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Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung gemäß Oberbegriff von Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Oberbegriff von Anspruch 11 sowie die Verwendung der Sensoranordnung in Kraftfahrzeugen.
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Druckschrift
DE 10 2007 059 362 A1 schlägt eine Sensoranordnung mit einem Positioniermodul vor, wobei dieses Positioniermodul eine Zentriereinrichtung aufweist, die einen magnetischen Encoder zumindest teilweise umfängt. Bevor die Sensoranordnung in Betrieb genommen wird bzw. nach der Montage der Sensoranordnung, wird die Zentriereinrichtung aufgespreizt oder vom Encoder abgezogen oder durch eine relative Verschiebung zwischen Encoder und Zentriereinrichtung gelöst.
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In Druckschrift
DE 10 2007 059 364 A1 ist eine Sensoranordnung offenbart, die zwei Fluss-Konzentratoren umfasst, welche von jeweils einem Trägerelement mit jeweils einer elastischen Zentrier-Einrichtung ausgerichtet bzw. positioniert werden. Nach der Montage der Sensoranordnung werden die elastischen Zentrier-Einrichtungen durch Einführung von Spritzelementen in dafür vorgesehene Ausnehmungen aufgespreizt.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Sensoranordnung mit einer Positioniereinrichtung vorzuschlagen, die relativ kostengünstig und/oder einfach handhabbar ist, insbesondere hinsichtlich der Montage und des Lösens der Positioniereinrichtung vor Inbetriebnahme der Sensoranordnung.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Sensoranordnung gemäß Anspruch 1 sowie durch das Verfahren gemäß Anspruch 11.
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Die Positioniereinrichtung ist vorzugsweise als Klammer und/oder Drahtbucht ausgebildet. Dabei ist die Positioniereinrichtung insbesondere zumindest teilweise aus Metall, besonders bevorzugt aus Federstahl ausgebildet.
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Die Positioniereinrichtung ist zweckmäßigerweise lösbar, insbesondere per Hand lösbar, ausgebildet und angeordnet und kann besonders bevorzugt so aufgebogen werden, dass das umgreifen des Sensormoduls und des Encodermoduls gelöst wird und die Positioniereinrichtung aus der Sensoranordnung entfernt werden kann.
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Unter einer Drahtbucht wird bevorzugt eine offene Drahtschlinge oder -Schlaufe verstanden.
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Die Sensoranordnung ist zweckmäßigerweise als gemeinsame, vormontierte Liefereinheit ausgebildet, in welcher ein definierter Luftspalt und/oder eine definierte relative Positionierung zwischen Encodermodul und Sensormodul eingestellt ist und durch die Positioniereinrichtung aufrechterhalten wird, insbesondere für die Dauer eines Transports und/oder für eine einfache bzw. erleichterte Montage und/oder bis nach der Durchführung einer Montage der Sensoranordnung in einem System und/oder einer Baueinheit und/oder einem Fahrzeug.
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Es ist bevorzugt, dass der Luftspalt zwischen Encodermodul und Sensormodul in einer x-Richtung, in Richtung einer Welle ausgebildet ist, die mit dem Encodermodul direkt oder indirekt verbunden ist, und dazu relativ, bezogen auf ein kartesisches Koordinatensystem, die Positioniereinrichtung bzw. der Draht im Wesentlichen in einer y-z-Ebene ausgerichtet bzw. angeordnet ist.
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Die Positioniereinrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass ein Aufbringen bzw. Festmachen der Positioniereinrichtung und/oder ein Lösen der Positioniereinrichtung, insbesondere durch zumindest einen Biegevorgang, im Wesentlichen reversibel bzw. ohne Schäden durchgeführt werden kann, so dass die Positioniereinrichtung mehrmals verwendet werden kann.
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Es ist bevorzugt, dass die Positioniereinrichtung einen Draht umfasst, welcher so ausgebildet ist, dass er das Encodermodul und das Sensormodul zumindest teilweise umgreift, wobei der Draht wenigstens ein Encodermodul-Abstützsegment und zumindest ein Sensormodul-Abstützsegment aufweist, wobei diese Abstützsegmente im Wesentlichen formschlüssig in oder an jeweils mindestens ein Abstützelement des Encodermoduls und des Sensormoduls ein- oder angepasst sind und/oder eingreifen. Insbesondere ist/sind das wenigstens eine Abstützelement des Encodermoduls und/oder des Sensormoduls als Führungs- und/oder Einrastnut ausgebildet, durch die der Draht der Positioniereinrichtung im Wesentlichen formschlüssig geführt wird und somit eine mechanische, formschlüssige Verbindung zwischen Positioniereinrichtung und Sensormodul und/oder Encodermodul hergestellt ist.
