DE20314275U1 - Neigungsaufnehmer - Google Patents

Description

Gebrauchsmusteranmeldung Fernsteuergeräte Kurt Oelsch GmbH. Jahnstraße 68+70, D-12347 Berlin Neigungsaufhehmer

Die Neuerung betrifft einen Neigungsaumehmer mit einem Gehäuse, einem flüssigkeitsgedämpften, mit einer Pendelwelle um eine Pendelachse schwenkbaren Pendel und einem auf die Drehbewegung des Pendels um die Pendelachse ansprechenden Winkelsensor.

Neigungsaumehmer sind Sensoren, die an Bauteilen. z.B. einem Kranausleger, angebracht werden und den Winkel liefern, den das Bauteil mit der Vertikalen bildet. Diese Winkel sind zusammen mit anderen Daten wie der Ausfahrlänge des Kranauslegers relevant für die Stabilität des Krans. Solche Neigungsaumehmer enthalten ein Pendel und einen Winkelgeber. Der Winkelgeber mißt die Lage des Pendels relativ zu einem Gehäuse. Das Pendel muß gedämpft werden, um stabile Meßwerte zu erhalten.

Der Winkelgeber ist bei bekannten Neigungsaumehmern ein Potentiometer, ein induktiver Geber oder ein optoelektronischer Geber. Zur Dämpfung kann eine Dämpfungsflüssigkeit dienen. Es sind aber auch Neigungsaumehmer mit einer Wirbelstromdämpfung bekannt.

Es sind weiterhin Sensoreinrichtungen zum Erfassen der Winkellage eines drehbaren Teils unter Verwendung von magentfelderzeugenden Mittel und eines auf die Richtung des Magnetfeldes ansprechenden Sensors sind in vielen verschiedenen Ausführungen bekannt. Eine solche Sensoreinrichtung ist dem Aufsatz "Magneto-resistive Sensorsysteme für Automobilanwendungen am Beispiel eines integrierten Winkelmeßsystems" von Dr. Klaus Dietmayer bekannt. An einer Stirnseite einer

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rotierenden Welle ist ein Permanentmagnet befestigt, welcher sich mit der Welle dreht. Gegenüber dem Permanentmagneten ist ein magneto-resistiver Sensor an einer Leiterplatte angeordnet. Der magneto-resistive Sensor enthält ferromagnetisches Material, dessen elektrischer Widerstand sich in Abhängigkeit von der Richtung des Magnetfeldes des Permanentmagneten ändert (magneto-resistiver Effekt). Dies wird zur Messung der Winkellage des Permanentmagneten und damit auch der Winkellage der Welle ausgenutzt. In einer nachgeschalteten Auswerteelektronik werden die elektrische Ausgangssignale des Sensors weiterverarbeitet und ausgewertet, so daß die Auswerteelektronik ein Signal als Maß für die Winkellage der Welle liefert.

Die Viskosität üblicher Dämpfungsflüssigkeiten ist stark temperaturabhängig. Das bringt Probleme mit sich, wenn die Neigungsaufnehmer unter stark unterschiedlichen klimatischen Bedingungen eingesetzt werden sollen. Es gibt Dämpfungsflüssigkeiten, deren Viskosität weitestgehend temperaturunabhängig ist oder jedenfalls eine sehr flache Charakteristik von Viskosität über Temperatur aufweisen. Jedoch sind solche Dämpfungsflüssigkeiten vergleichsweise teuer. Wirbelstromdämpfung erfordert wiederum einen starken Magneten. Ein solcher Magnet kann einen induktiven Winkelgeber beeinflussen. Insbesondere ist in Verbindung mit einem starken Magneten für die Dämpfung ein magneto-resistiver Sensor der vorstehend erwähnten Art nicht einsetzbar. Ein solcher Sensor bietet aber Vorteile insbesondere hinsichtlich der Genauigkeit. Es ist weiterhin für manche Anwendungen erwünscht, einen Neigungsaufnehmer mit möglichst geringen Abmessungen einsetzen zu können.

