DE29705744U1 - Manual angle encoder - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen handbetätigten Winkelgeber mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.The invention relates to a manually operated angle sensor with the features of the preamble of claim 1.
Bei einem bekannten Winkelgeber dieser Art (DE 43 11 496 C2) ist das Geberelement eine Scheibe, deren äußere Randzone durch Zungen gebildet wird, die derart umgebogen sind, daß sie auf einem Teil ihrer Länge in einer zur Drehachse des Geberelements konzentrischen Zylinderfläche liegen. Konzentrisch zu dieser Zylinderfläche und in geringerem radialem Abstand von ihr in Umfangsrichtung sind im Wechsel aufeinanderfolgende Nord- und Südpole eines dem zweiten Teil des Rastmechanismus zugeordneten Magneten vorgesehen.In a known angle sensor of this type (DE 43 11 496 C2), the sensor element is a disk whose outer edge zone is formed by tongues that are bent in such a way that they lie over part of their length in a cylindrical surface that is concentric with the axis of rotation of the sensor element. Concentric with this cylindrical surface and at a smaller radial distance from it in the circumferential direction, alternating north and south poles of a magnet assigned to the second part of the locking mechanism are provided.
Nachteilig bei einer derartigen Anordnung ist, daß sie bei vorgegebener Teilung eine bestimmte Mindestgröße, die aufgrund des erforderlichen Polabstandes fest vorgegeben ist, aufweist.The disadvantage of such an arrangement is that, for a given pitch, it has a certain minimum size, which is fixed due to the required pole spacing.
Aus der DE 44 36 724 A1 ist ferner ein elektronischer Positionsgeber mit einem magnetischen Rastsystem bekannt, bei dem die Magnetverrastung mindestens drei zueinander koaxiale wechselweise wellen- und trägerfeste, jeweils über den gesamten Scheibenumfang radial genutete Magnetrastscheiben enthält.From DE 44 36 724 A1, an electronic position sensor with a magnetic locking system is also known, in which the magnetic locking system contains at least three magnetic locking disks that are coaxial to one another, alternately fixed to the shaft and the carrier, and each have radial grooves over the entire disk circumference.
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Nachteilig bei dieser Ausgestaltung ist, daß die Anziehungskraft zwischen den einzelnen Magnetrastscheiben durch axialen Versatz verringert wird. Somit sind nur geringe Toleranzen bei der Fertigung möglich.The disadvantage of this design is that the attraction force between the individual magnetic locking disks is reduced by axial offset. This means that only small tolerances are possible during production.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen handbetätigten Winkelgeber zu schaffen, der bei gleicher Teilung kleiner baut und zudem realtiv große Einbautoleranzen zuläßt, ohne in seiner Funktion beeinträchtigt zu sein.The invention is therefore based on the object of creating a manually operated angle sensor which is smaller in size with the same division and also allows relatively large installation tolerances without impairing its function.
Diese Aufgabe löst ein Winkelgeber mit den Merkmalen des Anspruches 1.This task is solved by an angle sensor with the features of claim 1.
Die axiale Anordnung der Nord-Südpole ermöglicht eine Miniaturisierung, insbesondere in radialer Richtung. Dabei ist der Durchmesser des Winkelgebers unabhängig von Mindestabständen unterschiedlicher Pole.The axial arrangement of the north-south poles enables miniaturization, especially in the radial direction. The diameter of the angle sensor is independent of the minimum distances between different poles.
Besonders kostengünstig ist die Verwendung eines einzigen Permanentmagneten. Ein Montagefehler aufgrund falscher Einbaurichtung kann bei dieser Ausgestaltung nicht vorkommen.The use of a single permanent magnet is particularly cost-effective. An assembly error due to incorrect installation direction cannot occur with this design.
Besonders gut zur Miniaturisierung geeignet sind beidseitig des Permanentmagneten angeordnete Zahnscheiben und zu diesen korrespondierende Scheiben, beispielsweise durch ein Rohr miteinander verbunden sind. Dabei bestehen die Zahnscheiben, die Scheiben und deren Verbindungselement aus einem Material, das den magnetischen Fluß gut leitet. Aufgrund der Kontur der Zähne variiert der Luftspalt zwischen Zahnscheiben und Scheiben, wobei der magnetische Fluß und somit die Anziehung der Zähne der Zahnscheiben und Scheiben am größten ist, wenn sich die Zähne direkt gegenüberliegen.Particularly well suited to miniaturization are toothed disks arranged on both sides of the permanent magnet and corresponding disks connected to each other, for example by a tube. The toothed disks, the disks and their connecting element are made of a material that conducts the magnetic flux well. Due to the contour of the teeth, the air gap between the toothed disks and disks varies, with the magnetic flux and thus the attraction of the teeth of the toothed disks and disks being greatest when the teeth are directly opposite each other.
Es können beide Pole mit jeweils einer Zahnscheibe verbunden sein, wobei die korrespondierenden Scheiben in radialem Abstand angeordnet sind. Es ist aber auch möglich, daß nur einer der beiden Pole mit einer Zahnscheibe verbundenBoth poles can be connected to a toothed disk, whereby the corresponding disks are arranged at a radial distance. However, it is also possible that only one of the two poles is connected to a toothed disk.
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ist und nur eine korrespondierende Scheibe in radialem Abstand vorgesehen ist. Gegenüber dem anderen Pol ist dann in axialem Abstand eine zahnlose Scheibe angeordnet, die zur Zahnscheibe korrespondierende Scheibe über ein Verbindungselement in magnetisch leitender Verbindung steht. Die zahnlose Scheibe kann dabei ein einzelnes Bauteil sein oder mit dem Verbindungselement in der Art eines Topfes einstückig ausgebildet sein.and only one corresponding disk is provided at a radial distance. A toothless disk is then arranged at an axial distance from the other pole, and the disk corresponding to the toothed disk is in a magnetically conductive connection via a connecting element. The toothless disk can be a single component or can be formed in one piece with the connecting element in the manner of a pot.
Die Zähnezahl hundert ermöglicht eine besonders gute Handhabung des Winkelgebers zur schnellen und genauen Einstellung oder Eingabe, beispielsweise von Koordinaten bei einer CNC-Steuerung. Weitere bevorzugte Zähnezahlen sind sechzehn, zweiunddreißig, fünfzig oder sechzig, jedoch sollte die Zähnezahl im Bereich zehn bis hundertsechzig liegen, um eine gute Handhabung zu gewährleisten.The number of teeth of one hundred enables particularly good handling of the angle encoder for quick and precise setting or input, for example of coordinates in a CNC control. Other preferred numbers of teeth are sixteen, thirty-two, fifty or sixty, but the number of teeth should be in the range of ten to one hundred and sixty to ensure good handling.
Besonders kompakt wird der Winkelgeber, wenn der Rastmechanismus direkt im EinsteNrad vorgesehen ist.The angle sensor becomes particularly compact if the locking mechanism is provided directly in the adjustment wheel.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Further advantageous embodiments can be found in the subclaims.
Im folgenden ist die Erfindung anhand zweier in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert. Es zeigenThe invention is explained in detail below using two embodiments shown in the drawings.
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel, Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie ll-ll von Fig. 1, Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel.Fig. 1 shows a longitudinal section through a first embodiment, Fig. 2 shows a cross section along the section line II-II of Fig. 1, Fig. 3 shows a longitudinal section through a second embodiment.
Fig. 1 zeigt einen handbetätigten Winkelgeber 1 mit einem Einstellrad 3, das mittels einer Welle 5 an einem Gehäuse 7 außenseitig angebracht und gelagertFig. 1 shows a manually operated angle sensor 1 with an adjustment wheel 3, which is attached and supported on the outside of a housing 7 by means of a shaft 5.
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ist. In der Gesamtheit werden sämtliche mittels der Welle 5 drehbar gelagerten Teile als Geberelement 8 bezeichnet. Das Gehäuse 7 weist einen Gehäusedekkel 9 und ein topfförmiges Unterteil 11 auf. Der Gehäusedeckel 9 ragt unter Bildung eines rotationssymmetrischen Flansches 13 seitlich über das Unterteil 11 hinaus. Mit Hilfe des Flansches 13 kann der Winkelgeber 1 beispielsweise in einer Schalttafel oder Tastatur befestigt werden.is. In its entirety, all the parts that are rotatably mounted by means of the shaft 5 are referred to as the encoder element 8. The housing 7 has a housing cover 9 and a pot-shaped lower part 11. The housing cover 9 protrudes laterally beyond the lower part 11, forming a rotationally symmetrical flange 13. With the help of the flange 13, the angle encoder 1 can be fastened, for example, in a control panel or keyboard.
Der Gehäusedeckel 9 hat in Richtung des Gehäuseinnenraums 15 eine scheibenförmige Verstärkung 17, deren Außenkontur im wesentlichen der Öffnungsform des Unterteils 11 entspricht. In entgegegesetzter Richtung hat der Gehäusedeckel 9 eine weitere scheibenförmige Verstärkung 19. in der Mitte des Gehäusedeckels 9 ist eine senkrecht durch die Verstärkungen 17 und 19 verlaufende Durchgangsbohrung 21 vorgesehen, in der die Welle 5 mittels Lager 23 und 25 radial und axial gelagert ist.The housing cover 9 has a disk-shaped reinforcement 17 in the direction of the housing interior 15, the outer contour of which essentially corresponds to the opening shape of the lower part 11. In the opposite direction, the housing cover 9 has another disk-shaped reinforcement 19. In the middle of the housing cover 9, a through-hole 21 is provided, running vertically through the reinforcements 17 and 19, in which the shaft 5 is mounted radially and axially by means of bearings 23 and 25.
Ein Rohr 27 bildet mit seiner Außenseite 29 die Verlängerung der Außenkontur des Zylinders der Verstärkung 19. Auf der Innenseite 31 des Rohres 27 sind in axialem Abstand voneinander zwei Scheiben 33 und 35 mit übereinstimmenden Innenverzahnungen 37 und 39 ohne Winkelversatz angeordnet.A tube 27 forms with its outer side 29 the extension of the outer contour of the cylinder of the reinforcement 19. On the inner side 31 of the tube 27, two disks 33 and 35 with matching internal teeth 37 and 39 are arranged at an axial distance from one another without angular offset.
Am aus dem Gehäuse 7 ragenden Ende 41 der Welle 5 ist ein rotationssymmetrisches Teil 43 beispielsweise durch Aufschrumpfen oder Einkleben angebracht, das an seinem Umfang einen Permanentmagneten 45 und zwei gleiche Zahnscheiben 47 und 49 mit Außenverzahnungen 51 und 53 trägt. Die erste Zahnscheibe 47 ist auf der dem Gehäuse 7 zugewandten Seite, die zweite Zahnscheibe 49 der dem Gehäuse 7 abgewandten Seite des Permanentmagneten 45 ohne Winkelversatz bezüglich der ersten Zahnscheibe 47 angeordnet. Der Abstand der beiden Zahnscheiben 47 und 49 entspricht der Dicke des Permanentmagneten 45 und bestimmt auch den Abstand der beiden Scheiben 33 und 35, die jeweils konzentrisch um die Zahnscheiben 47 bzw. 49 angeord-A rotationally symmetrical part 43 is attached to the end 41 of the shaft 5 protruding from the housing 7, for example by shrinking or gluing, which has a permanent magnet 45 and two identical toothed disks 47 and 49 with external teeth 51 and 53 on its circumference. The first toothed disk 47 is arranged on the side of the permanent magnet 45 facing the housing 7, the second toothed disk 49 on the side facing away from the housing 7, without an angular offset with respect to the first toothed disk 47. The distance between the two toothed disks 47 and 49 corresponds to the thickness of the permanent magnet 45 and also determines the distance between the two disks 33 and 35, which are each arranged concentrically around the toothed disks 47 and 49 respectively.
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net sind, wobei zwischen den Kopfkreisen der Innenverzahnungen 37, 39 der Scheiben 33,35 und den Außenverzahnungen 51, 53 der Zahnscheiben 47, 49 jeweils ein geringer radialer Abstand besteht.net, whereby there is a small radial distance between the tip circles of the internal teeth 37, 39 of the disks 33,35 and the external teeth 51, 53 of the toothed disks 47, 49.
Die Zähnezahl der Zahnscheiben 47 und 49 stimmt mit der Zähnezahl der innenverzahnung 37 und 39 der Scheiben 33 und 35 überein. Dabei kann die Zähnezah! der Zahnscheiben 47 und 49 und der Scheiben 33 und 35 frei gewählt werden, jedoch ist die Zähnezah] hundert besonders gut geeignet. Zur vereinfachten Darstellung sind in Fig. 2 nur 16 Zähne dargestellt.The number of teeth on the toothed disks 47 and 49 corresponds to the number of teeth on the internal teeth 37 and 39 on the disks 33 and 35. The number of teeth on the toothed disks 47 and 49 and on the disks 33 and 35 can be freely selected, but the number of teeth 100 is particularly suitable. For the sake of simplicity, only 16 teeth are shown in Fig. 2.
Die Zahnscheiben 47 und 49 wie auch die Scheiben 33 und 35 und das Rohr 27 bestehen aus einem Material, das den magnetischen Fluß, der vom Permanentmagneten 45 ausgeht, gut leitet.The toothed disks 47 and 49 as well as the disks 33 and 35 and the tube 27 are made of a material that conducts the magnetic flux emanating from the permanent magnet 45 well.
Der Permanentmagnet 45 bildet zusammen mit den Zahnscheiben 47 und 49, sowie den Scheiben 33 und 35 und dem Rohr 27 einen Rastmechanismus. Dabei stellt der Permanentmagnet 45 mit den Zahnscheiben 47 und 49 eine Art Hufeisenmagnet und die Scheiben 33 und 35 mit dem Rohr 27 eine Art Joch dar, das aufgrund des magnetischen Flusses um so stärker angezogen wird, je kleiner der radiale Abstand, d.h. der Luftspalt zwischen der Scheibe 33 und der Zahnscheibe 47 bzw. der Scheibe 35 und der Zahnscheibe 49 ist. Dieser radiale Abstand ist am kleinsten, wenn sich die Zähne der Scheiben 33, 35 und der Zahnscheiben 47, 49 direkt gegenüberliegen. Aufgrund der Vielzahl der magnetischen Kreise, die der Zähnezahl der Scheiben 33, 35 und der Zahnscheiben 47, 49 entspricht, ist die Anziehungskraft zwischen der Gesamtheit der Hufeisenmagnete und Joche in der in Fig. 2 dargestellten Stellung relativ hoch, auch wenn das Rastmoment der einzelnen magnetischen Kreise gering ist.The permanent magnet 45 forms a locking mechanism together with the toothed disks 47 and 49, as well as the disks 33 and 35 and the tube 27. The permanent magnet 45 with the toothed disks 47 and 49 form a kind of horseshoe magnet and the disks 33 and 35 with the tube 27 form a kind of yoke, which is attracted more strongly due to the magnetic flux the smaller the radial distance, i.e. the air gap between the disk 33 and the toothed disk 47 or the disk 35 and the toothed disk 49. This radial distance is smallest when the teeth of the disks 33, 35 and the toothed disks 47, 49 are directly opposite each other. Due to the large number of magnetic circuits, which corresponds to the number of teeth on the disks 33, 35 and the toothed disks 47, 49, the force of attraction between the entirety of the horseshoe magnets and yokes in the position shown in Fig. 2 is relatively high, even if the cogging torque of the individual magnetic circuits is low.
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Am im Gehäuseinnenraum 15 befindlichen Ende 55 der Welle 5 ist eine runde Codescheibe 57 angebracht. Zur Vergrößerung der Aniagefläche zwischen Codescheibe 57 und der Welle 5 ist konzentrisch zur Welle 5 an deren Ende 55 ein Ring 59 angeordnet, der auf seiner an der Codescheibe 57 zugewandten Seite zusammen mit dem Ende 55 eine plane Fläche bildet.A round code disk 57 is attached to the end 55 of the shaft 5 located in the housing interior 15. To increase the contact surface between the code disk 57 and the shaft 5, a ring 59 is arranged concentrically to the shaft 5 at the end 55 of the shaft 5, which ring forms a flat surface together with the end 55 on its side facing the code disk 57.
An der Verstärkung 17 ist im Gehäuseinnenraum 15 eine Gabel 61 mit einer Ausnehmung 63 angebracht. In diese Ausnehmung 63 ragt ein Randbereich der Codescheibe 57. Als Sensor, der bei jeder Drehung der Welle 5 in die nächste Rastposition ein impulsartiges Signal erzeugt, kann in der Gabel 61 eine Lichtschranke vorgesehen sein. Wenn der Sensor ein impulsartiges Signal erzeugt, so kann der Winkelgeber 1 auch als inkrementaler Positionsgeber verwendet werden. Auf der Unterseite der Gabel 61 ist eine Leiterplatte 65 angeordnet, die mittels eingebauten Chip entweder die Meßergebnisse der Abtastung selbst umwandelt und dadurch eine entsprechende Winkelstellung der Zahnscheiben 47 und 49 zu den feststehenden Scheiben 33 und 35 ermittelt. Alternativ dazu können die Abtastsignale an eine externe Auswertevorrichtung weitergeleitet werden.A fork 61 with a recess 63 is attached to the reinforcement 17 in the housing interior 15. An edge area of the code disk 57 protrudes into this recess 63. A light barrier can be provided in the fork 61 as a sensor that generates a pulse-like signal every time the shaft 5 rotates to the next locking position. If the sensor generates a pulse-like signal, the angle sensor 1 can also be used as an incremental position sensor. A circuit board 65 is arranged on the underside of the fork 61, which either converts the measurement results of the scanning itself using a built-in chip and thereby determines a corresponding angular position of the toothed disks 47 and 49 in relation to the fixed disks 33 and 35. Alternatively, the scanning signals can be forwarded to an external evaluation device.
Die Abdeckung der aus dem Gehäuse 7 ragenden Teile erfolgt mitteis eines an der dem Gehäuse 7 abgewandten Seite des Teiles 43 angebrachten haubenartigen Teiles 67 des Einstellrades 3. Dieses haubenartige Teil 67 dient gleichzeitig zur Verdrehung der mit der Welle verbundenen Teile und somit der Positionseingabe von Hand.The parts protruding from the housing 7 are covered by a hood-like part 67 of the adjustment wheel 3, which is attached to the side of the part 43 facing away from the housing 7. This hood-like part 67 also serves to rotate the parts connected to the shaft and thus to enter the position manually.
Fig. 3 zeigt einen zweiten handbetätigten Winkelgeber 101, dessen Aufbau im wesentlichen mit dem des ersten Ausführungsbeispiels vergleichbar ist. Der wesentliche Unterschied besteht darin, daß der Permanentmagnet 145 nicht mit der Welle 105, sondern mit dem Gehäuse 107 verbunden ist. Dementsprechend sind auch die Zahnscheiben 147 und 149 ortsfest, wohingegen dieFig. 3 shows a second hand-operated angle sensor 101, the structure of which is essentially comparable to that of the first embodiment. The main difference is that the permanent magnet 145 is not connected to the shaft 105, but to the housing 107. Accordingly, the toothed disks 147 and 149 are also stationary, whereas the
Scheiben 133 und 135 mit dem Einstellrad 103 verbunden sind. Der Rastmechanismus funktioniert entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei jedoch die bewegten und die stationären Teile vertauscht sind.Discs 133 and 135 are connected to the adjustment wheel 103. The locking mechanism functions in the same way as the first embodiment, but the moving and stationary parts are swapped.
Das dritte Ausführungsbeispie! eines Winkelgebers 201 stimmt im wesentlichen mit dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel überein. Der mit dem Gehäuse 207 verbundene Permanentmagnet 245 ist am Südpol mit einer Zahnscheibe 247 verbunden. Dieser Zahnscheibe 247 ist in radialem Abstand eine korrespondierende Scheibe 235 mit entsprechender Zähnezahl angeordnet, welche mit dem Einstellrad 203 verbunden ist. Gegenüber dem Nordpol ist in axialem Abstand eine zahnlose Scheibe 233 angeordnet. Diese zahnlose Scheibe 233 steht über ein rohrförmiges Verbindungselement 227 mit der zur Zahnscheibe 247 korrespondierenden Scheibe 235 in magnetisch leitender Verbindung, womit der magnetische Fluß geschlossen ist. Die zahnlose Scheibe 233 und das rohrförmige Verbindungselement 227 sind im Ausführungsbeispiel einstückig ausgebildet, weisen also die Form eines Topfes auf.The third embodiment of an angle sensor 201 is essentially the same as the first and second embodiments. The permanent magnet 245 connected to the housing 207 is connected to a toothed disk 247 at the south pole. A corresponding disk 235 with the corresponding number of teeth is arranged at a radial distance from this toothed disk 247, which is connected to the setting wheel 203. A toothless disk 233 is arranged at an axial distance from the north pole. This toothless disk 233 is in a magnetically conductive connection to the disk 235 corresponding to the toothed disk 247 via a tubular connecting element 227, which closes the magnetic flux. The toothless disk 233 and the tubular connecting element 227 are formed in one piece in the embodiment, i.e. have the shape of a pot.
Die Abtastung der Winkelstellung kann in Abwandlung der Ausführungsbeispiele außerhalb des Gehäuses 7, 107 innerhalb des haubenartigen Teiles 67 erfolgen. Hierfür kann eine der Zahnscheiben 47, 49 bzw. der Scheiben 133, 135, 235 verwendet werden.In a modification of the embodiments, the angular position can be sensed outside the housing 7, 107 within the hood-like part 67. One of the toothed disks 47, 49 or disks 133, 135, 235 can be used for this purpose.
Claims (9)
gleich hundertsechzig ist.4. Angle sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the number of teeth of the toothed disks (47, 49; 147, 149; 247) and disks (33, 35; 133, 135; 235) is greater than or equal to ten and less than or
is equal to one hundred and sixty.
(3; 103; 203) angeordnet ist.5. Angle sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the locking mechanism is arranged in a setting wheel serving for manual operation
(3; 103; 203) is arranged.
Geberelements (8) ist, wobei die Codescheibe (57) vom Sensor abgetastet wird.7. Angle sensor according to claim 6, characterized in that a code disk (57) is provided in the housing interior (15), which is part of the
encoder element (8), wherein the code disk (57) is scanned by the sensor.
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Family Applications Before (1)
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|---|---|---|---|
| DE19627089A Expired - Lifetime DE19627089C1 (en) | 1996-07-05 | 1996-07-05 | Manually-operated angle indicator for electronic position transmitter |
Family Applications After (1)
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|---|---|---|---|
| DE59705899T Expired - Lifetime DE59705899D1 (en) | 1996-07-05 | 1997-06-12 | Manually operated angle encoder with radial magnetic locking |
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| DE19922638A1 (en) * | 1999-05-18 | 2000-11-23 | Euchner Gmbh & Co | Input device for a controller such as a hand-operated position transmitter includes a removable transmitter element with a number of permanent magnets to set spacing for a catch. |
| DE10130101B4 (en) * | 2001-06-21 | 2007-10-18 | Euchner Gmbh + Co. Kg | Device for increasing the actuating force of an angle sensor and angle encoder with such a device |
| DE10212992A1 (en) * | 2002-03-22 | 2003-10-09 | Siemens Ag | Control element, in particular for motor vehicle air conditioning systems |
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- 1997-06-12 DE DE59705899T patent/DE59705899D1/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE10158682B4 (en) | 2001-11-30 | 2021-10-07 | Ebe Elektro-Bau-Elemente Gmbh | Rastwerk, in particular for electrical switches |
Also Published As
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|---|---|
| DE59705899D1 (en) | 2002-01-31 |
| DE19627089C1 (en) | 1997-08-28 |
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