DE102015116545A1 - Magnet unit for a sensor device of a motor vehicle, sensor device with a magnet unit and motor vehicle with a sensor device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Magneteinheit (10, 20, 30) für eine Sensoreinrichtung zur Verbindung mit einer Lenkwelle, wobei die Magneteinheit (10, 20, 30) eine Hülse (11, 21, 31) mit einem buchsenförmigen Grundkörper aufweist sowie ein drehfest und in tangentialer Richtung spielfrei mit der Hülse (11, 21, 31) verbundenes Magnetelement (12, 22, 32), wobei die Hülse (11, 21, 31) und das Magnetelement (12, 22, 32) mittels wenigstens einer formschlüssigen Verbindung miteinander verbunden sind, wobei die Hülse (11, 21, 31) und das Magnetelement (12, 22, 32) unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen und derart ausgestaltet und derart miteinander verbunden sind, dass bei einer Änderung der Umgebungstemperatur, die infolge der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Hülse (11, 21, 31) und Magnetelement (12, 22, 32) zu einem Spiel in tangentialer Richtung in der formschlüssigen Verbindung führt, eine reibschlüssige Verbindung zwischen der Hülse (11, 21, 31) und dem Magnetelement (12, 22, 32) entsteht und/oder verstärkt wird, wobei die Reibkräfte zwischen Hülse (11, 21, 31) und Magnetelement (12, 22, 32) dabei wenigstens so groß sind, dass das infolge der Änderung der Umgebungstemperatur in der formschlüssigen Verbindung in tangentialer Richtung entstehende Spiel derart kompensiert wird, dass die Hülse (11, 21, 31) und das Magnetelement (12, 22, 32) weiterhin in tangentialer Richtung spielfrei miteinander verbunden bleiben.The invention relates to a magnet unit (10, 20, 30) for a sensor device for connection to a steering shaft, wherein the magnet unit (10, 20, 30) has a sleeve (11, 21, 31) with a sleeve-shaped main body and a rotationally fixed and in tangential direction backlash with the sleeve (11, 21, 31) connected to the magnetic element (12, 22, 32), wherein the sleeve (11, 21, 31) and the magnetic element (12, 22, 32) connected to each other by means of at least one positive connection are, wherein the sleeve (11, 21, 31) and the magnetic element (12, 22, 32) have different thermal expansion coefficients and are designed and connected to each other such that when a change in ambient temperature due to the different thermal expansion coefficients of sleeve (11, 21, 31) and magnetic element (12, 22, 32) leads to a play in the tangential direction in the positive connection, a frictional connection between the Hü lse (11, 21, 31) and the magnetic element (12, 22, 32) is formed and / or reinforced, wherein the frictional forces between the sleeve (11, 21, 31) and magnetic element (12, 22, 32) at least as large are that due to the change in ambient temperature in the positive connection in the tangential direction resulting game is compensated such that the sleeve (11, 21, 31) and the magnetic element (12, 22, 32) continue to be connected without play in the tangential direction ,
Description
Die Erfindung betrifft eine Magneteinheit für eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer einen Rotationszustand einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs charakterisierenden Messgröße, wobei die Magneteinheit eine Hülse mit einem buchsenförmigen Grundkörper zum Verbinden der Magneteinheit mit einem Teil der Lenkwelle aufweist sowie ein mit der Hülse verbundenes Magnetelement. Die Erfindung betrifft außerdem eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer einen Rotationszustand einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs charakterisierenden Messgröße sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Sensoreinrichtung. The invention relates to a magnet unit for a sensor device for detecting a measured variable characterizing a rotational state of a steering shaft of a motor vehicle, wherein the magnet unit has a sleeve with a bush-shaped main body for connecting the magnet unit to a part of the steering shaft and a magnetic element connected to the sleeve. The invention also relates to a sensor device for detecting a measured variable characterizing a state of rotation of a steering shaft of a motor vehicle and a motor vehicle having such a sensor device.
Gattungsgemäße Magneteinheiten werden beispielsweise in Drehmomentsensoreinrichtungen zur Erfassung eines auf eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs aufgebrachten Drehmoments eingesetzt und sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der
Die Magneteinheit ist dabei üblicherweise dazu ausgebildet, an einem von zwei, sich in axialer Richtung gegenüberliegenden Teilen der Lenkwelle befestigt zu werden, wobei zur Erfassung des Rotationszustandes der Lenkwelle auf dem anderen Wellenteil eine Sensoreinheit befestigt werden kann mit einem magnetischen Stator, welcher dazu vorgesehen ist, in radialer Richtung gegenüber von dem Magnetelement der Magneteinheit mit einem kleinen Luftspalt dazwischen angeordnet zu werden. Mithilfe des Stators kann der im Magnetelement auftretende, vom Rotationszustand der Welle abhängige magnetische Fluss zur Erzeugung eines Sensorsignals vom Magnetelement über einen Flussleiter weiter an einen Magnetsensor geleitet werden, beispielsweise an einen Hall-Sensor. The magnet unit is usually designed to be attached to one of two, opposite in the axial direction parts of the steering shaft, wherein for detecting the state of rotation of the steering shaft on the other shaft part, a sensor unit can be attached to a magnetic stator, which is provided for this purpose to be arranged in the radial direction opposite to the magnetic element of the magnet unit with a small air gap therebetween. By means of the stator, the magnetic flux occurring in the magnetic element, dependent on the rotational state of the shaft magnetic flux for generating a sensor signal from the magnetic element via a flux guide can be passed on to a magnetic sensor, for example to a Hall sensor.
