-
Die Erfindung betrifft einen Winkelsensor und ein Verfahren zum Herstellen des Winkelsensors.
-
Aus der
DE 10 2009 021 648 A1 ist ein Höhenstandssensor zum Erfassen einer relativen Lage eines Rades gegenüber einem Chassis in einem Fahrzeug bekannt.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, den bekannten Höhenstandssensor zu verbessern.
-
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Lagers in einem Sensor für eine Welle, die eingerichtet ist, einen zu messenden Winkel zum Einstellen eines Geberelementes aufzunehmen, die Schritte:
- – Ausbilden eines in eine Axialrichtung wirkenden Axiallagers zwischen der Welle und einer Lagerbuchse, und
- – Einpressen der Lagerbuchse über die darin gelagerte Welle in der Axialrichtung in eine Lageraufnahme.
-
Dem angegebenen Verfahren liegt die Überlegung zugrunde, dass bei der Herstellung eines Lagers konstruktionsbedingt ein Radialspiel und ein Axialspiel zwischen Welle und Lageraufnahme entstehen können. Im Rahmen eines Axialspiels weisen die Welle und die Lageraufnahme axiale Toleranzen auf, innerhalb denen sich die Welle in der Lageraufnahme axial bewegen kann. Gleichfalls weisen die Welle und die Lageraufnahme im Rahmen eines Radialspiels radiale Toleranzen auf, innerhalb denen sich die Welle in der Lageraufnehme radial bewegen kann.
-
Die Folge derartiger Spiele ist, dass beim Messen des Winkels Hysterese-Effekte eingebracht werden, die sich negativ auf die Weiterverarbeitung des gemessenen Winkels auswirken können. Zudem sind derartige Spiele von der Haptik her zu vermeiden.
-
Hier greift das angegebene Verfahren mit dem Vorschlag an, zumindest das Axialspiel durch besonderes Lagern der Welle in der Lageraufnahme über die Lagerbuchse zu vermeiden. Hierzu wird im Rahmen des angegebenen Verfahrens zunächst ein in einer bestimmten Axialrichtung wirkendes Axiallager zwischen der Welle und der Lagerbuchse ausbildet. In dieser gleichen Axialrichtung wird dann die Lagerbuchse über die Welle in der Lageraufnahme verpresst. Auf diese Weise wird ein Axialspiel zwischen Welle und Lageraufnahme beziehungsweise Lagerbuchse vermieden, denn es wird ein Axialspiel zwischen Lageraufnahme und Lagerbuchse ausgebildet, das sich aber aufgrund der kraftschlüssigen Verbindung nicht bemerkbar macht.
-
In einer Weitebildung des angegebenen Verfahrens kann die Welle zum Ausbilden des Axiallagers in der Axialrichtung in die Lagerbuchse eingepresst werden. Dabei sollte die Welle solange in die Lagerbuchse eingepresst werden, bis ein axial endseitiger Flansch an der Welle an ein axiales Ende der Lagerbuchse anschlägt. Auf diese Weise kann die Lagerbuchse danach in einfacher Weise über die Welle in die Lageraufnahme eingepresst werden.
-
In einer anderen Weiterbildung des angegebenen Verfahrens wird die Lagerbuchse solange in die Lageraufnahme eingepresst, bis ein axial endseitiger Flansch an der Lagerbuchse axial an die Lageraufnahme anschlägt. Bei diesem Einpressen verbleibt dann zwischen der Lagerbuchse und der Lageraufnahme das oben bereits erwähnte Axialspiel, dass aber auf die eigentliche Lagerung der Welle in der Lageraufnahme keinen Einfluss mehr hat.
-
Prinzipiell kann die Lagerbuchse zu einem beliebigen Zeitpunkt in die Lageraufnahme eingesetzt werden, wir die Lagerbuchse jedoch vor dem Ausbilden des Axiallagers in die Lageraufnahme eingesetzt, kann die Lageraufnahme beim Ausbilden des Axiallagers zwischen Welle und Lagerbuchse gleichzeitig als Haltemittel verwendet werden.
