DE4436724C2

DE4436724C2 - Elektronischer Positionsgeber

Info

Publication number: DE4436724C2
Application number: DE4436724A
Authority: DE
Inventors: Walter Hetzer; Rene Nellis
Original assignee: Daimler Benz Aerospace AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1994-10-14
Filing date: 1994-10-14
Publication date: 1997-07-10
Anticipated expiration: 2014-10-15
Also published as: DE4436724A1; FR2725785A1; ITMI952061A0; IT1277254B1; FR2725785B1; ITMI952061A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Positionsgeber nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Positionsgeber dieser Art, wie sie etwa aus der DE 32 24 386 C2, DE 34 07 103 C2, DE 34 07 102 C2 oder der DE 39 42 811 A1 zur Steue rung der Werkzeugzustellung einer Werkzeugmaschine bekannt sind, ar beiten zumeist mit einer magnetischen Verrastung, die aus einer wellen festen, radial genuteten Magnetrastscheibe und einem stationären, eben falls radial genuteten, die Rastscheibe beidseitig polschuhartig übergrei fenden Permanentmagneten besteht, sowie mit einem opto-elektronischen Signalgeber einschließlich einer auf der Welle angeordneten, gelochten Codescheibe und eines die Winkellagenänderung der Codescheibe in ent sprechende, digitale Zählimpulse umsetzenden Abtastkopfes.

Ferner ist aus der EP 02 71 982 A2 ein Positionsgeber in Form eines Potentiometers mit einer mechanischen, aus ineinander greifenden Verzah nungen bestehenden Verrastung bekannt, die in einer erweiterten Ausspa rung des Drehknopfes untergebracht ist und beim Niederdrücken des Drehknopfes gelöst wird.

Die bekannten Positionsgeber besitzen eine relativ voluminöse Bauweise und für die Geberwelle ergeben sich wegen der relativ großen, unabge stützten Wellenlänge am drehknopfseitigen Wellenende bei der manuellen Betätigung des Drehknopfes hohe Lagerkräfte und starke Biegemoment belastungen und ein dementsprechend großes Baugewicht und -volumen, so daß die bekannten Positionsgeber nicht der Forderung nach einer kompakten, miniaturisierten Bauweise entsprechen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektronischen Positionsgeber der ein gangs genannten Art zu schaffen, der sich durch eine äußerst kompakte, kostengünstige und konstruktiv einfache Bauweise auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den im Patentanspruch 1 ge kennzeichneten Positionsgeber gelöst.

Erfindungsgemäß wird durch die beanspruchte Anordnung der einzelnen Baukomponenten eine wesentliche Kraftentlastung und dadurch eine deut liche Gewichts- und Volumenverringerung des Positionsgebers erzielt: Zum einen nämlich wird aufgrund der Anordnung des einen Wellenlagers oberhalb des Trägerteils in der Drehknopf-Aussparung die freie, unabge stützte Wellenlänge merklich verkürzt und zum anderen der gegenseitige Abstand zwischen den beiden Wellenlagern unter Beibehalt einer auf den üblichen Leiterplattenabstand begrenzten Einbautiefe soweit erhöht, daß der erfindungsgemäße Positionsgeber mit einer wesentlich kompakteren Wellen-Lageranordnung auskommt und dennoch eine kippstabile Dreh knopf-Lagerung besitzt. Die Folge ist, daß das Baugewicht und -volumen gegenüber herkömmlichen, vergleichbaren Positionsgebern in erheblichem Umfang reduziert wird.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das obere Wellen lager gemäß Anspruch 2 zusätzlich durch eine ebenfalls in der Aussparung des Drehknopfes angeordnete Lagerabdichtung geschützt.

