DE102016125878A1

DE102016125878A1 - Positionssensor

Info

Publication number: DE102016125878A1
Application number: DE102016125878.4A
Authority: DE
Inventors: Saiful Islam Ahmad
Original assignee: Sick Atech GmbH
Current assignee: Sick Atech GmbH
Priority date: 2016-12-29
Filing date: 2016-12-29
Publication date: 2018-07-05

Abstract

Ein Positionssensor umfasst einen Wellenleiter aus magnetostriktivem Material, der sich entlang einer Messstrecke erstreckt und zum Leiten von durch Magnetostriktion ausgelösten mechanischen Impulsen ausgebildet ist, und ein Dämpfungselement aus einem elastomeren Material, das an einem Ende des Wellenleiters angeordnet ist, um in Richtung dieses Endes propagierende mechanische Impulse zu dämpfen. Eine Crimphülse ist unter plastischer Verformung auf das Dämpfungselement aufgeklemmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Positionssensor mit einem Wellenleiter aus magnetostriktivem Material, der sich entlang einer Messstrecke erstreckt und zum Leiten von durch Magnetstriktion ausgelösten mechanischen Impulsen ausgebildet ist, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Positionssensors.
Sensoren der genannten Art sind beispielsweise in der DE 197 53 805 C2 und in der Broschüre „Temposonics Position Sensors“, 551019 A der Firma MTS (www.mtssensors.com/fileadmin/media/pdfs/551019.pdf) offenbart und werden insbesondere in der industriellen Messtechnik dazu eingesetzt, Positionen, Längen oder zurückgelegte Wege zu messen. Bei dem Wellenleiter kann es sich um einen dünnen Stab, einen Draht oder ein Rohr aus einem ferromagnetischen Material wie zum Beispiel Eisen, Nickel oder Kobalt handeln, der/das zum Beispiel wenige Zentimeter bis mehrere Meter lang sein kann. An dem Bauteil, dessen Position erfasst werden soll, ist üblicherweise ein so genannter „Positionsmagnet“, beispielsweise in Form eines Dauermagneten, angebracht, der in dem Wellenleiter ein Magnetfeld erzeugt. Der Positionsmagnet kann beispielsweise ringförmig sein und den Wellenleiter umschließen. Wenn ein elektrischer Strompuls durch den Wellenleiter geschickt wird, wird in der Umgebung des Wellenleiters zusätzlich zu dem durch den Positionsmagneten erzeugten Magnetfeld ein weiteres, zeitlich und örtlich veränderliches Magnetfeld erzeugt. Durch Wechselwirkung der beiden Magnetfelder am Ort des Positionsmagneten kann ein mechanischer Impuls wie zum Beispiel ein Longitudinal- und/oder Torsionsimpuls in dem Wellenleiter erzeugt werden, der sich entlang der Messstrecke bewegt. Ein Messwandler des Positionssensors dient üblicherweise dazu, die von dem Wellenleiter geleiteten mechanischen Impulse in Positionssignale zu wandeln. Der Messwandler kann beispielsweise eine Spule oder ein piezoelektrisches Messelement umfassen. Der Messwandler kann zum Beispiel gestaltet sein wie in der EP 0 882 212 B1 beschrieben. Durch eine Laufzeitmessung des mechanischen Impulses kann letztlich die Position des Positionsmagneten ermittelt werden. Auf dem magnetostriktiven Messprinzip beruhende Positionssensoren arbeiten berührungslos und liefern Absolutwerte. Sie erfordern keine Nachkalibrierung und eignen sich auch für widrige Einsatzbedingungen. Häufig sind sie als Linearwegsensoren ausgestaltet. Eine Anwendung derartiger Positionssensoren innerhalb von Hydraulikzylindern, um deren Kolbenstellung zu detektieren, ist zum Beispiel in DE 20 2006 012 815 U1 beschrieben.
Die beschriebenen Longitudinal- oder Torsionspulse bewegen sich in dem Wellenleiter in beiden Richtungen von der Position des Positionsmagneten weg. An dem einen Ende des Wellenleiters werden sie üblicherweise mit Hilfe eines wie vorstehend beschriebenen Messwandlers detektiert, um mit einer Laufzeitmessung die aktuelle Position des Positionsmagneten entlang des Wellenleiters zu bestimmen. Am anderen Ende muss möglichst effektiv verhindert werden, dass der Puls reflektiert wird und entlang des Wellenleiters zurückpropagiert. Dies würde die Detektion des direkt in Richtung des Messwandlers laufenden Pulses stören oder uneindeutig machen.
