DE102011118775B3

DE102011118775B3 - Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung der Relativposition zweier relativ zueinander bewegbarer Teile

Info

Publication number: DE102011118775B3
Application number: DE201110118775
Authority: DE
Inventors: Jürgen Seitzer; Andreas Falk; Gunter Schrempf; Coslin Miulescu; Klaus Wilczek
Original assignee: HARTMANN EXACT GmbH; HARTMANN-EXACT GmbH
Current assignee: HARTMANN EXACT GmbH; HARTMANN-EXACT GmbH
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2013-04-04
Anticipated expiration: 2031-11-18

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) zur berührungslosen Erfassung der Relativposition zweier relativ zueinander bewegbarer Teile, insbesondere ein Fahrwerkssensor, beschrieben, die in bekannter Weise ein Gehäuse (2), das mit dem einen der beiden Teile verbindbar ist, und ein Bedienelement (6) umfasst, das über einen Hebelarm (7) mit dem anderen Teil verbindbar ist. Eine Drehwelle (8), die mit dem Hebelarm (7) drehschlüssig verbunden ist, ist in einen Hohlraum (19) des Gehäuses (2) eingeführt und dort verrastet. Sie trägt an ihrer Stirnfläche ein signalgebendes Element (10), insbesondere einen Magneten. Ein signalerfassendes Element (13) ist dem signalgebenden Element (10) benachbart, von diesem aber durch eine Materialwand getrennt. Die Mantelfläche des Hohlraums (19) des Gehäuses (2) weist zumindest bereichsweise einen Einsatz (4) aus elastischem Material auf, der seinerseits einen Aufnahmeraum (5) für die Drehwelle (8) besitzt. Die Mantelfläche des Aufnahmeraums (5) und die Mantelfläche der Drehwelle (8) sind so konfiguriert, dass die Drehwelle (8) unter elastischer Deformation des Einsatzes (4) in den Aufnahmeraum (5) einführbar und dort verrastbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung der Relativposition zweier relativ zueinander bewegbarer Teile nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Vorrichtungen dieser Art finden inbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik Verwendung und werden dort landläufig als ”Fahrwerkssensoren” bezeichnet. Sie sind üblicherweise weitgehend ungeschützt im Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs montiert. Dort wirken extreme Umwelteinflüsse, insbesondere große Luftdruckunterschiede und große Temperaturunterschiede auf sie ein. Darüber hinaus sind die Fahrwerkssensoren Feuchtigkeit, Schmutz, Steinen, Split, Streusalz und Reinigungsmitteln ausgesetzt.
Eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art ist aus der EP 0 617 260 A1 bekannt geworden. Der dort beschriebene Fahrzeugniveaugeber weist zwei miteinander verbundene Bauteile auf, von denen das eine mit dem Fahrzeugchassis und das andere mit der Radaufhängung verbunden ist. Eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Lageänderung zwischen den Bauteilen weist einen magnetfeldempfindlichen Fühler und einen Permanentmagneten auf. Letzterer ist mit der Radaufhängung verbunden und in einem Kugelkopf untergebracht, welcher in eine Kugelpfanne eingesetzt ist, die ihrerseits den Fühler beherbergt. Ein Faltenbalg schützt die so dargestellte Kugelgelenkverbindung vor Umwelteinflüssen. Solche Faltenbälge sind aber ihrerseits gegen die oben erwähnten Umwelteinflüsse nicht resistent.
Ein Kugelgelenk weist auch eine aus der DE 42 11 897 A1 bekannte Radaufhängung oder Lenkung von Kraftfahrzeugen auf. Dort erfolgt der Schutz gegen äußere Einflüsse über eine Abdichtmanschette. Ein Sensor ist dort nicht vorgesehen.
Weitere Sensoren, welche die Relativbewegung zweier beweglicher Teile messen, sind der DE 101 10 738 C1 , der US 7 405 557 B2 und der EP 1 729 094 A1 zu entnehmen.
