DE3902630A1

DE3902630A1 - Angular resolver for inclinometers

Info

Publication number: DE3902630A1
Application number: DE19893902630
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl Ing Kopp; Bruno Dieterle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-01-30
Filing date: 1989-01-30
Publication date: 1990-08-09

Abstract

An electrical signal corresponding to the inclination can be generated by means of an inclination-dependently adjustable potentiometer. For this purpose, a potentiometer is used, the inclination-dependently adjustable centre tap of which is formed by a mercury filling which, on the one hand, rests on an annularly constructed electrical conductor track and, on the other hand, against an electrical contact surface.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehwinkelgeber für Neigungsmesser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an angle encoder for inclinometers according to the preamble of claim 1.

Aus dem DE-GM 88 00 664 ist ein solcher Drehwinkelgeber bekannt, der zusammen mit einem Wegstreckenmesser zur Messung der mit einem Straßenfahrzeug, insbesondere Fahrrad, zurückgelegten Höhenmeter Verwendung findet. Der bekannte Drehwinkelgeber ist elektromechanisch ausgebildet und weist ein Pendel auf, dessen jeweiliger Drehwinkel in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Die Signale des Drehwinkelgebers und des Wegstreckenmessers werden über einen Analog-Digital-Wandler auf ein Anzeigegerät gegeben.Such an angle encoder is known from DE-GM 88 00 664, which together with a odometer to measure the with a road vehicle, especially a bicycle Altitude is used. The well-known rotary encoder is trained electromechanically and has a pendulum, the respective angle of rotation converted into an electrical signal becomes. The signals from the rotary encoder and the odometer are transferred to a display device via an analog-digital converter given.

Durch die Erfindung soll ein Drehwinkelgeber der bekannten Art einen noch einfacheren Aufbau und eine platzsparendere Bauweise erhalten.The invention is intended to provide a rotary encoder of the known type an even simpler construction and a space-saving design receive.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved by the characterizing Features of claim 1 solved.

Bei der mit Anspruch 1 vorgeschlagenen Anordnung bildet eine elektrisch leitende Flüssgkeit den in Abhängigkeit von der Nei gung verstellbaren Mittelabgriff eines Potentiometers. Als Flüs sigkeit eignet sich vorzugsweise gemäß Anspruch 2 Quecksilber.In the arrangement proposed with claim 1 forms a electrically conductive liquid depending on the Nei adjustable center tap of a potentiometer. As rivers liquid is preferably suitable according to claim 2 mercury.

Zwei mögliche Ausführungsbeispiele sind mit den Ansprüchen 3 und 4 gekennzeichnet. Eine besonders bevorzugte Materialwahl für die Leiterbahn ist Gegenstand des Anspruchs 5.Two possible embodiments are with claims 3 and 4 marked. A particularly preferred choice of materials for the Conductor is the subject of claim 5.

Das den Drehwinkelgeber umschließende Gehäuse kann außerordent lich klein und flach ausgebildet werden und ist, z.B. an einem Fahrzeug oder dgl., so anzubringen, daß seine Mittelachse in einer im wesentlichen horizontalen Lage verbleibt, wobei gewisse Schwankungen bei Fahrzeugbewegungen und Schräglage des Fahrzeugs natürlich zulässig sind. Es sollte lediglich vermieden werden, daß die elektrisch leitende Flüssigkeit, vorzugsweise Quecksil ber, aus dem unteren Teil des Gehäuses völlig unkontrolliert in den oberen Teil gelangen kann.The housing enclosing the rotary encoder can be extraordinary are small and flat, e.g. on one Vehicle or the like. To be attached so that its central axis in remains in a substantially horizontal position, with certain Fluctuations in vehicle movements and vehicle inclination are of course permissible. It should only be avoided that the electrically conductive liquid, preferably mercury Above, from the lower part of the housing completely uncontrolled can reach the upper part.