In EP 0 882 212 B1 sind Elastomerhülsen beschrieben, die auf das dem Messwandler entfernte Ende des Wellenleiters aufgesteckt sind. Elastomere mit unterschiedlichen Eigenschaften können aufeinanderfolgend aufgesteckt sein, um den Dämpfungseffekt anzupassen. So kann zunächst eine Hülse aus weichem Elastomer vorgesehen sein, die die Reflektion gering hält. Diese kann von Hülsen härteren Elastomers mit stärkerer Dämpfung gefolgt sein. Derartige Dämpfungslemente erfordern allerdings das aufwändige, komplizierte und fehlerträchtige Aufschieben der Hülsen auf den in der Regel als Draht ausgestalteten Wellenleiter, resultierend in einer unerwünscht hohen Montagedauer.
Bei anderen bekannten Lösungen wird ein elastomeres Material in einer Gussform um den Wellenleiter gegossen oder in einem Spritzgießprozess aufgebracht, wobei dabei eine Hülse aus einem Elastomer mit homogenen Eigenschaften entsteht. An den Gießprozess muss sich im Allgemeinen ein Aushärtungsprozess anschließen, der einem kontinuierlichen Herstellungsverfahren abträglich ist. Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Härte des gegossenen Dämpfungselements durch das verwendete Material fest vorgegeben ist und kaum Spielraum für eine Anpassung der Dämpfungseigenschaften besteht.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen leicht und schnell herstellbaren Positionssensor mit möglichst zuverlässiger Dämpfung des von dem Messwandler weglaufenden Pulses am Ende des Wellenleiters bereitzustellen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch einen Positionssensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Der Positionssensor umfasst ein Dämpfungselement aus einem elastomeren Material, das an einem Ende des Wellenleiters angeordnet ist, um in Richtung dieses Endes propagierende mechanische Impulse zu dämpfen.
Erfindungsgemäß ist eine Crimphülse unter plastischer Verformung auf das Dämpfungselement aufgeklemmt. Das elastomere Material des Dämpfungselements ist durch die Crimphülse komprimiert und weist daher eine erhöhte Härte auf, die mit einer verbesserten Dämpfungswirkung einhergeht. Außerdem ist ein allfällig vorhandener Freiraum zwischen dem Dämpfungselement und dem Wellenleiter durch die Komprimierung des elastomeren Materials verkleinert oder sogar völlig zum Verschwinden gebracht, was die Effizienz der Dämpfung weiterhin verbessert. Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie auf einem besonders einfachen, schnell durchführbaren und gegebenenfalls automatisierbaren Herstellungsprozess beruht. Bei der Crimphülse kann es sich insbesondere um ein einfaches Hohlprofil aus Metall handeln, das beispielsweise einen kreisrunden, ovalen oder polygonalen Querschnitt aufweist. Solche Crimphülsen sind beispielsweise als Ferrulen oder Aderendhülsen kostengünstig erhältlich. Vorteilhaft ist auch die Möglichkeit, durch Anpassung der Hülsenform und/oder des Ausmaßes der Hülsenverformung die Dämpfungseigenschaften des elastomeren Materials wunschgemäß einzustellen. Die Erfindung eignet sich besonders gut in Verbindung mit Wellenleitern, die zum Leiten von durch Magnetostriktion ausgelösten Torsionsimpulsen ausgebildet sind.
Geeignete elastomere Materialien sind zum Beispiel Silikone oder Polyurethane.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Abschnitt des Dämpfungselements aus der Crimphülse herausragt. Ein solcher herausragender Abschnitt ist nicht komprimiert und weist daher eine vergleichsweise geringe Härte auf. Der in der Crimphülse befindliche Abschnitt weist demgegenüber aufgrund der Komprimierung eine relativ hohe Härte auf. Durch eine Kombination aus einem komprimierten und einem nicht komprimierten Abschnitt des elastomeren Materials ist eine Einstellung der Materialeigenschaften des Dämpfungselements in axialer Richtung des Wellenleiters möglich. Das heißt, es kann auf einfache Weise ein gewünschter Härteverlauf des Dämpfungselements entlang des Wellenleiters vorgegeben werden.
