DE19942901A1 - Rotationssensor, der zur Detektion eines von außen übertragenen Rotationswinkels mit hoher Genauigkeit in der Lage ist - Google Patents

Abstract

Offenbart ist ein Rotationssensor, bei dem ein Eingriffsbereich (15a) und ein Schaftbereich (15b) in wegragender Weise auf der einen Seite bzw. der anderen Seite eines Rotationsglieds (15) am Rotationszentrum desselben ausgebildet sind. Der Schaftbereich (15b) ist durch einen Halterungsbereich (14a) an einer Bodenplatte (14) gehaltert. Der Eingriffsbereich (15a) ist an dem Halterungsbereich (14a) als Halterungsstelle beweglich gelagert, so daß er in einer beliebigen Richtung orthogonal zu der Axialrichtung der Antriebswelle (23) beweglich ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Rotationssensor und betrifft im spezielleren einen Rota­ tionssensor, der zum Detektieren eines von außen über­ tragenen Rotationswinkels mit hoher Genauigkeit in der Lage ist.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, besitzt ein herkömmlicher Rotationssensor ein außen in etwa zylindrisch ausgebil­ detes Gehäuse 1, wobei der herkömmliche Rotationssensor mit einem Gehäuseteil 2, das in seinem Inneren einen hohlen Bereich 2a aufweist, sowie mit einer an dem Ge­ häuseteil 2 fest angebrachten Abdeckung 3 versehen ist, um den hohlen Bereich 2a abzudecken.

In der Abdeckung 3 ist eine Schaftöffnung 3a ausgebil­ det. In dem Hohlraumbereich 2a ist ein Rotationsglied 4 untergebracht, an dessen Rotationszentrum ein Be­ tätigungsschaft 4a ausgebildet ist. Der Betäti­ gungsschaft 4a ist in die Schaftöffnung 3a der Abdeckung 3 drehbar eingesetzt und ragt aus der Abdeckung 3 heraus nach außen.

Die Schaftöffnung 3a ist in ihrem Durchmesser größer ausgebildet als der Betätigungsschaft 4a, so daß der Betätigungsschaft 4a in loser Passung in die Schaft­ öffnung 3a eingesetzt ist.

An dem Rotationszentrum des Betätigungsschafts 4 ist an dem vorderen Ende desselben eine beispielsweise ovale Eingriffsöffnung 4b ausgebildet, in die eine später noch zu beschreibende Antriebswelle 8 eingesetzt wird.

An der auf der Seite des Hohlraumbereichs 2a gelegenen Innenfläche der Abdeckung 2 ist eine Widerstandsplatte 5 angebracht. Auf der Oberfläche dieser Widerstandsplatte 5 ist ein in etwa hufeisenförmiges Widerstandsmuster (nicht gezeigt) durch Aufdrucken ausgebildet. Das Wider­ standsmuster befindet sich in Berührung mit einem Schleifkontakt 6, der an dem Rotationsglied 4 angebracht ist, so daß der Schleifkontakt 6 bei Rotation des Rota­ tionsglieds 4 eine Gleitbewegung auf dem Widerstands­ muster ausführt, wodurch sich der Widerstandswert ent­ lang einer vorbestimmten Kurve ändert.

An der in der Zeichnung unteren Seite der Widerstands­ platte 5 ist eine Mehrzahl von Anschlüssen 7 durch Verstemmen oder Vernieten in Verbindung mit dem Widerstandsmuster angebracht.

Zum Detektieren des Rotationswinkels beispielsweise eines Drosselventils eines Kraftfahrzeugs unter Ver­ wendung eines solchen herkömmlichen Rotationssensors wird die Abdeckung 3 des Gehäuses 1 an einem bestimmten, nicht dargestellten Befestigungselement angebracht. Da­ bei wird die in unterbrochenen Linien dargestellte An­ triebswelle 8, die mit der Drehwelle des Drosselventils auf der Seite des Kraftfahrzeugs verbunden ist, in Ein­ griff mit der Eingriffsöffnung 4b des Betätigungsschafts 4a eingesetzt.

Das vordere Ende der Antriebswelle 8 ist oval zugerich­ tet und wird in die ovale Eingriffsöffnung 4b des Be­ tätigungsschafts 4a gedrückt, um dadurch die Rotations­ bewegung der Antriebswelle 8 auf das Rotationsglied 4 zu übertragen.

