DE4323752C2

DE4323752C2 - Wegsensor

Info

Publication number: DE4323752C2
Application number: DE19934323752
Authority: DE
Inventors: Roland Blanz
Original assignee: Grau GmbH
Current assignee: Haldex Brake Products GmbH
Priority date: 1993-07-15
Filing date: 1993-07-15
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2013-07-16
Also published as: DE4323752A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wegsensor mit einer in einem Gehäuse angeordneten Spule, einem relativ zur Spule bewegbar angeordneten Kern, der in einen von der Spule umgebenen Raum bzw. in einen Spulenträger eintaucht, sowie mit einer Übertragungseinrichtung, mittels welcher der Kern in Abhängigkeit von der Drehbewegung einer mit einem Exzenterzapfen versehenen Welle in Richtung seiner Längsachse bewegt wird, wobei die Übertragungseinrichtung einerseits mit dem Exzenterzapfen der Welle und andererseits mit dem Kern in Wirkverbindung steht. Ein solcher Wegsensor dient dazu, Änderungen des Abstandes zwischen Fahrzeugaufbau und Fahrzeugachse festzustellen, eine entsprechende Verschiebung des Kerns relativ zur Spule zu übertragen und letztlich elektrische Signale entsprechend der jeweiligen Relativlage zwischen Kern und Spule abzugeben, mit denen am Kraftfahrzeug Steuer- oder Regelbewegungen ausgeführt werden, beispielsweise der Druck in den Luftfederbälgen luftgefederter Kraftfahrzeuge verändert wird.

Ein Wegsensor der eingangs beschriebenen Art ist aus der EP 0 213 267 A1 bekannt. Dieser Wegsensor dient ebenfalls der Umformung eines mechanischen Signales in ein elektrisches Signal. Die Drehbewegung einer mit einem Exzenterzapfen versehenen Welle wird über eine Übertragungseinrichtung auf den Kern einer Spule übertragen. Die Übertragungseinrichtung besteht aus einer aufwendigen mehrteiligen Kreuzkopf/Pleuel-Konstruktion, wie sie in den Grundlagen des Maschinenbaus bekannt ist. Hierzu ist ein Kreuzkopf vorgesehen, der mit dem Kern der Spule unter Ausbildung eines Schwenklagers gelenkig verbunden ist. Ein zweites Lager ist am Kreuzkopf erforderlich, um eine gelenkige Verbindung zu dem Pleuel zu erreichen, welches andererseits gelenkig an dem Exzenterzapfen aufgehängt ist. Durch die konstruktionsbedingte Hintereinanderschaltung des Kreuzkopfes und des Pleuels baut diese Vorrichtung relativ lang, obwohl der Kreuzkopf selbst auf nur relativ kurzer Wegstrecke im Gehäuse gleitend geführt ist. Da die Welle zumindest teilweise in die Verlängerung des Bewegungsweges des Kreuzkopfes einragt, kann dieser Raum für eine Gleitlagerung des Kreuzkopfes nicht genutzt werden.

Zur Weiterleitung einer bereits linearen Bewegung in eine lineare Bewegung des Kerns an einer Spule sind mehrere Möglichkeiten bekannt. So zeigt die EP 0 263 626 A2 einen Sensor, dessen aus dem Gehäuse herausschauende Welle mit einer senkrechten Stirnfläche versehen ist, um die Übertragung von Querkräften zu minimieren. Die DE 32 42 557 C2 zeigt eine elektromagnetische Stelleinrichtung, also eine Einrichtung, die nicht als Wegaufnehmer, sondern als Betätigungsorgan, eingesetzt wird. Die ohnehin lineare Bewegung des Kerns wird über einen Anker auf einen Stößel übertragen, der ebenfalls linear geführt ist. Die DE 26 17 576 A1 zeigt einen Wandler mit veränderlicher Induktivität. Dabei wird die Bewegung eines Membrankolbens, also eine lineare Bewegung, auf den verschiebbaren Kern gegenüber einer feststehend angeordnet Spule übertragen. Mit den Schwierigkeiten, die mit der Umformung einer rotierenden Bewegung in eine translatorische, lineare Bewegung verbunden sind, beschäftigten sich diese Entgegenhaltungen nicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wegsensor der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der eine aufwendige Kreuzkopf/Pleuel-Konstruktion vermeidet und dennoch eine feinfühlige Signalumformung mechanisch/elektrisch ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird dies bei dem Wegsensor der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, daß die Übertragungseinrichtung aus einem Gleitkörper besteht, der parallel zur Bewegungsrichtung des Kerns im Gehäuse gleitend geführt ist und eine Steuernut aufweist, in die der Exzenterzapfen der Welle eingreift.

