DE19637967A1 - Angle position sensor for medical or transport technology - Google Patents
Angle position sensor for medical or transport technologyInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Winkelsensor mit einem ein erstes Sensorelement aufweisenden Stator und einem koaxial zu diesem drehbeweglich gelagerten, ein zweites, mit dem ersten zusammenwirkendes Sensorelement aufweisenden Rotor.The invention relates to an angle sensor with a first stator having a sensor element and one coaxially to this rotatably mounted second sensor element interacting with the first having rotor.
Derartige Winkelsensoren werden beispielsweise in der Medizintechnik oder auch in der Fahrzeugtechnik eingesetzt. Durch solche Winkelsensoren werden Winkel stellungen sehr präzise erfaßt.Such angle sensors are used, for example, in the Medical technology or also in vehicle technology used. Such angle sensors make angles positions recorded very precisely.
Bekannte Winkelsensoren weisen ein im wesentliches zylinderförmiges zweiteiliges Gehäuse auf, dessen erster Teil den Stator und dessen zweiter Teil den Rotor bilden. An der äußeren Peripherie eines der beiden Gehäuseteile sind Rastvorsprünge ausgebildet, die einen an dem anderen Gehäuseteil an der Peripherie umlaufenden scheibenförmigen Vorsprung im verrasteten Zustand hintergreifen. Hierdurch wird zum einen eine Drehbewegung, zum anderen eine Fixierung der beiden Gehäuseteile aneinander ermöglicht.Known angle sensors essentially have one cylindrical two-part housing, whose first part the stator and the second part the Form rotor. On the outer periphery one of the two housing parts are formed locking projections, the one on the other housing part on the periphery circumferential disc-shaped projection in the locked Get behind the condition. As a result, on the one hand Rotational movement, on the other hand a fixation of the two Housing parts together.
Bei wieder anderen Winkelsensoren sind die beiden Gehäuseteile durch zum Teil aufwendige Lager aneinander drehbeweglich befestigt.With other angle sensors again, the two are Housing parts to each other through sometimes complex bearings rotatably attached.
Problematisch bei derartigen Winkelsensoren ist eine zunehmende Abnahme der Präzision mit zunehmendem Alter des Winkelsensors aufgrund des bei der Drehbewegung entstehenden Abriebs, der zu einer Vergrößerung des Spiels zwischen den beiden Gehäuseteilen führt. Darüber hinaus ist eine derartige Lagerung auch störanfällig, da die Lagerelemente in Form des scheibenförmigen Vorsprungs und der Rastvorsprünge an der äußeren Peripherie des Winkelsensors angeordnet sind.One problem with such angle sensors is one increasing decrease in precision with increasing age of the angle sensor due to the rotational movement resulting abrasion, which leads to an increase in the Game between the two housing parts leads. About that Such storage is also prone to failure, because the bearing elements in the form of the disc-shaped Projection and the locking projections on the outer Periphery of the angle sensor are arranged.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen gattungs gemäßen Winkelsensor derart weiterzubilden, daß bei möglichst einfacher Herstellung über einen langen Zeitraum eine präzise und weitestgehend spielfreie und störunanfällige Lagerung des Stators an dem Rotor und infolge davon ein präziser Abgriff des Winkelsensors ermöglicht wird.The object of the invention is therefore a generic to further develop the appropriate angle sensor such that at production as simple as possible over a long A precise and largely backlash-free and interference-free storage of the stator on the rotor and as a result, a precise tap of the angle sensor is made possible.
Die Aufgabe wird bei einem Winkelsensor der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß entweder am Stator oder am Rotor eine kreisförmig umlaufende Nut vorgesehen ist, in die ein am Rotor bzw. am Stator kreisförmig umlaufender, zur Nut komplementär ausgebildeter Vorsprung eingreift. The task begins with an angle sensor described type according to the invention solved in that either circular on the stator or on the rotor circumferential groove is provided, in which a on the rotor or circular on the stator, complementary to the groove trained projection engages.
Eine derartige Lagerung hat den besonders großen Vorteil, daß sie nicht nur auf technisch einfache Weise herzustellen ist, sondern daß sie auch über einen sehr langen Zeitraum eine praktisch spielfreie, sehr präzise und weitestgehend störunanfällige Lagerung des Stators am Rotor oder umgekehrt und daher insgesamt eine präzise Funktionsweise des Winkelsensors ermöglicht.Such storage has the particularly large Advantage that they are not only technically simple is to produce, but that it also has a very long period a practically backlash-free, very precise and largely sturdy storage of the stator on the rotor or vice versa and therefore a total of one precise functioning of the angle sensor enables.
