DE19516235C2 - Verbindungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung für einen Sensor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Sensoren, mit deren Hilfe ein oder mehrere physikalische Größen messend erfaßt und/oder überwacht werden, wie z. B. Drehgeber zur Messung der momentanen Winkelstellung oder Erfassung der Drehbewegung einer rotierenden Welle, umfassen häufig eine eigene Elektronik, welche die vom Meßfühler erzeugten Signale aufbereitet, bevor sie dann an die eigentliche Auswerte- und/oder Anzeigeeinheit weitergegeben werden.

Im allgemeinen ist es erforderlich, den Sensor an der Stelle anzubringen, an welcher die zu erfassende phy­ sikalische Größe unmittelbar zur Verfügung steht. Dem­ gegenüber befindet sich die zentrale Auswerte- und/oder Anzeigeeinheit, an die auch mehrere derartige Sensoren angeschlossen sein können, an einer anderen Stelle, so daß es erforderlich ist, zwischen dem Sensor und der Zentraleinheit eine Verbindung herzustellen, die zumindest einen Informationsübertrag vom Sensor zur Zentrale ermöglicht. In vielen Fällen ist auch ein Informationsfluß in umgekehrter Richtung vorgesehen, nämlich immer dann, wenn die Zentrale mit mehreren Sensoren nicht sternförmig sondern über eine Ringleitung verbunden ist, über die sie die einzelnen peri­ pheren Einheiten anwählt, um von ihnen beispielsweise Meßergebnisse abzurufen. Darüber hinaus sind viele Systeme so aufgebaut, daß die Sensoren und die an der gleichen Stelle befindliche, ihnen unmittelbar zuge­ ordnete Elektronik keine eigene Energiequelle besitzen sondern von der Zentrale her mit Strom bzw. Spannung versorgt werden.

In allen diesen Fällen ist es erforderlich, zwischen dem Sensor und der Zentrale bzw. dem nächstgelegenen Anschlußpunkt einer Ringleitung ein Verbindungskabel vorzusehen, das ein oder mehrere Adern aufweist, über die die Signale und die Versorgungsenergie übertragen werden. Bei einadrigen Kabeln dient dann eine allge­ meine Systemmasse, wie z. B. eine Autokarosserie als zweiter Pol.

Im allgemeinen sind der Sensor und die ihm unmittelbar zugeordnete Elektronik in einem Gehäuse untergebracht, das zwar die Erfassung der zu überwachenden physika­ lischen Größe ermöglicht, ansonsten aber einen weitest­ gehenden Schutz gegen die Umwelteinflüsse bildet. Dieses Gehäuse ist mit Montageeinrichtungen versehen, die es ermöglichen, den Sensor an der jeweils erforderlichen Stelle fest zu montieren. Darüber hinaus weist das Ge­ häuse eine Durchführung auf, durch die sich das zur Signal- und/oder Energieübertragung erforderliche Kabel erstreckt.

Sehr häufig müssen derartige Sensoren an Stellen einge­ baut werden, an denen außerordentlich beengte Platz­ verhältnisse herrschen. Dabei kann es häufig geschehen, daß die im Sensorgehäuse vorgesehene Kabeldurchführung das Kabel im eingebauten Zustand in eine Richtung führt, in der sich bereits irgendwelche anderen nicht verlager­ baren Teile oder die Isolation des Kabels gefährdende Hitzequellen und dergleichen befinden, so daß eine sichere Verlegung des Kabels außerordentlich erschwert bzw. unmöglich gemacht wird. Auch ist es häufig erfor­ derlich, das Sensorgehäuse beim Einbau in einer bestimm­ ten Richtung zu drehen, was dann, wenn das Verbindungs­ kabel mit seinem anderen Ende bereits fest installiert ist, zu einer häufig unerwünschten Verdrillung des Kabels führt.

