DE4015720A1 - Elektrischer weg- oder winkelsensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Weg- oder Winkelsen­ sor mit einem ersten ortsfesten Kontaktsegment, mit mehreren ortsfesten, hintereinander angeordneten und durch Trennspalte voneinander getrennten zweiten Kontaktsegmenten, die mit elek­ trischen Schaltelementen verschaltet sind, mit einem in einer vorgegebenen Bewegungsrichtung beweglichen Schleifkontakt, der weg- oder winkelabhängig über die Kontaktsegmente und die Trennspalte führbar ist, und mit am Schleifkontakt ausgebilde­ ten, zusammen mit ihm beweglichen Kontaktzungen, die mit ihren kontaktgebenden Stellen in einer Kontaktlinie ausgerichtet sind und beim Bewegen des Schleifkontakts über diese Linie jeweils das erste Kontaktsegment mit einem der zweiten Kontaktsegmente elektrisch leitend verbinden.

Bei bekannten Sensoren dieser Art verlaufen die Trennspalte und die Kontaktlinie parallel zueinander und meist senkrecht zur Bewegungsrichtung des Schleifkontakts. Dies kann dazu führen, daß in bestimmten Stellungen des Schleifkontakts die Kontaktli­ nie genau im Trennspalt zwischen zwei zweiten Kontaktsegmenten verläuft und somit keines dieser Kontaktsegmente mit dem ersten Kontaktsegment verbunden ist. In diesem Betriebszustand kann der Sensor naturgemäß seine weg- oder winkelabfühlende Funktion nicht ausführen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäßen Weg- oder Winkelsensor so zu verbessern, daß der Schleifkontakt in allen seinen Stellungen stets das erste Kontaktsegment mit einem der zweiten Kontaktsegmente elektrisch leitend verbindet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß entweder die Trennspalte zwischen den zweiten Kontaktsegmenten oder die Kontaktlinie schräg zur Bewegungsrichtung des Schleifkontaktes verlaufen.

Hierdurch ist gewährleistet, daß die Kontaktlinie nicht in eine Position geraten kann, in welcher sie im Trennspalt und paral­ lel zu dessen Begrenzungen verläuft und hierdurch das erste Kontaksegment mit keinem der zweiten Kontaktsegmente verbunden ist.

Die nachstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines gerad­ linig betätigten Wegsensors;

Fig. 2 eine Draufsicht einer Leiterplatte entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Stirnansicht des Wegsensors aus Fig. 1 mit abgenommenem Deckel in Richtung des Pfeiles A in Fig. 1;

Fig. 4 eine teilweise abgebrochene Einzelan­ sicht eines Antriebsgliedes für einen Schleifkontakt des Wegsensors aus Fig. 1;

Fig. 5 eine Seitenansicht eines Schleifkon­ takts und

Fig. 6 eine Untenansicht des Schleifkontakts in Richtung des Pfeiles B in Fig. 5.

Der auf der Zeichnung dargestellte Wegsensor, der beispielswei­ se an das Bremspedal eines Kraftfahrzeuges angeschlossen werden kann, um die jeweils vom betätigten Pedal zurückgelegte Weg­ strecke im Zusammenhang mit einer ABS-Anlage abzufühlen, umfaßt ein zylindrisches Gehäuse 1 in dem parallel zu seiner Achse ei­ ne elektrische Leiterplatte 2 fest angeordnet ist. Die - in Fi­ gur 2 einzeln dargestellte - Leiterplatte 2 trägt in an sich bekannter Weise mehrere elektrische Schaltelemente (z. B. Wi­ derstandselemente) 3-7, die in der üblichen Weise über aufge­ druckte Leiterbahnen mit ebenfalls aufgedruckten Kontaktsegmen­ ten, nämlich einem ersten Kontaktsegment 10 und mit mehreren zweiten Kontaktsegmenten 13-17 verschaltet sind. Die Leiter­ bahnen, die in Fig. 4 nicht eigens bezeichnet sind, sind mit Anschlußgliedern 18, 19 der Leiterplatte verbunden, die ihrer­ seits mit Anschlußleitungen des Sensors verbunden sind, von de­ nen in Fig. 1 eine Anschlußleitung 21 sichtbar ist. Wie in Fi­ gur 1 dargestellt, münden die Anschlußleitungen, z. B. die An­ schlußleitung 21, in eine mit dem Gehäuse 1 verbundene Buchse 8 aus, in welche zur weiteren elektrischen Verbindung ein ent­ sprechender, mit einem Kabel versehener Stecker einführbar ist.