Damit bei stärkeren Bewegungen des Fahrzeugs das Quecksilber nicht unkontrolliert in den oberen Teil des Gehäuses verspritzt und dadurch Fehlanzeigen des Neigungswinkels hervorruft, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 6 ein das Quecksilber abdeckender, schwenkbar gelagerter Anker vorgesehen, der sich bei Neigung des Gehäuses um die horizontale Mittelachse zusammen mit dem Quecksilber, sozusagen auf ihm schwimmend, verdreht. Damit bei stärkeren Erschütterungen sich dieser Anker zusammen mit dem Quecksilber nicht um 360° drehen kann, können im oberen Teil des Gehäuses gemäß den Ansprüchen 7 und 8 ein oder vorzugsweise zwei Anschläge vorgesehen sein. Zwischen diesen Anschlägen kann gemäß Anspruch 9 eine nach dem Einfüllen des Quecksilbers verschlossene Einfüllöffnung im Gehäu se vorgesehen sein. Bei dieser Ausführungsform weist der Anker einen für das Durchtreten dea Quecksilbers unter seinem Eigenge wicht ausreichenden Abstand von den Gehäuseinnenflächen auf, wobei dieser Abstand aber so klein ist, daß das Quecksilber nicht in den Gehäuseinnenraum oberhalb des Ankers tritt. Der erforder liche axiale Abstand des Ankers von der Grundwand kann gemäß Anspruch 10 durch vorstehende Noppen, vorzugsweise drei Noppen, gewährleistet werden, die auf der Grundwand gleiten. Durch die punktförmige Auflage der Noppen wird eine sehr geringe Reibung erzielt.This means mercury when the vehicle moves more vigorously not sprayed uncontrollably into the upper part of the housing and thereby causing false indications of the angle of inclination is at a preferred embodiment of the invention according to claim 6 a hinged armature covering the mercury provided that the inclination of the housing around the horizontal Central axis together with the mercury, so to speak on it floating, twisted. So with stronger vibrations this anchor together with the mercury do not rotate 360 ° can, in the upper part of the housing according to claims 7 and 8 one or preferably two stops may be provided. Between these stops, one according to claim 9 Filling the mercury closed filling opening in the housing be provided. In this embodiment, the anchor has one for the passage of mercury under his own important sufficient distance from the inside of the housing, but this distance is so small that the mercury is not enters the interior of the housing above the armature. The required Liche axial distance of the anchor from the base wall can according to Claim 10 by protruding knobs, preferably three knobs, guaranteed that slide on the base wall. Through the punctiform support of the knobs is a very low friction achieved.

Anhand der Figuren sind zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigenBased on the figures are two preferred embodiments of the Invention explained in more detail. Show it

Fig. 1 eine Aufsicht auf das Gehäuse bei abgenommener Grundwand eines erfindungsgemäßen Drehwinkelge bers nach einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 1 is a plan view of the housing with a removed base wall of a Drehwinkelge invention bers according to a first embodiment

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, wobei das Gehäuse in dieser Schnittdarstellung geschlossen, d.h. mit beiden Grundwänden dar gestellt ist, Fig. 2 shows a section along the line II-II in Fig. 1, the housing in this sectional illustration closed, ie with two base walls are is provided,

Fig. 3 eine Aufsicht der Grundwand 14 gemäß Fig. 2, Fig. 3 is a plan view of the base wall 14 according to FIG. 2,

Fig. 4 eine der Fig. 1 entsprechende Aufsicht eines er findungsgemäßen Drehwinkelgebers nach einem zwei ten Ausführungsbeispiel und Fig. 4 is a plan view corresponding to FIG. 1 of a rotary encoder according to the invention according to a two-th embodiment and

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 4 ent sprechend der Darstellung gemäß Fig. 2. Fig. 5 is a section along the line VV in Fig. 4 accordingly the representation according to FIG. 2.