Die vorstehend beschriebene Antriebswelle 8 ist aufgrund von Einbauerfordernissen von Komponenten auf der Seite des Drosselventils sowohl in ihrer Einsetzrichtung, bei der es sich um die Axialrichtung handelt, als auch in Radialrichtung, welche die Axialrichtung rechtwinklig schneidet, locker oder exzentrisch angeordnet. Somit ist ein Absorbieren dieser Lockerheit bzw. dieses Spiels oder dieser Exzentrizität der Antriebswelle 8 auf der Seite des Rotationssensors notwendig.

Das Spiel der Antriebswelle 8 wird unter Verwendung der Schaftöffnung 3a in der Bodenplatte 3 absorbiert, die mit einem größeren Durchmesser ausgebildet ist als der Betätigungsschaft 4a des Rotationsglieds 4, so daß sich das Rotationsglied 4 gleichmäßig drehen kann, ohne daß es zu einer Beeinträchtigung zwischen dem Be­ tätigungsschaft 4a und der Schaftöffnung 3a kommt, falls die Antriebswelle 8 in Radialrichtung locker oder exzen­ trisch angeordnet ist.

Der vorstehend beschriebene herkömmliche Rotationssensor ist derart ausgebildet, daß dann, wenn sich die mit der Drehwelle des Drosselventils verbundene Antriebswelle 8 Über einen bestimmten Winkelbereich dreht, sich das Ro­ tationsglied 4 ebenfalls gleichmäßig dreht und der Schleifkontakt 6 somit eine Gleitbewegung auf dem Wider­ standsmuster ausführt und sich dadurch der Widerstands­ wert ändert. Der Betrag der Änderung des Widerstands­ werts wird durch einen nicht dargestellten Steuerab­ schnitt detektiert, wodurch sich der Rotationswinkel der Antriebswelle 8 erfassen läßt.

Bei dem vorstehend beschriebenen Rotationssensor besteht jedoch folgendes Problem: der Betätigungsschaft 4a des Rotationsglieds 4 ist direkt auf der Antriebswelle 8 montiert, die in Axialrichtung oder Radialrichtung locker oder exzentrisch angeordnet sein kann; bei der Rotationsbewegung der Antriebswelle 8 dreht sich das Rotationsglied 4 somit in Abhängigkeit von dem Spiel oder der Exzentrizität der Antriebswelle 8 ebenfalls mit Spiel oder Exzentrizität, wodurch sich eine Abweichung in der Bewegungsbahn des Schleifkontakts 6 in Relation zu dem Widerstandsmuster ergibt und sich somit der Rota­ tionswinkel nicht mehr mit hoher Genauigkeit detektieren läßt.

Bei einem weiteren Verfahren zum Eliminieren der Wirkung von Spiel der Antriebswelle 8 berühren sich die An­ triebswelle 8 und der Betätigungsschaft 4a auf nur einer Seite in Rotationsrichtung, um dadurch die in einer Richtung erfolgende Rotationsbewegung der Antriebswelle 8 auf das Rotationsglied 4 zu übertragen; bei der Rota­ tion der Antriebswelle 8 in der anderen Richtung wird das Rotationsglied 4 durch die Kraft einer Rückführfeder oder einer anderen Einrichtung antriebsmäßig bewegt, so daß es der Rotationsbewegung des Antriebsschafts 8 folgt, wodurch die Antriebswelle 8 und der Betätig­ ungsschaft 4a in Form eines einzigen Körpers betätigt werden. Bei diesen Verfahren ist jedoch ein Bauteil wie die genannte Rückführfeder erforderlich, wodurch sich die Anzahl von Komponenten erhöht und dadurch wiederum die Kosten steigen.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht somit in der Schaffung eines Rotationssensors, bei dem sich die vor­ stehend beschriebenen Probleme lösen lassen und der eine mit hoher Genauigkeit erfolgende Detektion des Rota­ tionswinkels durch Absorbieren von Spiel oder Exzentri­ zität der Antriebswelle ermöglicht.

