DE19627089C1 - Handbetätigter Winkelgeber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen handbetätigten Winkelgeber mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.

Bei einem bekannten Winkelgeber dieser Art (DE 43 11 496 C2) ist das Geber­ element eine Scheibe, deren äußere Randzone durch Zungen gebildet wird, die derart umgebogen sind, daß sie auf einem Teil ihrer Länge in einer zur Dreh­ achse des Geberelements konzentrischen Zylinderfläche liegen. Konzentrisch zu dieser Zylinderfläche und in geringerem radialem Abstand von ihr in Um­ fangsrichtung sind im Wechsel aufeinanderfolgende Nord- und Südpole eines dem zweiten Teil des Rastmechanismus zugeordneten Magneten vorgesehen.

Nachteilig bei einer derartigen Anordnung ist, daß sie bei vorgegebener Teilung eine bestimmte Mindestgröße, die aufgrund des erforderlichen Polabstandes fest vorgegeben ist, aufweist.

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.

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.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen handbetätigten Winkel­ geber zu schaffen, der bei gleicher Teilung kleiner baut und zudem realtiv große Einbautoleranzen zu läßt, ohne in seiner Funktion beeinträchtigt zu sein.

Diese Aufgabe löst ein Winkelgeber mit den Merkmalen des Anspruches 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.

Besonders kostengünstig ist die Verwendung eines einzigen Permanentmagne­ ten. Ein Montagefehler aufgrund falscher Einbaurichtung kann bei dieser Ausge­ staltung nicht vorkommen.

Besonders gut zur Miniaturisierung geeignet sind beidseitig des Permanentmag­ neten 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 Materi­ al, das den magnetischen Fluß gut leitet. Aufgrund der Kontur der Zähne vari­ iert 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.

Die Zähnezahl hundert ermöglicht eine besonders gute Handhabung des Winkelgebers zur schnellen und genauen Einstellung oder Eingabe, beispiels­ weise von Koordinaten bei einer CNC-Steuerung. Weitere bevorzugte Zähne­ zahlen sind sechzehn, zweiunddreißig, fünfzig oder sechzig, jedoch sollte die Zähnezahl im Bereich zehn bis hundertsechzig liegen, um eine gute Handha­ bung zu gewährleisten.

Besonders kompakt wird der Winkelgeber, wenn der Rastmechanismus direkt im Einstellrad vorgesehen ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Im folgenden ist die Erfindung anhand zweier in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie II-II von Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt einen handbetätigten Winkelgeber 1 mit einem Einstellrad 3, das mittels einer Welle 5 an einem Gehäuse 7 außenseitig angebracht und gelagert ist. In der Gesamtheit werden sämtliche mittels der Welle 5 drehbar gelagerten Teile als Geberelement 8 bezeichnet. Das Gehäuse 7 weist einen Gehäusedeckel 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.

Der Gehäusedeckel 9 hat in Richtung des Gehäuseinnenraums 15 eine schei­ benförmige Verstärkung 17, deren Außenkontur im wesentlichen der Öffnungs­ form des Unterteils 11 entspricht. In entgegegesetzter Richtung hat der Gehäu­ sedeckel 9 eine weitere scheibenförmige Verstärkung 19. In der Mitte des Gehäusedeckels 9 ist eine senkrecht durch die Verstärkungen 17 und 19 ver­ laufende Durchgangsbohrung 21 vorgesehen, in der die Welle 5 mittels Lager 23 und 25 radial und axial gelagert ist.

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 übereinstimmen­ den Innenverzahnungen 37 und 39 ohne Winkelversatz angeordnet.

Am aus dem Gehäuse 7 ragenden Ende 41 der Welle 5 ist ein rotationssymme­ trisches Teil 43 beispielsweise durch Aufschrumpfen oder Einkleben an­ gebracht, 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 Permanentmagne­ ten 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 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.

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 Zähnezahl der Zahnscheiben 47 und 49 und der Scheiben 33 und 35 frei gewählt werden, jedoch ist die Zähnezahl hundert besonders gut geeignet. Zur vereinfachten Darstellung sind in Fig. 2 nur 16 Zähne dargestellt.

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 Perma­ nentmagneten 45 ausgeht, gut leitet.

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 Zahn­ scheiben 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.

Am im Gehäuseinnenraum 15 befindlichen Ende 55 der Welle 5 ist eine runde Codescheibe 57 angebracht. Zur Vergrößerung der Anlagefläche 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.

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 Licht­ schranke 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.

Die Abdeckung der aus dem Gehäuse 7 ragenden Teile erfolgt mittels eines an der dem Gehäuse 7 abgewandten Seite des Teiles 43 angebrachten hauben­ artigen Teiles 67 des Einstellrades 3. Dieses haubenartige Teil 67 dient gleich­ zeitig zur Verdrehung der mit der Welle verbundenen Teile und somit der Positionseingabe von Hand.

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. Dement­ sprechend sind auch die Zahnscheiben 147 und 149 ortsfest, wohingegen die Scheiben 133 und 135 mit dem Einstellrad 103 verbunden sind. Der Rastme­ chanismus funktioniert entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei jedoch die bewegten und die stationären Teile vertauscht sind.

Die Abtastung der Winkelstellung kann ebenfalls außerhalb des Gehäuses 7, 107 innerhalb des haubenartigen Teiles 67 erfolgen. Hierfür kann eine der Zahnscheiben 47, 49, 133, 135 verwendet werden.

Claims (7)

1. Handbetätigter Winkelgeber mit einem drehbar gelagerten und manuell bewegbaren Geberelement (8), einem dieses abtastenden Sensor und einem magnetisch und berührungslos wirkenden Rastmechanismus, welcher das Geberelement (8) in definierten, durch die Handbetätigung ineinander überführbaren Winkelpositionen hält, wobei der Rastmecha­ nismus wenigstens einen Permanentmagneten (45, 145) aufweist, dessen Pole (N, S) in axialer Richtung angeordnet sind, wobei auf der Seite des Nordpols und des Südpols des Permanentmagneten (45,145) jeweils eine Zahnscheibe (47, 49; 147,149) mit übereinstimmender Zähnezahl vor­ gesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in radialem Abstand zu den Zahnscheiben (47, 49; 147, 149) Scheiben (33, 35; 133, 135) mit entspre­ chender Zähnezahl vorgesehen sind, wobei die Scheiben (33, 35; 133, 135) durch den magnetischen Fluß gut leitendes Material miteinander verbunden sind.

2. Winkelgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne­ zahl der Zahnscheiben (47, 49; 147, 149) und Scheiben (33, 35; 133, 135) größer oder gleich zehn und kleiner oder gleich hundertsechzig ist.

3. Winkelgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rastmechanismus in einem der Handbetätigung dienenden Einstellrad (3; 103) angeordnet ist.

4. Winkelgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Geberelementes (8) innerhalb eines Gehäuses (7, 17) vorgesehen ist.

5. Winkelgeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse­ innenraum (15) eine Codescheibe (57) vorgesehen ist, die Teil des Geberelements (8) ist, wobei die Codescheibe (57) vom Sensor abgetastet wird.

6. Winkelgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Permanentmagnet (45) Teil des Geberelements (8) ist.

7. Winkelgeber nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (145) fest mit dem Gehäuse (107) verbunden ist.