Eine weitere Reduzierung des Einbauvolumens unterhalb des Trägerteils wird gemäß Anspruch 3 zweckmäßigerweise dadurch erzielt, daß die Ver rastung zumindest teilweise oberhalb der Montageebene des Trägerteils angeordnet ist.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform, bei der der Signal geber eine wellenfeste Codescheibe und einen trägerfesten, opto-elektro nischen Abtastblock enthält, sind die Codescheibe und die wellenseitigen Verrastungselemente nach Anspruch 4 relativ zueinander drehjustierbar mit der Welle verbunden, so daß sich eine exakte Phasenlage zwischen den Raststellungen des Drehknopfes und den Zählimpulsen des Signalgebers ein- oder nachstellen läßt, ohne daß hierzu enge Fertigungstoleranzen ein gehalten werden müssen. Eine in dieser Hinsicht besonders baugünstige und fehlbedienungsgeschützte Justiermöglichkeit besteht gemäß Anspruch 5 darin, daß die Codescheibe und die wellenseitigen Verrastungselemente durch eine vom unteren Wellenende aus lösbare Verschraubung auf der Welle befestigt sind.

Aufgrund der geringen Einbautiefe des erfindungsgemäßen Positions gebers ist es ferner, wie gemäß Anspruch 6 bevorzugt, ohne weiteres mög lich, den Abtastblock des Signalgebers - mit dem üblichen Abstand elek tronischer Schaltungen - auf einer an der Unterseite des Trägerteils ange ordneten Leiterplatte für Schnittstellen-Elektronik zu befestigen.

Gemäß einem weiteren, besonders bevorzugten Aspekt der Erfindung sind nach Anspruch 7 zum Zwecke einer berührungslosen Magnetverrastung mindestens drei zueinander koaxiale, wechselweise wellen- und träger feste, jeweils über den gesamten Scheibenumfang radial genutete Magnet rastscheiben vorgesehen. Durch ein derartiges Magnetsystem mit über den gesamten Scheibenumfang wirksamen Magnetflußänderungen wird selbst dann eine ausreichend starke, gut bedümpfte Magnetverrastung des Dreh knopfes erreicht, wenn der Außendurchmesser der Magnetrastscheiben zum Zwecke einer weiteren Miniaturisierung des Positionsgebers sehr klein gewählt wird. Eine herstellungs- und montagemäßig besonders ein fache Ausgestaltung der Magnetverrastung besteht gemäß Anspruch 8 darin, daß die axial äußeren Magnetrastscheiben durch einen ringförmigen Permanentmagneten integral miteinander verbunden und von der da zwischen liegenden, mittleren Magnetrastscheibe unter Freilassung eines Luftspalts auf Abstand gehalten sind.

Wiederum aus Justier- und Montagegründen ist der Drehknopf zweck mäßigerweise gemäß Anspruch 9 durch eine lösbare Klemmverbindung am oberen Wellenende befestigt. Im Hinblick auf eine herstellungsmäßig ein fache und verdrehsichere Ausgestaltung der Klemmverbindung ist die Welle gemäß Anspruch 10 zweckmäßigerweise als Hohlwelle mit einem spreizhülsenförmigen oberen Wellenende und einem in der Spreizhülse angeordneten Klemmkonus ausgebildet. Dabei sind die Spreizhülse und der Klemmkonus gemäß Anspruch 11 vorzugsweise nicht selbsthemmend ausgeführt, und der Klemmkonus ist gemäß Anspruch 12 vom unteren Wellenende aus durch eine im Inneren der Hohlwelle angeordnete Spann schraube festzieh- und lösbar, so daß die Justierung nur von der - im Ein bauzustand durch das Trägerteil geschützten - Unterseite des Positions gebers, nicht aber durch ungeschultes Personal von dem frei zugänglichen Drehknopf aus geändert werden kann.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in stark schematisierter Darstellung:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines elektronischen Positionsgebers; und

Fig. 2 eine teilweise gebrochene Aufsicht des Positionsgebers gemäß Fig. 1 mit der Codescheibe in der linken und der wellenfesten Magnetrastscheiben anordnung in der rechten Figurenhälfte.