Das Gehäuse des erfindungsgemäßen Drehwinkelgebers ist allgemein mit 10 bezeichnet. Es besteht aus zwei sich in geringem Abstand von einigen mm parallel gegenüberliegenden Grundwänden 12 und 14 und einer die beiden Grundwände miteinander verbindenden kreisförmigen Umfangswand 16. Das Gehäuse 10 besteht aus nicht leitendem Material, vorzugsweise Kunststoff oder dgl. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die eine Grundwand 12 und die Umfangswand 16 einstückig, während die zweite Grundwand 14, die allseitig mit einem Rand 18 über die Umfangswand 16 vorsteht, mittels in entsprechende Öffnungen der Umfangswand 16 eingepreß ter Zapfen 20 an der Umfangswand 16 befestigt ist. Um das Gehäuse flüssigkeitsdicht zu machen, kann es insgesamt tauchlackiert oder auf sonstige, an sich bekannte Weise abgedichtet sein.The housing of the rotary encoder according to the invention is generally designated 10 . It consists of two base walls 12 and 14, which are parallel and a short distance apart and a few mm apart, and a circular peripheral wall 16 connecting the two base walls. The housing 10 consists of non-conductive material, preferably plastic or the like. In the embodiment shown, the one base wall 12 and the peripheral wall 16 are in one piece, while the second base wall 14 , which projects on all sides with an edge 18 over the peripheral wall 16 , by means of corresponding Openings of the peripheral wall 16 pressed ter 20 is attached to the peripheral wall 16 . In order to make the housing liquid-tight, it can be dip-coated overall or sealed in some other known manner.

Auf der Innenfläche 22 der Grundwand 14 ist eine kreisförmige innere Leiterbahn 24 und eine diesselbe in geringem Abstand konzentrisch umgebende kreisringförmige äußere Leiterbahn 26 angebracht, die jeweils an ebenfalls auf der Innenfläche 22 haftenden elektrischen Anschlüssen 28 bzw. 30 angeschlossen sind, die außerhalb des Gehäuses 10 enden und so an weitere elektrische Einrichtungen zur Verarbeitung der erzeugten Singnale anschließbar sind.Mounted on the inner surface 22 of the base wall 14 is a circular inner conductor track 24 and an annular outer conductor track 26 concentrically surrounding it at a short distance, each of which is connected to electrical connections 28 and 30 which also adhere to the inner surface 22 and are located outside the housing 10 end and can be connected to other electrical devices for processing the generated signals.

Die Mittelachse 32 des Gehäuses befindet sich normalerweie in etwa horizontaler Lage. In dem unterhalb dieser Mittelachse 32 angeordneten Teil des Gehäuseinnenraums befindet sich eine Queck silberfüllung 34, welche diesen unteren Teil des Innenraums zwischen den beiden Grundwänden 12 und 14 ausfüllt. Auf der Oberseite der Quecksilberfüllung 34 liegt ein sich nahezu über den ganzen Gehäuseinnenquerschnitt erstreckender Anker 36 auf, der um eine in der Mittelachse 32 verlaufende, in die Grundwand 12 eingepreßte oder einstückig mit dieser hergestellte Lagerwelle 38 schwenkbar gelagert ist. The central axis 32 of the housing is normally in an approximately horizontal position. In the part of the housing interior arranged below this central axis 32 there is a mercury silver filling 34 which fills this lower part of the interior between the two base walls 12 and 14 . On the upper side of the mercury filling 34 there is an armature 36 which extends almost over the entire inner cross section of the housing and which is pivotably mounted about a bearing shaft 38 which runs in the central axis 32 , is pressed into the base wall 12 or is produced integrally therewith.