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Es ist zweckmäßig, dass die Positioniereinrichtung und/oder der Draht eine Federsteifigkeit aufweisen, welche so gewählt ist, dass zum Festmachen und/oder Lösen der Positioniereinrichtung eine Kraft von weniger als 60 N erforderlich ist, damit dies per Hand durchgeführt werden kann.
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Der Draht der Positioniereinrichtung ist vorzugsweise zumindest im Bereich seiner Abstützsegmente so ausgebildet, dass er die äußere Form des jeweils wenigstens einen Abstützelements des Encodermoduls und des Sensormoduls im Wesentlichen formschlüssig umgreift und dabei dieser äußeren Form folgend ausgebildet ist.
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Das Encodermodul umfasst bevorzugt einen magnetischen Encoder, welcher insbesondere ringförmig ausgebildet ist.
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Das Sensormodul weist vorzugsweise wenigstens ein Magnetfeldsensorelement auf, und insbesondere zumindest eine elektronische Auswerteschaltung und/oder Signalverarbeitungsschaltung.
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Es ist zweckmäßig, dass das Encodermodul zusätzlich zwei dem Encoder berührungslos zugeordnete magnetisch leitfähige Statorelemente mit jeweils abragenden Fingern aufweist, wobei den Statorelementen jeweils oder gemeinsam ein Fluss-Konzentrator, insbesondere des Sensormoduls, zugeordnet ist, der so ausgebildet ist, dass er das durch den magnetischen Encoder erzeugte und durch die Statorelemente beeinflusste Magnetfeld so führt, dass es durch das wenigstens eine Magnetfeldsensorelement des Sensormoduls erfasst wird.
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Das Encodermodul ist vorzugsweise so ausgebildet, dass es auf einer Welle montierbar ist, wobei insbesondere der ringförmige Encoder direkt auf der Welle montierbar ausgebildet ist.
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Zweckmäßigerweise umfasst das Encodermodul zumindest zwei magnetisch leitfähige Statorelemente, welche jeweils bezüglich der Welle axial abragende Finger aufweisen, die besonders bevorzugt berührungslos ineinandergreifen bzw. alternierend abragend ausgebildet und angeordnet sind.
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Es ist bevorzugt, dass die Sensoranordnung so ausgebildet ist, dass sie das an die Welle angreifende Drehmoment erfasst.
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Die Welle umfasst vorzugsweise zwei Wellenabschnitte, welche durch einen Torsionsstab miteinander verbunden sind. Dabei sind insbesondere auf einem ersten Wellenabschnitt die beiden Statorelemente angeordnet und auf einem zweiten Wellenabschnitt der magnetische Encoder, wodurch die beiden Statorelemente relativ zum magnetischen Encoder verdrehbar bzw. rotatorisch auslenkbar angeordnet sind. Der magnetische Encoder und/oder die beiden Statorelemente sind besonders bevorzugt mittels einer Hülse oder eines ringförmigen Kragen auf dem entsprechenden Wellenabschnitt befestigt.
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Die beiden Statorelemente sind bevorzugt durch einen Kunststoffträger miteinander verbunden, insbesondere sind die Finger der beiden Statorelemente gemeinsam mit diesem Kunststoffträger verbunden, besonders bevorzugt in diesen eingespritzt.
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Die Finger der beiden Statorelemente sind vorzugsweise jeweils im Wesentlichen trapezförmig ausgebildet.
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Das Sensormodul umfasst zweckmäßigerweise eine oder mehrere Bohrungen, mit welchen es an einem Gehäuse verschraubt werden kann bzw. mit welchen es an einem Gehäuse mittels Schrauben oder anderen Befestigungsmitteln befestigt werden kann.
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Das Encodermodul und das Sensormodul sind bevorzugt gemeinsam als Drehmomentsensor ausgebildet oder zumindest als Teil einer Drehmomentsensoranordnung ausgebildet.
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Das Verfahren wird vorzugsweise weiterentwickelt, indem das Sensormodul an dem Gehäuse mittels Verschrauben oder Vernieten befestigt wird.
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Bevorzugt wird das Lösen und/oder das Aufbringen bzw. Festmachen der Positioniereinrichtung per Hand oder alternativ per Hand mit einem Spezialwerkzeug durchgeführt.