Der Neuerung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen kompakten aber dabei sehr genauen Neigungsaufhehmer zu schaffen.

Neuerungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

(a) das Gehäuse eine das Pendel enthaltene ersten Kammer und eine in Richtung der Pendelachse an die erste Kammer anschließende von dieser durch eine nichtmagnetisierbare Trennwand getrennte zweite Kammer aufweist,

(b) die Pendelwelle angrenzend an die Trennwand einen radial zur Pendelachse magnetisierten Dauermagneten trägt

(c) die erste Kammer mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllt ist,
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(d) in der von Dämpfungsflüssigkeit freien zweiten Kammer ein senkrecht zur Pendelachse eine Leiterplatte mit einem magneto-resistiven Sensor angeordnet ist.

Es sind somit in einem Gehäuse zwei Kammern gebildet. Die eine Kammer enthält das Pendel und eine Dämpfungsflüssigkeit. Die andere Kammer, die sehr flach ausgebildet sein kann, ist von Dämpfungsflüssigkeit frei und enthält eine Leiterplatte mit einem magneto-resistiven Sensor. Die Trennwand zwischen den Kammern besteht aus einem nicht-magnetisierbaren Material, z.B. Aluminium. Auf der Pendelwelle des Pendels sitzt ein diamatral magnetisierter Dauermagnet. Dieser Dauermaget wirkt durch die Trennwand hindurch auf den magneto-resistiven Sensor. Dieser magneto-resistive Sensor liefert einen Neigungswinkel mit hoher Genauigkeit. Diese Anordnung kann sehr klein und kompakt ausgeführt werden.

Ausgestaltungen der Neuerung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein Ausführungsbeispiel der Neuerung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Fig.l ist eine teilweise aufgebrochen gezeigte, perspektivische Darstellung eines

Neigungsaufnehmers.

Fig.2

zeigt einen vertikalen Längsschnitt durch den Neigungsaufnehmer.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt des Neigungsaufnehmers mit dem Lagerkörper und

dem Pendel senkrecht zur Pendelachse geschnitten.

Fig.4 zeigt eine Draufsicht des Neigungsaufnehmers, wobei die Abdeckung

teilweise weggebrochen ist.

Fig. 5 zeigt eine Einzelansicht des Lagerkörpers und des Pendels in Richtung der

Pendelachse gesehen.

Fig.6

ist eine Seitenansicht des Lagerkörpers und Pendels.

Fig.7

ist eine perspektivische Darstellung des Lagerkörpers und Pendels.

In Fig.l ist mit 10 das Unterteil eines im wesentlichen würfelförmigen Gehäuses bezeichnet. Das Unterteil 10 ist durch eine Abdeckung 12 (Fig.2 und 3) oben abgeschlossen. Das Gehäuse bildet eine erste Kammer 14 und eine zweite Kammer 16.

Die erste Kammer 14 ist von der zweiten Kammer durch eine Trennwand 18 aus nichtmagnetisierbarem Material getrennt. Im vorliegenden Fall ist das gesamte Gehäuseunterteil 10 einschließlich der Trennwand 18 als integrales Aluminium-Spritzgußteil hergestellt.

Die erste Kammer 14 ist seitlich begrenzt durch zwei parallele Seitenwände 20 und 22, die durch einen zylindrischen Wandungsteil 24 verbunden sind (Fig.3). Wie aus Fig.3 ersichtlich ist, schließen sich an die Seitenwände 20 und 22 in deren Verlängerung Wandungsabschnitte 26 und 28 an, die sich bis über die Tiefe des zylindrischen Wandungsteils erstrecken, so das insgesamt ein quaderförmiges Gehäuse entsteht. Der zylindrische Wandungsteil 24 ist um eine Pendelachse 30 gekrümmt. An den Stirnseiten ist die erste Kammer 14 einmal begrenzt durch die Stirnwand 32 des Unterteils 10 und zum anderen durch die Trennwand 18.

In die erste Kammer 14 des Unterteils 10 des Gehäuses ragt ein Lagerkörper 34 hinein. Der Lagerkörper 34 bildet eine Basisplatte 36 und einen Lagerteil 38. Der Lagerteil 38 weist zu den Seitenwänden 20 und 22 parallele Seitenflächen 40 und 42 auf, die durch eine zu der Pendelachse 30 koaxiale Zylinderfläche 44 auf. Zwischen dem Lagerteil 38 und der Basisplatte 36 weist der Lagerkörper 34 dachförmige Schrägflächen 46 und 48 auf. Durch den Lagerteil 38 des Lagerkörpers 34 erstreckt sich eine zu der Pendelachse 30 koaxiale Lagerbohrung 50. In der Lagerbohrung 50 sitzen im Abstand voreinander zwei reibungsarme Kugellager 52 und 54. In den Kugellagern 52 und 54 ist eine

Pendelwelle 56 gelagert. Die Basisplatte 36 des Lagerkörpers 34 hat doppel-T-förmige Grundform. An den beiden Seitenkanten sind vorstehende Nasen 56, 58, 60, 62 vorgesehen. Jede der Nasen 56, 58, 60, 62 weist auf der Innenseite eine Stufe 64 auf.

Auf den aus der Lagerbohrung herausragenden Enden der Pendelwelle 56 sind Seitenwangen 66 und 68 von kreissektorförmiger Grundform fest angebracht. Die Seitenwangen 66 und 68 sind Blechteile mit Verstärkungssicken 70. Zwischen den Seitenwangen erstreckt sich ein Pendelkörper 72. Der Pendelkörper 72 bildet einen Sektor eines dickwandigen Hohlzylinders, der um die Pendelachse 30 gekrümmt ist.

Die Stirnwand 32 weist an ihrem oberen Rand rechteckige Randausnehmungen 74 und 76 auf. Dort springt die Innenfläche der Stirnwand am oberen Rand zurück. Unterhalb dieser zurückspringenden Innenflächenteile sind rechteckige Auflageflächen 78 gebildet. In entsprechender Weise bildet die Trennwand 18 an ihrem oberen Rand Randausnehmungen 80 mit zurückspringenden Innenflächenteilen aus, von denen i Fig. 1 wegen der abgebrochenen Darstellung der Trennwand nur eine zu sehen ist, wobei unterhalb dieser zurückspringenden Innenflächenteile ebenfalls rechteckige Auflageflächen gebildet sind. In diese Randausnehmungen 74, 76 bzw. 80 greifen die Nasen 56, 58 bzw. 60 (62) der Basisplatte 36 des Lagerkörpers 34. Die Nasen 56, 58 und 60, 62 liegen dann auf den Auflageflächen, z.B. 78, auf. Die Flächen der Stufen 64 sichern die Lage des Lagerkörpers 34 in axialer und seitlicher Richtung, d.h. in Richtung der Pendelachse 30 und quer dazu. Die Tiefe der Randausnehmungen 74,76, 80 und die Dicke der Nasen 56, 58, 60, 62 ist so gewählt, daß die obere Fläche des Lagerkörpers 34 im wesentlichen in einer Ebene mit dem oberen Rand der Seitenwand 32 bzw. der Trennwand 18 liegt.

Die Trennwand 18 hat in einem unteren Bereich 82 und in Seitenbereichen 82 beiderseits der Pendelwelle 56 normale Dicke wie die übrigen Wände, z.B. 32, des Gehäuses. In einem Mittelbereich 86, der von der Pendelachse 30 durchstoßen wird, ist die Dicke der Trennwand vermindert, wie am besten aus Fig.2 ersichtlich ist. Auf der Pendelwelle sitzt ein diametral magnetisierter Dauermagnet 88. Der Dauermagnet 88 erzeugt durch die den Mittelbereich 86 der Trennwand 18 hindurch in der zweiten Kammer 16 ein radial zu der Pendelachse 30 verlaufendes Magnetfeld. Das Magnetfeld dreht sich mit dem

Dauermagneten 88 und damit mit der Pendelwelle 56. In der relativ flachen zweiten Kammer 16 sitzt eine Leiterplatte 90. Die Leiterplatte 90 ist in Nuten 92 der verlängerten Seitenwände 20 und 22 und eine Nut 94 am Boden der zweiten Kammer eingeschoben und wird parallel zu der Trennwand 18 gehalten. Wie am besten aus Fig.2 ersichtlich ist, ist auf der Leiterplatte 90 trennwandseitig ein magneto-resistiver Sensor 96 montiert. Der Sensor 96 fluchtet mit dem Dauermagneten 88 und ist von diesem nur durch den Mittelabschnitt 86 verminderter Dicke getrennt. Auf der entgegengesetzten Seite der Leiterplatte 90 ist die Signalverarbeitungs-Schaltung mit den Bauteilen 98 vorgesehen.

Die Stirnfläche 100 des Unterteils 10 des Gehäuses trägt eine Dichtung 102 zur Abdichtung der beiden Kammern 14 und 16 gegeneinander und nach außen. Auf das Unterteil 10 ist der Deckel oder die Abdeckung 12 aufgesetzt. Damit sind die Kammern 14 und 16 gegeneinander und gegen die Außenwelt abgedichtet. Die erste Kammer 14 ist mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllt. Die zweite Kammer ist flüssigkeitsfrei. Die Bewegung des Pendels mit der Pendelwelle wird über den Dauermagneten 88 magnetisch dem magneto-resistiven Sensor 96 übermittelt. Die Ausgangssignale der Signalverarbeitungs-Schaltung werden über einen Kabelanschluß 104 abgenommen.

Die Neuerung liefert einen Neigungsaufhehmer mit sehr kleinen Abmessungen und hoher Genauigkeit. Der Neigungsaufhehmer läßt sich auch besonders preisgünstig herstellen. Es ist daher möglich, mehrere solcher Neigungsaufhehmer zur Neigungsmessung um zwei Achsen und/oder zur redundanten Neigungsmessung zu kombinieren.

Die Konstruktion ist so, daß das freie Volumen der ersten Kammer bei voller Beweglichkeit des Pendels klein gehalten wird. Das macht es möglich, eine hochwertige Dämpfungsflüssigkeit zu verwenden, deren Viskositäts-Über-Temperatur-Charakteristik sehr flach verläuft. Die Dämpfung des Pendels ist daher weitestgehend temperaturunabhängig. Der Neigungsaufhehmer kann daher auch mit Flüssigkeitsdämpfung unter stark unterschiedlichen klimatischen Verhältnissen eingesetzt werden. Die Flüssigkeitsdämpfung gestattet wiederum die Verwendung magneto-resistiver Sensoren als Winkelgeber.

Claims (12)

1. Neigungsaufnehmer mit einem Gehäuse, einem flüssigkeitsgedämpften, mit einer Pendelwelle (56) um eine Pendelachse (30) schwenkbaren Pendel und einem auf die Drehbewegung des Pendels um die Pendelachse (30) ansprechenden Winkelsensor (96), dadurch gekennzeichnet daß

a) das Gehäuse eine das Pendel enthaltene ersten Kammer (14) und eine in Richtung der Pendelachse (30) an die erste Kammer (14) anschließende von dieser durch eine nicht-magnetisierbare Trennwand (18) getrennte zweite Kammer (16) aufweist,

b) die Pendelwelle (56) angrenzend an die Trennwand (18) einen quer zur Pendelachse (30) magnetisierten Dauermagneten (88) trägt

c) die erste Kammer (14) mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllt ist,

d) in der von Dämpfungsflüssigkeit freien zweiten Kammer (16) eine Leiterplatte (90) mit einem im wesentlichen senkrecht zur Pendelachse (30) angeordneten magneto-resistiven Sensor (96) vorgesehen ist.

2. Neigungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die erste Kammer (14) ein Paar von gegenüberliegenden, parallelen Seitenwänden (20, 22) aufweist, die durch einen zylindrischen, um die Pendelachse (30) gekrümmten Wandungsteil (24) miteinander verbunden sind,

b) die erste Kammer (14) weiterhin durch die Trennwand (18) und eine zu der Pendelachse (30) senkrechte, ebene Stirnwand (32) des Gehäuses begrenzt ist und

c) das Pendel einen zylindrischen, ebenfalls um die Pendelachse (30) gekrümmten Pendelkörper (72) aufweist.

3. Neigungsaufnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pendelkörper (72) sich mit Spiel längs des gekrümmten Wandungsteils (24) und zwischen der Stirnwand (32) und der Trennwand (18) erstreckt.

4. Neigungsaufnehmer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die erste Kammer (16) von der dem zylindrischen Wandungsteil (24) entgegengesetzten, Seite her ein Lagerkörper (34) eingesetzt ist, der in einer zur Pendelachse (30) koaxialen Lagerbohrung (50) reibungsarme Wälzlager (52, 54) zur Lagerung der Pendelwelle (56) enthält.

5. Neigungsaufnehmer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Lagerkörper (34) eine Basisplatte (36) bildet, die in Randausnehmungen (74, 76; 80) auf den Innenseiten der Trennwand (18) und einer zu der Pendelachse (30) senkrechten, ebenen Stirnwand (32) des Gehäuses eingesetzt ist,

b) der Lagerkörper (34) weiterhin einen Lagerteil (38) mit zu den Seitenwänden (20, 22) der ersten Kammer (14) parallelen Seitenflächen (40, 42) aufweist, die durch eine zu der Pendelachse (30) koaxiale Zylinderfläche (44) verbunden sind, wobei sich die Lagerbohrung (50) durch den Lagerkörper (34) erstreckt, und

c) der Lagerkörper (34) zwischen Basisplatte (36) und Lagerteil (38) dachförmige Schrägflächen (46, 48) aufweist.

6. Neigungsaufnehmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Pendelkörper (72) zwischen Seitenwangen (66, 68) von kreissektorförmiger Grundform gehalten ist, die mit der Pendelwelle (56) fest verbunden sind und sich zwischen den Stirnflächen des Lagerkörpers (34) und den Stirnwänden der ersten Kammer (14) erstrecken.

7. Neigungsaufnehmer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Trennwand (18) in einem von der Pendelachse (30) durchstoßenen Mittelbereich (86) oberhalb eines unteren Bereiches (82) und zwischen zwei Seitenbereichen (84) eine verminderte Dicke besitzt,

b) die Randausnehmungen (74, 76; 80) zur Aufnahme der Basisplatte (36) in der Stirnwand (32) des Gehäuses und den Seitenbereichen (84) der Trennwand (18) gebildet sind.

8. Neigungsaufnehmer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisplatte (36) doppel-T-förmige Grundform mit an gegenüberliegenden Seitenkanten vorstehenden Nasen (56, 58, 60, 62) besitzt, welche in den Randausnehmungen (74), gehalten sind.

9. Neigungsaufnehmer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nasen (56, 58, 60, 62) auf den einander zugewandten Innenseiten Stufen (64) bilden.

10. Neigungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (16) im Vergleich zu der ersten Kammer (14) geringe axiale Abmessungen besitzt und in den Seitenwänden (20, 22) und dem Boden Nuten (92, 94) aufweist, in welche die Leiterplatte (90) eingeschoben ist.

11. Neigungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (14, 16) über Dichtungen (102) durch eine Deckplatte (12) abgedeckt sind.

12. Neigungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (14) mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllt ist, deren Viskosität weitgehend temperaturunabhängig ist.