Gemäß einem ersten Gesichtspunkt schafft die vorliegende Erfindung einen Rotationssensor mit einem Rotations­ glied, der einen Eingriffsbereich aufweist, mit dem eine Antriebswelle in Eingriff tritt, mit einem Gehäuse, an dem das Rotationsglied zwischen einer oberen Platte und einer unteren Platte drehbar gehaltert ist, und mit einer Winkelerfassungseinrichtung zum Detektieren des Rotationswinkels des Rotationsglieds. Das Rotationsglied weist an dem Rotationszentrum einen Eingriffsbereich und einen Schaftbereich auf, die von der einen Seite bzw. der anderen Seite des Rotationsglieds in vorspringender Weise ausgebildet sind; der Schaftbereich ist an einem Halterungsbereich gehaltert, der an der unteren Platte bzw. Bodenplatte ausgebildet ist, und der Eingriffsbe­ reich ist derart gehaltert, daß er in einer beliebigen Richtung orthogonal zu der Axialrichtung des Halterungs­ bereichs kippbar ist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Spalt zwischen der oberen bzw. inneren Platte und dem Rota­ tionsglied ausgebildet, und ein elastisches Element ist in diesen Spalt eingesetzt, um den Schaftbereich des Rotationsglieds in elastischer Berührung mit dem Halterungsbereich zu haltern.

Gemäß noch einer Weiterbildung der vorliegenden Er­ findung ist das elastische Element aus einer ring­ förmigen Platte gebildet, die mehrere elastische Kon­ taktbereiche aufweist, die zum Teil wellenförmig ge­ krümmt sind. Das Rotationsglied befindet sich in elasti­ scher Berührung mit diesen elastischen Kontaktbereichen.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist der Rotationssensor in der nachfolgend beschriebenen Weise ausgebildet. Die Winkelerfassungseinrichtung besitzt einen Schleifkontakt und einen Widerstand; der vor­ stehend genannte Eingriffsbereich weist einen Schlitz auf, der sich in einer Richtung orthogonal zu der Axial­ richtung der Antriebswelle erstreckt; ferner ist ein flacher plattenförmiger Vorsprung an dem Rotationszen­ trum an dem vorderen Ende der Antriebswelle ausgebildet und befindet sich in Eingriff mit dem Schlitz. Der Schleifkontakt ist in einer Position in etwa orthogonal zu der Schlitzrichtung des Schlitzes des Rotationsglieds angebracht.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine im Schnitt dargestellte Seitenansicht unter Darstellung eines Hauptbereichs eines Rotations­ sensors der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht zur Erläuterung der Beziehung zwischen Hauptkomponenten der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3A eine Seitenansicht eines elastischen Elements der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3B eine Frontansicht des elastischen Elements;

Fig. 4 eine Seitenansicht und eine Frontansicht eines Hauptbereichs einer Antriebswelle der vorliegen­ den Erfindung;

Fig. 5 eine im Schnitt dargestellte Seitenansicht eines Hauptbereichs zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 6 eine im Schnitt dargestellte Seitenansicht unter Darstellung eines Hauptbereichs eines herköm­ mlichen Rotationssensors.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des Rotations­ sensors der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, besitzt der Rotationssensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung ein Gehäuse 10 mit Kastenform (nicht gezeigt), das aus einem Harzmaterial bzw. Kunststoffmaterial her­ gestellt ist. Dieses Gehäuse 10 ist an seinem Boden­ bereich durch eine Bodenwand 11 abgeschirmt. Die Boden­ wand 11 ist in Bezug auf die Zeichnung teilweise nach rechts ragend ausgebildet, wodurch ein in etwa zylindri­ scher Gehäuseabschnitt 12 gebildet wird. Dieser Gehäuse­ abschnitt 12 ist aus einer umgebenden Seitenwand 13 und einer Bodenplatte 14 des Bodenbereichs gebildet.

In etwa in dem zentralen Teil der Bodenplatte 14 ist ein Halterungsbereich 14a ausgebildet, der in Bezug auf die Zeichnung nach links auf die Seite des Gehäuseabschnitts 12 ragt. In dem zentralen Bereich dieses Halterungsbe­ reichs 14a ist ein halbkugelförmiger Lagerbereich 14b ausgebildet, der aus einer Vertiefung besteht.

In der Nähe der Seitenwand 13 ist im Inneren des Ge­ häuseabschnitts 12 der Bodenplatte 14 ein Plattenhalte­ bereich 14c zum Anbringen einer später noch zu beschrei­ benden Widerstandsplatte 17 in vorspringender Weise aus­ gebildet.

