DE4131034A1

DE4131034A1 - Drehwinkelsensor

Info

Publication number: DE4131034A1
Application number: DE19914131034
Authority: DE
Inventors: Armin Lang; Helmut Knoedler; Willi Nagel
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1991-09-18
Filing date: 1991-09-18
Publication date: 1993-03-25
Also published as: WO1993006435A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehwinkelsensor für die Messung eines 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 Planetengetriebe als Untersetzungsgetriebe vorgeschaltet ist.

Ein derartiger Drehwinkelsensor ist Gegenstand der älteren Anmeldung P 41 25 884.3. Mit diesem bekannten Drehwinkelsensor sollte ein Drehwinkelsensor geschaffen werden, der möglichst wenig Bauraum beansprucht und als Antrieb nur eine einzige Welle benötigt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau eines solchen Drehwinkelsensors weiter zu vereinfachen und seine Baulänge weiter zu verkürzen.

Diese Aufgabe wird durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten Drehwinkelsensor gelöst. Die Lösung erfolgt vor allem dadurch, daß den beiden Potentiometern eine einteilige Widerstandsplatte gemeinsam ist, und daß Anschlußkontakte für Kollektor- und Widerstandsbahnen als Steckbuchsen bzw. Kontaktfahnen in der Widerstandsplatte integriert sind.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Widerstandsplatte trägt auf beiden Stirnseiten Widerstandsbahnen. Durch diese Anordnung ist es möglich, zwei Widerstandsbahnen, die auf gegenüberliegenden Stirnseiten der Widerstandsplatte angeordnet sind, parallel zu schalten. Ein besonders kurzer Drehwinkelsensor ergibt sich dann, wenn die Anschlußkontakte in der Form von Kontaktfahnen parallel zueinander in einer Reihe nebeneinander im wesentlichen senkrecht zu der Achse der Welle angeordnet sind. Werden die Kontaktfahnen in die aus einem Kunststoff hergestellte Widerstandsplatte derart eingegossen, daß ihre Oberfläche mit einer Stirnfläche der Widerstandsplatte eine Ebene bildet, so ist es möglich, diese Kontaktfahnen auf einfache Weise mit den Kollektor- und Widerstandsbahnen, die auf der Stirnfläche der Widerstandsplatte aufgedruckt sind, zu verbinden.

Durch die Abkröpfung einiger Kontaktfahnen im Inneren der Widerstandsplatte kann beispielsweise eine Leiterbahn untertunnelt werden oder ein Kontakt von einer Stirnseite zu der anderen Stirnseite der Widerstandsplatte geschaffen werden.

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.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Drehwinkelsensor;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Widerstandsplatte des Drehwinkelsensors nach Fig. 1, entsprechend der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Widerstandsplatte, entsprechend dem Pfeil III in Fig. 2;

Fig. 4, 5, 6 Teillängsschnitte durch die Widerstandsplatte des Drehwinkelsensors aus Fig. 1, in vergrößertem Maßstab;

Fig. 7 den Teilschnitt entsprechend der Linie VII-VII in Fig. 2.

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 die einzelnen Bauteile und endet in dem Gehäuse 1. Der Innenraum des Gehäuses 1 ist durch einen Dichtring 7, der zwischen dem Gehäuse 1 und der Welle 6 eingebaut ist, nach außen abgedichtet. Eine Hülse 8 umgreift die Welle 6 und ist mit dieser drehfest verbunden.

Das erste Potentiometer 2 enthält eine Schleifer- und Kollektorplatte 10, die drehfest mit der Hülse 8 und damit mit der Welle 6 verbunden ist. Die Kollektorplatte 10 trägt wenigstens eine kreisringförmige Kollektorbahn, die mit wenigstens einer kreisringförmigen Widerstandsbahn 11 zusammenwirkt, die auf der in der Zeichnung linken Stirnfläche 12 einer feststehenden Widerstandsplatte 13 angeordnet ist.

Das zweite Potentiometer 3 ist ähnlich aufgebaut wie das erste Potentiometer 2 und setzt sich zusammen aus der Widerstandsplatte 13 und einem Schleiferträger 14. Dieser ist auf der Hülse 8 begrenzt drehbar geführt.