Zwar ist der DE 40 33 052 C2; die zur Bildung des Oberbegriffs des An­ spruchs 1 herangezogen wurde, eine Verbindungsanordnung entnehmbar, die zur Her­ stellung einer Verbindung zwischen den elektrischen Anschlüssen eines Sensors und ei­ nem Kabel, über dessen Adern zumindest die vom Sensor erzeugten Ausgangssignale an eine Weiterverarbeitungsschaltung übertragen werden, folgende Bestandteile umfaßt: eine mit dem Sensor fest verbundene Basis, ein mit der Basis verbindbares und gegen die Basis drehbares Anschlußelement und einen trennbaren Übertrager, der wenigstens zwei ringförmige Spulen umfaßt, von denen die eine an der Basis drehfest und konzen­ trisch zur Drehachse des Anschlußelementes montiert und mit den elektrischen An­ schlüssen des Sensors verbunden ist, und von denen die andere am Anschlußelement drehfest und konzentrisch zur Drehachse montiert ist und mit den Adern des durch das Anschlußelement herausgeführten Kabels in elektrisch leitender Verbindung steht.

Bei dieser bekannten Verbindungsanordnung dient die Verdrehbarkeit des Anschlußele­ mentes bezüglich der Basis dazu, diese beiden Teile mit Hilfe einer Schraub- oder Bajo­ nettverbindung zusammenbauen zu können. Dies bedeutet, daß der axiale Abstand zwi­ schen den wenigstens zwei Spulen des teilbaren Übertragers nur im völlig zusammenge­ schraubten Zustand so klein ist, daß eine für eine Signal- und/oder Energieübertragung ausreichende magnetische Koppelung vorhanden ist.

Somit ist die bekannte Anordnung nicht geeignet, das oben beschriebene Problem zu lö­ sen. Würde man nämlich versuchen, dann, wenn der bekannte Sensor an einer Stelle mit beengten Platzverhältnissen eingebaut werden muß, durch ein Verdrehen des An­ schlußelementes das aus ihm herausgeführte Anschlußkabel in optimaler Weise zu füh­ ren, so würde dies im ungünstigsten Fall ein Lösen der Verbindung zwischen An­ schlußelement und Basis, zumindest aber eine erhebliche Verschlechterung der Koppe­ lung zwischen den Spulen des trennbaren Übertragers zur Folge haben.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsanordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die Montage von Sensoren, die ein nach außen führendes Verbindungskabel aufweisen, auch unter sehr beengten Raumverhältnissen erheblich vereinfacht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im Anspruch 1 zusammengefaßten Merkmale vor.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden die Aus- und/ oder Eingangs-Anschlüsse des Sensors bzw. der ihm zuge­ ordneten Elektronik galvanisch vom Verbindungskabel völ­ lig getrennt. Es findet über den teilbaren Übertrager ausschließlich eine magnetische Kopplung statt. Die bei­ den Hälften des teilbaren Übertragers, von denen die eine galvanisch mit den Ausgangsanschlüssen des Sensors bzw. seiner Elektronik verbunden ist und von denen die andere mit den Adern des Kabels in galvanisch leitender Verbindung steht, können, da sie entsprechend radial­ symmetrisch ausgebildet sind, um eine gemeinsame Achse frei beliebig weit gegeneinander verdreht werden. Weil auch die Verbindungsvorrichtung mit ihrer Basis und dem Abdeckelement in entsprechender Weise ausgebildet ist, ist eine freie Verdrehbarkeit des Kabels gegen den Sen­ sor bzw. sein Gehäuse selbst während des Betriebes ge­ währleistet. Hierdurch wird auch der Einbau des Sensors unter äußerst beengten Raumverhältnissen außerordentlich erleichtert.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Verbindungs­ anordnung ist darin zu sehen, daß das eigentliche Sensor­ gehäuse keine Kabeldurchführung mit einem vergleichsweise großen Querschnitt aufweist. Es behält somit dann, wenn es vollständig aus Metall gebildet ist, seine Eigen­ schaften als Faraday'scher Käfig in uneingeschränktem Maße bei.