Die gesamte Übertragungseinrichtung zwischen Exzenterzapfen und Gleitkörper besteht nur aus einem Teil, nämlich dem Gleitkörper. Damit werden mehrere Lager, wie sie für den bekannten Wegsensor mit dem aufwendigen Kurbeltrieb erforderlich sind, vermieden. Durch den Verzicht auf ein Pleuel ist es möglich, die Baulänge erheblich zu verkürzen. Trotzdem kann eine sichere und breit abgestützte Lagerung des Gleitkörpers im Gehäuse erfolgen, weil auch der Raum im Gehäuse, der in der Projektionsrichtung der Welle liegt, für diese Lagerung genutzt werden kann. Andererseits ist es möglich, den Gleitkörper sogar zumindest teilweise im Überdeckungsbereich der Länge der Spule gleitend zu führen, so daß eine optimale gleitende Abstützung des Gleitkörpers erzielt wird. Da der erfindungsgemäße Wegsensor grundsätzlich weniger Teile aufweist, fallen auch weniger einzuhaltende Toleranzen an, so daß bei vermindertem Fertigungsaufwand ein genauer arbeitendes Gerät entsteht. Die Montage und Demontage des Wegsensors ist aufgrund der verringerten Anzahl der Einzelteile und der Ausbildung der Teile selbst wesentlich vereinfacht.

Der Kern kann mit dem Gleitkörper fest verbunden sein. Damit ist die Möglichkeit geschaffen, die Lagerung des Kerns in der Spule zumindest teilweise als Lagerung des Gleitkörpers mitzunutzen. Andererseits ergibt sich aber auch die Möglichkeit, daß der Kern mit dem Gleitkörper freifliegend verbunden ist und die Gleitlagerung des Gleitkörpers zugleich die Lagerung des Kerns bildet. Diese Möglichkeit ist dann besonders sinnvoll, wenn der Gleitkörper selbst auf relativ großer axialer Länge gleitend abgestützt ist. Es ist dann praktisch nur die Lagerung des einen Gleitkörpers erforderlich, und eine gesonderte Lagerung des Kerns in der Spule kommt in Fortfall. Die Spule wird relativ zur Gleitlagerung des Gleitkörpers im Gehäuse angeordnet, so daß weder große Reibkräfte zu überwinden sind noch Störungen der Bewegung des Kerns relativ zur Spule zu erwarten sind. Durch die Kopplung des Gleitkörpers über eine Steuernut an den Exzenterzapfen erstreckt sich der Gleitkörper zumindest teilweise in die Projektion der Welle mit dem Exzenterzapfen hinein, wodurch nicht nur die vorteilhaft kurze Bauweise des Wegsensors erzielt wird, sondern zugleich auch eine stabile Abstützung des Gleitkörpers resultiert. Andererseits halten sich die über die Steuernut übertragenen Querkräfte in solchen Grenzen, daß sie das störungsfreie Arbeiten des Wegsensors nicht behindern.

Die Steuernut des Gleitkörpers kann über eine Feder in Anlage an dem Exzenterzapfen gehalten sein, so daß aufgrund der Herstellung gegebenes Spiel zwischen Exzenterzapfen und Steuernut funktionsmäßig dauerhaft beseitigt ist. Durch diese Maßnahme wird die Genauigkeit der Arbeitsweise des Wegsensors gesteigert.

Die Steuernut kann schräg zur Bewegungsrichtung des Kerns bzw. zur Achse des Gleitkörpers angeordnet sein. Durch die Wahl der Formgebung der Steuernut kann eine Anpassung an die gewünschte Steuercharakteristik erzielt werden. Dies geschieht mit relativ einfachen Mitteln. Eine angenähert lineare Arbeitsweise des Wegsensors bei der Umformung des mechanischen in ein elektrisches Signal ist möglich. Die Steuernut kann zumindest angenähert als ebene Bahn ausgebildet sein. Damit wird die lineare Arbeitsweise des Wegsensors zwar nur angenähert erreicht. Für verschiedene Anwendungsfälle ist dies jedoch ausreichend, und eine als ebene Bahn ausgebildete Steuernut läßt sich vergleichsweise einfach herstellen. Es ist aber auch möglich, die Steuernut als gekrümmte Kurvenbahn zu verwirklichen, um besondere Steuerkurven zu erzielen.

