DE4300102C2 - Sensor-Drehvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein ein Drehsystem für Sensoren und insbesondere eine Sensor-Drehvorrichtung, welche einen Sensor mit einem Drehwinkel von 360° ohne ein Verwinden der zum Sensor führenden Drähte ermöglicht, wodurch der Sensor ei­ nen Sensorwinkel von 360° hat.

Üblicherweise wird ein Sensor an einer vorbestimmten Position angebracht und hat einen maximalen Sensorwinkel von 180°. Um einen gewünschten Sensorwinkel von 360° zu ermöglichen, sind in diesem Zusammenhang wenigstens zwei Sensoren an gesonderten Stellen anzubringen. Entsprechend ist es beim elektrischen Verdrahten der Sensoren erforderlich, eine Mehrzahl von An­ schlußdrähten vorzusehen. Die hierfür erforderlichen Arbeiten sind zeitraubend und arbeitsintensiv. Daher steigen die In­ stallationskosten für derartige Sensoren.

Aus der US 3 501 204 ist beispielsweise eine elektrische Lei­ tungslagerung bekannt, bei der Strom zwischen einem mit einer Welle drehbaren Verbinder, einem Befestigungselement, einem Läufer, einem Zwischenbauteil, einem nicht drehbaren Bauteil und einem weiteren Bauteil geführt wird.

Aus der US 4 157 854 ist weiterhin eine elektrische Leitungs­ anordnung für eine Lenksäule offenbart, bei der ein Sensor über Leitungen, Ringbauteile, eine Anzahl von Kontaktbauteilen und ein Leitungsbauteil mit Anschlüssen für einen Gasgenerator eines Airbags verschaltet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensor-Drehvor­ richtung bereitzustellen, bei der ein Sensor um 360° drehbar ist und gleichzeitig die Verdrahtung des Sensors verwindungs­ frei und vereinfacht ausgeführt ist.

Diese Aufgabe wird durch die Sensor-Drehvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevor­ zugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beige­ fügte Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform einer Sensor-Drehvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Schnittansicht der Sensor-Drehvorrich­ tung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils A von Fig. 2 zur Verdeutlichung der Kon­ struktionseinzelheiten einer Drehwelle und einer Lageranordnung hierfür, und

Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie I-I in Fig. 3.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 wird eine bevorzugte Ausführungsform einer Sensor-Drehvorrichtung nach der Erfindung erläutert. Die Vorrichtung umfasst ein Hauptgehäuse 3, in welchem eine Energie- bzw. Stromversorgung 8 an einer unteren Position angeordnet ist. In dem Hauptgehäuse 3 ist die Stromversorgung 8 elektrisch über einen Leiter (nicht gezeigt) mit einer Steuerschaltungseinheit 9 ver­ bunden, welche eine Sensorschaltung und eine Alarmschaltung beinhaltet. Oberhalb der Stromversorgung 8 umfasst die Vorrichtung ferner eine Stütze 3b, welche sich horizontal nach innen, ausgehend von einer Seitenwand, beispielsweise einer linken Seitenwand, des Gehäuses 3 erstreckt, und welche parallel zu der oberen Platte des Hauptgehäuses 3 verläuft. Diese Stütze 3b trägt an ihrer unteren Fläche einen Motor 7. Der Motor 7 gibt die Abtriebsleistung an eine erste Untersetzungsgetriebeanord­ nung ab, die zwei Stirnräder 4, 5 aufweist, welche ein vorbestimmtes Unterset­ zungsverhältnis haben und miteinander in Eingriff sind. In dieser Untersetzungsge­ triebeanordnung ist das Stirnrad 4 an einer Motorabtriebswelle 7a angebracht, um mit dem Motor 7 Verbindung zu haben. Diese erste Getriebeanordnung 4 und 5 ist derart eingerichtet, dass die Drehgeschwindigkeit der Abtriebswelle 7a des Motors 7 herabgesetzt wird und als Folge hiervon die Abtriebsleistung des Motors 7 reduziert wird. Das Stirnrad 5 der Untersetzungsgetriebeanordnung ist seinerseits über eine Welle 5a mit einem Stirnrad oder einem Ritzel 6 verbunden, welches im Eingriff mit einem Innenzahnrad 2a steht und dieses antreibt, was nachstehend näher beschrie­ ben wird. In einem Mittelteil der oberen Platte des Hauptgehäuses 3 ist einteilig ein zylindrischer Gehäusehalter 21 derart vorgesehen, dass er, ausgehend von der Mitte der oberen Platte, sich nach unten erstreckt und an seinen oberen und unteren Ende offen ist.

