DE102014004452B4

DE102014004452B4 - Device for detecting the angular position of a shaft of a travel switch and travel switch with such a device

Info

Publication number: DE102014004452B4
Application number: DE102014004452.1A
Authority: DE
Inventors: Peter Licht; Michael Heim
Original assignee: Schaltbau GmbH
Current assignee: Schaltbau GmbH
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2020-03-19
Anticipated expiration: 2034-03-28
Also published as: DE102014004452A1; WO2015144189A1

Abstract

Vorrichtung (1) zur Erfassung der Winkellage einer Welle (2) eines Fahrschalters, wobei die Vorrichtung (1) ein Getriebe aufweist, das ein drehfest mit der Welle (2) verbindbares Eingangszahnrad (4) und ein mit dem Eingangszahnrad (4) in Eingriff befindliches Ausgangszahnrad (5) umfasst, wobei die Vorrichtung (1) ferner ein Geberelement (6) aufweist, das drehfest mit dem Ausgangszahnrad (5) verbunden und mittels eines Sensors (7) abtastbar ist, wobei das Getriebe als eigenständige Baugruppe ausgeführt ist und als solche an dem Fahrschalter (3) anbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangszahnrad (4) eine durchgehende mittlere Durchgangsöffnung (19) aufweist, in welche die Welle (2) des Fahrschalters (3) oder ein entsprechendes Verlängerungsstück der Welle (2) bei der Montage der Vorrichtung (1) an dem Fahrschalter eingesteckt werden kann, so dass ein drehfester Formschluss zwischen mittlerer Durchgangsöffnung (19) und Welle (2) bzw. Verlängerungsstück entsteht.Device (1) for detecting the angular position of a shaft (2) of a travel switch, the device (1) having a transmission which engages with an input gear (4) which is non-rotatably connectable to the shaft (2) and with the input gear (4) located output gear (5), wherein the device (1) further comprises a transmitter element (6) which is rotatably connected to the output gear (5) and can be scanned by means of a sensor (7), the transmission being designed as an independent assembly and as such can be attached to the driving switch (3), characterized in that the input gear (4) has a continuous central through opening (19) into which the shaft (2) of the driving switch (3) or a corresponding extension piece of the shaft (2) the assembly of the device (1) can be plugged into the driving switch, so that a non-rotatable positive connection between the central through opening (19) and shaft (2) or extension piece is created.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung der Winkellage einer Welle eines Fahrschalters nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1. Die gattungsgemäße Vorrichtung weist ein Getriebe auf, das ein drehfest mit der Welle verbindbares Eingangszahnrad und ein mit dem Eingangszahnrad in Eingriff befindliches Ausgangszahnrad umfasst. Ferner weist die Vorrichtung ein Geberelement auf, das drehfest mit dem Ausgangszahnrad verbunden und mittels eines Sensors abtastbar ist. Die Erfindung betrifft ferner einen Fahrschalter mit einer derartigen Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 14.The present invention relates to a device for detecting the angular position of a shaft of a driving switch. Furthermore, the device has a transmitter element which is connected in a rotationally fixed manner to the output gear and can be scanned by means of a sensor. The invention further relates to a driving switch with such a device according to independent claim 14.

In der Schienenfahrzeugtechnik kommen mittlerweile hochkomplexe Bahnfahrschalter zum Einsatz, die über die Bedienung eines einzigen Bedienhebels nicht nur die Betätigung einer Vielzahl von Schalter erlauben, sondern darüber hinaus mit einem System ausgestattet sind, das die Erfassung der Stellung des Bedienelements ermöglicht und ein entsprechendes Signal ausgibt. Die Position des Bedienelements, in den meisten Fällen handelt es sich hierbei um einen drehbar gelagerten Hebel, wird zu diversen Zwecken erfasst und in der Regel durch ein Sicherheitssystem des Schienenfahrzeugs überwacht. In den meisten Fällen kommt zu diesem Zweck ein Drehgeber zum Einsatz, der die Winkellage der Schalterwelle abgreift. Dabei sind aus dem Stand der Technik mehrere Lösungen bekannt, den Drehgeber umzusetzen. Es besteht beispielsweise die Möglichkeit, die Schalterwelle mit einer Magnetscheibe zu bestücken, die am Außenumfang durch einen radial außerhalb angeordneten Sensor abgetastet wird. Diese Umsetzung erfordert jedoch relativ viel Platz und lässt sich in vielen Konstellationen schlecht umsetzen. In den meisten Fällen ist ein Gebermagnet an einem Stirnende der Schalterwelle angebracht. Der Gebermagnet wird in diesem Fall durch einen entsprechenden am Stirnende angeordneten Encoder-Chip abgetastet.In the rail vehicle technology, highly complex train travel switches are now used, which not only allow the operation of a large number of switches by operating a single control lever, but are also equipped with a system that enables the position of the control element to be detected and outputs a corresponding signal. The position of the control element, in most cases it is a rotatably mounted lever, is recorded for various purposes and is usually monitored by a safety system of the rail vehicle. In most cases, an encoder is used for this purpose, which picks up the angular position of the switch shaft. Several solutions for implementing the rotary encoder are known from the prior art. For example, there is the possibility of equipping the switch shaft with a magnetic disk, which is scanned on the outer circumference by a sensor arranged radially outside. However, this implementation requires a relatively large amount of space and is difficult to implement in many constellations. In most cases, an encoder magnet is attached to one end of the switch shaft. In this case, the encoder magnet is scanned by a corresponding encoder chip arranged at the front end.

