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Die Erfindung betrifft einen Positionssensor nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Derartige Positionssensoren werden in vielen Bereichen der Technik verwendet, um die Position eines ersten Bauteils relativ zu einem zweiten Bauteil, das gegenüber dem ersten verstellbar ist, zu erfassen. Dabei werden abhängig vom Bauteil Wege oder Winkel gemessen. Derartige Positionssensoren werden beispielsweise in Fahrzeugen eingesetzt um Bremspedalstellungen oder Fahrpedalstellungen zu erfassen und zu überwachen. Mit den Positionssensoren verbunden sind geeignete Auswerteschaltungen, welche das von dem Positionssensor ausgegebene Signal verarbeiten. Die Positionssensoren können beispielsweise als induktive oder kapazitive Sensoren ausgebildet sein. Sehr oft sind sie auch als Potentiometer ausgestaltet, wobei ein Widerstandswert die Stellung des einen Sensorteils relativ zu dem anderen repräsentiert.
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Ein Miniaturpotentiometer ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
2 047 568 bekannt geworden. Dieses Miniaturpotentiometer mit einem ringförmigen, auf einer Seite unterbrochenen Widerstandselement auf einem flachen Widerstandsträger und einem diesem gegenüber drehbaren, koaxial gelagerten Rotor mit einem elastischen Schleifer, der über Reibkontakt mit einem starren Mittelanschluss in Verbindung steht, weist sehr kleine Abmessungen auf, wobei hier der Schwerpunkt auf den Durchmesser gelegt wird. Das Potentiometer kann bis auf etwa 6 Millimeter Durchmesser miniaturisiert werden. Gleichzeitig baut das Potentiometer jedoch verhältnismäßig hoch und darüber hinaus ist trotz geringer Herstellungskosten ein nicht unerheblicher Herstellungsaufwand erforderlich.
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Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Positionssensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass er durch den Aufbau von nur zwei miteinander verbindbaren Sensorgehäuseteilen, die im miteinander verbundenen Zustand das erste Sensorelement und das zweite Sensorelement in dem Gehäuse und relativ zueinander positionieren und fixieren nicht nur einfach herzustellen ist, sondern gleichzeitig durch die Montage der beiden Sensorgehäuseteile eine präzise Positionierung der gegeneinander beweglichen Teile ermöglicht wird. Auch eine automatische Fertigung ist durch einen solchen Aufbau ohne Weiteres realisierbar.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen, sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Positionssensors möglich.
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So sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung vor, dass die beiden Sensorgehäuseteile gegenüber der Umgebung abgedichtet miteinander verbunden sind. Dadurch, dass nur zwei Sensorgehäuseteile miteinander zu verbinden sind, ist eine Abdichtung auf einfache und effektive Weise möglich.
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Besonders vorteilhaft ist es, dass das Sensorgehäuse eine rechteckförmige, flache Gestalt aufweist, wobei die Sensorgehäusedicke einem Fünftel bis einem Zehntel der Sensorgehäuselänge beziehungsweise -breite entspricht.
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Die beiden Sensorgehäuseteile sind vorteilhafterweise als plattenförmige Teile ausgebildet mit aufeinanderzu gerichteten Stegen, die bei der Montage der beiden Sensorgehäuseteile aneinanderstoßen und beispielsweise miteinander verklebt werden. Bei dieser Art der Montage werden das erste Sensorgehäuseteil, das erste Sensorelement, das zweite Sensorelement und das zweite Sensorgehäuseteil stapelförmig übereinander positioniert und durch Aufeinanderzubewegen montiert, wobei im montierten Zustand die Teile übereinanderliegend angeordnet sind und die beiden Sensorgehäuseteile das erste und das zweite Sensorteil in den beiden Sensorgehäuseteilen und aneinander positionieren und fixieren und zwar derart, dass die beiden Sensorteile durch die Montage bereits justiert sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das erste Sensorelement eine Leiterplatte ist, auf deren einer Seite eine Widerstandsbahn angeordnet ist und dass das zweite Sensorelement ein sich drehendes Teil ist, an dem wenigstens ein elektrischer Abnehmer angeordnet ist, der auf der Widerstandsbahn gleitet. In diesem Fall ist der Positionssensor als Drehpotentiometer ausgestaltet.