Fig. 3 zeigt vergrößert den Ausschnitt A von Fig. 2 zur Verdeutlichung des Dreh­ teils dieser Vorrichtung. Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, hat die obere Platte des Hauptgehäuses 3 auch eine zylindrische Nabe 3a, welche einteilig nach oben weisend, ausgehend von dem Mittelteil der oberen Platte, vorgesehen ist, wobei sie konzentrisch zu dem Gehäusehalter 21 angeordnet ist. Auf dem oberen Ende der Nabe 3a ist eine Sensor-Drehscheibe 2 mit einer kreisförmigen Gestalt drehbar an­ gebracht. Diese Drehscheibe 2 ist mit dem Innenzahnrad 2a im Eingriff, um gleich­ zeitig mit der Drehbewegung des Innenzahnrades 2a eine Drehbewegung auszufüh­ ren, und sie hat eine kreisförmige Mittelöffnung, welche ermöglicht, dass eine Dreh­ welle 1 durch diese durchgehen kann.

Diese Drehwelle 1 ist in die zylindrische Mittelöffnung der Sensor-Drehscheibe 2 durch eine innere, zylindrische Öffnung der Nabe 3a und eine innere, zylindrische Öffnung des Gehäusehalters 21 eingesetzt. Die Drehwelle 1 ist einteilig an ihrem oberen Ende mit einer Grundscheibe 1a versehen, welche mit der Sensor- Drehscheibe 2 unter Verwendung von zwei Stellschrauben 13 verbunden ist. Somit dreht sich die Drehwelle 1 gleichzeitig mit der Drehbewegung der Sensor- Drehscheibe 2, wenn das Ritzel 6 das Innenzahnrad 2a und damit die Sensor- Drehscheibe 2 antreibt.

Auf der Sensor-Drehscheibe 2 ist ein Sensor 10, beispielsweise ein Ultraschallsen­ sor oder ein Infrarotsensor, an einer gewünschten Position unter Einsatz einer Hal­ teeinrichtung (nicht gezeigt) angebracht. Dieser Sensor 10 ist mit zwei Ausgangs­ anschlüssen 10a und 10b zur Ausgabe eines Sensorsignales versehen. Dank dieser Auslegung kann sich der Sensor 10 gleichzeitig mit der Ausführung der Drehbewe­ gung der Sensor-Drehscheibe 2 drehen und als Folge hiervon hat er einen gewünschten Sensorwinkel von 360 Grad.

