DE4125884A1 - ROTARY ANGLE SENSOR - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Drehwinkelsensor für die Messung des Drehwinkels einer Welle gegenüber einem feststehenden Teil, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Der Drehwinkelsensor weist ein erstes Potentiometer auf, dessen Auswertbereich 360° beträgt. Außerdem ist ein zweites Potentiometer vorhanden, dem zur Auswertung mehrerer Umdrehungen der Welle ein Untersetzungsgetriebe vorgeschaltet ist.The invention relates to a rotation angle sensor for the Measurement of the angle of rotation of a shaft in relation to one fixed part, according to the preamble of claim 1. The rotation angle sensor has a first potentiometer, whose evaluation range is 360 °. There is also a second one Potentiometer available, the one for evaluating several Revolutions of the shaft a reduction gear is connected upstream.
Bei einem bekannten Drehwinkelsensor, der in einer Kugelmutter-Hilfskraftlenkung eingebaut ist, wird das erste Potentiometer, das zur Feinmessung des Lenkwinkels dient, am Eingang des Lenkgetriebes direkt von der Lenkspindel angetrieben. Um die Meßsignale des ersten Potentiometers einer bestimmten Umdrehung der Lenkspindel zuordnen zu können, ist an der Ausgangswelle des Lenkgetriebes ein zweites Potentiometer angeordnet. Der Drehwinkel dieser Ausgangswelle ist kleiner als 360°. Bei dieser Ausführung dient das Lenkgetriebe gleichzeitig als Untersetzungsgetriebe für das zweite Potentiometer.In a known rotation angle sensor, which is in a Ball nut power steering is installed, the first Potentiometer, which is used for fine measurement of the steering angle, on Steering gear input directly from the steering shaft driven. To the measurement signals of the first potentiometer assign to a certain rotation of the steering spindle can, is on the output shaft of the steering gear second potentiometer arranged. The angle of rotation of this Output shaft is less than 360 °. In this version the steering gear also serves as Reduction gear for the second potentiometer.
Der Drehwinkelsensor, dessen beide Potentiometer bei der bekannten Ausführung auf zwei Wellen aufgeteilt sind, läßt sich dann nicht verwenden, wenn nur eine Welle vorhanden ist. Dies ist beispielsweise bei einer Zahnstangen-Hilfskraftlenkung der Fall, bei der nur das Eingangsglied eine Drehbewegung ausführt, während das Ausgangsglied eine hin- und hergehende Bewegung ausführt.The rotation angle sensor, whose two potentiometers at the known version are divided into two shafts, cannot be used if only one shaft is available. This is for example with a Rack and pinion power steering the case where only that Input member rotates while the Output member performs a reciprocating movement.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehwinkelsensor zu schaffen, der möglichst wenig Bauraum beansprucht und als Antrieb nur eine einzige Welle benötigt. The invention has for its object a To create a rotation angle sensor that has as little installation space as possible stressed and only a single shaft required as drive.
Diese Aufgabe wird durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten Drehwinkelsensor gelöst. Die Lösung erfolgt vor allem dadurch, daß das Untersetzungsgetriebe ein Planetengetriebe ist, das zusammen mit dem ersten Potentiometer von der (einzigen) Welle angetrieben wird. Dabei sind das Planetengetriebe mit dem zweiten Potentiometer und das erste Potentiometer koaxial in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.This object is achieved by the in claim 1 marked rotation angle sensor solved. The solution follows especially in that the reduction gear Planetary gear is that together with the first Potentiometer is driven by the (single) shaft. Here are the planetary gear with the second Potentiometer and the first potentiometer coaxial in one arranged common housing.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Dabei enthält das Planetengetriebe einen Stufenplaneten, der in einem mit der Welle drehfest verbundenen Steg gelagert ist. Das eine Rad des Stufenplaneten kämmt dabei mit einem feststehenden inneren oder äußeren Zentralrad, und das andere Rad des Stufenplaneten kommt mit einer an einem Schleiferträger des zweiten Potentiometers angeordneten Verzahnung. Dies ergibt einen einfachen und kompakten Aufbau des Drehwinkelsensors. Um das Spiel des Planetengetriebes zu reduzieren und damit die Genauigkeit des Drehwinkelsensors zu erhöhen, wird gemäß eines weiteren Ausführungsbeispieles der Stufenplanet in einem beweglichen Bügel gelagert und über den Bügel durch die Kraft einer Feder in Richtung auf die Verzahnungen des feststehenden Zentralrades und des Schleiferträgers des zweiten Potentiometers gedrückt.Advantageous and expedient configurations of the Invention are specified in the subclaims. Here the planetary gear contains a stepped planet, which in a web connected to the shaft in a rotationally fixed manner is mounted. One wheel of the stepped planet meshes with you fixed inner or outer central gear, and that other wheel of the step planet comes with one on one Grinder holder of the second potentiometer arranged Gearing. This results in a simple and compact structure of the rotation angle sensor. To the game of the planetary gear reduce and thus the accuracy of the angle sensor to increase, is according to a further embodiment the stepped planet is stored in a movable bracket and over the bracket towards by the force of a spring the teeth of the fixed central wheel and Grinder holder of the second potentiometer pressed.