Gattungsgemäße Magneteinheiten weisen üblicherweise ein als Permanentmagnet ausgebildetes Magnetelement auf sowie in der Regel eine metallische Hülse, über welche die Magneteinheit mit der Lenkwelle verbunden werden kann, wobei bekannt ist, die Hülse beispielsweise mittels Kleben, Schweißen, Verstemmen oder mittels einer Presspassung mit der Lenkwelle drehfest zu verbinden. Generic magnet units usually have a magnetic element designed as a permanent magnet and usually a metallic sleeve, via which the magnet unit can be connected to the steering shaft, which is known, the sleeve rotatably, for example by gluing, welding, caulking or by means of a press fit with the steering shaft connect to.
Die Herausforderung besteht dabei einerseits darin, eine dauerhaft drehfeste Verbindung der Magneteinheit mit der Lenkwelle sicherzustellen, sowie andererseits eine spielfreie, drehfeste Verbindung zwischen dem Magnetelement und der Hülse bereitzustellen. The challenge is on the one hand to ensure a permanent rotationally fixed connection of the magnet unit with the steering shaft, and on the other hand to provide a backlash-free, rotationally fixed connection between the magnetic element and the sleeve.
Das Magnetelement gattungsgemäßer Magneteinheiten besteht dabei üblicherweise aus einem mit Magnetpartikeln gefüllten Kunststoff und wird in der Regel im Kunststoffspritzgießverfahren hergestellt, wobei das Magnetelement direkt an die Hülse angespritzt werden kann bzw. die Hülse mit dem Magnetmaterial umspritzt werden kann. The magnetic element of generic magnet units usually consists of a plastic filled with magnetic particles and is usually produced by plastic injection molding, wherein the magnetic element can be molded directly onto the sleeve or the sleeve can be encapsulated with the magnetic material.
Aufgrund des in der Regel hohen Füllgrads mit den magnetischen Partikeln ist der Kunststoff, insbesondere bei tiefen Temperaturen, in der Regel relativ spröde bzw. wenig elastisch. Infolgedessen kann es, insbesondere wenn das Magnetelement direkt an die Hülse angespritzt wird bzw. wenn die Hülse mit dem Magnetmaterial umspritzt wird, beim Abkühlen der Kunststoffschmelze zu thermisch bedingten Schrumpfspannungen kommen, welche zur Bildung von Rissen im Magnetelement führen können. Ferner kann es bei im Betrieb auftretenden Temperaturschwankungen aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehungskoeffizienten von Hülse und Magnetelement zu thermisch induzierten Spannungen in der Magneteinheit kommen, welche ebenfalls zu einer Rissbildung im Magnetelement führen können. Due to the generally high degree of filling with the magnetic particles of the plastic, in particular at low temperatures, usually relatively brittle or less elastic. As a result, especially when the magnetic element is molded directly onto the sleeve or when the sleeve is overmolded with the magnetic material, thermally induced shrinkage stresses may occur during cooling of the plastic melt, which can lead to the formation of cracks in the magnetic element. Furthermore, in the case of temperature fluctuations occurring during operation, due to the different coefficients of thermal expansion of sleeve and magnetic element, thermally induced stresses can occur in the magnet unit, which can likewise lead to cracking in the magnetic element.
Aus diesem Grund wird in der vorgenannten
Aus der ebenfalls vorgenannten E 0 980 081 B1 ist bekannt, die Hülse mit dem kunststoffgebundenen Magnetmaterial direkt zu umspritzen, wobei zur Aufnahme von thermisch bedingten Schrumpfspannungen des Kunststoffs vorgeschlagen wird, an der Hülse mehrere, in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Laschen vorzusehen. From the above-mentioned E 0 980 081 B1 it is known to directly overmould the sleeve with the plastic-bonded magnetic material, wherein for receiving thermally induced shrinkage stresses of the plastic is proposed to provide a plurality of circumferentially distributed tabs on the sleeve.
Aus der
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine alternative Magneteinheit bereitzustellen, vorzugsweise eine besonders einfach herzustellende Magneteinheit, insbesondere eine Magneteinheit, mit welcher die Gefahr der Rissbildung im Magnetelement infolge thermischer Spannungen reduziert werden kann, aber gleichzeitig eine in tangentialer Richtung spielfreie, drehfeste Verbindung sichergestellt werden kann. It is an object of the invention to provide an alternative magnet unit, preferably a particularly easy to manufacture magnet unit, in particular a magnet unit with which the risk of cracking in the magnetic element due to thermal stresses can be reduced, but at the same time a play-free, rotationally fixed connection in the tangential direction are ensured can.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Magneteinheit, durch eine Sensoreinrichtung sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren und werden im Folgenden näher erläutert. This object is achieved by a magnet unit, by a sensor device and by a motor vehicle with the features according to the respective independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims, the description and the figures and are explained in more detail below.
Eine erfindungsgemäße Magneteinheit für eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer einen Rotationszustand einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs charakterisierenden Messgröße weist eine Hülse mit einem buchsenförmigen Grundkörper zum Verbinden der Magneteinheit mit einem Teil der Lenkwelle auf sowie ein mit der Hülse verbundenes Magnetelement. Dabei sind die Hülse und das Magnetelement mittels wenigstens einer formschlüssigen Verbindung miteinander verbunden, wobei die Hülse und das Magnetelement unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Die Hülse und das Magnetelement sind dabei derart ausgebildet, dass die formschlüssige Verbindung in einem Referenzzustand bei einer Referenzumgebungstemperatur in tangentialer Richtung spielfrei ist. A magnet unit according to the invention for a sensor device for detecting a measured variable characterizing a rotation state of a steering shaft of a motor vehicle has a sleeve with a bush-shaped main body for connecting the magnet unit to a part of the steering shaft and a magnetic element connected to the sleeve. In this case, the sleeve and the magnetic element are connected to each other by means of at least one positive connection, wherein the sleeve and the magnetic element have different thermal expansion coefficients. The sleeve and the magnetic element are designed such that the positive connection is free of play in a reference state at a reference ambient temperature in the tangential direction.
