DE202007002582U1

DE202007002582U1 - Drehimpulsgeber

Info

Publication number: DE202007002582U1
Application number: DE200720002582
Authority: DE
Original assignee: Hartmann Codier GmbH and Co KG
Current assignee: Hartmann Codier GmbH and Co KG
Priority date: 2007-02-22
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2017-02-23

Abstract

Drehimpulsgeber (10) zur Erfassung von Drehbewegungen und/oder der Drehrichtung eines Stellgliedes, insbesondere eines manuell betätigbaren Drehknebels, mit einer mit dem Stellglied gekoppelten segmentierten und/oder mit optisch erfassbaren Feldern versehenen Scheibe (30), der wenigstens ein optischer Sender (42) und wenigstens ein optischer Empfänger (44; 46) zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine optische Sender (42) und der wenigstens eine optische Empfänger (44; 46) auf einem Trägerbauteil angeordnet sind, das zumindest teilweise in einem Gehäuseabschnitt (18) eingebettet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehimpulsgeber mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs.
Drehimpulsgeber werden zur Erfassung von Stellbewegungen von elektrischen Geräten verwendet. In der Regel dienen sie zur Erfassung von Drehbewegungen von Drehknebeln oder Drehknöpfen, bspw. bei Drehknebeln, welche als Lautstärkeregler bei Autoradios eingesetzt werden. Diese Drehimpulsgeber werden auch als Bitgeber oder als optische Encoder bezeichnet.
Während bei älteren Stellelementen Drehpotentiometer mit Schleifringen verwendet wurden, die teilweise über mehr oder weniger Raststufen verfügen konnten, wurden für manchen Anwendungen Drehschalter mit Festwiderständen eingesetzt, bspw. bei Einsatzgebieten, wo die herkömmlichen Schleifringpotentiometer Stellwerte lieferten, die zu unpräzise waren.
Eine Verbesserung der Stellpräzision gegenüber herkömmlichen Drehpotentiometern konnte mit gattungsgemäßen optischen Encodern bzw. Drehimpulsgebern erreicht werden, bei denen mittels eines Drehknebels eine segmentierte Scheibe mit Durchbrüchen bewegt wird, die den optischen Strahlengang einer Sendediode und zwei Empfangsdioden bei Drehbewegungen unterbricht bzw. freigibt. Aus den Signalwerten der beiden Empfangsdioden, die das von der Sendediode emittierte Licht erfassen, kann die Drehrichtung sowie der gewünschte Verstellwert errechnet werden. Bekannte optische Drehimpulsgeber weisen einen mehrschichtigen Aufbau auf, wobei die segmentierte bzw. mit Durchbrüchen versehene Scheibe normalerweise zwischen zwei beabstandeten Leiterplatten angeordnet ist, auf denen die optischen Sender und Empfänger montiert sind, so dass sich die drehbare Scheibe im Beleuchtungsstrahlengang befindet. Derartige optische Drehimpuls geber mit einem solchen mehrschichtigen Aufbau sind bspw. aus der DE 196 41 164 A1 sowie aus der DE 197 24 849 A1 bekannt.
Ein Ziel der Erfindung besteht darin, einen optischen Drehimpulsgeber zur Verfügung zu stellen, der einfach aufgebaut und möglichst kompakt ist.
Dieses Ziel der Erfindung wird mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die vorliegende Erfindung umfasst einen Drehimpulsgeber zur Erfassung von Drehbewegungen und/oder der Drehrichtung eines Stellgliedes, insbesondere eines manuell betätigbaren Drehknebels, der eine mit einem Rotationskörper gekoppelte segmentierte und/oder mit optisch erfassbaren Feldern versehene Scheibe aufweist, der wenigstens ein optischer Sender und wenigstens ein optischer Empfänger zugeordnet sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der wenigstens eine optische Sender und der wenigstens eine optische Empfänger auf einem Trägerbauteil angeordnet sind, das zumindest teilweise in einem Gehäuseabschnitt eingebettet ist. Dadurch wird ein sehr kompakter Aufbau erreicht, da das Trägerbauteil als integraler Bestandteil eines Gehäuseabschnittes bzw. des Gehäusebodens ausgebildet werden kann. Das Trägerbauteil kann zumindest teilweise vom Kunststoffmaterial des Gehäuses umspritzt sein. Vorzugsweise ist das Trägerbauteil am bzw. im Gehäuseboden angeordnet.
Das Trägerbauteil kann insbesondere eine Leiterplatte oder ein Leitergitter, insbesondere ein sog. Lead-Frame sein. Somit kann die gesamte Technik des Bauteils in Form eines sog. Lead-Frames im Bodenteil des Gehäuses untergebracht werden. Es ist also ein Leitergitter von einem isolierenden Gehäuse umspritzt. Auf diese Weise ist der Drehimpulsgeber bzw. Signalgeber sehr einfach und niedrig bauend ausgeführt. Es kann somit auf einen herkömmlichen Aufbau mit zwei Leiterplatten, welche miteinander verbunden sind, verzichtet werden. Zumindest die obere von zwei Leiterplatten kann völlig entfallen. Zudem ist die untere durch ein Leitergitter ersetzt, die im Gehäuse eingebettet ist, so dass sich insgesamt ein kompakterer Aufbau ergibt.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung kann die drehbare Scheibe bspw. ein Flügelrad mit regelmäßig über den Umfang verteilten Durchbrüchen sein. Vorzugsweise weist hierbei die drehbare Scheibe mehrere, regelmäßig über den Umfang angeordnete Felder auf, die andere Reflexionseigenschaften aufweisen als die übrige Scheibenoberfläche. Bei dieser Variante weist der Drehimpulsgeber neben dem wenigstens einen optischen Sender wenigstens zwei optische Empfänger auf, so dass neben einem Verstellwert auch die Drehrichtung zweifelsfrei erkannt werden kann.
