DE102011121093A1 - Sensor device for measuring factor, such as torque or steering angle, which characterizes rotational state of shaft part of motor vehicle, has recess arranged in radial direction of inner edge of annular base portion - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zum Messen einer einen Rotationszustand eines Wellenteils eines Kraftfahrzeugs – insbesondere einer Lenkwelle des Kraftfahrzeugs – charakterisierenden Größe, etwa eines Drehmoments und/oder eines Lenkwinkels. Die Sensoreinrichtung weist einen Grundkörper auf, welcher mit dem Wellenteil des Kraftfahrzeugs verbindbar ist. Die Sensoreinrichtung weist außerdem ein an dem Grundkörper drehfest angeordnetes magnetisches Ringelement – insbesondere aus einem weichmagnetischen Material – auf, welches zum Leiten von magnetischem Fluss von einem Magneten hin zu einem Flussleiter ausgebildet ist. In dem magnetischen Ringelement ist zumindest eine Aussparung für ein korrespondierendes Befestigungselement des Grundkörpers ausgebildet, und das magnetische Ringelement weist ein sich in radialer Richtung erstreckendes, ringförmiges Basisteil auf, von welchem der magnetische Fluss an den Flussleiter übertragbar ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Bereitstellen eines Sensorteils einer Sensoreinrichtung.The invention relates to a sensor device for measuring a rotational state of a shaft part of a motor vehicle - in particular a steering shaft of the motor vehicle - characterizing size, such as a torque and / or a steering angle. The sensor device has a base body, which is connectable to the shaft part of the motor vehicle. The sensor device furthermore has a magnetic ring element, which is arranged in a rotationally fixed manner on the base body, in particular of a soft magnetic material, which is designed to conduct magnetic flux from a magnet to a flux guide. At least one recess for a corresponding fastening element of the base body is formed in the magnetic ring element, and the magnetic ring element has a radially extending, annular base part, from which the magnetic flux can be transmitted to the flux guide. The invention also relates to a method for providing a sensor part of a sensor device.
Vorliegend richtet sich das Interesse insbesondere auf eine Sensoreinrichtung, mittels welcher der Lenkwinkel – und dann auch ein Drehmoment – einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs gemessen werden kann. Solche Sensoreinrichtungen sind bereits Stand der Technik und werden in der Regel bei elektrischen Lenksystemen eingesetzt. So beschreibt beispielsweise die Druckschrift
Eine solche Sensoreinrichtung besteht also üblicherweise aus zwei Einheiten bzw. Sensorteilen, nämlich einem Ringmagneten einerseits sowie einem Magnetsensor andererseits, welcher zum Erfassen des Magnetfeldes des Dauermagneten dient. Während der Dauermagnet an einem ersten Wellenteil der Lenkung angebracht ist, ist der Magnetsensor in der Regel an einem zweiten Wellenteil angeordnet, welches über einen Torsionsstab mit dem ersten Wellenteil verbunden ist. Die Sensoreinrichtung erfasst hier die relative Bewegung des ersten Wellenteils bezüglich des zweiten Wellenteils.Such a sensor device thus usually consists of two units or sensor parts, namely a ring magnet on the one hand and a magnetic sensor on the other hand, which serves to detect the magnetic field of the permanent magnet. While the permanent magnet is attached to a first shaft part of the steering, the magnetic sensor is usually arranged on a second shaft part, which is connected via a torsion bar with the first shaft part. The sensor device detects here the relative movement of the first shaft part with respect to the second shaft part.
