DE102009045435A1

DE102009045435A1 - Sensor

Info

Publication number: DE102009045435A1
Application number: DE200910045435
Authority: DE
Inventors: Gerhard Ruf
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2009-10-07
Filing date: 2009-10-07
Publication date: 2011-04-14

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sensor (1) mit einem ringförmigen Sensorbauteil (2), insbesondere ein Sensorgehäuse für einen Drehmomentsensor eines Lenksystems, zur Festlegung an einer Welle (3), mit an dem Sensorbauteil (2) um dessen Umfang angeordneten Verbindungsbereich (4) zur zumindest kraftschlüssigen Verbindung des ringförmigen Sensorbauteils (2) mit der Welle (3). Um einen Sensor, mit einem ringförmigen Sensorbauteil, insbesondere einen Drehmomentsensor anzugeben, dessen Montage und Herstellung vereinfacht ist und dessen Betriebssicherheit gewährleistet ist, ist ein Sicherungsring (5) vorgesehen, der den Verbindungsbereich (4) radial umgreift und wobei der Sicherungsring (5) in seinem Längsschnittverlauf so gestaltet ist, dass er bei einer Montage des ringförmigen Sensorbauteils (2) relativ zu dem ringförmigen Sensorbauteil (2) axial verschoben wird und den Verbindungsbereich (4) des ringförmigen Sensorbauteils (2) an der Welle (3) radial zu der Welle (3) bewegt und festlegt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor mit einem ringförmigen Sensorbauteil, insbesondere ein Sensorgehäuse für einen Drehwinkelsensor eines Lenksystems, zur Festlegung an einer Welle, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Sensoren oder Geberelemente, wie Magnete bei Drehwinkel- oder Drehmomentsensoren sind vorwiegend aus Kunststoff gebildet. Zur Befestigung von insbesondere ringförmigen Sensorbauteilen mit solchen Geberelementen wird ein aus Kunststoff gebildetes Sensorbauteil meist mit einem Metallring verbunden, der mit bekannten Mitteln durch Verstemmen, stoffschlüssiges Verbinden, Kleben oder Aufpressen mit der Welle verbunden wird.
Wird auf ein metallenes Koppelungsglied verzichtet, so muß das ringförmige Sensorbauteil aus Kunststoff direkt mit der Welle verbunden werden, was beispielsweise eine Klebung die zeitaufwändig ist, erforderlich macht.
Die US 5 838 222 zeigt und beschreibt einen multiturn- Drehwinkelsensor der zur Messung eines Drehwinkels einer Lenkwelle dient. Ein Kupplungsring oder ringförmiges Sensorbauteil mit zungen- oder fingerförmigen Vorsprüngen entlang eines Verbindungsbereichs zwischen der Lenkwelle und einem Geberelement dient zur formschlüssigen Festlegung des Geberelements an der Lenkwelle.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sensor mit einem ringförmigen Sensorbauteil, insbesondere einen Drehmomentsensor anzugeben, dessen Montage und Herstellung vereinfacht ist und dessen Betriebssicherheit gewährleistet ist.
Die Aufgabe wird mit einem Sensor mit einem ringförmigen Sensorbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch daß für die Festlegung des Sensors an einer Welle ein Sicherungsring vorgesehen ist, der einen Verbindungsbereich des ringförmigen Sensorbauteils radial umgreift und wobei der Sicherungsring in seinem Längsschnittverlauf so gestaltet ist, daß er bei einer Montage des ringförmigen Sensorbauteiles relativ zu dem Sensorbauteil axial verschoben wird und wobei durch diese axiale Relativverschiebung der Verbindungsbereich des ringförmigen Sensorbauteils radial zu der Welle einen Form- und/oder Kraftschluß bildet, ist eine einfache Montagemöglichkeit und eine unter allen Betriebsbedingungen des Sensors feste Anbindung des ringförmigen Sensorbauteils an der Welle ermöglicht.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des Sensors ist der Verbindungsbereich des ringförmigen Sensorbauteils, welches zur Festlegung des Sensorbauteils an der Welle oder Lenkwelle dient, durch finger- oder zungenartige Vorsprünge definiert, die etwa in axialer Richtung des ringförmigen Sensorbauteils ragen und elastisch nachgiebig insbesondere in radialer Richtung gebildet sind. Die zungenartigen Vorsprünge sind bevorzugt um den gesamten Umfang des ringförmigen Sensorbauteils in bevorzugt gleichen Abständen zueinander angeordnet und bilden einen sägezahnartigen Kranz am einen axialen Ende des ringförmigen Sensorbauteils.
