DE102018213400A1

DE102018213400A1 - Sensorsystem zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE102018213400A1
Application number: DE102018213400.6A
Authority: DE
Inventors: Fabian Utermoehlen; Rayk Glasenapp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-08-09
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2020-02-13

Abstract

Es wird ein Sensorsystem (110) zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse (112) rotierenden Elements (114) vorgeschlagen. Das Sensorsystem (110) umfasst mindestens ein Geberrad (116) und mindestens einen induktiven Positionssensor (118), wobei das Geberrad (116) modular ausgestaltet ist und mindestens ein Kontaktelement (120) und mindestens ein Funktionselement (122) zur induktiven Beeinflussung des Positionssensors (118) umfasst. Das Geberrad (116) ist mittels des Kontaktelements (120) mit dem rotierenden Element (114) verbindbar. Das Funktionselement (122) weist ein Geberradprofil (126) auf umfassend mindestens ein Profilelement (128). Das Geberrad (116) weist weiterhin mindestens ein Verbindungselement (130) auf, wobei das Funktionselement (122) und das Kontaktelement (120) mittels des Verbindungselements (130) verbindbar sind.

Description

Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Sensoren bekannt, welche mindestens eine Rotationseigenschaft rotierender Elemente erfassen. Unter einer Rotationseigenschaft ist dabei allgemein eine Eigenschaft zu verstehen, welche die Rotation des rotierenden Elements zumindest teilweise beschreibt. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Winkelgeschwindigkeit, eine Drehzahl, eine Winkelbeschleunigung, einen Drehwinkel oder eine andere Eigenschaft handeln, welche eine kontinuierliche oder diskontinuierliche, gleichförmige oder ungleichförmige Rotation oder Drehung des rotierenden Elements charakterisieren kann. Beispiele derartiger Sensoren sind in Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 2. Auflage, 2012, Seiten 63-74 und 120-129 beschrieben.
Beispielsweise kann eine Drehzahl eines Rotors oder eine Winkelposition eines Rotors einer elektrischen Maschine, insbesondere einer elektrischen Maschine eines Elektrofahrzeugs bestimmt werden. Dies kann beispielsweise mithilfe eines Resolvers geschehen, welcher in der Regel als elektromagnetischer Messumformer ausgebildet ist. Üblicherweise ist ein Rotorpaket drehzahlfest auf der Welle des Motors angebracht. Kreisringförmig umlaufend sind auf dem Stator beispielsweise eine Erregerspule sowie mehrere Empfangsspulen montiert. Die Erregerspule wird üblicherweise mit einem Wechselspannungssignal beaufschlagt und durchsetzt die gesamte Anordnung mit einem elektromagnetischen Wechselfeld. Drehwinkelabhängig wird nun in der ersten Empfangsspule eine sinusförmig amplitudenmodulierte Spannung induziert während in der zweiten Empfangsspule eine kosinusförmig amplitudenmodulierte Spannung induziert wird.
Neben elektromagnetischen Resolvern, können insbesondere auch optische Resolver zum Einsatz kommen. So wird beispielsweise in der DE 10 2013 203 937 A1 ein optischer Sensor bereitgestellt, welcher bezüglich des Stators ortsfest gelagert ist und welcher einen optischen Erfassungsbereich aufweist, der auf den Rotor gerichtet ist.
Weiterhin sind Absolutwinkelsensoren auf Basis gekoppelter Spulen bekannt. So beschreibt beispielsweise die EP 0 909 955 B1 einen induktiven Winkelsensor umfassend eine Erregerspule und mehrere Empfangsspulen. Die Stärke der induktiven Kopplung zwischen Erregerspule und Empfangsspule wird von einem Geberrad in Abhängigkeit seiner Winkelposition vorgegeben.
Trotz der Vorteile der Sensorvorrichtungen des Standes der Technik beinhalten diese noch Verbesserungspotential. So ist insbesondere das Design des Geberrads häufig sehr komplex und muss unterschiedlichsten Anforderungen genügen.
Offenbarung der Erfindung
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird daher ein Sensorsystem zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements vorgeschlagen. Unter einem „Sensorsystem zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzliche eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche geeignet ist, die mindestens eine Rotationseigenschaft zu erfassen und welche beispielsweise mindestens ein elektrisches Messsignal entsprechend der erfassten Eigenschaft erzeugen kann, wie beispielsweise eine Spannung oder einen Strom. Auch Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein. Unter einer „Rotationseigenschaft“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Eigenschaft verstanden werden, welche die Rotation des rotierenden Elements zumindest teilweise beschreibt. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Winkelgeschwindigkeit, eine Drehzahl, eine Winkelbeschleunigung, eine Winkelposition oder eine andere Eigenschaften handeln, welche eine kontinuierliche oder diskontinuierliche, gleichförmige oder ungleichförmige Rotation oder Drehung des rotierenden Elements zumindest teilweise charakterisieren kann. Beispielsweise kann es sich bei der Rotationseigenschaft um eine Position, insbesondere eine Winkelposition, oder um eine Drehzahl oder um eine Kombination beider Größen handeln. Auch andere Eigenschaften und/oder andere Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein. Unter einer „Winkelposition“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein Drehwinkel einer rotationsfähigen Vorrichtung, beispielsweise des rotierenden Elements oder des Geberrads, bezüglich einer senkrecht auf der Rotationsachse stehenden Achse verstanden werden.