Fig. 4 zeigt eine Konstruktion der Drehwelle 1 und der Kugellageranordnung zur Drehlagerung der Welle 1 bezüglich des Gehäusehalters 21. Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 ist die Drehwelle 1 vorzugsweise aus isolierenden Materialien, wie ABS (Acrylnitrilbutadienstyrol)-Harzen und keramischen Materialien aus Alumina (Aluminiumoxid) und Kaolin (Chinakleie), hergestellt, um die Welle 1 gegenüber den Umfangsteilen mit der Nabe 3a und des Gehäusehalters 21 zu isolieren. Diese Welle 1 ist mit zwei Längsausnehmungen versehen, welche in Durchmesserrichtung einander gegenüberliegend angeordnet sind, um die einzelnen Eingangsanschlüsse 12a und 12b aufzunehmen. Wie detailliert beschrieben wird, ermöglicht die Welle 1, dass das Paar von Eingangsanschlüssen 12a und 12b, welche vorzugsweise stift­ förmige Leiter aufweisen, die aus leitenden Materialien hergestellt sind und in ein­ zelnen Ausnehmungen der Welle 1 aufgenommen sind, sich zugleich mit der Dreh­ bewegung der Welle 1 dreht. Hierbei sind die Eingangsanschlüsse 12a und 12b mit den Ausgangsanschlüssen 10a und 10a des Sensors 10 über einzelne Leitungs­ drähte 11a und 11b verbunden. Ferner ist einer der Eingangsanschlüsse, beispiels­ weise der Anschluss 12a, kürzer als der andere Eingangsanschluss, wie beispiels­ weise der Anschluss 12b, wie aus Fig. 3 zu ersehen ist. Zusätzlich sind zwei lei­ tende Ringe 31 an unteren Positionen der Welle 1 angeordnet, um diese mit den unteren Enden der einzelnen Eingangsanschlüsse 12a und 12b zu verbinden. Dank dieser Konstruktion drehen sich die Eingangsanschlüsse 12a und 12b zusammen mit den einzelnen Ringen 31 gleichzeitig mit der Drehbewegung der Welle 1.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 weist die Lageranordnung zwei Radialkugellager auf, welche an Positionen unter Zuordnung zu den Ringen 31 angeordnet sind. Jedes Kugellager ist aus einem lei­ tenden Material hergestellt und umfasst einen Innenring oder eine Wellenunter­ lagsscheibe 24, welche mechanisch mit einem Ring 31 verbunden ist und eine Mehrzahl von Metallkugeln 23 enthält, welche ermöglichen, dass die Wellenunter­ lagsscheibe 24 zusammen mit dem Ring 31 gleichförmig eine Drehbewegung gleichzeitig mit der Drehbewegung der Welle 1 ausführen kann. Um diese Metallku­ geln 23 an ihren vorbestimmten Stellen zu halten, umfasst das Kugellager auch ei­ nen Außenring 25, dessen innere Fläche mit einer Mehrzahl von Kugelschlitzen zur Aufnahme der einzelnen Metallkugeln 23 versehen ist. Dieser Außenring 25 ist auch mit einem stiftförmigen Sensor-Ausgangsanschluss 27 oder 28 an der äußeren Flä­ che versehen. Die Lageranordnung umfasst auch ein zylindrisches Lagergehäuse 26, welches die Außenringe 25 der Kugellager und die äußeren Flächen der Ringe 25 umgibt. Auf der äußeren Fläche dieses Lagergehäuses 26 sind drei Längsschlit­ ze vorgesehen, die derart ausgebildet sind, dass sie mit einzelnen, inneren Vor­ sprüngen 20a des Gehäusehalters 21 zusammenpassen. Dank dieser Kombination von Lagergehäuse 26 und Gehäusehalter 21 dreht sich dieses Lagergehäuse 26 zusammen mit den äußeren Ringen 25 der Lagerungen nicht, wenn sich die Welle­ nunterlagsscheiben 24 zusammen mit den Ringen 31 gleichzeitig mit der Drehbe­ wegung der Welle 1 drehen. Zusätzlich hat dieses Lagergehäuse 26 zwei radiale Öffnungen, welche ermöglichen, dass einzelne stiftförmige Sensor- Ausgangsanschlüsse 27 und 28 durchgeführt werden können.