Zwischen dem Anker 36 und der die Leiterbahnen 24 und 26 tragen den Innenwand 22 der Grundwand 14 ist ein geringer Zwischenraum 40 vorgesehen, der so bemessen ist, daß das Quecksilber 34 nicht nach oben durchdringen kann. In radialer Richtung sind zwischen Anker 36 und Umfangswand 8 Spalte 43 vorgesehen, die gleichfalls so bemessen sind, daß das Quecksilber 34 zurückgehalten wird. Sie sind jedoch breit genug, um einen Durchfluß des durch eine Öff nung 42 der Grundwand 12 eingefüllten Quecksilbers nach unten in seine in den Fig. 1 und 2 dargestellten Lage zu ermöglichen. Nach Einfüllen des Quecksilbers wird die Öffnung 42 verschlossen und das Gehäuse 10 abgedichtet. Die Öffnung könnte grundsätzlich auch im unteren Teil des Gehäuses 10 vorgesehen sein, so daß die Spalte 42 auf beiden Seiten verringert werden und der Anker 36 an der Innenfläche der Umfangswand 16 gleitend anliegen könnte. An der abgedichteten Öffnung würde sich aber ein verhältnismäßig großer Reibungswiderstand für das Quecksilber ergeben, so daß das Quecksilber in unerwünschter Weise an der Abdichtung anhaften würde, was zu einer Verfälschung des Meßergebnisses führen könn te.Between the armature 36 and the conductor tracks 24 and 26 carry the inner wall 22 of the base wall 14 , a small space 40 is provided, which is dimensioned such that the mercury 34 cannot penetrate upwards. In the radial direction 8 gaps 43 are provided between the armature 36 and the peripheral wall, which are also dimensioned such that the mercury 34 is retained. However, they are wide enough to allow a flow of the mercury filled through an opening 42 in the base wall 12 into the position shown in FIGS. 1 and 2. After filling the mercury, the opening 42 is closed and the housing 10 is sealed. The opening could in principle also be provided in the lower part of the housing 10 , so that the gaps 42 can be reduced on both sides and the armature 36 could slide against the inner surface of the peripheral wall 16 . At the sealed opening, however, there would be a relatively large frictional resistance for the mercury, so that the mercury would adhere to the seal in an undesirable manner, which could lead to a falsification of the measurement result.

Der axiale Abstand 40 zwischen dem Anker 36 und der Innenfläche 22 wird durch von dem Anker 36 abstehende Noppen 41 aufrechter halten, die punktförmig gleitend auf der Innenfläche 22 auflie gen. Bei der dargestellten Ausführungsform sind drei Noppen in symmetrischer Verteilung um die Mittelachse 32 vorgesehen, wo durch sich eine gute Führung des Ankers bei geringer Reibung ergibt.The axial distance 40 between the armature 36 and the inner surface 22 is maintained by knobs 41 protruding from the armature 36 , which lie in a point-like manner on the inner surface 22. In the embodiment shown, three knobs are provided in a symmetrical distribution about the central axis 32 , where there is good guidance of the anchor with low friction.

Die Öffnung 42 ist zwischen zwei Anschlägen 44 und 46 angeordnet, die aus der Umfangswand 16 nach innen ragen und zur Begrenzung der Schwenkbewegung des Ankers 36 dienen.The opening 42 is arranged between two stops 44 and 46 which protrude inward from the peripheral wall 16 and serve to limit the pivoting movement of the armature 36 .

Bei Betrieb wird sich je nach Neigung des Gehäuses 10 um die Mittelachse 32 die Quecksilberfüllung 34 durch Schwerkraft im jeweils untersten Bereich des Gehäuses ansammeln, wobei sich der auf dem Quecksilber "schwimmende" Anker 36 infolge seiner seitli chen Symmetrie bezüglich der Mittlachse 32 in horizontaler Lage auf die Oberseite der Quecksilberfüllung 34 auflegt. Je nach der Lage der Quecksilberfüllung 34 ist der durch das Quecksilber hergestellte geschlossene Stromkreis zwischen den beiden An schlüssen 28 und 30 kürzer oder länger, wodurch sich ein für die jeweilige Neigungslage charakteristisches Spannungsteilerverhält nis ergibt, woraus sich ein bestimmter Meßwert in Abhängigkeit von der Neigung herleiten läßt. Vorteilhafterweise besteht die kreisförmige innere Leiterbahn 24 aus niederohmiger Kohle während die kreisringförmige äußere Leiterbahn 26 aus hochohmiger Kohle gebildet ist.In operation, depending on the inclination of the housing 10 about the central axis 32, the mercury filling 34 will collect by gravity in the lowest region of the housing, the "floating" armature 36 on the mercury due to its lateral symmetry with respect to the central axis 32 in a horizontal position hangs on top of the mercury fill 34 . Depending on the position of the mercury filling 34 , the closed circuit produced by the mercury between the two connections 28 and 30 is shorter or longer, which results in a characteristic voltage divider ratio for the respective inclination position, from which a certain measured value can be derived depending on the inclination leaves. Advantageously, the circular inner conductor track 24 is made of low-resistance coal, while the annular outer conductor track 26 is made of high-resistance coal.

