DE102014213483A1 - Magnetic encoder on the shaft circumference - Google Patents
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Abstract
Positionsgeberelement (10) für einen Sensor (1) zum Erfassen einer Drehung aufweisend – einen Trägerkörper (11) mit zwei axialen Stirnflächen (12, 12b, 12c, 13) und eine die zwei Stirnflächen (12, 12b, 12c, 13) verbindende Umfangsfläche (14, 14b), – mindestens ein Signalelement (20, 20b, 20c), das in mehreren magnetisch voneinander unterschiedlichen Abschnitten codierbar ist, wobei die Abschnitte von einem Sensorelement (51, 52) erfassbar sind, um eine Drehbewegung zu messen, und wobei das Signalelement (20, 20b, 20c) an dem Trägerkörper (11) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalelement (20, 20b, 20c) an der Umfangsfläche (14, 14b) des Trägerkörpers (11) angeordnet ist.Position transmitter element (10) for a sensor (1) for detecting a rotation comprising - a carrier body (11) with two axial end faces (12, 12b, 12c, 13) and a two end faces (12, 12b, 12c, 13) connecting circumferential surface (14, 14b), - at least one signal element (20, 20b, 20c) which is codable in a plurality of magnetically different sections, said sections of a sensor element (51, 52) are detectable to measure a rotational movement, and wherein the signal element (20, 20b, 20c) is attached to the carrier body (11), characterized in that the signal element (20, 20b, 20c) is arranged on the circumferential surface (14, 14b) of the carrier body (11).
Description
Die Erfindung betrifft ein Positionsgeberelement für einen Sensor zum erfassen einer Drehung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Sensor mit einem Positionsgeberelement.The invention relates to a position sensor element for a sensor for detecting a rotation according to the preamble of claim 1 and a sensor with a position sensor element.
Aus dem Stand der Technik sind Positionsgeberelemente mit einem Magnetencoder bekannt. Der Magnetencoder ist auf einer Stirnfläche eines Wellenelementes eingearbeitet und dient als Positionsgeber für einen Sensor. Die Anordnung des Magnetencoders auf der Stirnfläche hat dabei den Vorteil, dass der Durchmesser des Magnetencoders variabel im Bereich des Durchmessers der Stirnfläche des Wellenelements eingestellt werden kann. Es hat sich jedoch als nachteilig herausgestellt, dass die Zentrifugalkräfte bei der Rotation des Wellenelements mechanische Belastungen verursachen, die sich negativ auf die Verbindung zwischen Magnetencoder und Wellenelement oder auf den Magnetencoder selbst auswirken. Ferner hat die Anordnung des Magnetencoders auf der Stirnfläche den Nachteil, dass bei Veränderung der Außentemperatur die Ausdehnung des Wellenelements ungleich der Ausdehnung des Magnetencoders ist, was zu zusätzlichen mechanischen Spannungen führt. In der Praxis wird daher oftmals eine elastische Zwischenschicht zwischen dem Wellenelement und dem Magnetencoder eingebaut, welche die mechanischen Spannungen bzw. Belastungen kompensieren sollen. Position transmitter elements with a magnetic encoder are known from the prior art. The magnet encoder is incorporated on an end face of a shaft element and serves as a position sensor for a sensor. The arrangement of the magnetic encoder on the end face has the advantage that the diameter of the Magnetcoders can be variably adjusted in the range of the diameter of the end face of the shaft member. However, it has been found to be disadvantageous that the centrifugal forces during the rotation of the shaft member cause mechanical loads, which have a negative effect on the connection between the magnetic encoder and shaft element or on the magnetic encoder itself. Furthermore, the arrangement of the magnetic encoder on the end face has the disadvantage that when the outside temperature changes, the expansion of the shaft element is not equal to the extent of the magnetic encoder, which leads to additional mechanical stresses. In practice, therefore, often an elastic intermediate layer between the shaft member and the magnetic encoder is installed, which should compensate for the mechanical stresses or strains.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher einen Sensor bzw. einen Positionsgeberelement aufzuzeigen, das diese Nachteile überwindet.The object of the invention is therefore to show a sensor or a position sensor element which overcomes these disadvantages.
