DE19609897C1 - Positionssensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Positionssensor mit einem Gehäuse, mit einem in einer Führung in dem Gehäuse verschiebbar geführten Schlitten und mit wenigstens einer an dem Schlitten angeordneten Meßsonde zum Ab­ greifen eines Meßsignals in Abhängigkeit von der Position des Schlittens. Die Führung kann z. B. so ausgebildet sein, daß der Schlitten gleitverschiebbar geführt ist.

Derartige Positionssensoren sind aus den unterschiedlich­ sten Bereichen der Technik bekannt. Sie werden beispiels­ weise als lineare Wegaufnehmer zur Positionsbestimmung verwendet. Sehr häufig sind die Positionssensoren dabei lineare Wegaufnehmer, die auf potentiometrischer, kapazitiver oder induktiver Basis arbeiten.

Aus der DE 26 29 294 A1 ist beispielsweise ein lineares veränderliches Widerstandsaggregat bekannt, bei dem die Meßsonde und ein Gleitschlitten starr miteinander verbunden sind, wobei der Gleitschlitten von außen über einen Griff gleitend verschiebbar ist und die Meßsonde Abgriffsklemmen sind, die auf einer Widerstands­ bahn entlanggleiten.

Aus der DE 24 33 405 B2 ist ein einstellbarer Schiebewi­ derstand bekannt, bei dem die Meßsonde ebenfalls ein Abgriffselement darstellt, welches auf einer Wider­ standsbahn entlanggleitet und mit einem an dem Gehäuse angeordneten Gleitschlitten starr verbunden ist.

Nachteilig bei diesen bekannten Positionssensoren ist es nun, daß der Schlitten und die Meßsonde starr miteinander verbunden sind. Hierdurch wird jegliche auf den Schlitten einwirkende Querkraft, d. h. eine quer zur Verschiebungs­ richtung wirkende Kraft, direkt auf die Meßsonde, beispielsweise ein Abgriffselement, das auf einer Widerstandsbahn gleitet, übertragen. Hierdurch werden auf das Abgriffselement und die Widerstandsbahn Kräfte und Drehmomente übertragen, die nicht nur zu Störungen beim Betrieb des Positionssensors führen können, sondern insbesondere auch den Verschleiß wesentlich erhöhen und dadurch die Lebensdauer des gesamten Positionssensors erheblich verkürzen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Positionssensor der gattungsgemäßen Art derart zu verbes­ sern, daß dieser bei möglichst einfacher Herstellung einen störungsfreien und funktionssicheren Betrieb bei einer langen Lebensdauer gewährleistet. Insbesondere soll vermieden werden, daß sich durch am Schlitten wirkende Kippmomente und Querkräfte die eng definierte Abstands­ toleranz zwischen den Abgriffselementen und der Wider­ standsbahn ändert. Darüber hinaus soll generell ein Verschleiß der Meßsonde durch solche äußeren Einwirkungen vermieden werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Positionssensor der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Meßsonde einen in dem Gehäuse verschiebbar geführten, von dem Schlitten und der Schlittenführung getrennten Meßsondenträger aufweist, der mit dem Schlitten und der Schlittenführung derart gekoppelt ist, daß eine Kraft ausschließlich parallel zur Verschiebungsrichtung übertragbar ist.

Durch den zusätzlichen Meßsondenträger, der getrennt von dem Schlitten und der Schlittenführung in dem Gehäuse verschiebbar geführt ist, wird eine von der Schlitten­ führung unabhängige Führung der Meßsonde an dem Meßson­ denträger und hierdurch die Kopplung des Meßsondenträgers an den Schlitten und die Schlittenführung ermöglicht, derart, daß eine Kraft ausschließlich parallel zur Verschiebungsrichtung übertragbar ist. Durch diese Kopplung des Meßsondenträgers an den Schlitten und die Schlittenführung wird einerseits eine präzise Mitnahme des Meßsondenträgers und damit der Meßsonde durch den Schlitten erzielt, andererseits wird verhin­ dert, daß jegliche nicht in Verschiebungsrichtung einwirkenden Querkräfte und Momente auf die Meßsonde übertragen werden und hierdurch Störungen beim Betrieb des Positionssensors hervorgerufen werden können, oder daß gar die Meßsonde und damit der gesamte Positions­ sensor beschädigt und so die Lebensdauer des Positions­ sensors verringert wird.