Eine Vorrichtung ähnlich derjenigen der der eingangs genannten Art ist aus der DE 10 2007 034 099 A1 bekannt. In dieser Druckschrift geht es insbesondere darum, das signalerfassende Element von Umgebungseinflüssen abzuschirmen. Hierzu wird vorgeschlagen, dieses signalerfassende Element in dem Gehäuse allseits einzugießen und so anzuordnen, dass es berührungslos mit dem signalgebenden Element in Wechselwirkung stehen kann.
Die Befestigung der Drehwelle, die Teil des Bedienelements ist, in dem Gehäuse erfolgt nach der Lehre dieser Druckschrift auf zwei unterschiedliche Weisen: Zum einen wird in dem Aufnahmeraum für die Drehwelle eine Schulter vorgesehen, die mit einer entsprechenden Schulter der Drehwelle einen Axialanschlag in einer Richtung bildet, während in der entgegengesetzten Richtung der Axialanschlag durch den Hebelarm des Bedienelementes gebildet wird. Bei der anderen Ausbildungsform der DE 10 2007 034 099 A1 wird zur Axialfixierung ein Sicherungsbügel eingesetzt, der durch das Gehäuse hindurch in eine Nut eingeführt wird, die an der Umfangsfläche der Drehwelle ausgebildet ist.
Beide bekannte Befestigungsarten des Bedienelements haben den Nachteil, dass verhältnismäßig viele Teile erforderlich sind und die Montage des Bedienelementes kompliziert ist.
Vom Markt her bekannt ist eine Vorrichtung, die ebenfalls der eingangs genannten Art entspricht, die Montage des Bedienelements jedoch dadurch vereinfacht, dass dessen Drehwelle in dem Aufnahmeraum des Gehäuses verrastet ist. Dabei wird zunächst ein Gleitlager auf die Drehwelle aufgeklipst und diese Baugruppe dann insgesamt in dem Gehäuse verrastet. Diese druckschriftlich nicht beschriebende Vorrichtung erleichtert zwar die Montage des Bedienelements. Gleichwohl ist dieses noch verhältnismäßig kompliziert aufgebaut.
Da Vorrichtungen der hier interessierenden Art, insbesondere Fahrwerksensoren, Massenprodukte sind, bei denen es kostenmäßig auch auf Bruchteile eines Cents ankommen kann, besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Verbindung zwischen dem Bedienelement und dem Gehäuse noch kostengünstiger erfolgen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Zentrales Element der vorliegenden Erfindung ist somit der Einsatz aus elastischem Material, der die Axialsicherung des Bedienelements am Gehäuse durch seine Elastizität und einen geeigneten Formschluss bewirkt. Der Einsatz selbst ist hierzu an seiner äußeren Mantelfläche fest mit dem Gehäuse verbunden, wofür unterschiedliche preiswerte Verfahren zur Verfügung stehen. Das Verrasten der Drehwelle des Bedienelementes erfolgt durch einfache Deformation des Einsatzes und kann leicht automatisiert werden. Der Einsatz übernimmt darüber hinaus die Funktion einer Dichtung und einer Gleitführung.
Wie im Stand der Technik an sich bekannt, weist die Mantelfläche des Aufnahmeraums des Einsatzes einen kugelkalottenförmigen Bereich und die Mantelfläche der Drehwelle einen kugelabschnittsförmigen Bereich auf.
Wenn der kugelabschnittsförmige Bereich der Drehwelle in dem kugelkalottenförmigen Bereich des Einsatzes einsitzt, ist die Axialsicherung der Drehwelle, also die Verrastung, durch die erfindungsgemäße elastische Deformation des Einsatzes gegeben. Ausserdem trägt die Kugelform der zusammenwirkenwirkenden Flächen von Drehwelle und Einsatz dazu bei, dass sich die Drehwelle bei der Montage des Bedienelements am Gehäuse leichter zentriert.