In dem Gehäuseabschnitt 12 ist ein in etwa scheiben­ förmiges Rotationsglied 15 drehbar untergebracht, das aus einem Harz- bzw. Kunststoffmaterial hergestellt ist. Das Rotationsglied 15 weist einen Eingriffsbereich 15a und einen Schaftbereich 15b auf, die in wegragender Weise auf dessen linker Seite bzw. dessen rechter Seite entlang der Mittenlinie A, bei der es sich um das Rota­ tionszentrum des Rotationsglieds 15 handelt, ausgebil­ det sind, um dadurch den Schaftbereich 15b durch den an der Bodenplatte 14 ausgebildeten Halterungsbereich 14a zu haltern.

Der Eingriffsbereich 15a besitzt zwei Eingriffswände 15c, die beidseits der Mittenlinie A wegragend ausgebil­ det sind; zwischen diesen beiden Eingriffswänden 15c ist ein Schlitz 15d mit einer bestimmten Breite gebildet, der sich in einer zu der Mittenlinie A orthogonalen Richtung erstreckt.

An dem freien Ende der beiden Eingriffswände 15c ist ein in etwa halbkreisförmiger Vorsprung 15e ausgebildet, wobei diese Vorsprünge 15e in Richtung auf die Seite des Schlitzes 15d ragen.

Das vorspringende Ende des Schaftbereichs 15b des Rota­ tionsglieds 15 ist etwa halbkugelförmig ausgebildet. Der Schaftbereich 15b ist an dem Lagerbereich 14b der Boden­ platte 14 drehbar gelagert und kann sich somit nicht in einer zu der Mittenlinie A orthogonalen Richtung bewe­ gen.

An derjenigen Seitenfläche des Rotationsglieds 15, an der der Schaftbereich 15b ausgebildet ist, ist ein federnd nachgiebiger Schleifkontakt 16a angebracht. Der Schleifkontakt 16a ist Teil einer Komponente, die eine Winkelerfassungseinrichtung 16 bildet.

An dem Schleifkontakt 16a sind ein Kontaktbereich 16b, der eine Gleitbewegung in Berührung mit dem noch zu be­ schreibenden Widerstandsmuster ausführt, sowie ein Kol­ lektormuster 17a in einer Position angebracht, die nahe­ zu orthogonal zu der Schlitzrichtung des Schlitzes 15d in dem Rotationsglied 15 verläuft, wie dies in Fig. 2 zu sehen ist.

Eine Widerstandsplatte 17 ist mit einer vorbestimmten Beabstandung gegenüber der Fläche angeordnet, auf der der Schleifkontakt 16a angebracht ist. Die Widerstands­ platte 17 wird durch den Plattenhaltebereich 14c der Bodenplatte 14 positioniert und ist durch Vernieten oder ein anderes Verfahren fest angebracht.

Auf der Fläche der Widerstandsplatte 17 sind das Wider­ standsmuster und das Kollektormuster 17a durch Auf­ drucken in der in Fig. 2 gezeigten Weise ausgebildet; ferner befindet sich der Kontaktbereich 16b des Schleif­ kontakts 16a in elastischer Berührung mit dem Wider­ stands- und dem Kollektormuster 17a. Die Winkelerfas­ sungseinrichtung 16 ist gebildet aus dem Schleifkontakt 16a und der Widerstandsplatte 17, die das Widerstands- und das Kollektormuster 17a aufweist.

An der in Bezug auf Fig. 1 unteren Seite der Wider­ standsplatte 17 ist eine Mehrzahl von in etwa L-förmigen Anschlüssen 18 in entsprechender Weise mit dem Wider­ standsmuster und dem Kollektormuster 17a verbunden. Die Anschlüsse 18 sind von der Endfläche der Widerstands­ platte 17 weg nach außen geführt und in Berührung mit der Innenfläche der Seitenwand 13 gehalten. Weiterhin ist ein nicht dargestelltes Leitermuster auf einer ge­ druckten Schaltungsplatte oder FPC 19 oder dergleichen durch Löten oder dergleichen mit dem vorderen Endbereich 18a der Anschlüsse 18 verbunden, die in Bezug auf die Zeichnung nach links herausgeführt sind.

Auf der in der Zeichnung linken Seite des Rotations­ glieds 15 ist eine obere Platte 20 angeordnet, um den Gehäuseabschnitt 12 abzudecken. Die obere Platte 20 ist an Befestigungsvorsprüngen 11a angebracht, die an mehre­ ren Stellen an der Bodenwand 11 ausgebildet sind und durch Vernieten unter Wärmeeinwirkung oder dergleichen Verfahren an der Bodenwand 11 befestigt sind.

