-
Technisches Gebiet
-
Die Erfindung betrifft einen Ring nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Stand der Technik
-
Ringe der eingangs genannten Art, sogenannte Encoderringe, sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der
EP 1 674 831 A1 , bereits bekannt.
-
Üblicherweise wird ein Ring mit einem Elastomer ausgerüstet, in welchem magnetisierbare Partikel aufgenommen sind. Das Elastomer wird in Umfangsrichtung mit einander abfolgenden Nord- und Südpolen versehen, indem die Partikel im Elastomer magnetisiert werden.
-
Im eingebauten Zustand wird das von dem Ring erzeugte Magnetfeld von einem Sensor erfasst. Angeschlossene Steuergeräte erzeugen aus dem Signalverlauf des Magnetfelds Informationen zur Drehgeschwindigkeit, Drehbeschleunigung, Drehrichtung und je nach Magnetisierung auch zur Drehwinkelstellung des Rings. Im eingebauten Zustand wird der Ring rotiert.
-
Üblicherweise finden solche Ringe Verwendung in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, in Automatikgetrieben oder an der Radlagerung. Ein Ring wird üblicherweise einer Welle zugeordnet und dient insbesondere der Erfassung einer Kurbelwellendrehzahl, der Erfassung einer Nockenwellendrehzahl oder der Drehzahl der Räder.
-
Während der Rotation einer Welle können unter Erfassung des Magnetfelds, welches durch eine bestimmte Magnetisierung des Rings erzielt wird, die Drehzahl und ein Referenzpunkt der Welle erfasst werden. In Getrieben werden solche Ringe verwendet, um Wellendrehzahlen zu erfassen.
-
Ein Elastomer, welches magnetisierbare Partikel aufweist, muss allerdings in aufwendiger Weise an den Ring anvulkanisiert werden. Die Anvulkanisierung des Elastomers ist aufwendig und mit einer Vielzahl von Kosten erzeugenden Arbeitsschritten verbunden.
-
Zwar sind neben Elastomeren bereits andere Kunststoffkörper bekannt. Ein mit magnetisierbaren Partikeln gefüllter Kunststoffkörper wird üblicherweise auf einen Tragkörper aus Metall, insbesondere ein Stahlblechteil, aufgebracht, um ein Fügen mit einer Welle zu ermöglichen, deren Drehzahl ermittelt werden soll.
-
Der metallische Tragkörper und der Kunststoffkörper weisen stark voneinander abweichende Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Bei Kraftfahrzeugen treten Temperaturschwankungen zwischen –40°C und +160°C auf.
-
Auf Grund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungsauskoeffizienten kommt es zu einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung des Tragkörpers und eines nicht elastomeren Kunststoffkörpers. Hiermit gehen Spannungen einher.
-
Diese Spannungen können zum Versagen der Bindung zwischen dem Kunststoffkörper und dem Tragkörper führen. Andererseits kann es zu einem Versagen des Kunststoffkörpers, insbesondere auf Grund einer Rissbildung, kommen.
-
Ringe, die in Automatikgetrieben zum Einsatz kommen, sind in besonderer Weise ausgestaltet, um dem vorgenannten Versagen entgegen zu wirken.
-
Der Tragkörper wird nicht aus Stahl, sondern aus Aluminium gefertigt. Aluminium zeigt einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Stahl. Allerdings gehen mit der Verwendung von Aluminium höhere Materialkosten und ein aufwendiges Fügen des Tragkörpers auf einer Welle aus Stahl einher.
-
Der nicht elastomere Kunststoffkörper wird als separates Bauteil hergestellt und dann auf einen Tragkörper aus Aluminium aufgeklebt. Eine Klebeschicht dient dann als elastischer Ausgleich für das Zusammenspiel der verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Mit dieser Fertigung geht ein aufwendiger Klebeprozess einher.
-
Auch bei diesem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren treten hohe Prozesskosten auf.
