-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung der Verbindung zwischen einem Kunststoff-Magnetträger und einer Welle, insbesondere für ein Lenksystem eines Fahrzeugs. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf einen Kunststoff-Magnetträger einer Sensoreinrichtung zum Erfassen der Drehlage einer rotierenden Welle. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Sensoreinrichtung zum Erfassen der Drehlage einer rotierenden Welle sowie ein Lenksystem mit einer entsprechenden Sensoreinrichtung.
-
Aus der
DE 10 2005 059 162 A1 ist es bekannt, die Drehlage einer Rotorwelle in einem Elektromotor mithilfe einer Sensoreinrichtung zu erfassen. Der Elektromotor wird beispielsweise als elektrischer Servomotor in einem Lenksystem eines Kraftfahrzeugs eingesetzt. Die Sensoreinrichtung zur Erfassung der Drehlage der Rotorwelle umfasst einen Gebermagneten, der drehfest mit der Rotorwelle verbunden ist, sowie einen Sensor, der bei der Rotation der Rotorwelle Änderungen im Magnetfeld, das von dem Gebermagneten ausgeht, erfasst. Der Gebermagnet ist als ein Magnetring ausgebildet, der in eine Riemenscheibe eingespritzt ist, welche an der Stirnseite der Rotorwelle angeordnet und mit dieser drehfest verbunden ist. Der Sensor ist gehäusefest angeordnet.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen eine feste Verbindung zwischen einem Kunststoff-Magnetträger und einer Welle zu schaffen und zugleich die Funktionstüchtigkeit eines in den Kunststoff-Magnetträger eingesetzten Magneten zu gewährleisten.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
-
Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine sichere und feste Verbindung zwischen einem Kunststoff-Magnetträger und einer Welle geschaffen werden. Die Welle ist Träger des Kunststoff-Magnetträgers mit dem darin eingesetzten Magneten, wobei die Welle vorzugsweise in einem Lenksystem eines Fahrzeugs angeordnet ist, bei der es sich beispielsweise um die Lenkwelle des Lenksystems handelt. In einer weiteren Ausführung bildet die Welle die Rotorwelle eines Elektromagneten, auf die der Kunststoff-Magnetträger mit dem eingesetzten Magneten aufgesetzt ist. Bei dem Elektromotor handelt es sich beispielsweise um einen elektrischen Servomotor in einem Lenksystem eines Fahrzeugs.
-
Der Kunststoff-Magnetträger und der darin eingesetzte Magnet sind Teil einer Sensoreinrichtung, mit der die aktuelle Drehlage der rotierenden Welle, auf die der Kunststoff-Magnetträger aufgesetzt ist, erfasst werden kann. Der Magnet im Kunststoff-Magnetträger bildet hierbei den Signalgeber, dem als weiterer Bestandteil der Sensoreinrichtung ein gehäusefest angeordneter Sensor zugeordnet ist, der bei der Rotation der Welle Änderungen im Magnetfeld des Magneten erfasst, woraus die aktuelle Drehlage der Welle ermittelt werden kann.
-
Mithilfe des Verfahrens kann der Kunststoff-Magnetträger einschließlich eingesetztem Magneten fest mit der Welle verbunden werden. Hierfür wird ein Presswerkzeug mit einem Pressstempel verwendet, der den Kunststoff-Magnetträger einschließlich eingesetztem Magneten axial auf die Welle drückt. Der Pressstempel weist einen Pressring auf, der axial über die Stirnseite des Pressstempels hinausragt und beim Aufschieben des Kunststoff-Magnetträgers auf die Welle gegen den Kunststoff-Magnetträger drückt. Der Pressring ist mit einem Innendurchmesser versehen, der größer ist als der Außendurchmesser des Magneten, welcher im Kunststoff-Magnetträger aufgenommen ist.
-
Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass beim Aufpressen des Kunststoff-Magnetträgers auf die Welle mithilfe des Pressstempels eine unmittelbare Kraftbeaufschlagung des Magneten, der in den Kunststoff-Magnetträger eingesetzt ist, vermieden wird. Dementsprechend unterliegt der Magnet während des Aufschiebens auf die Welle keinen oder nur geringfügigen Belastungen, und es besteht keine Gefahr einer Beschädigung des Magneten während des Aufschiebens. Die Presskräfte werden über den axial überragenden Pressring nur auf den Kunststoff-Magnetträger übertragen, der auf die Welle aufgeschoben wird. Der Magnet im Kunststoff-Magnetträger wird nicht mit den Presskräften des Pressstempels belastet.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung wird für das Herstellungsverfahren der Verbindung ein Pressstempel verwendet, dessen Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser der Welle. Dies ermöglicht es insbesondere, Magneten mit einem Außendurchmesser zu verwenden, welcher gleich oder zumindest annähernd gleich ist wie der Außendurchmesser der Welle, ohne eine unmittelbare Presskraft auf den Magneten auszuüben.