Die zunehmend steigenden Sicherheitsanforderungen im Bahnbereich erfordern mittlerweile, dass viele Systeme redundant ausgeführt werden. So besteht mittlerweile auch die Forderung, das System zur Erfassung der Position des Bedienelements redundant auszuführen.The increasingly increasing safety requirements in the rail sector meanwhile mean that many systems have to be implemented redundantly. There is now also a requirement to redundantly design the system for detecting the position of the control element.

Die zuvor erwähnte Variante, die Schalterwelle mit einer Magnetscheibe auszurüsten, die am Außenumfang abgetastet wird, bietet die Möglichkeit, am Außenumfang der Magnetscheibe mehrere Sensoren anzuordnen, die jeweils ein eigenständiges Signal abgeben. Diese Lösung kann die herrschenden Anforderungen an die Redundanz jedoch nicht erfüllen, da beide Sensoren auf ein und dasselbe Geberelement, nämlich die Magnetscheibe, rückgreifen, und die Redundanz nicht gewährleistet ist, wenn beispielsweise die Magnetscheibe beschädigt wird oder sich lockert.The previously mentioned variant, to equip the switch shaft with a magnetic disk which is scanned on the outer circumference, offers the possibility of arranging a plurality of sensors on the outer circumference of the magnetic disk, each of which emits an independent signal. However, this solution cannot meet the existing requirements for redundancy, since both sensors fall back on one and the same encoder element, namely the magnetic disk, and redundancy is not guaranteed if, for example, the magnetic disk is damaged or becomes loose.

Auch bei stirnseitig angebrachten Gebermagneten besteht die Möglichkeit, Bausteine einzusetzen, die zwei Encoder-Chips in einem Gehäuse vereinen. Auch hier verhält es sich so, dass beide Positionserfassungen gestört sind, sollte sich beispielsweise der Magnet lösen. Außerdem ist die geforderte Isolationsspannung zwischen den beiden Chips für den Einsatz in der Bahn bei Weitem nicht ausreichend.It is also possible to use modules that combine two encoder chips in one housing, even with front-mounted encoder magnets. It is also the case here that both position detections are disturbed if, for example, the magnet should come loose. In addition, the required insulation voltage between the two chips is far from sufficient for use in the railway.

Man ist deshalb dazu übergegangen, die Schaltgeräte mit einem Getriebe auszustatten, das die Rotationsbewegung der Schalterwelle auf zwei Zahnräder überträgt, die jeweils mit einem Gebermagnet bestückt sind, der über einen entsprechenden Sensor abgetastet werden kann. Die bestehenden Lösungen hierzu sind relativ aufwendig in der Konstruktion und daher kostspielig. Das Getriebe wird direkt in die Schaltermechanik integriert und ist daher integraler Bestandteil des Fahrschalters. Die verwendeten Zahnräder wurden bislang aus Metall gefertigt und direkt am Fahrschaltergehäuse gelagert. Wenngleich diese Bauweise einen robusten Aufbau gewährleistet, so ist sie jedoch mit erheblichem Konstruktionsaufwand und erheblichen Fertigungskosten verbunden. Zudem sind die bestehenden Ansätze schalterspezifisch. Dies bedeutet, das entsprechende Getriebe bzw. der vollständige Aufbau des Systems zur Erfassung der Position des Bedienelements muss für jeden Schalter individuell ausgelegt werden.It has therefore become common practice to equip the switching devices with a transmission which transmits the rotational movement of the switch shaft to two gearwheels, each of which is equipped with an encoder magnet which can be sensed by a corresponding sensor. The existing solutions for this are relatively complex to construct and therefore expensive. The gearbox is integrated directly into the switch mechanism and is therefore an integral part of the driving switch. The gears used were previously made of metal and stored directly on the travel switch housing. Although this design ensures a robust construction, it is associated with considerable design effort and considerable manufacturing costs. In addition, the existing approaches are switch-specific. This means that the corresponding gearbox or the complete structure of the system for detecting the position of the control element must be designed individually for each switch.

Eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art ist beispielsweise aus DE 202007014292 U1 und aus DE 202009001387 U1 bekannt.A device of the generic type is, for example, from DE 202007014292 U1 and from DE 202009001387 U1 known.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art anzugeben, die eine kostengünstige Konstruktion und Herstellung sowohl der Vorrichtung selbst als auch des entsprechenden Fahrschalters erlaubt.The object of the present invention is to provide a device of the generic type which allows inexpensive construction and manufacture of both the device itself and the corresponding travel switch.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Das Getriebe kann als eigenständige Baugruppe sowohl direkt als auch indirekt am Fahrschalter angebracht werden. Das Eingangszahnrad weist erfindungsgemäß eine durchgehende mittlere Öffnung auf, in welche die Welle des Fahrschalters oder ein entsprechendes Verlängerungsstück der Welle eingesteckt werden kann, so dass ein drehfester Formschluss zwischen mittlerer Öffnung und Welle bzw. Verlängerungsstück entsteht. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders einfach auf die Welle bzw. auf ein entsprechendes Verlängerungsstück aufgesteckt werden.The object is achieved by the features of independent claim 1. The transmission can be attached as an independent assembly both directly and indirectly to the travel switch. According to the invention, the input gear has a continuous central opening, into which the shaft of the driving switch or a corresponding extension piece of the shaft can be inserted, so that a rotationally fixed positive connection between the central opening and the shaft or extension piece is produced. In this way, the device according to the invention can be particularly easily plugged onto the shaft or onto a corresponding extension piece.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, dass die Vorrichtung zur Erfassung der Winkellage als eigenständiges Baugruppenmodul bei einer Vielzahl von unterschiedlichen oder zumindest ähnlichen Fahrschaltern zum Einsatz kommen kann. Sowohl die Konstruktion des Fahrschalters selbst als auch die Herstellung und Montage vereinfachen sich dadurch erheblich. Auch die Funktionsprüfung einer zusammen mit dem Getriebe verwendeten Leiterplatte, die den Sensor der erfindungsgemäßen Vorrichtung trägt, vereinfacht sich dadurch, da selbst bei verschiedenen Fahrschaltern stets ein und dieselbe Prüfvorrichtung zum Einsatz kommen kann. The solution according to the invention offers the advantage that the device for detecting the angular position can be used as an independent module in a large number of different or at least similar travel switches. This considerably simplifies the construction of the travel switch itself as well as the manufacture and assembly. This also simplifies the functional test of a printed circuit board used together with the transmission, which carries the sensor of the device according to the invention, since one and the same test device can always be used even with different travel switches.

