DE102007028265A1

DE102007028265A1 - Drehwinkelgeber

Info

Publication number: DE102007028265A1
Application number: DE200710028265
Authority: DE
Inventors: Heinz Leiber; Thomas Dr. Leiber
Original assignee: Ipgate AG
Current assignee: Ipgate AG
Priority date: 2007-06-15
Filing date: 2007-06-15
Publication date: 2008-12-18

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drehwinkelgeber zur Bestimmung des Drehwinkels zwischen einem Hebel (2) und einem Träger (1) eines Hebelsystems, bei dem ein Sensorelement (4) mit seinem Sensorgehäuse (3) im Bereich der Drehachse (7) des Hebels (2) am Träger (1) angeordnet ist und ein Verbindungselement (5) mit seinem einen Ende (5') drehbar am Sensorgehäuse (3) oder dem Träger (1) gelagert ist und mit seinem anderen Ende (5'') fest mit dem Hebel (2) verbunden ist, wobei das Sensorelement (4) die Position des Verbindungselementes oder eines daran a(3) bzw. Sensorelement (4) detektiert.

Description

Drehwinkelgeber für Fahrwerkregelungen z. B. bei Luftfederungen, hochwertigen Lichtsteuerungen, wie z. B. Xenon-Licht oder bei der sogenannten „Active Body Control" (ABC), eingesetzt. Bei letzterem ist der aufwändige Niveaugeber in der Regel im Federbein integriert. Bei den anderen Systemen, wie z. B. aus der DE 198 31 248 bekannt, ist der Sensor über einen Mehrgelenkhebel mit einem der Querlenker verbunden, wobei der Sensor selbst am Achsträger befestigt ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Drehwinkelgeber bereitzustellen, der in seinen Abmessungen klein und zudem eine hohe Genauigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Drehwinkelgeber mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiter vorteilhafte Ausgestaltungen des Drehwinkelgebers nach Anspruch 1 ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.
Durch den erfindungsgemäßen Drehwinkelgeber kann vorteilhaft auf einen Mehrgelenkhebel mit Kugelgelenken verzichtet werden, der ein relativ großes Spiel durch ein in drei Achsen bewegliches Verbindungsglied zum Hebel oder Querlenker aufweist.
Der erfindungsgemäße Drehwinkelgeber zeichnet sich vorteilhaft dadurch aus, dass das Verbindungsglied mit seinem einen Ende direkt am Sensorgehäuse drehbar gelagert ist und mit seinem anderen Ende fest an einem auslenkbaren Hebel befestigt ist. Durch die weitere Ausgestaltung derart, dass das Verbindungselement zwischen seinen beiden Enden zumindest bereichsweise biegeelastisch ausgeführt ist und zudem kein Spiel aufweist und somit spiellos ist, kann eine hohe Genauigkeit, Dynamik und Auflösung des Drehwinkelgebers bei der Ermittlung der Hebelstellung erzielt werden, welche höchsten Ansprüchen genügt und somit auch den aufwändigen integrierten Sensor des ABC ersetzen kann.
Zudem sind die Abmessungen des erfindungsgemäßen Drehwinkelgebers klein und zudem das Gewicht gering. Auch die Materialkosten und die Einbaukosten sind niedriger als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Drehwinkelgebern.
Als Sensorelement wird vorzugsweise ein Hallelement zur Drehwinkelerfassung verwendet.
Die biegeelastischen Bereiche des Verbindungselementes sind vorteilhaft durch im Querschnitt u-förmige Bereiche gebildet, die sich aneinander anschließen und jeweils einen Freiheitsgrad bilden. Hierdurch können vorteilhaft Relativbewegungen zwischen dem gummigelagerten Hebel und dem Träger ausgeglichen werden, welche in der Ebene der Drehachse des Hebels erfolgen. Das Verbindungselement überträgt dagegen Drehmomente bzw. Kräfte, welche eine Verdrehung des Verbindungselementes um die Drehachse des Hebels verursachen ohne Spiel, da es senkrecht zur Drehachse verwindungs- und biegesteif ausgebildet ist.
