DE102009054521A1

DE102009054521A1 - Drehzahlsensor

Info

Publication number: DE102009054521A1
Application number: DE102009054521A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Schrader
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2011-02-03
Also published as: KR20120060829A; WO2011012399A1; EP2460019A1; US20120112742A1; CN102472767A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drehzahlsensor mit einem Sensorgehäuse (2), zur Aufnahme eines Magnetfeldsensorelementes, einem Adapter (6) zur Halterung des Sensorgehäuses und mit einem magnetischen Encoder. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Drehzahlsensor eine Einrichtung (4) zur Längenanpassung bzw. Luftspalteinstellung aufweist und dass die Einrichtung einen Klemmmechanismus (16, 18) zur Halterung des Sensorgehäuses (2) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehzahlsensor, insbesondere einen Raddrehzahlsensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie die Verwendung des Drehzahlsensors in Kraftfahrzeugen.
Derartige Drehzahlsensoren sind bereits in verschiedenen Ausgestaltungen bekannt. Der Luftspalt bzw. die Lesereichweite auch sogenannter aktiver Sensoren ist abhängig von der Teilung des korrespondierenden Zahnrades oder Magnetencoders. In Einbaufällen, bei denen eine hohe Polpaar- oder Zähnezahl oder ein Sensorrad kleinen Durchmessers gepaart mit großen Zusammenbautoleranzen erfolgt, kann die Funktion mit einem Sensor mit festen Maßen nicht gewährleiste werden.
Bekannte einstellbare Raddrehzahlsensoren werden an einer verschiebbaren Befestigungsbuchse mittels einer kleinen Klemmschraube mit Aussensechskant festgesetzt. Hierdurch sind jedoch nur Längenanpassungen in der Größenordnung von 10 mm realisierbar.
Bei einer anderen bekannten Längenanpassung eines Raddrehzahlsensors wird der Radsensor zusammen mit einer federnden Hülse in eine Aufnahmebohrung geschoben. Da bei dieser Anordnung der Sensor verschiebbar bleibt, besteht im Fahrbetrieb die Möglichkeit, daß der Sensor wieder soweit aus der Bohrung gedrückt wird, daß durch den sich verändernden Luftspalt Signalstörungen oder Signalverluste auftreten können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehzahlsensor zu schaffen, der in Längsrichtung verstellbar und trotzdem sicher fixiert ist, um Signalstörungen auf Basis von ungenauer Geometrie zu vermeiden.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird auf überraschende und einfache Weise ein Drehzahlsensor geschaffen, mit dem das Sensorgehäuse auf einfache und robuste Weise in Längsrichtung verstellbar und dennoch sicher fixiert ist, um Signalstörungen aufgrund von unerwünschten Abstandsänderungen zwischen Sensorelement und Encoder zu vermeiden. Die sichere Einstellung der Länge des Raddrehzahlsensors erschließt auch die Möglichkeit, mit dem Sensor unterschiedliche Einbaufälle zu realisieren, ohne hierfür jeweils einen neuen Sensorkopf anfertigen zu müssen, was insbesondere auch für kleine Stückzahlen von Interesse sein kann.
Bei zweckmäßigen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Drehzahlsensors kann zweckmäßigerweise bezüglich der Längenanpassung und Luftspalteinstellbarkeit zumindest einer der folgenden Aspekte vorteilhaft genutzt werden:

– Einfaches, d. h. ohne Befestigungsflansch, universell einsetzbares Gehäuse für das aktive Sensorelement bzw. den aktiven Drehzahlsensor. Durch Wahl nur des entsprechenden Sensorelements können entweder magnetische Encoder oder Stahlzahnräder abgetastet werden.
– Einfache, robuste Elemente zur Festsetzung des Sensorgehäuses in Längsrichtung, dargestellt bzw. beispielhaft verwirklicht durch einen Klemmkonus und einer Hohlschraube sowie einem dazugehörigen Adapter, die in bisherige Standard-Sensoraufnahmebohrungen eingebaut werden können.