Wahlweise kann bei einer Variante des Drehimpulsgebers die drehbare Scheibe unregelmäßig segmentiert sein, so dass nur ein optischer Sender und ein optischer Empfänger ausreichend sein können. Aus einer Signalabfolge der Abtastung der unregelmäßig segmentierten Scheibe kann bei dieser Variante eine Drehrichtung des Stellgliedes errechnet werden.
Bei beiden Varianten sind die Empfänger- und Sendebauteile – typischerweise Sende- und Empfangsdioden – auf gleicher Ebene angeordnet. Die Sendediode strahlt schräg nach oben ab. Dieser Strahl wird an der hellen Innenseite des Gehäusedeckels bzw. direkt an der Scheibe reflektiert. Die Innenseite des Gehäusedeckels kann bspw. beschichtet sein. Infolge der Reflexion trifft der reflektierte Strahl auf die beiden Empfangsdioden. Beim Drehen des Drehschalters mittels des Knaufs ist jeweils eine Empfangsdiode oder beide Empfangsdioden komplett von einem Flügel des Flügelrads abgedeckt. In Abhängigkeit von der Abdeckung durch das Flügelrad kann der Drehimpulsgeber die Drehrichtung des Drehknebels ermitteln.
Neben dieser Flügelradvariante ist auch eine Variante mit segmentierter Scheibe möglich. Hierbei dient die Scheibe als Reflexionsfläche, so dass es notwendig ist, verschiedene Felder auf die Scheibe aufzubringen, die von den Empfängerdioden als unterschiedliche Helligkeitswerte erfassbar sind. Damit kann in gleicher Weise der Stellwert sowie die Drehrichtung erfasst werden. Durchbrüche sind bei dieser Variante nicht erforderlich.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Stellglied in mehreren Raststufen leicht einrasten kann, bspw. in 10, 20, 24 oder mehr Raststufen. Ein bekannter Rastmechanismus sieht bspw. eine federbelasteter Kugel vor, die in regelmäßig über den Verstellumfang verteilte Vertiefungen einrasten kann. Die Anzahl der Vertiefungen definiert die Anzahl der vorgesehenen Raststufen.
Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nun folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel dient und auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Gleiche Bauteile weisen dabei grundsätzlich gleiche Bezugszeichen auf und werden teilweise nicht mehrfach erläutert.
1 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung eines Drehimpulsgebers.
2 zeigt eine signalgebende Scheibe des Drehimpulsgebers entsprechend 1, die mit einem drehbaren Stellglied verbunden ist.
3 zeigt die im Gehäuse gelagerte Scheibe ohne Stellglied.
4 zeigt das Gehäuseunterteil mit einer beispielhaften Anordnung der optischen Sender- und Empfängerbauteile.
5 zeigt eine Ausführungsform eines Rastmechanismus.
Eine mögliche Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Drehimpulsgebers 10 wird in seinen Einzelkomponenten anhand der 1 bis 5 illustriert. Dabei zeigt die schematische Darstellung der 1 den Drehimpulsgeber 10 in einbaufertiger Form, wie er in elektrischen Geräten als Stellelement zum Einsatz kommen kann. Der Drehimpulsgeber 10 weist ein quaderförmiges, relativ flaches Gehäuse 12 auf, dessen Gehäuseoberseite 14 und dessen oberer Gehäusebereich 16 aus Kunststoff besteht. Der untere Gehäusebereich 18 mit dem Gehäuseboden besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel aus spritzgegossenem Kunststoff. Die aus Blech gefertigte Gehäuseoberseite 14 weist seitlich nach unten geführte Blechstreifen 20 auf, die insbesondere zur Verankerung des Drehimpulsgebers 10 an seinem Einbauort dienen, bspw. zum Verlöten des Bauteils auf einer Leiterplatte (nicht dargestellt). Wahlweise können die Blechstreifen 20 auch in korrespondierende Aussparungen einer Trägerwand geschoben und anschließend umgebogen werden, wodurch das Gehäuse 12 des Drehimpulsgebers 10 fixiert werden kann.
Ein drehbares Stellglied des Drehimpulsgebers 10 wird durch eine zylindrische Drehwelle 22 gebildet, die aus einem hohlzylindrischen Sockelabschnitt 24 ragt, der zur Führung der Drehwelle 22 und/oder zur spielfreien Fixierung des Gehäuses 12 durch Einbau in eine entsprechende Aussparung, bspw. einer Gerätefrontplatte dient. Am stirnseitigen Ende der Drehwelle 22 kann bspw. ein Drehknebel o. dgl. befestigt werden, der zur manuellen Betätigung des Drehimpulsgebers 10 sowie zur optischen Verkleidung der Drehwelle 22 dient. Zur Befestigung des Drehknebels (nicht dargestellt) ist eine Abflachung 26 am Umfang der ansonsten zylindrischen Drehwelle 22 vorgesehen.
