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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Stand der Technik
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Anordnungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der
EP 1 674 831 A1 , bereits bekannt.
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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.
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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.
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Üblicherweise finden solche Ringe Verwendung in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs. Ein Ring wird üblicherweise einer Welle zugeordnet und dient insbesondere der Erfassung einer Kurbelwellendrehzahl oder der Erfassung einer Nockenwellendrehzahl.
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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.
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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.
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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.
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Der metallische Tragkörper und der Kunststoffkörper weisen stark voneinander abweichende Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Bei Kraftfahrzeugen treten Temperaturschwankungen zwischen –40°C und +160°C auf.
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Auf Grund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungsauskoeffizienten kommt es zu einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung des Tragkörpers und eines nicht elastomeren Kunststoffkörpers. Hiermit gehen Spannungen einher.
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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.
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Ringe, die in Automatikgetrieben zum Einsatz kommen, sind in besonderer Weise ausgestaltet, um dem vorgenannten Versagen entgegen zu wirken.
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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.
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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.
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Auch bei diesem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren treten hohe Prozesskosten auf.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung mit einem Ring anzugeben, welche nach kostengünstiger Herstellung eine hohe Betriebstauglichkeit zeigt, wobei der Ring unter Vermeidung von Vulkanisations- und Klebeschritten hergestellt ist.
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Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
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Eine erfindungsgemäße Anordnung umfasst eine Welle mit einem Ring, wobei der Ring einen Tragkörper umfasst, welcher einen Zentraldurchgang umfängt, wobei dem Tragkörper ein Kunststoffkörper zugeordnet ist, welcher magnetische Nord- und Südpole aufweist, und wobei der Kunststoffkörper an den Tragkörper angespritzt oder angegossen ist.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass dem Tragkörper und/oder der Welle Mittel zugeordnet sind, welche den Kunststoffkörper von mechanischen Spannungen entkoppeln und/oder Spannungen zwischen Tragkörper und Kunststoffkörper reduzieren.
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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.
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Schließlich ist erkannt worden, dass der angespritzte oder angegossene Kunststoffkörper von Spannungen befreit werden muss, die in den Tragkörper durch dessen Presssitz auf einer Welle im Zusammenspiel mit thermischen Ausdehnungen eingetragen werden. Kräfte, die durch den Presssitz entstehen, und Spannungen, die durch temperaturbedingte Ausdehnungen entstehen, dürfen sich nicht addieren.
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Es ist erkannt worden, dass der Kunststoffkörper beim Herstellungsprozess bei einer Temperatur erstarrt, die oberhalb dessen Einsatztemperatur liegt. Beim Abkühlen auf die Einsatztemperatur schrumpft der Kunststoffkörper aufgrund seines höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten stärker als der Tragkörper, wodurch eine Grundspannung zwischen dem Tragkörper und dem Kunststoffkörper entsteht. Bei der Montage des Tragkörpers auf eine Welle durch einen Presssitz, bei dem der Tragkörper geweitet wird, erhöht sich die Grundspannung zwischen Tragkörper und Kunststoffkörper um einen zusätzlichen Spannungsanteil. Erfindungsgemäß wird dieser zusätzliche Spannungsanteil verringert oder eliminiert. Es ist sogar möglich, dass die Grundspannung verringert wird. So wird ein Ablösen des Kunststoffkörpers vom Tragkörper verhindert.
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Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
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Die Mittel könnten einen Spalt in der Welle umfassen, wobei ein erster ringförmiger Abschnitt des Tragkörpers im Spalt aufgenommen ist. Hierdurch kann der Tragkörper in axialer Richtung verpresst werden, so dass nahezu keine radial orientierten Spannungen auf den Kunststoffkörper einwirken.
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Die Mittel könnten eine Ausnehmung in der Welle umfassen, wobei ein erster ringförmiger Abschnitt des Tragkörpers mit seiner radial äußeren Oberfläche an einer Innenwandung der Ausnehmung anliegt. Durch diese konstruktive Maßnahme wird der Tragkörper auf einen kleineren Durchmesser gedrückt. Hierdurch wird eine Spannung zwischen Tragkörper und Kunststoffkörper nicht nur nicht vergrößert, sondern sogar verringert.