Mit Hilfe einer Antriebsstange 22 (Fig. 1) kann ein Schleif­ kontakt 23 mit Kontaktzungen 24, der durch eine einerseits an ihm und andererseits an einem die Buchse 8 tragenden Deckel 9 abgestützten Schraubenfeder in der in Fig. 1 dargestellten Endlage gehalten ist, in Längsrichtung über die Leiterplatte 2 derart bewegt werden, daß die Kontaktzungen 24 jeweils das erste Kontaktelement 10 mit einem der zweiten Kontaktelemente 13-17 elektrisch leitend verbinden und hierdurch jeweils ei­ nen oder mehrere der Widerstände 3-7 in an sich bekannter Weise in den Stromlauf einschalten, so daß der jeweils vorlie­ gende Gesamtwiderstand einer bestimmten Stellung des Schleif­ kontakts 23 und damit dem Weg entspricht, den der Schleifkon­ takt 23 zwischen seiner in Fig. 1 dargestellten Endlage und dieser Stellung zurückgelegt hat.

Die Ausbildung und Anordnung der Kontaktzungen 24 am Schleif­ kontakt 23 sind aus Fig. 5 und 6 ersichtlich. Der Schleifkon­ takt 23 umfaßt einen Träger 25, an dem die Kontaktzungen 24 mit Hilfe einer Niete 26 schräg nach unten gerichtet befestigt sind. Die einzelnen, verhältnismäßig schmalen und nebeneinander liegenden Kontaktzungen 24 bestehen in der üblichen Weise aus Metall und sind, wie Fig. 6 zeigt, in zwei Gruppen 27, 28 un­ terteilt, welche ihrerseits von einer metallischen Brücke 29 elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Die eine Gruppe 27 der Kontaktzungen gleitet beim Verschieben des Schleifkon­ takts 23 auf dem ersten Kontaktsegment 10, während sich die an­ dere Gruppe 28 der Kontaktzungen nach und nach über eines der zweiten Kontaktsegmente 13-17 verschiebt, so daß jeweils ei­ nes dieser zweiten Kontaktsegmente mit dem ersten Kontaktseg­ ment 10 elektrisch leitend verbunden ist.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich, sind die einzelnen Kontaktzungen 24 an ihren kontaktgebenden Stellen leicht gekrümmt. Die kon­ taktgebenden Stellen liegen, wie aus Fig. 6 hervorgeht, auf einer sogenannten "Kontaktlinie" 31, die im dargestellten Fall eine Gerade ist.

Wie die Fig. 2 zeigt, sind jeweils zwischen zwei der zweiten Kontaktsegmente 13-17 Trennspalte 33 vorgesehen, welche die einzelnen Kontaktsegmente elektrisch voneinander isolieren. Wie dargestellt, verlaufen die geradlinigen Trennspalte 33 zu der Bewegungsrichtung C des Schleifkontakts 23 schräg, beispiels­ weise in einem Winkel zwischen etwa 50 und 70°. Die Kontaktli­ nie 31 der Kontaktzungen 24 verläuft hingegen, wie aus Fig. 6 ersichtlich, im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Schleifkontaktes 23. Hierdurch ist sichergestellt, daß die entsprechend breite Gruppe 28 der Kontaktzungen 24 mit ihrer Kontaktlinie 31 niemals zwischen zwei zweiten Kontaktsegmenten 34-37 liegen kann. Diese Kontaktzungen geben vielmehr in je­ der Position des Schleifkontaktes 23 Kontakt mit wenigstens ei­ nem der zweiten Kontaktsegmente 34-37.

Bei einer äquivaltenen Ausführungsform der Erfindung könnten die Trennspalte 33-37 zwischen den zweiten Kontaktsegmenten 14-17 im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung C des Schleifkontakts 23 verlaufen, wenn in diesem Falle dann die Kontaktlinie 31 der Kontaktzungen 24 (Fig. 6) schräg zur Bewe­ gungsrichtung C des Schleifkontakts 23 verläuft.