Aus dem unteren Gehäusebereich 18 sind seitlich mehrere Kontaktfahnen 28 heraus geführt, die zur elektrischen Kontaktierung des Drehimpulsgebers 10 notwendig sind. Einerseits dienen die Kontaktfahnen 28 zur Stromversorgung des optischen Senders, bspw. einer Sendediode. Andererseits ist ein Signalabgriff notwendig, da aus den von den optischen Empfängern gelieferten elektrischen Signalen ein Verstellwert bzw. Verstellwinkel sowie die Drehrichtung der Drehwelle 22 errechnet wird.
Die schematische Darstellung der 2 zeigt den Drehimpulsgeber 10 entsprechend 1 mit abgenommenem oberen Gehäusebereich 16. Es fehlt auch die Gehäuseoberseite 14 aus Blech mit den daran befindlichen Blechstreifen 20 sowie dem daran angeordneten Sockelabschnitt 24. Dadurch wird der Aufbau des unteren Gehäuseabschnittes 18 sowie eine darin gelagerte und mit der Drehwelle 22 verbundene Scheibe 30 erkennbar, die regelmäßig über ihren Umfang verteilte Flügel 32 aufweist. Die Scheibe 30 kann in einer Gehäuseaussparung 34 rotieren, in deren Bodenbereich sich mehrere Felder 36 befinden, die in einem Eckabschnitt 38 der Gehäuseaussparung angeordnet sind. Die Felder 36 dienen zur Aufnahme der optischen Bauteile, die im Zusammenhang mit der Scheibe 30 für die Erfassung der Drehbewegungen und der Drehrichtung der Welle 22 notwendig sind.
Die schematische Darstellung der 3 zeigt den unteren Gehäuseabschnitt 18 mit der darin angeordneten Scheibe 30, die nun von der Drehwelle 22 getrennt ist. Mittig in der Scheibe 30 ist eine Kupplungsaussparung 40 erkennbar, in welche die aufgesetzte Drehwelle 22 zur spielfreien Übertragung der Stellbewegungen eingreifen kann.
Die schematische Darstellung der 4 zeigt schließlich den unteren Gehäuseabschnitt 18 mit abgenommener Scheibe, so dass die muldenförmige Gehäuseaussparung 34 mit den im Bodenbereich angeordneten Feldern 36 deutlich erkennbar wird. Das im äußeren Eckbereich befindliche Feld dient zur Aufnahme einer Licht nach oben abstrahlenden Sendediode 42, während die beiden anderen Felder zur Aufnahme einer ersten Empfangsdiode 44 sowie einer zweiten Empfangsdiode 46 vorgesehen sind. Die optischen Sende- und Empfangselemente 42, 44 und 46 sind erfindungsgemäß auf einem gemeinsamen Leitergitter, einem sog. Lead-Frame (nicht dargestellt) angeordnet, das im unteren Gehäuseabschnitt 18 eingebettet ist. Da der untere Gehäuseabschnitt 18 insbesondere aus Kunststoff bestehen kann, lässt sich das Leitergitter mit den darauf befindlichen optischen und sonstigen elektronischen Bauteilen in vorteilhafter Weise in einem Spritzgießprozess umspritzen und isolierend einbetten.
Die Anordnung der optischen Bauteile auf einer gemeinsamen Ebene unterhalb der mit den Flügeln 32 versehenen rotierenden Scheibe 30 ermöglicht die Erfassung der Drehbewegungen auf Basis der von den beiden optischen Empfängern 44 und 46 jeweils empfangenen optischen Signalen. Wahlweise können hierzu die Unterseite der Scheibe 30 und/oder die Innenseite des oberen Gehäuseabschnitts 16 reflektierend beschichtet und/oder mit heller Oberfläche versehen sein, so dass das vom optischen Sender 42 emittierte Licht in ausreichendem Maße reflektiert wird. Die Unterbrechungen des optischen Strahlengangs zwischen Senderdiode 42 und den beiden Empfängerdi oden 44 und 46 liefern diesen die notwendigen Helligkeitswerte, so dass sich aus den entsprechenden Signalen der Empfängerdioden 44 und 46 alle Drehbewegungen in Stellsignale jeweils gewünschter Art umsetzen lassen.
Die schematische Darstellung der 5 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines Rastmechanismus 48, der in Zusammenwirkung mit der Drehbewegung für eine mehr oder weniger feine Rastung der Drehbewegungen sorgen kann. Der Rastmechanismus 48 umfasst eine ringförmige Kulisse 50 mit nach innen weisenden Aussparungen zur Aufnahme von federbelasteten Kugeln 52, die jeweils an den Enden eines mit der Welle 22 drehfest verbundenen Balkens 54 angeordnet sind. Die Kugeln 52 werden durch innerhalb des Balkens 54 angeordnete Federn jeweils nach außen in die Aussparungen der Kulisse 50 gedrückt, so dass jede Raststufe gegen leichten Widerstand überwunden werden muss. Die ringförmige Kulisse 50 ist in geeigneter Weise drehfest in das Gehäuse 12 einzubetten.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Gedanken Gebrauch machen und deshalb ebenfalls in den Schutzbereich fallen.