Die Steuernut kann symmetrisch zu einer Ebene durch die Achse des Gleitkörpers ausgebildet sein, damit der Wegsensor durch Umschlagen des Betätigungshebels wahlweise für die Links- oder Rechtsanwendung am Fahrzeug eingesetzt werden kann.

Zwischen Gleitkörper und Kern kann eine Stellschraube vorgesehen bzw. gebildet sein. Für die Anordnungsstelle dieser Stellschraube ergeben sich mehrere Möglichkeiten. Sinn der Stellschraube ist es, herstellungsbedingte Toleranzen auszugleichen und/oder die Steuerkurve, also die Übersetzung des mechanischen Signals in das elektrische Signal zu verschieben. Eine Möglichkeit besteht darin, daß der Exzenterzapfen selbst exzentrisch ausgebildet ist, so daß sich bei seiner Verdrehung in der Stirnfläche der Welle die Exzentrizität des Exzenterzapfens zur Achse der Welle ändert. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß der Kern als Stellschraube ausgebildet und in ein Gegengewinde im Gleitkörper eingeschraubt ist. Da der Kern ohnehin mit dem Gleitkörper verbunden werden muß und diese Verbindung vorzugsweise als feste Verbindung ausgebildet ist, ergibt sich hier die Möglichkeit, ohne besonderen Aufwand Toleranzen auszugleichen und/oder die Steuercharakteristik einzustellen oder zu verstellen.

Die Erfindung wird anhand bevorzugter Ausführungsformen des Wegsensors weiter erläutert und beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Wegsensor in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Wegsensor in einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung des Gleitkörpers des Wegsensors gemäß Fig. 1,

Fig. 4 eine Seitenansicht des Gleitkörpers gemäß Fig. 3,

Fig. 5 eine Skizze zur Verdeutlichung der Zusammenarbeit zwischen Exzenterzapfen und Steuernut und

Fig. 6 die Steuerkurve des Wegs des Kerns über den Verdrehwinkel der Welle.

Der in Fig. 1 dargestellte Wegsensor weist ein Gehäuse 1 auf, welches zwei sich kreuzende Bohrungen 2 und 3 besitzt. In der Bohrung 2 ist eine Welle 4 um ihre Achse 5 verdrehbar gelagert. Die Verdrehung wird über einen Hebel 6 bewirkt, der senkrecht zur Achse 5 angeordnet ist und der die Wegänderungen zwischen Fahrzeugaufbau und Fahrzeugachse aufnimmt. Die Welle 4 ist im Bereich der nach innen gekehrten Stirnfläche 7 mit einem Exzenterzapfen 8 ausgestattet, der mit Hilfe eines Gewindeansatzes 9 in eine entsprechende Vertiefung mit Gegengewinde, ausgehend von der Stirnfläche 7, in die Welle 4 eingeschraubt ist. Der Exzenterzapfen 8 ist bei der Ausführungsform der Fig. 1 selbst wiederum exzentrisch ausgebildet, so daß durch Verdrehung des Exzenterzapfens 8 um seine Achse 10 die Exzentrizität des Exzenterzapfens 8 zur Achse 5 der Welle 4 verändert bzw. eingestellt werden kann.

In der Bohrung 3 ist ein Gleitkörper 11 mit seiner Achse 12 gleitend verschiebbar gelagert. Die Achse 12 stellt gleichzeitig die Achse der Bohrung 3 dar. Die Lagerung des Gleitkörpers 11 weist am einen Ende ein Lager 13 auf, welches im Projektionsbereich des Querschnitts der Welle 4 gehäuseseitig vorgesehen ist. Auch am anderen Ende des Gleitstückes 11 befindet sich ein Lager 14, welches von einem entsprechenden Fortsatz 15 am Gleitkörper 11 und der Bohrung 3 gebildet ist.

