DE4240783A1

DE4240783A1 - Drehpotentiometer

Info

Publication number: DE4240783A1
Application number: DE19924240783
Authority: DE
Inventors: Bjoern Schrader; Uwe Clemen
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1992-12-04
Filing date: 1992-12-04
Publication date: 1994-06-09

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Drehpotentiometer zur Erzeugung eines Signals für die Winkellage eines in einem Gehäuse drehbar gelagerten Bauteils, mit einer am Gehäuse befestigten, Schleiferbahnen aufweisenden Grundplatte und einem mit dem Bauteil drehfest verbundenen Schleifer.

Derartige Drehpotentiometer sind nicht mit solchen zu ver gleichen, die ein eigenes geschlossenes Gehäuse besitzen. Bei letzteren ist entweder ein Wellenstumpf oder ein Wel leneingang für den Anschluß eines drehenden Bauteils vorge sehen, während ihr Gehäuse fest mit dem Gehäuse einer Vor richtung verbindbar ist. Die genannten Anschlüsse weisen funktionsbedingt keine axiale Festlegung und ein mehr oder weniger großes Spiel in Drehrichtung zwischen dem drehenden Bauteil und dem Schleifer des Potentiometers auf. Sie haben zwar den Vorteil, daß zwischen Schleiferlagerung und Schleiferbahn ein praktisch konstanter Abstand besteht und daß deswegen ein für alle Betriebsbedingungen und über die gesamte Lebensdauer gleichbleibender Anpreßdruck zwischen Schleifer und Schleiferbahn realisiert werden kann. Sie sind aber nicht anwendbar, wenn aus baulichen Gründen ein Drehpotentiometer mit eigenem Gehäuse nicht unterzubringen ist und wenn ein Spiel in Drehrichtung nicht toleriert werden kann.

Ein Spiel in Drehrichtung kann bei Drehpotentiometern mit eigenem Gehäuse vermieden, zumindest aber stark einge schränkt werden, wenn man für die axiale Kopplung zwischen drehendem Bauteil und Schleifer eine Klemmverbindung wählt, die zwangsläufig aber das an sich gewünschte Axialspiel mehr oder weniger einschränkt. Je höher die Anforderungen hinsichtlich Vermeidung von Drehspiel sind, umso schwerer sind die Anforderungen bezüglich Axialspiel zu realisieren. Man hat sich schon mit einer axial wirkenden Feder behol fen, die gewährleisten soll, daß der Schleifer in axialer Richtung keine Relativbewegung gegenüber der Schleiferbahn ausführen kann. Will man aber gleichzeitig das Drehspiel möglichst klein halten, muß man eine entsprechend feste Klemmverbindung vorsehen und die axial wirkende Feder so auslegen, daß Relativbewegungen zwischen dem drehen Bauteil und dem Schleifer nur in der Klemmverbindung stattfinden können. Dabei ergeben sich unter Umständen Anpreßkräfte zwischen Schleifer und Schleiferbahn, die aus Verschleiß gründen nicht tolerierbar sind. Man sieht, daß die Forde rungen nach freier axialer Beweglichkeit zwischen drehendem Bauteil und Schleifer einerseits und die Forderung nach möglichst geringem Drehspiel gegenläufig sind und daß man insoweit bestenfalls einen guten Kompromiß erreichen kann. Aus den vorstehend genannten Gründen sind die bekannten Drehpotentiometer (vgl. DE-OS 27 20 828, DE-OS 28 26 736, DE-OS 32 14 389, EP-PS 0 254 252) nicht brauchbar.

