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Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung.
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Es ist allgemein bekannt, dass bei einer Sensoranordnung ein Sensor den Wert einer physikalischen Größe, wie beispielsweise Magnetfeld, erfasst.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sensoranordnung weiterzubilden, wobei der Einfluss von Störfeldern reduziert sein soll.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Sensoranordnung nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Sensoranordnung sind, dass die Sensoranordnung mit einer relativ zu einem Sensor der Sensoranordnung drehbar gelagerten Welle, mit welcher zumindest ein Dauermagnet drehfest verbunden ist,
wobei der Dauermagnet in einem Aufnahmeteil aufgenommen ist,
wobei zwischen der Welle und dem Aufnahmeteil ein Abschirmteil angeordnet ist,
wobei Abschirmteil und Aufnahmeteil drehfest mit der Welle verbunden sind,
insbesondere wobei das Abschirmteil sich weiter erstreckt als das Aufnahmeteil. Von Vorteil ist dabei, dass Störfelder durch das mitdrehend angeordnete Abschirmteil vermindert werden. Außerdem bewirkt das Abschirmteil eine Vergrößerung des Abstandes des zumindest einen Dauermagnets von der Störquelle und auch somit schon eine Verringerung des Störgrößeneinflusses.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung drückt der Schraubenkopf einer mit der Welle schraubverbundenen Schraube das Aufnahmeteil auf das Abschirmteil und somit ist das Abschirmteil auf die Welle gedrückt, insbesondere auf die axiale Stirnseite und/oder auf den axialen Endbereich der Welle. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Befestigung des Abschirmteils ausführbar ist, wobei die Schraube zur Befestigung des Aufnahmeteils notwendig ist und somit kein separates Zusatzteil notwendig ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Schraube mittig zur Welle angeordnet, insbesondere wobei die Schraubenachse koaxial zur Wellenachse ausgerichtet ist. Von Vorteil ist dabei, dass Unwucht vermeidbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Schraube insbesondere mittig durch eine Ausnehmung des Abschirmteils hindurchgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass Unwucht vermieden ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Schraube aus einem weniger, insbesondere mindestens hundertmal weniger, magnetisch leitfähigem Material ausgeführt als das Aufnahmeteil und/oder die Welle. Von Vorteil ist dabei, dass die Schraube ebenfalls zur Reduzierung und somit Abschirmung vorgesehen ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist auf der von dem Sensor abgewandten Seite des Abschirmteils ein Umlenkteil angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass das Störfeld herumgelenkt und somit abgelenkt wird aus der axialen Richtung zum Dauermagneten hin. Durch diese Umlenkung in radialer Richtung ist der Einfluss des Störfeldes reduziert.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Schraube aus einem weniger, insbesondere mindestens hundertmal weniger, magnetisch leitfähigem Material ausgeführt als das Abschirmteil, insbesondere wobei die Schraube aus einem Edelstahl gefertigt ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine hohe mechanische Haltekraft bei niedriger magnetischer Leitfähigkeit erreichbar ist. Hierzu wird ein entsprechend unmagnetisches Material gewählt.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Abschirmteil aus einem dia- oder paramagnetischen Material gefertigt, insbesondere aus Aluminium und/oder Kunststoff. Von Vorteil ist dabei, dass bei Verwendung von Kunststoff der Abstand zwischen Störfeld und Dauermagnet erhöht wird und bei Verwendung eines Metalles eine Abdämpfung mittels Wirbelströmen erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Abschirmteil aus einem Metall oder elektrisch leitfähigen Kunststoff gefertigt. Von Vorteil ist dabei, dass bei Auftreten eines Störfeldes, das zeitlich veränderlich ist, wie Wechselmagnetfeld, durch die Induktion von Wirbelströmen eine besonders effektive Abschirmwirkung erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Umlenkteil aus Ferrit gefertigt. Von Vorteil ist dabei, dass das Störfeld umgelenkt wird vom Ferrit-Umlenkteil und somit fern gehalten wird vom Dauermagnet.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung nimmt das Umlenkteil das Abschirmteil auf, insbesondere umgibt dieses radial. Von Vorteil ist dabei, dass das Abschirmteil sicher befestigbar ist und einfach zentrierbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Welle und/oder das Aufnahmeteil aus einem ferromagnetischen Material, insbesondere Stahl, gefertigt. Von Vorteil ist dabei, dass im Aufnahmeteil der magnetische Rückschluss für den zumindest einen Dauermagneten vorsehbar ist. Die Welle ist aus Stahl ausführbar und ist somit zur Durchleitung eines hohen Drehmoments vorsehbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Umlenkteil gegen eine Wellenschulter oder Wellenstufe der Welle angestellt. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Positionierung ausführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Sensor auf einem Träger, wie Leiterplatte oder dergleichen, bestückt. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung ausführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Sensor einen Hallsensor, einen Kreuzhallsensor, einen magnetoresistiven Sensor, einen Impulsdrahtsensor und/oder einen Wiegandsensor auf. Von Vorteil ist dabei, dass ein Magnetfeld des auf der Welle drehfest angeordneten Dauermagneten detektierbar ist und somit die Umdrehungszahl und/oder Winkelstellung der Welle.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der im Aufnahmeteil aufgenommene mindestens eine Dauermagnet
- – entweder auf einem nicht verschwindenden Radialabstand angeordnet und seine Magnetisierungsrichtung in axialer Richtung ausgerichtet
- – oder mittig zur Wellenachse angeordnet und seine Magnetisierungsrichtung in radialer Richtung ausgerichtet.