-
Darstellung der Erfindung
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ring anzugeben, der nach kostengünstiger Herstellung eine hohe Betriebstauglichkeit zeigt und unter Vermeidung von Vulkanisations- und Klebeschritten hergestellt ist.
-
Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
-
Ein erfindungsgemäßer Ring zur Anordnung auf einem um eine Achse rotierbaren Element umfasst einen Tragkörper, welcher einen Zentraldurchgang umfängt, wobei dem Tragkörper ein Kunststoffkörper zugeordnet ist, welcher magnetische Nord- und Südpole aufweist.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen dass dem Tragkörper und/oder dem Kunststoffkörper Mittel zugeordnet sind, welche Spannungen im Kunststoffkörper abbauen oder verringern.
-
Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass die bisher eingesetzten Elastomere aufwendige Vulkanisationsschritte erfordern. Darauf ist erkannt worden, dass ein direktes Anspritzen eines Kunststoffs auf einen Tragkörper aus Blech eine kostengünstige Herstellung erlaubt. Dabei ist insbesondere erkannt worden, dass ein mit magnetisierbaren Partikeln gefüllter Kunststoff der spritzgießtechnisch verarbeitbar ist, erhebliche Kostenvorteile gegenüber den bisher bekannten Elastomeren bietet. Weiter ist erkannt worden, dass sich spritzgießbare Kunststoffe im Vergleich zu Elastomeren in einem höheren Maße mit magnetisierbarem Material befüllen lassen. Hierdurch ist eine höhere magnetische Feldstärke erzielbar. Schließlich ist erkannt worden, dass Mittel, welche Spannungen im Kunststoffkörper abbauen oder verringern, ein vollständiges Ablösen des Kunststoffkörpers vom Tragkörper verhindern. Lokale Spannungsspitzen werden durch die Mittel gezielt abgebaut und können sich nicht weiter unkontrolliert im Kunststoffkörper ausbreiten. Auch bei hohen Temperaturschwankungen kann der Kunststoffkörper mit dem Tragkörper verbunden bleiben, da der Spannungsabbau ein Ablösen des Kunststoffkörpers vom Tragkörper verhindert. Insoweit ist ein Ring angegeben, der nach kostengünstiger Herstellung eine hohe Betriebstauglichkeit zeigt und unter Vermeidung von Vulkanisations- und Klebeschritten hergestellt ist.
-
Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
-
Vor diesem Hintergrund könnte der Kunststoffkörper an den Tragkörper angespritzt und/oder angegossen sein. Durch das unmittelbare Anspritzen und/oder Angießen des Kunststoffkörpers an den Tragkörper wird auf Klebeschichten und Klebstoffe verzichtet.
-
Der Kunststoffkörper könnte an den Tragkörper angespritzt und/oder angegossen sein, wobei der Kunststoffkörper nicht als Elastomer ausgestaltet ist. So können nach dem Erhärten relativ inelastische und harte Thermoplasten anstelle von thermoplastischen Elastomeren verwendet werden.
-
Die Mittel könnten Dehnungsfugen umfassen, welche im Kunststoffkörper ausgebildet sind. Dehnungsfugen können thermische Ausdehnungen des Tragkörpers aufnehmen und mechanische Spannungen abbauen, ohne dass der Kunststoffkörper aus Plastik teilweise abplatzt oder in anderer Weise geschädigt wird.
-
Die Mittel könnten Sollbruchstellen umfassen, die zu Rissen an definierten Stellen im Kunststoffkörper führen. Ganz allgemein könnte der Kunststoffkörper Sollbruchstellen aufweisen. Hierdurch soll der Kunststoffkörper im Falle eines Versagens durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten gezielt an Positionen reißen, an denen ein geringstmöglicher negativer Einfluss auf die Signalqualität des Magnetfelds zu erwarten ist.
-
Die Mittel könnten Erhebungen des Tragkörpers umfassen, welche von dessen äußerer Umfangsfläche radial nach außen abragen. Hierdurch wird die Dicke des angespritzten oder angegossenen Kunststoffkörpers im Bereich der Erhebungen verjüngt bzw. verringert, so dass der Kunststoffkörper an diesen Bereichen gewollt und definiert aufreißen kann.
