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Die Erfindung betrifft eine Tragehülse für einen Encoderring, den Encoderring, einen Differenzwinkelsensor und ein Verfahren zum Herstellen einer Tragehülse für einen Encoderring.
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Elektrisch und/oder elektronisch unterstützte Lenksysteme erfassen über einen Differenzwinkelsensor die Informationen zu einem Lenkbefehl und unterstützen die Lenkung des Fahrzeugs basierend auf den erfassten Informationen über einen Regelkreis.
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Ein derartiger Differenzwinkelsensor ist beispielsweise aus der
DE 602 00 499 T2 bekannt. Der Differenzwinkelsensor umfasst einen ein definiertes Magnetfeld abgebenden Encoderring. Der Differenzwinkelsensor misst einen Differenzwinkel zwischen zwei zueinander verdrehbar angeordneten Wellenabschnitten, die beide über einen Torsionsstab miteinander verbunden sind. Dabei ist auf dem ersten Wellenabschnitt der Encoderring angeordnet, während auf dem zweiten Wellenabschnitt zwei diesem Encoderring zugeordnete Statorelemente mit jeweils abragenden Fingern angeordnet sind. Die Statorelemente umfassen dabei jeweils ein weichmagnetisches Ringelement. Jedes Ringelement weist bezüglich der ersten Welle axial abragende, trapezförmig ausgebildete Finger auf. Die Finger der beiden Statorelemente greifen berührungslos ineinander. Beiden Statorelementen sind gemeinsam ein oder mehrere Magnetfeldsensorelemente zugeordnet. Über das Magnetfeldsensorelement wird direkt oder indirekt der relative Verdrehwinkel zwischen den beiden Wellenabschnitten erfasst. Aus dem erfassten Verdrehwinkel kann auf das an die erste Welle angreifende Drehmoment geschlossen werden.
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Aus der
DE 10 2008 047 466 A1 ist es bekannt, den Encoderring aus einem Geber, wie einem Magnetring auszubilden und über eine Tragehülse auf eine Lenkwelle aufzusetzen. Dazu weist die Tragehülse einen radialen Kragen auf, an dem der Geber befestigt werden kann.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, die bekannte Tragehülse zu verbessern.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung schlägt vor, eine axiale Rückseite der Tragehülse axial umzuschlagen und auf diesem axialen Umschlag den radialen Kragen auszubilden.
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Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass die Befestigung des Gebers robust sein muss, da ein die zu verbessernde Tragehülse verwendender Differenzwinkelsensor in der Regel in sicherheitskritischen Bereichen eingesetzt wird. Bei der Lenkung eines Fahrzeugs würde ein Ausfall des Differenzwinkelsensors zum Ausfall der vollständigen Lenkunterstützung führen oder einen Selbstlenker erzeugen, was nicht hinnehmbar ist. Andererseits steht für den Differenzwinkelsensor und damit für den die Traghülse umfassenden Encoderring nur wenig Bauraum zur Verfügung. Zudem dürfen aufgrund des Kostendrucks die Herstellungskosten einer neuen Lösung insbesondere auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik die Herstellungskosten einer bekannten Lösung nicht übersteigen.
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Der Erfindung liegt ferner die Überlegung zugrunde, dass die Befestigung des Gebers an der bekannten Tragehülse eines bekannten Encoderrings suboptimal ist. Entweder überkragen sich der Geber, seine Befestigung an der Tragehülse und die bekannte Tragehülse axial vollständig, was aber einer kostenintensiven Faltung der bekannten Tragehülse bedarf, oder der Geber oder seine Befestigung an der Tragehülse ragen axial von der Tragehülse ab.
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Demgegenüber erlaubt es die Erfindung durch den angegebenen axialen Umschlag den radialen Kragen faltungsfrei auszugestalten, wobei weder der Geber noch seine Befestigung an der Tragehülse axial über die Tragehülse überstehen.
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Die Erfindung gibt daher eine Tragehülse für einen Encoderring, der insbesondere zum Einsatz in einem Differenzwinkelsensor vorgesehen ist. Die angegebene Tragehülse umfasst einen rohrförmigen Körper mit einer axialen Vorderseite und einer der axialen Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite, einen Umschlag an der axialen Rückseite des rohrförmigen Körpers und einen radialen Kragen am Umschlag.
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Der radiale Kragen kann beliebig auf dem Umschlag ohne eine oben genannte Faltung des rohrförmigen Körpers platziert werden, so dass die angegebene Tragehülse kostengünstig hergestellt werden kann, wobei sich mit der Tragehülse ein platzsparender Encoder realisieren lässt.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist der radiale Kragen an einem der axialen Rückseite gegenüberliegenden axialen Ende des Umschlags ausgebildet. Auf diese Weise lässt sich der radiale Kragen durch einfaches und zeitsparendes Umbiegen eines Endbereichs des Umschlags ausbilden.