Um den Drehwinkelsensor vor dem endgültigen Einbau vormontieren zu können, werden das erste Potentiometer und der Steg des Planetengetriebes von einer Hülse angetrieben, die bei der Endmontage auf die Welle aufgeschoben und mit dieser drehfest verbunden wird. Aus Gründen der Plausibilität kann es vorteilhaft sein, jedes der beiden Potentiometer mit einer eigenen Mitnahme auszustatten. Dazu wird die Hülse unterteilt in zwei Teilhülsen, deren eine das erste Potentiometer und deren andere den Steg des Planetengetriebes antreibt. To the rotation angle sensor before final installation The first potentiometer and the web of the planetary gear is driven by a sleeve, which are pushed onto the shaft during final assembly and with this is rotatably connected. Because of Plausibility can be beneficial to either of the two To equip the potentiometer with your own. To the sleeve is divided into two partial sleeves, one of which first potentiometers and the others the bridge of the Planetary gear drives.
Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombinationen der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.The invention is not based on the combinations of features of claims limited. For the person skilled in the art further sensible combinations of requirements and individual claim characteristics from the task.
Im folgenden wird die Erfindung anhand dreier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:The invention is based on three in the Drawing illustrated embodiments closer explained. It shows:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Drehwinkelsensor nach einem ersten Ausführungsbeispiel; Fig. 1 shows a longitudinal section through the inventive rotation angle sensor according to a first embodiment;
Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Drehwinkelsensor nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, entsprechend der Linie II-II in Fig. 1; Figure 2 shows a cross section through a rotation angle sensor according to a second embodiment, according to the line II-II in Fig. 1.
Fig. 3 einen Teillängsschnitt durch den Drehwinkelsensor nach einem dritten Ausführungsbeispiel, entsprechend der Linie III-III in Fig. 4; Figure 3 is a partial longitudinal section through the rotation angle sensor according to a third embodiment, according to the line III-III in Fig. 4.
Fig. 4 einen Teilquerschnitt durch den Drehwinkelsensor der Fig. 3, entsprechend der Linie IV-IV in Fig. 3. Fig. 4 is a partial cross section through the rotation angle sensor of FIG. 3, according to the line IV-IV in Fig. 3.
In einem Gehäuse 1 sind koaxial zueinander folgende Bauelemente des Drehwinkelsensors hintereinander angeordnet: ein erstes Potentiometer 2, ein zweites Potentiometer 3 und ein Planetengetriebe 4. Das Gehäuse 1 ist durch einen Deckel 5 verschlossen. Eine Welle 6 durchsetzt das Gehäuse und die einzelnen Bauteile. Der Innenraum des Gehäuses 1 ist durch Dichtringe 7 und 8, die zwischen dem Gehäuse 1 und der Welle 6 eingebaut sind, nach außen abgedichtet. Eine Hülse 9 umgreift die Welle 6 und ist mit dieser durch zwei radiale Fortsätze 10 einer Ringfeder 11 drehfest verbunden. The following components of the angle of rotation sensor are arranged one behind the other in a housing 1 coaxially: a first potentiometer 2 , a second potentiometer 3 and a planetary gear 4 . The housing 1 is closed by a cover 5 . A shaft 6 passes through the housing and the individual components. The interior of the housing 1 is sealed to the outside by sealing rings 7 and 8 , which are installed between the housing 1 and the shaft 6 . A sleeve 9 engages around the shaft 6 and is connected to it in a rotationally fixed manner by two radial extensions 10 of an annular spring 11 .