Beim Anordnen der Drehwelle 1 und der Lageranordnung in dem Hauptgehäuse 3 wird das Ritzel 6 an der Welle 5a des Stirnrades 5 der ersten Untersetzungsgetrie­ beanordnung angebracht. Anschließend wird die Sensor-Drehscheibe 2 auf der Na­ be 3a des Hauptgehäuses 3 derart angebracht, dass das Innenzahnrad 2a in Eingriff mit dem Ritzel 6 ist. Die Drehwelle 1 wird anschließend in die zylindrische Mittelöffnung der Sensor-Drehscheibe 2 durch eine innere, zylindrische Öffnung der Nabe 3a und durch eine innere, zylindrische Öff­ nung des Gehäusehalters 21 eingesetzt. In diesem Zustand wird die Grundscheibe 1a dieser Drehwelle 1 mit der Sensor-Drehscheibe 2 unter Verwendung von zwei Stellschrauben 13 verbunden. Die Lageranordnung ist dann passend auf dem unte­ ren Teil der Drehwelle 1 über die untere Öffnung des Gehäusehalters 21 angeord­ net.

Um anschließend zu verhindern, dass die Lageranordnung sich in unerwünschter Weise von der Welle 1 infolge der Drehkraft der Welle 1 löst, werden die Drehwelle 1 und die Lageranordnung durch ein Lagerteil 1b abgestützt, welches an dem unteren Ende der Welle 1 unter Verwendung einer Stellschraube 1c angebracht ist. Nach Maßgabe des vorstehend beschriebenen Zusammenbaus dreht sich die Sensor- Drehscheibe 2 zusammen mit der Drehwelle 1 gleichzeitig mit der Drehbewegung des Innenzahnrads 2a, welches durch die Abtriebsleistung des Motors 7 angetrieben wird.

Nunmehr wird die Arbeitsweise der vorliegenden Sensor-Drehvorrichtung nach der Erfindung näher erläutert.

Beim Einschalten gibt der Motor 7 seine Abtriebsleistung, das heißt die Drehan­ triebskraft, an die erste Untersetzungsgetriebeanordnung 4 und 5 über die Abtriebs­ welle 7a ab. In der Untersetzungsgetriebeanordnung 4 und 5 wird die Drehantriebs­ kraft des Motors 7 entsprechend des Untersetzungsverhältnisses der Getriebean­ ordnung 4 und 5 herabgesetzt. Die untersetzte Drehantriebskraft des Motors 7 wird ihrerseits auf das Ritzel 6 übertragen, welches mit der Welle 5a des Untersetzungs­ zahnrades 5 verbunden ist. Da hierbei das Ritzel 6 im Eingriff mit dem Innenzahnrad 2a der Sensor-Drehscheibe 2 ist, bewirkt die Drehbewegung des Ritzels 6, dass das Innenzahnrad 2a eine Drehbewegung ausführt, um die Sensor-Drehscheibe 2 mit einer vorbestimmten, niedrigen Drehgeschwindigkeit in Drehung zu versetzen. Zu diesem Zeitpunkt wird der Sensor 10, wie der Ultraschallsensor oder der Infrarotsensor, welcher an der vorbestimmten Position der Sensor-Drehscheibe 2 angebracht ist, zugleich mit der langsamen Drehbewegung der Sensor-Drehscheibe 2 in eine vorbestimmte Dreh­ richtung gedreht. Während der Drehung des Sensors 10 sendet dieser Sensor 10 Ultraschallwellen oder Infrarotstrahlen aus, um ein sich bewegendes Objekt zu er­ fassen und gibt ein Sensorsignal über die Ausgangsanschlüsse 10a und 10b ab. Dieses Sensorsignal wird an die Eingangsanschlüsse 12a und 12b über die Lei­ tungsdrähte 11a und 11b und über diese an die leitenden Ringe 31 geführt. Die La­ geranordnung weist hierbei die Wellenunterlagsscheiben 24, die Kugeln 23 und die Außenringe 25 auf, welche entsprechend der voranstehenden Beschreibung aus leitenden Materialien hergestellt sind, und in diesem Zusammenhang überträgt die Lageranordnung das Sensorsignal, welches an die Ringe 31 geführt wurde, zu den Ausgangsanschlüssen 27 und 28. Anschließend wird das Sensorsignal von den Ausgangsanschlüssen 27 und 28 auf die Steuerschaltungseinheit 9 über Leitungs­ drähte (nicht gezeigt) übertragen, welche die Sensorschaltung und die Alarmschal­ tung beinhaltet.