-
Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der Kunststoff-Magnetträger mit einer außen umlaufenden Stützschulter versehen, die sich im Übergang zwischen einem Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme des Magneten und einem Verbindungsabschnitt befindet, wobei in den Verbindungsabschnitt eine Aufstecköffnung zum Aufstecken auf die Welle eingebracht ist. Aufnahmeabschnitt und Verbindungsabschnitt des Kunststoff-Magnetträgers sind insbesondere einteilig ausgebildet. Die außen liegende Stützschulter wird vorzugsweise durch einen kleineren Außendurchmesser des Aufnahmeabschnittes im Vergleich zum Verbindungsabschnitt gebildet. An der umlaufenden Stützschulter greift während des Herstellungsverfahrens der Pressring des Pressstempels axial an, wobei vorteilhafterweise der Innendurchmesser des Pressrings an der umlaufenden Mantelfläche des Aufnahmeabschnittes anliegt oder den Aufnahmeabschnitt mit geringem Spiel umgreift. Hierdurch ist zum einen gewährleistet, dass der Pressring radial außerhalb des Magneten angreift und nur den Kunststoff-Magnetträger mit einer Axialkraft beaufschlagt. Zum andern wird eine Zentrierung zwischen dem Pressring und dem Kunststoff-Magnetträger erreicht und damit eine über den Umfang der Stützschulter gleich bleibende Presskraft, die auf den Kunststoff-Magnetträger wirkt.
-
Der Pressstempel und der stirnseitig angeordnete Pressring sind in der Weise dimensioniert, dass die Stirnseite des Pressstempels - ohne Pressring - während des gesamten Pressvorgangs auf Abstand zur zugewandten Stirnseite des Kunststoff-Magnetträgers liegt. Somit erfolgt die Presskraftbeaufschlagung allein über die Stirnseite des Pressrings und ist gewährleistet, dass der radial innerhalb des Pressrings liegende Magnet ohne Kontakt zu der Stirnseite des Pressstempels liegt.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf den Kunststoff-Magnetträger mit der umlaufenden Stützschulter im Übergang zwischen dem Aufnahmeabschnitt für den Magneten und dem Verbindungsabschnitt für die Verbindung mit der Welle. In den Verbindungsabschnitt ist eine Aufstecköffnung eingebracht, mit der der Kunststoff-Magnetträger auf die Stirnseite der Welle aufgesteckt wird. In der aufgesteckten Position befindet sich vorteilhafterweise die Stirnseite der Welle am Grund der Aufstecköffnung, der von einem radial nach innen einragenden, einteilig mit dem Kunststoff-Magnetträger ausgebildeten Stützring gebildet wird. Gegebenenfalls ragt der Magnet durch in eine zentrale Öffnung im Boden der Aufstecköffnung im Bereich des Stützrings hinein, so dass im montierten Zustand die Stirnseite des Magneten an der Stirnseite der Welle anliegt oder benachbart, jedoch mit Abstand zur Stirnseite der Welle liegt.
-
Auf die Mantelfläche der Welle kann eine Rändelung aufgebracht sein, auf die das Kunststoffmaterial des Kunststoff-Magnetträgers aufgepresst wird. Die Rändelung schneidet sich in den Kunststoffträger hinein, wodurch eine kraft- und formschlüssige Verbindung in Achsrichtung sowie in Umfangsrichtung zwischen der Welle und dem Kunststoff-Magnetträger gebildet wird. Zusätzliche Befestigungsmaßnahmen des Kunststoff-Magnetträgers auf der Welle sind nicht erforderlich, sie können aber gegebenenfalls vorhanden sein.