Das Sensorsystem kann insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einer Brennkraftmaschine oder einem Elektromotor, eingerichtet sein. Unter einem „rotierenden Element“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Element verstanden werden, welches eine Rotationsachse aufweist und um diese rotiert. Beispielsweise kann das rotierende Element eine Welle in einer Antriebsmaschine sein, beispielsweise eine Nockenwelle. Beispielsweise kann eine Winkelposition einer Nockenwelle oder eine Drehzahl einer Nockenwelle oder eine Kombination beider Größen bestimmt werden. Ferner kann es sich bei dem rotierenden Element auch um ein rotierendes Element eines Elektromotors handeln, beispielsweise um einen Rotor.
Das Sensorsystem zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse rotierenden Elements umfasst mindestens ein Geberrad und mindestens einen induktiven Positionssensor. Das Geberrad ist modular ausgestaltet und umfasst mindestens ein Kontaktelement und mindestens ein Funktionselement zur induktiven Beeinflussung des Positionssensors. Das Geberrad ist mittels des Kontaktelements mit dem rotierenden Element, insbesondere mit der Rotationsachse, insbesondere mit einer Welle, verbindbar. Weiterhin weist das Funktionselement ein Geberradprofil umfassend mindestens ein Profilelement auf. Ferner weist das Geberrad weiterhin mindestens ein Verbindungselement auf, wobei das Funktionselement und das Kontaktelement mittels des Verbindungselements verbindbar sind.
Unter einem „Geberrad“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges mit dem rotierenden Element verbindbares Bauelement verstanden werden, welches eingerichtet ist, bei Verbindung mit dem rotierenden Element pro Umdrehung des rotierenden Elements mindestens ein messbares Signal, insbesondere ein messbares Signal in dem induktiven Positionssensor, zu bewirken.
Unter einem „induktiven Positionssensor“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger Sensor verstanden werden, welcher eingerichtet ist, aufgrund von elektromagnetischer Induktion pro Umdrehung des rotierenden Elements mindestens ein messbares Signal, insbesondere mindestens ein messbares, einer Winkelposition zuordenbares Signal, zu erzeugen. Insbesondere kann das messbare Signal auf einer sich ändernden magnetischen Flussdichte beruhen. Insbesondere kann es sich bei dem messbaren Signal um das mindestens eine elektrische Messsignal des Sensorsystems handeln. Beispielsweise kann das messbare Signal mindestens ein Stromsignal und/oder mindestens ein Spannungssignal umfassen. Der induktive Positionssensor kann insbesondere eine, insbesondere mit einer Wechselspannung beaufschlagbare, Erregerspule und mindestens zwei Empfangsspulen aufweisen, welche beispielsweise auf einem gemeinsamen Schaltungsträger aufgebracht sein und insbesondere als Planarspulen ausgebildet sein können. Durch die Beaufschlagung der Erregerspule mit der Wechselspannung kann ein elektromagnetisches Wechselfeld entstehen, welches in die Empfangsspulen auf dem Schaltungsträger koppeln und dort entsprechende Wechselspannungen induzieren kann. Durch entsprechende Formung des Geberrads, insbesondere des Funktionselements, kann die Kopplung zwischen der Erregerspule und den Empfangsspulen drehwinkelabhängig beeinflussbar sein. Durch Demodulation von in den Empfangsspulen induzierten Signalen mit einem Trägersignal, insbesondere dem Signal der Erregerspule, können Betrag und Phase der Kopplung bestimmbar sein. Der Betrag kann insbesondere kontinuierlich mit der Winkelposition, insbesondere mit dem Drehwinkel, des mit dem rotierenden Element verbundenen Geberrads variieren. Eine Phasenlage kann insbesondere idealerweise 0° oder 180° betragen. Durch Multiplikation des Betrags mit dem Cosinus der Phase kann insbesondere bei Verwendung von zwei Empfangsspulen mit 90° Phasenversatz bezogen auf einen Messbereich ein Sinus-/ Cosinus-System entstehen. Bei Verwendung von drei Empfangsspulen mit typischerweise 120° Phasenversatz, insbesondere elektrischem Phasenversatz, bezogen auf den Messbereich kann ein dreiphasiges Sinussignal entstehen, welches insbesondere durch Anwendung der Clarke-Transformation in ein Sinus-/ Cosinus-System überführbar sein kann. Mit Hilfe der Arkustangens-Funktion kann dann der Drehwinkel bestimmbar sein.
Das Geberrad ist modular ausgestaltet. Unter einem „modularen Geberrad“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein Geberrad verstanden werden, welches eine Mehrzahl, insbesondere eine feste Anzahl, von Bauelementen umfasst. Insbesondere können die Bauelemente, in geeigneter Weise zusammengefügt, in ihrer Gesamtheit das Geberrad ergeben oder zumindest einen grundsätzlichen Aufbau des Geberrades erkennen lassen. Insbesondere kann jedem der Bauelemente mindestens eine bestimmte Funktion zugeordnet sein.