Bei der dargestellten Ausführungsform eines Wegsensors handelt es sich ersichtlich um einen linear oder geradlinig entlang der Pfeilrichtung C betätigten Apparat. Die Erfindung, also die schräge Anordnung entweder der Trennspalte 33-37 oder der Kontaktlinie 31 relativ zur Bewegungsrichtung C des Schleifkon­ taktes 23 läßt sich jedoch ohne weiteres auch auf einen zirku­ lar betätigten Weg- oder Winkelsensor übertragen, bei dem die ersten und zweiten Kontaktsegmente als zueinander konzentri­ sche, kreisförmig verlaufende Bahnen ausgebildet sind. In die­ sem Falle verläuft die Kontaktlinie 31 beispielsweise radial zu den Kreisbahnen der Kontaktsegmente, während die Trennspalte 33-37 zu diesen radialen Richtungen schräg verlaufen. Man er­ reicht hierdurch die gleiche Wirkung, nämlich eine ständige elektrische Verbindung der ersten und zweiten Kontaktsegmente über die auf einer Kreisbahn bewegten Kontaktzungen 24, wie zu­ vor anhand der auf der Zeichnung dargestellten Ausführungsform beschrieben. In jedem Fall ist die Anordnung so getroffen, daß die Trennspalte 33-37 und die Kontaktlinie 31 der Kontaktzun­ gen 24 zwischen sich einen von Null verschiedenen Winkel klei­ ner als 90° einschließen, weil auf diese Weise erreichbar ist, daß die Kontaktzungen in jeder Stellung, also auch im Bereich eines Trennspalts 33-37, das erste Kontaktsegment 10 mit we­ nigstens einem der zweiten Kontaktsegmente 33-37 verbinden.

Im praktischen Einsatz des beschriebenen Wegsensors wird die Antriebsstange 22 des im übrigen ortsfest angeordneten Sensors mit einem Stellglied, beispielsweise dem Bremspedal eines Kraftfahrzeuges, verbunden, dessen zurückgelegter Weg überwacht werden soll. Die erforderlichen elektrischen Anschlüsse erfol­ gen über die Buchse 8 und die zugeordneten Anschlußleitungen 21. Die Widerstände 3-7 sind, wie aus Fig. 2 hervorgeht, hintereinander geschaltet. (Kreise in den in Fig. 2 darge­ stellten Leiterbahnen bedeuten elektrische Unterbrechungen die­ ser Bahnen.) Wenn der Schleifkontakt die in Fig. 1 dargestell­ te Endposition einnimmt, verbindet er das erste Kontaktsegment 10 mit einem Kontaktsegment 20, welches die Reihe der zweiten Kontaktsegmente 30-37, wie in Fig. 2 dargestellt, fortsetzt. In dieser Position des Schleifkontaktes werden, wie sich aus dem Verlauf der Leiterbahnen in Fig. 2 ergibt, die Widerstände 3-7 umgangen, so daß eine direkte Stromverbindung zwischen den Anschlußgliedern 18 und 19 hergestellt ist. Wenn der Schleifkontakt 23 nacheinander über die zweiten Kontaktsegmente 13-17 verschoben wird, werden nacheinander die Widerstände 3-7 zugeschaltet, so daß sich der Gesamtwiderstand abgestuft entsprechend erhöht. Diese stufenweise Widerstandserhöhung wird in meßtechnisch herkömmlicher Weise dazu ausgenutzt, die Posi­ tion des Schleifkontakts 23 und damit die von der Antriebsstan­ ge 22 zurückgelegte Wegstrecke stückweise zu ermitteln.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, liegt am Ende der von den zweiten Kontaktsegmenten 13-17 und 20 gebildeten Reihe ein weiteres Kontaktsegment 40, welches mit keinem der Widerstände 3-7 verbunden, sondern unverschaltet auf der Leiterplatte 2 ange­ ordnet ist. Auch dieses Kontaktsegment 40 ist durch einen schrägen Trennspalt 41 entsprechend den Trennspalten 33-37 von dem benachbarten Kontaktsegment 13 getrennt. Wenn dement­ sprechend der Schleifkontakt 23 über das Kontaktsegment 13 in Richtung seiner zweiten Endposition über den Trennspalt 41 hin­ ausgeschoben wird und schließlich auf dem Kontaktsegment 40 zur Ruhe kommt, wird ein von dem Überfahren der Kontaktsegmente 13-17 stammender, an den Kontaktzungen 24 haftender Abrieb spä­ testens beim Zurücklaufen des Schleifkontakts 23 in die aus Fi­ gur 1 ersichtliche Endposition in dem Trennspalt 41 abgelagert. Es wurde gefunden, daß durch die Anordnung des Trennspaltes 41 zwischen dem zweiten Kontaktsegment 13 und dem unverschalteten Kontaktsegment 40 eine Verschmutzung der übrigen Trennspalte 33-37 wesentlich herabgesetzt und damit die Lebensdauer des Weg­ sensors erheblich gesteigert werden kann.