-
Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind in den Aufnahmeabschnitt des Kunststoff-Magnetträgers Formschlussrippen eingebracht, die zur formschlüssigen Befestigung des Magneten in Achsrichtung und/oder in Umfangsrichtung dienen. Die Formschlussrippen sind insbesondere einteilig mit dem Kunststoff-Magnetträger ausgebildet. Der Magnet wird entweder beim Herstellungsprozess des Kunststoff-Magnetträgers von dem Kunststoffmaterial umspritzt oder nach der Herstellung des Kunststoff-Magnetträgers in den Aufnahmeabschnitt eingeknüpft und von den Formschlussrippen formschlüssig gehalten.
-
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems in einem Fahrzeug,
- 2 einen Längsschnitt durch eine Welle, auf die mitfhilfe eines Pressstempels stirnseitig ein Kunststoff-Magnetträger mit einem eingesetzten Magneten aufgeschoben wird,
- 3 der Kunststoff-Magnetträger in perspektivischer Ansicht.
-
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Das in 1 dargestellte Lenksystem 1 für ein Fahrzeug umfasst ein Lenkrad 2, eine Lenkspindel bzw. -welle 3, ein Lenk- bzw. Getriebegehäuse 4 und ein Lenkgestänge mit einer Lenkzahnstange 5, über die eine Lenkbewegung auf die lenkbaren Räder 6 des Fahrzeugs übertragen wird. Das Getriebegehäuse 4 nimmt ein Lenkgetriebe 8 mit einem Lenkritzel und der Lenkzahnstange 5 auf, wobei das Lenkritzel drehfest mit der Lenkwelle 3 verbunden ist und in die Lenkzahnstange 5 eingreift.
-
Der Fahrer gibt über das Lenkrad 2, mit dem die Lenkwelle 3 fest verbunden ist, einen Lenkwinkel δL vor, der im Lenkgetriebe 8 im Getriebegehäuse 4 auf die Lenkzahnstange 5 des Lenkgestänges übertragen wird, woraufhin sich an den lenkbaren Rädern 6 ein Radlenkwinkel δV einstellt.
-
Zur Unterstützung des vom Fahrer aufgebrachten Handmoments ist ein elektrischer Servomotor 7 vorgesehen, über den ein Servomoment in das Lenkgetriebe 8 eingespeist werden kann. Anstelle eines elektrischen Servomotors kann auch eine hydraulische Unterstützungseinrichtung vorgesehen sein, beispielsweise eine Hydraulikpumpe, die durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird und ein hydraulisches Lenksystem speist.
-
2 zeigt einen Längsschnitt durch eine Welle 9 und einen stirnseitig auf die Welle 9 aufzusetzenden Kunststoff-Magnetträger 10, der mithilfe eines Pressstempels 11 auf die Welle 9 aufgeschoben wird. In 3 ist der Kunststoff-Magnetträger 10 in perspektivischer Einzeldarstellung gezeigt. In den Kunststoff-Magnetträger 10 ist ein Magnet 12 axial und in Umfangsrichtung fest eingesetzt, der Teil einer Sensoreinrichtung zur Ermittlung der aktuellen Winkellage der Welle 9 ist. Der Kunststoff-Magnetträger 10 ist fest mit der Welle 9 verbunden und läuft gemeinsam mit der Welle 9 um, ebenso der im Kunststoff-Magnetträger 10 aufgenommene Magnet 12, dessen Magnetfeld als Sensorsignal von einem gehäusefesten Sensor aufgenommen wird, wobei aus der Änderung des Magnetfeldes während des Umlaufens auf die aktuelle Drehlage der Welle 9 geschlossen werden kann. Bei der Welle 9 handelt es sich beispielsweise um die Lenkwelle 3 oder um die Rotorwelle des elektrischen Servomotors 7.
-
Der Kunststoff-Magnetträger 10, der vorteilhafterweise im Kunststoff-Spritzgießverfahren hergestellt wird, weist einen Aufnahmeabschnitt 13 zur Aufnahme des Magneten 12 und einen Verbindungsabschnitt 14 mit einer Einstecköffnung 16 für die Welle 9 auf, wobei der Aufnahmeabschnitt und der Verbindungsabschnitt 14 einteilig ausgebildet sind. An der radialen Außenseite befindet sich eine umlaufende Stützschulter 15 im Übergang zwischen dem Aufnahmeabschnitt 13, der einen kleineren Außendurchmesser aufweist, und dem Verbindungsabschnitt 14 mit größerem Außendurchmesser.