10: Drehimpulsgeber
12: Gehäuse
14: Gehäuseoberseite
16: oberer Gehäuseabschnitt
18: unterer Gehäuseabschnitt
20: Blechstreifen
22: Drehwelle
24: Sockelabschnitt
26: Abflachung
28: Kontaktfahne
30: Scheibe
32: Flügel
34: Gehäuseaussparung
36: Felder
38: Eckabschnitt
40: Kupplungsaussparung
42: optischer Sender
44: optischer Empfänger
46: optischer Empfänger
48: Rastmechanismus
50: Kulisse
52: Kugel
54: Balken

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19641164 A1 [0004]
- DE 19724849 A1 [0004]

Claims

Drehimpulsgeber (10) zur Erfassung von Drehbewegungen und/oder der Drehrichtung eines Stellgliedes, insbesondere eines manuell betätigbaren Drehknebels, mit einer mit dem Stellglied gekoppelten segmentierten und/oder mit optisch erfassbaren Feldern versehenen Scheibe (30), der wenigstens ein optischer Sender (42) und wenigstens ein optischer Empfänger (44; 46) zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine optische Sender (42) und der wenigstens eine optische Empfänger (44; 46) auf einem Trägerbauteil angeordnet sind, das zumindest teilweise in einem Gehäuseabschnitt (18) eingebettet ist.
Drehimpulsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerbauteil eine Leiterplatte oder ein Leitergitter, insbesondere ein Lead-Frame ist.
Drehimpulsgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerbauteil zumindest teilweise vom Kunststoffmaterial des Gehäuses (12) umspritzt ist.
Drehimpulsgeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerbauteil am bzw. im Gehäuseboden (18) angeordnet ist.
Drehimpulsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Scheibe (30) ein Flügelrad mit regelmäßig über den Umfang verteilten Durchbrüchen ist.
Drehimpulsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Scheibe (30) mehrere, regelmäßig über den Umfang angeordnete Felder aufweist, die andere Reflexionseigenschaften aufweisen als die übrige Scheibenoberfläche.
Drehimpulsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei optische Empfänger (44, 46) vorgesehen sind.
Drehimpulsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Scheibe (30) unregelmäßig segmentiert ist, und dass ein optischer Empfänger (44; 46) vorgesehen ist.
Drehimpulsgeber nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Signalabfolge der Abtastung der unregelmäßig segmentierten Scheibe (30) eine Drehrichtung des Stellgliedes errechenbar ist.