Der in den Figuren im Einbauzustand an einem Trägerteil 2, z. B. der Frontplatte eines Bedienpultes, befestigte Positionsgeber 4 enthält als Hauptbestandteile einen Drehknopf 6 mit einer Skalenscheibe 8 und einer zugehörigen Markierung 10 am Trägerteil 2, ein oberes Wellenlager 12, eine Magnetverrastung 14, ein unteres Wellenlager 16 und eine Codescheibe 18, die koaxial zueinander auf einer Hohlwelle 20 angeordnet sind.

Das obere Ende der Hohlwelle 20 greift in eine zentrale, durch einen Deckel 22 verschlossene Bohrung 24 des Drehknopfes 6 und ist nach Art einer geschlitzten Spreizhülse ausgebildet, in der sich ein Klemmkonus 26 befindet, der vom unteren Wellenende aus durch eine im Inneren der Hohlwelle 20 angeordnete Spann schraube 28 festziehbar ist, wodurch das obere Wellenende und der Drehknopf 6 fest miteinander verklemmt werden. Der Kegelwinkel von Spreizhülse und Klemmkonus 26 ist so gewählt, daß die Klemmverbindung nicht selbsthemmend wirkt, so daß der Drehknopf 6 beim Lösen der Spannschraube 28 bezüglich Dreh- und Axiallage auf eine definierte Justagestellung bezüglich der Welle 20 positio niert werden kann, woraufhin die Spannschraube 28 wieder angezogen wird.

Das obere, ein Festlager bildende Wellenlager 12 ist gemeinsam mit einer zugehörigen Wellendichtung 30 in einer bezüglich der zentralen Drehknopfbohrung 24 radial erweiterten, zur Drehknopf-Unterseite offenen Aussparung 32 angeordnet und an der Frontplatte 2 durch einen an dieser nach oben vorstehend befestigten und ebenfalls in die Aussparung 32 hineinragenden Lagerflansch 34 abgestützt.

Die Verrastung 14 besteht aus einer zumindest teilweise oberhalb der Frontplatten ebene angeordneten Dreischeiben-Magnetverrastung. Diese enthält eine mittlere, stationäre Ringscheibe 36 aus magnetischem Material, die am Innenrand über den gesamten Scheibenumfang radial genutet und am Lagerflansch 34 zusammen mit einem Lagerhalter 38 für das untere, ein Loslager bildende Wellenlager 16 fest verschraubt ist. Beidseitig der stationären Rastscheibe 36 und von dieser jeweils durch einen engen Luftspalt getrennt befinden sich zwei, die mittlere Rastscheibe 36 ins Bereich der Radialnuten übergreifende, wellenfeste Rastscheiben 40 und 42, die ebenfalls aus magnetisierbarem Material bestehen und über den gesamten Scheiben-Außenumfang radial genutet sind. Die Rastscheiben 40 und 42 sind gemeinsam mit einem dazwischenliegenden, ringförmigen Permanentmagneten 44 integral mit einem hülsenförmigen, auf der Welle 20 sitzenden Rastenträger 46 verbunden, der aus nicht-magnetisierbarem Material besteht.

Die Codescheibe 18, die auf der Welle 20 unterhalb des unteren Wellenlagers 16 unter Zwischenlage eines Distanzringes 48 angeordnet und im Bereich des Außen randes schlitzförmig gelocht ist (Fig. 2), wird auf optoelektronischem Wege durch einen zugeordneten Abtastblock 50 abgetastet, welcher an eine unterhalb der Front platte 2 befindliche Interface-Leiterplatte 52 angeschlossen ist und beim Drehen des Drehknopfes 6 jeweils einen elektrischen Zählimpuls pro Raststellung der Ver rastung 14 und pro Skalenstrich der Skalenscheibe 8 sowie ein entsprechendes Drehrichtungssignal erzeugt. Die Codescheibe 18 und der Rastenträger 46 sind zu sammen mit den inneren Lagerringen des oberen und des unteren Wellenlagers 12, 16 mittels einer Spannmutter 54 drehfest mit der Welle 20 verklemmt. Wird die Mutter 54 gelockert, so lassen sich die Codescheibe 18 und der Rastenträger 46 zueinander verdrehen und auf eine gewünschte Phasenlage der elektrischen Zähl impulse bezüglich der Rastpositionen der Magnetverrastung 14 ein- oder nach stellen, woraufhin die Spannmutter 54 erneut angezogen wird.