Der Schleiferträger 14 trägt auf einem zylindrischen Fortsatz eine Hohlradverzahnung 15, die ein Element des Planetengetriebes 4 darstellt. Zu dem Planetengetriebe 4 gehört außerdem ein Stufenplanet 16, der in einem radial angeordneten Steg 17 gelagert ist. Der Steg 17 ist fest mit der Hülse 8 und damit drehfest mit der Welle 6 verbunden. Das eine kleinere Rad 18 des Stufenplaneten 16 kämmt mit der Hohlradverzahnung 15 des Schleiferträgers 14. Das andere, größere Rad 20 des Stufenplaneten 16 kämmt mit einem Hohlrad 21, das mit dem feststehenden Deckel 5 verbunden ist.

Aus der bisherigen Beschreibung geht hervor, daß die Widerstandsplatte 13 für beide Potentiometer 2 und 3 gemeinsam als feststehende Scheibe benutzt wird. Die Widerstandsplatte 13 hat im einzelnen folgenden Aufbau: Die in Fig. 1 linke Stirnfläche 12 trägt, wie bereits erwähnt, die Widerstandsbahn 11, die an zwei zueinander um 180° versetzten Widerstandsabgriffsstellen über entsprechende Leiterbahnen an zwei Kontaktfahnen 22 und 23 angeschlossen ist. Die beiden Kontaktfahnen 22 und 23 sind im Inneren der aus einem Kunststoff bestehenden Widerstandsplatte 13 abgekröpft, so daß ihre Anschlußstellen für einen nicht dargestellten Stecker auf der rechten, dem Planetengetriebe 4 zugewandten Stirnfläche 24 der Widerstandsplatte 13 liegen und ihre Kontaktstellen für die Leiterbahn 11 an der linken Stirnfläche 12 liegen.

An der linken Stirnfläche 12 der Widerstandsplatte 13 ragen zwei Kollektorschleifer 25 und 26 vor, die mit der Kollektorplatte 10 in Kontakt stehen. Um die Kollektorschleifer 25 und 26 auf der rechten Stirnfläche 24 der Widerstandsplatte 13 kontaktieren zu können, werden sie durch die Widerstandsplatte 13 hindurchgeführt (siehe Fig. 7) und beispielsweise durch einen Niet 27 befestigt. Die Kollektorschleifer 25 und 26 sind durch Leiterbahnen 28 bzw. 30 mit zwei Kontaktfahnen 31 bzw. 32 verbunden.

Auf der rechten Stirnfläche 24 der Widerstandsplatte 13 ist eine Widerstandsbahn 33 aufgebracht, die durch zwei Leiterbahnen 34 und 35 mit zwei Kontaktfahnen 36 bzw. 37 verbunden ist. Konzentrisch zu der Widerstandsbahn 33 ist eine Kollektorbahn 38 auf der rechten Stirnfläche 24 aufgebracht, die über eine Leiterbahn 40 mit einer Kontaktfahne 41 verbunden ist. Die Widerstandsbahn 33 und die Kollektorbahn 38 stehen mit einem Widerstandsschleifer 42 bzw. einem Kollektorschleifer 43 in Verbindung, die an dem Schleiferträger 14 angeordnet sind.

Aus der bisherigen Beschreibung geht hervor, daß die Widerstandsplatte 13 für beide Potentiometer 2 und 3 gemeinsam verwendet wird. Alle Anschlußkontakte für Schleifer, Widerstandsbahnen und Kollektorbahnen sind in der Form von Kontaktfahnen in der aus einem Kunststoff hergestellten Widerstandsplatte 13 integriert. Die Kontaktfahnen sind dabei parallel zueinander in einer Reihe nebeneinander im wesentlichen senkrecht zu der Achse der Welle 6 angeordnet. Dabei sind die Kontaktfahnen in die Widerstandsplatte 13 derart eingegossen, daß ihre Oberfläche mit der Stirnfläche 24 der Widerstandsplatte 13 eine Ebene bildet (Fig. 3).