-
In einer anderen Weiterbildung des angegebenen Verfahrens wird die Lagerbuchse vor dem Ausbilden des Axiallagers in die Lageraufnahme derart eingesetzt, dass ein axialseitiges Ende der Lagerbuchse mit einem vorbestimmten Abstand über einem axialseitigen Ende der Lageraufnahme steht. Auf diese Weise kann dann zunächst die Welle in die Lagerbuchse eingesetzt und das Axiallager zwischen Lagerbuchse und Welle ausgebildet werden, bevor dann dieser vorbestimmte Abstand ebenfalls durch Einpressen der Lagerbuchse in die Lageraufnahme über die Welle geschlossen wird.
-
In einer anderen Weiterbildung des angegebenen Verfahrens wird die Welle nach dem Ausbilden des Axiallagers auf einer dem Axiallager axial gegenüberliegenden Seite mit einem Hebel abgeschlossen. Der Hebel kann dann als mechanischer Messaufnehmer für den zu messenden Winkel dienen, der den Winkel dann an ein Geberelement an der Welle, wie beispielsweise einen Gebermagneten überträgt. Dabei kann auch der Hebel auf der Welle verpresst werden.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Lager, durch eines der angegebenen Verfahren hergestellt.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Winkelsensor zum Messen eines Winkels eines der angegebenen Lager, den Grundkörper, in dem das Lager ausgebildet ist, die Welle als Aufnehmer des zu messenden Winkels mit einem daran gehaltenen Geberelement zum Erregen eines Geberfeldes in Abhängigkeit des zu messenden Winkels, und eine Auswerteschaltung zum Ausgeben eines den zu messenden Winkel qualifizierenden Signals in Abhängigkeit des Geberfeldes.
-
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei:
-
1 in einer schematischen Ansicht ein Fahrzeug mit einem Regelkreis zu seiner Niveauregulierung,
-
2 einen Höhenstandssensor zum Erfassen einer Regelgröße für die Niveauregulierung der 1,
-
3 einen Teil des Höhenstandssensors der 2,
-
4 den Teil des Höhenstandssensors der 3 in einem ersten Zwischenproduktionszustand,
-
5 den Teil des Höhenstandssensors der 3 in einem zweiten Zwischenproduktionszustand, und
-
6 den Teil des Höhenstandssensors der 3 in einem dritten Zwischenproduktionszustand zeigen.
-
In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
-
Es wird auf 1 Bezug genommen, die in einer schematischen Ansicht ein Fahrzeug 2 mit einer Niveauregulierung 4 zeigt.
-
Mit der Niveauregulierung 4 wird ein Chassis 6 des Fahrzeuges 2 gegenüber auf einer nicht weiter gezeigten Straße rollenden Rädern 8 des Fahrzeuges 2 in seiner Lage in der Hochachse 10 geregelt. Die Niveauregulierung 4 kann beispielsweise eingesetzt werden, um bei wechselnden Beladungszuständen des Fahrzeuges 2 die optimale Bodenfreiheit und waagerechte Lage des Fahrzeuges 2 zu erhalten. Dies dient der Erhaltung der Fahrsicherheit, insbesondere wenn das Fahrzeug 2 mit einem Anhänger betrieben wird. Aber auch zum Passieren von Hindernissen kann die Niveauregulierung 4 verwendet werden, um beispielsweise das Fahrzeug 2 bei Bordsteinkanten, Tiefgarageneinfahrten, ... anzuheben oder bei Brücken, höhenbeschränkten Zufahrten, ... abzusenken.
-
Dazu weist das Fahrwerksregelsystem in einer beispielsweise aus der
DE 10 2005 060 173 A1 bekannten Weise eine Steuervorrichtung
14 auf, die in der vorliegenden Ausführung aus an jedem Rad
8 angeordneten Höhenstandssensoren
16 in Form von Winkelsensoren einen Höhenstand
18 empfängt, die eine relative Lage des entsprechenden Rades
8 gegenüber dem Chassis
6 beschreiben. Basierend auf den Differenzen dieser Höhenstände
18 erfasst die Steuervorrichtung
14, eine Lage des Chassis
6 in der Hochachse
10. Weicht die erfasste Lage in der Hochachse
10 von einer Solllage
22 ab, dann steuert die Steuervorrichtung
14 in Form von aktiven Federbeinen
24 ausgeführte Aktoren an, um das Chassis
6 in diese Solllage
22 zu überführen. Als aktive Federbeine
24 können beispielsweise die aus der
DE 101 22 542 B4 bekannten Federbeine verwendet werden.