Der Drehzahlsensor ist bevorzugt als Raddrehzahlsensor ausgebildet und wird entsprechend also solcher verwendet.
Der Drehzahlsensor umfasst vorzugsweise wenigstens ein Magnetfeldsensorelement und einen magnetischen Encoder, welcher insbesondere zumindest eine permanentmagnetische Encoderspur oder eine Encoderspur aus einem magnetisierbaren Material umfasst, ganz besonders bevorzugt als Lochscheibe oder Ring mit Stanzungen oder Zahnrad ausgebildet.
Der Drehzahlsensor umfasst bevorzugt eine Befestigungseinrichtung, die so ausgelegt ist, dass mit dieser der Luftspalt zwischen dem Sensorelement und dem Encoder einstellbar ist.
Der Drehzahlsensor ist vorzugsweise als aktiver Sensor ausgebildet, der elektrische Energie zum Betrieb zumindest seines einen Magnetfeldsensorelements benötigt.
Es ist bevorzugt, dass der Drehzahlsensor wenigstens ein Magnetfeldelement, insbesondere ein magnetoresistives Sensorelement oder ein Hall-Sensorelement, aufweist, eine elektronische Signalverarbeitungsschaltung sowie insbesondere ein Kunststoffgehäuse. Dieses Kunststoffgehäuse ist ganz besonders bevorzugt im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet.
Es ist zweckmäßig, dass die Befestigungseinrichtung eine Adaptereinheit, einen Klemmring sowie eine Druckschraube umfasst. Der Adaptereinheit ist dabei insbesondere so ausgebildet, dass die in einer Ausnehmung das Gehäuse des Drehzahlsensors verdrehsicher aufnehmen kann, dass die Ausnehmung der Adaptereinheit so ausgebildet ist, dass sie konzentrisch um das Drehzahlsensorgehäuse angeordnet zur Aufnahme des Klemmrings geeignet ist und wobei die Adaptereinheit eine Bohrung zu Befestigung des gesamten Drehzahlsensors mittels beispielsweise einer Schraube aufweist.
Im Mittelteil des Adapters ist vorzugsweise eine konisch gestaltete Bohrung vorgesehen, die eine Gegenfläche zum Klemmring bildet. Ferner beinhaltet der Adapter zweckmäßig eine Gewindebohrung, in die die Druckschraube eingeschraubt wird, die den Klemmring axial belastet und diesen über die Konusflächen auf das Sensorgehäuse fest verspannt. Der Klemmring hat vorteilhaft an seiner Aussenfläche ebenfalls einen Konus, korrespondierend mit der Konusbohrung im Adapter. Die Innenfläche ist korrespondierend zum Sensorgehäuse gestaltet, so daß bei axialer Zuspannung eine große Klemmfläche gewährleistet ist.
Bei einer anderen Ausführung weist der Klemmmechanismus Anstelle des Klemmringes ein elastisches Formelement auf, das durch Anziehen der Druckschraube über die Querverformung das Sensorgehäuse fixiert. Diese Fixierung wäre dann allerdings weniger starr, was zu Vibrationen führen kann, allerdings auch eine gewisse Nachgiebigkeit beim Anlaufen des Encoders am Sensorgehäuse ergäbe.
Der Drehzahlsensor bzw. Raddrehzahlsensor bzw. Radsensor ist beispielhaft also so ausgebildet, dass der Luftspalt zum magnetischen Encoder längeneinstellbar gestaltet ist, um einen Ausgleich der Zusammenbautoleranzen im Fahrzeug zu ermöglichen: Der Luftspalt bzw. die Lesereichweite, insbesondere sogenannter aktiver, Sensoren ist abhängig von der Teilung des korrespondierenden Zahnrades oder Magnetencoders. In Einbaufällen, wo eine hohe Polpaar- oder Zähnezahl oder ein Sensorrad kleinen Durchmessers gepaart mit großen Zusammenbautoleranzen erfolgt, kann die Funktion mit einem Sensor mit festen Maßen nicht unbedingt gewährleistet werden.
Die Einstellung der Länge des Luftspalts bzw. der Positionierung des Raddrehzahlsensors erschließt beispielsweise auch die Möglichkeit mit einem Sensor unterschiedliche Einbaufälle zu bedienen ohne hierfür einen neuen Sensorkopf anfertigen zu müssen, was insbesondere für sehr kleine Stückzahlen von Interesse sein kann. Bisherige einstellbare Radsensoren wurden beispielsweise an einer verschiebbaren Befestigungsbuchse mittels einer kleinen Klemmschraube, Größenordung SW5 Außensechskant festgesetzt. Hierdurch war auch nur eine Längenanpassung in der Größenordnung von 10 mm realisierbar.
Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung des Drehzahlsensors in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Lastkraftwagen.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen von Ausführungsbeispielen an Hand von Figuren.
Es zeigen in schematischer Darstellung die 1 bis 8 diverse Ausführungsbeispiele von Drehzahlsensoranordnungen bzw. Drehzahlsensoren:
1 eine Drehzahlsensorgehäuse mit Befestigungseinrichtung
2 das Drehzahlsensorgehäuse mit Befestigungseinrichtung in demontiertem Zustand,
3 das Drehzahlsensorgehäuse mit Klemmring und Druck mutter in vormontiertem Zustand,
4 das vordere Ende eines Drehzahlsensorgehäuses,
5 eine Längsschnitt durch ein Drehzahlsensorgehäuse mit Befestigungseinrichtung,
6 eine Vorderansicht eines Adapters,
7 einen Drehzahlsensor im Einbauzustand mit axialer Abtastung
8 einen Drehzahlsensor im Einbauzustand mit radialer Abtastung.
1 zeigt ein Drehzahlsensorgehäuse 2 mit einer Befestigungseinrichtung 4, um das Drehzahlsensorgehäuse z. B. an einem Fahrzeug zu befestigen. Zu diesem Zwecke ist ein Adapter 6 vorgesehen, der aus einem zylindrischen Hauptteil 8 besteht, an dessen einem Ende ein seitlich vorkragender Befestigungsflansch 10 vorgesehen ist. Der Befestigungsflansch weist eine Bohrung 12 auf, durch die eine Befestigungsschraube 14 gesteckt ist, mit der der Adapter am Fahrzeug, z. B. einem Achsteil, befestigt werden kann