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Von Vorteil ist dabei, dass die Umdrehungszahl und/oder Winkelstellung der Welle in einfacher Weise erfassbar ist. Hierzu wird der Sensor vorteiligerweise axial dem Dauermagneten gegenüberstehend angeordnet, wobei allerdings der Dauermagnet mit der Welle mitdrehend angeordnet ist und der Sensor einen nicht verschwindenden Luftabstand aufweist zum Dauermagneten.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
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In der 1 ist eine erfindungsgemäße Sensoranordnung schematisch gezeigt, wobei Dauermagnete 5 auf nicht verschwindendem Radialabstand zu einer Wellenachse angeordnet sind.
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In der 2 ist eine weitere erfindungsgemäße Sensoranordnung schematisch gezeigt, wobei ein Dauermagnet 20 mittig zu der Wellenachse angeordnet ist
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In der 3 ist ein Querschnitt durch eine konkrete erfindungsgemäße Sensoranordnung gezeigt, wobei Dauermagnete 5 auf nicht verschwindendem Radialabstand zur Wellenachse angeordnet sind.
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In der 4 ist ein Querschnitt durch eine andere konkrete erfindungsgemäße Sensoranordnung gezeigt, wobei Dauermagnete 5 auf nicht verschwindendem Radialabstand zur Wellenachse angeordnet sind.
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Wie in 1 gezeigt, ist am axialen Endbereich einer Welle 1, die vorzugsweise aus Stahl gefertigt ist, also aus ferromagnetischem Material, ein Umlenkteil 2 angeordnet, das aus ferromagnetischem Material ausgeführt ist.
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Auf der von der Welle 1 abgewandten Seite des Umlenkteils 2 ist ein Abschirmteil 3 angeordnet, das aus para- oder diamagnetischem Material, insbesondere also Aluminium oder Kunststoff, gefertigt ist.
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Dieses Abschirmteil 3 ist zwischen einem Aufnahmeteil 4, in welchem Dauermagnete 5 aufgenommen sind, und dem Umlenkteil 2 angeordnet.
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Somit sind die Dauermagnete 5, das Aufnahmeteil 4, das Abschirmteil 3 und das Umlenkteil 2 drehfest mit der Welle 1 verbunden.
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Die Welle 1 ist drehbar gelagert gegenüber einem Gehäuseteil oder Flanschteil, welches fest verbunden ist mit einer Leiterplatte 6, auf der ein Sensor 7 angeordnet ist. Der Sensor 7 ist vorzugsweise auf der Leiterplatte 6 bestückt und derart angeordnet, dass der Sensor 7 das Feld der Dauermagnete 5 detektiert.
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Das Umlenkteil 2 erstreckt sich zu größeren Radialabständen als das Aufnahmeteil 4 und/oder als die Dauermagnete 5. Somit wird ein axial her kommend, von der Welle 1 eingeleitetes Störfeld, beispielsweise von einem Elektromagneten erzeugtes Magnetfeld, umgelenkt in radiale Richtung und daher weggeleitet von dem Bereich der Dauermagnete 5 und dem Aufnahmeteil 4.
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Zusätzlich bewirkt das Abschirmteil 3 eine größere Beabstandung zwischen dem Störfeldeinleitenden Teil und dem Aufnahmeteil 4.
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Wenn das Abschirmteil 3 aus elektrisch leitfähigem Material hergestellt wird, wie beispielsweise Aluminium, ist eine sehr gute Abschirmung gegen magnetische Wechselfelder erreichbar.
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Das Aufnahmeteil 4 bildet den magnetischen Rückschluss für die in ihm aufgenommenen Dauermagnete 5.
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Die Dauermagnete 5 sind in axialer Richtung magnetisiert, wobei in Umfangsrichtung nächstbenachbarte Dauermagnete 5 zueinander umgekehrte Magnetisierungsrichtungen aufweisen. Die Dauermagnete 5 sind auf nicht verschwindendem Radialabstand angeordnet und in Umfangsrichtung vorzugsweise voneinander beabstandet.
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Das von den Dauermagneten 5 erzeugte Magnetfeld umfasst das zu detektierende Feld 8, welches vom Sensor 7 detektierbar ist.
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Das vom Umlenkteil 2 nach radial außen abgelenkte Magnetfeld tritt als Streufeld 9 in die Umgebung.