Vorzugsweise ist an einem dem Dämpfungselement entgegengesetzten Ende des Wellenleiters ein Messwandler zur Einkopplung eines Strompulses in den Wellenleiter und zur Detektion eines von dem Wellenleiter in Richtung des Messwandlers geleiteten mechanischen Impulses angeordnet, wobei ein dem Messwandler zugewandter Endabschnitt des Dämpfungselements aus der Crimphülse herausragt. Mit Hilfe des Messwandlers kann ein Strompuls in den Wellenleiter eingekoppelt werden und können von dem Wellenleiter in Richtung des Messwandlers geleitete mechanische Impulse detektiert werden. Wie beschrieben entsteht ein solcher mechanischer Impuls in an sich bekannter Weise durch die Wechselwirkung des von dem Strompuls in dem Wellenleiter erzeugten Magnetfeldes mit einem Positionsmagneten, dessen Position detektiert werden soll. Der Messwandler dient zum einen zum Einkoppeln des notwendigen Strompulses in den Wellenleiter an einem Ende desselben und zum anderen zur Detektion des auf diese Weise erzeugten mechanischen Impulses, der sich in Richtung des Messwandlers zurückbewegt. Aus der Laufzeit dieses mechanischen Impulses kann auf die Entfernung des die Reflexion erzeugenden Positionsmagneten geschlossen werden. Die unerwünschte Reflexion von Impulsen an der dem Messwandler zugewandten Seite, also der Vorderseite, des Dämpfungselements ist dadurch relativ gering. Gleichzeitig sorgt die relativ hohe Härte des durch die Crimphülse komprimierten Abschnitts des Dämpfungselements für eine ausgeprägte Dämpfung von Impulsen, die an der dem Messwandler abgewandten Rückseite des Dämpfungselements reflektiert wurden und im elastomeren Material zurücklaufen. Dadurch dass die auf das Dämpfungselement zulaufenden mechanischen Pulse zuerst auf einen relativ weichen Abschnitt auftreffen und erst anschließend in einen relativ harten Abschnitt gelangen, können sowohl an der Vorderfläche des Dämpfungselements erfolgende Reflexionen wirksam verhindert als auch an der Rückfläche des Dämpfungselements reflektierte Impulse wirksam gedämpft werden.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das elastomere Material des Dämpfungselements mit Hilfe eines Gießprozesses, insbesondere eines Spritzgießprozesses, auf den Wellenleiter geformt ist. Es ist dann nicht notwendig, eine Elastomerhülse auf den Wellenleiter aufzustecken. Außerdem ist die Herstellung mit einem Gießprozess besonders einfach und präzise möglich und eignet sich auch für einen Wellenleiter, der im Bereich des Dämpfungselements zur Erhöhung der Dämpfungsstrecke nicht gerade, sondern z. B. wellenförmig, spiralförmig oder schraubenförmig verläuft.
Das Dämpfungselement kann jedoch auch ein vorgefertigtes Bauteil sein, das mittels der Crimphülse klemmend mit dem Wellenleiter verbunden ist. Bei dieser Ausgestaltung ist kein Gieß- und insbesondere kein Aushärtungsprozess erforderlich, sodass die Fertigung besonders schnell und im Durchlauf erfolgen kann.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Positionssensors, der insbesondere wie vorstehend beschrieben ausgestaltet ist.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Wellenleiter aus magnetostriktivem Material in einem zumindest im Wesentlichen gestreckten Zustand bereitgestellt, ein Ende des Wellenleiters wird zur Bildung eines Dämpfungselements in einem elastomeren Material aufgenommen und es wird eine Crimphülse auf das gebildete Dämpfungselement aufgeschoben und unter plastischer Verformung auf das gebildete Dämpfungselement aufgeklemmt. Ein Crimpvorgang ist besonders einfach, schnell und bei Bedarf automatisiert durchführbar. Durch das Aufklemmen der Crimphülse wird das elastomere Material des Dämpfungselements zumindest abschnittsweise komprimiert, wodurch dessen Härte erhöht wird und gegebenenfalls ein Freiraum zwischen dem Dämpfungselement und dem Wellenleiter verkleinert wird, wodurch die Dämpfungswirkung des Dämpfungselements eines Positionssensors mit magnetostriktivem Wellenleiter verbessert wird. Dies ermöglicht bei vorgegebener Dämpfungswirkung eine Verkürzung der Dämpfungslänge und so eine Einsparung von Bauraum.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das elastomere Material in einem Gießprozess um das Ende des Wellenleiters gegossen, insbesondere spritzgegossen. Ein Gießprozess ist besonders einfach und präzise möglich.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird zunächst ein Dämpfungselement aus einem elastomeren Material gebildet und das Ende des Wellenleiters wird danach durch Einführen in eine Aussparung des gebildeten Dämpfungselements in dem elastomeren Material aufgenommen. Das Aufnehmen kann insbesondere durch Aufschieben oder Aufstecken erfolgen. Bei dieser Ausgestaltung ist kein zeitintensiver Aushärtungsprozess erforderlich.