In 2 sind Einzelteile der Anordung im demontierten Zustand dargestellt, nämlich das Sensorgehäuse 2, der Adapter 6, ein Klemmring 16 und eine Druckschraube 18. Das Sensorgehäuse 2 ist stabförmig ausgebildet und weist in seinem Inneren ein hier nicht dargestelltes Sensorelement auf, welches über ein Kabel 19 mit einer Einrichtung zur Auwertung der Sensorsignale verbunden ist. Das Sensorgehäuse ist an seiner Aussenseite mit zwei Abflachungen 20, 22 versehen, die mit entsprechenden Flächen 24, 26 bzw. 28, 30 im Adapter bzw. im Klemmring 16 eine Verdrehsicherung bilden. Der Adapter 6 ist innen mit einem Konus 32 (siehe 5) und einem Innengewinde 34 versehen. Der Klemmring 16 weist einen Längschlitz 36 auf, sowie einen Konus 38 und einen zylindrischen Teil 40. Die Druckschraube 18 ist an einem Ende mit einem Aussengewinde 42 versehen und weist auf der anderen Seite einen Aussensechskant 44 auf. Die Gewindepassung wird zweckmäßig klemmend gewählt, um einem selbständigen Lösen der Druckschraube 18 vorzubeugen. Innen weist die Druckschraube 18 eine Durchgangsbohrung 46 zum Durchgang des Sensorgehäuses 2 auf. Das Bohrungsmaß ist so gewählt, dass eine zusätzliche Abstützung des Sensorgehäuses entsteht.
3 zeigt das Sensorgehäuse 2, den Klemmring 16 und die Druckschraube 18 in einem vormontierten Zustand, wobei der Klemmring 16 über das Sensorgehäuse 2 und die Duckschraube 18 über den Klemmring 16 geschoben ist.
Das in 4 teilweise dargestellte Sensorgehäuse ist so gestaltet, dass eine schmale Rippe 31 (von z. B. 0,5 mm–0,75 mm) an der Lesefläche 33 des Sensors integriert ist, wodurch ein bestimmter Luftspalt zum Encoder, bevorzugt für Stahlzahnräder, vorgegeben werden kann. Bei dynamischen Luftspaltverkleinerungen im Fahrbetrieb wird die Rippe 19 durch das Zahnrad entsprechend abgeschliffen.
In 5 ist das Sensorgehäuse 2 mit Adapter 6, Klemmring 16 und Druckschraube 18 im Längsschnitt dargestellt. Die Druckschraube 18 ist mit ihrem Aussengewinde 42 in das Innengewinde 34 des Adapters 6 geschraubt und wirkt mit ihrer Stirnseite gegen die zugewandte Stirnseite des Klemmringes, wodurch dessen Konus gegen den Konus des Adapters gedrückt wird. Aufgrund der dadurch entstehenden Kräfte werden der Klemmring 16 und das Sensorgehäuse 2 gegeneinander verklemmt. Da, wie insbesondere in 6 zu sehen ist, das Sensorgehäuse und der Adapter mittels der Abflachungen 20, 22 bzw. der Flächen 24, 26 drehfest miteinander verbunden sind, wird so eine einstellbare, jedoch im Betriebszustanddrehfeste und gegen axiale Verschiebung gesicherte Verbindung geschaffen
7 zeigt einen Drehzahlsensor mit Gehäuse 2, Adapter 6 du Druckschraube 18 im eingebauten Zustand mit axialer Abtastung. Der magnetische Encoder 50 ist dabei als magnetisierbarer Stanzring ausgebildet, welcher das magnetische Feld moduliert, das ein im Drehzahlsensor integrierter, nicht dargestellter Permanentmagnet erzeugt. Das Drehzahlsensorgehäuse 2 ist bei diesem Sensor durch eine Bohrung in einem Fahrzeugteil 52 geführt und mittels des am Adapter 6 vorgesehenen Befestigungsflansches 10 und einer Befestigungsschraube 14 am Fahrzeug befestigt, um eine sichere Halterung zu schaffen. Anstelle der Befestigung mittels Schraube kommen auch andere Befestigungsarten, wie Schrumpf, Press- oder Klebeverbindungen. Der Durchtritt des Sensorgehäuses im Adapter ist, wie zuvor beschrieben, zweiseitig abgeflacht und gewährleistet so eine Verdrehsicherung Das vordere Ende des Drehzahlsensorgehäuses ist gegenüber einem magnetischen Encoder, der hier als ausgebildet ist. Zwischen dem Ende des Drehzahlsensorgehäuses und dem Encoder befindet sich ein Luftspalt. Von der genauen Einstellung und Beibehaltung dieses Luftspaltes ist die Qualität der Sensorsignale abhängig.
Das Sensorgehäuse kann dabei beispielsweise in herkömmlichen Standardaufnahmebohrungen mit Nenndurchmesser von z. B. 16 oder 18 eingebaut werden.
Bei der in 8 dargestellten Ausführungsform ist das Sensorgehäuse 2 im Einbauzustand dargestellt, wobei eine radiale Abtastung eines Encoderrades 54 mit radialem Zahnkranz erfolgt, wie bei der Ausführungsform gemäß 7 ist das Sensorgehäuse über den Adapter mit einem Fahrzeugteil verschraubt.
Der Einbau des Sensors in das Fahrzeug, insbesondere die Fahrzeugachse, kann wie folgt ablaufen. Der Sensor wird mit Adapter, Klemmring und Druckschraube vormontiert und im Längenmaß voreingestellt an den Kunden geliefert, die ihn in das Achsteil einsetzt und verschraubt oder auf andere Weise am Achsteil befestigt, wie oben beschrieben. Schrumpf- oder Pressverbindungen sind bei dieser Montageabfolge allerdings weniger geeignet. Bei einer anderen Montageabfolge wird der Adapter mit Klemmring und Druckschraube wird im Achsteil angebracht, der Sensor später, ggf. auf einen Anschlag, eingeschoben und mit der Druckschraube fixiert. Bei einer dritten Montagefolge ist vorgesehen, daß zunächst nur der Adapter in das Achsteil eingebracht wird. Der Sensor mit aufgeschobener Druckschraube und Klemmring wird dann später in den Adapter montiert. Diese Abfolge bietet sich insbesondere an, wenn der Adapter eingepresst, eingeschrumpft oder verklebt werden soll.
Bezugszeichenliste