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Das sich drehende Teil ist bevorzugt im Wesentlichen im Zentrum des rechteckförmigen, flachen Sensorgehäuses angeordnet, es ist in/an dem ersten und/oder zweiten Sensorgehäuseteil abgedichtet befestigt, sodass der Positionssensor gegenüber der Umgebung abgedichtet ist.
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Die Abdichtung des sich drehenden Teils in/an dem ersten und/oder zweiten Sensorgehäuseteil erfolgt dabei vorzugsweise durch Drehbewegungen zulassende Dichtelemente, wie beispielsweise O-Ringe.
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Eine vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass das zweite Sensorelement eine kreisrunde Platte mit beidseits davon abstehenden ringförmigen Stegen aufweist, in denen Nuten für ringförmige Dichtelemente angeordnet sind, die sowohl in einer kreisförmigen Öffnung des ersten Sensorelements als auch in einer kreisförmigen Öffnung des zweiten Sensorelements abgedichtet drehbeweglich geführt sind.
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Gemäß einer sehr vorteilhaften Ausgestaltungsform ist vorgesehen, dass sowohl die beiden Sensorgehäuseteile als auch das erste und auch das zweite Sensorelement jeweils aufeinander koaxial ausgerichtete fluchtende Öffnungen aufweisen. Dies dient beispielsweise der Hindurchführung einer Welle, die wiederum drehfest mit dem zweiten Sensorelement verbunden ist, um so die Erfassung einer Drehposition der Welle zu ermöglichen.
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Dabei ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Öffnung des zweiten Sensorelements selbst zur drehfesten Aufnahme der Welle ausgebildet ist, dass also die Welle drehfest in dem zweiten Sensorelement befestigt werden kann.
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Bevorzugt wird die Welle durch eine spielfreie Passung in der Öffnung des zweiten Sensorelements befestigt.
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An dem zweiten und/oder dem ersten Sensorgehäuseteil ist vorteilhafterweise eine Befestigungseinrichtung zur querkraftfreien Befestigung des Positionssensors angeordnet. Diese Befestigungseinrichtung, die beispielsweise gabelförmig ausgebildet ist, und die einen an die Gabel angepassten Stift zur Lagefixierung des Sensorgehäuses aufnimmt, dient dazu, den Positionssensor drehfest zu fixieren und so eine Drehung des zweiten Sensorelements, welches mit der Welle drehfest verbunden ist, gegenüber dem ersten Sensorelement zu ermöglichen. Die Befestigung nur an einem einzigen Punkt durch die Befestigungseinrichtung weist dabei gegenüber einer Befestigung des ersten Sensorelements an mehreren Punkten in beispielsweise einem Gehäuse, in dem der Positionssensor befestigt ist, den Vorteil auf, dass auch bei einer leichten Querstellung der Welle gegenüber diesem Gehäuse eine einwandfreie Funktion des Positionssensors möglich ist. Aufgrund der Befestigung des ersten Sensorelements durch die Befestigungseinrichtung an nur einem Punkt können nämlich Toleranzen ausgeglichen werden. Durch die Befestigung der Welle in der Öffnung des zweiten Sensorelements durch eine spielfreie Passung in Zusammenwirkung mit der beschriebenen Befestigung des ersten und/oder zweiten Sensorgehäuseteils wird erreicht, dass auf die Lagerung des zweiten Sensorteils in dem ersten Sensorteil keine Querkräfte wirken, wodurch zum einen ein hysteresearmes Sensorsignal erzielt wird und zum anderen die Lebensdauer des Sensors wesentlich erhöht wird.
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Um Signalleitungen aus dem Inneren des Sensorgehäuses, in dem die beiden Sensorelemente angeordnet sind, herauszuführen, ist vorgesehen, dass das Sensorgehäuse eine abgedichtete Öffnung zur Herausführung von Kabeln aufweist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 Eine isometrische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Positionssensors und
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2 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Positionssensors.