-
Vor diesem Hintergrund könnten die Mittel Längskerben umfassen, die im Kunststoffkörper ausgebildet sind und sich in axialer Richtung erstrecken. Durch die Längskerben, welche sich über die gesamte axiale Länge des Kunststoffkörpers erstrecken, wird die Dicke des angespritzten oder angegossenen Kunststoffkörpers im Bereich der Längskerben verjüngt bzw. verringert, so dass der Kunststoffkörper an diesen Bereichen gewollt und definiert aufreißen kann. Längskerben können eine Keilwirkung entfalten und besonders eng lokalisierte Risse erzeugen.
-
Die Mittel könnten Kerben umfassen, die im Kunststoffkörper ausgebildet sind und sich teilweise in axialer und/oder radialer Richtung erstrecken. Solche Kerben können sowohl in axialer als auch in radialer Richtung eine Keilwirkung entfalten und besonders eng lokalisierte Risse erzeugen, die den Kunststoffkörper nicht vollständig, sondern nur teilweise durchziehen. So kann die Signalqualität des Magnetfelds trotz Rissbildung weitgehend erhalten bleiben.
-
Die Mittel könnten Ausstülpungen eines Kranzes des Tragkörpers umfassen, wobei die Ausstülpungen sich in radialer Richtung nach außen erstrecken. Durch diese Ausstülpungen werden Risse des Kunststoffkörpers im Bereich des Kranzes induziert. Die Ausstülpungen könnten als Zacken ausgebildet sein. Die Spitzen der Zacken können besonders gut Rissbildungen bewirken.
-
Die Mittel könnten einen Dehnspalt umfassen, der zwischen dem Tragkörper und dem Kunststoffkörper ausgebildet ist. Hierdurch können mechanische Spannungen, die sich in axialer Richtung aufbauen, abgebaut werden.
-
Die Mittel könnten Ausbuchtungen des Tragkörpers umfassen, wobei die Ausbuchtungen sich in axialer Richtung erstrecken. Durch diese Ausbuchtungen werden Risse des Kunststoffkörpers im Bereich eines axialen Endes des Kunststoffkörpers induziert. Die Ausbuchtungen könnten als Zacken ausgebildet sein. Die Spitzen der Zacken können besonders gut Rissbildungen bewirken.
-
Der Kunststoffkörper könnte segmentierte Bereiche aufweisen. Hierdurch soll der Kunststoffkörper im Falle eines Versagens durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten gezielt an Positionen reißen, an denen ein geringstmöglicher negativer Einfluss auf die Signalqualität des Magnetfelds zu erwarten ist.
-
Sensoren, welche die in bestimmten Anordnungen verwendet werden, nutzen unterschiedliche Stellen eines Signals zur Digitalisierung.
-
Beispielsweise werden bei einfachen Hall-Sensoren häufig Positionen positiver Nulldurchgänge der zu einer Encoderoberfläche orthogonalen Feldkomponenten als Triggerstelle benutzt und von der Steuerung verwendet. In diesen Fällen ist eine Stelle der Magnetspur unterhalb dieser relevanten Stelle von besonders großem Einfluss. Dehnfugen bzw. Sollbruchstellen sollten möglichst weit von diesen Stellen entfernt oder gerade dort angesiedelt sein, wo eine genutzte Magnetfeldkomponente an der relevanten Stelle nicht oder nur sehr gering beeinflusst wird.
-
Bei Verwendung von Differenzensensoren wird von der Steuerung häufig eine Stelle verwendet, an der die orthogonale Magnetfeldkomponente ein Maximum zeigt. Dann sollte eine Dehnfuge oder Sollbruchstelle gerade von solchen Maxima besonders weit entfernt sein oder an Stellen stehen, an denen die relevante Magnetfeldkomponente an dem Ort des Maximums nur gering beeinflusst wird.