Prinzipiell kann der Meßsondenträger mit dem Schlitten und der Schlittenführung auf die unterschiedlichste Weise gekoppelt werden.

Eine besonders vorteilhafte Lösung, die insbesondere hinsichtlich der Herstellungskosten und eines langen störungsfreien Betriebs von Vorteil ist, sieht vor, daß an dem Meßsondenträger eine Führungsplatte mit einem im wesentlichen senkrecht zur Verschiebungsrichtung ver­ laufenden Langloch angeordnet ist, in welches ein mit dem Schlitten verbundener Mitnehmerstift, dessen Durchmesser dem Durchmesser des Langlochs im wesentlichen entspricht, eingreift. Durch das Langloch und den Mitnehmerstift wird ermöglicht, daß eine Kraftübertragung von dem Schlitten auf den Meßsondenträger und damit die Meßsonde nur in Verschiebungsrichtung erfolgen kann, wohingegen seitlich, insbesondere senkrecht zur Verschiebungsrichtung auf den Schlitten einwirkende Querkräfte und Drehmomente nicht auf den Meßsondenträger übertragen werden, da leichte Verkippungen des Schlittens, die zu Verkippungen des Mitnehmerstiftes in dem Langloch führen, keinerlei Kraft auf den Meßsondenträger ausüben können.

Prinzipiell könnte die Führungsplatte an einer beliebigen Stelle an dem Meßsondenträger angeordnet werden. Beson­ ders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Führungsplatte im wesentlichen im Schwerpunkt des Meßsondenträgers angeordnet ist, da hierdurch ein zentrischer Kraftangriff am Meßsondenträger ermöglicht wird, bei dem jegliches Kippmoment, wie es beispielsweise bei einem exzentrischen Kraftangriff an dem Meßsondenträger auftreten kann, und hierdurch auch eine Erhöhung der Reibung und des Ver­ schleißes durch dieses Kippmoment vermieden werden.

Hinsichtlich der Ausbildung der beweglichen Anordnung des Meßsondenträgers in dem Gehäuse sind die unterschiedlich­ sten Ausführungen denkbar. So kann der Meßsondenträger beispielsweise wenigstens zwei Gleitfüße aufweisen, die in zu diesen komplementär ausgebildeten, in dem Gehäuse angeordneten Ausnehmungen verschieblich sind.

Vorzugsweise weist der Meßsondenträger jedoch vier Gleitfüße auf, da hierdurch zum einen besonders gute Gleiteigenschaften erzielt werden, zum anderen zusätzlich eine Verkippung des Meßsondenträgers verhindert wird.

Ein gewisser Verschleiß kann bei jeglicher Art von Gleitführung prinzipiell nie vollständig ausgeschlossen werden. Durch einen solchen Verschleiß entsteht und/oder erhöht sich mit der Zeit beispielsweise das Spiel zwischen den Gleitfüßen und den Ausnehmungen in dem Gehäuse, so daß hieraus eine unpräzise Führung des Meßsondenträgers in dem Gehäuse resultieren kann. Um dieses im Laufe der Zeit zunehmende Lagerspiel aus­ gleichen zu können, sind die Gleitfüße vorteilhafterweise auf wenigstens einer Seite federnd vorgespannt angeord­ net, so daß eine Zunahme des Lagerspiels kontinuierlich ausgeglichen wird.

Die Meßsonden können in unterschiedlichster Art und Weise ausgebildet und mit dem Meßsondenträger verbunden sein. Insbesondere hinsichtlich eines funktionssicheren und leicht herzustellenden Aufbaus ist die Meßsonde jedoch vorzugsweise einstückig mit dem Meßsondenträger verbunden und weist wenigstens ein Abgriffselement auf, das wenigstens einer in dem Gehäuse angeordneten Abgriffsbahn gegenüberliegt.

Das Abgriffselement kann beispielsweise im Falle eines potentiometrischen Positionssensors auf der Abgriffsbahn gleiten.