In dem zentralen Teil der oberen Platte 20 ist eine Öffnung 20a ausgebildet, in der der Eingriffsbereich 15a des Rotationsglieds 15 angeordnet ist. Um die Öffnung 20a herum ist eine zylindrisch ausgebildete Halterungs­ wand 20b ausgebildet, die in Richtung auf das Innere des Rotationsglieds 15 ragt. Die Halterungswand 20b dient dazu, ein Kippen des Rotationsglieds 15 über eine be­ stimmte Position hinaus zu verhindern.

Zwischen der oberen bzw. inneren Platte 20 und dem Rota­ tionsglied 15 ist ein Spalt 21 vorhanden. In dem Spalt 21 ist ein elastisches Element 22 angeordnet. Bei dem elastischen Element 22 handelt es sich um ein federnd nachgiebiges, ringförmiges Plattenelement aus Phosphor­ bronze oder dgl. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist ein flacher Befestigungsabschnitt 22 an mehreren Stellen der Ringform ausgebildet, wobei die Befestigungsabschnitte 22a mit Befestigungsöffnungen 22b versehen sind.

Das elastische Element ist in einem Teil des ringför­ migen Plattenmaterials wellenförmig gekrümmt ausgebil­ det, um dadurch mehrere elastische Kontaktbereiche 22c zu bilden. Die Befestigungsöffnung 22b ist durch Ver­ nieten an einem nicht dargestellten Vorsprung befestigt, der auf der Seite des Rotationsglieds 15 ausgebildet ist, und das elastische Element 22 ist an der Innenfläche der oberen Platte 20, d. h. der links von der Bodenplatte 14 angeordneten Platte, angebracht. Der Federdruck des elastischen Bereichs 22c ist größer ge­ wählt als der des Schleifkontakts 16a.

Da sich die mehreren elastischen Bereiche 22c des ela­ stischen Elements 22 in konstanter elastischer Berührung mit dem Rotationsglied 15 befinden, wird das Rotations­ glied 15 auf die Seite der Bodenplatte 14 gedrückt. In diesem Zustand ist der Schaftbereich 15b somit an dem Lagerbereich 14b des Halterungsbereichs 14a gehaltert, und die Rotationsbewegung einer später noch zu beschrei­ benden Antriebswelle 23 wird darauf übertragen. Das Ro­ tationsglied 15 ist in dem Gehäuseabschnitt 12 drehbar gehaltert.

Genauer gesagt, ist das Rotationsglied 15 in neigbarer Weise gehaltert, so daß es sich durch die Wirkung des elastischen Elements 22 an der Halterungsstelle des Halterungsbereichs 14a in jede beliebige Richtung ortho­ gonal zu der Mittenlinie A, bei der es sich um das Rota­ tionszentrum des Eingriffsbereichs 15a handelt, kippen läßt.

Um beispielsweise den Rotationswinkel eines Drosselven­ tils an einem Kraftfahrzeug unter Verwendung eines er­ findungsgemäßen Rotationssensors mit der vorstehend be­ schriebenen Ausbildung zu detektieren, wird zuerst das Gehäuse 10 an dem Körper einer nicht dargestellten Dros­ seleinrichtung angebracht. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird dann die mit einer nicht dargestellten Drehwelle des Drosselventils gekoppelte Antriebswelle 23 in den Schlitz 15d in dem Eingriffsbereich 15a des Rotations­ glieds 15 eingeführt sowie darin positioniert.

Die Antriebswelle 23 ist in Form einer runden Stange ausgebildet, wobei an ihrem vorderen Ende ein flacher plattenförmiger Vorsprung 23a auf der das Rotationszen­ trum bildenden Mittenlinie A ausgebildet ist. Die An­ triebswelle ist dazu ausgebildet, sich innerhalb eines bestimmten Rotationswinkelbereichs hin und her zu drehen.

Wenn der Vorsprung 23a in den Schlitz 15d des Rota­ tionsglieds 15 eingesetzt ist, befindet sich die An­ triebswelle 23 in Eingriff mit dem Eingriffsbereich 15a, so daß sich das Rotationsglied 15 zusammen mit der Rota­ tionsbewegung der Antriebswelle 23 drehen kann.