Es wird darauf hingewiesen, dass sich die Erfindung sowohl für Geräte mit einfacher Positionserfassung als auch für Geräte mit einem redundanten System eignet, bei dem zwei identische Baugruppen zum Einsatz kommen können. Vorzugsweise wird die Baugruppe an einem Gehäuse des Fahrschalters angebracht, aus welchem die Welle zumindest einseitig hervorsteht. Weiter vorzugsweise kämmt das Ausgangszahnrad direkt mit dem Eingangszahnrad. Das Getriebe ist daher vorzugsweise als einfaches Stirnradgetriebe ausgeführt.It is pointed out that the invention is suitable both for devices with simple position detection and for devices with a redundant system in which two identical assemblies can be used. The assembly is preferably attached to a housing of the travel switch, from which the shaft protrudes at least on one side. More preferably, the output gear meshes directly with the input gear. The gear is therefore preferably designed as a simple spur gear.

Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the present invention are the subject of the dependent claims.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Zahnräder des Getriebes aus Kunststoff gefertigt. Da in den meisten Anwendungsfällen keine hohen Drehzahlen oder hohe Kräfte übertragen werden müssen, können die Zahnräder aus Kunststoff gefertigt werden, wodurch im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen erhebliche Fertigungskosten eingespart werden können. Insbesondere, wenn die Vorrichtung in großen Stückzahlen produziert wird, ist es dabei von besonderem Vorteil, wenn die Zahnräder im Spritzgußverfahren hergestellt sind. Prinzipiell lassen sich die Zahnräder auch aus Kunststoff fräsen. Da das Spritzgussverfahren zwar teuere Werkzeuge erfordert, bei großen Stückzahlen aber günstiger ist, empfiehlt es sich für Großserien. Das Fräsverfahren erfordert keine Werkzeugherstellung. Aufgrund der höhere Stückkosten eignet es sich jedoch eher für Kleinserien.In a particularly preferred embodiment of the present invention, the gear wheels of the transmission are made of plastic. Since in most applications no high speeds or high forces have to be transmitted, the gears can be made of plastic, which can save considerable manufacturing costs compared to conventional solutions. In particular, if the device is produced in large numbers, it is particularly advantageous if the gears are manufactured by injection molding. In principle, the gears can also be milled from plastic. Since the injection molding process requires expensive tools, but is cheaper for large quantities, it is recommended for large series. The milling process does not require tool manufacture. However, due to the higher unit costs, it is more suitable for small series.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die eigenständige Baugruppe ein Gehäuse, in welchem die Zahnräder drehbar gelagert sind und welches das Getriebe umschließt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Vorrichtung besonders einfach montiert werden kann, und außerdem sowohl die Zahnräder als auch das am Ausgangszahnrad befestigte Geberelement wirksam vor Verschmutzung geschützt sind. Die drehbare Lagerung der Zahnräder erfolgt vorzugsweise durch hohlzylindrische Vorsprünge des Gehäuses, die in entsprechende rotationssymmetrische Ausnehmungen der Zahnräder eingreifen. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um eine rotationssymmetrische Nut des entsprechenden Zahnrads. Auf diese Weise wird eine besonders einfach umzusetzende Lagerung der Zahnräder erreicht. Durch den Eingriff der hohlzylindrischen Vorsprünge des Gehäuses in die Nuten der Zahnräder entsteht zudem eine Art Labyrinthdichtung, die zu einem wirksamen Schutz vor Verschmutzung beiträgt.In a further particularly preferred embodiment of the present invention, the independent assembly comprises a housing in which the gear wheels are rotatably mounted and which encloses the gear. This embodiment has the advantage that the device can be installed in a particularly simple manner and, in addition, both the gearwheels and the transmitter element fastened to the output gearwheel are effectively protected against contamination. The rotatable mounting of the gears is preferably carried out by hollow cylindrical projections of the housing which engage in corresponding rotationally symmetrical recesses in the gears. This is preferably a rotationally symmetrical groove of the corresponding gear. In this way, a particularly easy to implement storage of the gears is achieved. The engagement of the hollow cylindrical projections of the housing in the grooves of the gears also creates a kind of labyrinth seal, which contributes to effective protection against contamination.