Vorzugsweise sind die Basis und das Abdeckelement der Verbindungsanordnung so ausgebildet, daß sie durch eine einfache Schnapp- bzw. Rastverbindung miteinander so verbunden werden können, daß die Drehbarkeit des Ab­ deckelementes bezüglich der Basis gewährleistet ist, gleichzeitig aber ein Abrutschen in axialer Richtung verhindert wird. Um auch den Ausbau bzw. Wartungsar­ beiten zu erleichtern, kann dabei vorgesehen sein, daß die Schnapp- bzw. Rastverbindung auf einfache Weise wieder gelöst werden kann.

Diese und weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Ver­ bindungsanordnung sind in den Unteransprüchen nieder­ gelegt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Drehgeber mit einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung, bei der das Kabel quer zur Drehrichtung des Abdeckele­ mentes herausgeführt ist, und

Fig. 2 einen Schnitt durch den gleichen Drehgeber, der jedoch eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung aufweist, bei der das Kabel in Richtung der Dreh­ achse des Anschlußelements herausgeführt ist.

In den Fig. 1 und 2 ist jeweils stark vergrößert ein Drehgeber 1 dargestellt, mit dessen Hilfe die Winkelstellung und/oder Drehung einer Welle 3 messend erfaßt und verfolgt werden kann.

Der Drehgeber 1 besitzt ein Gehäuse 4, das aus einem Montageflansch 6 und einer mit dem Montageflansch fest verbindbaren Abdeckkappe 7 besteht. Der Montageflansch 6 weist mehrere Gewindebohrungen 8 auf, von denen in den Figuren jeweils nur eine wiedergegeben ist. Mit Hilfe dieser Gewindebohrungen kann der Drehgeber 1 an einem feststehenden Maschinenteil (nicht dargestellt) so be­ festigt werden, daß sich das freie Ende 10 der Welle 3 durch eine zentrale Bohrung des Montageflansches 6 hindurch nach innen erstreckt, wobei in dieser zentralen Bohrung zwei Kugellager 11, 12 angeordnet sind, über die sich der Montageflansch 6 an der Welle 3 abstützt.

Auf das freie, etwas verjüngte Ende 10 der Welle 3 ist im Inneren des Gehäuses 4 eine aus zwei in axialer Richtung getrennten und voneinander beabstandet angeord­ neten Hälften gebildete Flußführungsvorrichtung 14 dreh­ fest aufgesteckt, die den von einer Erregerspule 15 er­ zeugten Magnetfluß in zwei in ihrer Größe stellungsun­ abhängige Teil-Magnetflüsse aufteilt und diese auf einem ringförmig geschlossenen Meßweg über den Meßspalt 17 und auf einem ringförmig geschlossenen Ausgleichsweg so führt, daß Streufeldanteile und Feldverzerrungen auf ein Minimum reduziert werden. Eine derartige Flußführungsvorrichtung ist beispielsweise der DE 41 13 745 C2 entnehmbar.

Durch den zwischen den beiden Hälften der Flußführungs­ anordnung 14 vorhandenen Spalt erstreckt sich senkrecht zur Richtung der Welle 3 eine feststehende gedruckte Schaltungsplatine 19, auf der in der zur Zeichnungs­ ebene senkrechten Ebene Meßspulen ausgebildet sind, wie dies beispielsweise der DE 41 27 209 A1 entnehmbar ist. Diese Schaltungsplatine 19 ist fest mit einem Montagering 20 verbunden, der mehrere Durchgangsbohrungen aufweist, durch die sich Montage­ stifte 21 erstrecken, von denen in den Fig. 1 und 2 nur jeweils einer zu sehen ist. Diese Montagestifte 21 sind in Aufnahmebohrungen 22 des Montageflansches 6 eingepreßt. An ihren dem Montageflansch 6 gegenüber­ liegenden, freien Enden tragen sie eine weitere gedruckte Schaltungsplatine 24, auf der die zur Auswertung der von den Meßspulen auf der Schaltungsplatine 19 kommen­ den Signale erforderliche Elektronikschaltung unter­ gebracht ist, wie sie beispielsweise der deutschen Offen­ legungsschrift DE 42 24 225 A1 entnommen werden kann. Zu diesem Zweck sind die beiden Schaltungsplatinen 19 und 24 durch in den Figuren nicht wiedergegebene Drähte mit­ einander verbunden.