Wenn der Rotationssensor bzw. Drehwinkelsensor der vor­ liegenden Erfindung z. B. als Drosselsensor verwendet wird, kann die Winkelerfassungseinrichtung 16 den Rota­ tionswinkel bis zu einem Bereich von etwa 100 Grad de­ tektieren. Dieser Detektionsbereich des Rotationswinkels variiert jedoch in Abhängigkeit von dem Typ des Sensors; es gibt beispielsweise auch einen Sensor des Typs mit unendlicher Detektion.

Die Antriebswelle 23 besitzt Spiel in Einsetzrichtung, bei der es sich um die Axialrichtung handelt, oder Spiel oder Exzentrizität in Radialrichtung, bei der es sich um eine beliebige Richtung orthogonal zu der Axialrichtung handelt, und zwar aus Gründen der Genauigkeit von Teilen auf der Seite des Drosselventils oder anderen Gründen.

Der Rotationssensor der vorliegenden Erfindung ist der­ art ausgebildet, daß er den Rotationswinkel der An­ triebswelle 23 fehlerlos oder wenn überhaupt mit nur geringfügigem Fehler detektieren kann, indem er eine Änderung in der Einsetzrichtung bzw. Axialrichtung so­ wie Spiel oder Exzentrizität in der Radialrichtung der Antriebswelle 23 aufnimmt.

Das heißt, wenn die Antriebswelle 23 aufgrund des Vor­ handenseins von Spiel in Axialrichtung in Axialrichtung verlagert wird, ist der Schlitz 15d tief genug ausgebil­ det, um eine freie Bewegung des in Fig. 1 gezeigten Vor­ sprungs 23a der Antriebswelle 23 in Richtung der Mitten­ linie A zwischen den Vorsprüngen 15e des Eingriffsbe­ reichs 15a zu gestatten, wodurch die Verlagerung in Axialrichtung absorbiert werden kann.

Da die Verlagerung in Axialrichtung der Antriebswelle 8 absorbiert wird, erfährt der Schleifkontakt 16 keine Positionsänderung relativ zu dem Widerstandsmuster und dem Kollektormuster 17a in Axialrichtung, wodurch eine fehlerfreie, mit hoher Genauigkeit erfolgende Detektion des Rotationswinkels der Antriebswelle 23 gewährleistet wird.

Wenn die Antriebswelle 23 in einer beliebigen radialen Richtung außermittig von dem Rotationszentrum angeordnet ist, erfährt der Eingriffsbereich 15a des Rotations­ glieds 15 eine Abweichung entsprechend der radialen Exzentrizität der Antriebswelle 23. Da jedoch der Schaftbereich 15b durch den Halterungsbereich 14a der Bodenplatte 14 gehaltert ist, bewegt sich der Schleif­ kontakt 16a in diesem Fall kaum aus seiner Position relativ zu dem Widerstandsmuster und dem Kollektormuster 17a. Da nur der Kontaktdruck geringfügig variiert, läßt sich der Rotationswinkel der Antriebswelle 23 im wesent­ lichen ohne Fehler sowie mit hoher Genauigkeit detektie­ ren, wenn die Antriebswelle 23 in Radialrichtung locker oder außermittig angeordnet ist.

Die relative Verlagerung der Antriebswelle 23, die sich aufgrund von Spiel oder Exzentrizität in einer beliebi­ gen radialen Richtung ergibt, kann als Ergebnis von Spiel oder Exzentrizität in zwei Richtungen betrachtet werden. Wenn eine radiale Verlagerung in Richtung des in Fig. 2 gezeigten Pfeils B vorhanden ist, wird das in Fig. 1 gezeigte Rotationsglied 15 auf der Halterungs­ stelle des Halterungsbereichs 14a leicht gekippt, wo­ durch sich eine geringfügige Änderung des Kontaktdrucks in Relation zu dem Widerstands- und Kollektormuster 17a des Schleifkontakts 16a ergibt. Diese geringfügige Ver­ änderung führt jedoch kaum zu einer Wirkung in der Leistung. Die Positionen des Widerstandsmusters und des Kollektormusters 17a werden ebenfalls geringfügig in Radialrichtung verändert; da jedoch die Distanz von einem Halterungspunkt in Richtung der Höhe bis zu dem Kontaktbereich 16b kürzer ist als die Distanz von dem Halterungspunkt bis zu dem Vorsprung 15e, läßt sich das Bewegungsausmaß des Kontaktbereichs 16b gegenüber dem Ausmaß an Exzentrizität der Antriebswelle 23 reduzieren. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es möglich, das Bewegungsausmaß des Kontaktbereichs 16b auf etwa ein Drittel des Ausmaßes an Exzentrizität der Antriebswelle 23 zu verringern.