Erfindungsgemäß sind die Hülse und das Magnetelement derart ausgestaltet und derart miteinander verbunden, dass ausgehend von der Referenzumgebungstemperatur bei einer Änderung der Umgebungstemperatur, die infolge der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Hülse und Magnetelement zu einem Spiel in tangentialer Richtung in der formschlüssigen Verbindung führt, eine reibschlüssige Verbindung zwischen der Hülse und dem Magnetelement entsteht und/oder verstärkt wird. Die Reibkräfte zwischen Hülse und Magnetelement sind dabei wenigstens so groß, dass das infolge der Änderung der Umgebungstemperatur in der formschlüssigen Verbindung in tangentialer Richtung entstehende Spiel derart kompensiert wird, dass in wenigstens einem vordefinierten Temperaturbereich um die Referenzumgebungstemperatur herum und/oder an diese angrenzend die Hülse und das Magnetelement weiterhin in tangentialer Richtung spielfrei miteinander verbunden bleiben. According to the invention, the sleeve and the magnetic element are designed and connected to one another in such a way that, starting from the reference ambient temperature with a change in the ambient temperature resulting in a play in the tangential connection due to the different thermal expansion coefficients of sleeve and magnetic element, a frictional connection arises between the sleeve and the magnetic element and / or is reinforced. The frictional forces between sleeve and magnetic element are at least so great that the resulting due to the change in ambient temperature in the positive connection in the tangential direction game is compensated such that in at least one predefined temperature range around the reference ambient temperature around and / or adjacent to the sleeve and the magnetic element continue to remain connected to each other in a tangential direction without play.
Das heißt mit anderen Worten, dass die Magneteinheit erfindungsgemäß derart ausgestaltet und ausgebildet ist, insbesondere die Hülse und das Magnetelement, dass ein infolge der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bei einer Änderung der Umgebungstemperatur entstehendes Spiel in tangentialer Richtung in der formschlüssigen Verbindung durch zunehmende Reibkräfte zwischen Hülse und Magnetelement, die vorzugsweise ebenfalls infolge der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten entstehen und/oder verstärkt werden, derart kompensiert wird, dass eine Relativbewegung zwischen der Hülse und dem Magnetelement vermieden wird und somit in wenigstens einem vordefinierten Temperaturbereich eine in tangentialer Richtung spielfreie, drehfeste Verbindung zwischen Magnetelement und Hülse aufrechterhalten bleibt. In other words, that means that the magnet unit according to the invention is configured and configured, in particular the sleeve and the magnetic element, that a resulting in a change in ambient temperature due to the different thermal expansion coefficients in the tangential direction in the positive connection by increasing frictional forces between the sleeve and Magnetic element, which are preferably also due to the different thermal expansion coefficients and / or amplified, is compensated such that a relative movement between the sleeve and the magnetic element is avoided and thus in at least one predefined temperature range in a tangential direction play-free, rotationally fixed connection between the magnetic element and Sleeve is maintained.
Die Referenzumgebungstemperatur, bei welcher die formschlüssige Verbindung zwischen Magnetelement und Hülse in tangentialer Richtung spielfrei ist, liegt bevorzugt in einem Temperaturbereich von 15°C bis 30°C, insbesondere z wischen 20°C und 25°C und beträgt vorzugsweise 20°C oder 23°C. The reference ambient temperature at which the positive connection between the magnetic element and the sleeve is free of play in the tangential direction is preferably in a temperature range of 15 ° C to 30 ° C, in particular between 20 ° C and 25 ° C and 20 ° C or 23 is preferably ° C.
Das Magnetelement einer erfindungsgemäßen Magneteinheit enthält bevorzugt einen mit magnetischen Partikeln gefüllten Kunststoff und/oder besteht daraus, wobei das Magnetelement vorzugsweise in einem Kunststoffspritzgießverfahren hergestellt ist. Besonders bevorzugt ist das Magnetelement dabei durch Anspritzen an die Hülse und/oder durch Umspritzen der Hülse hergestellt worden und auf diese Weise mit der Hülse verbunden worden. The magnetic element of a magnet unit according to the invention preferably contains a plastic filled with magnetic particles and / or consists thereof, wherein the magnetic element is preferably produced in a plastic injection molding process. Particularly preferably, the magnetic element has been produced by injection molding on the sleeve and / or by encapsulation of the sleeve and in this way has been connected to the sleeve.