Unter einem „Geberradprofil“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Gesamtheit von Profilelementen und von zwischen den Profilelementen angeordneten Zwischenräumen des Geberrads, insbesondere des Funktionselements, verstanden werden. Weiterhin kann unter dem Geberradprofil auch die Anordnung, beispielsweise die Reihenfolge, der Profilelemente verstanden werden.
Unter einem „Profilelement“ des Geberrads, insbesondere des Funktionselements, kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Element verstanden werden, welches als Bestandteil des Geberrads, insbesondere des Funktionselements, dazu beiträgt, bei Verbindung des Geberrads, insbesondere des Funktionselements, mit dem rotierenden Element pro Umdrehung des rotierenden Elements das mindestens eine messbare Signal, insbesondere das elektrische Messsignal, zu bewirken. Insbesondere kann es sich bei dem Profilelement um
Unter einem „Kontaktelement“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Bauelement verstanden werden, mittels dessen eine Verbindung zwischen dem rotierenden Element und mindestens einem weiteren Objekt herstellbar ist. Dabei kann das Kontaktelement eingerichtet sein, die Verbindung zwischen dem rotierenden Element und dem weiteren Objekt mithilfe unterschiedlicher Mittel und/oder Methoden und/oder Verfahren herzustellen. Insbesondere kann das Kontaktelement für die Verbindung des rotierenden Elements mit dem weiteren Objekte, insbesondere dem Verbindungselement, mit dem rotierenden Element und dem weiteren Objekten, insbesondere dem Verbindungselement, in direktem Kontakt stehen, insbesondere beide Objekte berühren, während sich die beiden verbundenen Objekte beispielsweise nicht berühren. Alternativ können sich das rotierenden Element und das weitere Objekt, insbesondere das Verbindungselement, jedoch auch direkt gegenseitig berühren, wenn sie mittels des Kontaktelements verbunden sind.
Unter einem „Funktionselement“ kann im Rahmen der vorliegenden grundsätzlich ein beliebiges Bauelement verstanden werden, welches mindestens eine Funktion, insbesondere eine Funktion in einem Verband von Bauelementen, erfüllt. Insbesondere kann das Funktionselement eine hauptsächliche Funktion des Verbandes von Bauelementen erfüllen. So ist das Funktionselement des Geberrads zur induktiven Beeinflussung des Positionssensors eingerichtet und kann damit wesentlich zu der Funktion des Geberrads beitragen, pro Umdrehung des rotierenden Elements mindestens ein messbares Signal, insbesondere ein messbares Signal in dem induktiven Positionssensor, zu bewirken.
Unter einer „induktiven Beeinflussung“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Veränderung mindestens einer elektrischen oder magnetischen, insbesondere elektromagnetischen, Größe oder Eigenschaft verstanden werden, insbesondere eine beliebige Veränderung der magnetischen Flussdichte. Die Veränderung der elektrischen oder magnetischen, insbesondere elektromagnetischen, Größe oder Eigenschaft kann sich insbesondere auf den induktiven Positionssensor auswirken, beispielsweise auf die Erzeugung oder die Stärke des messbaren Signals des induktiven Positionssensors.
Unter dem Begriff „verbindbar“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich verstanden werden, dass zwei Objekte in räumliche Nähe zueinander gebracht und in räumlicher Nähe zueinander fixiert werden können. Dies kann grundsätzlich mithilfe eines weiteren Objekts erfolgen, welches die Verbindung herstellen, gewährleisten und/oder aufrechterhalten. Die Verbindung der verbindbaren Objekte kann jedoch auch in Abwesenheit eines weiteren Objektes erfolgen oder mittels eines zeitlich begrenzten Einsatzes eines weiteren Objektes, wie beispielsweise eines Werkzeugs. Insbesondere können die beiden verbindbaren Objekte in direktem physischen Kontakt miteinander stehen, wenn sie verbunden sind. Die beiden verbindbaren Objekte können jedoch auch derart miteinander verbindbar sein, dass sie keinen direkten physischen Kontakt miteinander aufweisen, auch wenn sie verbunden sind. Beispielsweise können die beiden verbindbaren Objekte indirekt in Kontakt miteinander stehen, insbesondere indem die beiden verbindbaren Objekte mit dem weiteren Objekt in Kontakt stehen, wenn sie, insbesondere mittels des weiteren Objekts, verbunden sind. Weiterhin können die beiden verbindbaren Objekte lösbar miteinander verbindbar sein, so dass die beiden Objekte miteinander verbunden und anschließend wieder getrennt werden können, ohne bei der Trennung Schaden zu nehmen. Die verbindbaren Objekte können jedoch auch derart miteinander verbindbar sein, dass die Verbindung der beiden Objekte irreversibel ist. Insbesondere kann eine Trennung der beiden Objekte eine Beschädigung mindestens eines der beiden Objekte mit sich bringen.