Ferner ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Kontaktbereich 16b an einer Stelle in etwa orthogonal zu der Schlitzrichtung des Schlitzes 15b angeordnet. Die Antriebswelle 23, wenn sie in Richtung des Pfeils B ver­ lagert wird, bewegt sich somit nur in Richtung der Breite des Widerstandsmusters und Kollektormusters 17a, und die Distanz zwischen einer Elektrode 17b und dem Kontaktbereich 16b ändert sich nicht, so daß sich auch der Widerstandswert kaum ändert.

Wenn die Antriebswelle 23 radial mit Spiel oder exzen­ trisch in Richtung des Pfeils C in Fig. 2 angeordnet ist, bewegt sich der Vorsprung 23a der Antriebswelle 23 gerade in Richtung des Pfeils C der Schlitzrichtung zwi­ schen den Vorsprüngen 15e des Eingriffsbereichs 15a, wodurch sich eine radiale Wirkung in Richtung des Pfeils C elimieren läßt. Falls die Antriebswelle 23 in Richtung des Pfeils C radial verlagert wird, läßt sich somit der Rotationswinkel der Antriebswelle 23 ohne Fehler sowie mit hoher Genauigkeit detektieren.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es bisher beschrieben wurde, ist die Winkelerfas­ sungseinrichtung 16 gebildet aus dem Schleifkontakt 16a und der Widerstandsplatte 17 mit dem Widerstandsmuster 17a. Die Winkelerfassungseinrichtung 26 kann gemäß dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel auch aus einem magnetischen Element 25a, das in Umfangsrichtung an dem Außenumfang des Rotationsglieds 25 radial angebracht ist, sowie aus einer integrierten Hallschaltung 27a ge­ bildet sein, die außerhalb von dem magnetischen Element 25 an einer Platte 27 angebracht ist, wobei zwischen dem magnetischen Element 25a und der Hallschaltung 27a ein bestimmter Spalt vorhanden ist.

Wenn in diesem Fall radiales Spiel bei der Antriebswelle 23 vorhanden ist, variiert der Spalt zwischen dem magne­ tischen Element 25a und der integrierten Hallschaltung 27a, wodurch sich der Ausgangswert geringfügig ändert, wobei dies zu einem Fehler führt. Da jedoch der Schaft­ bereich 25b durch den Halterungsbereich 14a gehaltert ist, läßt sich dieser Fehler reduzieren.

Der Rotationssensor gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt einen Eingriffsbereich und einen Schaftbereich, die an dem Rotationszentrum des Rotationsglieds von der einen Seite bzw. der anderen Seite des Rotationsglieds wegragen; der Schaftbereich ist durch den an der Boden­ platte ausgebildeten Halterungsbereich gehaltert, und der Eingriffsbereich ist derart gehaltert, daß er sich in einer beliebigen Richtung orthogonal zu der Axial­ richtung der Antriebswelle auf der Halterungsstelle des Halterungsbereichs neigen kann. Auf diese Weise läßt sich ein Rotationssensor schaffen, bei dem das radiale Spiel der Antriebswelle absorbiert werden kann, so daß eine mit hoher Genauigkeit erfolgende Detektion des Ro­ tationswinkels ermöglicht ist.

Ferner ist ein Spalt zwischen der oberen bzw. inneren Platte und dem Rotationsglied vorhanden. In diesem Spalt ist ein elastisches Element angeordnet, um den Schaftbe­ reich des Rotationsglieds an dem Halterungsbereich ela­ stisch zu haltern. Der Schaftbereich des Rotationsglieds läßt sich somit in zuverlässiger Weise an dem Halterungsbereich der Bodenplatte drehbar haltern.

Weiterhin ist das elastische Element in Form einer ring­ förmigen Platte ausgebildet, die zum Teil in eine wel­ lenförmige Konfiguration gekrümmt ist, um dadurch mehre­ re elastische Bereiche zu bilden, die in elastischer Berührung mit dem Rotationsglied gehalten sind. Es ist somit möglich, den Federdruck des elastischen Elements auf das scheibenartige Rotationsglied gleichmäßig auf­ zubringen, um eine Detektion des Rotationswinkels mit hoher Genauigkeit zu gewährleisten.

