DE19604650A1 - Wegsensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wegsensor mit einer Ab­ griffsbahn und mit einem durch Drehen einer radial und axial gelagerten Welle translatorisch über der Abgriffs­ bahn verschieblichen Abgriffselement.

Derartige Wegsensoren werden in den unterschiedlichsten Bereichen der Technik eingesetzt. Beispielsweise finden sie als Wegaufnehmer in der Automobiltechnik und anderen Bereichen der Technik Anwendung. Dabei kommen als Wegsensoren beispielsweise Mehrgang-Potentiometer, die einen berührungsbehafteten Abgriff erfordern, aber auch berührungslos arbeitende Wegsensoren zum Einsatz, bei denen der Abgriff beispielsweise induktiv, kapazitiv oder auf optoelektronischem Wege erfolgt.

Hierbei kommt es immer auf die exakte Zuordnung der Position des Abgriffselements zu einem Abgriffswert an. Beispielsweise muß die Drehposition einer Welle exakt einem Abgriffswert zugeordnet werden können. Diese exakte Zuordnung muß auch über eine lange Einsatzzeit erhalten bleiben.

Die Präzision des Wegsensors wird im wesentlichen durch die Radial- und insbesondere durch die Axiallagerung der Welle sowie durch die Befestigung des Abgriffselementes auf der Welle bestimmt.

Aus diesem Grunde werden zur präzisen Lagerung bei bekannten Wegsensoren aufwendige und folglich teure Axiallager verwendet, deren Einbau zudem eine aufwendige Montage erfordert. Es sind hierfür nämlich aufwendige Einrichtarbeiten an Vorrichtungen für maßliche und/oder kräftemassige Grenzwerte zum Einpressen bzw. Montieren von Lagerelementen wie Büchsen, Sicherungselemente, Federscheiben und dgl. notwendig.

Derartige aufwendige Einrichtarbeiten erfordern hohe Durchlaufzeiten und damit hohe Fertigungskosten und schließlich auch hohe Eingangs-, Fertigungs- und Endkon­ trollen der montierten Lager.

Darüber hinaus unterliegen solche Präzisionslager bei einer langen Einsatz zeit des Wegsensors auch einem verschleiß, der die Präzision des gesamten Wegsensors nachteilig beeinflußt.

Ein weiteres, die Präzision des Wegsensors bestimmendes Teil ist - wie bereits oben erwähnt - das Abgriffs­ element, das über einen langen Zeitraum auf der Welle präzise geführt sein muß. Insbesondere wenn dieses Abgriffselement in seiner Endposition angekommen ist, muß trotz Drehens der Welle die weitere Translationsbewegung des Abgriffselements verhindert werden. Hierzu sind bei bekannten Wegsensoren aufwendige und teure Rutschkupp­ lungen u. dgl. notwendig, die zudem einen großen Platzbe­ darf erfordern. Diese Rutschkupplungen weisen darüber hinaus auch den Nachteil auf, daß durch ihren Verschleiß die Präzision des Abgriffs eingeschränkt wird, so daß die Einsatzzeit des Wegsensors - insbesondere wenn das Abgriffselement sehr oft an seine Anschlagpositionen gelangt - erheblich eingeschränkt ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wegsen­ sor der gattungsgemäßen Art dahingehend weiterzubilden, daß er einerseits auf einfache Weise und schnell bei kleinem Platzbedarf montiert werden kann, und anderer­ seits sehr präzise über einen langen Zeitraum hinweg funktioniert. Insbesondere soll die Welle des Wegsensors auf einfache Weise präzise montiert werden können, wobei das auf der Welle angeordnete Abgriffselement eine präzise Zuordnung der Drehposition der Welle zu dem Abgriffswert über einen langen Zeitraum störungsfrei ermöglicht, d. h. einen präzisen Abgriff des Abgriffs­ wertes gewährleistet.

Diese Aufgabe wird bei einem Wegsensor der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Lagerung der Welle an ihrem Umfang eine radial umlaufende Ausnehmung ausgebildet ist, in die auf sie angepaßte Federelemente eingreifen.

Eine derartige Ausbildung der Lagerelemente ermöglicht nicht nur in besonders vorteilhafter Weise eine sehr präzise und beständige Lagerung der Welle, sondern auch eine besonders einfache Montage, die keine aufwendigen Einrichtarbeiten an Vorrichtungen zum Einpressen bzw. Montieren von Lagerelementen in Form von Büchsen, Sicherungselementen, Federscheiben und dgl. erfordert. Die Welle kann vielmehr durch einfaches Einrasten in die Federelemente schnell und sicher montiert werden, was sich besonders vorteilhaft bei der Serien- und Massenfer­ tigung durch weniger Eingangskontrollen, einfache Montagevorrichtungen, reduzierte Fertigungskontrollen, einer Minimierung des Personaleinsatzes und verkürzten Durchlaufzeiten bei der Montage auswirkt.