Die Aufgabe wird gelöst gemäß einem 1. Aspekt der Erfindung mittels eines Positionsgeberelements mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Der Gegenstand der abhängigen Ansprüche wird durch Bezugnahme ausdrücklich zum Inhalt der Beschreibung gemacht.The object is achieved according to a first aspect of the invention by means of a position-indicating element having the features of claim 1. The subject-matter of the dependent claims is expressly incorporated herein by reference.
Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass die während der Nutzung auftretenden typischen mechanischen Belastungen durch Rotation des Trägerkörpers im Bereich der Umfangsfläche wesentlich gleichmäßiger verteilt sind als im Bereich der Stirnfläche. Die Umfangsfläche umfasst dabei den Bereich des Trägerkörpers, der zwischen den beiden Stirnflächen des Trägerkörpers angeordnet ist. Dabei ist es unwesentlich, ob die Umfangsfläche ebenförmig oder konturiert ausgebildet ist. Im Sinne der Erfindung umfasst der Begriff Umfangsfläche die gesamte Fläche, welche die beiden Stirnseiten verbindet. Die Anordnung des Signalelements an der Umfangsfläche hat den Vorteil, dass die mechanischen Belastungen durch Ausdehnung des Trägerkörpers an jeder Stelle der Umfangsfläche im Wesentlichen gleichmäßig auftreten und das Signalelement einfacher darauf einstellbar ist. Die Zentrifugalkräfte wirken im Wesentlich gleichmäßig auf der Kontaktfläche bzw. Auflagefläche des Signalelements zum Trägerköper. Des weiteren kann die Auflagefläche des Signalelements an dem Trägerkörper durch die Größe der Umfangsfläche ohne größere Probleme so vergrößert werden kann, so dass sich Druckspitzen leichter vermeiden lassen, als wenn man das Signalelement auf der Stirnfläche des Trägerkörpers anordnen würde. Auch die durch thermische Ausdehnung verursachten Spannungen verteilen sich gleichmäßig über die Auflagefläche des Signalelements am Trägerkörper, so dass das Signalelement einfach an die jeweiligen Belastungen auslegbar ist. Der Nachteil des möglicherweise erhöhten Aufwandes bei der Herstellung des Positionsgeberelements kann durch geeignete Herstellprozesse, wie nachfolgend beschrieben, umgangen werden.The invention makes use of the knowledge that the typical mechanical loads occurring during use are substantially more evenly distributed by rotation of the carrier body in the region of the circumferential surface than in the area of the end face. The peripheral surface comprises the region of the carrier body, which is arranged between the two end faces of the carrier body. It is immaterial whether the peripheral surface is formed flat or contoured. For the purposes of the invention, the term peripheral surface encompasses the entire surface which connects the two end faces. The arrangement of the signal element on the peripheral surface has the advantage that the mechanical stresses due to expansion of the carrier body at each point of the peripheral surface occur substantially uniformly and the signal element is easier to adjust it. The centrifugal forces act substantially evenly on the contact surface or contact surface of the signal element to the carrier body. Furthermore, the contact surface of the signal element on the carrier body can be increased by the size of the peripheral surface without major problems so that pressure peaks can be avoided easier than if one would arrange the signal element on the end face of the carrier body. The stresses caused by thermal expansion are distributed evenly over the contact surface of the signal element on the carrier body, so that the signal element is easily interpretable to the respective loads. The disadvantage of possibly increased expense in the production of the position sensor element can be circumvented by suitable manufacturing processes, as described below.