Eine spezielle Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass beim Aufklemmen der Crimphülse auf das Dämpfungselement ein aus der Crimphülse herausragender Abschnitt des Dämpfungselements zumindest im Wesentlichen unverformt belassen wird. Wie vorstehend beschrieben können durch Kombination eines unkomprimierten und eines komprimierten Abschnitts sowohl an der Vorderfläche des Dämpfungselements erfolgende Reflexionen wirksam verhindert als auch an der Rückfläche des Dämpfungselements erfolgende Reflexionen wirksam gedämpft werden.
Bevorzugt wird ein Abschnitt des Dämpfungselements zumindest im Wesentlichen unverformt belassen, der in Richtung des dem Dämpfungselement entgegengesetzten Endes des Wellenleiters aus der Crimphülse herausragt.
Die Wandstärke der Crimphülse, die Querschnittsform der Crimphülse und/oder die beim Aufklemmen ausgeübte Klemmkraft kann/können an eine vorgegebene Härte des Dämpfungselements angepasst werden.
Die Crimphülse kann mittels eines Crimp-Werkzeugs auf das Dämpfungselement aufgeklemmt werden. Crimp-Werkzeuge sind in vielfältiger Form erhältlich und ohne Spezialkenntnisse einsetzbar. Im einfachsten Fall kann eine Crimp-Zange verwendet werden. Bei Bedarf kann aber auch eine automatisierte Crimp-Vorrichtung zum Einsatz kommen.
Vorteile und bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich auch aus der obigen Schilderung der Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Positionssensors.
Weiterbildungen der Erfindung sind auch in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

1 ist eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Positionssensors.
2 ist eine erläuternde Querschnittdarstellung eines Wellenleiters im eingebauten Zustand.
3 zeigt schematisch einen Wellenleiter, ein Dämpfungselement und eine Crimphülse eines gemäß einer ersten Ausführungsform gestalteten Positionssensors, wobei sich das Dämpfungselement und die Crimphülse in einem voneinander getrennten Ausgangszustand befinden.
4 zeigt die Anordnung gemäß 3 mit auf das Dämpfungselement aufgesteckter, aber noch nicht aufgeklemmter Crimphülse.
5 zeigt die Anordnung gemäß 3 mit auf das Dämpfungselement aufgeklemmter Crimphülse.
6 zeigt schematisch einen Wellenleiter, ein Dämpfungselement und eine Crimphülse eines gemäß einer zweiten Ausführungsform gestalteten Positionssensors, wobei sich das Dämpfungselement und die Crimphülse in einem voneinander getrennten Ausgangszustand befinden.
7 zeigt die Anordnung gemäß 6 mit auf das Dämpfungselement aufgesteckter, aber noch nicht aufgeklemmter Crimphülse.
8 zeigt die Anordnung gemäß 6 mit auf das Dämpfungselement aufgeklemmter Crimphülse.
9 zeigt zwei verschiedene Varianten einer aufgeklemmten Crimphülse bei einem erfindungsgemäßen Positionssensor.

Der in 1 in Explosionsdarstellung gezeigte Positionssensor 11 umfasst ein Wellenleitergehäuse 13 in Form eines langgestreckten Rohrs aus Edelstahl, an dessen einem Rohrende ein Sensorkopfgehäuse 15 angebracht ist. Das andere Rohrende ist durch eine Endkappe 17 verschlossen. In dem Wellenleitergehäuse 13 befindet sich ein Wellenleiter 19 aus einem magnetostriktiven Material. Der Wellenleiter 19 ist vorzugsweise ein Draht aus ferromagnetischem Material und erstreckt sich ausgehend von einer Steuerungseinheit 21 axial, das heißt parallel zur Längsachse L des Wellenleitergehäuses 13 durch dieses hindurch bis zu einem Dämpfungselement 23, das unter Verwendung einer Crimphülse 22 am Wellenleiter 19 gehalten ist. Bei der Crimphülse 22 handelt es sich vorzugsweise um ein dünnwandiges Rohr aus Metall.
