DE102013212585A1

DE102013212585A1 - Nulllagendetektor

Info

Publication number: DE102013212585A1
Application number: DE201310212585
Authority: DE
Inventors: Maximilian Maier; Hans-Jürgen Sedlmayr
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2014-12-31

Abstract

Nulllagendetektor, insbesondere für eine Motorsteuerung, mit einem Positionselement (18) und einem durch einen Motor (14) angetriebenen beweglichen Element (10). Am Positionselement (18) sind zwei elektrische Kontakte (20) angeordnet, mit denen ein Detektor (22) verbunden ist. Am beweglichen Element (10) ist ein Kontaktelement (16) vorgesehen und die elektrischen Kontakte (20) und das Kontaktelement (16) sind dabei so zueinander angeordnet, dass bei einer vorgegebenen Position des beweglichen Elements (10) sich die elektrischen Kontakte (18) das Kontaktelement (16) berühren.

Description

Die Erfindung betrifft einen Nulllagendetektor zur Lagebestimmung von motorbetriebenen Elementen, insbesondere zur Verwendung im Weltraum.
Bei heutigen Anwendungen von Motoren im Weltraum benötigt man oft einen Detektor zur Bestimmung der antriebsseitigen Position der durch einen Motor angetriebenen beweglichen Elemente um eventuell auftretenden Schlupf oder Fehler in der Ansteuerung korrigieren zu können. Insbesondere kann es für die Anwendung wichtig sein, eine eindeutige absolute oder relative Position bestimmen zu können. Hierfür wäre es möglich einen Hall-Sensor mit einem Magneten zur genauen Positionsbestimmung zu benutzen. Durch das große magnetische Feld der verwendeten Magneten ist es jedoch möglich, dass andere Messinstrumente gestört werden. Als andere Alternative werden zur Positionsbestimmung Lichtsensoren verwendet. Diese Lichtsensoren sind jedoch empfindlich gegenüber einfallendem Streulicht und müssen aufwendig abgeschirmt werden. Andere Möglichkeiten zur Bestimmung der Position benötigen oft sehr viel Platz und Gewicht. Faktoren die in der Raumfahrt sehr teuer sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen leichten und kompakten Nulllagendetektor zu schaffen zur Lagebestimmung von Motorgetriebenen Elementen der störungsunempfindlich ist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Der erfindungsgemäße Nulllagendetektor weist ein Positionselement auf. An dem Positionselement sind zwei elektrische Kontakte angeordnet, wobei die beiden elektrischen Kontakte mit einem Detektor verbunden sind. Weiter ist an einem durch einen Motor angetriebenen beweglichen Element ein Kontaktelement vorgesehen. Die elektrischen Kontakte und das Kontaktelement sind dabei so zueinander angeordnet, dass bei einer vorgegebenen Position insbesondere der Nulllage des vom Motor angetriebenen beweglichen Elements beide elektrischen Kontakte das Kontaktelement berühren. Die beiden elektrischen Kontakte und das Kontaktelement sind dabei leitend. Durch die Berührung der elektrischen Kontakte mit dem Kontaktelement wird ein Stromkreis geschlossen, der von dem mit den beiden elektrischen Kontakten verbundenen Detektor detektiert wird. Berühren die beiden elektrischen Kontakte das Kontaktelement und wird von dem Detektor das Schließen des Stromkreises detektiert, befindet sich das vom Motor angetriebene bewegliche Element in der vorgegebenen Position.
Bevorzugt wird durch den Nulllagendetektor die Position des beweglichen Elements bei Drehbewegungen auf ein Grad genau und besonders bevorzugt auf weniger als 1 Grad genau bestimmt. Bei lateralen Bewegungen wird insbesondere eine Genauigkeit von 1mm und bevorzugt von weniger als 1 mm erreicht.
Vorzugsweise ist das Positionselement ortsfest angeordnet, so dass eine absolute Position des vom Motor angetriebenen beweglichen Elements vorgegeben werden kann und detektiert wird. Besonders bevorzugt ist es jedoch auch möglich, dass das Positionselement beweglich ist und die elektrischen Kontakte das Kontaktelement bei einer vorgegebenen relativen Position zwischen dem Positionselement und dem beweglichen Element berühren. Hierzu kann das Positionselement insbesondere an einem weiteren beweglichen Element, das von einem weiteren oder demselben Motor angetrieben ist, angeordnet sein.
Insbesondere sind die elektrischen Kontakte als Bürsten, Metallstreifen, Metallplättchen oder Drähte ausgebildet. Vorzugsweise sind die Kontakte federnd ausgebildet, um einen möglichst geringen Bewegungswiderstand bei der Berührung zwischen den elektrischen Kontakten und dem Kontaktelement hervorzurufen. Um die erforderliche Genauigkeit bei der Bestimmung der Position zu erreichen ist es bevorzugt, die Breite der elektrischen Kontakte in Bewegungsrichtung klein, insbesondere kleiner als 1 mm vorzusehen.
Das an dem durch einen Motor angetriebenen beweglichen Element angebrachten Kontaktelement weist insbesondere eine Metallfolie, ein Metallplättchen oder leitenden Kunststoff auf. Bevorzugt ist es, das Kontaktelement rampenförmig auszubilden. Hierbei weist eine Rampe des Kontaktelements in Bewegungsrichtung zur vorgegebenen Position hin und/oder eine Rampe in Bewegungsrichtung von der vorgegebenen Position weg. Hierdurch weist insbesondere das Kontaktelement einen dreieckigen Querschnitt auf, wobei die Spitze des dreieckigen Querschnitts an der vorgegebenen Position des beweglichen Elements angeordnet ist. Die elektrischen Kontakte berühren dabei vorzugsweise ausschließlich die Spitze des dreieckigen Querschnitts des Kontaktelements. Hierdurch wird die Genauigkeit zur Positionsbestimmung weiter erhöht.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Nulllage eines von einem Motor angetriebenen beweglichen Elements. Hierbei weist ein Positionselement zwei elektrische Kontakte auf und an dem beweglichen Element ist ein leitendes Kontaktelement angeordnet. Zur Bestimmung der Nulllage des beweglichen Elements wird das bewegliche Element so lange bewegt, bis die elektrischen Kontakte das Kontaktelement berühren.
Insbesondere wird durch die Berührung der elektrischen Kontakte mit dem leitenden Kontaktelement ein Stromkreis geschlossen. Das Schließen des Stromkreises wird insbesondere von einem Detektor erfasst. Vorzugsweise wird die Bewegung des beweglichen Elements durch ein Signal des Detektors ausgelöst und durch das Schließen des Stromkreises gestoppt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläutert.
Es zeigt:
1 eine schematische Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Nulllagendetektors.
Der in 1 dargestellt Nulllagendetektor weist ein bewegliches Element 10 auf, das über eine Verbindung 12 von einem Motor 14 angetrieben wird. Dabei weist der Motor 14 gleichzeitig eine nicht dargestellte Motorsteuerung auf. An dem beweglichen Element 10 ist ein leitendes Kontaktelement 16 vorgesehen.
Weiter ist ein Positionselement 18 vorgesehen, das in der gezeigten Darstellung ortsfest zum Motor 14 angeordnet ist. An dem Positionselement 18 sind zwei elektrische Kontakte 20 angeordnet. Die beiden Kontakte 20 sind mit einem Detektor 22 verbunden.
In 1 befindet sich das bewegliche Element 10 in einer vorgegebenen Position. Daher berühren die elektrischen Kontakte 20 das Kontaktelement 16. Hierdurch wird ein Stromkreis geschlossen, was durch den Detektor 22 detektiert wird. Über die Verbindung 24 steuert der Detektor den Motor in Abhängigkeit von der detektierten Position des beweglichen Elements 10.
Auf diese Weise lässt sich die Position des beweglichen Elements 10 insbesondere mit 1 Grad Genauigkeit bestimmen.