Weiterhin sind im Schnitt der Fig. 1 und 2 eine feststehende, die innere Magnetanordnung umgebende Abschirmung 25 sowie ein auf das äußerste Ende der Welle 3 aufgestecktes und sich mit dieser mitdrehendes Ausgleichsgewicht 27 zu sehen, das die Unwucht kompensiert, die sich durch die bezüglich der Welle 3 asymmetrische Ausbildung der Fluß­ führungsanordnung 14 ergibt.

In ihrer in den Figuren nach oben weisenden Stirnwand 29 weist die Abdeckkappe 7 des Gehäuses 4 eine zentrale Bohrung 30 auf, in die von innen her die im wesentlichen die Form eines zylindrischen Topfes aufweisende Basis 32 der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 35 so ein­ gesetzt ist, daß sie mit ihrer im wesentlichen zylindri­ schen Wand 36 in axialer Richtung nach außen aus der Abdeckkappe 7 vorsteht. Der Boden der Basis 32 besitzt einen sich in radialer Richtung erstreckenden, über die Wand 36 überstehenden Flansch 37, der einen größeren Durchmesser als die Bohrung 30 besitzt und von innen her an der Abdeckkappe 7 anliegt. Die Basis 32 und die Ab­ deckkappe 7 sind auf irgendeine geeignete Weise, bei­ spielsweise durch Kleben fest miteinander verbunden.

Weiterhin weist der Boden der Basis 32 zwei durchgehende Bohrungen auf, durch die hindurch sich zwei Anschluß­ drähte 38, 39 erstrecken, die sowohl den Signalausgang als auch den Leistungseingang für die auf der Schaltungs­ platine 24 befindliche Elektronik bilden, von der auch die Erregerspule 15 mit Wechselstrom versorgt wird.

In dem nach oben offenen, hohlzylindrischen Innenraum der Basis 32 ist feststehend die untere Hälfte 41 des Kerns 42 eines teilbaren Übertragers angeordnet, wo­ bei diese untere Kernhälfte 41 die Form eines nach oben offenen kreiszylindrischen Topfes besitzt, von dessen Boden ein zentrischer Zapfen 45 nach oben steht. Die zylindrische Außenwand dieses Kerntopfes ist im Schnitt der beiden Figuren nicht schraffiert, weil sich diese Schnitte durch kleine axiale Nuten in dieser Zylin­ derwand erstrecken, die zur Durchführung der Anschluß­ drähte 38, 39 dienen. Um den Zapfen 45 herum ist eine ringförmige Spule 48 angeordnet, deren beide Wicklungs­ enden mit den Anschlußdrähten 38, 39 verbunden sind.

Dieser eben beschriebenen unteren Hälfte des teilbaren Übertragers liegt eine identisch ausgebildete, zur Trennebene spiegelbildlich angeordnete obere Hälfte 51 mit einen Kern 52, einem Zapfen 55 und einer ringför­ migen Spule 58 im zusammengebauten Zustand so gegenüber, daß eine gute, verlustarme magnetische Kopplung zwischen den Spulen 48, 58 gegeben ist.