Es besteht somit die Aufgabe, ein Drehpotentiometer der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mit dem ein großes funktions- oder fertigungstechnisch bedingtes Axialspiel ausgeglichen werden kann und das bei Drehrichtungsumkehr praktisch keine Hysterese der Signalwerte aufweist. Außer dem soll es im Temperaturbereich von -40 bis +140°C so wie unter dem Einfluß von Schwingungen brauchbar sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Drehpotentiometer der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das dadurch gekenn zeichnet ist, daß der Schleifer aus einem Schleiferschuh mit Schleiferfedern und einem Federelement in Form eines Blechabschnitts besteht, wobei

- der Schleiferschuh vom Federelement gegen die Grund platte angepreßt wird und Vorsprünge am Schleiferschuh dafür sorgen, daß der Einspannbereich der im Schlei ferschuh befestigten Schleiferfedern mit gleichblei bendem Abstand zur Grundplatte geführt wird,
- der Blechabschnitt ein ringförmiges Basisteil auf weist, das am drehbar gelagerten Bauteil verdrehsicher befestigt ist,
- der Blechabschnitt eine sich über etwa ein Drittel des ringförmigen Basisteils erstreckende Verbreiterung aufweist, die außen kreisförmig begrenzt ist,
- der Blechabschnitt zwei symmetrisch angeordnete Feder arme aufweist, die sich - an der Verbreiterung begin nend und vom Basisteil durch einen Schlitz getrennt - über je etwa ein Vierteil des Umfangs kreisförmig zum Basisteil erstrecken, je ein zum Basisteil tangential verlaufendes Mittelteil und je ein nach außen (radial) abgewinkeltes, im Schleiferschuh befestigtes Endteil aufweisen, und wobei
- die Federarme aus der Ebene des Basisteils mit einer Knickstelle am Übergang zur Verbreiterung abgebogen sind.

Aus dem Zusammenspiel der erfindungsgemäßen Merkmale erge ben sich folgende Vorteile. Der Schleiferschuh dient zur Befestigung der Schleiferfedern und sorgt durch seine Vor sprünge dafür, daß deren Einspannbereich in stets gleich bleibendem Abstand zu der die Schleiferbahn tragenden Grundplatte geführt wird. Dadurch ist ein gleichbleibender, von einem fertigungsbedingt unterschiedlichen oder be triebsbedingt wechselnden Axialabstand des drehenden Bau teils zur Grundplatte unabhängiger Anpreßdruck der Schlei ferfedern gewährleistet. Der notwendige Ausgleich des Axialspiels wird durch ein Federelement erreicht, das den Schleiferschuh unter allen Umständen gegen die Grundplatte anpreßt, ohne den Anpreßdruck zwischen Schleiferfedern und Schleiferbahn zu beeinflussen. Dazu weist das Federelement eine besondere Gestaltung auf, die einerseits eine starre, drehsichere Befestigung am drehenden Bauteil und anderer seits eine auf alle konkreten Anforderungen einstellbare Federkonstante ermöglicht.

Um das zu erreichen, können die Materialdicke des Blechab schnitts, die Breite der Federarme und die spezifischen Fe derungseigenschaften durch Auswahl unter den bekannten Fe derwerkstoffen in weiten Grenzen verändert werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprü che 2 und 3. Die am Basisteil nach innen vorspringenden Krallen können wahlweise nur elastisch oder aber elastisch und plastisch verformbar ausgebildet sein. Sie können fer ner für eine rein kraftschlüssige Klemmverbindung oder für eine Klemmverbindung mit zusätzlichem Formschluß ausgelegt werden, wobei ein oberflächliches Eindringen der Krallen in das drehende Bauteil stattfindet.

Schließlich kann das Federelement auch für maximale Drehfe stigkeit ausgelegt werden, indem man die Federarme zweckmä ßigerweise so aus der Ebene des Basisteils abbiegt, daß sie im Einbauzustand zwischen der Knicksteile und dem Schlei ferschuh nicht bogenförmig verlaufen, sondern sich im we sentlichen in einer Ebene erstrecken.

Weitere Einzelheiten werden anhand des in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht des Schleifers von der Schlei ferbahn aus.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das Drehpotentiometer.

Fig. 3 zeigt ein Einbaubeispiel.

