DE4216344A1

DE4216344A1 - Drehwinkelsensor zur Erfassung des Drehwinkels einer Drehwelle

Info

Publication number: DE4216344A1
Application number: DE19924216344
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Schmidt
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1992-05-16
Filing date: 1992-05-16
Publication date: 1993-11-18

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehwinkelsensor zur Erfassung des Drehwinkels einer Drehwelle nach dem Ober begriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 36 18 927 A1 ist ein Drehwinkelsensor zur Er mittlung der Drosselventilstellung bekannt, bei dem die Drehwelle einerseits mit einer Drosselklappe gekoppelt ist und andererseits einen Rotor mit Schleifbürsten trägt. Die Schleifbürsten bilden zusammen mit einer im Gehäusedeckel des Drehwinkelsensors angeordneten kerami schen Platte mit einer Widerstandsbahn ein Potentiometer. Die Drehwelle ist im zylindrischen Abschnitt des Sensor gehäuses etwa mittig an einer scheibenartigen Quer schnittsverengung des Sensorgehäuses gelagert.

Die axiale Anordnung von Signalgeber (Rotor mit Schleif bürsten) und Lagerung der Drehwelle bedingt zwei Montage richtungen bei der Herstellung, was entsprechend aufwen dige Montageeinrichtungen voraussetzt und somit relativ hohe Herstellungskosten verursacht. So kann beispiels weise die vormontierte Einheit aus Drehwelle und Rotor von der Oberseite des Gehäuses in die Lagerung eingesetzt werden; die Festlegung der Drehwelle in axialer Richtung muß jedoch von der Unterseite des Gehäuses her erfolgen. Der Signaldetektor (Widerstandsbahn) wird in einem späte ren Schritt durch Aufsetzen des Gehäusedeckels montiert. Die wechselseitige Maßhaltigkeit von Sensorgehause und Gehäusedeckel sowie die Gestaltung der Verbindungsstelle beeinflußt die Genauigkeit der aus Signalgeber und Si gnaldetektor gebildeten Sensoreinheit. In jedem Fall wird aber durch die toleranzbehaftete Trennfläche zwischen Sensorgehäuse und Gehäusedeckel die erreichbare Sensie rungsgenauigkeit reduziert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehwin kelsensor, bei dem der Signalgeber in der Drehachse der Drehwelle liegt, so auszubilden, daß die Montage des Drehwinkelsensors nur mit einer Montagerichtung bewerk stelligt werden kann, dabei geringe Toleranzen bei der Zuordnung der beiden Sensorelemente (Signalgeber und Si gnaldetektor) erreicht werden und eine kompakte Bauweise möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Kerngedanke der Erfindung ist es dabei, die Lagerung der Drehwelle so auszulegen, daß ihr Durchmesser größer ist als die größte radiale Erstreckung der beiden Sensorele mente oder weiterer Komponenten des Drehwinkelsensors. Die somit ermöglichte Montage von nur einer Richtung ver einfacht den Montagevorgang und senkt die Montagekosten. Da die Lagerung den Signalgeber radial umgreifen kann, wird eine geringe Baugröße des Drehwinkelsensors ermög licht. Da beide Sensorelemente an einem Bauteil, dem Sen sorgehäuse, angeordnet sind, wird durch den Wegfall der toleranzbehafteten Fügestelle zwischen Gehäuse und Gehäu sedeckel eine höhere Meßgenauigkeit ermöglicht. Durch den großen Lagerdurchmesser ergibt sich eine große Abstützba sis und damit eine entsprechend steife Lagerung der Dreh welle. Die beiden Sensorelemente, Signalgeber und Signal detektor, sind hinsichtlich ihrer Anordnung innerhalb des Drehwinkelsensors vertauschbar.

Die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 und 3 re duziert die Anzahl der Bauteile des Drehwinkelsensors, indem die Gehäuseinnenseite und/oder die flanschartige Erweiterung der Drehwelle unmittelbar als Lagerringe aus gebildet sind. Somit läßt sich mit geringem Aufwand in vorteilhafter Weise eine Gleitlagerung (Anspruch 4) re alisieren, die sich bei entsprechender Materialauswahl durch geringe Reibkräfte, niedrigen Verschleiß und gün stige Herstellkosten auszeichnet.

Gemäß der Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 5 wird die Lagerung der Drehwelle in einfacher Weise in axialer Richtung unter Vorspannung festgelegt; die Anbin dung des Gehäusedeckels beeinflußt die Sensierungsge nauigkeit dabei nicht. Der Lageraußenring ist so zu ge stalten, daß er auch die Vorspannung in axialer Richtung aufnehmen kann.

Mit der vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 6 steht verschleißfrei arbeitendes Sensierungs prinzip zur Verfügung, das zudem der Drehbewegung der Drehwelle keinen nennenswerten Widerstand entgegensetzt. Beispielsweise ist als Signalgeber ein Permanentmagnet und als Signaldetektor ein Induktivaufnehmer vorzusehen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch einen erfin dungsgemäßen Drehwinkelsensor.