Das Gehäuse ist vorzugsweise aus zwei Hälften zusammengesetzt, die mittels eines Schnappmechanismus aneinander befestigt sind. Diese Ausführungsform ermöglicht eine besonders einfache Montage der Vorrichtung selbst.The housing is preferably composed of two halves which are fastened to one another by means of a snap mechanism. This embodiment enables a particularly simple assembly of the device itself.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auch das Gehäuse aus Kunststoff gefertigt und im Spritzgußverfahren hergestellt. Dadurch kann die gesamte Vorrichtung auf besonders einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass selbstverständlich auch das Gehäuse aus Kunststoff gefräst werden kann. Diese Herstellungsvariante empfiehlt sich aufgrund der höheren Stückkosten jedoch nur für Kleinserien.In a further particularly preferred embodiment of the present invention, the housing is also made of plastic and manufactured using the injection molding process. As a result, the entire device can be manufactured in a particularly simple and inexpensive manner. It is pointed out that the plastic housing can of course also be milled. Due to the higher unit costs, this production variant is only recommended for small series.

In einer weiteren ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Geberelement formschlüssig in eine mittlere Ausnehmung des Ausgangszahnrades eingesetzt. Dadurch wird eine besonders einfache Positionierung und Befestigung des Geberelements am Ausgangszahnrad erreicht. Nach dem Stand der Technik wird das Geberelement, in den meisten Fällen ein Gebermagnet, in einem aufwendigen und teuren Klebeverfahren auf die Stirnseite der Schalterwelle bzw. auf die Stirnseite eines entsprechenden Zahnrads aufgeklebt. Da das Geberelement möglichst genau positioniert werden muss, erfordert dieses herkömmliche Verfahren den Einsatz aufwendiger Positionierungshilfsmittel bzw. einer entsprechenden Positionierungsvorrichtung. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform entfällt dieses Erfordernis vollständig.In a further very particularly preferred embodiment of the present invention, the transmitter element is inserted in a form-fitting manner in a central recess in the output gear. A particularly simple positioning and fastening of the encoder element on the output gear is thereby achieved. According to the prior art, the encoder element, in most cases an encoder magnet, is stuck onto the end face of the switch shaft or onto the end face of a corresponding gearwheel in a complex and expensive adhesive process. Since the encoder element must be positioned as precisely as possible, this conventional method requires the use of complex positioning aids or a corresponding positioning device. In the embodiment according to the invention, this requirement is completely eliminated.

Von besonderem Vorteil ist dabei, wenn die mittlere Ausnehmung des Ausgangszahnrades Klemm- oder Rastelemente aufweist, die beim Einsetzen des Geberelements dieses einklemmen oder mit einem Rand des Geberelements verrasten. Dadurch werden weder Klebstoff noch sonstige Befestigungsmittel erforderlich. Zudem erfolgt die Befestigung des Geberelements an dem Ausgangszahnrad dadurch besonders schnell und einfach. Das Geberelement weist vorzugsweise zumindest eine seitliche Abflachung auf, um einen sicheren Formschluss zwischen Ausgangszahnrad und Geberelement zu gewährleisten und eine relative Verdrehung der beiden Bauteile auszuschließen. Weiter vorzugsweise weist das Geberelement zu diesem Zweck zwei gegenüberliegende seitliche Abflachungen auf.It is particularly advantageous if the central recess of the output gear has clamping or latching elements that clamp it when the encoder element is inserted or lock it with an edge of the encoder element. This eliminates the need for glue or other fasteners. In addition, the attachment of the transmitter element to the output gear is particularly quick and easy. The transmitter element preferably has at least one lateral flattening in order to ensure a secure positive connection between the output gear and the transmitter element ensure and exclude a relative rotation of the two components. For this purpose, the transmitter element further preferably has two opposite lateral flats.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Geberelement als Magnet ausgeführt. Es wird darauf hingewiesen, dass selbstverständlich auch andere Geberelemente zum Einsatz kommen können. Beispielsweise ist es möglich, ein optisches Geberelement an dem Ausgangszahnrad zu befestigen. Eine optische Abtastung erfordert jedoch in der Regel größere Sensoren und ist zudem schmutzanfälliger und relativ empfindlich gegenüber Betauung des Geberelements.In a further particularly preferred embodiment of the present invention, the transmitter element is designed as a magnet. It is pointed out that other encoder elements can of course also be used. For example, it is possible to attach an optical transmitter element to the output gear. However, optical scanning generally requires larger sensors and is also more susceptible to dirt and relatively sensitive to condensation on the transmitter element.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die eigenständige Baugruppe ferner den Sensor sowie eine Leiterplatte, auf welcher der Sensor untergebracht ist. Bei dieser Ausführungsform kann ein besonders vorteilhafter modulartiger Aufbau des entsprechenden Fahrschalters erreicht werden. Auch die Montage des Fahrschalters vereinfacht sich dadurch erheblich. Zudem kann mit einfachen Mitteln sichergestellt werden, dass die Leiterplatte bzw. der auf der Leiterplatte angeordnete Sensor präzise in Bezug auf das Geberelement ausgerichtet ist. Die Toleranzen zwischen dem Geberelement und dem Sensor werden nur durch die Toleranzen der eigenständigen Baugruppe bestimmt. Vorzugsweise ist der Sensor als Encoder-Chip ausgeführt, der entweder selbst über eine entsprechende Elektronik verfügt oder mit einer Auswerteelektronik verbunden ist, die auf der Leiterplatte untergebracht ist. Die Leiterplatte ist dadurch vorzugsweise einer Elektronikbaugruppe gleichzusetzen. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich eine besonders platzsparende Bauweise.In a further particularly preferred embodiment of the present invention, the independent assembly further comprises the sensor and a printed circuit board on which the sensor is accommodated. In this embodiment, a particularly advantageous modular construction of the corresponding driving switch can be achieved. This also considerably simplifies the assembly of the travel switch. In addition, it can be ensured with simple means that the circuit board or the sensor arranged on the circuit board is precisely aligned with respect to the transmitter element. The tolerances between the encoder element and the sensor are only determined by the tolerances of the independent module. The sensor is preferably designed as an encoder chip, which either has appropriate electronics itself or is connected to evaluation electronics which are accommodated on the printed circuit board. As a result, the printed circuit board is preferably to be equated with an electronic assembly. This embodiment results in a particularly space-saving design.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Gehäuse im Bereich des Geberelements eine Öffnung auf, wobei die Öffnung durch die Leiterplatte abgedeckt ist. Die Öffnung gewährleistet eine einwandfreie Abtastung des Geberelements durch den Sensor. Gleichzeitig wird durch die Abdeckung der Öffnung durch die Leiterplatte sichergestellt, dass ein wirksamer Verschmutzungsschutz gewährleistet wird.In a further preferred embodiment of the present invention, the housing has an opening in the region of the transmitter element, the opening being covered by the printed circuit board. The opening ensures that the sensor element is correctly scanned by the sensor. At the same time, the opening of the circuit board ensures that effective protection against contamination is guaranteed.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Gehäuse eine Positionierungshilfe zur Positionierung des Gehäuses auf der Leiterplatte auf. Dadurch wird die richtige Ausrichtung des Sensors in Bezug zum Geberelement erheblich vereinfacht bzw. automatisch bei der Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielt. Um eine besonders stabile Verbindung zwischen Gehäuse und Leiterplatte zu erreichen, ist die Leiterplatte vorzugsweise mit dem Gehäuse verschraubt. Das Gehäuse weist hierzu vorzugsweise entsprechende Bohrungen auf. Um die Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung weiter zu vereinfachen, kann alternativ vorgesehen sein, dass das Gehäuse mittels einer Schnappverbindung an der Leiterplatte befestigt ist. Auch andere Befestigungsarten sind denkbar.In a further preferred embodiment of the present invention, the housing has a positioning aid for positioning the housing on the printed circuit board. As a result, the correct alignment of the sensor in relation to the transmitter element is considerably simplified or is achieved automatically when the device according to the invention is installed. In order to achieve a particularly stable connection between the housing and the printed circuit board, the printed circuit board is preferably screwed to the housing. For this purpose, the housing preferably has corresponding bores. To further simplify the assembly of the device according to the invention, it can alternatively be provided that the housing is fastened to the printed circuit board by means of a snap connection. Other types of fastening are also conceivable.