Unter einem „Verbindungselement“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Bauelement verstanden werden, mittels dessen eine Verbindung zwischen mindesten zwei Objekten, insbesondere zwischen dem Kontaktelement und dem Funktionselement, herstellbar ist. Dabei kann das Verbindungselement eingerichtet sein, die Verbindung zwischen den zwei Objekten mithilfe unterschiedlicher Mittel und/oder Methoden und/oder Verfahren herzustellen. Insbesondere kann das Verbindungselement für die Verbindung der beiden Objekte mit den Objekten in direktem Kontakt stehen, insbesondere beide Objekte berühren, während sich die beiden verbundenen Objekte beispielsweise nicht berühren. Alternativ können sich die beiden Objekte jedoch auch direkt gegenseitig berühren, wenn sie mittels des Verbindungselements verbunden sind.
Das Geberrad umfasst mindestens ein Kontaktelement, mindestens ein Funktionselement und mindestens Verbindungselement. Das Kontaktelement, das Funktionselement und das Verbindungselement können jeweils als separate Bauteile ausgestaltet sein.
Das Kontaktelement kann rotationssymmetrisch, insbesondere bezüglich der Rotationsachse, ausgestaltet sein. Insbesondere kann das Kontaktelement in einer Ebene senkrecht zu der Rotationsachse einen Querschnitt mit einer Form aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Kreis; einem Viereck, insbesondere einem Quadrat; einem Vieleck, insbesondere einem Isogon, beispielsweise einem gleichmäßigen Sechseck oder einem gleichmäßigen Achteck. Das Kontaktelement kann insbesondere ringförmig oder rohrförmig oder als gerades Prisma mit zwei einander gegenüberliegenden, offenen Deckflächen ausgestaltet sein. Weiterhin kann das Kontaktelement die Rotationsachse des rotierenden Elements, insbesondere die Welle, umfangsseitig umschließen, insbesondere spielfrei umfangsseitig umschließen. Das Kontaktelement kann insbesondere ringförmig ausgestaltet sein. Insbesondere kann das ringförmige Kontaktelement die Rotationsachse des rotierenden Elements, insbesondere die Welle, ringförmig umschließen, insbesondere spielfrei ringförmig umschließen.
Eine Verbindung des Kontaktelements mit dem rotierenden Element kann insbesondere stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig erfolgen. Das Kontaktelement kann mindestens eine Kontaktinnenfläche aufweisen, wobei die Kontaktinnenfläche bei Verbindung des Kontaktelements mit dem rotierenden Element das rotierende Element berührt. Die Kontaktinnenfläche kann insbesondere glatt ausgestaltet sein. Alternativ kann die Kontaktinnenfläche aber auch uneben ausgestaltet sein. Insbesondere kann die Kontaktinnenfläche mindestens eine Nut und/oder mindestens eine Fräsung aufweisen. Das Kontaktelement kann mit dem rotierenden Element verbindbar sein mittels mindestens einer Methode ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aufpressen; Kleben; Schrauben; Nieten; Schweißen; Reibschweißen.
Das Sensorsystem weist weiterhin ein Verbindungselement auf. Insbesondere kann das Verbindungselement rotationssymmetrisch, insbesondere bezüglich der Rotationsachse, ausgestaltet sein. Weiterhin kann auch das Verbindungselement insbesondere ringförmig ausgestaltet sein. Weiterhin kann das ringförmige Verbindungselement das Kontaktelement ringförmig umschließen, insbesondere spielfrei ringförmig umschließen. Ferner kann das Funktionselement als kreisringförmige Scheibe, insbesondere als durchgängige, kreisringförmige Scheibe, ausgestaltet sein. Das Verbindungselement kann insbesondere mindestens eine Halterung zur Verankerung des Funktionselements aufweisen. Insbesondere kann die Halterung ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einer Vertiefung; einer umfangsseitigen Ringnut; einen Vorsprung. Beispielsweise kann die Halterung in Form einer oder mehrere Vertiefungen ausgestaltet sein, welche in axialer Richtung beidseitig durch jeweils mindestens ein Überhangelement begrenzt sein können. Insbesondere kann das Überhangelement das Funktionselement in axialer Richtung überragen. Zur Verankerung des Funktionselements in der Vertiefung kann das Funktionselement mindestens eine Erhebung, beispielsweise einen Zahn, aufweisen. Weiterhin kann das Verbindungselement insbesondere mindestens eine umfangsseitige Ringnut aufweisen, wobei die kreisringförmige Scheibe in der Ringnut verankerbar sein kann. Insbesondere kann die Ringnut in axialer Richtung beidseitig durch jeweils mindestens ein Überhangelement, insbesondere ein ringförmiges Überhangelement begrenzt sein. Insbesondere kann das Verbindungselement bei Verbindung mit dem Funktionselement das Funktionselement in axialer Richtung beidseitig überragen. Weiterhin kann die Halterung mindestens einen Vorsprung des Verbindungselements umfassen, welcher zur Verankerung des Funktionselements insbesondere in mindestens eine Öffnung des Funktionselements greifen kann, insbesondere unter Bildung mindestens eines Formschlusses.