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Das von dem Elektromagneten, insbesondere der Bremse des Motors, axial her kommende Magnetfeld 10 wird durch die Welle 1 durchgeleitet und zum Sensor hin immer stärker abgeschwächt.
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Wie in 2 gezeigt, ist das Umlenkteil 2 auch derart ausformbar, dass es das Aufnahmeteil 4 umfasst, also axial überdeckt, wobei aber das Aufnahmeteil 4 beabstandet ist zum Umlenkteil 2 hin. Somit ist das Aufnahmeteil 4 aufgenommen in dem topfförmig ausgeführten Umlenkteil 2, wobei die Topföffnung in axialer Richtung sich erstreckt, also zum Sensor 7 hin.
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In 2 ist statt der Dauermagnete 5 der 1 ein in radialer Richtung magnetisierter Dauermagnet 20 im Aufnahmeteil 4 aufgenommen.
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Wie in 3 bei einer konkreten Ausführung gezeigt, ist die Welle 1 über ein Lager 31 in einem Gehäuseteil eines Motors lagerbar, wobei der Motor ein Elektromotor ist und die Welle 1 dessen Rotorwelle.
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Das Aufnahmeteil 4, in welchem die Dauermagnete 5 aufgenommen sind, ist mittels einer Schraube 30 mit der Welle 1 verbunden. Hierbei ist das Aufnahmeteil 4 am axialen Ende der Welle 1 schraubverbunden mit der Welle 1. Die Schraube 30 ist mittig zur Welle angeordnet. Also ist die Schraubenachse koaxial zur Wellenachse. Der Schraubenkopf drückt das Aufnahmeteil 4 in Richtung der Welle 1.
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Zwischen dem aus ferromagnetischem Material, wie Stahl, ausgeführten Aufnahmeteil 4 und der Welle 1 ist das Abschirmteil 3 angeordnet, welches aus para- oder diamagnetischem Material gefertigt ist, vorzugsweise Aluminium. Das Abschirmteil 3 ist radial weiter ausgedehnt als das Aufnahmeteil 4.
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Das Umlenkteil 2 ist aus Ferrit oder ferromagnetischem Material ausgeführt und auf der der Welle 1 zugewandten Seite des Abschirmteils 3 angeordnet. Das Umlenkteil 2 ist radial weiter ausgedehnt als das Abschirmteil 3 und ist topfförmig ausgeformt zur Ausnahme des Abschirmteils 3.
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Das Feld der Dauermagnete 5 wird vom auf der Leiterplatte 6 angeordneten Sensor 7 detektiert zur Bestimmung der Umdrehungsanzahl und/oder Winkelstellung.
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Als Sensor 7 ist ein Impulsdrahtsensor, ein Wiegandsensor und/oder ein Kreuzhallsensor, ein anderer Hallsensor oder ein magnetoresistiver Sensor auf der Leiterplatte bestückt. Der Sensor 7 ist also zur Detektion von Magnetfeld oder Magnetfeldänderung geeignet ausgeführt und erzeugt ein davon abhängiges elektrisches Signal als Sensorsignal.
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Wie in der 4 gezeigt, ist die Welle 1 über das Lager 31 im Flanschteil 40 gelagert.
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Die Leiterplatte 6 ist in einem Kunststoffschalenteil 41 aufgenommen, das mit dem Gehäuse verbunden ist.
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An der Welle ist wiederum das Umlenkteil 2 befestigt, welches aus Ferritmaterial oder einem ferromagnetischen Werkstoff gefertigt ist und das Abschirmteil aufnimmt, also auch radial umgibt.
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Das Aufnahmeteil 4 nimmt die auf nicht verschwindendem Abstand angeordneten Dauermagnete 5 auf und ist mittels der Schraube 30 mit der Welle 1 schraubverbunden. #
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Die Schraube 30 ist wiederum aus einem Material, welches eine geringere, insbesondere mehr als hundertmal kleinere, magnetische Leitfähigkeit aufweist als das Material der Welle 1 und als das Material des Umlenkteils 2 und auch des Aufnahmeteils 4.
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Als vorteilhaftes Material für die Schraube hat sich ein Edelstahl erwiesen.
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Das Umlenkteil 2 ist auf einer Wellenstufe der Welle 1 angeordnet und gegen die Stufe oder Wellenschulter angestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Welle, insbesondere Stahlwelle
- 2
- Umlenkteil, insbesondere aus ferromagnetischem Material
- 3
- Abschirmteil, insbesondere aus para- oder diamagnetischem Material
- 4
- Aufnahmeteil, insbesondere aus Stahl oder anderem ferromagnetischen Material
- 5
- Dauermagnet
- 6
- Leiterplatte
- 7
- Sensor
- 8
- zu detektierendes Feld des Dauermagneten 5
- 9
- Streufeld
- 20
- Dauermagnet
- 30
- Schraube
- 31
- Lager
- 40
- Lagerflansch
- 41
- Kunststoffschalenteil