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In einer zusätzlichen Weiterbildung umfasst die angegebene Tragehülse einen an der axialen Vorderseite des rohrförmigen Körpers ausgebildeten Befestigungsbereich zum Befestigen des rohrförmigen Körpers auf einer Welle, wobei der radiale Kragen an einer zum Befestigungsbereich gerichteten Seite des Umschlags ausgebildet ist.
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In einer anderen Weiterbildung ist der rohrförmige Körper ein tiefgezogenes Bauteil. Das tiefgezogene Bauteil lässt sich zeitsparend beispielsweise aus einem Blech fertigen, wodurch sich die Trägerhülse besonders kostengünstig fertigen lässt.
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Die Erfindung gibt auch einen Encoderring für einen Differenzwinkelsensor an. Der angegebene Encoderring umfasst eine angegebene Tragehülse und einen mit dem radialen Kragen verbundenen Geber.
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In einer Weiterbildung umfasst der angegebene Encoderring ein den Geber mit dem radialen Kragen verbindendes Verbindungselement. Durch das Verbindungselement kann der Geber unabhängig von der angegebenen Tragehülse gefertigt und dennoch eine sichere Verbindung zwischen beiden Elementen bereitgestellt werden, so dass der Geber sicher am radialen Kragen anliegt. Der angegebene Encoderring kann dadurch sehr robust ausgebildet werden, so dass Ausfallerscheinungen des Encoderrings nahezu ausgeschlossen sind.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist das Verbindungselement ein Spritzgussteil, was in besonders günstiger Weise eine Herstellung des Encoderrings in Serienproduktion erlaubt.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung weist das Spritzgussteil eine Schlüsselfläche auf. Unter einer Schlüsselfläche soll nachstehend eine radiale Vertiefung oder Erhebung auf dem Spritzgussteil verstanden werden. An dieser Schlüsselfläche kann ein Werkzeug in Umfangsrichtung angreifen, um den Geber zu positionieren.
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In einer anderen Weiterbildung umfasst der angegebene Encoderring einen radialen Spalt zwischen dem Umschlag und dem Geber. Durch den radialen Spalt wird ein Spiel zwischen dem Umschlag und dem Geber eingeführt, was eine gewisse Toleranz für einen Innendurchmesser des Gebers und Wärmeausdehnung für den rohrförmigen Körper zulässt, ohne dass der Geber aus seiner Position gedrängt wird. Erstreckt sich der Geber darüber hinaus umfänglich um den rohrförmigen Körper, so verhindert der radiale Spalt auch, dass der Geber vom rohrförmigen Körper aufgrund zu hoher mechanischer Spannung gesprengt wird.
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In einer alternativen oder zusätzlichen Weiterbildung ist der Geber ein Magnetring. Diese Ausbildung ist besonders günstig, wenn der rohrförmige Körper aus einem Metall ausgebildet ist, das die Magnetfeldlinien des Magnetrings führen kann. Der rohrförmige Körper dient damit als Joch für den durch den Magnetring aufgebauten magnetischen Kreis, sammelt die Feldlinien aus dem Magnetring und verstärkt so den magnetischen Effekt.
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Die Erfindung gibt auch einen Differenzwinkelsensor an, der einen angegebenen Encoderring und einen Messfühler zum Erfassen einer Winkellage des Gebers zum Messfühler umfasst.
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Die Erfindung gibt auch ein Verfahren zum Herstellen einer Tragehülse für einen Encoderring eines Differenzwinkelsensors an, das die Schritte Ausbilden eines rohrförmigen Körper mit einer axialen Vorderseite und einer der axialen Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite, Umschlagen eines axialen Endes an der axialen Rückseite des rohrförmigen Körpers und Ausbilden eines radialen Kragens am umgeschlagenen axialen Ende umfasst.
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Weiterbildungen des Verfahrens können Verfahrensschritte sein, die die Merkmale der angegebenen Tragehülse, des angegebenen Encoderrings oder des Differenzwinkelsensors gemäß den Unteransprüchen sinngemäß realisieren.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei:
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1 eine Lenkwelle mit einem beispielhaften Differenzwinkelsensor und
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2 ein Schnittbild eines Encoderrings aus dem Differenzwinkelsensor der 1 zeigen.
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In 1 ist eine Lenkwelle 2 mit einem Differenzwinkelsensor 4 gemäß einem Beispiel der Erfindung dargestellt. Die dargestellte Lenkwelle 2 kann beispielsweise in einer dem Fachmann an sich bekannten Weise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden.
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Die Lenkwelle 2 umfasst neben dem Differenzwinkelsensor 4 eine Einganswelle 6 und eine Ausgangswelle 8. Die beiden Wellen 6, 8 sind über einen Torsionsstab 10 miteinander verbunden. Der Torsionsstab 10 wandelt ein zwischen der Eingangswelle 6 und der Ausgangswelle 8 vorhandenes Drehmoment in eine Winkeldifferenz um, die vom Differenzwinkelsensor 4 erfasst wird.