Außerdem wird durch diese Art der Befestigung der Welle eine sehr präzise axiale Lagerung, die insbesondere bei der Bewegung des Abgriffselements eine nachteilige Hysterese wirkungsvoll verhindert, ermöglicht.

Eine derartige präzise, spielfreie Lagerung der Welle, die beim Bewegen des Abgriffselements eine Hysterese wir­ kungsvoll verhindert und die darüber hinaus eine lange Lebensdauer aufweist, wird dabei insbesondere vorteilhaf­ terweise dadurch erreicht, daß die Federelemente unter einer definierten Vorspannung stehen. Durch diese Vorspannung werden durch Verschleißerscheinungen bedingte Vergrößerungen des Lagerspiels durch das elastische Nachdrücken der Federelemente in die am Umfang der Welle angeordnete umlaufende Ausnehmung ausgeglichen.

Um die Federelemente gegen ein "Ausrasten" zu sichern, die beispielsweise durch eine unabsichtlich hohe axiale Beanspruchung der Welle hervorgerufen wird, wird wenig­ stens ein Federelement durch wenigstens ein Fixierungs­ teil in seinem funktionsbestimmenden Zustand fixiert.

Besonders vorteilhaft ist es, daß das Fixierungsteil ein Funktionsteil des Wegsensors, beispielsweise eine die Abgriffsbahn tragende Trägerplatte, ist. Hierdurch reduziert sich der Aufwand der für die Montage erforder­ lichen Teile, was wiederum eine schnelle, besonders einfache und sichere Montage zur Folge hat.

Zur weiteren Reduktion der zu montierenden Teile und zur einfachen Montage sind die Federelemente vorteilhafter­ weise an einem Abschlußflansch eines Gehäuses des Wegsensors angeordnet.

Die obenerwähnte Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Wegsensor ferner auch dadurch gelöst, daß zur Lagerung der Welle in eine am Umfang der Welle radial umlaufende Ausformung ein Gleitelement aufgespritzt ist, welches über ein arretierbares Federelement lagefixierbar ist.

Hierbei ist es besonders vorteilhaft, daß zur Einsparung eines teuren, zusätzlichen Axiallagers, beispielsweise eines Gleit- oder Wälzlagers auf einfache und kostengün­ stige Weise durch Aufspritzen des Gleitelements, z. B. im Kunststoff-Spritzgießverfahren, in die radial umlaufende Ausformung der Welle eine sehr präzise axiale Lagerung der Welle ermöglicht wird. Zur spielfreien Lagefixierung beispielsweise in einem Gehäuse des Wegsensors und darüber hinaus zur vorteilhaften Kompensation möglicher Fertigungstoleranzen weiterer Teile, die Einfluß auf ein Axialspiel haben könnten, wird die Gleitscheibe in besonders vorteilhafter Weise über ein Federelement unter einer begrenzten Vorspannung lagefixiert.

Diese Anordnung hat auch den Vorteil, daß nur ein sehr geringer Platzbedarf für die axiale Lagerung der Welle nötig ist, wodurch wiederum kleine Baugrößen des Wegsen­ sors ermöglicht werden.

Schließlich wird die obenerwähnte Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Wegsensor auch dadurch gelöst, daß das Abgriffselement eine Büchse mit federnden Gewindesegmen­ ten umfaßt, die in ein auf der Welle angeordnetes Außengewinde eingreifen.

Durch diese Anordnung der Büchse wird in besonders vorteilhafter Weise eine Endlagenbegrenzung des Abgriffs­ elements bei gleichzeitiger erheblicher Reduzierung des Bauteileaufwands und der Ausfallwahrscheinlichkeit ermöglicht, d. h. eine Gewährleistung einer hohen Funk­ tionssicherheit auch bei langer Lebensdauer, sowie eine platzsparende Bauweise und eine Minimierung des Ferti­ gungsaufwands und damit auch der Fertigungszeiten.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.