Dadurch, dass erfindungsgemäß die Mantelfläche des Aufnahmeraumes in axialem Abstand von dem kugelkalottenförmigen Bereich einen kreiszylindrischen Bereich und die Mantelfläche der Drehwelle in axialem Abstand von dem kugelabschnittsförmigen Bereich einen kreiszylindrischen Bereich aufweist, wobei der kreiszylindrische Bereich des Aufnahmeraums an dem kreiszylinderförmigen Bereich der Drehwelle anliegt, ist eine sichere Führung gegeben.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt die Mantelfläche des Aufnahmeraums des Einsatzes im äußersten Bereich einen sich konisch nach innen verjüngenden Abschnitt und die Mantelfläche der Drehwelle in dem dem Hebelarm benachbarten Bereich einen sich entsprechend konisch verjüngenden Abschnitt. Hierdurch wird insbesondere das Einführen und Zentrieren der Drehwelle in dem elastischen Einsatz erleichtert.
Günstig ist ferner, wenn die Drehwelle unter Vorspannung in dem Einsatz verrastet ist. Dies verbessert die Dichtwirkung und vermeidet ein Spiel zwischen den benachbarten Teilen, das zu unerwünschten Geräusche führen könnte.
Kostenmäßig besonders vorteilhaft ist es, wenn das Gehäuse und der Einsatz im Zweikomponenten-Spritzverfahren hergestellt sind. Es entfällt auf diese Weise die gesonderte Herstellung, Einbringung und Befestigung des Einsatzes im Gehäuse.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch einen Fahrwerksensor.
Der dargestellte und insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Fahrwerksensor umfasst ein Gehäuse 2 aus einem korrosionsbeständigen und schlagfesten Kunststoff, das im Wesentlichen als nach oben offener Becher ausgebildet ist. Die obere Öffnung des inneren Hohlraums 19 des Gehäuses 2 ist von einem sich nach oben erstreckenden Ringkragen 3 umgeben.
An die innere Mantelfläche des Hohlraumes 19 Gehäuses 2 ist im Zweikomponenten-Verfahren ein Einsatz 4 aus verhältnismäßig weichem, elastischem Kunststoff angespritzt. Dieser Einsatz 4 erstreckt sich über den Kragen 3 nach oben hinaus und umgibt diesen, so dass sich eine feste Verbindung zwischen dem Einsatz 4 und dem Gehäuse 2 ergibt.
Durch den Einsatz 4 erstreckt sich von oben bis unten ein rotationssymmetrischer Aufnahmeraum 5, der in drei Abschnitte 5a, 5b und 5c unterteilt ist. Der oberste Abschnitt 5a ist konisch, sich nach unten verjüngend, ausgebildet. An diesen schließt sich nach unten ein kugelkalottenförmiger Bereich 5b an, der seinerseits, weiter nach unten, durch einen kreiszylindrischen Bereich 5c fortgesetzt wird.
In den Aufnahmeraum 5 des Einsatzes 4 ist von oben her ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 6 gekennzeichnetes Bedienelement in weiter unten beschriebener Weise eingerastet.
Das Bedienelement 6 umfasst in einer Weise, wie dies aus der oben genannten DE 10 2007 034 099 A1 bekannt ist, einen Hebelarm 7, der allerdings in der Zeichnung so gedreht ist, dass seine Längserstreckung senkrecht zur Zeichenebene verläuft. Das freie Ende dieses Hebelarmes 7 trägt eine Kugel, die ihrerseits über ein Gestänge mit einer Komponente des Fahrwerkes, beispielsweise mit einem Querlenker, verbunden ist.
An den Hebelarm 7 ist unter etwa rechtem Winkel eine Drehwelle 8 einstückig angespritzt. Die Drehwelle 8 ist in ähnlicher Weise in drei Abschnitte unterteilt wie der Aufnahmeraum 5 des Einsatzes 4. Das heißt, dass die Drehwelle 8 oben, an den Hebelarm 7 anschließend, zunächst einen sich konisch nach unten verjüngenden Abschnitt 8a aufweist, dem, weiter nach unten, ein kugeliger Abschnitt 8b folgt. An den Abschnitt 8b wiederum schließt sich ein Abschnitt 8c mit kreiszylindrischer Mantelfläche an, dessen Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Abschnittes 5c des Hohlraumes 5 ist. Der unterste Abschnitt 8d der Drehwelle 8 ist wiederum als Kreiszylindermantelfläche gestaltet, wobei jedoch der Radius gegenüber dem Abschnitt 8c vergrößert ist.