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Vor diesem Hintergrund könnte ein erster ringförmiger Abschnitt des Tragkörpers orthogonal zu einem zweiten ringförmigen Abschnitt angeordnet sein, wobei der Kunststoffkörper an den zweiten ringförmigen Abschnitt angespritzt ist. Der erste ringförmige Abschnitt wird derart belastet, dass der zweite ringförmige Abschnitt weitgehend spannungsfrei bleibt.
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Die Mittel könnten mindestens eine Stufe im Tragkörper umfassen. Eine Abstufung kann in radialer Richtung wirkende Spannungen nach Art einer Feder weitgehend elastisch aufnehmen und kompensieren, so dass diese nicht auf den Kunststoffkörper durchschlagen.
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Dabei könnte ein erster ringförmiger Abschnitt des Tragkörpers konzentrisch zu einem zweiten ringförmigen Abschnitt angeordnet sein, wobei der Kunststoffkörper an den zweiten ringförmigen Abschnitt angespritzt ist. Vorteilhaft kann die Abstufung zwischen den Abschnitten ausgebildet werden.
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Der erste ringförmige Abschnitt des Tragkörpers könnte durch mindestens eine im Tragkörper ausgebildete Stufe vom zweiten ringförmigen Abschnitt radial und/oder axial beabstandet sein. Der Raum, der durch die Beabstandung geschaffen wird, kann vorteilhaft mit einer oder mehreren Stufen ausgefüllt werden, welche Spannungen kompensiert bzw. kompensieren.
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Der erste ringförmige Abschnitt und der zweite ringförmige Abschnitt könnten mit ihren freien Enden in unterschiedliche Richtungen weisen. Hierdurch baut der Ring in axialer Richtung relativ lang.
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Der erste ringförmige Abschnitt und der zweite ringförmige Abschnitt könnten mit ihren freien Enden in gleiche Richtungen weisen. Hierdurch kann der Ring in axialer Richtung relativ kurz bauen.
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Ein Ring, der zur Verwendung in einer Anordnung der hier beschriebenen Art geeignet ist, könnte die zuvor mit Bezug auf die Anordnungen genannten konstruktiven Merkmale aufweisen. Insbesondere könnte der Tragkörper eine oder mehrere Stufen aufweisen.
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Der Kunststoffkörper könnte 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 Sollbruchstellen können als lokale Querschnittsreduzierungen des Kunststoffkörpers ausgebildet sein. Die Sollbruchstellen können als axial verlaufende Kerben am Außendurchmesser des Kunststoffkörpers ausgestaltet sein. Denkbar ist auch, am Tragkörper angebrachte axial verlaufende konvexe Erhöhungen auszuführen.
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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.
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Der Kunststoffkörper kann beispielweise aus PESU, Polyamid 6 oder Polyamid 12 gefertigt sein.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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In der Zeichnung zeigen
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1 eine Anordnung, bei welcher ein Ring in einem Ringspalt einer Welle axial verpresst aufgenommen ist,
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2 eine Anordnung, bei welcher ein Ring in einer zylindrischen Ausnehmung einer Welle aufgenommen ist,
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3 eine Welle mit einem Ring, der einen gestuften Tragkörper aufweist,
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4 eine Welle mit einem weiteren Ring, der einen gestuften Tragkörper aufweist,
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5 eine Welle mit einem Ring, der einen gestuften, im Querschnitt S-förmigen, Tragkörper aufweist, und
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6 eine Welle mit einem weiteren Ring, der einen gestuften Tragkörper aufweist.
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Ausführung der Erfindung
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1 zeigt eine Anordnung, umfassend eine Welle 1 mit einem Ring 2, wobei der Ring 2 einen Tragkörper 3 umfasst, welcher einen Zentraldurchgang 4 umfängt, wobei dem Tragkörper 3 ein Kunststoffkörper 5 zugeordnet ist, welcher magnetische Nord- und Südpole aufweist, und wobei der Kunststoffkörper 5 an den Tragkörper 3 angespritzt oder angegossen ist.
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Der Welle 1 sind Mittel zugeordnet, welche den Kunststoffkörper 5 von mechanischen Spannungen entkoppeln und/oder Spannungen zwischen Tragkörper 3 und Kunststoffkörper 5 reduzieren.