Die durchgehende mittlere Öffnung des Eingangszahnrads hat vorzugsweise einen eckigen, weiter vorzugsweise einen vieleckigen Querschnitt, der im Wesentlichen dem Querschnitt der Welle entspricht, so dass ein wirksamer drehfester Formschluss gegeben ist. Prinzipiell kann jeder Querschnitt verwendet werden, der einen Formschluss ermöglicht. So sind beispielsweise auch eine Keilnutverzahnung, eine einseitige Abflachung der Welle oder eine Nut denkbar. Die Ausführung als Sechskant ist für den Spritzguss besonders gut geeignet. Außerdem ist die Welle aus Sechskantmaterial preisgünstig herzustellen. Weiter vorzugsweise weist das Gehäuse zu beiden Seiten des Eingangszahnrads eine Öffnung auf, so dass die eigenständige Baugruppe vollständig auf die Welle des Fahrschalters aufgesteckt werden kann. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Welle des Fahrschalters mit mehreren erfindungsgemäßen Vorrichtungen bestückt werden kann. Die Vorrichtungen können identisch ausgeführt sein und beispielsweise in axialer Richtung aufeinander gestapelt werden. Dadurch ist eine redundante oder sogar mehrfach redundante Erfassung der Winkellage durch Verwendung mehrerer identischer Baugruppen möglich. Die beiden Öffnungen, durch welche die Welle des Fahrschalters ragt, sind dabei vorzugsweise die einzigen Öffnungen, die im vormontierten Zustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach außen hin in Erscheinung treten, so dass besonders wenig Angriffsfläche für die Verschmutzung des Innenlebens der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht.The continuous central opening of the input gear preferably has an angular, more preferably a polygonal cross-section, which essentially corresponds to the cross-section of the shaft, so that there is an effective, non-rotatable positive connection. In principle, any cross-section can be used that enables a positive fit. For example, a spline toothing, a one-sided flattening of the shaft or a groove are also conceivable. The hexagon version is particularly well suited for injection molding. In addition, the shaft is inexpensive to manufacture from hexagonal material. More preferably, the housing has an opening on both sides of the input gear, so that the independent assembly can be completely plugged onto the shaft of the travel switch. This embodiment has the advantage that the shaft of the driving switch can be equipped with several devices according to the invention. The devices can be of identical design and can be stacked on top of one another in the axial direction, for example. This enables a redundant or even multiple redundant detection of the angular position by using several identical modules. The two openings through which the shaft of the control switch protrudes are preferably the only openings which appear in the preassembled state of the device according to the invention, so that there is particularly little contact surface for the contamination of the interior of the device according to the invention.