Weiterhin kann das Verbindungselement mindestens eine Abschlussfläche aufweisen, welche insbesondere kreisringförmig ausgestaltet sein kann. Die Abschlussfläche kann insbesondere eigerichtet sein, das Funktionselement zu fixieren und/oder das Funktionselement gegenüber der Rotationsachse auszurichten. Insbesondere kann die Abschlussfläche eigerichtet sein, das Funktionselement gegenüber der Rotationsachse derart auszurichten, dass das sich Funktionselement senkrecht zu der Rotationsachse erstreckt. Insbesondere kann die Ausrichtungsfläche senkrecht zu der Rotationsachse verlaufen.
Das Verbindungselement kann mit dem Kontaktelement stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder reibschlüssig verbindbar sein. Ferner kann das Verbindungselement mit dem Kontaktelement verbindbar sein mittels mindestens einer Methode ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Kleben; Nieten; Schrauben; Verkrallen. Unter einem „Verkrallen“ von zwei Objekten kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich verstanden werden, dass die beiden Objekte an ihren sich berührenden Oberflächen eine Vielzahl von Formschlüssen, insbesondere mikroskopisch kleinen Formschlüssen, aufweisen. So kann beispielsweise das eine Objekt; insbesondere das Kontaktelement, eine Vielzahl von Löchern, Nuten, Schlitzen und/oder anderen Vertiefungen, beispielsweise in Form von regelmäßigen oder unregelmäßigen Vielecken, aufweisen, welche beispielsweise von Kunststoff in flüssiger Form ausgefüllt werden können, und welche den Kunststoff in ausgehärteter Form, insbesondere das andere Objekt umfassend den Kunststoff, aufgrund von Formschlüssen halten und/oder fixieren. Insbesondere kann das Verbindungselement mindestens einen Kunststoff umfassen, beispielsweise Duroplast und/oder Thermoplast. Das Kontaktelement kann insbesondere Stahl umfassen.
Das Verbindungselement kann auch mit dem Funktionselement stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder reibschlüssig verbindbar sein. Das Verbindungselement kann mit dem Funktionselement insbesondere in axialer Richtung und in radialer Richtung stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder reibschlüssig verbindbar sein. Das Verbindungselement kann mit dem Funktionselement verbindbar sein insbesondere mittels mindestens einer der Methoden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Kleben; Heißverstemmen; Verkrallen.
Das Sensorsystem weist weiterhin ein Funktionselement auf. Das Funktionselement kann insbesondere rotationssymmetrisch ausgestaltet sein. Insbesondere kann das Funktionselement rotationssymmetrisch bezüglich der Rotationsachse, insbesondere bei Verbindung des Geberrads mit dem rotierenden Element, ausgestaltet sein. Weiterhin kann auch das Geberrad rotationssymmetrisch, insbesondere rotationssymmetrisch bezüglich der Rotationsachse, ausgestaltet sein. Wie weiter oben bereits beschrieben kann das Funktionselement insbesondere als kreisringförmige Scheibe, insbesondere als durchgängige, kreisringförmige Scheibe, ausgestaltet sein. Unter einer „durchgängigen, kreisringförmigen Scheibe“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Scheibe mit kreisförmiger Kontur verstanden werden, welche abgesehen von einer zentralen, vorzugsweise rotationssymmetrischen, insbesondere kreisförmigen, Aussparung zur Formung des Kreisrings durchgängig ist, insbesondere keine weiteren Aussparungen oder Löcher aufweist. Das Funktionselement kann eine kreisförmige Kontur aufweisen. Insbesondere kann das Funktionselement eine kreisförmige Kontur aufweisen und als durchgehende kreisringförmige Scheibe ohne Löcher oder Aussparungen ausgestaltet sein. Unter einer „Kontur“ eines Objekts kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Umrisslinie des Objekts, insbesondere die Umrisslinie einer Projektion des Objekts, verstanden werden. Insbesondere kann das Funktionselement mindestens eine Leiterplatte umfassen. Insbesondere kann das Funktionselement das Verbindungselement umfangsseitig kreisringförmig umschließen. Ferner kann das Funktionselement mindestens eine Kunststoffscheibe, sowie mindestens eine gestanzte Folie umfassen. Insbesondere kann die Folie elektrisch leitfähig sein.
Das Funktionselement weist das Geberradprofil umfassend das mindestens eine Profilelement auf. Insbesondere kann das Profilelement kreisringsegmentförmig ausgestaltet sein. Weiterhin kann Funktionselement eine Vielzahl von Profilelementen umfassen. Insbesondere kann die Vielzahl der Profilelemente gleicher einer ganzen Zahl p sein. Weiterhin kann eine Summe von Öffnungswinkeln α₁ und α₂ von jeweils zwei benachbarten Profilelementen 360°/p ergeben: $α_{1} + α_{2} = 360 ° / p$
Insbesondere können die Öffnungswinkel α₁ und α₂ von zwei benachbarten Profilelementen jeweils gleich groß sein. Insbesondere kann die Zahl p gleich der Anzahl von Polpaaren einer elektrischen Maschine sein.