Wie sich aus der Zeichnung ergibt, liegen im montierten Zustand die Abschnitte 8a, 8b und 8d der Drehwelle 8 an den benachbarten Abschnitten 5a, 5b und 5c des Einsatzes 4 an. Die Dimensionierungen sind dabei so, dass die Anlage unter einer gewissen Pressung des Materials des Einsatzes 4 erfolgt. Im Bereich 8c der Drehwelle 8 dagegen besteht zwischen der Drehwelle 8 und dem Einsatz 4 ein Freiraum, wodurch die beim Verdrehen der Drehwelle 8 wirkenden Reibungskräfte verringert werden.
In die untere Stirnseite der Drehwelle 8 ist eine Ausnehmung 9 eingeformt, in welcher ein Linearmagnet 10 befestigt, beispielsweise eingeklebt, ist.
Das Bedienelement 6 wird am Gehäuse 2 dadurch montiert, dass die Drehwelle 8 in den Aufnahmeraum 5 des Einsatzes 4 von oben her eingeschoben wird. Dabei weitet der kugelförmige Bereich 8b der Drehwelle 8 zunächst die Bereiche 5a, 5b des Aufnahmeraumes 5 des Einsatzes 4 etwas radial auf, was auf Grund der Elastizität des Materials, aus dem der Einsatz 4 besteht, möglich ist. Gleichzeitig trägt die Kugelform des Bereiches 8b dazu bei, dass sich die Drehwelle 8 in dem Aufnahmeraum 5 selbst zentriert. Hat der Abschnitt 8b der Drehwelle 8 den Abschnitt 5b des Aufnahmeraumes 5 des Einsatzes 4 erreicht, so federt der obere Bereich des Einsatzes 4 radial nach innen in die Position zurück, die in der Zeichnung dargestellt ist und in der die Bereiche 8a, 8b und 8c der Drehwelle 8 an den Bereichen 5a, 5b und 5c des Aufnahmeraumes 5 des Einsatzes 4 unter Vorspannung anliegen.
Mit der geschilderten Art der Verbindung zwischen dem Bedienelement 5 und dem Gehäuse 2 wird mehreres gleichzeitig erreicht. zum ersten ist diese Verbindung eine Art Rastung, die maschinell leicht und schnell durchgeführt werden kann. Der Einsatz 4 bildet zudem eine Dichtung, welche das Eindringen von Flüssigkeit in das Innere des Gehäuses 2, insbesondere zum Magneten 10, verhindert. Die Gleitführung der Drehwelle 8 in dem Einsatz 4 ist auf Grund der Materialpaarung reibungsarm. Schließlich sorgt der Einsatz 4 dafür, dass in dem Fahrwerksensor 1 keine aus harten Werkstoffen gefertigte Komponenten direkt aneinandergrenzen, was zu unerwünschten Geräuschen führen könnte.
Das Gehäuse 2 des Fahrwerksensors 1 besitzt in dem unterhalb des Hohlraums 19 liegenden Bereich eine Öffnung 11, die sich im Wesentlichen senkrecht zur Achse des Hohlraums erstreckt. In diese Öffnung 11 ist ein plattenförmiger Bereich 12a eines Halteteiles 12 eingeschoben und dort verrastet. Das Halteteil 12 ist ein aus einem Duroplasten hergestelltes Spritzteil. Direkt in den plattenförmigen Bereich 12a eingespritzt ist ein Lead-frame 20. Dieser trägt einen Sensorkern 13 mit einem Magnetfeldempfindlichen Element, beispielsweise einer vier Hall-Sensoren umfassenden Brücke, wie diese aus dem schon zitierten Stande der Technik bekannt ist. Der Lead-frame 20 trägt außerdem die zur Beschaltung des Sensorkerns 13 erforderlichen elektronischen Bauteile 15 und ist mit Anschlussfahnen (nicht erkennbar) versehen, die ihrerseits elektrisch mit Steckerkontakten 17 verbunden sind. Die Steckerkontakte 17 erstrecken sich in den Innenraum 18 einer Steckerwanne 19, die einstückig an dem plattenförmigen Bereich 12a des Halteteiles 12 angeformt ist und bei montiertem Halteteil 12 seitlich des Gehäuses 12 angeordnet ist. Die Steckerkontakte 17 können kundenspezifisch ausgebildet sein, während der Lead-frame 20 mit den Komponenten 13 und 15 als identisches Modul für unterschiedliche kundenspezifische Produkte verwendet werden kann.