Die Hülse einer erfindungsgemäßen Magneteinheit enthält vorzugsweise Metall und/oder ist aus Metall hergestellt, wobei die Hülse vorzugsweise durch Tiefziehen und nachfolgendes Stanzen hergestellt ist. Vorzugsweise ist die Hülse derart ausgebildet, dass sie mittels einer Presspassung auf einem Teil der Lenkwelle befestigt werden kann oder mit dem Teil der Lenkwelle verschweißt werden kann. Alternativ kann die Hülse auch mit dem Teil der Lenkwelle verstemmt oder verklebt werden, wobei sich jedoch eine Verbindung mit der Lenkwelle mittels einer Presspassung oder einer Schweißverbindung als besonders vorteilhaft herausgestellt hat. The sleeve of a magnet unit according to the invention preferably contains metal and / or is made of metal, wherein the sleeve is preferably made by deep drawing and subsequent punching. Preferably, the sleeve is designed such that it can be fixed by means of a press fit on a part of the steering shaft or can be welded to the part of the steering shaft. Alternatively, the sleeve can also be caulked or glued to the part of the steering shaft, wherein, however, a connection with the steering shaft by means of a press fit or a welded connection has been found to be particularly advantageous.
Bevorzugt sind die Hülse und das Magnetelement nicht nur mittels einer einzigen formschlüssigen Verbindung miteinander verbunden, sondern besonders bevorzugt weist die Magneteinheit mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, insbesondere in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnete, formschlüssige Verbindungen zwischen Hülse und Magnetelement auf. Preferably, the sleeve and the magnetic element are connected to each other not only by means of a single positive connection, but more preferably, the magnet unit has a plurality of circumferentially distributed, in particular distributed uniformly distributed in the circumferential direction, form-fitting connections between the sleeve and magnetic element.
Wenigstens eine formschlüssige Verbindung ist vorzugsweise durch eine Ausnehmung und einen korrespondierend zur Ausnehmung ausgebildeten Vorsprung gebildet, der in die Ausnehmung eingreift, wobei vorzugsweise die Hülse wenigstens eine Ausnehmung aufweist und das Magnetelement wenigstens einen korrespondierend zur Ausnehmung der Hülse ausgebildeten Vorsprung der in die Ausnehmung der Hülse eingreift. Vorzugsweise weist die Hülse in Umfangsrichtung mehrere, insbesondere gleichmäßig verteilt angeordnete Ausnehmungen auf und das Magnetelement entsprechend viele korrespondierend zu den Ausnehmungen in der Hülse angeordnete und ausgebildete Vorsprünge auf, wobei vorzugsweise jeweils ein Vorsprung des Magnetelementes in eine zugehörige Ausnehmung in der Hülse eingreift und das Magnetelement formschlüssig mit der Hülse verbindet. At least one positive connection is preferably formed by a recess and a projection corresponding to the recess formed in the recess engages, wherein preferably the sleeve has at least one recess and the magnetic element engages at least one projection corresponding to the recess of the sleeve in the recess of the sleeve. Preferably, the sleeve has in the circumferential direction a plurality of, in particular evenly distributed recesses arranged on the magnet element and corresponding to many corresponding to the recesses in the sleeve and formed projections, wherein preferably in each case a projection of the magnetic element engages in an associated recess in the sleeve and the magnetic element positively connects with the sleeve.
Selbstverständlich kann alternativ auch das Magnetelement eine oder mehrere Ausnehmungen aufweisen und die Hülse einen oder mehrere korrespondierend zur Ausnehmung im Magnetelement ausgebildete Vorsprünge, die in die Ausnehmungen des Magnetelements eingreifen. Of course, alternatively, the magnetic element may have one or more recesses and the sleeve one or more corresponding to the recess formed in the magnetic element projections which engage in the recesses of the magnetic element.
Die Hülse und das Magnetelement können selbstverständlich bereits im Referenzzustand zusätzlich zur formschlüssigen Verbindung mittels einer reibschlüssigen Verbindung verbunden sein. Das heißt, die Magneteinheit kann selbstverständlich derart ausgestaltet sein, dass bereits im Referenzzustand Reibkräfte zwischen Hülse und Magnetelement wirken. Es ist lediglich wichtig, dass die Magneteinheit derart ausgestaltet und ausgelegt ist, dass wenigstens in einem vordefinierten Temperaturbereich um die Referenztemperatur herum und/oder an diese angrenzend ein infolge einer Änderung der Umgebungstemperatur in tangentialer Richtung in der formschlüssigen Verbindung entstehendes Spiel durch zunehmende Reibkräfte kompensiert wird, wobei die Magneteinheit vorzugsweise derart ausgestaltet und ausgelegt ist, dass über einen gesamten Betriebstemperaturbereich eine in tangentialer Richtung spielfreie, drehfeste Verbindung zwischen der Hülse und dem Magnetelement aufrechterhalten werden kann. The sleeve and the magnetic element can of course already be connected in the reference state in addition to the positive connection by means of a frictional connection. This means that the magnet unit can, of course, be configured in such a way that frictional forces between the sleeve and the magnet element are already active in the reference state. It is only important that the magnet unit is configured and designed in such a way that at least in a predefined temperature range around the reference temperature and / or adjoining it, a play arising as a result of a change in the ambient temperature in the tangential direction in the positive connection is compensated by increasing frictional forces , wherein the magnet unit is preferably configured and designed so that over a total operating temperature range in a tangential direction backlash-free, rotationally fixed connection between the sleeve and the magnetic element can be maintained.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Magneteinheit ist der thermische Längen- und/oder Volumenausdehnungskoeffizient des Magnetelementes größer als der thermische Längen- und/oder Volumenausdehnungskoeffizient der Hülse, wobei vorzugsweise das Magnetelement zumindest teilweise konzentrisch zur Hülse angeordnet ist, insbesondere außen um die Hülse herum. Vorzugsweise ist das Magnetelement ringscheibenförmig oder buchsenförmig ausgebildet und insbesondere zumindest in einem Bereich der Hülse um die buchsenförmige Hülse außen herum angeordnet. In an advantageous embodiment of a magnet unit according to the invention, the thermal length and / or volume expansion coefficient of the magnetic element is greater than the thermal length and / or volume expansion coefficient of the sleeve, wherein preferably the magnetic element is arranged at least partially concentric with the sleeve, in particular outside the sleeve around. Preferably, the magnetic element is annular disc-shaped or bush-shaped and in particular arranged at least in a region of the sleeve to the sleeve-shaped sleeve on the outside.