In der Explosionszeichnung der 1 (die die einzelnen Elemente zwar getrennt, aber in ihrem eingebauten Zustand zeigen sollte) müsste die Crimphülse 22 eigentlich bereits im durch den Crimpprozess verformten Zustand gezeigt sein (also zum Beispiel mit einem eckigen Querschnitt gemäß 9). Dasselbe gilt für das Dämpfungselement 23, das eigentlich im durch das Aufcrimpen verformten Zustand dargestellt sein müsste. Der Einfachheit und Übersichtlichkeit halber wurde aber die Darstellung dieser Elemente im unverformten Zustand gewählt.
Im Bereich des Dämpfungselements 23 geht der Wellenleiter 19 über einen gebogenen Bereich 28 in einen Rückleiter 25 über, der wieder zur Steuerungseinheit 21 zurückführt. Der Wellenleiter 19 ist mittels eines Positionierelements 27 und eines Zwischenrohrs 29 in dem Wellenleitergehäuse 13 gehalten. Im Bereich 26 des Dämpfungselementes 23 ist der Wellenleiter 19 gewellt ausgestaltet, um die Dämpfungsstrecke zu vergrößern.
Der Steuerungseinheit 21 ist ein Messwandler 30 zugeordnet, der einen am Wellenleiter 19 festgelöteten Stabmagneten 31 und eine diesen umschließende Spule 32 umfasst. Der Messwandler 30 ist in der Lage, von dem Wellenleiter 19 geleitete Torsionsimpulse in elektrische Positionssignale zu wandeln, wie dies grundsätzlich beispielsweise aus der EP 0 882 212 B1 bekannt ist. Dem Messwandler 30 ist eine Messwandler-Aufnahme 33 zugeordnet, die ebenso wie die Steuerungseinheit 21 an einer Leiterplatte 35 angebracht ist. Folgende Einzelteile der Steuerungseinheit 21 sind in 1 der Übersichtlichkeit halber seitlich neben der Steuerungseinheit 21 noch einmal gesondert dargestellt: Messwandler 30, Stabmagnet 31, Spule 32 und Messwandler-Aufnahme 33.
Die Leiterplatte 35 mit den daran montierten Komponenten ist im Sensorkopfgehäuse 15 untergebracht. Dieses ist durch ein Deckelteil 37 verschlossen, welches an seinem Rand 40 mit Rastzähnen 41 versehen ist. Die Rastzähne 41 sind zum Hintergreifen eines nach innen vorstehenden Wulstes 43 des Sensorkopfgehäuses 15 ausgebildet. Das Deckelteil 37 kann somit auf das Sensorkopfgehäuse 15 aufgesteckt und beim Aufstecken dauerhaft mit diesem verrastet werden. Das Sensorkopfgehäuse 15 kann unter Verwendung eines Dichtrings 42 und eines Stützrings 44 in einen Hydraulikzylinder eingebaut werden, wie dies zum Beispiel in der DE 20 2006 012 815 U1 offenbart ist.
Für den Anschluss des Positionssensors 11 an eine Stromversorgung und an eine Empfangseinheit (beide nicht dargestellt) sind Kontaktstifte 45 am Deckelteil 37 vorgesehen. Diese sind wie dargestellt abgewinkelt, um das Anschließen eines Verbindungssteckers oder einer Verbindungsbuchse von der Seite aus zu ermöglichen. Die durch den Positionssensor 11 zu erfassende Position ist durch einen Positionsmagneten 47 markiert, der hier ringförmig ist und das Wellenleitergehäuse 13 umschließt. Der Positionsmagnet 47 ist an einem nicht dargestellten Bauteil befestigt, dessen Position erfasst werden soll, z. B. an einem verschiebbaren Kolben eines Hydraulikzylinders.