Die Erfindung stellt ferner einen Fahrschalter mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bereit. Dabei ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass zumindest zwei eigenständige Baugruppen in axialer Richtung der Welle betrachtet hintereinander an dem Fahrschalter angebracht sind. Die Baugruppen sind vorzugsweise identisch ausgeführt.The invention further provides a driving switch with the device according to the invention. In a particularly preferred embodiment, it is provided that at least two independent assemblies, as viewed in the axial direction of the shaft, are mounted one behind the other on the travel switch. The modules are preferably identical.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1: einen Fahrschalter mit einer Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung der Winkellage der Fahrschalterwelle,
2. die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Draufsicht ohne Fahrschalter und Leiterplatte, und
3: eine Schnittdarstelllung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung aus 2 entlang der in 2 eingezeichneten Schnittlinie A (mit zusätzlicher redundanter Vorrichtung).

An embodiment of the present invention is explained in more detail below with reference to drawings. Show it:

1 a driving switch with an exploded view of a device according to the invention for detecting the angular position of the driving switch shaft,
2nd . the device according to the invention in a plan view without travel switch and circuit board, and
3rd : a sectional view through the device according to the invention 2nd along the in 2nd shown section line A (with additional redundant device).

Für die folgenden Ausführungen gilt, dass gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind. Sofern in einer Zeichnung Bezugszeichen enthalten sind, auf die in der zugehörigen Figurenbeschreibung nicht näher eingegangen wird, so wird auf vorangehende oder nachfolgende Figurenbeschreibungen Bezug genommen.For the following explanations, the same parts are identified by the same reference numerals. If reference numbers are contained in a drawing, which are not discussed in more detail in the associated description of the figures, reference is made to previous or following description of the figures.

1 zeigt einen Bahn-Fahrschalter 3 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Erfassung der Winkellage der Fahrschalterwelle 2 in einer Explosionsansicht. Details der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 sind zudem in den 2 und 3 gezeigt. 1 shows a train travel switch 3rd with a device according to the invention 1 for detecting the angular position of the drive switch shaft 2nd in an exploded view. Details of the device according to the invention 1 are also in the 2nd and 3rd shown.

Der Fahrschalter 3 weist einen Bedienhebel 24 auf, durch den die Schalterwelle 2, welche einseitig aus dem Schaltergehäuse hervorsteht, direkt oder indirekt betätigt wird. An dem Fahrschalter 3 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung angebracht, welche als eigenständige Baugruppe ausgeführt ist. Sie besteht im Wesentlichen aus einem Getriebe, welches eine Drehbewegung der Schalterwelle 2 auf ein Geberelement 6 überträgt, das von einem Sensor 7 abgetastet wird. Die Vorrichtung 1 umfasst auch ein Getriebegehäuse 8, welches das Getriebe umschließt, sowie eine Leiterplatte 15, auf welcher der Sensor 7 untergebracht ist. Das Getriebe ist mittels zweier Schrauben, die durch Befestigungsbohrungen 23 des Gehäuses 8 führen, an der Leiterplatte 15 festgeschraubt. Die Leiterplatte 15 wird mit Abstandsbolzen 25 am Fahrschaltergehäuse befestigt. Sollte aus Gründen der Redundanz eine weitere Leiterplatte 15 verwendet werden, wird diese ebenfalls mit Abstandsbolzen auf der bereits am Fahrschalter befestigten Leiterplatte festgeschraubt..The driving switch 3rd has an operating lever 24th through which the switch shaft 2nd , which protrudes from the switch housing on one side, is operated directly or indirectly. At the driving switch 3rd the device according to the invention is attached, which is designed as an independent assembly. It essentially consists of a gearbox, which rotates the switch shaft 2nd on an encoder element 6 transmits that from a sensor 7 is scanned. The device 1 also includes a gearbox 8th , which encloses the gearbox, as well as a printed circuit board 15 on which the sensor 7 is housed. The gearbox is by means of two screws through mounting holes 23 of the housing 8th lead on the circuit board 15 screwed tight. The circuit board 15 comes with spacer bolts 25th attached to the travel switch housing. Should be another circuit board for redundancy 15 used, this is also screwed with spacer bolts onto the circuit board already attached to the travel switch.

Das Getriebe selbst besteht aus einem Eingangszahnrad 4 und einem mit dem Eingangszahnrad 4 nach Art eines Stirnradgetriebes kämmendem Ausgangszahnrad 5. Das Eingangszahnrad 4 ist mit einer 6-eckigen Durchgangsöffnung 19 auf die ebenfalls 6-eckig ausgebildete Schalterwelle 2 aufgesteckt. Dadurch besteht zwischen dem Eingangszahnrad 4 und der Schalterwelle 2 ein drehfester Formschluss. Das Ausgangszahnrad 5 weist eine mittlere Ausnehmung 13 auf, in die das Geberelement 6 in Form eines Permanentmagneten eingesetzt ist. Der Permanentmagnet 6 kann auf besonders einfache Weise an dem Eingangszahnrad 5 montiert werden, indem er in die mittlere Ausnehmung 13 eingedrückt wird. Diese Befestigung erfolgt entweder durch Klemmung oder durch Verrastung. Bei der im Ausführungsbeispiel gezeigten Klemmung weist die Ausnehmung 13 mehrere Klemmstege 14 auf, die beim Eindrücken des Permanentmagneten 6 zusammengedrückt werden und den Magneten seitlich halten. Bei der Verrastung wird der Permanentmagnet durch mehrere Schnapphaken anstelle der Klemmstege 14 festgehalten. Um diese besonders einfache Montage zu ermöglichen, ist das Ausgangszahnrad 5, ebenso wie das Eingangszahnrad 4 und das Getriebegehäuse 8 aus Kunststoff gefertigt, so dass der Permanentmagnet 6 auf besonders einfache Weise durch Eindrücken oder Einschnappen befestigt werden kann. Die Herstellung der genannten Bauteile aus Kunststoff hat zudem den Vorteil, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders kostengünstig hergestellt werden kann. Vorzugsweise erfolgt die Herstellung im Spritzgußverfahren.The gearbox itself consists of an input gear 4th and one with the input gear 4th output gear meshing in the manner of a spur gear 5 . The input gear 4th is with a hexagonal through opening 19th on the switch shaft, which is also hexagonal 2nd attached. As a result, there is between the input gear 4th and the switch shaft 2nd a non-rotatable form fit. The output gear 5 has a central recess 13 in which the encoder element 6 is used in the form of a permanent magnet. The permanent magnet 6 can in a particularly simple manner on the input gear 5 be mounted by placing it in the middle recess 13 is pushed in. This attachment is done either by clamping or by locking. In the clamping shown in the exemplary embodiment, the recess has 13 several clamping bars 14 on when pressing the permanent magnet 6 be pressed together and hold the magnet to the side. When it is locked, the permanent magnet is replaced by several snap hooks instead of the clamping bars 14 captured. To make this particularly easy assembly possible, the output gear is 5 , as well as the input gear 4th and the gearbox 8th made of plastic so that the permanent magnet 6 can be attached in a particularly simple manner by pushing in or snapping in. The production of the above-mentioned plastic components also has the advantage that the device according to the invention can be manufactured particularly inexpensively. The production is preferably carried out by injection molding.