-
In Signalbereichen, in denen die Magnetspur bzw. Signalspur sehr gleichmäßig ist, bedeutet dies, dass auch die oben genannten Mittel gleichmäßig verteilt sind. In Signalbereichen, wie z. B. der Oberen-Totpunkt-Markierung bei Motorencodern, die nicht gleichmäßig sind, können bzw. sollten auch die Mittel nicht gleichmäßig verteilt sein.
-
Der Kunststoffkörper kann beispielweise aus PESU, Polyamid 6 oder Polyamid 12 gefertigt sein.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnung
-
In der Zeichnung zeigen
-
1 in einer schematischen Ansicht einen Ausschnitt eines Rings, dessen Kunststoffkörper Dehnungsfugen aufweist,
-
2 eine weitere schematische Ansicht eines Rings, dessen Kunststoffkörper Dehnungsfugen aufweist,
-
3 eine weitere schematische, geschnittene Ansicht des Rings gemäß 1,
-
4 eine geschnittene Ansicht eines Rings ohne Sollbruchstellen,
-
5 eine Schnittansicht eines Rings, bei welchem der Tragkörper Erhebungen aufweist, die sich in radialer Richtung erstrecken,
-
6 in einer schematischen Ansicht einen Ring, dessen Kunststoffkörper sich axial erstreckende Kerben aufweist, die eine lokale, sich in radialer Richtung erstreckende Verjüngung des Kunststoffkörpers bewirken,
-
7 eine geschnittene Ansicht des Rings gemäß 6,
-
8 eine perspektivische Ansicht eines Rings, dessen Kunststoffkörper an einem axialen Ende Ausnehmungen aufweist, die sich in axialer Richtung über eine definierte Strecke erstrecken,
-
9 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Rings, dessen Kunststoffkörper an einem axialen Ende Ausnehmungen aufweist, die sich in axialer Richtung über eine definierte Strecke erstrecken,
-
10 eine geschnittene Ansicht eines Rings, dessen Tragkörper einen sich in radialer Richtung nach außen erstreckenden Kranz aufweist, von welchem Zacken in radialer Richtung nach außen abragen,
-
11 eine perspektivische Ansicht des Tragkörpers des Rings gemäß 10,
-
12 eine geschnittene Ansicht eines Rings ohne Dehnungsfugen,
-
13 eine perspektivische Ansicht eines Rings, dessen Kunststoffkörper an einem axialen Ende Kerben aufweist, die sich in radialer Richtung erstrecken,
-
14 eine perspektivische Ansicht eines Rings, dessen Tragkörper sich in axialer Richtung nach außen erstreckende Zacken aufweist,
-
15 eine perspektivische Ansicht des Tragkörpers des Rings gemäß 14,
-
16 eine geschnittene Ansicht eines Rings im Übergangsbereich von magnetischem Nordpol zu Südpol,
-
17 eine geschnittene Ansicht des Rings gemäß 16 mit mehreren Übergangsbereichen von magnetischen Nordpolen zu Südpolen, wobei oberhalb schematisch der Intensitätsverlauf der orthogonalen Magnetfeldkomponente des Magnetfelds dargestellt ist,
-
18 eine weitere geschnittene Ansicht des Rings gemäß 16 mit mehreren Übergangsbereichen von magnetischen Nordpolen zu Südpolen, wobei oberhalb schematisch der Intensitätsverlauf der orthogonalen Magnetfeldkomponente des Magnetfelds sowie ein digitalisierter Signalverlauf eines Sensors dargestellt sind, und
-
19 eine weitere geschnittene Ansicht des Rings gemäß 16 mit mehreren Übergangsbereichen von magnetischen Nordpolen zu Südpolen, wobei oberhalb schematisch der Intensitätsverlauf der orthogonalen Magnetfeldkomponente des Magnetfelds sowie ein digitalisierter Signalverlauf eines Differenzen-Sensors dargestellt sind.