Diese Sensor-Drehvorrichtung dreht den Sensor 10 um einen gewünschten Dreh­ winkel von 360 Grad, ohne dass sich die Anschlussdrähte des Sensors 10 verwin­ den und als Folge hiervon wird ermöglicht, dass der Sensor einen Sensorwinkel von 360 Grad hat.

Hierbei wird das Lagergehäuse 26 passend in dem Gehäusehalter 21 derart aufge­ nommen, dass die drei Längsschlitze des Gehäuses 26 die einzelnen, inneren Vor­ sprünge 20a des Gehäusehalters 21 entsprechend der voranstehenden Beschrei­ bung aufnehmen. Hierdurch wird erreicht, dass das Lagergehäuse 26 fest mit dem Hauptge­ häuse 3 verbunden ist. In dieser Konstellation dreht sich das Lagergehäuse 26 zu­ sammen mit den Außenringen 25 der Lageranordnung nicht, wenn die Wellenunter­ lagsscheiben 24 sich zusammen mit den Ringen 31 gleichzeitig mit der Drehbewe­ gung der Welle 1 drehen.

Wie sich aus der voranstehenden Beschreibung ergibt, wird nach der Erfindung eine Sensor-Drehvorrichtung bereitgestellt, welche einen Sensor mit einem Sensorwinkel von 360 Grad drehen kann, ohne dass sich die Anschlussleitungen des Sensors verwinden. In dieser Vorrichtung sind zwei stiftförmige Eingangsanschlüsse, abge­ sehen von den Leitungsdrähten, in einer Drehwelle einer Sensor-Drehscheibe auf­ genommen, um den Sensor elektrisch mit einer Steuerschaltungseinheit zu verbin­ den. In diesem Zusammenhang kann eine Mehrzahl von Leitungsdrähten von der Sensorverschaltung weggelassen werden. Dadurch werden die Verschaltung und Verdrahtung des Sensors vereinfacht. Hierdurch lassen sich auch die Installations­ kosten des Sensors beträchtlich senken. Zusätzlich bewirkt diese Vorrichtung, dass die Anschlussdrähte des Sensors sich nicht verwinden können, so dass sich Kurz­ schlüsse und Trennungen der Anschlussleitungen des Sensors vermeiden lassen. Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung nach der Erfindung ist darin zu sehen, dass sie einen einfachen Aufbau hat.

Claims (7)

1. Sensor-Drehvorrichtung, welche aufweist:
eine Antriebseinrichtung (7) zum Erzeugen einer Drehabgabeleistung;
erste und zweite Untersetzungsgetriebeanordnungen (4, 5) zum Herabsetzen der Dreh­ ausgangsleistung der Antriebseinrichtung (7), wobei die ersten und zweiten Getriebean­ ordnungen (4, 5) mit der Antriebseinrichtung (7) zusammenarbeiten und ein vorbe­ stimmtes Untersetzungsverhältnis haben;
eine Sensor-Drehscheibe (2), mittels der sich unter Verwendung der herabgesetzten Drehabgabeleistung der Antriebseinrichtung (7) ein Sensor (10) dreht, wobei der Sensor (10) an einer vorbestimmten Position auf der Sensor-Drehscheibe (2) angeordnet ist und sich mit einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit dreht, die nach Maßgabe des Untersetzungsverhältnisses der ersten und zweiten Untersetzungsgetriebeanordnung (4, 5) bestimmt ist;
ein Gehäuse (3), welches eine Nabe (3a) zum drehbaren Lagern der Sensor- Drehscheibe (2) hat;
einen Gehäusehalter (21), welcher sich von dem Gehäuse (3) derart nach unten er­ streckt, dass er der Nabe (3a) gegenüberliegend angeordnet ist;
eine Drehwelle (1) zum Drehen der Sensor-Drehscheibe (2) und zum Übertragen eines Sensorsignales des Sensors (10) zu einer Steuerschaltungseinheit (9), wobei die Dreh­ welle (1) sowohl in die Nabe (3a) als auch in den Gehäusehalter (21) eingesetzt ist und ein Paar von Längsausnehmungen zur Aufnahme von zwei Eingangsanschlüssen (12a, 12b) zur Übertragung des Sensorsignals des Sensors 10 hat und fest mit der Sensor- Drehscheibe (2) unter Verwendung eines Befestigungsteils (13) verbunden ist, um gleichzeitig mit der Drehbewegung der Sensor-Drehscheibe (2) eine Drehbewegung auszuführen;
eine Lageranordnung zum drehbaren Lagern der Drehwelle (1), wobei die Lageranord­ nung elektrisch mit den zwei Eingangsanschlüssen (12a, 12b) der Drehwelle (1) ver­ bunden und derart ausgelegt ist, dass sie die Drehwelle (1) umgibt, und
ein Lagerteil (1b), welches verhindert, dass die Lageranordnung sich in unerwünschter Weise von der Drehwelle (1) in Folge der Drehkraft der Drehwelle (1) löst, wobei das Lagerteil (1b) an einem unteren Ende der Drehwelle (1) unter Verwendung eines zwei­ ten Befestigungsteils (1c) angebracht ist.