Möglich ist es aber auch, daß zum berührungslosen Abgriff zwischen dem Abgriffselement und der Abgriffsbahn ein Luftspalt angeordnet ist. Dies ist beispielsweise bei einem kapazitiven oder induktiven Positionssensor der Fall.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegen­ stand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichneri­ schen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.

In der Zeichnung ist schematisch eine Teilschnittdar­ stellung eines erfindungsgemäßen Positionssensors dargestellt.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, umfaßt ein Positions­ sensor 10 ein Gehäuse 20, in dem ein Schlitten in Form eines Gleitschlittens 30 durch eine Gleitschlittenführung 31 gleitverschiebbar geführt ist. Die Gleitschlittenfüh­ rung 31 kann dabei wie in der Zeichnung dargestellt, beispielsweise ein einem Doppel-T-Träger ähnliches Trägerelement 33 umfassen, in das einstückig am Gehäuse ausgebildete Vorsprünge 32 eingreifen. Dabei können die Auflageflächen des Trägerelementes 33 nur an einigen wenigen vorbestimmten Stellen auf den Vorsprüngen 32 aufliegen, wie es anhand der Flächen 34a und 34b in der Zeichnung exemplarisch dargestellt ist. Diese Art der Gleitschlittenführung 31 gewährleistet bei einfacher Herstellung und einfachem Aufbau eine präzise Führung des Gleitschlittens 30 in Verschiebungsrichtung, d. h. in der Figur senkrecht zur Zeichnungsebene.

Wie aus der Zeichnung weiter hervorgeht, ist am unteren Ende der Gleitschlittenführung 31 ein Meßsondenträger 40 angeordnet, an dem einstückig Abgriffselemente 41 angeordnet sind. In dem Gehäuse 20 sind den Abgriffs­ elementen 41 gegenüberliegend Abgriffsbahnen 50 befe­ stigt.

Der Meßsondenträger 40 weist vier Gleitfüße 45 auf, die in zu den Gleitfüßen komplementär ausgebildeten, in dem Gehäuse 20 angeordneten Ausnehmungen 21 verschiebbar sind.

Dabei sind die Gleitfüße 45 auf wenigstens einer Seite federnd vorgespannt angeordnet, so daß sich bei einer durch Verschleiß hervorgerufenen Änderung des Lagerspiels eine selbsttätige Nachstellung des Lagerspiels ergibt. Hierdurch wird über einen langen Zeitraum eine störungs­ freie und präzise Führung des Meßsondenträgers 40 in dem Gehäuse 20 und damit ein störungsfreier Betrieb des gesamten Positionssensors 10 gewährleistet.

Im Zentrum des Meßsondenträgers 40 ist eine Führungs­ platte 43 angeordnet, welche ein im wesentlichen senk­ recht zur Verschiebungsrichtung verlaufendes Langloch 44 aufweist, in welches ein kreiszylindrischer, an dem Gleitschlitten 30 befestigter Mitnehmerstift 35, dessen Durchmesser dem Durchmesser des Langlochs 44 im wesentli­ chen entspricht, eingreift.

Durch diese Art und Weise der Kopplung des Meßsonden­ trägers 40 an den Gleitschlitten 30 wird zum einen eine präzise Mitnahme des Meßsondenträgers 40 in Verschie­ bungsrichtung (in der Figur senkrecht zur Zeichenblatt­ ebene) gewährleistet, andererseits wird verhindert, daß quer zur Verschiebungsrichtung auftretende Seitenkräfte zu einer Verkippung des Meßsondenträgers 40 und damit der Meßsonde, d. h. der Abgriffselemente führen und hierdurch den Verschleiß der Meßsonde 40 erhöhen können. Diese Anordnung ist beispielsweise auch mit einem Spielaus­ gleich zwischen dem Mitnehmerstift 35 und dem Langloch 44 im Meßsondenträger 40 denkbar, der über eine am Meßson­ denträger 40 angeordnete (nicht dargestellte) Blattfeder, die in Bewegungsrichtung des Gleitschlittens 30 wirkt und gegen den Mitnehmerstift 35 drückt, realisiert ist.