-
Die Verwendung der Höhenstandssensoren 16 in der Niveauregulierung ist jedoch nur beispielhaft und nicht darauf beschränkt. Die Höhenstandssensoren 16 können in dem Fahrzeug 2 für jede beliebige Funktion, wie beispielsweise zur Leuchtweitenregulierung verwendet werden.
-
Es wird auf 2 Bezug genommen, in der ein Beispiel für einen der Höhenstandssensoren 16 aus 1 gezeigt ist.
-
Der Höhenstandssensor 16 umfasst ein Drehgelenk 26 mit einem ersten Hebel oder Gelenkarm 28 und einem zweiten Hebel oder Gelenkarm 30, die beide an einem ersten Gelenkpunkt 32 verdrehbar zueinander verbunden sind. Ein zweiter Gelenkpunkt 34 befindet sich in 2 nicht sichtbar hinter einem noch zu beschreibenden Gehäuse 36, an einer Klammer 38, an der der erste Gelenkarm 28 verdrehbar zum Chassis 6 gelagert ist. Ein dritter Gelenkpunkt 40 befindet sich an einem ortsfest zum Rad 8 befestigbaren Lagerschuh 42, an dem der zweite Gelenkarm 30 verdrehbar zum Lagerschuh 42 gelagert ist.
-
Verändert sich die relative Lage zwischen dem Chassis 6 und dem Rad 8, so werden der zweite Gelenkpunkt 34 und der dritte Gelenkpunkt 40 relativ zueinander bewegt. Weil die beiden Gelenkarme 28, 30 an den einzelnen Gelenkpunkten 32, 34, 40 drehbar gelagert sind, werden die beiden Gelenkarme 28, 30 bei einer Lageänderung des Rades 8 gegenüber dem Chassis 6 zueinander verdreht, so dass sich die beiden Gelenkarme 28, 30 um die einzelnen Gelenkpunkte 32, 34, 40 drehen. Wird die Drehung an einem der Gelenkpunkte 32, 34, 40 erfasst, kann auf die relative Lage zwischen dem Chassis 6 und dem Rad 8 zurückgeschlossen werden.
-
In dem Gehäuse 36 ist eine angedeutete Auswerteschaltung 37 aufgenommen. Die Auswerteschaltung 37 erzeugt den Höhenstand 18 in Form eines Signals und gibt diesen über eine Schnittstelle 44 an die Steuervorrichtung 14 aus. Zur Erzeugung des Höhenstandes 18 erfasst die Auswerteschaltung 37 einen Drehwinkel 46 des ersten Gelenkarmes 28 gegenüber der ortsfest mit dem Chassis 6 befestigten Klammer 38. Der Drehwinkel 30 kann dabei basierend auf jedem beliebigen Messprinzip erfasst werden.
-
Zur Erfassung des Drehwinkels 46 wird in dem Gehäuse 36 eine in 3 gezeigte Welle 48 angeordnet, die im in dem Höhenstandssensor 16 der 3 verbauten Zustand drehfest mit dem ersten Gelenkarm 28 verbunden ist. Die Welle 48 umfasst einen Wellenschaft 50 mit einem ersten axialen Ende 52 zur drehfesten Anbindung an den ersten Gelenkarm 28 und ein dem ersten axialen Ende 52 gegenüberliegendes zweites axiales Ende 54. Das zweite axiale Ende 54 weist einen Wellenflansch 55 auf, in den sich eine axiale Vertiefung 56 erstreckt. In dieser axialen Vertiefung 56 der ein Geberelement 58 in Form eines Gebermagneten aufgenommen ist, der ortsfest zur Welle 48 ein Geberfeld 60 in Form eines Magnetfeldes axial abstrahlt. Dreht sich damit der erste Gelenkarm 28 um den zu erfassenden Winkel 46, dann wird das Geberfeld 60 ebenfalls um diesen zu erfassenden Winkel 46 gedreht.