Claims

Nulllagendetektor, insbesondere für eine Motorsteuerung, mit einem Positionselement (18), zwei am Positionselement (18) angeordneten elektrischen Kontakten (20), ein mit den beiden elektrischen Kontakten (20) verbundenen Detektor (22) und einem durch einen Motor (14) angetriebenen beweglichen Element (10) dadurch gekennzeichnet, dass am beweglichen Element (10) ein Kontaktelement (16) vorgesehen ist und die elektrischen Kontakte (20) und das Kontaktelement (16) so zueinander angeordnet sind, dass bei einer vorgegebenen Position des beweglichen Elements (10) die elektrischen Kontakte (18) das Kontaktelement (16) berühren.
Nulllagendetektor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Positionselement (18) ortsfest ist.
Nulllagendetektor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Positionselement (18) beweglich ist und die elektrischen Kontakte (20) das Kontaktelement (16) berühren bei einer vorgegebenen relativen Position zwischen Positionselement (18) und beweglichen Element (10).
Nulllagendetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Kontakte (20) als Bürsten, insbesondere federnde Metallstreifen, Metallplättchen oder Drähte ausgebildet sind.
Nulllagendetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (16) eine Metallfolie, ein Metallplättchen oder leitenden Kunststoff aufweist.
Nulllagendetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (16) rampenförmig ausgebildet ist und insbesondere einen dreieckigen Querschnitt aufweist.
Verfahren zu Bestimmung der Nulllage eines von einem Motor (14) angetriebenen beweglichen Elements (10), bei welchem ein Positionselement (18) zwei elektrische Kontakte (20) aufweist, an dem beweglichen Element (10) ein leitendes Kontaktelement (16) angeordnet ist und das bewegliche Element (10) so lange bewegt wird, bis die elektrischen Kontakte (20) das leitende Kontaktelement (16) berühren.
Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem durch die Berührung der elektrischen Kontakte (20) mit dem leitenden Kontaktelement (16) ein Stromkreis geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem von einem Detektor (22) der geschlossene Stromkreis detektiert wird.