2 zeigt den Wellenleiter 19 und das Positionierelement 27 in einer Querschnittsansicht im eingebauten Zustand. Das Positionierelement 27 ist aus einem elastischen und nicht-magnetischen Material, z.B. aus Silikon, gefertigt und daher verformbar. Wenn es sich in dem hier nicht gezeigten unverformten Ausgangszustand befindet, weist es eine trapezartige äußere Querschnittsform auf. Eine Aussparung 50 mit schlüssellochartiger Querschnittsform erstreckt sich in axialer Richtung durch das gesamte Positionierelement 27 hindurch. Der Wellenleiter 19 ist dann in dem breiten Aufnahmeausschnitt 51 der Aussparung 50 angeordnet. Im eingebauten Zustand, der in 2 im Querschnitt gezeigt ist, ist das Positionierelement 27 zusammengedrückt und „klemmt“ in dem Zwischenrohr 29, das z.B. aus Polytetrafluoräthylen gefertigt ist. Die durch den Wellenleiter 19, das Positionierelement 27 und das Zwischenrohr 29 gebildete Einheit steckt im eingebauten Zustand in dem Wellenleitergehäuse 13. Das Zwischenrohr 29 liegt bei dem gezeigten Beispiel vollflächig an der Innenwand 57 des Gehäuses 13 an. Aufgrund des im unverformten Zustand trapezförmigen Außenquerschnitts des Positionierelementes 27 liegt dieses nicht vollflächig an dem Zwischenrohr 29 an, sondern lediglich an den Eckbereichen 59. Zwischen diesen sind Freiräume 60 gebildet, die zum Durchführen von elektrischen Leitungen sowie des Rückleiters 25 (1) genutzt werden können. Durch das Positionierelement 27 sowie das Zwischenrohr 29 ist der Wellenleiter 19 bei diesem Beispiel einerseits zentriert in dem Wellenleitergehäuse 13 gehalten und andererseits vor übermäßigen Auslenkungen, Stößen und Schwingungen geschützt.
Der Vorgang des Verbindens des am Ende des Wellenleiters 19 vorgesehenen Dämpfungselements 23 mit der Crimphülse 22 ist in den 3 bis 5 gezeigt, die jeweils im linken Teil eine schematische Seitenansicht und im rechten Teil eine schematische Vorderansicht einer Anordnung aus Wellenleiter 19, Dämpfungselement 23 und Crimphülse 22 darstellen. In 1 ist dieser Bereich des Positionssensors rechts oben gezeigt, in dem das Dämpfungselement 23 und die es umgebende Hülse 22 in der Explosionsdarstellung der 1 erkennbar sind. In 1 ist eine Ausführungsform gezeigt, wie sie im Prinzip in den 3 bis 5 dargestellt ist. Allerdings ist in den 3 bis 5 zur Vereinfachung der Wellenleiter 19 mit geradem Verlauf dargestellt. Er könnte auch wie in 1 gezeigt im Bereich des Dämpfungselements 23 gewellt verlaufen. Außerdem sind bei der in 1 dargestellten Variante die Crimphülse 22 und das Dämpfungselement 23 gleich lang, während bei der Variante gemäß 3 bis 5 die Crimphülse 22 deutlich kürzer ist als das Dämpfungselement 23.
Bei der Herstellung eines gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung gestalteten Positionssensors 11 wird zunächst ein vorgefertigtes Dämpfungselement 23 in Form eines elastomeren Rohrs auf das Ende des Wellenleiters 19 aufgesteckt. Dabei kann je nach Anwendung ein Freiraum zwischen der Innenwand des Dämpfungselements 23 und der Oberfläche des Wellenleiters 19 verbleiben oder das Dämpfungselement 23 kann berührend auf den Wellenleiter 19 aufgesteckt werden. Eine Crimphülse 22 zum Aufstecken auf das Dämpfungselement 23 wird bereitgestellt. 3 zeigt eine solche Crimphülse 22 vor dem Aufsteckvorgang. Die bereitgestellte Crimphülse 22 wird vom Ende des Wellenleiters 19 her auf das Dämpfungselement 23 aufgesteckt, bis die im Bild rechten Enden des Dämpfungselements 23 und der Crimphülse 22 bündig sind. Da die Crimphülse 22 kürzer ist als das Dämpfungselement 23, ragt ein vorderer Abschnitt 80 des Dämpfungselements 23 aus der Crimphülse 22 heraus. Dieser Zustand ist in 4 dargestellt. Der vordere Abschnitt 80 weist in Richtung des Messwandlers 30, der in 4 nicht gezeigt ist und sich am dem Dämpfungselement 23 entgegengesetzten Ende des Wellenleiters 19 befindet.