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Das Aufbiegen des Drahtes wird zweckmäßigerweise mit einer definierten Mindestkraft durchgeführt.
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Die Erfindung bezieht sich außerdem auf die Verwendung der Sensoranordnung in Kraftfahrzeugen, insbesondere als Drehmomentsensoranordnung, besonders bevorzugt als Drehmomentsensoranordnung zur Erfassung des Drehmoments in einer Lenkung bzw. an einer Lenkwelle.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgenden Beschreibungen von Ausführungsbeispielen an Hand von Figuren.
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Es zeigen in schematischer Darstellung
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1 ein Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung, umfassend ein Encodermodul, ein Sensormodul und eine Positioniereinrichtung, wobei diese Bauteile jeweils separat und einmal gemeinsam dargestellt sind,
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2 das Ausführungsbeispiel der Sensoranordnung von 1 aus der Vorderansicht und der Seitenansicht,
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3 ein alternatives Ausführungsbeispiel der Sensoranordnung sowie die entsprechende alternative Positioniereinrichtung, und
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4 die Montage einer beispielhaften Sensoranordnung an einem Gehäuse und auf einer Welle einer Drehmomentsensoranordnung in vier Schritten.
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Anhand der 1a) bis d) ist eine beispielhafte Sensoranordnung veranschaulicht. Dabei zeigen 1a) bis c) Teile dieser Sensoranordnung separat und 1d) die gesamte Sensoranordnung, zusammen gesetzt aus diesen Teilen.
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In 1a) ist dabei ein Sensormodul 2 abgebildet, das ein Elektronikgehäuse 15 umfasst, in welchem ein nicht dargestelltes Magnetfeldsensorelement und eine Signalverarbeitungsschaltung angeordnet sind. Sensormodul 2 weist zwei Bohrungen 12 zur Befestigung auf. Außerdem weist Sensormodul 2 zwei Abstützelemente 6 auf, welche jeweils als Nut 14 ausgebildet sind. Zusätzlich umfasst Sensormodul 2 Fluss-Konzentratoren 10, von denen nur einer in 1a) sichtbar ist, welche das zu erfassende magnetische Feld dem nicht dargestellten Magnetfeldsensorelement zuführen.
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1b) zeigt Encodermodul 1, das einen ringförmigen magnetischen Encoder 7 umfasst, der zur Anordnung auf einer Welle vorgesehen ist, sowie zwei Statorelemente 8, als magnetisch leitfähigen Material, die jeweils axial abragende, berührungsfrei ineinandergreifende Finger 9 aufweisen. Dabei erfassen und leiten die beiden Statorelemente 8 mit jeweiligen Fingern 9 das vom magnetischen Encoder 7 erzeugte Magnetfeld. Encodermodul 1 weist darüber hinaus ein Abstützelement 6 auf, welches beispielhaft als außen umlaufende Nut 14 ausgebildet ist.
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In 1c) ist eine Positioniereinrichtung 3 dargestellt, welche als Drahtbucht bzw. aus Draht ausgebildete Klammer ausgebildet ist. Beispielgemäß ist Positioniereinrichtung 3 aus Federstahl beschaffen. Positioniereinrichtung 3 weist Encodermodul-Abstützsegmente 4 sowie Sensormodul-Abstützsegmente 5 auf.
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1d) zeigt die Sensoranordnung bestehend aus Encodermodul 1, Sensormodul 2 sowie Positioniereinrichtung 3, wobei die aus Draht ausgebildete Klammer der Positioniereinrichtung 3 das Sensormodul 2 und das Encodermodul 1 umgreift. Dabei greifen die Abstützsegmente 4, 5 in die als Nuten ausgebildeten Abstützelemente 6 ein oder stützen sich durch die aneinander angepasste Formschlüssigkeit ab, wie das obere Sensormodul-Abstützsegment 5 an dem Deckel des Elektronikgehäuses 15 des Sensormoduls. Positioniereinrichtung 3 stellt einen definierten Luftspalt zwischen Encodermodul 1 und Sensormodul 2 ein, insbesondere zwischen den Statorelementen 8 und den Fluss-Konzentratoren 10, von denen nur einer dargestellt ist. Diese Sensoranordnung bildet eine vorgefertigte Baugruppe, die außerdem einen voreingestellten, definierten Luftspalt aufweist, der beim Einbau bzw. der Montage der Sensoranordnung übernommen werden kann. Hierdurch entfällt bei der Montage die Einstellung des Luftspalts zwischen Encodermodul 1 und Sensormodul 2. Durch das Lösen der Positioniereinrichtung 3 nach einer jeweiligen Befestigung des Encoder- 1 und Sensormoduls 2 im Zuge der Montage, sind Encoder- 1 und Sensormodul 2 relativ zueinander beweglich und der durch die Positioniereinrichtung 3 „mitgelieferte” Luftspalt wird beibehalten.