Das erste Potentiometer 2 enthält eine Potentiometerscheibe 12, die drehfest mit der Hülse 9 und damit mit der Welle 6 verbunden ist. Die Potentiometerscheibe 12 trägt die beweglichen Potentiometerschleifer, die mit wenigstens einer kreisringförmigen Widerstandsbahn zusammenwirken, die auf einer feststehenden Scheibe 13 angeordnet ist.The first potentiometer 2 contains a potentiometer disk 12 which is connected in a rotationally fixed manner to the sleeve 9 and thus to the shaft 6 . The potentiometer disk 12 carries the movable potentiometer grinders, which interact with at least one annular resistance track, which is arranged on a fixed disk 13 .
Das zweite Potentiometer 3 ist ähnlich aufgebaut wie das erste Potentiometer 2 und enthält eine feststehende Scheibe 14 und einen Schleiferträger 15. Dieser ist auf der Hülse 9 drehbar geführt. Sein Verdrehwinkel ist durch zwei Anschläge 16 begrenzt, die mit einem Zapfen 17 zusammenwirken, der an der feststehenden Scheibe 14 in Richtung auf den Schleiferträger 15 vorsteht. Der Verdrehwinkel des zweiten Potentiometers 3 beträgt dadurch weniger als 360°.The second potentiometer 3 is constructed similarly to the first potentiometer 2 and contains a fixed disk 14 and a wiper carrier 15 . This is rotatably guided on the sleeve 9 . Its angle of rotation is limited by two stops 16 which cooperate with a pin 17 which projects on the fixed disc 14 in the direction of the grinder carrier 15 . The angle of rotation of the second potentiometer 3 is therefore less than 360 °.
Der Schleiferträger 15 trägt auf einem zylindrischen Fortsatz eine Verzahnung 18, die ein Element des Planetengetriebes 4 darstellt. Zu dem Planetengetriebe 4 gehört außerdem ein Stufenplanet 20, der in einem radial angeordneten Steg 21 gelagert ist. Der Steg 21 ist fest mit der Hülse 9 und damit drehfest mit der Welle 6 verbunden. Das eine, kleinere Rad 22 des Stufenplaneten 20 kämmt mit der Verzahnung 18 des Schleiferträgers 15. Das andere, größere Rad 23 des Stufenplaneten 20 kämmt mit einem inneren Zentralrad 24, das mit dem feststehenden Deckel 5 verbunden ist.The grinder carrier 15 has a toothing 18 on a cylindrical extension, which represents an element of the planetary gear 4 . The planetary gear 4 also includes a stepped planet 20 , which is mounted in a radially arranged web 21 . The web 21 is fixed to the sleeve 9 and thus rotatably connected to the shaft 6 . The one, smaller wheel 22 of the stepped planet 20 meshes with the toothing 18 of the grinder carrier 15 . The other, larger wheel 23 of the stepped planet 20 meshes with an inner central wheel 24 , which is connected to the fixed cover 5 .
Der Deckel 5 wird durch eine Tellerfeder 25 nach außen gegenüber dem Gehäuse 1 gesichert und hält über eine Abstandsbüchse 26 die feststehende Scheibe 13 in Anlage an einem Absatz 27 des Gehäuses 1. The cover 5 is secured to the outside of the housing 1 by a plate spring 25 and holds the fixed disk 13 in contact with a shoulder 27 of the housing 1 via a spacer sleeve 26 .