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Konkret umfassen die Mittel einen Spalt 6 in der Welle 1, wobei ein erster ringförmiger Abschnitt 7 des Tragkörpers 3 im Spalt 6 aufgenommen ist. Der erste ringförmige Abschnitt 7 ist axial zwischen zwei Wellensegmenten 1a, 1b verpresst. Der Ring 2 sitzt nicht mit einem Presssitz auf der Welle 1 auf.
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2 zeigt, dass die Mittel eine Ausnehmung 8 in der Welle 1 umfassen, wobei ein erster ringförmiger Abschnitt 7 des Tragkörpers 3 mit seiner radial äußeren Oberfläche 7a an einer Innenwandung 8a der Ausnehmung 8 anliegt. Die Ausnehmung 8 ist als zylindrische Bohrung in der Welle 1 ausgebildet.
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In den 1 und 2 ist ein erster ringförmiger Abschnitt 7 des Tragkörpers 3 orthogonal zu einem zweiten ringförmigen Abschnitt 9 angeordnet, wobei der Kunststoffkörper 5 an den zweiten konzentrischen Abschnitt 9 angespritzt oder angegossen ist.
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In den 3 bis 6 sind Anordnungen gezeigt, die eine Welle 1 mit einem Ring 2 umfassen, wobei der Ring 2 einen Tragkörper 3 umfasst, welcher einen Zentraldurchgang 4 umfängt, wobei dem Tragkörper 3 ein Kunststoffkörper 5 zugeordnet ist, welcher magnetische Nord- und Südpole aufweist, und wobei der Kunststoffkörper 5 an den Tragkörper 3 angespritzt oder angegossen ist.
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Dem Tragkörper 3 sind Mittel zugeordnet, welche den Kunststoffkörper 5 von mechanischen Spannungen entkoppeln und/oder Spannungen zwischen Tragkörper 3 und Kunststoffkörper 5 reduzieren.
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Die Mittel umfassen mindestens eine Stufe 10 im Tragkörper 3.
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In den 3 bis 6 ist ein erster ringförmiger Abschnitt 7 des Tragkörpers 3 konzentrisch zu einem zweiten ringförmigen Abschnitt 9 angeordnet, wobei der Kunststoffkörper 5 an den zweiten ringförmigen Abschnitt 9 angespritzt oder angegossen ist.
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In 3 ist der erste ringförmige Abschnitt 7 des Tragkörpers 3 durch mindestens eine im Tragkörper 3 ausgebildete Stufe 10 vom zweiten ringförmigen Abschnitt 9 axial und radial beabstandet. Der erste ringförmige Abschnitt 7 und der zweite ringförmige Abschnitt 9 weisen mit ihren freien Enden in unterschiedliche Richtungen.
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In 4 ist der erste ringförmige Abschnitt 7 des Tragkörpers 3 durch mindestens eine im Tragkörper 3 ausgebildete Stufe 10 vom zweiten ringförmigen Abschnitt 9 radial beabstandet. Dieser Ring 2 baut axial relativ kurz. Der erste ringförmige Abschnitt 7 und der zweite ringförmige Abschnitt 9 weisen mit ihren freien Enden in gleiche Richtungen.
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In 5 ist der erste ringförmige Abschnitt 7 des Tragkörpers 3 durch mindestens eine im Tragkörper 3 ausgebildete Stufe 10 vom zweiten ringförmigen Abschnitt 9 radial beabstandet. Der Tragkörper 3 ist im Querschnitt S-förmig ausgebildet. Der erste ringförmige Abschnitt 7 und der zweite ringförmige Abschnitt 9 weisen mit ihren freien Enden in unterschiedliche Richtungen.
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In 6 ist der erste ringförmige Abschnitt 7 des Tragkörpers 3 durch mindestens eine im Tragkörper 3 ausgebildete Stufe 10 vom zweiten ringförmigen Abschnitt 9 radial beabstandet. Der erste ringförmige Abschnitt 7 und der zweite ringförmige Abschnitt 9 weisen mit ihren freien Enden in gleiche Richtungen.
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Die Tragkörper 3 in allen Figuren sind vorzugsweise aus Blech, insbesondere aus Stahlblech, gefertigt.
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Die Ringe 2 werden als Encoderringe verwendet und einer Welle 1 zugeordnet.
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Den Kunststoffkörpern 5 gegenüberliegend wird ein nicht gezeigter Sensor positioniert. Die Kunststoffkörper 5 können auch ein thermoplastisches Elastomer aufweisen, da dieses anspritzbar oder angießbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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