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Der Differenzwinkelsensor 4 weist einen Encoderring 12 und einen Messfühler 14 auf. Der noch zu beschreibende Encoderring 12 gibt ein von der Winkellage des Encodersrings 12 zum Messfühler abhängiges Messsignal an den Messfühler 14 ab. Der Messfühler 14 erfasst das Messsignal.
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Der Encoderring 12 ist drehfest mit der Eingangswelle 6 verbunden, während der Messfühler 14 über ein Gestell 16 drehfest mit der Ausgangswelle 8 verbunden ist. Aus dem vom Messfühler 14 erfassbaren Messsignal kann somit die Winkellage der Eingangswelle 6 zur Ausgangswelle 8 und über die bekannte Steifigkeit des Torsionsstabs 10 das Drehmoment zwischen der Eingangswelle 6 und der Ausgangswelle 8 bestimmt werden.
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Es wird auf 2 Bezug genommen, die ein Schnittbild des Encoderrings 12 aus dem Differenzwinkelsensor 4 der 1 zeigt.
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Der Encoderring 12 weist einen über ein Verbindungselement 18 an einem rohrförmigen Körper befestigten Geber auf. Das Verbindungselement 18 ist aus Kunststoff ausgeführt. Dabei ist der rohrförmige Körper als Tiefziehblech 20 und der Geber als Magnetring 22 ausgebildet, so dass das Messsignal ein magnetisches Feld ist.
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Das Tiefziehblech 20 kann in der Befestigungszone 24 an beziehungsweise auf der Lenkwelle montiert werden. Dazu kann das Tiefziehblech 20 auf der Lenkwelle verstemmt werden, wobei ein Stempel das Blechmaterial des Tiefziehblechs 20 radial in vorbereitete Vertiefungen auf der Lenkwelle drückt. Alternativ kann das Tiefziehblech 20 aber auch auf der Lenkwelle verklebt oder lasergeschweißt werden.
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Das der Befestigungszone 24 gegenüberliegende Ende des Tiefziehbleches 20 weist einen Umschlag 26 auf, der radial über den Grundkörper des Tiefziehbleches 20 gelegt ist. Von einer Biegekante 28 zwischen dem Grundkörper des Tiefziehbleches 20 und dem Umschlag 26 aus gesehen weist der Umschlag 26 an dem gegenüberliegenden Ende einen radialen Kragen 30 auf.
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Der Magnetring 22 des Encoderrings 12 ist gemeinsam mit dem Verbindungselement 18 mit dem radialen Kragen 30 formschlüssig verbunden. Dazu ist das Verbindungselement 18 vorzugsweise an den Magnetring 22 angespritzt.
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Das Verbindungselement 18 kann elastisch ausgeführt sein, um unterschiedliche temperaturbedingte Ausdehnungen des Magnetrings 9 und des Tiefziehblechs 20 abfangen zu können.
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Durch Vertiefungen 32 im Verbindungselement 18 kann eine Schlüsselfläche im Verbindungselement 18 ausgeführt werden. An den Wandungen der Vertiefungen 32 kann ein Werkzeug angreifen, um den Encoderring 12 lagerichtig zu montieren. Die Anbringung der Vertiefungen 32 in dem Verbindungselement 18 ist besonders vorteilhaft, da das Material des Magnetrings 22 spröde ist und eine Ausformung von Vertiefungen 32 in dem Material des Magnetrings 22 bei der Montage zu einer Beschädigung des Magnetrings 22 führen kann.
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Der Magnetring 22 ist radial vom Umschlag 26 beabstandet, so dass zwischen Magnetring 22 und dem Umschlag 26 ein radialer Spalt 34 ausgebildet ist. Der radiale Spalt 34 verhindert, dass Wärmeausdehnungen des Tiefziehblechs 20 den Magnetring 22 vom Tiefziehblech 20 sprengen. Zudem ermöglicht der radiale Spalt 34 eine exakte Positionierung des Magnetrings 22 auf dem Umschlag 26 trotz Fertigungstoleranzen.
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Ist das Tiefziehblech 20 magnetisch leitfähig ausgeführt, kann dieses aufgrund seiner am Magnetring 22 dem Messfühler 14 gegenüberliegenden Lage die vom Magnetring 22 abgegebenen magnetischen Feldlinien bündeln und so wie ein Joch wirken. Auf diese Weise wird das vom Messfühler 14 erfassbaren Messsignal verstärkt und die Robustheit des Differenzwinkelsensors 4 gesteigert. Ferner kann ein bestimmtes Magnetfeld mit vergleichsweise weniger kostenintensivem Magnetmaterial erreicht werden, so dass sich Herstellungskosten einsparen lassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 60200499 T2 [0003]
- DE 102008047466 A1 [0004]