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Ausführungsform der Erfindung
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Ein Positionssensor, dargestellt in den 1, 2 weist ein erstes Sensorgehäuseteil 100 auf, welches plattenförmig ausgebildet ist mit einem randseitig umlaufenden Steg 105, der eine ebene Dichtkante 107 aufweist. Ein zweites, ebenfalls plattenförmig ausgebildetes Sensorgehäuseteil 200 weist ebenfalls einen Steg 205 auf, mit einer Dichtkante 207. Das erste Sensorgehäuseteil 100 und das zweite Sensorgehäuseteil 200 sind – wie in 1 dargestellt – so positioniert, dass die beiden Stege 105, 205 und damit die beiden Dichtkanten 107, 207 aufeinanderzu gerichtet sind. Die beiden Sensorgehäuseteile 100, 200 sind hinsichtlich ihrer Abmessungen aufeinander derart abgestimmt, dass sie zueinander passen und beispielsweise durch eine Klebung aneinander befestigt werden können. Die beiden Sensorgehäuseteile 100, 200 weisen eine rechteckförmige flache Gestalt auf, wobei die Sensorgehäusedicke im zusammengebauten Zustand, das heißt im aneinandermontierten Zustand der beiden Sensorgehäuseteile einem Fünftel bis einem Zehntel der Sensorgehäuselänge beziehungsweise Sensorgehäusebreite entspricht. In dem ersten Sensorgehäuseteil 100 sind darüber hinaus Befestigungselemente 120 angeordnet, die der Befestigung eines nachfolgend noch zu erläuternden Sensorelements dienen. In dem ersten Sensorgehäuseteil 100 ist darüber hinaus eine Öffnung 160 vorgesehen, die der Herausführung von Leitungen, auf die ebenfalls noch später eingegangen wird, dient.
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Sowohl das erste Sensorgehäuseteil 100 als auch das zweite Sensorgehäuseteil 200 weisen koaxial ausgerichtete fluchtende Öffnungen auf. Zwischen den Sensorgehäuseteilen 100, 200 sind stapelartig übereinanderliegend, ein erstes Sensorelement 300 und ein zweites Sensorelement 400 angeordnet. Das erste Sensorelement 300 ist als Leiterplatte ausgeführt mit Befestigungsöffnungen 320, deren Position und Gestalt an die Befestigungselemente 120 des ersten Sensorgehäuseteils 100 angepasst sind. Auf diese Weise kann das erste Sensorelement 300 relativ zu dem ersten Sensorgehäuseteil 100 positioniert und gegebenenfalls an diesem befestigt werden. Im zweiten Sensorgehäuseteil 200 können ebenfalls entsprechende Befestigungselemente vorgesehen sein, die in den Figuren jedoch nicht dargestellt sind, um so das erste Sensorelement 300 im zusammengebauten Zustand der beiden Sensorgehäuseteile 100, 200 zu positionieren und zu fixieren.
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Das zweite Sensorelement 400 ist an dem ersten Sensorelement 300 und gleichzeitig auch in dem ersten Sensorgehäuseteil 100 sowie in dem zweiten Sensorgehäuseteil 200 angeordnet und befestigt. Dabei durchragt ein von einer im Wesentlichen kreisförmigen Platte 404 hervorstehender zylinderförmiger Ring 405 eine Öffnung 301 des ersten Sensorelements 300. An dem ersten Sensorelement 300 ist auf der dem zweiten Sensorelement 400 zugewandten Seite des als Leiterplatte ausgebildeten ersten Sensorelements 300 wenigstens eine (in 1 nicht sichtbare) Widerstandsbahn angeordnet, welche ringförmig konzentrisch zur Öffnung 301 verläuft. Auf dieser wenigstens einen Widerstandsbahn gleitet wenigstens ein Kontaktelement 410, das vorzugsweise federnd ausgebildet und an der dem ersten Sensorelement 300 zugewandten Seite der kreisförmigen Platte 404 positioniert ist. Es ist auch möglich, zwei oder mehr Abnehmer vorzusehen, um so ein redundantes Sensorsignal zu realisieren.
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Wie insbesondere aus 2 ersichtlich ist, weist das zweite Sensorelement 400 an seiner dem ersten Sensorgehäuseteil 100 zugewandten Seite einen Befestigungsring 406 auf, dessen Durchmesser an den Durchmesser der Öffnung 101 des ersten Sensorgehäuseteils angepasst ist, wobei eine Nut für ein ringförmiges Dichtelement 435, insbesondere für einen O-Ring vorgesehen ist, der eine drehbewegliche und gedichtete Führung des zweiten Sensorelements 400 an dem ersten Sensorgehäuseteil 100 ermöglicht. Auf seiner dem zweiten Sensorgehäuseteil 200 zugewandten Seite ist an dem zylinderförmigen Ring 405, der einen kleineren Durchmessers als der Befestigungsring 406 aufweist, ein O-Ring 430 vorgesehen, der an einem an dem zweiten Sensorgehäuseteil 200 angeordneten ringförmigen Steg 210 und zwar an dessen Innenseite, welche die Öffnung 201 begrenzt, anliegt und dort eine Abdichtung und gleichzeitig eine Drehbewegung des zweiten Sensorelements 400 gegenüber dem zweiten Sensorgehäuseteil 200 ermöglicht.