Erfindungsgemäß ist also das beim Stande der Technik als bestückte Leiterplatte ausgebildete Sensorelement durch eine Lead-frame-Anordnung 20 ersetzt, die eine einfachere Verbindungstechnik ermöglicht. Die Lead-frame-Anordnung 20 ist nicht nur preiswert, sondern auch leicht handhabbar, was den Einspritzvorgang in das Halteteil 12 erleichtert.
Dieses Einspritzen wird insbesondere dadurch möglich, dass für das Halteteil 12 ein Duroplast-Kunststoff eingesetzt wird. Beim Einspritzen treten zwar Temperaturen bis zu 270°C auf. Durch geeignete Verfahrensführung ist es jedoch möglich, dass die temperaturempfindlichen Elemente auf der Lead-frame-Anordnung 20 hierdurch nicht beschädigt werden. Wesentlich ist, dass bei Verwendung von Duroplast Drücke ausreichen, die erheblich niedriger als diejenige sind, die bei der Verarbeitung von Thermoplast eingesetzt werden müssen. Dies trägt entscheidend dazu bei, dass die Lead-frame-Anordnung 20 beim Einspritzen nicht beschädigt wird. in weiterer Vorteil des Materials Duroplast ist, dass dieses im Gegensatz zum Thermoplast im Laufe der Zeit kein Wasser aufnimmt.

Claims

Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung der Relativposition zweier relativ zueinander bewegbarer Teile mit a) einem Gehäuse, das mit einem der beiden Teile verbindbar ist; b) einem Bedienelement, das seinerseits umfasst: ba) einen Hebelarm, der mit dem anderen der beiden Teile verbindbar ist; bb) eine an ihrer Mantelfläche einen kugelabschnittsförmigen Bereich aufweisende Drehwelle, die mit dem Hebelarm drehschlüssig verbunden, in einen kugelkalottenförmigen Bereich eines Aufnahmeraumes im Gehäuse eingeführt, dort verrastet ist und an ihrer Stirnfläche ein Signal gebendes Element trägt; c) einem Signal erfassenden Element, das dem Signal gebenden Element in geringem Abstand benachbart, von diesem aber durch eine Materialwand getrennt ist; dadurch gekennzeichnet, dass d) der Aufnahmeraum (5) von einem Einsatz (4) aus elastischem Material ausgebildet ist, der an der Mantelfläche eines Hohlraums (19) des Gehäuses (2) getragen ist; e) die Mantelfläche des Aufnahmeraumes (5) und die Mantelfläche der Drehwelle (8) so konfiguriert sind, dass die Drehwelle (8) unter elastischer Deformation des Einsatzes (4) in den Aufnahmeraum (5) einführbar und dort verrastbar ist; f) die Mantelfläche des Aufnahmeraumes (5) in axialem Abstand von dem kugelkalottenförmigen Bereich (5b) einen kreiszylinderförmigen Bereich (5c) und die Mantelfläche der Drehwelle (8) in axialem Abstand von dem kugelabschnittsförmigen Bereich (8b) einen kreiszylinderförmigen Bereich (8d) aufweist, wobei der kreiszylinderförmige Bereich (5c) des Aufnahmeraums (5) an dem kreiszylinderförmigen Bereich (8d) der Drehwelle (8) anliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche des Aufnahmeraums (5) des Einsatzes (4) im äußersten Bereich einen sich konisch nach innen verjüngenden Abschnitt (5a) und die Mantelfläche der Drehwelle (8) in dem dem Hebelarm (7) benachbarten Bereich einen sich entsprechend konisch verjüngenden Abschnitt (8a) besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehwelle (8) unter Vorspannung in dem Einsatz (4) verrastet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) und der Einsatz (4) im Zweikomponenten-Spritzverfahren hergestellt sind.