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In 2a) und b) ist die Sensoranordnung aus 1 in der Vorderansicht a) und Seitenansicht b) dargestellt.
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3a) und b) zeigen eine alternative, beispielhafte Sensoranordnung. In 3a) ist dabei eine alternative Positioniereinrichtung 3 separat dargestellt, welche ebenfalls als Drahtbucht bzw. aus Draht ausgebildete Klammer ausgebildet ist und ein Encodermodul-Abstützsegment 4 sowie zwei Sensormodul-Abstützsegmente 5 aufweist.
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In 3b) ist die entsprechende Sensoranordnung abgebildet, umfassend Encodermodul 1, Sensormodul 2 und Positioniereinrichtung 3. Sensormodul 2 weist Elektronikgehäuse 15, zwei Bohrungen 12 sowie zwei, jeweils als Nut 14 ausgebildete, Abstützelemente 6 auf. Encodermodul 1 umfasst einen nicht dargestellten ringförmigen, magnetischen Encoder, der Berührungslos von Statorelementen 8 radial, bezogen auf eine nicht dargestellte Welle, umgeben wird. Statorelemente 8 aus magnetisch leitfähigem Material umfassen alternierend ineinander greifende, axial abragende Finger 9, welche gemeinsam mit einem Kunststoffträger 16 eingespritzt sind. Statorelemente 8 leiten das durch den nicht dargestellten magnetischen Encoder erzeugte magnetische Feld berührungslos zu zwei magnetisch leitfähigen Fluss-Konzentratoren 10 des Sensormoduls 2, von denen lediglich einer in dieser Figur abgebildet ist. Statorelemente 8 des Encodermoduls 1 weisen ein gemeinsames, als Nut 14 ausgebildetes, Abstützelement 6 auf. Positioniereinrichtung 3 greift mit ihren Abstützsegmenten 4, 5 in die Nuten 14 des Encodermoduls 1 und Sensormoduls 2 ein, wodurch ein definierter Luftspalt zwischen Encodermodul 1 und Sensormodul 2, insbesondere zwischen den Statorelementen 8 und den Fluss-Konzentratoren 10 eingestellt ist und eingestellt bleibt, solange Positioniereinrichtung 3 das Encodermodul 1 und das Sensormodul 2 entsprechend umgreift und beide relativ zueinander fixiert.
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Anhand der 4 wird die Montage bzw. ein Montageverfahren der ebenfalls in 1 und 2 gezeigten Sensoranordnung beispielhaft veranschaulicht. Die Sensoranordnung umfasst also ein Encodermodul 1, ein Sensormodul 2 sowie eine Positioniereinrichtung 3, welche das Encodermodul 1 und das Sensormodul 2 umgreift und relativ zueinander fixiert. In 4b) ist Encodermodul 1 der Sensoranordnung danach auf einer Welle 11 befestigt. In 4b) ist die Sensoranordnung mit ihrem Sensormodul auf zwei Befestigungsschienen 17, von denen aus perspektivischen Gründen nur eine sichtbar ist, des Gehäuses 13 positioniert und Welle 11 wird durch Gehäuse 13 geführt bzw. durch ein Lager von Gehäuse 13 gehalten. 4c) veranschaulicht, dass anschließend die Sensoranordnung an Gehäuse 13 befestigt ist, wobei das Sensormodul 2 mittels seiner Bohrungen 12 mit den Befestigungsschienen 17 des Gehäuses 13 beispielhaft verschraubt oder alternativ vernietet ist. Wie in 4d) dargestellt, ist anschließend, zum Ende der Montage, Positioniereinrichtung 3 entfernt. Das Entfernen geschieht beispielhaft in nicht dargestellter Weise, durch manuelles Aufbiegen und Lösen der Positioniereinrichtung 3, so dass es Encodermodul 1 und Sensormodul 2 nicht mehr umgreift und entfernt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007059362 A1 [0002]
- DE 102007059364 A1 [0003]