2: Drehzahlsensorgehäuse
4: Befestigungseinrichtung
6: Adapter
8: Hauptteil
10: Befestigungsflansch
12: Bohrung
14: Befestigungsschraube
16: Klemmring
18: Druckschraube
19: Kabel
20, 22: Abflachung
24, 26: Fläche
28, 30: Fläche
31: Rippe
32: Konus
33: Lesefläche
34: Innengewinde
36: Längschlitz
38: Konus
40: zylindrischer Teil
42: Aussengewinde
44: Aussensechskant
46: Durchgangsbohrung
50: Encoder
52: Fahrzeugteil
54: Encoderrad
56: radialer Zahnkranz

Claims

Drehzahlsensor mit einem Sensorgehäuse, zur Aufnahme eines Magnetfeldsensorelementes, einem Adapter zur Halterung des Sensorgehäuses und mit einem magnetischen Encoder, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlsensor eine Einrichtung (4) zur Längenanpassung bzw. Luftspalteinstellung aufweist und dass die Einrichtung einen Klemmmechanismus (16, 18) zur Halterung des Sensorgehäuses (2) aufweist.
Drehzahlsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmmechanismus einen das Sensorgehäuse (2) umfassenden Klemmring (16) aufweist.
Drehzahlsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmring (16) einen Konus (32) aufweist, der mit einem Gegenkonus (38) im Adapter (6) zusammenwirkt.
Drehzahlsensor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmring (16), insbesondere mittels einer Druckschraube (18), am Adapter (6) axial verspannbar gehaltert ist.
Drehzahlsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckschraube (18) zur axial verspannbaren Halterung des Klemmringes (16) mit dem Adapter (6) verschraubbar ist.
Drehzahlsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorgehäuse (2) eine Verdrehsicherung aufweist.
Drehzahlsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorgehäuse (2) zur Verdrehsicherung mindestens eine Abflachung (20, 22) aufweist, die mit einer entsprechenden Gegenfläche (24, 26) zusammenwirkt.
Drehzahlsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorgehäuse eine dem Encoder zugewandte Rippe (31) aufweist.
Drehzahlsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein aktiver Sensor ist.
Drehzahlsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeldsensorelement mittels des magnetoresistiven oder mittels des Hall-Prinzips arbeitet.