-
Der Kunststoff-Magnetträger 10 ist ringförmig ausgebildet, auch im Aufnahmeabschnitt 13 befindet sich eine innen liegende Aufnahme, in die der Magnet 12 eingesetzt ist. Der Magnet 12 schließt mit der nächstgelegenen Stirnseite des Kunststoff-Magnetträgers 10 bündig ab. Im Innenraum des Kunststoff-Magnetträgers 10 befindet sich im Übergang zwischen der Aufnahme im Aufnahmeabschnitt 13 und der Aufstecköffnung 16 im Verbindungsabschnitt 14 ein radial nach innen einragender Stützring 17 mit einer zentralen Öffnung. An dem Stützring 17 stützt sich der Kunststoff-Magnetträger 10 im vollständig aufgeschobenen Zustand an der Stirnseite der Welle 9 ab.
-
Alternativ zu einem durchgehend ausgebildeten, innen liegenden Stützring 17 können auch radial nach innen einragende, über den Umfang verteilt angeordnete Fortsätze im Übergang des Innenraums zwischen Aufnahmeabschnitt 13 und Verbindungsabschnitt 14 ausgebildet sein.
-
Des Weiteren sind in der Aufnahme im Aufnahmeabschnitt 13 Formschlussrippen 18 angeformt, die den Magneten 12 axial und in Umfangsrichtung formschlüssig halten.
-
Der Pressstempel 11, mit dem der Kunststoff-Magnetträger 10 einschließlich des eingesetzten Magneten 12 auf die Stirnseite der Welle 9 aufgeschoben wird, weist einen radial außen liegenden Pressring 19 auf, der über die Stirnseite 20 des Pressstempels 11 axial hinausragt. Der Innendurchmesser des Pressrings 19 ist an den Außendurchmesser des Aufnahmeabschnittes 13 angepasst, so dass der Pressring 19 an der Stützschulter 15 anliegt und über die Stützschulter 15 eine axiale Presskraft auf den Kunststoff-Magnetträger 10 ausübt. Dies hat den Vorteil, dass der radial innerhalb des Pressrings 19 angeordnete Magnet 12 während des Pressvorgangs nicht von den Presskräften beaufschlagt wird. Wie mit den Pfeilen dargestellt, erfolgt die Einleitung der Presskräfte über den Pressring 19 an der umlaufenden Stützschulter 15 auf den Kunststoff-Magnetträger 10, der daraufhin mit seiner Aufstecköffnung 16 auf die Welle 9 aufgeschoben wird.
-
Am Außenmantel der Welle 9 befindet sich vorteilhafterweise eine Rändelung, die sich in das Kunststoffmaterial des Kunststoff-Magnetträgers 10 eingräbt, wodurch eine kraft- und formschlüssige Verbindung sowohl in Achsrichtung als auch in Drehrichtung zwischen der Welle 9 und dem Kunststoff-Magnetträger 10 erreicht wird. Der Kunststoff-Magnetträger 10 wird vorteilhafterweise axial so weit auf die Welle 9 aufgeschoben, bis die Stirnseite der Welle 9 am Grund der Aufstecköffnung 16 liegt und insbesondere in Kontakt mit dem umlaufenden, innen liegenden Stützring 17 im Übergang zwischen Aufnahmeabschnitt 13 und Verbindungsabschnitt 14 anliegt.
-
Am Außenmantel der Welle 9 kann ein Sägezahnprofil angeordnet sein, wobei die Sägezähne vorteilhafterweise in Aufpressrichtung geneigt sind. Das Sägezahnprofil erlaubt das axiale Aufschieben des Kunststoff-Magnetträgers 10 auf die Welle 9, es verhindert aber durch Eingraben der Zähne in den Kunststoff-Magnetträger 10 ein axiales Lösen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Lenksystem
- 2
- Lenkrad
- 3
- Lenkwelle
- 4
- Getriebegehäuse
- 5
- Lenkzahnstange
- 6
- Vorderrad
- 7
- elektrischer Servomotor
- 8
- Lenkgetriebe
- 9
- Welle
- 10
- Kunststoff-Magnetträger
- 11
- Pressstempel
- 12
- Magnet
- 13
- Aufnahmeabschnitt
- 14
- Verbindungsabschnitt
- 15
- Stützschulter
- 16
- Aufstecköffnung
- 17
- Stützring
- 18
- Formschlussrippe
- 19
- Pressring
- 20
- Stirnseite Pressstempel
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102005059162 A1 [0002]