Eine derartige Ausgestaltung der Magneteinheit, insbesondere eine Ausgestaltung, bei der das Magnetelement als Bauteil mit dem größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten außen angeordnet ist, ist besonders vorteilhaft, um die Gefahr der Rissbildung im Magnetelement zu reduzieren, da auf diese Weise eine weitestgehend ungehinderte, thermisch bedingte Ausdehnung des Magnetelementes sowie eine gleichmäßige Schrumpfung ermöglicht werden kann, wodurch thermisch induzierte Spannungen reduziert bzw. gleichmäßig im Magnetelement verteilt werden können. Such an embodiment of the magnet unit, in particular a configuration in which the magnetic element is arranged outside as a component with the larger coefficient of thermal expansion, is particularly advantageous to reduce the risk of cracking in the magnetic element, since in this way a largely unhindered, thermally induced expansion of the magnetic element and a uniform shrinkage can be made possible, whereby thermally induced voltages can be reduced or evenly distributed in the magnetic element.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Magneteinheit ist die Magneteinheit derart ausgestaltet und ausgelegt, dass die Reibkräfte durch eine Schrumpfung des Magnetelementes infolge einer Absenkung der Umgebungstemperatur, insbesondere bei einer Absenkung der Umgebungstemperatur ausgehend von der Referenzumgebungstemperatur, entstehen und/oder verstärkt werden. Das heißt, eine erfindungsgemäße Magneteinheit ist vorzugweise derart ausgestaltet und ausgelegt, dass das infolge der Änderung der Umgebungstemperatur entstehende Spiel in tangentialer Richtung in der formschlüssigen Verbindung zwischen Magnetelement und Hülse durch Reibkräfte kompensiert wird, die infolge einer Schrumpfung zwischen Hülse und Magnetelement entstehen und/oder verstärkt werden. In a particularly advantageous embodiment of a magnet unit according to the invention, the magnet unit is configured and designed such that the frictional forces are created and / or amplified by a shrinkage of the magnetic element as a result of a lowering of the ambient temperature, in particular if the ambient temperature is lowered starting from the reference ambient temperature. That is, a magnet unit according to the invention is preferably designed and designed so that the resulting due to the change in ambient temperature clearance in tangential direction in the positive connection between the magnetic element and sleeve is compensated by frictional forces arising as a result of shrinkage between the sleeve and magnetic element and / or be strengthened.
Dadurch kann auch in einem Temperaturbereich unterhalb der Referenzumgebungstemperatur eine spielfreie, drehfeste Verbindung zwischen Magnetelement und Hülse sichergestellt werden und das das infolge der Schrumpfung eines in eine Ausnehmung der Hülse eingebrachten Vorsprungs des Magnetelementes entstehende Spiel in der formschlüssigen Verbindung zwischen Magnetelement und Hülse kompensiert werden und eine Relativbewegung zwischen Magnetelement und Hülse vermieden werden. As a result, a play-free, rotationally fixed connection between the magnetic element and the sleeve can be ensured even in a temperature range below the reference ambient temperature and that the resulting due to the shrinkage of an introduced into a recess of the sleeve projection of the magnetic element game can be compensated in the positive connection between the magnetic element and sleeve and a Relative movement between the magnetic element and sleeve can be avoided.
Die Magneteinheit ist vorzugsweise derart ausgestaltet und ausgelegt, dass über den gesamten Betriebstemperaturbereich eine in tangentialer Richtung spielfreie, drehfeste Verbindung zwischen Hülse und Magnetelement aufrechterhalten werden kann, wobei vorzugsweise wenigstens in einem Temperaturbereich zwischen 0°C und der Referenzumgebungstemperatur, vorzugsweise in einem Temperaturbereich zwischen –10°C und der Referenzumgebungstemperatur, insbesond ere zwischen –20°C und der Referenzumgebungstemperatur, besonders bevorzugt in einem Temperaturbereich zwischen –40°C und der Referenzumgebungstemperatur, die Reibkräfte durch die Schrumpfung des Magnetelementes infolge einer Absenkung der Umgebungstemperatur derart entstehen und/oder verstärkt werden, dass eine in tangentialer Richtung spielfreie, drehfeste Verbindung zwischen Magnetelement und Hülse aufrechterhalten erhalten werden kann. The magnet unit is preferably configured and designed such that over the entire operating temperature range a play-free, non-rotatable connection between sleeve and magnetic element can be maintained in the tangential direction, wherein preferably at least in a temperature range between 0 ° C and the reference ambient temperature, preferably in a temperature range between - 10 ° C and the reference ambient temperature, in particular between -20 ° C and the reference ambient temperature, more preferably in a temperature range between -40 ° C and the reference ambient temperature, the frictional forces caused by the shrinkage of the magnetic element as a result of lowering the ambient temperature and / or amplified be that in the tangential direction play-free, rotatable connection between the magnetic element and sleeve can be maintained.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Magneteinheit ist die Magneteinheit derart ausgelegt und ausgebildet, dass bei einer Umgebungstemperatur oberhalb der Referenzumgebungstemperatur ein Teil der im Betrieb gewöhnlich auf die Magneteinheit in tangentialer Richtung wirkenden Kräfte, vorzugsweise sämtliche der im Betrieb gewöhnlich auf die Magneteinheit in tangentialer Richtung wirkenden Kräfte, über die formschlüssige Verbindung zwischen Hülse und Magnetelement von der Hülse auf das Magnetelement und/oder vom Magnetelement auf die Hülse übertragbar sind. In an advantageous embodiment of a magnet unit according to the invention, the magnet unit is designed and constructed such that, at an ambient temperature above the reference ambient temperature, a part of the forces usually acting on the magnet unit in operation in the tangential direction during operation, preferably all of the forces usually acting on the magnet unit in the tangential direction during operation Forces can be transmitted via the positive connection between the sleeve and the magnetic element of the sleeve on the magnetic element and / or the magnetic element on the sleeve.