Hinsichtlich der Ausbildung der Nut und des Vorsprungs sind die unterschiedlichsten Ausführungsformen denkbar.Regarding the formation of the groove and the projection the most diverse embodiments are conceivable.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß die Nut und der Vorsprung ein halbkreisförmiges Profil aufweisen. Eine derartige Ausbildung von Nut und Vorsprung erlaubt eine sehr leichtgängige und gleich zeitig äußerst präzise Führung der beiden Gehäuseteile aneinander.An advantageous embodiment provides that the Groove and the projection a semicircular profile exhibit. Such training of groove and Projection allows a very smooth and the same extremely precise guidance of the two housing parts to each other.
Möglich ist es aber auch, daß die Nut und der Vorsprung ein polygonales, insbesondere ein trapezförmiges oder ein dreieckförmiges Profil aufweisen.But it is also possible that the groove and the projection a polygonal, in particular a trapezoidal or have a triangular profile.
Rein prinzipiell kann der Stator selbst auf die unterschiedlichste Art und Weise ausgebildet sein. Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß der Stator zwei Teile umfaßt, die unter Einschluß des ersten Sensorelements dicht gegenüber der Umgebung miteinander verbunden sind. Die Ausbildung des Stators aus zwei Teilen, die das erste Sensorelement einschließen, hat insbesondere auch den großen Vorteil, daß das Sensor element am Stator leicht montierbar ist. In principle, the stator can itself on the be designed in a wide variety of ways. A advantageous embodiment provides that the stator includes two parts, including the first Sensor element close to each other are connected. Forming the stator from two Parts that include the first sensor element has especially the great advantage that the sensor element can be easily mounted on the stator.
Die Verbindung der beiden Statorteile kann auf die unterschiedlichste Art und Weise realisiert sein.The connection of the two stator parts can on the be implemented in a wide variety of ways.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß sowohl das erste Sensorelement auf einem der beiden Teile als auch die beiden Teile miteinander durch Ultraschall schweißen miteinander verbunden werden. Hierdurch wird auf besonders effektive Weise eine feste und gleichzei tig dichte Verbindung ermöglicht, wobei vermieden wird, daß beim Verbinden das empfindliche Sensorelement auf irgendeine Weise beschädigt wird.An advantageous embodiment provides that both the first sensor element on one of the two parts as also the two parts together by ultrasound welding. This will in a particularly effective way, a firm and simultaneous tight connection, while avoiding that when connecting the sensitive sensor element is damaged in any way.
Darüber hinaus können das Substrat auf einem der beiden Teile wie auch die beiden Teile miteinander verklebt oder auch thermisch fixiert werden.In addition, the substrate can be on either Parts as well as the two parts glued together or be fixed thermally.
Hinsichtlich der Ausbildung der Sensorelemente können die unterschiedlichsten Ausführungsformen vorgesehen sein.With regard to the design of the sensor elements can the most varied of embodiments are provided be.
Eine Ausführungsform sieht vor, daß das erste Sensor element ein Widerstandssubstrat ist und daß das zweite Sensorelement ein auf dem Widerstandssubstrat gleiten der Schleifer ist. Bei einem derartigen Winkelsensor entspricht einer Winkelstellung des Rotors ein Wider standswert.One embodiment provides that the first sensor element is a resistance substrate and that the second Slide the sensor element on the resistance substrate the grinder is. With such an angle sensor corresponds to an angular position of the rotor status value.
Möglich ist es aber auch, daß das erste und zweite Sensorelement berührungslos aneinander geführte induktive oder kapazitive Abgriffselemente sind, bei denen eine Winkelstellung des Rotors einer Induktivität bzw. einer Kapazität entspricht. But it is also possible that the first and second Sensor element guided without contact are inductive or capacitive tapping elements which an angular position of the rotor of an inductor or corresponds to a capacity.