Das Gehäuse 8 des Getriebes besteht aus zwei Gehäusehälften 8.1 und 8.2, die ebenfalls besonders einfach mittels einer Schnappverbindung aneinander befestigt werden können. Die vordere Gehäusehälfte 8.2 weist hierfür am Rand zwei Rastnasen 11 auf, die beim Zusammensetzen der beiden Gehäusehälften mit entsprechenden Schnappelementen bzw. Schnappbügeln 12 der hinteren Gehäusehälfte 8.1 verrasten. Die beiden Zahnräder 4 und 5 sind direkt im Gehäuse 8 gelagert. Die beiden Gehäusehälften 8.1 und 8.2 weisen hierfür jeweils auf der Innenseite zwei hohlzylindrische Vorsprünge 9 auf, die in entsprechende Nuten 10 der beiden Zahnräder eingreifen. Wie insbesondere aus 1 ersichtlich ist, weisen die beiden Gehäusehälften auf der Seite des Eingangszahnrads 4 innerhalb des holzylindrischen Vorsprungs 9 eine Öffnung 20 auf, so dass die Schalterwelle 2 durch das Getriebegehäuse hindurchgesteckt werden kann. Da die Gefahr besteht, dass durch diese Öffnungen Schmutz in das Innere des Getriebegehäuses gelangt, erfüllt die Lagerung des Eingangszahnrades 4 an den hohlzylindrischen Vorsprüngen 9 eine weitere Funktion: Die hohlzylindrischen Vorsprünge 9 bilden zusammen mit den Nuten 10 des Eingangszahnrads 4 eine Labyrinthrichtung.The housing 8th the gearbox consists of two housing halves 8.1 and 8.2 , which can also be attached to each other particularly easily by means of a snap connection. The front half of the case 8.2 has two latches on the edge 11 on when assembling the two housing halves with corresponding snap elements or snap clips 12th the rear half of the case 8.1 latch. The two gears 4th and 5 are directly in the housing 8th stored. The two housing halves 8.1 and 8.2 each have two hollow cylindrical projections on the inside 9 on that in corresponding grooves 10th of the two gears mesh. How especially out 1 can be seen, the two housing halves on the side of the input gear 4th inside the wooden cylindrical projection 9 an opening 20th on so the switch shaft 2nd can be inserted through the gearbox. Since there is a risk that dirt can get into the interior of the gear housing through these openings, the bearing of the input gear is fulfilled 4th on the hollow cylindrical projections 9 another function: the hollow cylindrical projections 9 form together with the grooves 10th of the input gear 4th a labyrinth direction.

Das Getriebegehäuse 8 ist an der Leiterplatte 15 befestigt. Auch die Leiterplatte 15 weist daher eine Bohrung 21 auf, so dass die Schalterwelle 2 durch die Leiterplatte und das Getriebe geschoben werden kann. Um den auf der Leiterplatte 15 angebrachten Sensorchip 7 exakt in Bezug auf den Gebermagneten 6 zu positionieren, verfügt die vordere Gehäusehälfte 8.2 über eine Positionierhilfe in Form zweier Positionierbolzen 17, die in entsprechende Bohrungen 18 der Leiterplatte 15 eingreifen. Um eine optimale Abtastung des Gebermagneten 6 zu gewährleisten, weist die vordere Gehäusehälfte 8.2 im Bereich des Gebermagneten 6 eine weitere Öffnung 16 auf, die von einem zylindrischen Vorsprung umgeben ist. Der zylindrische Vorsprung bzw. die Öffnung 16 ist durch die Leiterplatte 15 abgedeckt, so dass kein Schmutz in das Innenleben der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere zwischen Gebermagnet 6 und Sensor 7, gelangen kann.The gearbox 8th is on the circuit board 15 attached. Even the circuit board 15 therefore has a hole 21 on so the switch shaft 2nd can be pushed through the circuit board and the gearbox. To the one on the circuit board 15 attached sensor chip 7 exactly in relation to the encoder magnet 6 the front half of the housing 8.2 via a positioning aid in the form of two positioning bolts 17th that in corresponding holes 18th the circuit board 15 intervention. For an optimal scanning of the encoder magnet 6 ensure the front half of the housing 8.2 in the area of the encoder magnet 6 another opening 16 which is surrounded by a cylindrical projection. The cylindrical projection or the opening 16 is through the circuit board 15 covered, so that no dirt in the interior of the device according to the invention, in particular between the transmitter magnet 6 and sensor 7 , can reach.