Nachfolgend wird eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehwinkelgebers anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1: Prinzipdarstellung der Anordnung des Drehwinkelgebers an der Drehachse;
2: Querschnittsdarstellung eines eingebauten Drehwinkelgebers;
2a: Seitenansicht des ersten Endes des Verbindungselements.
Die 1 zeigt eine prinzipielle Anordnung, bei der das Sensorgehäuse 3 mit dem Sensor 4 in der Drehachse 7 eines Hebels 2 angeordnet ist. Das Sensorgehäuse 3 ist auf dem Kopf einer Lagerschraube 8 zentriert und umfasst diese mit einer korrespondierenden Aussparung. Der Hebel 2 ist über die Lagerschraube 8 an dem Träger 1 drehbar gelagert und kann um die Drehachse 7 ausgelenkt werden und vollzieht dabei eine Winkelbewegung. Ein Verbindungsglied 5, dessen erstes Ende 5' mittels der Schraube 5a am Hebel befestigt ist, und dessen zweites Ende 5'' an dem Sensorgehäuse 3 drehbar gelagert ist, bewegt sich synchron mit dem Hebel 2. Der Sensor 4 detektiert die Bewegung und/oder Winkelstellung des Verbindungselements 5 relativ zum Sensorelement 4. Am Verbindungsglied 5 ist hierzu ein Target, z. B. ein entsprechend gepolter Dauermagnet 6 befestigt. Das Sensorgehäuse 3 ist mittels einer Befestigungsschraube 3a am Träger 1 befestigt.
Die 2 zeigt die konstruktive Ausführung des an einem Querlenker 2 eines Kraftfahrzeuges montierten Drehwinkelgebers. Der Hebel 2 ist über ein Gummilager 10 mit einer Buchse 9 um die zentrale Befestigungsschraube 8 im Achsträger 7 verschwenkbar gelagert. Das Sensorgehäuse 3 mit Sensor 4 ist an der Stirnseite der Befestigungsschraube 8 in der Drehachse 7 angeordnet und wird durch den Schraubenkopf zentriert. Das Sensorgehäuse 3 ist mittels des Befestigungsschraube 3a am Träger 1 befestigt. Das Sensorelement 4 ist mittels Stanzgitter 4a durch Löten oder Schweißen mit dem eingespritzten Anschlusskabel 4b verbunden. Das Verbindungsglied 5 ist an seinem zweiten Ende 5'' topfförmig ausgebildet und mit diesem im Gehäuse 3 drehbar gelagert und mittels einer Dichtung 13 abgedichtet. Axial ist das zweite Ende 5'' über eine Scheibe 14 fixiert, die im Gehäuse 3 befestigt ist. Der Topf 5_t trägt den Permanentmagneten 6 mit der bekannten Polung für das vorzugsweise durch einen Hall-Sensor gebildete Sensorelement 4.
Zwischen seinen Enden 5' und 5'' ist das Verbindungselementes 5 biegeelastisch in eingezeichneten Bewegungsrichtungen B ausgebildet. Die biegeelastischen Bereiche 5g₁ , 5g₂ , 5g₃ bilden Gelenke, durch die das Verbindungselement 5 die Relativbewegungen des Hebels 2, ermöglicht durch das Gummilager 10, ausgleichen kann. Die biegeelastischen Bereiche 5g₁ , 5g₂ , 5g₃ sind durch u-förmige bzw. schlangenförmige Ausgestaltungen des Materials des Verbindungselementes 5 ausgebildet. Das Material kann ein dünnes Blech sein, welches entsprechend geformt ist.
In 2a ist das erste Ende 5' des Verbindungselementes 5 in der Seitenansicht dargestellt. Das erste Ende 5' des Verbindungselementes 5 weist einen Mittelsteg 5b auf, welcher von der Befestigungsschraube 5a durchgriffen wird. Diese Ausgestaltung des Verbindungselements 5 ermöglicht eine kleine Verdrehung des Querlenkers 2.
Da im Bereich des Querlenkers 2 viel Schmutzanfall anfallen kann, können die biegeelastischen Zonen 5g₁ , 5g₂ , 5g₃ von z. B. einem Elastomer 11 eingebettet sein, so dass auch bei Schmutz die Elastizität erhalten bleibt. Alternativ oder zusätzlich kann der gesamte Drehwinkelgeber in einer Ummantelung 12 eingekapselt sein.