Eine abgewandelte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehwin kelgebers ist mit den Fig. 4 und 5 veranschaulicht.A modified embodiment of the rotary encoder according to the invention is illustrated with FIGS . 4 and 5.

Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht das Gehäuse 50 selbst aus Metall, wie vorzugsweise Stahl, und übernimmt die Funktion der inneren Leiterbahn 24 des ersten Ausführungsbeispiels. Die zweite Leiterbahn 66 ist in diesem Fall gleichfalls kreisringförmig ausgebildet und ist auf der Innenfläche 62 der aus Kunststoff bestehenden Wand 54 angebracht. Auch diese kreisringförmige Leiterbahn 54 stellt eine hochohmige Widerstandsbahn dar und ist vorzugsweise aus hochohmiger Kohle gebildet. Das eine Ende der Leiterbahn 66 ist über die Leiterplatte 67 mit dem Anschlußdraht 68 verbunden, während das andere Ende über die Leiterplatte 69 mit dem Anschlußdraht 70 verbunden ist. Damit stellen die An schlußdrähte 68 und 70 die Enden eines Potentiometers dar, dessen verstellbarer Mittelabgriff von der Quecksilberfüllung 74 gebil det ist, welche mit dem metallischen Gehäuse 50 ständig in Kon takt ist.In this exemplary embodiment, the housing 50 itself consists of metal, such as preferably steel, and takes over the function of the inner conductor track 24 of the first exemplary embodiment. In this case, the second conductor track 66 is also circular and is attached to the inner surface 62 of the wall 54 made of plastic. This circular conductor track 54 also represents a high-resistance resistor track and is preferably formed from high-resistance coal. One end of the conductor track 66 is connected to the connecting wire 68 via the printed circuit board 67 , while the other end is connected to the connecting wire 70 via the printed circuit board 69 . Thus, the connecting wires 68 and 70 represent the ends of a potentiometer, whose adjustable center tap is formed by the mercury filling 74 , which is constantly in contact with the metallic housing 50 .

Auch bei dieser Konstruktion schwimmt auf der Oberfläche der Quecksilberfüllung 74 ein Anker 76, welcher an der zentralen Ankerwelle 78 innerhalb des Gehäuses 50 verschwenkbar gelagert ist. Auch hier dient er dazu, die Bewegung der Quecksilberfüllung 74 zu dämpfen und einen Überschlag der Quecksilberfüllung zu vermeiden. Der radiale Abstand des Ankers 76 von der Innenwand des Gehäuses 50 gestattet, daß das bei der Öffnung 82 eingefüllte Quecksilber in die mit der Füllung 74 in Fig. 4 und 5 angedeute te Lage gelangt. Nach erfolgter Füllung ist auch diese Öffnung 82 zu verschließen. In this construction too, an armature 76 floats on the surface of the mercury filling 74 , which is pivotably mounted on the central armature shaft 78 within the housing 50 . Here, too, it serves to dampen the movement of the mercury filling 74 and to prevent the mercury filling from flashing over. The radial distance of the armature 76 from the inner wall of the housing 50 allows that the mercury filled in at the opening 82 reaches the position indicated with the filling 74 in FIGS. 4 and 5. After filling, this opening 82 must also be closed.