Der Gleitkörper 11 weist darüberhinaus eine Steuernut 16 auf, in die der Exzenterzapfen 8 der Welle 4 eingreift. Die Steuernut 16 stellt eine Vertiefung am Gleitkörper 11 dar, die zwei Wandungsteile besitzt, die den Exzenterzapfen 8 umgreifen. Um das Spiel zwischen Exzenterzapfen 8 und Steuernut 16 zu eliminieren, kann eine Feder vorgesehen sein, die aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt ist. Es gibt mehrere Anbringungsmöglichkeiten für diese Feder.

Im Gehäuse 1 ist weiterhin eine Spule 17 und ein zugehöriger Kern 18 vorgesehen. Die Spule 17 ist im Gehäuse 1 ortsfest gelagert und beispielsweise von einer Überwurfmutter 19 gehalten. Der Kern 18 ist gegenüber der Spule 17 beweglich und mit Spiel zur Spule 17 vorgesehen. Er ist in eine Vertiefung 20 mit einem Fortsatz 21 eingepreßt. Der Gleitkörper 11 kann vorzugsweise als Kunststoffkörper ausgebildet sein. Man erkennt aus der Darstellung der Fig. 1, daß der Gleitkörper 11 mit seinen relativ weit auseinanderliegenden Lagern 13 und 14 auf großer Breite bzw. Länge abgestützt ist, so daß ohne weiteres eine genaue Führung des Gleitkörpers 11 am Gehäuse 1 erzielt wird. Das Lager 14 und die Spule 17 überlappen einander zumindest bei entsprechenden Stellungen des Gleitkörpers 11. Die breit abgestützte Lagerung des Gleitstückes 11 kann auf diese Art und Weise vorteilhaft zur Lagerung des Kerns 18 genutzt werden, der freifliegend vorgesehen ist und eine eigene Lagerung in der Spule 17 überflüssig macht. Der Fortsatz 15 des Gleitkörpers 11 kann vielmehr zusätzlich dazu genutzt werden, um die Spule 17 mit ihrer Achse koaxial zur Achse 12 des Gleitstückes 11 bzw. der Bohrung 3 zu lagern.

Die Ausführungsform des Wegsensors gemäß Fig. 2 stimmt in weiten Bereichen mit der nach Fig. 1 überein. Abweichend ist hier der Exzenterzapfen 8 selbst jedoch nicht exzentrisch ausgebildet. Der Kern 18 weist an seinem Fortsatz 21 ein Gewinde 22 auf, mit welchem er in ein Gegengewinde 23 in der Vertiefung 20 des Gleitkörpers 11 eingreift. Die Vertiefung 20 ist hier in Richtung der Achse 12 durchgehend durch den Gleitkörper 11 vorgesehen. Am einen freien Ende des Kerns 18 befindet sich ein Schlitz 24 oder eine andere unrunde Gestaltung, an der ein Verdrehwerkzeug nach Abnahme eines Gehäusedeckels 25 zur Einwirkung gebracht werden kann. Damit läßt sich die Relativlage in Richtung der Achse 12 zwischen Kern 18 und Gleitkörper 11 einstellen bzw. verstellen. Auf diese Art und Weise können Herstellungstoleranzen ausgeglichen und die Steuercharakteristik verändert werden.

In den Fig. 3 und 4 ist die Ausführungsform des Gleitkörpers 11 verdeutlicht, wie er bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 Anwendung findet. Insbesondere aus Fig. 4 ist die Gestaltung der Steuernut 16 erkennbar. Diese Steuernut 16 ist symmetrisch zu einer Ebene durch die Achse 12 ausgebildet. Sie weist eine zumindest angenähert ebene Bahn 26 auf, die einen Abschnitt der gesamten Steuernut 16 darstellt. Über einen Mittelabschnitt 27 schließt eine zweite ebene Bahn 28 an. Die ebene Bahn 26 ist beispielsweise für Linksanwendung des Wegsensors am Fahrzeug bestimmt, während der Exzenterzapfen 8 bei Rechtsanwendung des Wegsensors am Fahrzeug im Bereich der Bahn 28 arbeitet. Durch Umschlagen des Hebels 6 und die dabei eintretende Durchführung des Exzenterzapfens 8 durch den Mittelabschnitt 27 kann der Wegsensor ohne konstruktive Änderungen sowohl für Links- wie auch für Rechtsanwendung eingesetzt werden.