Eine Sensoreinrichtung der eingangs genannten Gattung ist außerdem aus der Druckschrift
Die Erfindung geht insbesondere von einer Sensoreinrichtung aus, wie sie im Dokument
Im Gegenstand gemäß Dokument
In den
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Weg aufzuzeigen, wie bei einer Sensoreinrichtung der eingangs genannten Gattung einerseits eine einfache und zuverlässige Befestigung des magnetischen Ringelements an dem Grundkörper und andererseits auch die ordnungsgemäße Funktionsweise der Sensoreinrichtung ermöglicht werden können.It is an object of the invention to show a way, as in a sensor device of the type mentioned on the one hand a simple and reliable attachment of the magnetic ring member to the body and on the other hand, the proper operation of the sensor device can be made possible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sensoreinrichtung sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.This object is achieved by a sensor device and by a method with the features according to the respective independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims, the description and the figures.
Eine erfindungsgemäße Sensoreinrichtung ist zum Messen einer einen Rotationszustand eines Wellenteils eines Kraftfahrzeugs – insbesondere einen Rotationszustand eines Wellenteils einer Lenkwelle – charakterisierenden Größe ausgebildet. Diese Größe ist bevorzugt ein Drehmoment und/oder ein Lenkwinkel. Die Sensoreinrichtung weist einen Grundkörper sowie ein am Grundkörper angeordnetes magnetisches Ringelement auf. Das Ringelement ist bevorzugt aus einem weichmagnetischen Material gebildet. Der Grundkörper kann mit dem Wellenteil des Kraftfahrzeugs verbunden werden. Das magnetische Ringelement dient zum Leiten von magnetischem Fluss von einem Magneten (etwa Ringmagneten) hin zu einem Flussleiter. In dem magnetischen Ringelement ist zumindest eine Aussparung für ein korrespondierendes Befestigungselement – etwa einen Bolzen bzw. Zapfen – des Grundkörpers ausgebildet, und das magnetische Ringelement weist ein sich in radialer Richtung erstreckendes, ringförmiges Basisteil auf, von welchem der magnetische Fluss an den Flussleiter übertragbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die zumindest eine Aussparung in radialer Richtung einem inneren Rand des ringförmigen Basisteils näher als einem äußeren Rand des Basisteils angeordnet ist.A sensor device according to the invention is designed to measure a variable that characterizes a state of rotation of a shaft part of a motor vehicle, in particular a rotational state of a shaft part of a steering shaft. This variable is preferably a torque and / or a steering angle. The sensor device has a base body and a magnetic ring element arranged on the base body. The ring element is preferably formed of a soft magnetic material. The main body can be connected to the shaft part of the motor vehicle. The magnetic ring member serves to conduct magnetic flux from a magnet (such as ring magnets) to a flux guide. In the magnetic ring member at least one recess for a corresponding fastening element - such as a pin or pin - of the base body is formed, and the magnetic ring member has a radially extending, annular base part, of which the magnetic flux is transferable to the flux guide , According to the invention, it is provided that the at least one recess in the radial direction is arranged closer to an inner edge of the annular base part than to an outer edge of the base part.
Anders als im Dokument
Zwar kann die zumindest eine Aussparung vollständig in dem ringförmigen Basisteil des magnetischen Ringelements ausgebildet sein, etwa in einem Randbereich bzw. im Bereich des inneren Rands des Basisteils. Es erweist sich jedoch als besonders vorteilhaft, wenn das magnetische Ringelement zumindest eine von dem ringförmigen Basisteil radial nach innen hin abstehende Lasche aufweist, in welcher die Aussparung – zumindest teilweise – ausgebildet ist. Somit steht noch eine größere Stirnfläche des Basisteils für den Flussleiter zur Verfügung, sodass das Basisteil in radialer Richtung nicht vergrößert werden muss.Although the at least one recess can be formed completely in the annular base part of the magnetic ring element, for example in an edge region or in the region of the inner edge of the base part. However, it proves to be particularly advantageous if the magnetic ring element has at least one of the annular base portion radially inwardly projecting tab, in which the recess - at least partially - is formed. Thus, there is still a larger end face of the base part available for the flux guide, so that the base part does not have to be increased in the radial direction.