In 3 ist ferner zu erkennen, dass die untere Gehäusehälfte 8.1 unmittelbar unterhalb des Gebermagneten 6 einen zylindrischen Vorsprung 22 aufweist, der verhindert, dass der Gebermagnet seine Lage verändert, selbst dann, wenn sich der Gebermagnet im Zahnrad 5 lösen sollte. Der Vorsprung bestimmt ferner den Abstand des Gebermagneten zum Sensorchip. Durch den Vorsprung 22 ist die Funktion der Lageerfassung auch bei defekten Klemmstegen oder Schnapphaken sichergestellt. Ferner ist in 3 gezeigt, dass der Fahrschalter 3 mit zwei erfindungsgemäßen Vorrichtungen 1 ausgestattet ist, wodurch eine redundante Erfassung der Winkellage der Schalterwelle 2 gewährleistet ist. Die beiden erfindungsgemäßen Vorrichtungen 1 sind auf einfache Weise aufeinandergestapelt, so dass sich die Schalterwelle 2 durch beide Vorrichtungen hindurch erstreckt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Schalterwelle mit einem entsprechenden Verlängerungsstück versehen werden kann, sofern die Länge der Schalterwelle nicht ausreicht, um die beiden Eingangszahnräder der beiden Vorrichtungen zu bedienen. Ferner wird darauf hingewiesen, dass je nach Bedarf auch noch weitere Baugruppen aufgesteckt werden können, sofern eine Mehrfachredundanz gewünscht ist.In 3rd it can also be seen that the lower half of the housing 8.1 immediately below the encoder magnet 6 a cylindrical projection 22 which prevents the encoder magnet from changing its position, even if the encoder magnet is in the gear 5 should solve. The projection also determines the distance between the transmitter magnet and the sensor chip. By the lead 22 the function of the position detection is ensured even with defective clamping bars or snap hooks. Furthermore, in 3rd shown that the driving switch 3rd with two devices according to the invention 1 is equipped, whereby a redundant detection of the angular position of the switch shaft 2nd is guaranteed. The two devices according to the invention 1 are stacked on top of each other in a simple way, so that the switch shaft 2nd extends through both devices. It is pointed out that the switch shaft can be provided with an appropriate extension piece if the length of the switch shaft is not sufficient to operate the two input gears of the two devices. It is also pointed out that, depending on requirements, additional modules can also be plugged in if multiple redundancy is desired.

Claims

Device (1) for detecting the angular position of a shaft (2) of a travel switch, the device (1) having a transmission which engages with an input gear (4) which is non-rotatably connectable to the shaft (2) and with the input gear (4) located output gear (5), wherein the device (1) further comprises a transmitter element (6) which is rotatably connected to the output gear (5) and can be scanned by means of a sensor (7), the transmission being designed as an independent assembly and as such can be attached to the driving switch (3), characterized in that the input gear (4) has a continuous central through opening (19) into which the shaft (2) of the driving switch (3) or a corresponding extension piece of the shaft (2) the assembly of the device (1) can be plugged into the travel switch, so that a rotationally fixed positive connection between the central through opening (19) and shaft (2) or extension piece is created.

Device (1) after Claim 1 , characterized in that the gears (4, 5) of the transmission are made of plastic.

Device (1) after Claim 2 , characterized in that the gears (4, 5) are made by injection molding.

Device (1) according to one of the Claims 1 to 3rd , characterized in that the independent assembly comprises a housing (8) in which the gears (4, 5) are rotatably mounted and which encloses the gear.

Device (1) after Claim 4 , characterized in that the housing (8) is composed of two halves (8.1, 8.2) which are fastened to one another by means of a snap mechanism (11, 12).

Device (1) after Claim 4 or 5 , characterized in that the housing (8) is made of plastic and is injection molded.

Device (1) according to one of the Claims 1 to 6 , characterized in that the transmitter element (6) is positively inserted in a central recess (13) of the output gear (5).

Device (1) after Claim 7 , characterized in that the central recess (13) of the output gear has clamping or latching elements (14) which, when the transmitter element (6) is inserted, clamp it in or latch with an edge of the transmitter element (6).

Device (1) according to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that the transmitter element (6) is a magnet.

Device (1) according to one of the Claims 1 to 9 , characterized in that the independent assembly further comprises the sensor (7) and a printed circuit board (15) on which the sensor (7) is accommodated.

Device (1) after Claim 10 , characterized in that the housing (8) has a first opening (16) in the area of the transmitter element (6), the first opening (16) being covered by the printed circuit board (15).

Device (1) after Claim 10 or 11 , characterized in that the housing (8) has a positioning aid (17) for positioning the printed circuit board (15).

Device (1) according to one of the Claims 1 to 12th , characterized in that the housing (8) has a second opening (20) on both sides of the input gear (4), so that the independent assembly can be completely plugged onto the shaft (2).

Travel switch (3) with a shaft (2) and with a device (1) attached to the travel switch (3) according to one of the Claims 1 to 13 .

Travel switch (3) after Claim 14 , characterized in that at least two devices (1), as independent assemblies in the axial direction of the shaft (2), are arranged one behind the other on the travel switch (3).