Insbesondere können die benachbarten Profilelemente sich jeweils in einer elektrischen Leitfähigkeit unterscheiden. Insbesondere kann sich ein elektrisch leitfähiges Profilelement jeweils mit einem elektrisch nicht leitfähigen Profilelement abwechseln. Weiterhin kann das mindestens eine Profilelement mindestens ein Material umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminium; Stahl; Kupfer; Gold; Kunststoff; einem Verbundwerkstoff umfassend Epoxidharz und Glasfasergewebe, insbesondere FR-4; Keramik. Ferner kann eine Dicke des Profilelements, insbesondere des leitfähigen Materials des leitfähigen Profilelements, 10 µm bis 50 mm, bevorzugt 50 µm bis 20 mm betragen.
Das Sensorsystem weist den induktiven Positionssensor auf, welcher die mindestens eine Erregerspule und die mindestens zwei Empfangsspulen aufweisen kann. Die Erregerspule und die Empfangsspulen können insbesondere, wie in DE 10 2017 210 655.7 , eingereicht am 23.06.2017, beschrieben, ausgestaltet sein. Die Empfängerspulen können die Rotationsachse in einer Umfangsrichtung im Wesentlichen vollständig umlaufen, wobei jede Empfängerspule durch eine Mehrzahl benachbarter Teilwindungen gebildet ist, wobei benachbarte Teilwindungen bezüglich der Stromlaufrichtung gegensätzlich orientiert sind. Dabei kann jede Teilwindung bezüglich einer radialen Richtung, die sich von der Rotationsachse nach außen erstreckt, gebildet sein aus Abschnitten von wenigstens zwei nach links gekrümmten kreisbogenförmigen Leiterbahnen und aus Abschnitten von wenigstens zwei nach rechts gekrümmten kreisbogenförmigen Leiterbahnen. Alle linksgekrümmten und alle rechtsgekrümmten Leiterbahnen können denselben Krümmungsradius aufweisen. Alle linksgekrümmten Leiterbahnen und alle rechtsgekrümmten Leiterbahnen können sich zwischen zwei konzentrischen Kreisen um die Rotationsachse erstrecken, einem ersten Kreis mit einem ersten Radius und einem zweiten Kreis mit einem zweiten Radius. Weiterhin kann ein dritter Kreis gegeben sein, der konzentrisch zum ersten Kreis gelegen ist und einen dritten Radius aufweist, der sich aus dem Mittelwert des ersten Radius und des zweiten Radius ergibt. Insbesondere kann eine erste rechtsgekrümmte Leiterbahn durch drei Punkte verlaufen: durch einen ersten Punkt, der auf dem ersten Kreis liegt; durch einen zweiten Punkt, der auf dem dritten Kreis liegt und in Umfangsrichtung um ein Viertel des Messbereichs gegenüber dem ersten Punkt verdreht ist; und durch einen dritten Punkt, der auf dem zweiten Kreis liegt und in Umfangsrichtung um die Hälfte des Messbereichs gegenüber dem ersten Punkt verdreht ist. Die weiteren rechtsgekrümmten Leiterbahnen können sich ergeben aus der verfolgenden rechtsgekrümmten Leiterbahn durch eine Drehung um die Drehachse um die Hälfte des Messbereichs in Umfangsrichtung. Die linksgekrümmten Leiterbahnen können sich ergeben durch Spiegelungen der rechtsgekrümmten Leiterbahnen jeweils an einer Radiallinie, die sich von der Drehachse durch den Schnittpunkt der jeweiligen rechtsgekrümmten Leiterbahn mit dem dritten Kreis erstreckt. Eine Teilwindung einer Empfängerspule kann dabei als ein Teil der Empfängerspule definiert sein, der von Leiterbahnen der Empfängerspule umgeben ist, die sich nicht gegenseitig schneiden. Die Orientierung einer Teilwindung kann sich bestimmen über einen Stromfluss durch die Empfängerspule. Gegenläufig orientierte Teilwindungen können bei einem Stromfluss durch die Empfängerspule jeweils gegenläufig Stromflüsse aufweisen, d.h. bei einer Teilwindung mit einer ersten Orientierung kann der Strom im Uhrzeigersinn bzw. nach rechts durch die Teilwindung laufen, bei einer Teilwindung mit einer zweiten, gegenläufigen Orientierung kann der Strom gegen den Uhrzeigersinn bzw. nach links durch die Teilwindung laufen. Eine Teilwindung kann lediglich beispielhaft wie eine Raute mit gekrümmten Seitenflächen aufgebaut sein. Die vier Seitenflächen einer solchen Raute können z.B. durch je zwei Teilstücke zweier linksgekrümmten Leiterbahnen und zweier rechtsgekrümmter Leiterbahnen ausgebildet sein. Beispielsweise kann dabei die Stromlaufrichtung in wenigstens zwei Abschnitten der linksgekrümmten Leiterbahnen, die eine Teilwindung bilden, einander entgegengesetzt sein. Ebenso kann die Stromlaufrichtung in wenigstens zwei Abschnitten der rechtsgekrümmten Leiterbahnen, die eine Teilwindung bilden, einander entgegengesetzt sein. Der Aufbau der Teilwindungen ist dabei so zu verstehen, dass eine gedachte gerade Linie, die von der Rotationsachse ausgeht und in radialer Richtung verläuft, eine nach links und eine nach rechts gekrümmte kreisbogenförmige Leiterbahn der Empfängerspule schneidet, wenn die gerade Linie durch das Innere der Empfängerspule verläuft. Auf diese Weise kann z.B. auch erreicht werden, dass die Amplitude der in der Empfängerspule induzierten Wechselspannung bzw. das Messsignal im Wesentlichen als Sinusfunktion von dem Drehwinkel abhängt.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung des weiter oben bereits beschriebenen Sensorsystems vorgeschlagen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

a) Bereitstellen des mindestens einen induktiven Positionssensors;
b) Bereitstellen des mindestens einen Kontaktelements, des mindestens einen Funktionselements sowie des mindestens einen Verbindungselements; und
c) Verbinden des Kontaktelements und des Funktionselements mittels des Verbindungselements zu dem Geberrad.