Danach wird die Crimphülse 22 unter Verwendung eines Standard-Crimpwerkzeugs auf das Dämpfungselement 23 aufgeklemmt, bis der in 5 gezeigte Zustand erreicht ist. Die Crimphülse 22 ist dann dauerhaft verformt. In diesem Zustand ist der vordere Abschnitt 80 des Dämpfungselements 23 im Wesentlichen unkomprimiert, während der restliche Teil des Dämpfungselements 23 komprimiert ist. Dementsprechend weist der unkomprimierte vordere Abschnitt 80 eine geringere Härte auf als der der restliche Teil des Dämpfungselements 23. Aus dem rechten Teil von 5 geht hervor, dass bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Crimpwerkzeug mit quadratischer Querschnittsform verwendet wird.
Wenn ein vom Messwandler 30 (1) ausgehender und gemäß 5 in Pfeilrichtung propagierender mechanischer Impuls am Dämpfungselement 23 ankommt, tritt aufgrund der geringen Härte des unkomprimierten vorderen Abschnitts 25 nur eine geringe Reflexion an der Vorderseite 85 des Dämpfungselements 23 auf. Gleichzeitig wird die an der Rückseite 87 des Dämpfungselements 23 auftretende Reflexion aufgrund der hohen Härte des durch die Crimphülse 22 komprimierten Teils des Dämpfungselements 23 wirksam gedämpft, sodass insgesamt unerwünschten Reflexionen wirksam entgegengewirkt wird.
Es ist darauf hinzuweisen, dass grundsätzlich auch bei einem gleichmäßig komprimierten Dämpfungselement 23 entsprechend einer gleichen Länge von Dämpfungselement 23 und Crimphülse 22 wie in 1 gezeigt eine effektive Dämpfung von Reflexionen stattfindet. Je stärker die Komprimierung des Dämpfungselements 23 ist, umso besser werden die Reflexionen der Rückseite 87 gedämpft, während andererseits die Reflexionen der Vorderseite 85 umso stärker ausfallen. Die beim Aufklemmen der Crimphülse 22 ausgeübte Klemmkraft kann prinzipiell derart gewählt werden, dass sich ein günstiges Verhältnis der Reflexionsamplituden von Vorderseite 85 und Rückseite 87 ergibt. Abgesehen von der Klemmkraft gibt es vielfältige weitere Optimierungsparameter wie z. B. die Länge der Crimphülse 22, die Wandstärke der Crimphülse 22 oder die Querschnittsform der Crimphülse 22.
Die 6 bis 8 zeigen den Vorgang des Verbindens eines am Ende des Wellenleiters 19 vorgesehenen Dämpfungselements 23' mit einer Crimphülse 22 für eine alternative Ausführungsform der Erfindung. Das Dämpfungselement 23' ist hier mittels eines Spritzgießprozesses direkt auf den Wellenleiter 19 aufgegossen. Die Vorderseite 85' des Dämpfungselements 23' ist konisch geformt, um eine weitere Anpassungsmöglichkeit an die Dämpfungsnotwendigkeiten zu bieten. In nicht gezeigter Weise können auch andere Formen gewählt werden, um eine Anpassung an die Gegebenheiten zu optimieren. Ferner kann auch die Vorderseite 85 des in 3 bis 5 gezeigten Dämpfungselements 23 konisch oder anderweitig angepasst geformt sein.
9 zeigt im linken Teil eine unverformte Crimphülse 22 im Querschnitt und im rechten Teil zwei Beispiele für verformte Crimphülsen 22. Es versteht sich, dass je nach verwendetem Crimpwerkzeug weitere Querschnittsformen denkbar sind.
Die Erfindung ermöglicht eine effektive Dämpfung unerwünschter Reflexionen von mechanischen Impulsen und bei entsprechender bevorzugter Ausgestaltung eine Anpassung der Dämpfungseigenschaften sowie die Bereitstellung eines Dämpfungselements mit in axialer Richtung ansteigender Härte.