Weiterhin besitzt die Winkelerfassungseinrichtung einen Schleifkontakt und einen Widerstand. Der Eingriffsbe­ reich besitzt einen Schlitz, der sich in einer zu der Axialrichtung der Antriebswelle orthogonalen Richtung erstreckt. Ein plattenförmiger Vorsprung ist an dem vor­ deren Ende der Antriebswelle ausgebildet und verläuft durch das Rotationszentrum, wobei der Vorsprung mit dem Schlitz in Eingriff gebracht ist. Der Schleifkontakt ist an einer Stelle in etwa orthogonal zu der Schlitz­ richtung des Nutbereichs des Rotationsglieds angeordnet. Spiel in der Axialrichtung der Antriebswelle kann somit in zuverlässiger Weise aufgenommen werden. Ferner kann auch radiales Spiel der Antriebswelle in Schlitzrichtung des Schlitzes in zuverlässiger Weise aufgenommen werden, indem sich die Antriebswelle in Schlitzrichtung inner­ halb des Schlitzes bewegt.

Im Fall von radialem Spiel der Antriebswelle in einer zu der Schlitzrichtung des Schlitzes orthogonalen Richtung kann ferner eine Änderung des Widerstandswerts reduziert werden, da sich der Schleifkontakt in einer Richtung orthogonal zu der Umfangsrichtung des Widerstandsmusters bewegt, wodurch ein Detektionsfehler des Rotations­ winkels auf ein Minimum reduziert werden kann.

Claims (4)

1. Rotationssensor mit:
einem Rotationsglied (15; 25) mit einem Eingriffs­ bereich (15a), mit dem eine Antriebswelle (23) in Eingriff tritt,
mit einem Gehäuse (10), an dem das Rotationsglied (15; 25) zwischen einer oberen Platte (20) und einer Bodenplatte (14) drehbar gehaltert ist,
und mit einer Winkelerfassungseinrichtung zum Detek­ tieren des Rotationswinkels des Rotationsglieds (15; 25) dadurch gekennzeichnet,
daß das Rotationsglied (15; 25) an dem Rotations­ zentrum einen Eingriffsbereich (15a) und einen Schaftbereich (15b) aufweist, die von der einen Seite bzw. von der anderen Seite des Rotationsglieds (15; 25) wegragend ausgebildet sind,
daß der Schaftbereich (15b) durch einen an der Bodenplatte (14) ausgebildeten Halterungsbereich (14a) gehaltert ist, und
daß der Eingriffsbereich (15a) in einer beliebigen Richtung orthogonal zu der Axialrichtung der An­ triebswelle (23) kippbar gehaltert ist.

2. Rotationssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der oberen Platte (20) und dem Rota­ tionsglied (15) ein Spalt (21) ausgebildet ist, in dem ein elastisches Element (22) angeordnet ist, um den Schaftbereich (15b) des Rotationsglieds (15; 25) in elastischer Berührung mit dem Halterungsbereich (14a) elastisch zu haltern.

3. Rotationssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (22) aus ringförmigem Plattenmaterial gebildet ist, das teilweise wel­ lenförmig gekrümmt ist, so daß mehrere elastische Kontaktbereiche (22c) gebildet sind, und daß das elastische Element (22) an den elastischen Kontakt­ bereichen (22c) in elastischer Berührung mit dem Rotationsglied (15; 25) gehalten ist.

4. Rotationssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Winkelerfassungseinrichtung mit einem Schleifkontakt (16a) und einem Widerstand versehen ist;
daß der Eingriffsbereich (15a) einen Schlitz auf­ weist, der sich in einer Richtung orthogonal zu der Axialrichtung der Antriebswelle (23) erstreckt;
daß die Antriebswelle (23) am vorderen Ende einen flachen plattenartigen Vorsprung (23a) aufweist, der an dem Rotationszentrum ausgebildet ist, so daß sich der Vorsprung (23a) mit dem Schlitz (15d) in Ein­ griff bringen läßt; und
daß der Schleifkontakt (16a) in einer Position in etwa orthogonal zu der Schlitzrichtung des Schlitzes (15d) des Rotationsglieds (15; 25) angebracht ist.