-
Ausführung der Erfindung
-
1 zeigt einen Ring 1 zur Anordnung auf einem um eine Achse rotierbaren Element, umfassend einen Tragkörper 2, welcher einen Zentraldurchgang 3 umfängt, wobei dem Tragkörper 2 ein Kunststoffkörper 4 zugeordnet ist, welcher magnetische Nord- und Südpole aufweist. Dem Tragkörper 2 und/oder dem Kunststoffkörper 4 sind Mittel zugeordnet, welche Spannungen im Kunststoffkörper 4 abbauen oder verringern.
-
Der Kunststoffkörper 4 ist an den Tragkörper 2 angespritzt und/oder angegossen. Der Kunststoffkörper 4 ist an den Tragkörper 2 angespritzt und/oder angegossen, wobei der Kunststoffkörper 4 nicht als Elastomer ausgestaltet ist. Der Kunststoffkörper 4 ist aus Plastik gefertigt.
-
Die Mittel umfassen Dehnungsfugen 5, welche im Kunststoffkörper 4 ausgebildet sind. Die 2 und 3 zeigen weitere Ansichten dieses Rings 1.
-
5 zeigt einen Ring 1, bei welchem die Mittel Erhebungen 6 des Tragkörpers 2 umfassen, welche von dessen äußerer Umfangsfläche 7 radial nach außen abragen. Die Erhebungen 6 sind zackenartig ausgestaltet und erstrecken sich in axialer Richtung teilweise oder über die gesamte axiale Länge der äußeren Umfangsfläche 7.
-
Die 6 und 7 zeigen einen Ring 1, bei welchem die Mittel Längskerben 8 umfassen, die im Kunststoffkörper 4 ausgebildet sind und sich in axialer Richtung erstrecken. Die Längskerben 8 sind im Querschnitt keilförmig ausgestaltet.
-
8 zeigt einen Ring, bei welchem die Mittel Kerben 9a umfassen, die im Kunststoffkörper 4 ausgebildet sind und sich teilweise in axialer Richtung erstrecken. Die Kerben 9a sind an einem ersten axialen Ende 10 des Rings 1 ausgebildet.
-
9 zeigt einen Ring, bei welchem die Mittel Kerben 9b umfassen, die im Kunststoffkörper 4 ausgebildet sind und sich teilweise in axialer und radialer Richtung erstrecken. Die Kerben 9b sind an einem zweiten axialen Ende 11 des Rings 1 ausgebildet.
-
10 zeigt einen Ring 1, bei welchem die Mittel Ausstülpungen 13 eines Kranzes 12 des Tragkörpers 2 umfassen, wobei die Ausstülpungen 13 sich in radialer Richtung nach außen erstrecken. Die Ausstülpungen 13 sind als Zacken ausgebildet. Die Ausstülpungen 13 können aber auch rechteckig ausgebildet sein.
-
11 zeigt den Tragkörper 2 des Rings 1 gemäß 10. Der Kranz 12 ist aus dem Tragkörper 2 herausgebildet und in axialer Richtung konvex ausgewölbt.
-
12 zeigt einen üblichen Ring 1, der als Encoderring verwendet wird. Der Kunststoffkörper 4 umgreift am ersten axialen Ende 10 den Tragkörper 2 im Querschnitt L-förmig. Es ist ein Schenkel 4a des L's und eine axiale Endfläche 2a des Tragkörpers 2 ausgebildet.
-
13 zeigt einen Ring 1, bei welchem die Mittel Kerben 9c umfassen, die im Kunststoffkörper 4 ausgebildet sind und sich in radialer Richtung erstrecken. Die Kerben 9c sind an einem ersten axialen Ende 10 des Rings 1 ausgebildet. Der Kunststoffkörper 4 umgreift am ersten axialen Ende 10 den Tragkörper 2 im Querschnitt L-förmig, dieses Merkmal ist auch in den 12 und 14 gezeigt.
-
14 zeigt einen Ring 1, bei welchem die Mittel Ausbuchtungen 15 des Tragkörpers 2 umfassen, wobei die Ausbuchtungen 15 sich in axialer Richtung erstrecken. Die Ausbuchtungen 15 sind zackenförmig ausgebildet. Die Ausbuchtungen 15 können aber auch rechteckförmig ausgebildet sein.