Durch ein Aufgleiten des Sicherungsringes in axialer Richtung des ringförmigen Sensorbauteiles von dem Verbindungsbereich in Richtung auf die Mitte des ringförmigen Sensorbauteils wird eine radiale, elastische Biegung der Vorsprünge auf die Lenkwelle oder Welle zu bewirkt. Damit der Sicherungsring in seiner geklemmten Position in Bezug auf die Vorsprünge an der Welle verbleibt, ist vorgesehen, daß entweder an dem Sicherungsring oder an dem ringförmigen Sensorbauteil eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung eines axialen Formschlusses zwischen dem Sicherungsring und dem ringförmigen Sensorbauteil angeordnet ist. Dies kann durch Umfangsnuten in dem Außenumfang des ringförmigen Sensorbauteiles und durch damit zusammenwirkende Eindrehungen in der Art von um den Innenumfang des Sicherungsringes gebildeten Krallen die auch um den gesamten Umfang des Sicherungsringes in der Art einer krallenartigen Eindrehung gebildet sein können, erfolgen. Es kann auch zweckmäßig sein, keine Nuten an dem Außenumfang des ringförmigen Sensorbauteiles vorzusehen und die krallenartigen Rastelemente so zu bilden, daß diese eine scharfkantige Rast- oder Krallenschneide aufweisen, die sich in den vorzugsweise aus Kunststoff gebildeten ringförmigen Sensorbauteil eingraben. Solche Rast- oder Krallenlängsschnitte in dem ringförmigen Sensorbauteil lassen sich durch Eindrehungen in dem Innenumfang des Sicherungsringes bilden.
Der Sicherungsring weist einen sich verengenden Querschnittsverlauf im montierten Zustand zu den axialen Enden der Vorsprünge oder des Verbindungsbereiches auf. Der Umfang des Sicherungselements wird dabei durch einen gekröpften oder konischen Längsschnittverlauf bewirkt, wobei durch das axiale Aufgleiten des so gestalteten Sicherungsringes die Vorsprünge an dem ringförmigen Sensorbauteil radial zu der Welle hin gedrückt werden. Die Welle kann eine Eindrehung zur Aufnahme der Vorsprünge aufweisen in die die Vorsprünge oder der Verbindungsbereich oder ein Teil des Verbindungsbereiches des ringförmigen Sensorbauteils durch den Sicherungsring gepreßt werden kann. Dadurch ergibt sich eine Flächenvergrößerung bei den die kraft- oder formschlüssige Verbindung bestimmenden Flächen des Verbindungsbereichs und der Welle, auf denen der Verbindungsbereich oder die Vorsprünge zu liegen kommen. Anstatt einer nutartigen Eindrehung in der Welle können auch Einfräsungen, die lediglich Teil-Umfangsbereiche der Welle umfassen, zur Festlegung der Kontaktflächen zwischen den beiden Bauteilen – ringförmiges Sensorbauteil und Sicherungsring – Anwendung finden.
Bevorzugt ist der Sicherungsring aus Metall etwa aus einem unmagnetischen Stahl gebildet und das ringförmige Sensorbauteil aus einem Kunststoff, wie etwa aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet, wobei beispielsweise ein Polyamid-Kunststoff zur Anwendung gelangen kann.
Auf der Welle ist bevorzugt eine Rändelung angeordnet und zwar in deren Umfangsbereich, der zur Deckung mit zumindest dem Verbindungsbereich des ringförmigen Sensorbauteils gelangt. Die Rändelung ermöglicht bei einer Axialverschiebung des ringförmigen Sensorbauteiles auf den an einen Axialanschlag an der Welle oder einem anderen Bauteil des Lenksystems zu, ein Festsetzen des ringförmigen Sensorbauteils auf der Welle. Die Rändelung verhindert ein Zurückschieben oder Zurückweichen des ringförmigen Sensorbauteils auf der Welle im Sinne eines Wieder-Lösens der drehfesten Verbindung des ringförmigen Sensorbauteils mit der Welle.
Als Axialanschlag für den Sicherungsring eignet sich beispielsweise ein Wälzlager für die Welle oder Lenkwelle und insbesondere ein Außen- oder Innenring des Wälzlagers.
Auf die beschriebene erfindungsgemäße Weise lassen sich ein Gehäuse des Sensors oder Drehwinkel- oder Drehmomentsensors der Welle ebenso festlegen, wie ein Geberelement für den Sensor, beispielsweise als Scheibe mit Spuren magnetischer Nord- oder Südpole oder als optische Codescheibe.
Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben. In der Zeichnung zeigt:
1 einen teilweisen Längsschnitt durch ein als Drehmomentsensor gebildeten Sensor mit einem ringförmigen Sensorbauteil an einer Lenkwelle vor der Montage,
2 einen teilweisen Längsschnitt durch ein ringförmiges Sensorbauteil und einen Sicherungsring,
3 eine perspektivische Ansicht eines als Gehäuse gebildeten ringförmigen Sensorbauteils,
4 eine perspektivische Ansicht eines Sicherungsringes für ein ringförmiges Sensorbauteil,
5 einen teilweisen Längsschnitt durch ein Sensorgehäuse, an einer Welle festgelegt.
In 1 ist in einem teilweisen Längsschnitt ein als Drehmomentsensor gebildeter Sensor 1 gezeigt. Ein ringförmiges Sensorbauteil 2, das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein Gehäuse 13 des Sensors 1 bildet und das auch in 3 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt ist, ist auf einer Welle 3 geschoben und liegt mit seinem axial endseitigen Verbindungsbereich 4 auf einer Rändelung 11 auf. Der Verbindungsbereich 4 zur kraft- und formschlüssigen Festlegung des Sensorbauteils 2 ist von einem metallenen Sicherungsring 5 (vgl. 4) umgriffen. Der Sicherungsring 5 liegt dabei auf den mit Vorsprüngen 6 in der Art von federelastischen Zungen (vgl. 3) gebildeten Verbindungsbereich 4 auf, wobei der Sicherungsring 5 so gestaltet ist, daß an seinem axialen Endbereich, welcher zu dem Sensorbauteil 2 hinweist, eine im Querschnitt zahnartige spitze Rastschneide R gebildet ist, die eine Einrichtung 7 zur Ermöglichung eines axialen Formschlusses zwischen dem Sensorbauteil 2 und dem Sicherungsring 5 bildet.
Der in 2 gezeigte Zustand oder die Zuordnung beider Bauteile 2, 5 stellt einen montierten Zustand dar, in dem, wie 1 zeigt, der Sensor 1 mit seinem Gehäuse 13 noch nicht in seiner endgültigen Position an der Welle 3 festgelegt ist. Das ringförmige, um den gesamten Umfang des Sicherungsringes 5 geführte zahnartige Rastelement 9 liegt in einer Kerbe 8, die um den gesamten Umfang des ringförmigen Sensorbauteils 2 reicht, fest, sodaß die Einheit aus Sicherungsring 5 und ringförmigem Sensorbauteil 2 gemeinsam auf die Welle 3 geschoben werden kann.
Wie 3 zeigt, ist der Verbindungsbereich 4 des ringförmigen Sensorbauteils 2 mit in ihrer Dicke sich zu den axialen Enden des Sensorbauteils 2 sich verringernden Vorsprüngen 6 oder Zungen versehen. Die Vorsprünge 6 weisen tangential um den Aussenumfang verlaufende Einkerbungen auf, an denen sich der Sicherungsring 5 mit seinem Rastelement 9 verkrallen kann.
Wie 5 zeigt, wird zur endgültigen Festlegung des ringförmigen Sensorbauteils 2 dieses unter den Sicherungsring 5 axial verschoben. Der Sicherungsring 5 kommt dabei zur Anlage an einen Innenring 15 eines Lagers 12 für die Welle 3 und stützt sich allumfänglich daran ab.
Der Sicherungsring 5 hat einen gekröpften Querschnitt mit einem kleineren Durchmesser an seinem, dem Lager 12 zugewandten Abschnitt und einen Durchmessersprung hin zu einem größeren Durchmesser an dem ringförmigen Sensorbauteil 2 zugewandten Bereich.
Die Welle 3 weist eine im Querschnitt halbkreisförmige Eindrehung 10 in Angrenzung an einen Lagersitz 16 des Lagers 12 an der Welle 3 auf. Durch die in dem Bereich der Eindrehung 10 vorgesehene Querschnittsverengung des Sicherungsringes 5 ergibt sich dadurch eine Einpressung der Vorsprünge 6 in diese Eindrehung 10 und eine Festlegung des ringförmigen Sensorbauteiles 2 in radialer Richtung in die Eindrehung 10. Das ringförmige Sensorbauteil 2 liegt zudem gepreßt auf der Rändelung 11 auf und kann somit nicht mit seinem Vorsprung 6 aus der Eindrehung 10 entweichen.
Die Rastschneide R des Sicherungsringes 5 gräbt sich an dem Außenumfang des ringförmigen Sensorbauteiles 2 in dieses ein und bildet auch ein unter Einfluß von Vibrationen oder anderen Beschleunigungen, die auf den Sensor 1 und/oder die Welle 3 wirken, einen sicheren Sitz des als Drehwinkelsensor 14 gebildeten Sensors 1.
Bezugszeichenliste