Der in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichnete Drehwinkelsen sor ist in ein im wesentlichen hutförmiges zylindrisches Gehäuse 2 eingesetzt, das durch einen Gehäusedeckel 3 verschlossen wird. Im Inneren ist der Drehwinkelsensor 1 wie folgt aufgebaut: Am Boden 4 des Gehäuses 2 ist zen trisch zur Längsachse 5 des Drehwinkelsensors 1 ein Si gnaldetektor 6 auf einer Leiterplatte 7 angeordnet. Über eine in einem Stutzen 8 aus dem Gehäuse 2 herausgeführte elektrische Anschlußleitung 9 wird das Meßsignal abgelei tet. Oberhalb des Signaldetektors 6 ist eine Drehwelle 10 über einen Lageraußenring 11 konzentrisch in das Gehäuse 2 eingesetzt. Der Lageraußenring 11 ist der eine Teil ei nes Radialgleitlagers, dessen Lagerinnenring 12 von der flanschartig erweiterten Drehwelle 10 selbst gebildet wird. Der Lageraußenring 11 nimmt durch seinen L-förmigen Querschnitt auch Axialkräfte auf. Der Flansch 13 der Drehwelle umschließt einen als Permanentmagnet ausge bildeten Signalgeber 14 radial. Der Signalgeber 14 ist in eine Aufnahmeöffnung 15 der Drehwelle 10 eingepaßt und beispielsweise mit der Drehwelle 10 verklebt. Eine kegel stumpfförmige Schraubenfeder 16, die sich am Gehäuse deckel 3 abstützt, spannt über einen Zwischenring 17 die Drehwelle 10 in axialer Richtung vor. Die Drehwelle 10 ist über eine Öffnung 18 im Gehäusedeckel 3 nach außen durchgeführt und trägt an ihrem oberen Ende einen Hebel 19. Die Abdichtung des Gehäuses 3 nach außen übernimmt eine unterhalb der Öffnung 18 angeordnete Dichtung 20. Über angeformte Befestigungswinkel 21 kann der Drehwin kelsensor 1 an seinem Anbringungsort befestigt werden.

Durch die Anordnung sowohl des Signaldetektors als auch des Signalgebers 14 in einem einstückigen Gehäuse 2 ist eine exakte Zuordnung der beiden Sensorelemente möglich. Außerdem erhöhen die folgenden konstruktiven Maßnahmen die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit des Sensormeßsi gnals: metallische Buchsen 22 in den Befestigungswinkeln 21; Lagerebene liegt in der Befestigungsebene; Verklebung des Signalgebers 14 in der Aufnahmeöffnung 15 der Dreh welle 10; einstückige Drehwelle 10 aus Kunststoff oder nichtmagnetischem Metall; breitbasige Lagerung der Dreh welle 10 mit entsprechend breitem Lageraußen- und Lager innenring 11 bzw. 12; formschlüssige, ggf. zusätzlich kraftschlussige Verbindung zwischen Hebel 19 und Dreh welle 10 zu Verhinderung eines Winkelversatzes; Schrau benfeder 16 mit entsprechend bemessener Axialfederkraft.

Der Gehäusedeckel 3 kann mit dem Gehäuse 2 verklipst (Schnappverbindung 23) und mit einem innenliegenden O- ring oder einer außenseitigen Lage 24 aus Dichtungsmate rial abgedichtet werden. Alternativ ist ein Verschweißen des Gehäusedeckels 3 (Schweißnaht 25) möglich.

Der Lageraußenring 11 ist im oben beschriebenen Ausfüh rungsbeispiel als separates Bauteil ausgeführt. Bei ent sprechend gewähltem Kunststoffmaterial kann der Lager außenring 11 auch direkt in die Seitenwand des Gehäuses 2 eingearbeitet sein.

Der Hebel 19 ermöglicht die Umwandlung einer überwiegend translatorischen Bewegung in eine Rotationsbewegung. Bei unverändertem Aufbau des Drehwinkelsensors 1 ist jedoch auch die direkte Einleitung einer Drehbewegung möglich.

Claims

1. Drehwinkelsensor zur Erfassung des Drehwinkels einer Drehwelle, bestehend aus

- einem Gehäuse zur Aufnahme der Komponenten des Drehwinkelsensors und mit Vorrichtungen zur Befestigung des Drehwinkelsensors,
- der im Gehäuse gelagerten Drehwelle, deren Längsachse zumindest annähernd parallel zur Längsachse des Gehäuses verläuft,
- einem mit der Drehwelle verbundenen Signalgeber und
- einem im Gehäuse feststehenden Signaldetektor,
dadurch gekennzeichnet, daß
- das Gehäuse (2) im wesentlichen hutförmig ist,
- der Signaldetektor (6) am Boden (4) des Gehäu ses (2) angeordnet ist,
- die zumindest im Bereich ihrer Lagerung flanschartig erweiterte Drehwelle (10) an der Innenseite des Gehäuses (2) gelagert ist und
- der Durchmesser der Lagerung größer ist als die größte radiale Erstreckung von Signaldetektor (6) und Signalgeber (14).

2. Drehwinkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung der Dreh welle (10) aus einem ringförmigen, durch das Gehäuse (2) selbst gebildeten oder in das Gehäuse (2) eingesetzten Lageraußenring (11) und einem an der flanschartigen Erweiterung der Drehwelle (10) vorgesehenen Lagerinnenring (12) besteht.

3. Drehwinkelsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerinnenring (12) einstückig an der Drehwelle (10) angeformt ist.

4. Drehwinkelsensor nach mindestens einem der vorge nannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung der Dreh welle (10) als Gleitlagerung ausgebildet ist.

5. Drehwinkelsensor nach mindestens einem der vorge nannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehwelle (10) sich axial über eine Feder an einem das Gehäuse (2) ver schließenden Gehäusedeckel (3) abstützt.

6. Drehwinkelsensor nach mindestens einem der vorge nannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Signalgeber (14) und Signaldetektor (6) berührungslos arbeiten.