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Die Montage dieses Positionssensors erfolgt dadurch, dass das erste Sensorgehäuseteil 100, das zweite Sensorelement 400, das dritte Sensorelement 300 und das zweite Sensorgehäuseteil 200 übereinander angeordnet werden und nach gegenseitiger Ausrichtung aufeinander gepresst werden, wobei das zweite Sensorgehäuseteil 200 unter Einschluss des ersten Sensorelements 300 und des zweiten Sensorelements 400 an dem ersten Sensorgehäuseteil 100 beispielsweise durch eine Klebeverbindung oder durch Schweißen oder dergleichen befestigt wird. Durch diese Befestigung ist gleichzeitig auch eine Positionierung der beiden Sensorelemente 300, 400 und eine drehbewegliche Befestigung der beiden Sensorelemente 300, 400 aneinander möglich.
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Um die Drehposition des zweiten Sensorelements 400 relativ zu dem ersten Sensorelement 300 an eine Steuereinrichtung, Steuerschaltung oder dergleichen (nicht dargestellt) herauszuführen, sind Leitungen 510 vorgesehen, die beispielsweise in einen Stecker 520 münden. Diese Leitungen sind in der Öffnung 160 in dem ersten Sensorgehäuseteil 100 gegenüber der Umgebung abgedichtet angeordnet.
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Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, fluchten die Öffnungen 201, 301, 401, 101. Die Öffnungen sind derart koaxial ausgerichtet, dass eine (nicht dargestellte) Welle durch den Sensor hindurchgeführt werden kann. Hierzu ist vorteilhafterweise vorgesehen, der Befestigungsring 405 auf seiner Innenseite Befestigungselemente 420, beispielsweise Nuten und dergleichen, aufweist, die mit entsprechenden Befestigungselementen der drehfest zu montierenden Welle zusammenwirken. So ist es möglich, die Drehposition der Welle gegenüber dem drehfest angeordneten Sensorgehäuse des Positionssensors und damit einem Gehäuse oder einer Maschine, an dem/der der Positionssensor befestigt ist (nicht dargestellt), zu ermitteln und beispielsweise zu überwachen.
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Zur drehfesten Befestigung weist der Positionssensor eine Befestigungseinrichtung 170 auf, die gehäusefest an dem ersten Sensorgehäuseteil 100 oder an dem zweiten Sensorgehäuseteil 200 oder an beiden angeordnet ist. Diese Befestigungseinrichtung 170, die auch als Befestigungsgabel bezeichnet werden könnte, dient dazu, einen (nicht gezeigten) an der Maschine oder dem Gehäuse (nicht dargestellt) ortsfest montierten Stift aufzunehmen, der in die Öffnung der Befestigungseinrichtung 170 eingepresst wird. Diese Art der Befestigung ermöglicht eine Verdrehsicherung des Sensorgehäuses mit dem Sensorelement 300 relativ zu der Maschine/dem weiteren Gehäuse, in dem dieser Sensor angeordnet wird. Die Befestigung an nur einem Punkt ermöglicht aber andererseits auch den Ausgleich von Toleranzen, wenn beispielsweise die Welle im Vergleich zu dem Gehäuse, in dem die beiden Sensorgehäuseteile befestigt sind, eine geringfügige Schrägstellung aufweist. Bei einer Schrägstellung der Welle ist gleichzeitig auch das zweite Sensorelement 400 etwas schräg gestellt und mit diesem auch das erste Sensorelement 300. Die punktförmige Verdrehsicherung und Befestigung des ersten und zweiten Sensorgehäuseteils 100, 200 zusammen mit dem ersten und zweiten Sensorelement 300, 400 ermöglicht hier eine Anpassung und einen Ausgleich einer derartigen Toleranz. Die Anordnung und Ausgestaltung ermöglicht damit sehr vorteilhaft eine querkraftfreie Montage des Sensors. Da keine Querkräfte auf den Sensor wirken, kann die Lagerung geschont werden, wodurch sich die Lebensdauer des Sensors erheblich vergrößert. Darüber hinaus wird durch diese Anordnung auch ein hysteresearmes Sensorsignal erzeugt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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