Das Gehäuse 1 des Wegsensors ist als Kunststoff-Formteil ausge­ bildet, dessen Querschnittsgestalt aus Fig. 3 ersichtlich ist. Zwei erste Nuten 42, 43 dienen dem Einschieben der Leiterplatte 2 in das Gehäuse 1. Im Gehäuse 1 ist die in den Nuten 42, 43 angeordnete Leiterplatte 2 zwischen einem Anschlag 44 (Fig. 1) in der Nähe der einen Seite des Gehäuses 1 und dem Deckel 9 fixiert, der seinerseits mit dem benachbarten Rand des Gehäuses 1 verrastbar ist.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, umfaßt das Gehäuse 1 zwei weitere Gleitführungen, die, entsprechend den Nuten 42, 43 von jeweils auf gleichem Niveau angeordneten Nuten 45, 46 bzw. 47, 48 gebildet sind. In diesen beiden Gleitführungen ist der Schleif­ kontakt 23 (Fig. 5) gleitverschieblich gelagert, dessen Träger 25 zu diesem Zweck mit entsprechenden, in den Nuten 45-48 liegenden Gleitkufen mit jeweils ballig ausgebildeten Enden 51 versehen ist. Mit dem Träger 25 ist beweglich ein Antriebsglied 52 (Fig. 1 und 6) verbunden, an dem seinerseits die in einer Gleitbuchse 53 (Fig. 1) des Gehäuses 1 verschiebliche An­ triebsstange 22 befestigt ist. Das Antriebsglied 52 ist in ei­ ner eigenen, zu den von den Nuten 45-48 gebildeten beiden Gleitführungen parallelen Gleitführung verschieblich geführt, die von Nuten 54, 55 (Fig. 3) gebildet ist.

Somit liegen für den Schleifkontakt 23 insgesamt drei separate Gleitbahnen vor, nämlich erstens die von den Nuten 45-48 gebildete Gleiführung, zweitens die von den Nuten 54, 55 gebil­ dete Gleitführung und drittens die von der Buchse 53 gebildete Gleitführung. Die Verbindung des Schleifkontaktes 23 mit dem Antriebsglied 52 erfolgt in der Weise beweglich, daß zwei Vor­ sprünge 56 des gabelförmigen Antriebsgliedes 52 (Fig. 4) in entsprechende Aussparungen an der Stirnseite des Schleifkontak­ tes 23 lose und beweglich eingreifen. Durch die separaten Gleitführungen des Schleifkontakts 23 einerseits sowie des Antriebsgliedes 52 andererseits sowie durch die lose Verbindung zwischen diesen Teilen 52 und 53 ist gewährleistet, daß dann, wenn die Buchse 53 und gegebenenfalls die von den Nuten 54, 55 gebildete Gleitführung infolge Abnutzung keine strenge geradli­ nige Führung mehr liefern, der Schleifkontakt durch seine von den Nuten 45-48 gebildeten Gleitführungen dennoch auf seiner vorgeschriebenen, geradlinigen Bahn parallel zur Leiterplatte 2 und zu den Kontaktsegmenten 10, 13-17 und 20 gehalten ist.