Eine Vorrichtung, mit der der Stufenplanet 20 in Anlage sowohl an der Verzahnung 18 des Schleiferträgers 15 als auch an dem inneren Zentralrad 24 gehalten werden kann, ist in Fig. 2 dargestellt. An dem Steg 21 ist ein Bügel 28 durch ein Gelenk 30 schwenkbar befestigt. Das Stufenrad 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel in dem Bügel 28 gelagert. Das freie Ende 31 des Bügels 28 ist über eine Feder 32 derart mit dem Steg 21 verbunden, daß der Stufenplanet 20 in Richtung auf die Verzahnung 18 des Schleiferträgers 15 und auf das innere Zentralrad 24 hin gezogen wird.A device with which the step planet 20 can be held in contact with both the toothing 18 of the grinder carrier 15 and the inner central wheel 24 is shown in FIG. 2. A bracket 28 is pivotally attached to the web 21 by a joint 30 . The step wheel 20 is supported in the bracket 28 in this embodiment. The free end 31 of the bracket 28 is connected via a spring 32 to the web 21 in such a way that the stepped planet 20 is pulled in the direction of the toothing 18 of the grinder carrier 15 and on the inner central wheel 24 .
Aus Gründen der Plausibilität kann es vorteilhaft sein, wenn jedes Potentiometer getrennt von der Welle angetrieben wird. Dazu wird die Hülse 9 unterteilt in zwei Teilhülsen, deren erste die Potentiometerscheibe 12 des ersten Potentiometers 2 und deren zweite den Steg 21 des Planetengetriebes 4 antreibt.For reasons of plausibility, it can be advantageous if each potentiometer is driven separately from the shaft. For this purpose, the sleeve 9 is divided into two partial sleeves, the first of which drives the potentiometer disk 12 of the first potentiometer 2 and the second of which drives the web 21 of the planetary gear 4 .
In einem dritten Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, ist das innere Zentralrad 24 durch ein äußeres Zentralrad 34 ersetzt. Der Stufenplanet 20 ist bei diesem Ausführungsbeispiel in einem Bügel 35 gelagert, der über eine Feder 36 an einer Hülse 37 befestigt ist. Die Hülse 37 entspricht der Hülse 9 des ersten Ausführungsbeispieles. Die Feder 36 weist eine derartige Vorspannung auf, daß der Stufenplanet 20 in Richtung auf die Verzahnungen des äußeren Zentralrades 34 und des Schleiferträgers 38 des zweiten Potentiometers 3 beaufschlagt wird. Der Schleiferträger 38 entspricht dabei dem Schleiferträger 15 des ersten Ausführungsbeispieles.In a third exemplary embodiment, which is shown in FIGS. 3 and 4, the inner central wheel 24 is replaced by an outer central wheel 34 . In this exemplary embodiment, the stepped planet 20 is mounted in a bracket 35 which is fastened to a sleeve 37 via a spring 36 . The sleeve 37 corresponds to the sleeve 9 of the first embodiment. The spring 36 is pretensioned in such a way that the stepped planet 20 is acted upon in the direction of the toothing of the outer central wheel 34 and the wiper carrier 38 of the second potentiometer 3 . The grinder carrier 38 corresponds to the grinder carrier 15 of the first embodiment.
Die Hülse 37 ist durch wenigstens einen federbelasteten Stift 40 mit der Welle 6 verbunden. The sleeve 37 is connected to the shaft 6 by at least one spring-loaded pin 40 .
Im folgenden wird die Funktion des erfindungsgemäßen Drehwinkelsensors beschrieben: Das erste Potentiometer 2 besitzt einen Auswertbereich von 360°. Mit diesem Potentiometer wird die exakte Winkelstellung der Welle 6 gemessen. Da die Welle 6 jedoch mehrere Umdrehungen ausführen kann, ist es wichtig, dieses exakte Meßsignal einer bestimmten Umdrehung der Welle 6 zuzuordnen. Dies geschieht über die Untersetzung des Planetengetriebes 4, dessen Untersetzung so gewählt ist, daß der Verdrehbereich des Schleiferträgers 15 des zweiten Potentiometers 3 weniger als 360° beträgt. Die von den beiden Potentiometern 2 und 3 ermittelten Meßwerte werden von den beiden feststehenden Scheiben 13 und 14 einem Anschlußstecker 33 zugeführt. Von dem Anschlußstecker 33 führen Signalleitungen zu einer nicht dargestellten Spannungsquelle und zu einer nicht dargestellten elektronischen Steuereinheit. The function of the rotation angle sensor according to the invention is described below: The first potentiometer 2 has an evaluation range of 360 °. The exact angular position of the shaft 6 is measured with this potentiometer. However, since the shaft 6 can make several revolutions, it is important to assign this exact measurement signal to a specific revolution of the shaft 6 . This is done via the reduction of the planetary gear 4 , the reduction is selected so that the range of rotation of the wiper carrier 15 of the second potentiometer 3 is less than 360 °. The measured values determined by the two potentiometers 2 and 3 are fed from the two fixed disks 13 and 14 to a connector plug 33 . Signal lines lead from the connector plug 33 to a voltage source (not shown) and to an electronic control unit (not shown).
