Segmentring 10 aus vier Gruppen von jeweils vier zweiten Sensorelementen 20 besteht.
  • Alle Sensorsegmente 20 einer Gruppe a, b, c oder d sind über Sensorleitungen 13 zu einem dieser Gruppe zugeordneten Eingang der Auswerteelektronik 14 geführt.
  • Die Sensorelemente 11 und 20 des ersten Segmentrings 10 und des zweiten Segmentrings 19 sind so radial einander zugeordnet, dass jeweils ein Sensorelement 11 und ein Sensorelement 20 gemeinsam von dem Stellsegment 7 überdeckbar sind und beide ein Sensorsignal der Auswerteelektronik 14 zuleiten.
  • Auf diese Weise können mit nur acht Eingängen der Auswerteelektronik 14 sechzehn Sensorsignale ausgewertet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Ausnehmung
    2
    Frontblende
    3
    Drehachse
    4
    Handhabe
    5
    Boden
    6
    Kragen
    7
    Stellsegment
    8
    Luftspalt
    9
    Leiterplatte
    10
    Segmentring
    11
    Sensorsegmente
    12
    Abstände
    13
    Sensorleitung
    14
    Auswerteelektronik
    15
    Lichtquelle
    16
    Topföffnung
    17
    Indexmarkierung
    18
    Anzeigeelemente
    19
    zweiter Segmentring
    20
    zweite Sensorsegmente

Claims (10)

  1. Drehsteller mit einer um eine Drehachse drehbaren Handhabe sowie einer Positionssensorik zur Erfassung der Drehposition der Handhabe, dadurch gekennzeichnet, dass die Handhabe (4) an ihrem einer Betätigungsseite der Handhabe (4) abgewandten, aus elektrisch nicht leitendem Material bestehenden Ende in einem radialen Abstand zur Drehachse (3) ein Stellsegment (7) aus einem elektrisch leitenden Material aufweist, das einen Kondensator bildend einem Sensorsegment (11, 20) eines zur Drehachse (3) konzentrischen, fest stehenden Segmentrings (10, 19) aus einer Mehrzahl von gleichmäßig am Umfang des Segmentrings (10, 19) verteilten, in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Sensorsegmenten (11, 20) aus einem elektrisch leitenden Material durch einen Luftspalt (8) axial beabstandet gegenüber liegt, wobei von jedem Sensorsegment (11, 20) eine Sensorleitung (13) zu einer Auswerteelektronik (14) führt.
  2. Drehsteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Handhabe (4) im Randbereich ihres betätigungsseitigen Endes eine Markierung (17) aufweist.
  3. Drehsteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Handhabe (4) ein Kunststoffteil ist und das Stellsegment (7) aus einem leitfähigen Kunststoff besteht.
  4. Drehsteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorsegmente (11, 20) Kupfersegmente sind.
  5. Drehsteller nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorsegmente (11, 20) auf eine Leiterplatte (9) aufgebrachte Kupferflächen sind.
  6. Drehsteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorsegmente (11) einen ersten Segmentring (10) mit mehreren einander in Umfangsrichtung folgenden Gruppen gleicher Anzahl von ersten Sensorsegmenten (11) bilden, dass radial innerhalb oder außerhalb des ersten Segmentrings (10) ein zweiter Segmentring (19) mit zweiten Sensorsegmenten (20) feststehend angeordnet ist, die einander in Umfangsrichtung folgend Gruppen gleicher Anzahl von Sensorsegmenten (20) bilden, wobei jeweils einem ersten Sensorsegment (11) ein zweites Sensorsegment (20) radial gegenüberliegend zugeordnet ist und das Stellsegment (7) immer einem ersten Sensorelement (11) und dem ihm zugeordneten zweiten Sensorelement (20) gegenüberliegt und wobei jeweils die ersten Sensorsegmente (11) gleicher Position der Gruppen des ersten Segmentrings (10) mit einem gemeinsamen Eingang der Auswerteelektronik (14) und die zweiten Sensorsegmente (20) gleicher Gruppe des zweiten Segmentrings (19) jeweils mit einem gemeinsamen weiteren Eingang der Auswerteelektronik (14) verbunden sind.
  7. Drehsteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Handhabe (4) topfartig ausgebildet ist und an ihrem betätigungsseitigen Ende durch einen Boden (5) geschlossen ist.
  8. Drehsteller nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (5) Symbole und/oder Markierungen bildende, durchleuchtbare Bereiche aufweist und eine feststehende Lichtquelle (15) von der der Betätigungsseite abgewandten Seite her in die Topföffnung (16) der Handhabe (4) hinein ragt.
  9. Drehsteller nach den Ansprüchen 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (15) auf der Leiterplatte (9) angeordnet ist.
  10. Drehsteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Handhabe (4) in Rastschritten drehbar ist, wobei die Anzahl der Rastschritte der Anzahl der Sensorsegmente (11, 20) des Segmentrings (10, 19) entsprechen und das Stellsegment (7) in jeder Rastposition einem Sensorsegment (11, 20) gegenüber liegt.
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