Wie aus Fig. 4 noch hervorgeht, weist auch das gabelförmige Antriebsstück 52 Gleitkufen 57 mit balligen Enden 58 auf, mit denen das Antriebsglied 52 in der von der Nuten 54, 55 gebilde­ ten Gleitführung gleitet, wobei die balligen Enden 58 (ebenso wie die balligen Enden 51 des Schleifkontakts 23) ein Gleiten mit minimaler Reibung ermöglichen.

Wie schließlich aus Fig. 1 noch hervorgeht, erfolgt die Ver­ bindung der im Deckel 9 befestigten Anschlußleitung 21 mit ei­ nem der Anschlußglieder 18, 19 der Leiterplatte (Fig. 2) über eine flexible elektrische Verbindungsleitung 61, so daß also die Anschlußleitung 21 insbesondere nicht direkt an eines der Anschlußglieder 18, 19 angelötet ist. Es wurde gefunden, daß der dargestellte und beschriebene Wegsensor im praktischen Einsatz (beispielsweise in einem Kraftfahrzeug) häufig ständigen Vibrationen unterliegt, die dazu führen können, daß sich eine Lötverbindung zwischen Anschlußleitung 21 und einem der Glieder 18, 19 löst. Dies ist bei der flexiblen Verbindungsleitung 21 nicht der Fall.

Claims (8)

1. Elektrischer Weg- oder Winkelsensor mit einem ersten orts­ festen Kontaktsegment, mit mehreren ortsfesten, hinterei­ nander angeordneten und durch Trennspalte voneinander getrennten, zweiten Kontaktsegmenten, die mit elektrischen Schaltelementen verschaltet sind, mit einem in einer vor­ gegebenen Bewegungsrichtung beweglichen Schleifkontakt, der weg- oder winkelabhängig über die Kontaktsegmente und die Trennspalte führbar ist, und mit am Schleifkontakt ausgebildeten, zusammen mit ihm beweglichen Kontaktzungen, die mit ihren kontaktgebenden Stellen in einer Kontaktli­ nie ausgerichtet sind und beim Bewegen des Schleifkontak­ tes über diese Linie jeweils das erste Kontaktsegment mit wenigstens der zweiten Kontaktsegmente elektrisch leitend verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß entweder die Trennspalte (33, 34, 35, 36, 37) zwischen den zweiten Kontaktsegmenten (13, 14, 15, 16, 17) oder die Kontaktlinie (31) schräg zur Bewegungsrichtung (C) des Schleifkontaktes (23) verlaufen.

2. Sensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zusätzli­ ches, unverschaltetes, zweites Kontaktsegment (40) am Ende der verschalteten, hintereinander angeordneten, zweiten Kontaktsegmente (13, 14, 15, 16, 17) und einen zwischen dem unverschalteten und den benachbarten verschalteten Kontaktsegmenten angeordneten Trennspalt (41) zur Ablage­ rung von durch den Schleifkontakt (23) verursachtem Abrieb.

3. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifkontakt (23) einen Träger (25) umfaßt und der Trä­ ger in einer ersten Gleitführung (Nuten 45, 46, 47, 48) eines Gehäuses (1) des Wegsensors geführt ist.

4. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (25) mit einem Antriebsglied (52) beweglich verbun­ den ist.

5. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsglied (52) in einer eigenen zweiten, zur ersten parallelen Gleitführung (Nuten 54, 55) geführt ist.

6. Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsglied (52) mit einer Antriebsstange (52) verbunden und diese Stange in einer Gleitbuchse (53) geführt ist.

7. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktsegmente (10, 13, 14, 15, 16, 17, 20, 40) und die elektrischen Schaltelemente (3, 4, 5, 6, 7) insbesondere Widerstandselemente, auf einer Leiterplatte (2) angeordnet sind, und zwischen wenigstens einer Anschlußleitung (21) des Wegsensors und einem elektrischen Anschlußglied (18, 19) der Leiterplatte (2) eine flexible, elektrische Ver­ bindungsleitung (61) vorgesehen ist.

8. Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1) eine von Nuten (42, 43) gebildete Gleitbahn zum Einschieben der Leiterplatte ausgebildet ist.