1: Achsträger
2: Hebel oder Querlenker
3: Sensorgehäuse
3a: Befestigung von Sensorgehäuse
4: Sensorelement
4a: Stanzgitter
4b: Verbindungskabel
5: Verbindungsglied
5': erstes Ende des Verbindungselementes
5'': zweites Ende des Verbindungselementes
5a: Befestigung von Verbindungselementes
5b: Mittelsteg
5g₁, 5g₂, 5g₃: biegeelastischen Bereiche
6: Target oder Permanentmagnet
7: Drehachse
8: Befestigungsschraube
9: Buchse
10: Gummilager
11: Elastomer oder dehnbarer Kunststoff
12: Ummantelung, Kapsel
13: Dichtung
14: Scheibe
B: durch biegeelastischen Bereiche 5g₁ , 5g₂ , 5g₃ ermöglichte Ausgleichsbewegungen des Verbindungselements 5

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19831248 [0001]

Claims

Drehwinkelgeber zur Bestimmung des Drehwinkels zwischen einem Hebel (2) und einem Träger (1) eines Hebelsystems, bei dem ein Sensorelement (4) mit seinem Sensorgehäuse (3) im Bereich der Drehachse (7) des Hebels (2) am Träger (1) angeordnet ist und ein Verbindungselement (5) mit seinem einen Ende (5') drehbar am Sensorgehäuse (3) oder dem Träger (1) gelagert ist und mit seinem anderen Ende (5'') fest mit dem Hebel (2) verbunden ist, wobei das Sensorelement (4) die Position des Verbindungselementes oder eines daran angeordneten Target (6) relativ zum Sensorgehäuse (3) bzw. Sensorelement (4) detektiert.
Drehwinkelgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse des Verbindungselementes (5) mit der Drehachse (7) des Hebels (2) übereinstimmt.
Drehwinkelgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorgehäuse (3) im Bereich der Stirnseite der Drehachse (7) des Hebels (2) angeordnet ist.
Drehwinkelgeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorgehäuse (3) mittels mindestens einem Befestigungsmittel (3a) am Träger (1) befestigt ist.
Drehwinkelgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungs element (5) mindestens ein Gelenk (5g₁ , 5g₂ , 5g₃ ) mit mindestens einem, vorzugsweise insgesamt drei Freiheitsgraden aufweist.
Drehwinkelgeber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Gelenk (5g₁ , 5g₂ , 5g₃ ) zwischen den Enden (5', 5'') des Verbindungselementes (5) angeordnet ist, wobei das Gelenk (5g₁ , 5g₂ , 5g₃ ) durch mindestens eine elastische Biegezone und/oder einen Bereich aus federelastischem Material gebildet ist.
Drehwinkelgeber nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gelenke (5g₁ , 5g₂ , 5g₃ ) nebeneinander angeordnet sind, wobei die Gelenke (5g₁ , 5g₂ , 5g₃ ) eine Verbiegung des Verbindungselementes (5) zwischen seinen Enden (5', 5'') in mehreren Achsen ermöglichen.
Drehwinkelgeber nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gelenk (5g₁ , 5g₂ , 5g₃ ) durch eine im Querschnitt U-, V- oder L-förmige Ausgestaltung des Verbindungselements (5) gebildet ist.
Drehwinkelgeber nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenke (5g₁ , 5g₂ , 5g₃ ) zumindest bereichsweise von einem Ummantelungsmaterial (11) umhüllt sind.
Drehwinkelgeber nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ummantelungsmaterial (11) ein Elastomer und/oder ein dehnbarer Werkstoff ist.
Drehwinkelgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtung (13) zwischen Sensorgehäuse (3) und Verbindungselement (5) angeordnet ist.
Drehwinkelgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (5) im Sensorgehäuse (3) mit einem Lagerbereich (5_L ) gelagert ist, wobei insbesondere der Lagerbereich (5_L ) mit der Dichtung (13) zusammenwirkt.
Drehwinkelgeber nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass einer Scheibe (14) den Lagerbereich (5_L ) in axialer Richtung fixiert.
Drehwinkelgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Permanentmagnet oder Permanentmagnetelement (6) im Verbindungselement (5) angeordnet ist, derart, dass sein Magnetfeld bzw. seine Magnetfelder vom Sensor (4) detektierbar sind.
Drehwinkelgeber nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Permanentmagnetelement (4) eine Permanentmagnetscheibe mit mindestens zwei Magnetpolen ist.
Drehwinkelgeber nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse der Permanentmagnetscheibe (6) in der Drehachse (7) des Hebels (2) angeordnet ist.
Drehwinkelgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung des Sensorelementes (4) mit einem Anschlusskabel (4b) mittels eines Stanzgitters oder „lead frames" (4a) erfolgt.
Drehwinkelgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorgehäuse (3) und das Verbindungselement (5) von einer Ummantelung (12), insbesondere aus einem biegsamen Material, eingekapselt ist.
Drehwinkelgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorgehäuse (3) an dem bzw. durch den Kopf der Befestigungsschraube (8) des Hebels (2), insbesondere eines Querlenkers, zentriert ist.