-
15 zeigt den Tragkörper 2 des Rings 1 gemäß 14.
-
Der Tragkörper 2 ist vorzugsweise aus Blech, insbesondere aus Stahlblech, gefertigt. Der Ring 1 wird als Encoderring verwendet und einer Welle zugeordnet.
-
Die in den Figuren dargestellten Mittel können an einem Ring 1 einzeln oder in Kombination vorgesehen sein.
-
Die Mittel werden bevorzugt derart positioniert, dass sie an Stellen Rissbildungen induzieren, die nahezu keinen Einfluss auf die Signalqualität des Magnetfelds nehmen.
-
16 zeigt einen Ring 1 zur Anordnung auf einem um eine Achse rotierbaren Element, umfassend einen Tragkörper 2, wobei dem Tragkörper 2 ein Kunststoffkörper 4 zugeordnet ist, welcher magnetische Nordpole 16 und magnetische Südpole 17 aufweist.
-
Es ist eine zur Magnetspur 22 des Kunststoffkörpers 4 orthogonale Magnetfeldkomponente 18 des Magnetfelds dargestellt.
-
17 zeigt den Ring 1 gemäß 16, wobei der Intensitätsverlauf der orthogonalen Magnetfeldkomponente 18 längs der Magnetspur 22, also in Umfangsrichtung des Kunststoffkörpers 4 dargestellt ist. Die orthogonale Magnetfeldkomponente 18 zeigt Maxima 19 und Nulldurchgänge 20.
-
18 zeigt den Ring 1 gemäß 16, wobei der Intensitätsverlauf der orthogonalen Magnetfeldkomponente 18 längs der Magnetspur 22, also in Umfangsrichtung des Kunststoffkörpers 4 dargestellt ist.
-
Oberhalb dieses Intensitätsverlaufs ist ein durch einen einfachen Sensor digitalisierter Signalverlauf dargestellt. Steigende Flanken sind für eine Regelung relevant. Der Sensor wertet steigende Flanken aus.
-
Mit Kreuzen sind die Stellen der Magnetspur 22 gekennzeichnet, die nur geringen Einfluss auf die für eine Regelung relevante Signalposition haben.
-
Mit Kreisen sind die relevanten Signalpositionen in der Magnetspur 22 gekennzeichnet, die in diesem Beispiel positive Nulldurchgänge 20 sind.
-
19 zeigt den Ring 1 gemäß 16, wobei der Intensitätsverlauf der orthogonalen Magnetfeldkomponente 18 längs der Magnetspur 22, also in Umfangsrichtung des Kunststoffkörpers 4, dargestellt ist.
-
Oberhalb dieses Intensitätsverlaufs ist ein durch einen Differenzen-Sensor digitalisierter Signalverlauf dargestellt.
-
Mit Kreuzen sind die Stellen der Magnetspur 22 gekennzeichnet, die nur geringen Einfluss auf die für eine Regelung relevante Signalposition haben. Mit Kreisen sind die relevanten Signalpositionen in der Magnetspur 22 gekennzeichnet. Mit Rechtecken sind nicht relevante Maxima 21 gekennzeichnet.
-
Anhand der 16 bis 19 wird dargestellt, dass die Mittel derart relativ zum Magnetfeld angeordnet sein sollen, dass relevante Signalpositionen von der Magnetisierung an den Stellen, an denen sich die Mittel befinden, möglichst wenig beeinflusst werden.
-
Die Mittel können mittig zwischen den Nulldurchgängen 20 der zur Magnetspur 22 orthogonal ausgerichteten Magnetfeldkomponente 18 angeordnet sein.
-
Die Mittel können möglichst weit beabstandet von den relevanten Nulldurchgängen 20 der zur Magnetspur 22 orthogonal ausgerichteten Magnetfeldkomponente 18 angeordnet sein.
-
Die Mittel können unter nicht relevanten Maxima 21 der zur Magnetspur 22 orthogonal ausgerichteten Magnetfeldkomponente 18 angeordnet sein.
-
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
-