Figurenlegende:Figure legend:

10, 50 Gehäuse
12, 52, 14, 54 Grundwände
16 Umfangswand
18 Rand
20 Zapfen
22, 62 Innenfläche der Grundwand 14 bzw. 54
24 kreisförmige, innere Leiterbahn
26, 66 kreisringförmige, äußere Leiterbahn
67 Leiterplatte
28, 68 Anschlüsse
69 Leiterplatte
30, 70 Anschlüsse
32, 72 Mittelachse
34, 74 Quecksilberfüllung
36, 76 Anker
38, 78 Lagerwelle
40 Zwischenraum
41 Noppen
42, 82 Öffnung
43 Spalte
44, 46 Anschläge 10, 50 housing
12, 52, 14, 54 base walls
16 peripheral wall
18 rand
20 cones
22, 62 inner surface of the base wall 14 or 54
24 circular inner tracks
26, 66 circular outer conductor track
67 printed circuit board
28, 68 connections
69 printed circuit board
30, 70 connections
32, 72 central axis
34, 74 mercury filling
36, 76 anchors
38, 78 bearing shaft
40 space
41 knobs
42, 82 opening
43 column
44, 46 stops

Claims

1. rotary encoder for inclinometer, with a flat box-shaped housing which has two mutually parallel lying base walls and a circular peripheral wall connecting the two base walls, at least one electrical conductor path being provided in the interior of the housing, to which a depending on the Inclination of the housing adjustable contact element rests, the electrical connections of the conductor track and the contact element are led out of the housing and the housing is held with a substantially constant horizontal position of its central axis, characterized in that the contact element from an inside the housing ( 10 , 50 ) located, electrically conductive liquid ( 34 , 74 ) is that in the interior of the housing ( 10 , 50 ), isolated from the conductor track ( 26 , 66 ), a further conductor track ( 24 , 50 ) is provided, the Liquid ( 34 , 74 ) the electrical connection between the conductor tracks ( 26 , 24 ; 66 , 50 ).

2. Angle of rotation encoder according to claim 1, characterized in that the liquid ( 24 , 74 ) consists of mercury.

3. Rotation angle encoder according to claim 1 or 2, characterized in that both conductor tracks ( 26 , 24 ) on the inner surface ( 22 ) located in the housing interior ( 22 ) of an existing non-conductive material base wall ( 14 ) of the housing ( 10 ) are arranged , wherein the first conductor track ( 26 ) is annular and the second conductor track ( 24 ) is circular in shape and the latter is arranged within and concentric to the first conductor track ( 26 ).

4. Angle of rotation encoder according to claim 1 or 2, characterized in that the first conductor track ( 66 ) annularly ausgebil det and on the inside surface ( 62 ) of an existing non-conductive material base wall ( 54 ) of the housing is arranged, while the second conductor track is formed by the existing opposing base wall ( 52 ) of the housing ( 50 ) consisting of electrically conductive material.

5. Rotation angle encoder according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first conductor track ( 26 , 66 ) made of high-resistance material, for example high-resistance coal, and the second conductor track ( 24 , 52 ) made of low-resistance material, for example low-resistance coal or Steel.

6. Rotary angle encoder according to one of the preceding claims, characterized in that in the central axis ( 32 , 72 ) of the housing ( 10 , 50 ) inside the same, a bearing shaft ( 38 , 78 ) is attached, on the one at the top of the lead Liquid ( 34 , 74 ) adjacent and this in wesentli chen upward covering non-conductive armature ( 36 , 76 ) is rotatably mounted, which is laterally symmetrical with respect to the central axis ( 32 , 72 ).

7. Rotary angle encoder according to claim 6, characterized in that in the upper region of the housing ( 10 ) opposite the conductive liquid ( 34 ) a stop ( 44 , 46 ) for the armature ( 36 ) protrudes from the peripheral wall ( 16 ).

8. Angle of rotation encoder according to claim 7, characterized in that two stops ( 44 , 46 ) offset in the circumferential direction are provided.

9. rotary encoder according to claim 8, characterized in that the housing ( 10 , 50 ) preferably in the region between the two stops ( 44 , 46 ) includes a closable opening ( 42 , 82 ) for filling the conductive liquid ( 34 , 74 ) .

10. Angle of rotation encoder according to one of claims 6 to 9, characterized in that the armature ( 36 ) by means of protruding knobs ( 41 ) on the conductor tracks ( 24 , 26 ) supporting base wall ( 14 ) slidably abuts.