2. Sensor-Drehvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ersten und zweiten Untersetzungsgetriebe­ anordnungen eine Mehrzahl von Stirnrädern (4, 5) aufweisen.

3. Sensor-Drehvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ersten und zweiten Befestigungsteile Stell­ schrauben (13, 1c) aufweisen.

4. Sensor-Drehvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drehwelle (1) aus einem Acrylnitrilbuta­ dienstyrolharz hergestellt ist.

5. Sensor-Drehvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drehwelle (1) aus einem keramischen Mate­ rial hergestellt ist, welches Aluminiumoxid und Kaolinkleie aufweist.

6. Sensor-Drehvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Lageranordnung folgendes aufweist:
zwei Kugellager, die am unteren Ende der Drehwelle (1) unter Zuordnung zu den Sen­ sorausgangsanschlüssen (27, 28) angeordnet sind und welche jeweils aufweisen:
eine Wellenunterlagscheibe (24), welche mechanisch mit einem Ring (31) verbunden ist, wobei der Ring (31) elektrisch mit einem der beiden Eingangsanschlüsse (12a, 12b) der Drehwelle (1) verbunden ist;
eine Mehrzahl von Metallkugeln (23), mittels der die Wellenunterlagscheibe (24) zu­ sammen mit dem Ring (31) eine gleichmäßige Drehbewegung gleichzeitig mit der Dreh­ bewegung der Drehwelle (1) ausführt; und
einen Außenring (25), dessen Innenfläche eine Mehrzahl von Kugelschlitzen zur jeweili­ gen Aufnahme der Metallkugeln (23) aufweist, um die Metallkugeln (23) an ihren zuge­ ordneten Stellen zu halten und der eine äußere Fläche hat, welche einteilig mit einem Sensor-Ausgangsanschluss (27, 28) ausgebildet ist; und
ein Lagergehäuse (26) zur Lagerung der Außenringe (25) der beiden Kugellager in der Form, dass sie die äußeren Flächen der Außenringe (25) umgeben, wobei das Lager­ gehäuse (26) an seiner äußeren Fläche eine Mehrzahl von Schlitzen zur Aufnahme von einzelnen, inneren Vorsprüngen (20a) des Gehäusehalters (21) hat, um zu verhindern, dass sich dieses gleichzeitig mit der Drehbewegung der Drehwelle (1) dreht, und wobei das Lagergehäuse (26) auch Durchgangsöffnungen hat, durch die die Sensor- Ausgangsanschlüsse (27, 28) der Außenringe (25) durchgehen können.

7. Sensor-Drehvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageranordnung aus einem leitenden Material hergestellt ist.