Durch einen unteren Interface-Deckel 56 und seitliche Abdeckungen (in Fig. 1 gestrichelt dargestellt) wird der Positionsgeber 4 nach unten abgeschlossen.

Claims

1. Elektronischer Positionsgeber, bestehend aus einem manuell ver stellbaren, oberhalb eines Trägerteils fest auf einer Welle angeordne ten Drehknopf einschließlich einer die Winkellage des Drehknopfes anzeigenden Markierung sowie den folgenden Baukomponenten:
einem oberen und einem unteren Wellenlager, einer in inkrementalen Winkelpositionen der Welle wirkenden, taktilen Verrastung und
einem die Winkellage der Welle elektronisch abtastenden Signal geber, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Wellenlager (12) oberhalb des Trägerteils (2) in einer gegenüber der Welle (20) radial erweiterten Aussparung (32) des Drehknopfes (6) positioniert und zwischen oberem und unterem Wellenlager (12, 16) die Ver rastung (14) des Positionsgebers angeordnet ist.

2. Elektronischer Positionsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Aussparung (32) des Drehknopfes (6) oberhalb des Wellen lagers (12) zwischen einem dieses am Trägerteil (2) abstützenden Lagerflansch (34) und der Welle (20) eine Lagerabdichtung (30) an geordnet ist.

3. Elektronischer Positionsgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen oberem und unterem Wellen lager (12, 16) die Verrastung (14) zumindest teilweise oberhalb der Montageebene des Trägerteils (2) angeordnet ist.

4. Elektronischer Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Signalgeber eine wellenfeste Codescheibe und einen trägerfesten, optoelektronischen Abtastblock enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Codescheibe (18) und die wellenseitigen Verrastungselemente (40 42) relativ zueinander drehjustierbar mit der Welle (20) verbunden sind.

5. Elektronischer Positionsgeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Codescheibe (18) und die wellenseitigen Verrastungselemente (40, 42) durch eine vom unteren Wellenende aus lösbare Verschraubung (54) drehfest auf der Welle (20) angeordnet sind.

6. Elektronischer Positionsgeber nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastblock (50) auf einer auf der Unterseite des Trägerteils (2) ange ordneten Leiterplatte (52) für Schnittstellen-Elektronik befestigt ist.

7. Elektronischer Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer berührungslosen Magnetverrastung, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetverrastung mindestens drei zueinander koaxiale, wechselweise wellen- und trägerfeste, jeweils über den gesamten Scheibenumfang radial genutete Magnetrastscheiben (36, 40, 42) enthält.

8. Elektronischer Positionsgeber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die axial äußeren Magnetrastscheiben (40 42) durch einen ringförmigen Permanentmagneten (44) integral miteinander verbunden und von der da zwischenliegenden, mittleren Magnetrastscheibe (36) unter Freilassung eines Luftspalts auf Abstand gehalten sind.

9. Elektronischer Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehknopf (6) am oberen Wellenende durch eine lösbare Klemmver bindung (26, 28) befestigt ist.

10. Elektronischer Positionsgeber nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (20) eine Hohlwelle mit einem nach Art einer Spreizhülse aus gebildeten, oberen Wellenende und einem in der Spreizhülse angeordneten Klemmkonus (26) ist.

11. Elektronischer Positionsgeber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizhülse und der Klemmkonus (26) nicht-selbsthemmend ausgebildet sind.

12. Elektronischer Positionsgeber nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmkonus (26) vom unteren Wellenende aus durch eine im Wellen inneren angeordnete Spannschraube (28) festzieh- und lösbar ist.