BezugszeichenReference numerals
1 Gehäuse
2 erstes Potentiometer
3 zweites Potentiometer
4 Planetengetriebe
5 Deckel
6 Welle
7 Dichtring
8 Dichtring
9 Hülse
10 radialer Fortsatz
11 Ringfeder
12 Potentiometerscheibe
13 feststehende Scheibe
14 feststehende Scheibe
15 Schleiferträger
16 Anschlag
17 Zapfen
18 Verzahnung
19 -
20 Stufenplanet
21 Steg
22 Rad
23 Rad
24 inneres Zentralrad
25 Tellerfeder
26 Abstandsbüchse
27 Absatz
28 Bügel
29 -
30 Gelenk
31 freies Ende
32 Feder
33 Anschlußstecker
34 äußeres Zentralrad
35 Bügel
36 Feder
37 Hülse
38 Schleiferträger
39 -
40 Stift 1 housing
2 first potentiometers
3 second potentiometers
4 planetary gears
5 lids
6 wave
7 sealing ring
8 sealing ring
9 sleeve
10 radial extension
11 ring spring
12 potentiometer disk
13 fixed disc
14 fixed disc
15 grinder carriers
16 stop
17 cones
18 gearing
19 -
20 step planet
21 bridge
22 wheel
23 wheel
24 inner central wheel
25 disc spring
26 spacer sleeve
27 paragraph
28 stirrups
29 -
30 joint
31 free end
32 spring
33 connector
34 outer central wheel
35 stirrups
36 spring
37 sleeve
38 grinder carrier
39 -
40 pen
Claims (9)
- - mit einem ersten Potentiometer (2), dessen Auswertbereich 360° beträgt und
- - mit einem zweiten Potentiometer (3), dem zur Auswertung mehrerer Umdrehungen der Welle (6) ein Untersetzungsgetriebe vorgeschaltet ist,
- - With a first potentiometer ( 2 ) whose evaluation range is 360 ° and
- - With a second potentiometer ( 3 ), which is connected upstream to evaluate several revolutions of the shaft ( 6 ),
- - daß das Untersetzungsgetriebe ein Planetengetriebe (4) ist, das zusammen mit dem ersten Potentiometer (2) von der Welle (6) angetrieben wird und- That the reduction gear is a planetary gear ( 4 ) which is driven together with the first potentiometer ( 2 ) from the shaft ( 6 ) and
- - daß das Planetengetriebe (4) mit dem zweiten Potentiometer (3) und das erste Potentiometer (2) koaxial in einem gemeinsamen Gehäuse (1) angeordnet sind.- That the planetary gear ( 4 ) with the second potentiometer ( 3 ) and the first potentiometer ( 2 ) are arranged coaxially in a common housing ( 1 ).
- - daß das Planetengetriebe (4) einen Stufenplaneten (20) enthält, der in einem mit der Welle (6) drehfest verbundenen Steg (21) gehalten ist und
- - daß das eine Rad (23) des Stufenplaneten (20) mit einem feststehenden inneren oder äußeren Zentralrad (24, 34) und das andere Rad (22) des Stufenplaneten (20) mit einer an einem Schleiferträger (15, 38) des zweiten Potentiometers (3) angeordneten Verzahnung (18) kämmt.
- - That the planetary gear ( 4 ) contains a stepped planet ( 20 ) which is held in a rotatably connected to the shaft ( 6 ) web ( 21 ) and
- - That the one wheel ( 23 ) of the stepped planet ( 20 ) with a fixed inner or outer central wheel ( 24 , 34 ) and the other wheel ( 22 ) of the stepped planet ( 20 ) with one on a wiper carrier ( 15 , 38 ) of the second potentiometer ( 3 ) arranged teeth ( 18 ) combs.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |