DE4216344A1 - Rotation angle sensor for shaft - has cup-shaped housing, rotary shaft enlarged in region of bearing of diameter greater than that of transducer magnet attached to shaft and inductive sensor. - Google Patents

Rotation angle sensor for shaft - has cup-shaped housing, rotary shaft enlarged in region of bearing of diameter greater than that of transducer magnet attached to shaft and inductive sensor.

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Abstract

A housing (2) for the sensor components has mounting attachments and contains the rotating shaft (10) with its longitudinal axis at least parallel to that of the housing. A transducer (14) is connected to the shaft and a signal detector (6) is attached to the housing. The housing is cup-shaped with the detector arranged on its base. The shaft is widened to form a flange at least in the region of its bearing. The bearing dia. is greater than the maximum radial extent of the signal detector and transducer. USE/ADVANTAGE - E.g. for measuring choke valve settings. Requires only low tolerances on detector and transducer and compact design is achieved.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehwinkelsensor zur Erfassung des Drehwinkels einer Drehwelle nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.The invention relates to a rotation angle sensor for Detection of the angle of rotation of a rotary shaft after the upper Concept of claim 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.From DE 36 18 927 A1 is a rotation angle sensor for Er averaging of the throttle valve position is known, in which the Rotary shaft coupled on the one hand with a throttle valve and on the other hand a rotor with grinding brushes wearing. The grinding brushes form together with an im Housing cover of the rotation angle sensor arranged kerami plate with a resistance track a potentiometer. The rotating shaft is in the cylindrical section of the sensor housing approximately in the middle of a disc-like cross narrowing of the sensor housing.

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.The axial arrangement of the signal generator (rotor with grinding brushing) and bearing of the rotary shaft requires two assembly directions in the manufacture, which expended accordingly The required assembly facilities and therefore relative causes high manufacturing costs. For example as the pre-assembled unit from the rotating shaft and rotor inserted into the storage from the top of the housing  will; the definition of the rotary shaft in the axial direction but must be done from the bottom of the case. The signal detector (resistance track) is in a late step by installing the housing cover. The mutual dimensional accuracy of the sensor housing and Housing cover and the design of the connection point affects the accuracy of the signal generator and Si gnaldetector formed sensor unit. In any case but due to the tolerant interface between Sensor housing and housing cover the achievable Sensie accuracy reduced.

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.The invention has for its object a Drehwin kelsensor, in which the signal generator in the axis of rotation Rotary shaft is to be trained so that the assembly of the Angle of rotation sensor only with one installation direction can be made, with small tolerances in the Assignment of the two sensor elements (signal generator and Si gnaldetektor) and a compact design is possible.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This task is characterized by the characteristics of the Claim 1 solved.

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.The main idea of the invention is to store the To design the rotary shaft so that its diameter is larger than the greatest radial extension of the two sensor elements elements or other components of the rotation angle sensor. This enables assembly from one direction only simplifies the assembly process and reduces the assembly costs. Since the bearing can grip the signal generator radially, a small size of the rotation angle sensor is made possible light. Since both sensor elements on one component, the Sen care housing, are arranged, is eliminated by the Tolerant joint between housing and housing sedeckel enables a higher measuring accuracy. By the  large bearing diameter results in a large support base sis and thus a correspondingly rigid bearing of the rotation wave. The two sensor elements, signal generator and signal detector, are in terms of their arrangement within the Interchangeable angle sensor.

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.The embodiment of the invention according to claim 2 and 3 re reduces the number of components of the rotation angle sensor, by the inside of the housing and / or the flange-like Extension of the rotating shaft immediately as bearing rings are formed. This means that with little effort advantageously a plain bearing (claim 4) re alize yourself with the appropriate material selection due to low friction, low wear and gün manufacturing costs.

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.According to the development of the invention according to claim 5 is the storage of the rotary shaft in a simple manner axial direction under preload; the worship Application of the housing cover affects the Sensierungsge not accuracy. The bearing outer ring is too ge stalten that he also the bias in the axial direction can record.

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.With the advantageous embodiment of the invention Claim 6 stands for wear-free sensing principle available, which also the rotary movement of the Rotary shaft does not provide any significant resistance. For example, a permanent magnet is used as a signal generator and to provide an inductive pickup as a signal detector.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch einen erfin­ dungsgemäßen Drehwinkelsensor. A preferred embodiment of the invention explained in more detail below with reference to the drawing. The only figure shows a longitudinal section through an invent rotation angle sensor according to the invention.  

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.The rotation angle sensor designated in its entirety with 1 is inserted into a substantially hat-shaped cylindrical housing 2 , which is closed by a housing cover 3 . Inside, the rotation angle sensor 1 is constructed as follows: At the bottom 4 of the housing 2 , a signal detector 6 is arranged on a circuit board 7 , zen trically to the longitudinal axis 5 of the rotation angle sensor 1 . A lead-out in a neck 8 of the housing 2 electric connection line 9, the measuring signal is abgelei tet. Above the signal detector 6 , a rotary shaft 10 is inserted concentrically into the housing 2 via an outer bearing ring 11 . The bearing outer ring 11 is a part of egg nes radial sliding bearing, the inner bearing ring 12 of which is formed by the flange-like extended rotary shaft 10 itself. The bearing outer ring 11 also absorbs axial forces due to its L-shaped cross section. The flange 13 of the rotary shaft radially encloses a signal generator 14 formed as a permanent magnet. The signal generator 14 is fitted into a receiving opening 15 of the rotary shaft 10 and glued to the rotary shaft 10, for example. A frusto-conical coil spring 16 , which is supported on the housing cover 3 , biases the rotary shaft 10 in the axial direction via an intermediate ring 17 . The rotary shaft 10 is passed through an opening 18 in the housing cover 3 to the outside and carries a lever 19 at its upper end. The housing 3 is sealed off from the outside by a seal 20 arranged below the opening 18 . About molded mounting bracket 21 , the Drehwin kelsensor 1 can be attached to its location.

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.By arranging both the signal detector and the signal generator 14 in a one-piece housing 2 , an exact assignment of the two sensor elements is possible. In addition, the following design measures increase the accuracy and reproducibility of the Sensormeßsi gnals: metallic bushings 22 in the mounting brackets 21 ; Storage level is in the mounting level; Bonding of the signal generator 14 in the receiving opening 15 of the rotary shaft 10 ; one-piece rotary shaft 10 made of plastic or non-magnetic metal; wide-based storage of the rotary shaft 10 with a correspondingly wide bearing outer and inner bearing ring 11 or 12 ; positive, possibly additional non-positive connection between lever 19 and shaft 10 to prevent angular misalignment; Screw benfeder 16 with a correspondingly dimensioned axial spring force.

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.The housing cover 3 can be clipped onto the housing 2 (snap connection 23 ) and sealed with an inner O-ring or an outer layer 24 made of sealing material. Alternatively, welding the housing cover 3 (weld seam 25 ) is possible.

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.The bearing outer ring 11 is in the above-described embodiment approximately as a separate component. In accordingly selected plastic material, the bearing outer ring 11 can also be incorporated directly into the side wall of the housing 2 .

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.The lever 19 enables the conversion of a predominantly translatory movement into a rotational movement. With the structure of the rotation angle sensor 1 unchanged, however, direct initiation of a rotary movement is also possible.

Claims (6)

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).
1. Angle of rotation sensor for detecting the angle of rotation of a rotary shaft, consisting of
  • a housing for accommodating the components of the angle of rotation sensor and with devices for fastening the angle of rotation sensor,
  • the rotating shaft mounted in the housing, the longitudinal axis of which extends at least approximately parallel to the longitudinal axis of the housing,
  • - A signal generator connected to the rotary shaft and
  • - a signal detector fixed in the housing,
    characterized in that
  • - The housing ( 2 ) is essentially hat-shaped,
  • - The signal detector ( 6 ) is arranged on the bottom ( 4 ) of the housing ( 2 ),
  • - The at least in the region of its mounting, a flared rotary shaft ( 10 ) is mounted on the inside of the housing ( 2 ) and
  • - The diameter of the bearing is larger than the largest radial extent of the signal detector ( 6 ) and signal transmitter ( 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.2. Angle of rotation sensor according to claim 1, characterized in that the bearing of the rotary shaft ( 10 ) from an annular, through the housing ( 2 ) itself or in the housing ( 2 ) inserted bearing outer ring ( 11 ) and one on the flange-like extension of Rotary shaft ( 10 ) provided bearing inner ring ( 12 ). 3. Drehwinkelsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerinnenring (12) einstückig an der Drehwelle (10) angeformt ist.3. Angle of rotation sensor according to claim 2, characterized in that the bearing inner ring ( 12 ) is integrally formed on the rotary shaft ( 10 ). 4. Drehwinkelsensor nach mindestens einem der vorge­ nannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung der Dreh­ welle (10) als Gleitlagerung ausgebildet ist.4. Angle of rotation sensor according to at least one of the pre-mentioned claims, characterized in that the bearing of the rotary shaft ( 10 ) is designed as a plain bearing. 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.5. Angle of rotation sensor according to at least one of the pre-named claims, characterized in that the rotary shaft ( 10 ) is supported axially via a spring on a housing ( 2 ) ver closing housing cover ( 3 ). 6. Drehwinkelsensor nach mindestens einem der vorge­ nannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Signalgeber (14) und Signaldetektor (6) berührungslos arbeiten.6. Rotation angle sensor according to at least one of the pre-cited claims, characterized in that the signal transmitter ( 14 ) and signal detector ( 6 ) work without contact.
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