Derartige Winkelsensoren können rein prinzipiell auf die unterschiedlichste Art und Weise ausgebildet sein. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß der Winkelsensor als Hohlwellen-Winkelsensor ausgebildet ist, so daß eine Verwendung in den unter schiedlichsten Einsatzgebieten besonders einfach ermöglicht wird, da ein derartiger Hohlwellen-Winkel sensor auf technisch einfache Weise an einer beliebigen Stelle einer Welle, deren Winkelposition erfaßt werden soll, befestigt werden kann.In principle, such angle sensors can be based on be trained in a wide variety of ways. A particularly advantageous embodiment provides that the angle sensor as a hollow shaft angle sensor is designed so that use in the under different areas of application particularly easy is made possible because of such a hollow shaft angle sensor in a technically simple way on any Place a shaft whose angular position is detected should be attached.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung der Ausführungsbeispiele.Other features and advantages of the invention are Subject of the following description and the graphic representation of the embodiments.
In der Zeichnung zeigen:The drawing shows:
Fig. 1 eine schnittbildliche Darstellung eines erfindungsgemäßen Winkelsensors; Fig. 1 is a sectional representation of an angle sensor according to the invention;
Fig. 2 schematisch eine entlang der Linie II-II der Fig. 1 geschnittene Darstellung des in Fig. 1 dargestellten Winkelsensors; FIG. 2 schematically shows an illustration of the angle sensor shown in FIG. 1, cut along the line II-II of FIG. 1;
Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Rotor des in Fig. 1 dargestellten Winkelsensors; FIG. 3 shows a plan view of a rotor of the angle sensor shown in FIG. 1;
Fig. 4 eine vergrößerte Ausschnittdarstellung des in Fig. 2 mit IV bezeichneten Details. Fig. 4 is an enlarged detail view of the detail designated IV in Fig. 2.
Wie aus Fig. 1, 2 und 3 hervorgeht, umfaßt ein als Ganzer mit 10 bezeichneter Winkelsensor einen Stator 20 und einen koaxial zu diesem drehbeweglich gelagerten Rotor 30. As can be seen from FIGS. 1, 2 and 3, an angle sensor designated as a whole by 10 comprises a stator 20 and a rotor 30 which is mounted so as to be rotatable coaxially thereto.
Der Stator 20 weist ein erstes Sensorelement 21 auf, beispielsweise in Form eines in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Widerstandssubstrats 21. Auf dem Wider standssubstrat 21 gleitet das zweite Sensorelement, beispielsweise in Form eines in Fig. 1 und 3 darge stellten Schleifers 31.The stator 20 comprises a first sensor element 21, for example in the form of a resistance substrate 21 shown in FIG. 1 and FIG. 2. On the opposing substrate 21 , the second sensor element slides, for example in the form of a grinder 31 shown in FIGS . 1 and 3.
Eine Winkelstellung des Rotors 30 und damit des Schleifers 31 auf dem Widerstandssubstrat 21 entspricht dabei einem Widerstandswert, so daß die Winkelstellung umkehrbar eindeutig einem Widerstandswert zugeordnet werden kann.An angular position of the rotor 30 and thus of the grinder 31 on the resistance substrate 21 corresponds to a resistance value, so that the angular position can be reversibly uniquely assigned to a resistance value.
Wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, umfaßt der Stator 20 zwei Teile 22 und 23, die miteinander und mit dem Widerstandssubstrat 21 gegenüber der Umgebung dicht verbunden sind.As can be seen in particular from FIG. 2, the stator 20 comprises two parts 22 and 23 which are connected to one another and to the resistance substrate 21 in a sealed manner with respect to the surroundings.
Eine solche Verbindung kann beispielsweise durch Ultraschall-Schweißen hergestellt werden.Such a connection can, for example, by Ultrasonic welding can be made.
Die Ausbildung des Stators 20 aus den beiden Teilen 22, 23 hat insbesondere den großen Vorteil, daß zunächst das Widerstandssubstrat 21 auf dem ersten Teil 22, beispielsweise durch Ultraschall-Schweißen oder auch durch thermisches Fixieren oder Verkleben, befestigt werden kann, und daß daraufhin das zweite Teil 23 gegenüber der Umgebung dicht auf dem ersten Teil 22 unter Einschluß des Widerstandselements 21 befestigt werden kann. Dies erleichtert insbesondere die Montage des ersten Sensorelements 21 auf dem Stator 20. The formation of the stator 20 from the two parts 22 , 23 has in particular the great advantage that the resistance substrate 21 can first be fastened on the first part 22 , for example by ultrasonic welding or also by thermal fixing or gluing, and that then second part 23 can be fastened tightly to the environment on the first part 22 , including the resistance element 21 . This particularly facilitates the mounting of the first sensor element 21 on the stator 20 .