Der Schleiferarm 1 gemäß Fig. 1 und 2 besteht aus einem Schleiferschuh 2 mit Schleiferfedern 3 und einem Feder element in Form eines Blechabschnitts 4. Die Schleifer federn 3 sind mittels Schrauben oder dergleichen am Schlei ferschuh 2 befestigt und zwischen Vorsprüngen 6 geführt. Am Schleiferschuh 2 sind außerdem Vorsprünge 8 vorgesehen, die dafür sorgen, daß der Einspannbereich 9 in gleichbleibendem Abstand zu den Schleiferbahnen auf der Grundplatte 7 ge führt wird.

Der Blechabschnitt 4 weist ein ringförmiges Basisteil 10 auf, das am drehbar gelagerten Bauteil 11 befestigt ist. Dazu wird das Basisteil 10 axial auf das Bauteil 11 aufge schoben, bis es an einem Anschlag 19 zur Anlage kommt. Gleichzeitig werden dabei die nach innen vorspringenden Krallen 18 verformt, wodurch das Basisteil 10 kraft- und gegebenenfalls auch leicht formschlüssig mit dem drehbaren Bauteil 10 verbunden wird.

Der Blechabschnitt 4 weist außerdem eine sich über etwa ein Drittel des Umfangs erstreckende Verbreiterung 12 auf, die außen kreisförmig begrenzt ist. Dadurch wird die Drehstei figkeit des Federelements erhöht und ein Ansatzbereich für die Federarme 13 geschaffen. Letztere sind symmetrisch an geordnet und vom Basisteil 10 durch einen Schlitz 14 ge trennt. Sie erstrecken sich, beginnend an der Verbreiterung 12, zunächst kreisförmig zum Basisteil 10, weisen danach ein tangential verlaufendes Mittelteil 15 und schließlich ein radial nach außen abgewinkeltes Endteil 16 auf, mit dem sie am Schleiferschuh 2 befestigt sind.

Die Federarme 13 sind aus der Ebene des Basisteils 10 längs einer Knickstelle 17 am Übergang zur Verbreiterung 12 so weit abgebogen, daß sie im Einbauzustand unter Berücksich tigung der möglichen Abstandsunterschiede zwischen drehen dem Bauteil 11 und Grundplatte 7 einen hinreichend großen Anpreßdruck auf den Schleiferschuh 2 ausüben können. Dabei ist für maximale Drehsteifigkeit eine solche Abknick- und Biegeform der Federarme 13 anzustreben, daß sie (anders als in Fig. 2 dargestellt) im Einbauzustand nicht gebogen sind, sondern möglichst geradlinig von der Knickstelle 17 bis zum Schleiferschuh 2 verlaufen, sich im wesentlichen also in einer Ebene schräg zum Basisteil 10 erstrecken.

Bei dem Einbaubeispiel gemäß Fig. 3 handelt es sich um ein drehbar auf einer Drosselklappenwelle 20 gelagertes Bauteil 11, das einen kreissegmentartigen Ansatz 28 mit Außenver zahnung 29 aufweist. In diese Außenverzahnung 29 greift ein nicht dargestellter Antrieb ein, wodurch mittels ebenfalls nicht dargestellter Mitnehmer eine mittelbare Verstellung der Drosselklappenwelle 20 erreicht werden kann. Aus rege lungstechnischen Gründen ist nicht nur eine Positionsan zeige der Drosselklappenwelle 20 erforderlich, sondern auch eine Positionsanzeige des Bauteils 11. Bei diesem Anwen dungszweck hat man mit den größten in derartigen Systemen vorkommenden axialen Abstandsunterschieden zu rechnen. Zum einen kann die im Drosselklappengehäuse 21 mittels Rollen lager 22 geführte Drosselklappenwelle 20 in axialer Rich tung nicht anders als durch einen Stift 25 fixiert werden, der in eine Bohrung des Drosselklappengehäuses 21 einge trieben ist und tangential in eine Ringnut 24 der Drossel klappenwelle 20 eingreift. Daraus resultiert zwangsläufig ein gewisses Axialspiel zwischen Drosselklappenwelle 20 und Drosselklappengehäuse 21.