Es zeigen:

Fig. 1 eine geschnittene Darstellung eines erfin­ dungsgemäßen Wegsensors;

Fig. 2 eine in Fig. 1 mit II bezeichnete Ausschnitt­ vergrößerung einer Lagerung der Welle in einem Gehäuse gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine in Fig. 1 mit III bezeichnete Ausschnitt­ vergrößerung einer anderen Ausführungsform einer Lagerung der Welle in einem Gehäuse gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine in Fig. 1 mit IV bezeichnete Ausschnitt­ vergrößerung eines Teils eines Abgriffsele­ ments und

Fig. 5 eine teilweise geschnittene Vorder- und Sei­ tenansicht eines Abgriffselements.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand eines variablen Widerstandselementes erläutert. Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf ein variables Wider­ standselement beschränkt ist, sondern auf jegliche Art von Wegsensoren anwendbar ist, beispielsweise auf berührungslos arbeitende kapazitive, induktive, magneto­ resistive, optoelektronische oder unter Ausnutzung des Hall-Effekts arbeitende Wegsensoren.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, umfaßt ein Wegsensor in Form eines variablen Widerstandselements 1 ein Gehäuse 2, eine in dem Gehäuse 2 angeordnete Trägerplatte 3 mit einer Abgriffsbahn in Form einer Widerstandsbahn, eine in dem Gehäuse 2 radial und axial gelagerte Welle 4, die an ihrem Umfang wenigstens teilweise mit einem Gewinde in Form einer Spindel 6 versehen ist, und ein auf der Wider­ standsbahn gleitendes Abgriffselement 7, welches durch Drehen der Welle, die an einer Seite aus dem Gehäuse 2 zur Bedienung von außen herausgeführt ist, in eine Translationsbewegung versetzbar ist, so daß einer Drehposition der Welle 4 immer eindeutig eine Trans­ lationsposition des Abgriffselements 7 und damit ein bestimmter Abgriffswert entspricht.

Wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, ist zur axialen und radialen Lagerung der mit der Spindel 6 versehenen Welle 4 am Umfang der Welle eine radial umlaufende Ausnehmung 8 vorgesehen, in die an dem Gehäuse 2 befe­ stigte, auf die Ausnehmung 8 angepaßte Federelemente 9 eingreifen. Diese Federelemente 9 sind vorteilhafterweise an einem das Gehäuse einseitig abschließenden Abschluß­ flansch 12 angeformt, der zur Minimierung von Reibungs­ kräften aus einem besonders gleitfähigen Kunststoff besteht.

Die Federelemente 9 stehen unter einer bestimmten Vorspannung. Zum Montieren der Welle 4 wird diese mit ihrem einen, zu der Ausnehmung 8 benachbart angeordneten Ende in die Ausnehmung 13 hineingeschoben, wobei die Federelemente 9 zunächst nach außen gedrückt werden, bis die Ausnehmung 8 den Federelementen 9 direkt gegenüber­ liegt, so daß die Federelemente 9 in die Ausnehmung 8 elastisch federnd eingreifen können. Auf diese Weise wird einerseits eine sehr einfache Montage der Welle 4 in dem Gehäuse 2 ermöglicht, zum anderen gewährleistet diese Art der radialen und axialen Lagerung der Welle 4 in dem Gehäuse 2 ein sehr langlebiges, in axialer Richtung nahezu spielfreies Lagern der Welle 4 in dem Gehäuse 2. Dabei zeichnet sich diese Art der Lagerung durch eine lange Lebensdauer bei gleichbleibender Qualität aus.

Zur Fixierung wenigstens eines Federelementes 9 in seinem funktionsbestimmenden Zustands, ist ein Fixierungsteil 11 vorgesehen, das einstückig an der Trägerplatte 3 ange­ formt ist.

Dieses Fixierungsteil 11 fixiert das in die Ausnehmung 8 eingerastete Federelement 9, so daß bei einer unabsicht­ lich hohen Beanspruchung der Welle verhindert wird, daß die Welle aus ihrer Lagerung, d. h. aus den Federelementen 9 herausgezogen wird.

In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform der radialen und axialen Lagerung der Welle 4 in dem Gehäuse 2 detailliert dargestellt.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, wird eine Lagerung der Welle 4 in dem Gehäuse 2 mit geringem Axialspiel dadurch erreicht, daß ein Gleitelement 14, z. B. im Kunststoff-Spritzgießverfahren, in eine definierte am Umfang der Welle radial umlaufende Ausformung 15 oder Nut aufge­ spritzt wird. Durch die Schwindung des aufgespritzten Gleitelements 14 wird die Drehbarkeit dieses Gleit­ elements 14 in der Ausformung 15 mit minimalstem Spiel erreicht. Zur möglichst spielfreien Lagefixierung in dem Gehäuse 2 und zum Ausgleich möglicher Fertigungstoleran­ zen der weiteren Teile, wie z. B. Gehäuse 2, Lagerbüchse 17 und dgl., die Einfluß auf das Axialspiel haben können, wird das Gleitelement 14 über ein Federelement 16 im Gehäuse unter einer begrenzten Vorspannung gehalten.