Der Trägerkörper ist üblicherweise als Wellenelement ausgebildet, der an eine sich rotierende Welle befestigt wird. Typischerweise ist der Trägerkörper scheibenförmig geformt. Vorteilhafterweise ist der Trägerkörper als Metallkörper ausgebildet ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Trägerkörper somit nicht um eine Welle selbst, sondern einem auf einer Welle oder dgl. anbringbaren Körper. Die Dicke des Trägerkörpers ist dabei so ausgelegt, dass das Signalelement die Umfangsfläche nahezu vollständig bedeckt. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Welle selbst den Trägerkörper für das Signalelement darstellt. Das Signalelement würde dann auf der Mantelfläche der Welle angeordnet sein. The support body is usually formed as a shaft member which is attached to a rotating shaft. Typically, the carrier body is disc-shaped. Advantageously, the carrier body is designed as a metal body. The carrier body is thus preferably not a shaft itself, but rather a body which can be attached to a shaft or the like. The thickness of the carrier body is designed so that the signal element covers the peripheral surface almost completely. However, it is also conceivable that the shaft itself represents the carrier body for the signal element. The signal element would then be arranged on the lateral surface of the shaft.
Das erfindungsgemäße Positionselement wird dadurch in vorteilhafter Weise weitergebildet, dass das Signalelement einen Basiskörper und darin gebundene magnetische Partikel. Ein so aufgebautes Signalelement kann besonders einfach auf dem Trägerkörper angeordnet werden.The position element according to the invention is characterized in an advantageous manner that the signal element has a base body and magnetic particles bound therein. A signal element constructed in this way can be arranged particularly simply on the carrier body.
Das erfindungsgemäße Positionselement wird dadurch in vorteilhafter Weise weitergebildet, dass das Material des Basiskörpers einen Elastomer enthält und die magnetischen Partikel mit dem Elastomer verbindbare Magnetpartikel sind. Elastomere eignen sich besonders aufgrund ihrer einfachen Formbarkeit und Elastizität gut als Basiskörper für das Signalelement.The position element according to the invention is characterized in an advantageous manner that the material of the base body contains an elastomer and the magnetic particles with the elastomer are connectable magnetic particles. Elastomers are particularly well suited because of their ease of molding and elasticity as a base body for the signal element.
Das erfindungsgemäße Positionselement wird dadurch in vorteilhafter Weise weitergebildet, dass die magnetischen Partikel in den Basiskörper gesinterte Partikel sind. Auf diese Weise ist eine hohe Beständigkeit des Signalelements erreichbar.The position element according to the invention is characterized in an advantageous manner that the magnetic particles are sintered particles in the base body. In this way, a high resistance of the signal element can be achieved.
Das erfindungsgemäße Positionselement wird dadurch in vorteilhafter Weise weitergebildet, dass der Trägerkörper der Basiskörper des Signalements ist bzw. diesen bildet. Anstelle eines separaten Basiskörpers für die Magnetpartikel, werden die Magnetpartikel direkt auf dem Trägerkörper im Bereich der Umfangsfläche aufgebracht. Das Signalelement ist besonders haltbar an dem Trägerkörper befestigt. Die vorgenannten The position element according to the invention is further developed in an advantageous manner that the carrier body is the base body of the signaling element or forms this. Instead of a separate one Base body for the magnetic particles, the magnetic particles are applied directly to the carrier body in the region of the peripheral surface. The signal element is fastened particularly durable on the carrier body. The aforementioned
Das erfindungsgemäße Positionselement wird dadurch in vorteilhafter Weise weitergebildet, dass das Signalelement als eine magnetisierbare Spur ausgebildet ist, die auf der Umfangsfläche des Trägerkörpers aufgetragen ist.The position element according to the invention is further developed in an advantageous manner that the signal element is formed as a magnetizable track, which is applied to the peripheral surface of the carrier body.
Das erfindungsgemäße Positionselement wird dadurch in vorteilhafter Weise weitergebildet, dass der Trägerkörper an der Umfangsfläche eine Mulde oder eine Nut aufweist, in welche das Signalelement einlegbar ist. Diese Form der Umfangsfläche eignet sich besonders gut zum Aufnehmen des Signalelements mit einem Basiskörper. The position element according to the invention is further developed in an advantageous manner, that the carrier body has on the peripheral surface a trough or a groove into which the signal element can be inserted. This shape of the peripheral surface is particularly well suited for receiving the signal element with a base body.
Das erfindungsgemäße Positionselement wird dadurch in vorteilhafter Weise weitergebildet, dass die Mulde eine U-Form aufweist.The position element according to the invention is characterized in an advantageous manner that the trough has a U-shape.