Dadurch kann erreicht werden, dass über die formschlüssige Verbindung sämtliche Kräfte alleine übertragen werden können, so dass auch ohne das Vorhandensein einer reibschlüssigen Verbindung zwischen Hülse und Magnetelement eine spielfreie, drehfeste Verbindung bereitgestellt werden kann, welche zur Übertragung der auftretenden Kräfte ausgelegt ist. Das heißt mit anderen Worten, dass die Magneteinheit, insbesondere die formschlüssige Verbindung zwischen Hülse und Magnetelement, derart ausgestaltet und ausgelegt ist, dass bei einer Umgebungstemperatur oberhalb der Referenzumgebungstemperatur keine zusätzliche kraft- bzw. reibschlüssige Verbindung erforderlich ist, um die gewöhnlich im Betrieb auftretenden Kräfte zwischen Hülse und Magnetelement zu übertragen, insbesondere ohne dabei die Magneteinheit zu beschädigen. It can thereby be achieved that all forces can be transmitted alone via the positive connection, so that even without the presence of a frictional connection between the sleeve and magnetic element a backlash-free, rotationally fixed connection can be provided, which is designed for transmitting the forces occurring. In other words, that the magnet unit, in particular the positive connection between sleeve and magnetic element, is designed and designed so that at an ambient temperature above the reference ambient temperature no additional force or frictional connection is required to the forces usually occurring during operation to transfer between sleeve and magnetic element, in particular without damaging the magnet unit.
Die Tatsache, dass bei einer erfindungsgemäßen Magneteinheit die spielfreie drehfeste Verbindung zwischen Hülse und Magnetelement bei tiefen Temperaturen über eine reibschlüssige Verbindung sichergestellt wird und bei hohen Temperaturen über wenigstens eine formschlüssige Verbindung zwischen Hülse und Magnetelement, ermöglicht eine besonders vorteilhafte, geometrische Ausgestaltung der Magneteinheit, insbesondere des Magnetelements, mittels der insbesondere kritische thermische Spannungen reduziert werden können, in einigen, besonderen Fällen sogar weitestgehend vermieden werden können, wodurch die Gefahr der Rissbildung deutlich reduziert werden kann. The fact that in a magnet unit according to the invention the backlash-free connection between sleeve and magnetic element is ensured at low temperatures via a frictional connection and at high temperatures over at least one positive connection between the sleeve and magnetic element, allows a particularly advantageous, geometric design of the magnet unit, in particular of the magnetic element, by means of which in particular critical thermal stresses can be reduced, can even be largely avoided in some special cases, whereby the risk of cracking can be significantly reduced.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Magneteinheit weist die Hülse einen sich in radialer Richtung nach außen erstreckenden Flansch auf, wobei in dem Flansch vorzugsweise wenigstens eine Ausnehmung vorgesehen ist und wobei das Magnetelement wenigstens einen korrespondierend zur Ausnehmung im Flansch der Hülse ausgebildeten Vorsprung aufweist, der in die Ausnehmung der Hülse eingreift und mit der Ausnehmung der Hülse eine formschlüssige Verbindung bildet. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Flansch der Hülse dabei mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, insbesondere gleichmäßig verteilt angeordnete Ausnehmungen auf und das Magnetelement entsprechend mehrere korrespondierend zu den Ausnehmungen in der Hülse angeordnete und ausgebildete, jeweils in die Ausnehmungen in der Hülse eingreifende Vorsprünge auf. In an advantageous embodiment of a magnet unit according to the invention, the sleeve has a radially outwardly extending flange, wherein in the flange preferably at least one recess is provided and wherein the magnetic element has at least one corresponding to the recess in the flange of the sleeve formed projection in engages the recess of the sleeve and forms a positive connection with the recess of the sleeve. In a particularly preferred embodiment, the flange of the sleeve in this case has a plurality of circumferentially distributed, in particular evenly distributed recesses arranged on the magnet element and corresponding to a plurality of corresponding to the recesses in the sleeve and trained, each engaging in the recesses in the sleeve projections.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist wenigstens eine Ausnehmung in der Hülse dabei eine umlaufend geschlossene Ausnehmung, vorzugsweise eine kreisrunde Öffnung, insbesondere eine Bohrung, wobei die Bohrungen dabei als Durchgangslochbohrung und/oder als Sacklochbohrung ausgebildet sein können. In an advantageous embodiment, at least one recess in the sleeve is an encircling closed recess, preferably a circular opening, in particular a bore, wherein the bores can be formed as a through-hole bore and / or as a blind hole.