Bei den Kontaktfahnen sind drei Formen zu unterscheiden: Die Kontaktfahnen 31, 32, 36, 37 sind einfach abgewinkelt, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Die beiden Kontaktfahnen 22 und 23 sind doppelt gekröpft, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Im Bereich der Kontaktstellen, die mit den Leiterbahnen der Widerstandsbahn 11 verbunden werden, ist eine Aussparung 44 in der Widerstandsplatte 13 angeordnet. In diese Aussparung 44 wird bei der Herstellung der Widerstandsplatte 13 beim Spritzvorgang ein Niederhalter eingebracht, um eine saubere Kontaktstelle für den Anschluß der Leiterbahnen zu erhalten. Die Kontaktfahne 41 ist vierfach gekröpft, wie dies in Fig. 6 in Verbindung mit Fig. 2 dargestellt ist. Dies Kontaktfahne weist eine relativ komplizierte Form auf, damit die Leiterbahn 34 untertunnelt werden kann. Auch im Bereich der Kontaktstelle der Kontaktfahne 41 ist eine Aussparung 45 in der Widerstandsplatte 13 angeordnet, in die beim Herstellvorgang ein Niederhalter eingreift.

Bezugszeichen

1 Gehäuse
2 erstes Potentiometer
3 zweites Potentiometer
4 Planetengetriebe
5 Deckel
6 Welle
7 Dichtring
8 Hülse
9 -
10 Kollektorplatte
11 Widerstandsbahn
12 Stirnfläche
13 Widerstandsplatte
14 Schleiferträger
15 Hohlradverzahnung
16 Stufenplanet
17 Steg
18 Rad
19 -
20 Rad
21 Hohlrad
22 Kontaktfahne
23 Kontaktfahne
24 Stirnfläche
25 Kollektorschleifer
26 Kollektorschleifer
27 Niet
28 Leiterbahn
29 -
30 Leiterbahn
31 Kontaktfahne
32 Kontaktfahne
33 Widerstandsbahn
34 Leiterbahn
35 Leiterbahn
36 Kontaktfahne
37 Kontaktfahne
38 Kollektorbahn
39 -
40 Leiterbahn
41 Kontaktfahne
42 Widerstandsschleifer
43 Kollektorschleifer
44 Aussparung
45 Aussparung

Claims

1. Drehwinkelsensor für die Messung des Drehwinkels einer Welle (6) gegenüber einem feststehenden Teil,

- mit einem ersten Potentiometer (2), dessen Auswertbereich 360° beträgt und
- mit einem zweiten Potentiometer (3), dem zur Auswertung mehrerer Umdrehungen der Welle (6) ein Planetengetriebe (4) als Untersetzungsgetriebe vorgeschaltet ist,

dadurch gekennzeichnet,

- daß den beiden Potentiometern (2, 3) eine einteilige Widerstandsplatte (13) gemeinsam ist und
- daß Anschlußkontakte für Kollektor- und Widerstandsbahnen als Steckbuchsen bzw. Kontaktfahnen (22, 23, 31, 32, 36, 37, 41) in der Widerstandsplatte (13) integriert sind.

2. Drehwinkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsplatte (13) auf ihren beiden Stirnflächen (12, 24) Widerstandsbahnen (11, 33) trägt.

3. Drehwinkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußkontakte parallel zueinander in einer Reihe nebeneinander im wesentlichen senkrecht zu der Achse der Welle (6) angeordnet sind.

4. Drehwinkelsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußkontakte in der Form von Kontaktfahnen (22, 23, 31, 32, 36, 37, 41) in die aus einem Kunststoff hergestellte Widerstandsplatte (13) derart eingegossen sind, daß ihre Oberflächen mit einer Stirnfläche (24) der Widerstandsplatte (13) eine Ebene bilden.

5. Drehwinkelsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß einige der Kontaktfahnen (22, 23, 41) im Inneren der Widerstandsplatte (13) abgekröpft sind und daß im Endbereich der Abkröpfung in der Widerstandsplatte (13) eine Aussparung (44, 45) vorgesehen ist für die Aufnahme eines Niederhalters bei der gußtechnischen Herstellung der Widerstandsplatte (13).