Diese Art der axialen und radialen Lagerung der Welle 4 ist nicht nur einfach und kostengünstig herzustellen, da zusätzliche Axiallager (z. B. Gleit- oder Wälzlager) entfallen, sondern sie stellt auch nur geringe Anforde­ rungen an den Platzbedarf der Lagerung und ermöglicht damit kleine Baugrößen des gesamten Wegsensores.

Wie aus Fig. 1 und detailliert aus Fig. 4 hervorgeht, ist das Abgriffselement 7 als Büchse 19 mit federnden Gewindesegmenten 21 ausgebildet. Die federnden Gewinde­ segmente 21 greifen in das auf der Welle 4 ausgebildete Gewinde 6 ein. Gleichzeitig ist das Abgriffselement 7 durch Führungselemente 22, beispielsweise in Form von Vorsprüngen, die in entsprechende Ausnehmungen in dem Gehäuse eingreifen, in dem Gehäuse drehfest, aber längsverschieblich geführt. Durch Drehen der Welle 4 wird das Abgriffselement 7 auf die oben beschriebene Weise in eine Translationsbewegung versetzt. Sobald das Abgriffs­ element 7 durch Drehen der Welle 4 in seiner Endlage, d. h. an einem Anschlag 23 angelangt ist, und dabei die Welle 4 weitergedreht wird, werden die federnden Gewinde­ segmente 21 der Büchse 19 unter Erhöhung des Drehmomentes radial über die Gewindeflanken nach außen bewegt und springen nach Überschreiten des Gewindeaußendurchmessers in die Eingriffslage zurück. Dieser Vorgang wiederholt sich, solange die Drehbewegung der Welle beibehalten wird. Auf diese Weise wird in besonders vorteilhafter Weise eine Endlagenbegrenzung des Abgriffselements 7 erreicht, ohne daß Rutschkupplungen oder dgl. nötig wären. Dies hat den großen Vorteil, daß sich zum einen der Bauteileaufwand reduziert und daß zum anderen die Ausfallwahrscheinlichkeit reduziert wird, d. h. daß die Funktionssicherheit auch bei langer Lebensdauer gewähr­ leistet ist. Darüber hinaus ist diese Art der Endlagenbe­ grenzung besonders platzsparend und leicht herzustellen.

Claims (10)

1. Wegsensor mit einer Abgriffsbahn und mit einem durch Drehen einer radial und axial gelagerten Welle translatorisch über der Abgriffsbahn verschieblichen Abgriffselement, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lagerung der Welle (4) an ihrem Umfang eine radial umlaufende Ausnehmung (8) ausgebildet ist, in die wenigstens ein auf die Ausnehmung (8) angepaßtes Federelement (9) eingreift.

2. Wegsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Federelement (9) unter einer definierten Vorspannung steht.

3. Wegsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das wenigstens eine Federelement (9) durch wenigstens ein Fixierungsteil (11) in seinem funktionsbestimmenden Zustand fixiert ist.

4 Wegsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fixierungsteil (11) ein Funktionsteil des Wegsensors (1) ist.

5. Wegsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fixierungsteil (11) einstückig an einer die Abgriffsbahn tragenden Trägerplatte (3) angeformt ist.

6. Wegsensor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Federelement (9) an einem Abschlußflansch (12) eines Gehäuses (2) angeformt ist.

7. Wegsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschlußflansch (12) aus einem besonders gleitfähigen Kunststoff besteht.

8. Wegsensor mit einer Abgriffsbahn und mit einem durch Drehen einer radial und axial gelagerten Welle translatorisch über der Abgriffsbahn verschieblichen Abgriffselement, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lagerung der Welle (4) in eine an ihrem Umfang radial umlaufende Ausformung (15) ein Gleitelement (14) aufgespritzt ist, welches über ein arretier­ bares Federelement (16) lagefixierbar ist.

9. Wegsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitelement (14) ein Kunststoffteil ist.

10. Wegsensor mit einer Abgriffsbahn und mit einem durch Drehen einer radial und axial gelagerten Welle translatorisch über der Abgriffsbahn verschieblichen Abgriffselement, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgriffselement (7) eine Büchse (19) mit federnden Gewindesegmenten (21) umfaßt, die in ein auf der Welle (4) angeordnetes Außengewinde (6) eingreifen.