Weist die Hülse einen Flansch auf, ist vorzugsweise wenigstens eine Ausnehmung im Flansch angeordnet, insbesondere in der Flanschebene. Weist die Hülse hingegen keinen Flansch auf, ist vorzugsweise wenigstens eine Ausnehmung im buchsenförmigen Grundkörper der Hülse angeordnet. If the sleeve has a flange, preferably at least one recess is arranged in the flange, in particular in the flange plane. If, on the other hand, the sleeve has no flange, then preferably at least one recess is arranged in the sleeve-shaped main body of the sleeve.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Magneteinheit ist wenigstens ein Vorsprung, der in eine Ausnehmung eingreift, als Stift und/oder Nietsteg ausgebildet, wobei, wenn der Vorsprung als Nietsteg ausgebildet ist, der Nietsteg vorzugsweise nach dem Einbringen in die Ausnehmung der Hülse derart umgeformt worden ist, dass die Hülse und das Magnetelement mittels einer Nietverbindung miteinander verbunden sind. In diesem Fall ist die zugehörige Ausnehmung vorzugsweise als Durchgangsloch ausgebildet. Ferner werden in diesem Fall die Hülse und das Magnetelement vorzugsweise zunächst jeweils separat hergestellt und anschließend zusammengefügt, wobei dabei der Vorsprung des Magnetelements in die Ausnehmung der Hülse eingebracht wird und wenn der Vorsprung als Nietsteg ausgebildet ist, der Nietsteg entsprechend umgeformt wird und die Nietverbindung hergestellt wird. In a further advantageous embodiment of a magnet unit according to the invention, at least one projection which engages in a recess, designed as a pin and / or rivet, wherein, if the projection is formed as a rivet, the rivet web preferably transformed after insertion into the recess of the sleeve has been that the sleeve and the magnetic element are connected by means of a riveted joint. In this case, the associated recess is preferably formed as a through hole. Furthermore, in this case, the sleeve and the magnetic element are preferably first prepared separately and then joined together, wherein the projection of the magnetic element is introduced into the recess of the sleeve and when the projection is formed as a rivet, the rivet is correspondingly formed and made the rivet connection becomes.
In einem alternativen Herstellungsverfahren einer alternativen erfindungsgemäßen Magneteinheit kann die Hülse aber auch mit dem Magnetelementmaterial umspritzt werden, so dass wenigstens eine Ausnehmungen mit Material gefüllt wird, wenigstens ein Vorsprung ausgebildet wird und wenigstens eine formschlüssige Verbindung zwischen Hülse und Magnetelement ausgebildet wird. In an alternative manufacturing method of an alternative magnet unit according to the invention, however, the sleeve can also be encapsulated with the magnetic element material, so that at least one recesses is filled with material, at least one projection is formed and at least one positive connection between sleeve and magnetic element is formed.
Hierfür hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Flansch wenigstens eine zum äußeren Rand des Flansches hin geöffnete Ausnehmung aufweist, insbesondere eine kerbförmige Ausnehmung, und das Magnetelement wenigstens einen entsprechend korrespondierend zu der Ausnehmung ausgebildeten Vorsprung, der in die Ausnehmung eingreift. Vorzugsweise erstreckt sich der Vorsprung dabei in radialer Richtung, insbesondere in radialer und tangentialer Richtung, so dass das Magnetelement und der Flansch der Hülse in tangentialer Richtung formschlüssig miteinander verbunden sind, wobei der Flansch besonders bevorzugt mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, insbesondere gleichmäßig verteilt angeordnete, zum äußeren Rand des Flansches hin geöffnete Ausnehmungen bzw. Kerben aufweist und das Magnetelement entsprechend mehrere, korrespondierend angeordnete und ausgebildete Vorsprünge, welche jeweils in die Ausnehmungen eingreifen. For this purpose, it has been found to be particularly advantageous if the flange has at least one recess open to the outer edge of the flange, in particular a notch-shaped recess, and the magnetic element at least one corresponding corresponding to the recess projection which engages in the recess. Preferably, the projection extends in the radial direction, in particular in the radial and tangential direction, so that the Magnetic element and the flange of the sleeve are positively connected to each other in the tangential direction, wherein the flange more preferably distributed in the circumferential direction arranged, in particular evenly distributed arranged to the outer edge of the flange out recesses or notches and the magnetic element according to a plurality, correspondingly arranged and formed projections, which engage respectively in the recesses.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Magneteinheit weist wenigstens eine im Flansch der Hülse angeordnete, zum äußeren Rand des Flansches hin geöffnete Ausnehmung einen flachen Bereich im Kerbgrund auf und vorzugsweise wenigstens einen sich seitlich in tangentialer Richtung daran anschließenden Übergangsbereich sowie insbesondere auf jeder Seite jeweils eine Flanke, wobei vorzugsweise wenigstens ein Übergangsbereich eine abgerundete Kontur aufweist, insbesondere eine mit einem Radius von wenigstens 0,5 mm abgerundete Kontur. Dadurch können auftretende Kerbspannungen reduziert werden und die Bauteilbelastung verringert werden. In a further advantageous embodiment of a magnet unit according to the invention, at least one recess arranged in the flange of the sleeve and open towards the outer edge of the flange has a flat area in the notch base and preferably at least one transitional area laterally in the tangential direction and in particular one on each side Flank, wherein preferably at least one transition region has a rounded contour, in particular a rounded with a radius of at least 0.5 mm contour. As a result, occurring notch stresses can be reduced and the component load can be reduced.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Magneteinheit weist wenigstens eine Flanke wenigstens einer kerbförmigen Ausnehmung, vorzugsweise beide Flanken, wenigstens eine Flankensteigung von 50° gegenüber dem Kerbgrund auf, vorzugsweise von 60°, insbesondere von ca. 70° bis 80°. In a further advantageous embodiment of a magnet unit according to the invention, at least one flank of at least one notch-shaped recess, preferably both flanks, has at least one flank pitch of 50 ° with respect to the notch base, preferably of 60 °, in particular of approximately 70 ° to 80 °.
