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Die Erfindung betrifft ein System mit einem Indexsensor und einem Rotationsbauteil, das dazu ausgebildet und bestimmt ist, um eine Rotationsachse rotierbar gelagert zu werden, und das eine Indexmarkierung in Form einer Nut aufweist.
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Um die Drehstellung oder die Anzahl von Rotationen oder die Rotationsgeschwindigkeit eines Rotationsbauteils, beispielsweise einer Hohlwelle, erfassen zu können, kann diese mit wenigstens einer Indexmarkierung am Außenumfang versehen sein. Mit einem benachbart zum Rotationsbauteil angeordneten Indexsensor kann bei einer Rotation des Rotationsbauteils jedes Mal registriert werden, wenn sich die Indexmarkierung an dem Indexsensor vorbei bewegt. Die Indexmarkierung kann derart ausgebildet sein, dass sie im Bereich des Indexsensors eine Änderung eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes bewirkt, die von dem Indexsensor erfasst werden kann. Hierzu kann die Indexmarkierung beispielsweise einen Magneten aufweisen.
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Aus
DE 10 2008 000 313 A1 ist eine Überlagerungslenkung für ein Fahrzeug bekannt, bei der eine Indexmarkierung als Längsnut ausgebildet ist. Im Detail offenbart
DE 10 2008 000 313 A1 eine Überlagerungslenkung für ein Fahrzeug, die ein Überlagerungsgetriebe mit einer ersten Getriebeeingangswelle und einer zweiten Getriebeeingangswelle zur Überlagerung der an beiden Getriebeeingangswellen auftretenden Drehwinkeln auf eine Getriebeausgangswelle aufweist. Die erste Getriebeeingangswelle ist mit einer Lenkhandhabe wirkverbunden, während die zweite Getriebeeingangswelle mit einem Servomotor wirkverbunden ist.
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Die Überlagerungslenkung weist einen Drehwinkelsensor zur Messung des Drehwinkels einer der Wellen des Überlagerungsgetriebes auf. Der Drehwinkelsensor ist als Index-Sensor ausgebildet.
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Eine Längsnut, die als Indexmarkierung dienen kann, wird üblicherweise durch einen Fräsvorgang hergestellt, bei dem das freie Ende eines radial ausgerichteten Zylinderfräskopfes in axialer Richtung durch die Außenkontur des Rotationsbauteils bewegt wird. Im Ergebnis entsteht so eine Nut mit rechteckigem Querschnitt. Es hat sich gezeigt, dass Rotationsbauteile, die in dieser Weise bearbeitet wurden, eine deutlich verschlechterte geometrische Präzision aufweisen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System mit einem Rotationsbauteil, das eine als Nut ausgebildete Indexmarkierung aufweist, anzugeben, bei dem dieser Nachteil vermieden oder wenigstens vermindert ist.
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Die Aufgabe wird durch ein System gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Wandung der Nut im Querschnitt, insbesondere im Radialquerschnitt, frei von Ecken ist und die Indexmarkierung dazu ausgebildet ist, im Bereich des Indexsensors eine Änderung des elektrischen und/oder magnetischen Feldes zu bewirken, die von dem Indexsensor erfassbar ist.
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In erfindungsgemäßer Weise wurde erkannt, dass das Einbringen einer im Querschnitt rechteckigen Nut in Rotationsbauteile, insbesondere in als Hohlräder ausgebildete Rotationsbauteile, zu einem nachträglichen Verzug führt. Dieser Verzug äußert sich insbesondere in einer verschlechterten Rundheit des Rotationsbauteils. Durch eine hieraus resultierende Unwucht und/oder einen verschlechterten Rundlauf kann es zu einem Vorzeitigen Verschleiß des Rotationsbauteils oder anderer Bauteile, wie beispielsweise der das Rotationsbauteil haltendenden Lager, kommen. Ein schlechter Rundlauf kann in einem Getriebe zu Zahneingriffsstörungen führen, die sogar eine Zerstörung wesentlicher Getriebebauteile nach sich ziehen können. Auch die akustischen Eigenschaften eines Getriebes oder eines Motors sind als Folge dieses Verzugs oftmals deutlich herabgesetzt. Darüber hinaus leidet bei Getrieben auf Grund des Verzuges auch oft die Übertragungsgenauigkeit.