Wie insbesondere aus Fig. 2 und Fig. 4 hervorgeht, ist der Rotor 30 an dem ersten Teil 22 des Stators 20 vermittels einer in Umfangsrichtung verlaufenden Nut 41, die beispielsweise in dem ersten Teil 22 des Stators 20 ausgebildet ist, und einem komplementär zu dieser Nut 41 an dem Rotor 30 ausgebildeten Vorsprung 42, der in die Nut eingreift, gelagert. Eine derartige Lagerung aus Nut 41 und Vorsprung 42 erlaubt eine sehr präzise, leichtgängige und über einen langen Zeitraum praktisch ohne Vergrößerung des Spiels zuverlässig funktionierende drehbewegliche Lagerung des Rotors 30 an dem Stator 20.As is apparent in particular from FIG. 2 and FIG. 4, the rotor 30 on the first part 22 of the stator 20 by means of an axis extending in the circumferential direction groove 41 is formed, for example, in the first part 22 of the stator 20, and one complementary to this Groove 41 on the rotor 30 formed projection 42 which engages in the groove, stored. Such a bearing consisting of groove 41 and projection 42 permits a very precise, smooth-running and rotatable mounting of the rotor 30 on the stator 20 over a long period of time, practically functioning reliably without increasing the play.
Es versteht sich, daß die Nut 41 auch am Rotor und der Vorsprung 42 am Stator angeordnet sein können.It goes without saying that the groove 41 can also be arranged on the rotor and the projection 42 on the stator.
Darüber hinaus müssen Nut 41 und Vorsprung 42 im Profil nicht, wie in Fig. 2 und 4 dargestellt, halbkreisförmig ausgebildet sein, sondern können jede beliebige polygonale, insbesondere auch eine trapezförmige Ge stalt aufweisen. Auch eine dreieckförmige Gestalt von Nut 41 und Vorsprung 42 ist möglich.In addition, groove 41 and projection 42 in the profile do not have to be semicircular, as shown in FIGS. 2 and 4, but can have any polygonal, in particular also a trapezoidal shape. A triangular shape of groove 41 and projection 42 is also possible.
Um den gesamten Winkelsensor gegenüber der Umgebung abzudichten, sind zwischen dem Stator 20 und dem Rotor 30 zwei O-Ringdichtungen 50, 51 angeordnet.In order to seal the entire angle sensor from the surroundings, two O-ring seals 50 , 51 are arranged between the stator 20 and the rotor 30 .
Die obenbeschriebene Lagerung des Rotors 30 an dem Stator 20 eignet sich in besonders vorteilhafter Weise bei einem Hohlwellen-Winkelsensor, da die kreisförmig umlaufende Nut radial dicht benachbart zu einer in der zentralen Öffnung des Hohlwellen-Winkelsensors angeord neten, aus dem Hohlwellen-Winkelsensor herausgeführten Welle angeordnet ist, wodurch insbesondere die Lagerung negativ beeinflussende Kippmomente, die durch die herausgeführte Welle auf den Hohlwellen-Winkelsensor und dadurch auf die Lagerung des Stators an dem Rotor übertragen werden können, minimal gehalten werden. Es versteht sich jedoch, daß eine derartige Lagerung auch bei beliebigen anderen Winkelsensoren eingesetzt werden kann.The above-described mounting of the rotor 30 on the stator 20 is particularly advantageous in the case of a hollow shaft angle sensor, since the circular circumferential groove is radially closely adjacent to a shaft which is arranged in the central opening of the hollow shaft angle sensor and is led out of the hollow shaft angle sensor is arranged, whereby in particular tilting moments which negatively influence the bearing and which can be transmitted to the hollow shaft angle sensor and thereby to the bearing of the stator on the rotor by the shaft that is brought out, are kept to a minimum. However, it is understood that such a bearing can also be used with any other angle sensors.
Statt des auf dem Widerstandsubstrat gleitenden Schleifers kann jede beliebige Art des Abgriffs, insbesondere auch ein berührungsloser, beispielsweise induktiver oder kapazitiver Abgriff, vorgesehen sein.Instead of sliding on the resistance substrate Grinder can be any type of tap, especially a non-contact, for example inductive or capacitive tap can be provided.
Claims (10)
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Publications (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OAV | Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1 | ||
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8130 | Withdrawal |