Es hat sich gezeigt, dass durch eine derartige Geometrie der Ausnehmungen, bei einer Erhöhung der Umgebungstemperatur ausgehend von der Referenzumgebungstemperatur eine besonders gute Verspannung des Vorsprungs in der Ausnehmung in tangentialer Richtung erreicht werden kann, ohne dass der Vorsprung in radialer Richtung aus der Ausnehmung herausgedrückt wird und/oder das Magnetelement beschädigt wird. Die dabei entstehenden thermischen Spannungen im Magnetelement können durch eine ausreichende Wandstärke in tangentialer Richtung auf einfache Art und Weise kompensiert werden, so dass auf einfache Art und Weise eine Magneteinheit mit einer drehfesten, spielfreien Verbindung zwischen Hülse und Magnetelement ohne Zwischenelemente bereitgestellt werden kann und ohne dass eine erhöhte Gefahr einer Rissbildung im Magnetelement besteht, auch bei wechselnden Umgebungstemperaturen. It has been found that, by increasing the ambient temperature starting from the reference ambient temperature, it is possible to achieve a particularly good clamping of the projection in the recess in the tangential direction without the protrusion being forced out of the recess in the radial direction and / or the magnetic element is damaged. The resulting thermal stresses in the magnetic element can be easily compensated by a sufficient wall thickness in the tangential direction, so that in a simple manner, a magnet unit with a rotationally fixed, play-free connection between the sleeve and magnetic element without intermediate elements can be provided and without There is an increased risk of cracking in the magnetic element, even with changing ambient temperatures.
Die Geometrie der Hülse und des Magnetelementes, insbesondere die Geometrie der Ausnehmungen ist dabei vorzugsweise derart ausgestaltet, dass ein guter Kompromiss aus ausreichender Verbindungsfestigkeit und einer geringen Kerbwirkung erreicht wird. The geometry of the sleeve and of the magnetic element, in particular the geometry of the recesses, is preferably designed such that a good compromise of sufficient connection strength and a low notch effect is achieved.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Magneteinheit ist eine Wandstärke des Magnetelementes in radialer Richtung, vorzugsweise über den gesamten Umfang des Magnetelementes, wenigstens so groß, dass die Gefahr einer Beschädigung des Magnetelementes, insbesondere durch Rissbildungen aufgrund von im Betrieb auftretenden Temperaturbelastungen und infolgedessen entstehenden, thermisch induzierten Spannungen, reduziert ist. In a further advantageous embodiment of a magnet unit according to the invention a wall thickness of the magnetic element in the radial direction, preferably over the entire circumference of the magnetic element, at least so great that the risk of damage to the magnetic element, in particular by cracking due to occurring during operation temperature loads and consequently resulting, thermally induced voltages, is reduced.
Eine erfindungsgemäße Sensoreinrichtung zum Erfassen einer ein Rotationszustand einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs charakterisierenden Messgröße ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung eine erfindungsgemäße vorbeschriebene Magneteinheit aufweist. A sensor device according to the invention for detecting a measured variable characterizing a rotation state of a steering shaft of a motor vehicle is characterized in that the sensor device has a previously described magnet unit according to the invention.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einer Sensoreinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine erfindungsgemäße, vorgeschriebene Sensoreinrichtung aufweist. A motor vehicle according to the invention with a sensor device is characterized in that it has a prescribed sensor device according to the invention.
Die mit Bezug auf die Magneteinheit vorgestellten vorteilhaften Ausgestaltungen und deren Vorteile gelten entsprechend auch für die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung sowie für ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug. The advantageous embodiments presented with respect to the magnet unit and their advantages also apply correspondingly to the sensor device according to the invention and to a motor vehicle according to the invention.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgenden in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar. Further features of the invention will become apparent from the claims, the figures and the description of the figures. All the features and feature combinations mentioned above in the description as well as the following features and feature combinations mentioned in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively indicated combination but also in other combinations or alone.
Die Erfindung wird nun anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. The invention will now be described with reference to several preferred embodiments and with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen: Show it:
Das in
Die Hülse
Das Magnetelement
Die Hülse
Die erfindungsgemäße Magneteinheit
Insbesondere sind das Magnetelement
Wird die Umgebungstemperatur hingegen erhöht, insbesondere ausgehend von der Referenzumgebungstemperatur, nimmt die Reibkraft zwischen der Hülse
Die Wandstärke des Magnetelementes
In diesem Fall weist die Hülse
Das Magnetelement
Im Unterschied zu dem anhand von
Diese Magneteinheit
Diese Hülse
Wie anhand der
Wie anhand von
Die Ausnehmungen
Durch die abgerundete Kontur in den Übergangsbereichen bzw. den vorgesehenen Radius von 0,6 mm, können sowohl in der Hülse
Die
Das Magnetelement
Bei einer Erhöhung der Umgebungstemperatur weitet sich das Magnetelement
Insbesondere mit der in den
Um die Gefahr einer Rissbildung im Magnetelement
Selbstverständlich ist eine Vielzahl konstruktiver Abwandlungen zu den erläuterten Ausführungsbeispielen möglich, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. Of course, a variety of constructive modifications to the illustrated embodiments possible without departing from the content of the claims.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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