Bezugszeichenliste

11: Positionssensor
13: Wellenleitergehäuse
15: Sensorkopfgehäuse
17: Endkappe
19: Wellenleiter
21: Steuerungseinheit
22: Crimphülse
23, 23': Dämpfungselement
25: Rückleiter
26: gewellter Bereich
27: Positionierelement
28: umgebogener Bereich
29: Zwischenrohr
29': Anordnung
30: Messwandler
31: Stabmagnet
32: Spule
33: Messwandler-Aufnahme
35: Leiterplatte
37: Deckelteil
40: Rand
41: Rastzahn
42: Dichtring
43: Wulst
44: Stützring
45: Kontaktstift
47: Positionsmagnet
50: Aussparung
51: Aufnahmeabschnitt
57: Innenwand
59: Eckbereich
60: Freiraum
80: vorderer Abschnitt
85,85': Vorderseite
87: Rückseite
L: Längsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19753805 C2 [0002]
DE 551019 A [0002]
EP 0882212 B1 [0002, 0004, 0029]
DE 202006012815 U1 [0002, 0030]

Claims

Positionssensor (11) mit - einem Wellenleiter (19) aus magnetostriktivem Material, der sich entlang einer Messstrecke erstreckt und zum Leiten von durch Magnetostriktion ausgelösten mechanischen Impulsen ausgebildet ist, und - einem Dämpfungselement (23, 23') aus einem elastomeren Material, das an einem Ende des Wellenleiters (19) angeordnet ist, um in Richtung dieses Endes propagierende mechanische Impulse zu dämpfen, wobei eine Crimphülse (22) unter plastischer Verformung auf das Dämpfungselement (23, 23') aufgeklemmt ist.
Positionssensor (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt (80) des Dämpfungselements (23, 23') aus der Crimphülse (22) herausragt.
Positionssensor (11) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an einem dem Dämpfungselement (23, 23') entgegengesetzten Ende des Wellenleiters (19) ein Messwandler (30) zur Einkopplung eines Strompulses in den Wellenleiter (19) und zur Detektion eines von dem Wellenleiter (19) in Richtung des Messwandlers (30) geleiteten mechanischen Impulses angeordnet ist, wobei ein dem Messwandler (30) zugewandter Endabschnitt des Dämpfungselements (23, 23') aus der Crimphülse (22) herausragt.
Positionssensor (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elastomere Material des Dämpfungselements (23') mit Hilfe eines Gießprozesses, insbesondere Spritzgießprozesses, auf den Wellenleiter (19) geformt ist.
Positionssensor (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (23) ein vorgefertigtes Bauteil ist, das mittels der Crimphülse (22) klemmend mit dem Wellenleiter (19) verbunden ist.
Verfahren zur Herstellung eines Positionssensors (11), insbesondere eines Positionssensors (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - ein Wellenleiter (19) aus magnetostriktivem Material in einem zumindest im Wesentlichen gestreckten Zustand bereitgestellt wird, - ein Ende des Wellenleiters (19) zur Bildung eines Dämpfungselements (23, 23') in einem elastomeren Material aufgenommen wird, - eine Crimphülse (22) auf das gebildete Dämpfungselement (23, 23') aufgeschoben wird und - die Crimphülse (22) unter plastischer Verformung auf das gebildete Dämpfungselement (23, 23') aufgeklemmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elastomere Material in einem Gießprozess um das Ende des Wellenleiters (19) gegossen, insbesondere spritzgegossen, wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein Dämpfungselement (23) aus einem elastomeren Material gebildet wird und das Ende des Wellenleiters (19) danach durch Einführen in eine Aussparung des gebildeten Dämpfungselements (23) in dem elastomeren Material aufgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufklemmen der Crimphülse (22) auf das Dämpfungselement (23, 23') ein aus der Crimphülse (22) herausragender Abschnitt (80) des Dämpfungselements (23, 23') zumindest im Wesentlichen unverformt belassen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt des Dämpfungselements (23, 23') zumindest im Wesentlichen unverformt belassen wird, der in Richtung des dem Dämpfungselement (23, 23') entgegengesetzten Endes des Wellenleiters (19) aus der Crimphülse (22) herausragt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke der Crimphülse (22) und/oder die Querschnittsform der Crimphülse (22) und/oder die beim Aufklemmen ausgeübte Klemmkraft an eine vorgegebene Härte des Dämpfungselements (23, 23') angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Crimphülse (22) mittels eines Crimp-Werkzeugs auf das Dämpfungselement (23, 23') aufgeklemmt wird.