Fig. 5 verdeutlicht das Zusammenwirken des Exzenterzapfens 8 mit der gestrichelt angedeuteten Steuernut 16 bzw. dessen einer Bahn 26. Es ist eine Mittelstellung des Exzenterzapfens 8 entsprechend einer Stellung des Hebels 6 bei 0° dargestellt. Zwei weitere Stellungen, die durch Verdrehung des Hebels 6 aus der Mittelstellung heraus um je etwa 50° erreicht werden, sind weiterhin eingezeichnet. Man erkennt, daß sich selbst bei einem solchen Verdrehwinkel von insgesamt 100° der Exzenterzapfen 8 nur um eine relativ kleine Wegstrecke innerhalb der Bahn 26 der Steuernut 16 verschiebt.

Während die Bahnen 26 und 28 und auch der Mittelabschnitt 27 gemäß Fig. 4 als weitgehend geradlinig verlaufende Bahnen ausgebildet sind, ist es freilich auch möglich, hier eine kurvenförmige Gestaltung vorzusehen. Durch Spritzen des Gleitkörpers 11 aus Kunststoff ist die Herstellung einer Kurvenbahn unproblematisch. Durch diese und andere Maßnahmen kann Einfluß auf die Steuerkurve genommen werden. Fig. 6 zeigt den möglichen Verlauf einer Steuerkurve, die an einen geradlinigen Verlauf angenähert ist. Es ist der Hub des Kerns 18 über dem Verdrehwinkel der Welle 4 dargestellt.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse
2 Bohrung
3 Bohrung
4 Welle
5 Achse
6 Hebel
7 Stirnfläche
8 Exzenterzapfen
9 Gewindeansatz
10 Achse
11 Gleitkörper
12 Achse
13 Lager
14 Lager
15 Fortsatz
16 Steuernut
17 Spule
18 Kern
19 Überwurfmutter
20 Vertiefung
21 Fortsatz
22 Gewinde
23 Gegengewinde
24 Schlitz
25 Gehäusedeckel
26 Bahn
27 Mittelabschnitt
28 Bahn

Claims

1. Wegsensor mit einer in einem Gehäuse (1) angeordneten Spule, einem relativ zur Spule (17) bewegbar angeordneten Kern (18), der in einen von der Spule (17) umgebenen Raum bzw. in einen Spulenträger eintaucht, sowie mit einer Übertragungseinrichtung, mittels welcher der Kern (18) in Abhängigkeit von der Dreh bewegung einer mit einem Exzenterzapfen (8) versehenen Welle (4) in Richtung seiner Längsachse (12) bewegt wird, wobei die Übertragungseinrichtung einerseits mit dem Exzenterzapfen (8) der Welle (4) und andererseits mit dem Kern (18) in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung aus einem Gleitkörper (11) besteht, der parallel zur Bewegungsrichtung des Kerns (18) im Gehäuse (1) gleitend geführt ist und eine Steuernut (16) aufweist, in die der Exzenterzapfen (8) der Welle (4) eingreift.

2. Wegsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (18) mit dem Gleitkörper (11) fest verbunden ist.

3. Wegsensor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (18) mit dem Gleitkörper (11) freifliegend verbunden ist und die Gleitlagerung (13, 14) des Gleitkörpers (11) zugleich die Lagerung des Kerns (18) bildet.

4. Wegsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuernut (16) des Gleitkörpers (11) über eine Feder in Anlage an dem Exzenterzapfen (8) gehalten ist.

5. Wegsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuernut (16) schräg zur Bewegungsrichtung des Kerns (18) bzw. zur Achse (12) des Gleitkörpers (11) angeordnet ist.

6. Wegsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuernut (16) zumindest angenähert als ebene Bahn (26, 28) ausgebildet ist.

7. Wegsensor nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuernut (16) symmetrisch zu einer Ebene durch die Achse (12) des Gleitkörpers (11) ausgebildet ist.

8. Wegsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Gleitkörper (11) und Kern (18) eine Stellschraube vorgesehen bzw. gebildet ist.

9. Wegsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenterzapfen (8) exzentrisch ausgebildet ist.

10. Wegsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (18) als Stellschraube ausgebildet und in ein Gegengewinde (23) im Gleitkörper (11) eingeschraubt ist.