Für mögliche Definitionen und optionale Ausgestaltungen kann auf die obige Beschreibung des Sensorsystems verwiesen werden. Weiterhin kann in Schritt c) insbesondere mindestens eines der folgenden Verfahren zum Einsatz kommen, um das Verbindungselement mit dem Kontaktelement zu verbinden: Kleben; Nieten; Schrauben; Verkrallen. Weiterhin kann in Schritt c) insbesondere mindestens eines der folgenden Verfahren zum Einsatz kommen, um das Verbindungselement mit dem Funktionselement zu verbinden: Kleben; Heißverstemmen; Verkrallen.
Insbesondere kann durch das Verbinden des Verbindungselements mit dem Kontaktelement und dem Funktionselement das Kontaktelement mit dem Funktionselement verbunden werden.
Die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren weisen gegenüber bekannten Vorrichtungen und Verfahren zahlreiche Vorteile auf. Insbesondere kann es sein, dass das Kontaktelement, das Funktionselement und das Verbindungselement, insbesondere die einzelnen Elemente des Geberrads, unabhängig voneinander optimiert werden können und ferner nicht im selben Prozess und/oder in einem Schritt hergestellt werden müssen. Dieses Konzept kann insbesondere auch als Baukastenkonzept bezeichnet werden. Weiterhin kann es möglich sein, dass das Kontaktelement als Standardteil ausgeführt werden kann. Insbesondere kann es möglich sein, dass verschiedenen Geberrädern sich lediglich in dem Funktionselement unterscheiden, insbesondere eine Varianz lediglich über das Funktionselement entsteht. Ferner kann es möglich sein, dass das beschriebene Baukastenkonzept sehr kostengünstig ist. Weiterhin kann es möglich sein, dass durch das Geberrad, insbesondere das Funktionselement die kreisförmige Kontur das Geberrad eine Geräuschentwicklung unterdrückt wird. Weiterhin kann es möglich sein, dass das vorgeschlagene Sensorsystem aufgrund eines induktiven Messprinzips des induktiven Positionssensors nicht beeinflusst wird von Fremdmagnetfeldern, welche beispielsweise in Folge von hohen Strömen innerhalb von Kabeln entstehen können, die in Sensornähe angeordnet sein können. Weiterhin kann es möglich sein, dass das Sensorsystem aufgrund des induktiven Messprinzips des induktiven Positionssensors aufgrund einer hohen Trägerfrequenz praktisch nicht drehzahlbegrenzt ist. Weiterhin kann es möglich sein, dass das Sensorsystem insbesondere aufgrund des induktiven Messprinzips des induktiven Positionssensors keinen teuren Magneten benötigt. Weiterhin kann es möglich sein, dass das Sensorsystem einen geringen Bauraum benötigt.
Figurenliste
Weitere Einzelheiten und optionale Merkmale der Erfindung sind in den Ausführungsbeispielen dargestellt, welche in den nachfolgenden Zeichnungen schematisch gezeigt sind.
Es zeigen:

1 eine Anordnung eines Sensorsystems an einer elektrischen Maschine;
2 eine Detailansicht des an der elektrischen Maschine angeordneten Sensorsystems;
3A, 3B und 3C ein Geberrad in einer Vorderansicht (3A) und in zwei möglichen Schnittansichten (3B und 3C);
4A, 4B, 4C und 4D das Geberrad in einer weiteren Ausführungsform in einer Vorderansicht (4A), zwei möglichen Schnittansichten (4B und 4C) sowie einer Detailansicht eines Ausschnitts; und
5 ein Verfahren zur Herstellung des Sensorsystems.

Ausführungsformen der Erfindung
Ein Sensorsystem 110 zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse 112 rotierenden Elements 114 umfasst mindestens ein Geberrad 116 und mindestens einen induktiven Positionssensor 118. Das Geberrad 116 ist modular ausgestaltet und umfasst mindestens ein Kontaktelement 120 und mindestens ein Funktionselement 122 zur induktiven Beeinflussung des Positionssensors 118. Das Geberrad 116 ist mittels des Kontaktelements 120 mit dem rotierenden Element 114, insbesondere mit der Rotationsachse 112, insbesondere mit einer Welle 124, verbindbar. Weiterhin weist das Funktionselement 122 ein Geberradprofil 126 umfassend mindestens ein Profilelement 128 auf. Ferner weist das Geberrad 116 weiterhin mindestens ein Verbindungselement 130 auf, wobei das Funktionselement 122 und das Kontaktelement 120 mittels des Verbindungselements 130 verbindbar sind.