Zum anderen hat das auf der Drosselklappenwelle 20 drehbar gelagerte Bauteil 11 ein Axialspiel relativ zur Drossel klappenwelle 20. Im Hinblick auf den Abstand zwischen Bau teil 11 und Grundplatte 7 ist also die Summe der beiden ge nannten, funktionell, unverzichtbaren Axialspiele zu berück sichtigen. Hinzu kommen allfällige Montage- und Fertigungs toleranzen sowie relative Längenänderungen infolge unter schiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten der beteiligten Werkstoffe.

Bedenkt man, daß allein das fertigungs- und funktions bedingte Axialspiel bis zu 0,8 mm betragen kann, daß der Schleiferschuh auch unter schwierigen Schwingungsbe anspruchungen nicht von der Schleiferbahn abheben darf und daß nur ein bestimmtes Einbauvolumen zur Verfügung steht, dann wird deutlich, daß die bekannten Drehpotentiometer diesen Anforderungen nicht gewachsen sind. Erst mit der er findungsgemäßen Gestaltung des Schleifers konnte die gestellte Aufgabe zufriedenstellend gelöst werden. Außerdem sind die Herstellungskosten für das erfindungsgemäße Poten tiometer deutlich niedriger als bei vergleichbaren Dreh potentiometern mit eigenem Gehäuse.

Claims

1. Drehpotentiometer zur Erzeugung eines Signals für die Winkellage eines in einem Gehäuse drehbar gelagerten Bau teils, mit einer am Gehäuse befestigten, Schleiferbahnen aufweisenden Grundplatte und einem mit dem Bauteil drehfest verbundenen Schleifer, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifer (1) aus einem Schleiferschuh (2) mit Schleiferfe dern (3) und einem Federelement in Form eines Blechab schnitts (4) besteht, wobei

- der Schleiferschuh (2) vom Federelement gegen die Grundplatte (7) angepreßt wird und Vorsprünge (8) am Schleiferschuh (2) dafür sorgen, daß der Ein spannbereich (9) der im Schleiferschuh (2) befe stigten Schleiferfedern (3) mit gleichbleibendem Abstand zur Grundplatte (7) geführt wird,
- der Blechabschnitt (4) ein ringförmiges Basisteil (10) aufweist, das am drehbar gelagerten Bauteil (11) verdrehsicher befestigt ist,
- der Blechabschnitt (4) eine sich über etwa ein Drittel des ringförmigen Basisteils (10) er streckende Verbreiterung (12) aufweist, die außen kreisförmig begrenzt ist,
- der Blechabschnitt (4) zwei symmetrisch angeord nete Federarme (13) aufweist, die sich - an der Verbreiterung (12) beginnend und vom Basisteil (10) durch einen Schlitz (14) getrennt - über je etwa ein Viertel des Umfangs kreisförmig zum Basisteil (10) erstrecken, je ein zum Basisteil (10) tangential verlaufendes Mittelteil (15) und je ein nach außen (radial) abgewinkeltes, im Schleiferschuh (2) befestiges Endteil (16) aufweisen, und wobei
- die Federarme (13) aus der Ebene des Basisteils (10) mit einer Knickstelle (17) am Übergang zur Verbreiterung (12) abgebogen sind.

2. Drehpotentiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Innendurchmesser des Basisteils (10) auf den Durchmesser des Bauteils (11) abgestimmt ist und daß vom Basisteil (10) nach innen vorspringende Krallen (18) vorge sehen sind, die beim axialen Aufschieben des Basisteils (10) auf das Bauteil (11) verformt werden und die den Blechabschnitt (4) auf dem Bauteil (11) festlegen, wenn das Basisteil (10) an einem Bund (19) des Bauteils (11) an liegt.

3. Drehpotentiometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Federarme (13) in der Weise aus der Ebene des Basisteils (10) abgebogen sind, daß sie sich in eingebautem Zustand im wesentlichen in einer Ebene er strecken.