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In erfindungsgemäßer Weise wurde weiter erkannt, dass der Verzug bei einer im Querschnitt rechteckigen Nut, insbesondere durch eine Kerbwirkung im Bereich der Nutinnenkanten, hervorgerufen wird.
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Durch eine Ausbildung der Wandung der Nut frei von Ecken kann eine Kerbwirkung vermieden – und der geschilderte Verzug des Rotationsbauteils zumindest deutlich verringert werden. Vorzugsweise weist die Nut im Querschnitt anstelle von Ecken wenigstens ein Bogensegment auf.
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Insbesondere kann ein solches Bogensegment vorteilhaft einen Krümmungsradius aufweisen, der größer als 1/100, insbesondere größer als 1/50, ganz insbesondere größer als 1/25, des Durchmessers des Rotationsbauteils ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein solches Bogensegment einen Krümmungsradius aufweist, der größer als 0,5 mm, insbesondere größer als 1 mm, ganz insbesondere größer als 2 mm, ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass die Wandung der Nut einen Ausschnitt aus einem Zylindermantel aufweist. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung hat die gesamte Wandung der Nut die Form eines Ausschnitts aus einem Zylindermantel. Eine solche Nut kann beispielsweise mittels eines Fräswerkzeugs hergestellt werden, das um eine zur Rotationsachse des Rotationsbauteils parallele Achse rotiert, und das beim Fräsvorgang radial auf die Rotationsachse zu bewegt wird.
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Die Nut kann beispielsweise im Querschnitt u-förmig oder halbkreisförmig ausgebildet sein oder im Querschnitt die Form eines Kreisabschnittes aufweisen. Auch eine solche Ausführung kann durch das geschilderte Fräsverfahren hergestellt werden.
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Nach einem unabhängigen Erfindungsgedanken kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Nut, wenigstens im Bereich des Nutbodens, eine Querschnittskontur aufweist, die so beschaffen ist, dass die Menge aller an die Kontur anlegbaren Tangenten keine zwei Tangenten beinhaltet, die parallel zueinander ausgerichtet sind.
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In erfindungsgemäßer Weise wurde darüber hinaus auch erkannt, dass ein scharfkantiger Rand im Übergang von der Wandung der Nut zu der Umfangsfläche des Rotationsbauteils ebenfalls einen Anteil am unerwünschten Verzug des Rotationsbauteils haben kann. Insoweit ist bei einer besonders vorteilhaften Ausführung der Übergangswinkel von einer Umfangsfläche des Rotationsbauteils zur Wandung der Nut größer als 90 Grad.
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Eine solche Ausbildung der Nut kann beispielsweise mittels eines Fräsvorganges erreicht werden, bei dem ein zylinderförmiges Fräswerkzeug, das um eine zur Rotationsachse des Rotationsbauteils parallele Achse rotiert, radial, ausgehend von der Umfangsfläche des Rotationsbauteils, entlang einem Fräsweg auf die Rotationsachse zu bewegt wird, der kleiner als der halbe Durchmesser des Fräswerkzeugs ist.
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Alternativ zu einer kantigen Ausbildung kann der Übergang von einer Umfangsfläche des Rotationsbauteils zur Wandung der Nut auch abgerundet sein. Eine solche Ausführung kann beispielsweise mittels eines Fräsvorganges erreicht werden, bei dem ein, vorzugsweise zylinderförmiges, Fräswerkzeug, das um eine zur Rotationsachse des Rotationsbauteils parallele Achse rotiert, nicht nur radial, sondern beim radialen Eintauchen in das Rotationsbauteil und auf dem Rückweg heraus aus dem Rotationsbauteil zusätzlich auch in tangentialer Richtung bewegt wird.