Die beiden Hälften 41, 51 des Übertragers werden in dieser Lage einzig und allein dadurch gehalten, daß die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung 35 weiterhin ein Anschlußelement 60 (Fig. 1) bzw. 60' (Fig. 2) umfaßt, das im wesentlichen glockenförmig ausgebildet ist und mit seinem offenen, in den Figuren unten liegenden Ende so auf die aus der Abdeckkappe 7 vorstehende Zylinder­ wand 36 der Basis 32 aufgesteckt werden kann, daß das Anschlußelement 60 zusammen mit der mit ihr drehfest verbundenen oberen Hälfte 51 des Übertragers um die Achse der Zylinderwand 36 gedreht werden kann. Um ein axiales Abrutschen des Anschlußelementes 60 von der Basis 32 zu verhindern, ist in der Außenseite der Zylinder­ wand 36 eine umfangsmäßig verlaufende Rille vorgesehen, in die ein von der Innenwand des glockenförmigen An­ schlußelementes 60 vorstehender Bund einrasten kann.

Wie man den Figuren entnimmt, ist zwischen der oberen Außenfläche der Abdeckkappe 7 und der dieser Fläche zugewandten Stirnfläche des Anschlußelementes 60 ein kleiner Spalt 61 freigelassen, in den ein Werkzeug, beispielsweise ein Schraubendreher eingeführt werden kann, um das Anschlußelement 60 von der Basis 32 zu lösen.

Die zur oberen Hälfte 51 des teilbaren Übertragers gehörende Spule 58 ist mit ihren beiden Wicklungsenden mit den beiden Adern 63, 64 eines Kabels 66 verbunden, das in Fig. 1 quer zur Achse der Zylinderwand 36 und in Fig. 2 in Richtung dieser Achse durch eine Durch­ führung 59 bzw. 59' aus dem Anschlußelement 60 bzw. 60' herausgeführt ist. Auf diese Weise sind das Kabel 66 und der Drehgeber 1 frei gegeneinander ver­ drehbar, wodurch die Montage erheblich erleichtert wird. Da vorzugsweise die Achse der Zylinderwand 36, um die das Anschlußelement 60 drehbar ist, mit der Drehachse der Welle 3 zusammenfällt, ist es möglich, die Winkel­ position des Drehgebers 1 auch dann noch zu verändern, wenn das in den Figuren nicht dargestellte andere Ende des Kabels 60 bereits fest an die ebenfalls nicht ge­ zeigte Elektronikschaltung angeschlossen ist, mit deren Hilfe die Ausgangssignale des Drehgebers 1 weiterverar­ beitet werden.

Über die beschriebenen Ausführungsformen hinaus kann die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung auch so am Gehäuse eines Drehgebers angebracht werden, daß die Zylinderwand 36 der Basis 32 quer zur Richtung der Welle 3 aus dem Gehäuse 5 vorsteht. Weiterhin ist es möglich, das Anschlußelement 60 auf andere Weise als über eine zylindrische Außenwand der Basis 32 und eine entsprechend ausgeformte Innenwandfläche des Anschluß­ elementes 60 drehbar zu lagern und ein axiales Ab­ rutschen durch eine andere als eine Schnapp- bzw. Rast­ verbindung zu verhindern. Schließlich kann der teilbare Übertrager mehrere zueinander konzentrische Spulen auf­ weisen, die einen gemeinsamen oder mehrere magnetisch voneinander getrennte Kerne besitzen können. Diese Aus­ führungsformen dienen dann zum Anschluß eines mehr als zwei Adern besitzenden Kabels an eine Geber-Elektronik, die mehrere Signal- und/oder Leistungs-Ein- und -Ausgänge besitzt.

Claims (12)

1. Verbindungsanordnung, die zur Herstellung einer Ver­ bindung zwischen den elektrischen Anschlüssen eines Sensors, insbesondere eines Drehgebers, und einem Kabel, über dessen Adern zumindest die vom Sensor er­ zeugten Ausgangssignale an eine Weiterverarbeitungs­ schaltung übertragen werden, folgende Bestandteile umfaßt:

• - eine mit dem Sensor (1) fest verbundene Basis (32),
• - ein mit der Basis (32) verbindbares und gegen die Basis (32) drehbares Anschlußelement (60; 60'), und
• - einen trennbaren Übertrager (42, 48, 52, 58), der wenigstens zwei ringförmige Spulen (48, 58) umfaßt, von denen die eine (48) an der Basis (32) drehfest und konzentrisch zur Drehachse des Anschlußelementes (60; 60') montiert und mit den elektrischen An­ schlüssen des Sensors (1) verbunden ist, und von denen die andere (58) am Anschlußelement (60; 60') drehfest und konzentrisch zur Drehachse montiert ist und mit Adern (64, 65) des durch das Anschluß­ element (60; 60') herausgeführten Kabels (66) in elektrisch leitender Verbindung steht,

dadurch gekennzeichnet, daß Basis (32) und Anschlußelement (60; 60') in drehunabhängiger Weise so miteinander verbunden sind, daß eine Drehung des Anschlußelementes (60; 60') um die Drehachse die axiale Relativstellung zwischen Basis (32) und An­ schlußelement (60; 60') unverändert läßt, so daß im zusammengebauten Zustand in beliebigen Drehstellungen eine für die Signalübertragung ausreichende magnetische Koppelung zwischen den Spulen (48, 58) des trennbaren Übertragers (42, 48, 52, 58) gewährleistet ist.

2. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der trennbare Übertrager (42, 48, 52, 58) zur Verbesserung der magnetischen Kopplung einen ferromagnetischen Kern umfaßt, der aus zwei Teilen (42, 52) besteht, von denen der eine (42) der Spule (48) an der Basis (32) und der andere (52) der Spule (58) am Anschlußelement (60; 60') zugeordnet ist.

3. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der trennbare Über­ trager mehrere zueinander und zur Drehachse des An­ schlußelementes (60; 60') konzentrisch angeordnete Spulenpaare umfaßt.

4. Verbindungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mehrere Spulenpaare einen gemeinsamen Kern besitzen.

5. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenig­ stens ein Spulenpaar (48, 58) zur Übertragung mehrerer Signale dient, die sich in ihrer Frequenz bzw. Träger­ frequenz voneinander unterscheiden.

6. Verbindungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß wenigstens ein Spulen­ paar (48, 58) zum Auskoppeln eines Ausgangssignals des Sensors (1) und zum Einkoppeln der für den Betrieb des Sensors (1) und/oder seiner Elektronik erforder­ lichen elektrischen Energie dient.

7. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (32) und das Anschlußelement (60; 60') im zusammenge­ bauten Zustand ein Gehäuse bilden, in dem der trennbare Übertrager (42, 48, 52, 58) untergebracht ist, und das eine Durchführung für das Kabel (66) aufweist.

8. Verbindungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Basis (32) eine Wand (36) mit einer zur Drehachse des Anschlußele­ mentes (60; 60') rotationssymmetrischen Außenfläche besitzt, an der das Anschlußelement (60; 60') im zu­ sammengebauten Zustand mit einer entsprechenden Innen­ fläche so anliegt, daß es an der Außenfläche für die vorgesehene Drehbewegung gelagert ist.

9. Verbindungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, da­ durch gekennzeichnet, daß das An­ schlußelement (60; 60') an der Basis (32) durch eine lösbare Schnapp- bzw. Rastverbindung in axialer Richtung festgelegt ist.

10. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Durchführung (59) für das Kabel (66) zu der Achse, um die das Anschlußelement (60) drehbar ist, in etwa in einem rechten Winkel erstreckt.

11. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Durchführung (59') für das Kabel (66) in etwa längs der Achse erstreckt, um die das Anschlußelement (60') drehbar ist.

12. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für einen als Drehgeber ausgebildeten Sensor, dadurch gekennzeichnet, daß im zu­ sammengebauten Zustand die Achse, um die das Anschluß­ element (60; 60') an der Basis (32) drehbar gelagert ist, mit der Achse der Welle (3) zumindest in etwa zusammenfällt, deren Drehbewegung vom Sensor (1) überwacht wird.