Das erfindungsgemäße Positionselement wird dadurch in vorteilhafter Weise weitergebildet, dass das Signalelement als Magnetelement ausgebildet ist, das ein magnetisches Feld erzeugt, dessen magnetische Wirkung sich im Wesentlichen in axialer Richtung des Trägerköpers ausbreitet. The position element according to the invention is characterized in an advantageous manner that the signal element is designed as a magnetic element which generates a magnetic field whose magnetic effect propagates substantially in the axial direction of the Trägerköpers.
Das erfindungsgemäße Positionselement wird dadurch in vorteilhafter Weise weitergebildet, dass das Signalelement eine im Wesentliche U-förmigen Querschnitt aufweist, wobei das Signalelement in der Nut derart ausgerichtet ist, dass die Öffnung der U-Form radial nach außen gerichtet ist. Die magnetische Wirkung kann durch die Formgebung im Bereich zwischen den Flanken des Signalelements besonders stark ausgebildet werden, so dass auf diese Weise die Signalgüte verbesserbar ist.The position element according to the invention is characterized in an advantageous manner that the signal element has a substantially U-shaped cross-section, wherein the signal element is aligned in the groove such that the opening of the U-shape is directed radially outward. The magnetic effect can be made particularly strong by the shaping in the region between the flanks of the signal element, so that in this way the signal quality can be improved.
Das erfindungsgemäße Positionselement wird dadurch in vorteilhafter Weise weitergebildet, dass das Signalelements bzw. dessen Seitenwände im Wesentlichen bündig mit der Umfangsfläche des Trägerkörpers schließend ausgebildet sind.The position element according to the invention is characterized in an advantageous manner that the signal element or its side walls are formed substantially flush with the peripheral surface of the carrier body closing.
Die Aufgabe wird ferner gelöst gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung mittels eines Sensors nach dem zweiten unabhängigen Anspruch.The object is further achieved according to a second aspect of the invention by means of a sensor according to the second independent claim.
Der erfindungsgemäße Sensor wird dadurch in vorteilhafter Weise weitergebildet, dass das Sensorelement eine Leiterplatine aufweist, die kreissegmentförmig ausgebildet ist, wobei der Radius derart gewählt ist, dass ein Randbereich der Leiterplatine mit einem gleichförmigen Abstand zum Signalelement positionierbar ist. Insbesondere in Kombination mit einem U-förmig ausgebildeten Signalelement lässt sich das Sensorelement besonders vorteilhaft zwischen den Flanken des Signalelements und so nah wie möglich am Signalelement positionieren, um eine erhöhte Signalgüte zu erreichen. Ferner ist diese Anordnung besonders platzsparend.The sensor according to the invention is further developed in an advantageous manner that the sensor element has a printed circuit board, which is formed circular segment, wherein the radius is selected such that an edge region of the printed circuit board with a uniform distance to the signal element can be positioned. In particular, in combination with a U-shaped signal element, the sensor element can be particularly advantageous position between the edges of the signal element and as close as possible to the signal element in order to achieve an increased signal quality. Furthermore, this arrangement is particularly space-saving.
Der erfindungsgemäße Sensor wird dadurch in vorteilhafter Weise weitergebildet, dass das Sensorelement zwischen den Stirnflächen des Trägerkörpers benachbart zum Signalelement angeordnet ist.The sensor according to the invention is further developed in an advantageous manner in that the sensor element is arranged between the end faces of the carrier body adjacent to the signal element.
Der erfindungsgemäße Sensor wird dadurch in vorteilhafter Weise weitergebildet, dass der Sensor mehrere Sensorelemente aufweist.The sensor according to the invention is further developed in an advantageous manner in that the sensor has a plurality of sensor elements.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:The invention will be described below with reference to figures and exemplary embodiments. Show it:
Das Positionsgeberelement
Der Trägerkörper
Das Signalelement
Als Alternative zu den in den
Die
In
Das Signalelement
In
Das halboffene Profil des Trägerkörpers
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