Beispielsweise kann die Aussparung bereichsweise in der radialen Lasche und bereichsweise in dem ringförmigen Basisteil ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsform kann die Aussparung etwa an einer durch den inneren Rand des Basisteils definierten kreisförmigen Bahn angeordnet sein. Somit kann die Lasche in radialer Richtung nach innen hin platzsparend ausgeführt sein.For example, the recess may be partially formed in the radial tab and partially in the annular base part. In this embodiment, the recess may be disposed approximately at a circular path defined by the inner edge of the base member. Thus, the tab can be designed to save space in the radial direction inwards.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die gesamte Aussparung in der radialen Lasche ausgebildet ist. Hier ist die Aussparung also vollständig in der vom Basisteil radial abstehenden Lasche bereitgestellt. Hierdurch wird erreicht, dass die gesamte Stirnfläche bzw. Stirnseite des Basisteils frei von jeglichen Befestigungselementen ist und somit vollständig für den Flussleiter zur Verfügung steht.Alternatively it can also be provided that the entire recess is formed in the radial tab. Here, therefore, the recess is completely provided in the tab projecting radially from the base part. This ensures that the entire end face or end face of the base part is free of any fasteners and thus is completely available for the flux guide available.
Um eine besonders stabile und zuverlässige Befestigung des magnetischen Ringelements an dem Grundkörper zu erreichen, kann die Aussparung eine axiale Durchgangsöffnung in dem magnetischen Ringelement sein. Eine solche Durchgangsöffnung kann ein Stanzloch oder eine Durchgangsbohrung sein. Diese Ausführungsform sorgt insbesondere für eine in radialer Richtung spielfreie Befestigung des Ringelements an dem Grundkörper.In order to achieve a particularly stable and reliable attachment of the magnetic ring element to the base body, the recess may be an axial passage opening in the magnetic ring element. Such a passage opening may be a punched hole or a through hole. This embodiment provides in particular for a backlash-free attachment of the ring element to the base body in the radial direction.
Bei begrenztem Bauraum in Richtung radial nach innen hin kann die Aussparung auch nur partiell ausgebildet werden, also nach innen hin offen. Dies bedeutet, dass die Aussparung in radialer Richtung nach innen hin offen ausgebildet werden kann, wodurch quasi eine radiale Bucht gebildet wird. Diese Ausgestaltung ist besonders platzsparend und ermöglicht dennoch eine zuverlässige und rutschfeste Anordnung des magnetischen Ringelements an dem Grundkörper.With limited space in the direction radially inward, the recess can also be formed only partially, so open to the inside. This means that the recess can be formed open in the radial direction to the inside, thereby forming a quasi-radial bay. This embodiment is particularly space-saving and still allows a reliable and non-slip arrangement of the magnetic ring member on the body.
Wie bereits ausgeführt, kann zumindest eine axiale Stirnseite – insbesondere beide Stirnseiten – des ringförmigen Basisteils frei von Befestigungselementen ausgebildet sein. Dann steht die gesamte axiale Stirnseite des Basisteils für den Flussleiter bzw. für die Übertragung des magnetischen Flusses zur Verfügung.As already stated, at least one axial end face-in particular both end faces-of the annular base part can be formed free of fastening elements. Then the entire axial end face of the base part is available for the flux guide or for the transmission of the magnetic flux.
Das magnetische Element kann eine Vielzahl von in axialer Richtung von dem ringförmigen Basisteil – insbesondere von seinem radialen inneren Rand – abstehenden und in Umfangsrichtung verteilt angeordneten magnetischen Zähnen aufweisen, die zum Empfangen des magnetischen Flusses des Magneten ausgebildet sind. Diese magnetischen Zähne bilden also quasi Polschuhe, welche das magnetische Feld an dem Magneten abgreifen und den magnetischen Fluss an das ringförmige Basisteil und hierdurch an den Flussleiter und den Hall-Sensor übertragen.The magnetic element may have a plurality of axially spaced from the annular base part - in particular from its radial inner edge - and distributed in the circumferential direction arranged magnetic teeth, which are adapted to receive the magnetic flux of the magnet. These magnetic teeth thus form quasi pole shoes, which tap the magnetic field on the magnet and transmit the magnetic flux to the annular base part and thereby to the flux guide and the Hall sensor.