-
Das sich mit dem zu erfassenden Winkel 46 drehende Geberfeld 60 kann dann von der Auswerteschaltung 47 über einen darauf verschalteten Messaufnehmer 62 beispielsweise in Form eines Hall-Elementes ausgewertet werden. Der Messaufnehmer 62 gibt dann in an sich bekannter Weise ein vom zu erfassenden Winkel 46 abhängiges Messsignal ab, basierend auf dem dann von der Auswerteschaltung 47 der zu erfassende Höhenstand 18 berechnet werden kann. Um den berechneten Höhenstand 18 an die Schnittstelle 44 anzulegen, sind in dem Gehäuse 36 Einpresspins 64 mechanisch befestigt, die elektrisch mit der Schnittstelle 44 kontaktiert sind. Die Auswerteschaltung 47 kann auf diese Einpresspins 64 in einer Einpressrichtung 65 aufgedrückt und so elektrisch an die Schnittstelle 44 angebunden werden. Von den Einpresspins 64 sind in 3 der Übersichtlichkeit halber nicht alle mit einem Bezugszeichen versehen.
-
Das Gehäuse 36 ist im Rahmen der vorliegenden Ausführung zweiteilig aus einer ersten Gehäusehälfte 66 und einer zweiten Gehäusehälfte 68 aufgebaut, die beide axial ineinandergreifend zusammengesetzt sind, so dass zwischen den beiden Gehäusehälften 66, 68 ein Labyrinthspalt 70 ausgebildet ist, um einen Weg für eindringende Feuchtigkeit zu verlängert. Als zusätzlicher Schutz gegen eindringende Feuchtigkeit kann sich an den Labyrinthspalt 70 eine Dichtung 72 anschließen.
-
Zum Lagern der Welle 48 in dem Gehäuse 36 können das erste axiale Ende 52 in einer ersten Lagerbuchse 74 und das zweite axiale Ende in einer zweiten Lagerbuchse 76 radial gelagert sein. Die beiden Lagerbuchsen 74, 76 können dabei in eine als radiale Durchgangsöffnung ausgeführte Lageraufnahme 78 axial eingeschoben sein, wobei die zweite Lagerbuchse 76 in dieser Lageraufnahme 78 über einen Buchsenflansch 80 axial gelagert sein kann.
-
Zum Einsetzen der Welle 48 in das Gehäuse 36 können zunächst, wie in 4 gezeigt, die beiden Lagerbuchsen 74, 76 in die Lageraufnahme 78 eingesetzt werden. Dabei wird die zweite Lagerbuchse 76 in der Lageraufnahme 78 derart axial positioniert, dass der Buchsenflansch 80 der zweiten Lagerbuchse 76 mit einem axialen Voreinstellabstand 82 gegenüber der entsprechenden axialen Stirnseite der Lageraufnahme 78 beabstandet ist. Die beiden Lagerbuchsen 74, 76 können beispielsweise durch Einpressen in der Lageraufnahme 78 positioniert werden.
-
In diesem Zustand kann dann, wie in 5 gezeigt, die Welle 48 über die zweite Lagerbuchse 76 in die Lageraufnahme 78 durch Einpressen in Axialrichtung 84 eingesetzt werden, bis der Wellenflansch 55, wie in 6 gezeigt, axial an den Buchsenflansch 80 anschlägt und so axial am Buchsenflansch 80 gelagert ist.
-
Danach kann die zweite Lagerbuchse 76 über Wellenflansch 55 durch Einpressen in Axialrichtung 84 in die Lageraufnahme 78 geschoben werden, weil die Welle 48 an der zweiten Lagerbuchse 78 axial gelagert ist und sie die Einpresskraft übertragen kann. Gleichzeitig kann dabei das erste axiale Ende 52 der Welle 48 durch Einpressen in die erste Lagerbuchse 74 geschoben und axiale Voreinstellabstand 82 geschlossen werden.
-
Ein sich eventuell einstellendes axiales Spiel 86 stellt sich dabei, wie in 3 gezeigt zwischen dem Buchsenflansch 80 und der entsprechenden axialen Stirnseite der Lageraufnahme 78 ein, so dass die Welle 48 selbst axial fest in der Lageraufnahme 78 gehalten wird.
-
Gleichzeitig kann die Welle 48 beim Einpressen in die Lageraufnahme 78 und damit in die Lagerbuchsen 74, 76 auch mit dem ersten Gelenkarm 28 verpresst werden, um die Welle 48 wie bereits ausgeführt ortsfest an diesen zu befestigen.
-
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
-
- DE 102009021648 A1 [0002]
- DE 102005060173 A1 [0026]
- DE 10122542 B4 [0026]