Sämtliche Verkippungen quer zur Verschiebungsrichtung, die zu einer leichten Verkippung des Gleitschlittens 30 führen, bewirken nämlich lediglich eine leichte Ver­ kippung des Mitnehmerstifts 35 in dem Langloch 44, wodurch jedoch keinerlei Kräfte auf den Meßsondenträger 40 ausgeübt werden. Solche möglichen Verkippungen sind in der Zeichnung anhand der Pfeile A übertrieben darge­ stellt.

Besonders vorteilhaft ist es auch, daß die Führungsplatte 43 im wesentlichen im Schwerpunkt des Meßsondenträgers 40 angeordnet ist, da hierdurch zusätzlich jegliche Art von Verkippung, die beispielsweise durch ein auf den Gleit­ schlitten 30 ausgeübtes Drehmoment hervorgerufen werden könnte, vermieden wird. Es hat sich nämlich gezeigt, daß es bei einem exzentrischen Kraftangriff an dem Meßsondenträger bei Richtungswechseln, die ohnehin wegen des Gleit-/Haftreibungszustands eine erhöhte Belastung mit sich bringen, zu einem Kippmoment kommen kann, das die Reibung und den Verschleiß zusätzlich erhöht. Bei einem zentrischen Kraftangriff der dargestellten Art sind derartige Kippmomente ausgeschlossen.

In dem Gehäuse 20 können in dafür vorgesehenen Hohlräumen 23 ferner elektronische Schaltungseinrichtungen (nicht dargestellt) angeordnet werden, mit deren Hilfe die abgegriffenen Signale unmittelbar verarbeitet werden können.

Es versteht sich, daß ein derartiger Positionssensor die unterschiedlichsten Meßprinzipien verwenden kann. So kann er beispielsweise als Potentiometer ausgebildet sein, er kann aber auch in vorteilhafter Weise bei kapazitiven oder induktiven Meßverfahren zur Anwendung kommen.

Claims (9)

1. Positionssensor mit einem Gehäuse, mit einem in einer Führung in dem Gehäuse verschiebbar geführten Schlitten und mit wenigstens einer an dem Schlitten angeordneten Meßsonde zum Übertragen eines Meßsi­ gnals in Abhängigkeit von der Position des Schlit­ tens, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde einen in dem Gehäuse verschiebbar geführten, von dem Schlitten (30) und der Schlittenführung (31) ge­ trennten Meßsondenträger (40) aufweist, der mit dem Schlitten (30) und der Schlittenführung (31) derart gekoppelt ist, daß eine Kraft auf den Meßsonden­ träger (40) ausschließlich parallel zur Verschie­ bungsrichtung übertragbar ist.

2. Positionssensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an dem Meßsondenträger (40) eine Führungsplatte (43) mit einem im wesentlichen senkrecht zur Verschiebungsrichtung verlaufenden Langloch (44) angeordnet ist, in welches ein mit dem Schlitten (30) verbundener Mitnehmerstift (35), dessen Durchmesser dem Durchmesser des Langlochs (44) im wesentlichen entspricht, eingreift.

3. Positionssensor nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Führungsplatte (43) im wesentli­ chen im Schwerpunkt des Meßsondenträgers (40) angeordnet ist.

4. Positionssensor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßson­ denträger (40) wenigstens zwei Gleitfüße (45) aufweist, die in zu diesen komplementär ausgebilde­ ten, in dem Gehäuse angeordneten Ausnehmungen (21) verschiebbar sind.

5. Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Meßsondenträger vier Gleitfüße (45) aufweist.

6. Positionssensor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitfüße (45) auf wenig­ stens einer Seite federnd vorgespannt angeordnet sind.

7. Positionssensor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde einstückig mit dem Meßsondenträger (40) verbunden ist, und daß die Meßsonde wenigstens ein Abgriffs­ element (41) umfaßt, das wenigstens einer in dem Gehäuse (20) angeordneten Abgriffsbahn (50) gegen­ überliegt.

8. Positionssensor nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Abgriffselement (41) auf der Abgriffsbahn (50) gleitet.

9. Positionssensor nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zum berührungslosen Abgriff zwischen dem Abgriffselement (41) und der Abgriffsbahn (50) ein Luftspalt angeordnet ist.