Bevorzugt ist die zumindest eine Aussparung in Umfangsrichtung zwischen zwei benachbarten Zähnen angeordnet, sodass der magnetische Fluss nicht negativ durch die Aussparung bzw. das Befestigungselement beeinflusst wird.Preferably, the at least one recess is arranged in the circumferential direction between two adjacent teeth, so that the magnetic flux is not negatively influenced by the recess or the fastening element.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist zum Herstellen eines Sensorteils einer Sensoreinrichtung ausgelegt, durch welche eine einen Rotationszustand eines Wellenteils eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Lenkwelle, charakterisierende Größe gemessen wird. Es werden ein magnetisches Ringelement zum Leiten von magnetischem Fluss sowie ein Grundkörper mit zumindest einem Befestigungselement bereitgestellt, wobei das magnetische Ringelement mit einem sich in radialer Richtung erstreckenden, ringförmigen Basisteil ausgebildet wird. In dem magnetischen Ringelement wird eine Aussparung für das korrespondierende Befestigungselement bereitgestellt. Das magnetische Ringelement wird an dem Grundkörper durch Aufnehmen des Befestigungselements in die Aussparung befestigt. Die Aussparung wird in radialer Richtung einem inneren Rand des ringförmigen Basisteils näher als einem äußeren Rand des Basisteils ausgebildet.A method according to the invention is designed for producing a sensor part of a sensor device, by means of which a variable characterizing a state of rotation of a shaft part of a motor vehicle, in particular a steering shaft, is measured. There are provided a magnetic ring element for conducting magnetic flux and a base body with at least one fastening element, wherein the magnetic ring element is formed with a radially extending, annular base part. In the magnetic ring member a recess for the corresponding fastener is provided. The magnetic ring member is secured to the body by receiving the fastener into the recess. The recess is formed in the radial direction closer to an inner edge of the annular base part than an outer edge of the base part.
Nach dem Aufnehmen des bolzenförmigen Befestigungselements in die Aussparung kann ein freies Ende des Befestigungselements zu einem Nietkopf umgeformt werden. Somit kann das magnetische Ringelement besonders zuverlässig an dem Grundkörper gehalten werden. Das Umformen des Befestigungselements zu einem Nietkopf ist ein leicht zu beherrschender Prozess, welcher sowohl hinsichtlich der Kraft-Weg-Charakteristik als auch optisch bezüglich der Qualität kontrolliert werden kann. Das Umformen kann beispielsweise durch das so genannte Warmumformen oder aber durch Ultraschall vorgenommen werden.After receiving the bolt-shaped fastening element in the recess, a free end of the fastening element can be converted into a rivet head. Thus, the magnetic ring member can be particularly reliably held on the body. Forming the fastener into a rivet head is an easy-to-control process that can be controlled in both force-displacement and optical quality. The forming can be carried out for example by the so-called hot forming or by ultrasound.
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren. The preferred embodiments presented with reference to the sensor device according to the invention and their advantages apply correspondingly to the method according to the invention.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.Further features of the invention will become apparent from the claims, the figures and the description of the figures. All the features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively indicated combination but also in other combinations or alone.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.The invention will now be explained with reference to a preferred embodiment, as well as with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen:Show it:
In
Der Grundkörper
Zwischen den Schenkelpaaren
An dem Anschlussbereich
Die Ringelemente
Die jeweiligen Zähne
Wie bereits ausgeführt, sind zwischen dem Anschlussbereich
Zum Befestigen der beiden Ringelemente
Wie aus
Die Aussparungen
In
Auch die im inneren Umfang des Anschlussbereichs
Beim Herstellen des in den
In den zylindrischen Zwischenraum zwischen den Zähnen
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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