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Vorzugsweise ist die Nut parallel zur Rotationsachse ausgerichtet.
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Bei einer Ausführung, die insbesondere mit einem der oben geschilderten Fräsverfahren herstellbar ist, ist die Nut bezüglich einer Radialebene, in der die Rotationsachse angeordnet ist, spiegelsymmetrisch aufgebaut. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Nut im Querschnitt bezüglich einer durch die Rotationsachse verlaufenden Radialachse spiegelsymmetrisch aufgebaut ist.
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Wie bereits erwähnt, kann die Nut insbesondere mittels eines um eine zur Rotationsachse parallele Achse rotierenden Fräswerkzeugs hergestellt werden. Alternativ ist es auch möglich, dass die Nut mittels eines um eine zur Rotationsachse senkrechte Achse rotierenden Fräswerkzeugs, das beim Fräsvorgang in axialer Richtung bewegt wird, hergestellt wird. Vorzugsweise weist bei einem solchen Herstellungsverfahren das Fräswerkzeug eine Querschnittskontur auf, die der Querschnittskontur der herzustellenden, eckenfreien Nut entspricht.
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Das Rotationsbauteil selbst kann vorteilhaft als Drehteil und/oder wenigstens teilweise durch Drehen hergestellt sein.
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Das erfindungsgemäße Rotationsbauteil kann vorteilhaft insbesondere als Teil eines Getriebes, insbesondere eines Spannungswellengetriebes, oder eines Motors ausgebildet sein. Ein Getriebe kann insbesondere auch mehrere erfindungsgemäße Rotationsbauteile beinhalten.
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Das erfindungsgemäße Rotationsbauteil kann vorteilhaft insbesondere als Teil eines Dreiwellengetriebes mit einer Abtriebswelle, eine Eingangswelle und einer zweiten Eingangswelle handeln. Das erfindungsgemäße Rotationsbauteil kann insbesondere als eine dieser Wellen ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass mehrere dieser Wellen durch erfindungsgemäße Rotationsbauteile gebildet sind.
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Ein erfindungsgemäßes Rotationsbauteil, das als Hohlrad, insbesondere als Hohlrad eines Spannungswellengetriebes mit einer Innenverzahnung, oder als Hohlwelle ausgebildet ist, weist einen deutlich kleineren Verzug auf, als ein entsprechendes Hohlrad oder eine Hohlwelle mit einer im Querschnitt rechteckigen Nut als Indexmarkierung.
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Ein Getriebe, insbesondere ein Spannungswellengetriebe, das ein erfindungsgemäßes rotierbar gelagertes Rotationsbauteil aufweist, weist in aller Regel eine höhere Verschleißfestigkeit und bessere Übertragungseigenschaften auf. Darüber hinaus ist ein solches Getriebe oftmals auch leiser. Insbesondere im Hinblick auf eine verbesserte Verschleißfestigkeit hat ein Motor, der ein erfindungsgemäßes, rotierbar gelagertes Rotationsbauteil aufweist, Vorteile gegenüber einem Motor mit einem Rotationsbauteil mit im Querschnitt eckiger Nut.
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Darüber hinaus gibt es auch haptische Vorteile, beispielsweise dann, wenn ein solches Getriebe in Wirkkontakt mit einer Handhabe steht. Beispielsweise bei Verwendung eines herkömmlichen Rotationsbauteils in einem Überlagerungsgetriebe einer Fahrzeuglenkung ist nicht ausgeschlossen, dass der Fahrer am Lenkrad einen mangelnden Rundlauf und/oder daraus resultierende andere Störungen, wie beispielsweise Zahneingriffsstörungen, fühlt. Dies ist bei Verwendung des erfindungsgemäßen Rotationsbauteils in vorteilhafter Weise vermieden.