1: Sensor
2: Sensorbauteil, ringförmig
3: Welle
4: Verbindungsbereich
5: Sicherungsring
6: Vorsprung
7: Einrichtung
8: Kerbe
9: Rastelement
10: Eindrehung
11: Rändelung
12: Lager
13: Gehäuse
14: Drehwinkelsensor
15: Innenring
16: Lagersitz
R: Rastschneide

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5838222 [0004]

Claims

Sensor, mit einem ringförmigen Sensorbauteil (2), insbesondere Sensorgehäuse für einen Drehmomentsensor eines Lenksystems, zur Festlegung an einer Welle (3), mit an dem Sensorbauteil (2) um dessen Umfang angeordneten Verbindungsbereich (4) zur zumindest kraftschlüssigen Vebindung des ringförmigen Sensorbauteils (2) mit der Welle (3), dadurch gekennzeichnet, dass ein Sicherungsring (5) vorgesehen ist, der den Verbindungsbereich (4) radial umgreift und wobei der Sicherungsring (5) in seinem Längsschnittverlauf so gestaltet ist, daß er bei einer Montage des ringförmigen Sensorbauteils (2) relativ zu dem ringförmigen Sensorbauteil (2) axial verschoben wird und den Verbindungsbereich (4) des ringförmigen Sensorbauteils (2) an der Welle (3) radial zu der Welle (3) bewegt und festlegt.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsbereich (4) des ringförmigen Sensorbauteils (2) in etwa axialer Richtung des ringförmigen Sensorbauteiles (2) gerichtete finger- oder zungenartige Vorsprünge (6) aufweist.
Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (6) in regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Sensorbauteil (2) eine Einrichtung (7), die einen axialen Formschluß zwischen dem ringförmigen Sensorbauteil (2) und dem Sicherungsring (5) ermöglicht, aufweist.
Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (7) aus um den Umfang des ringförmigen Sensorbauteils (2) und/oder des Sicherungsringes (5) eingebrachte Kerben (8) gebildet ist, in die Rastelemente (9) an dem Sicherungsring (5) und/oder an dem ringförmigen Sensorbauteil (2) eingreifen.
Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastelemente (9) durch um den Umfang an dem ringförmigen Sensorbauteil (2) oder dem Sicherungsring (5) angeordnete Eindrehungen gebildet sind.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang des Sicherungsringes (5) von dem ringförmigen Sensorbauteil (2) zu dessen axialen Ende des Verbindungsbereichs (4) sich verringert.
Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsreduktion des Sicherungsringes (5) durch dessen gekröpften Längsschnittverlauf erfolgt.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (6) oder der Verbindungsbereich (4) an dem ringförmigen Sensorbauteil (2) im montierten Zustand an der Welle (3) durch den Sicherungsring (5) in eine Eindrehung (10) an der Welle (3) gedrückt sind.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Sensorbauteil (2) und/oder der Sicherungsring (5) aus Kunststoff gebildet sind.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungsring (5) aus Metall gebildet ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß radial zwischen der Welle (3) und dem ringförmigen Sensorbauteil (2) eine Rändelung (11) angeordnet ist.
Sensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rändelung (11) an der Welle (3) angeordnet ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungsring (5) im montierten Zustand an einem Radial- oder Axiallager (12) für die Welle (3) anliegt.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (3) eine Lenkwelle oder eine Welle eines Servomotors ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Sensorbauteil (2) ein Gehäuse (13) eines Drehwinkelsensors (14) ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenksystem ein Hilfskraft- oder Fremdkraftlenksystem für einen Personenkraftwagen oder Nutzkraftwagen ist.