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Insbesondere in einem Lenksystem, das beispielsweise als Überlagerungslenkung oder als Servolenkung ausgebildet sein kann, ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Rotationsbauteils von besonderem Vorteil. Dies insbesondere, weil gerade ein Lenksystem besondere Anforderungen an die Präzision, die Zuverlässigkeit und das Komfortverhalten, insbesondere das Geräuschverhalten, stellt.
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Letzteres gilt insbesondere auch für andere Komponenten eines Fahrzeuges, insbesondere Kraftfahrzeuges, wie beispielsweise einen Nockenwellenversteller. Insoweit kann das erfindungsgemäße Rotationsbauteil vorteilhaft auch in solchen Komponenten zum Einsatz kommen.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleich wirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
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1 ein Rotationsbauteil mit einer als Nut ausgebildeten Indexmarkierung nach dem Stand der Technik,
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2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotationsbauteils,
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3 eine Illustration eines möglichen Herstellungsverfahrens zur Herstellung der Indexmarkierung des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels und
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4 ein Ausführungsbeispiel eines anderen erfindungsgemäßen Rotationsbauteils.
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1 zeigt ein Rotationsbauteil 1, das dazu ausgebildet und bestimmt ist, um eine Rotationsachse 8 rotierbar gelagert zu werden, mit einer als Nut 2 ausgebildeten Indexmarkierung nach dem Stand der Technik. Das Rotationsbauteil 1 ist als Hohlrad, beispielsweise für ein Spannungswellengetriebe, ausgebildet und weist eine Innenverzahnung 3 auf. Die Wandung 4 der Nut 2 weist im Querschnitt zwei Ecken 5 auf. Eine im Querschnitt rechteckige Nut führt, wie bereits oben erläutert, zu einem Verzug des Rotationsbauteils 1.
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Darüber hinaus ist der Übergangswinkel 6 von einer Umfangsfläche 7 des Rotationsbauteils 1 zur Wandung 4 der Nut 2 kleiner als 90 Grad. Auch dies trägt, wie oben erläutert, zu einem unerwünschten Verzug des Rotationsbauteils 1 bei.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotationsbauteils 1, das als Indexmarkierung eine Nut 2 aufweist, deren Wandung 4 im Radialquerschnitt vollkommen frei von Ecken ist. Die Querschnittslinie der Wandung 4 der Nut 2 weist die Form eines Kreisabschnittes auf.
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Darüber hinaus ist der Übergangswinkel 6 von einer Umfangsfläche 7 des Rotationsbauteils 1 zur Wandung 4 der Nut 2 größer als 90 Grad.
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Eine solche Ausbildung der Nut 2 kann beispielsweise mittels eines Fräsvorganges erzeugt werden, bei dem ein zylinderförmiges Fräswerkzeug 9, das um eine zur Rotationsachse 8 des Rotationsbauteils parallele Achse rotiert. Das Fräswerkzeug 9 wird in radialer Richtung, ausgehend von der Umfangsfläche 7 des Rotationsbauteils 1, entlang einem Fräsweg 10 auf die Rotationsachse 8 zu bewegt, der deutlich kleiner ist, als der halbe Durchmesser des Fräswerkzeugs 9, und beispielsweise 25% des Durchmessers des Fräswerkzeugs 9 beträgt. Dieser Vorgang ist in 3 dargestellt.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines anderen erfindungsgemäßen Rotationsbauteils 1, das als Indexmarkierung eine Nut 2 aufweist, deren Wandung 4 im Radialquerschnitt frei von Ecken ist. Die Querschnittslinie der Wandung 4 der Nut 2 weist die Form eines Kreisabschnittes auf.
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Zusätzlich ist auch der Übergangsbereich von der Umfangsfläche 7 zur Wandung 4 abgerundet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotationsbauteil
- 2
- Nut
- 3
- Innenverzahnung
- 4
- Wandung der Nut 2
- 5
- Ecken
- 6
- Winkel zwischen der Umfangsfläche 7 und der Wandung 4
- 7
- Umfangsfläche
- 8
- Rotationsachse
- 9
- Fräswerkzeug
- 10
- Fräsweg