1 zeigt eine Anordnung des Sensorsystems 110 an einer elektrischen Maschine 132, umfassend einen Permanentmagneten 134 und ein zylinderförmig um den Permanentmagneten 134 angeordnetes Statorspulenpaket 136. Die Welle 124 kann die Rotationsachse 112 umfassen. Insbesondere kann es sich bei der elektrischen Maschine 132 um eine permanent erregte Synchronmaschine 133 handeln. Insbesondere kann die Welle 124 den Permanentmagneten 134 tragen. Ein Abtrieb befindet sich in dem beispielhaft dargestellten Fall in negativer z-Richtung und ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht weiter dargestellt. Auf einer dem Abtrieb entgegengesetzten Seite kann sich ein B-Lager 138 befinden, welches die Welle 124 aufnehmen kann, wie in 1 zu sehen. Das B-Lager 138 kann mit einem B-Lagerschild 140 verbunden sein, welches den induktiven Positionssensor 118 halten kann. Zwischen dem B-Lager 138 und dem Positionssensor 118 kann das Geberrad 116 angeordnet sein, welches mit der Welle 124 verbunden sein und sich mit dieser mit drehen kann. Der induktive Positionssensor 118 kann über ein Kabel 142 mit einer Ansteuer- und Auswerteeinheit 144 verbunden sein, welche insbesondere eine Spannungsversorgung des Positionssensors 118 bereitstellen kann. Weiterhin kann die Ansteuer- und Auswerteeinheit 144 insbesondere eingerichtet sein, mindestens zwei demodulierte Empfangsspulensignale des induktiven Positionssensors 118 weiterzuverarbeiten und daraus eine Winkelposition des rotierenden Elements 114 zu berechnen. 2 zeigt eine Detailansicht des an der elektrischen Maschine 132 angeordneten Sensorsystems 110. Das Sensorsystem 110 weist den induktiven Positionssensor 118 und das Geberrad 116 auf. Der modulare Aufbau des Geberrads ist in 2 nicht dargestellt. Der induktive Positionssensor 118 kann insbesondere einen Schaltungsträger 146, beispielsweise eine Leiterplatte 148, umfassen, welcher hier nicht dargestellte Spulen, beispielsweise mindestens eine Erregerspule und mindestens zwei Empfängerspulen, tragen kann.
Weiterhin kann der Schaltungsträger 146 die Welle 124 im Wesentlichen kreisringförmig umlaufen kann und dabei bevorzugt einen Winkelbereich von 360° abdecken, wie in 2 zu sehen. Der Schaltungsträger 146, insbesondere die Leiterplatte 148, kann weiterhin mindestens einen ASIC umfassen sowie mindestens ein Halterungselement 152, an welchem das Kabel 142 befestigt sein kann. Hierbei steht ASIC als auch im Deutschen gebräuchliche Abkürzung des englischen Ausdrucks „application-specific integrated circuit“ für eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung. Das Halterungselement 152 kann beispielsweise Bohrungen für Rammkontakte, einen aufgelöteten Stecker oder Pads umfassen, mit denen das Kabel 142 mit dem Schaltungsträger 146, insbesondere der Leiterplatte 148, insbesondere durch einen Lötprozess verbunden sein kann. Das Kabel 300 kann insbesondere der Spannungsversorgung des ASICs 150 sowie einem Übertragen der mindestens zwei demodulierten Empfangsspulensignale zu der Ansteuer- und Auswerteeinheit 144 dienen.
Wie in 2 ferner zu sehen ist, kann der Positionssensor 118 zumindest teilweise mit einer Verpackung 154 versehen sein. Die Verpackung 154 kann insbesondere als Spanschutz dienen und/oder zu einer ausreichend hohen mechanischen Festigkeit beitragen. Die Verpackung 154 kann durch Einsatz mindestens eines der folgenden Verfahren herstellbar sein: Direct injection molding; Transfermolden mit Duroplast; Thermoplastspritzen; Vergießen. Die Verpackung 154 kann den induktiven Positionssensor 118 ganz oder teilweise umgeben. Insbesondere kann die Verpackung alle Komponenten des induktiven Positionssensors 118 ganz oder teilweise umgeben. Weiterhin kann die Verpackung 154 bevorzugt mindestens eine Bohrung und/oder mindestens eine Aussparungen 156 umfassen, durch die der induktive Positionssensor 118 am B-Lagerschild 140 verankerbar sein kann, beispielsweise mittels mindestens einer Schraubverbindung 206 am. Alternativ oder zusätzlich kann der induktive Positionssensor 118 auch mit Clips, mit mindestens einer Klebverbindung oder weiteren Verfahren am B-Lagerschild 140 angebracht sein.
Die 3A, 3B und 3C zeigen das modular ausgestaltete Geberrad 116 in einer Vorderansicht (3A) und in zwei möglichen Schnittansichten entlang der Schnittachse A-A (3B) sowie entlang der Schnittachse B-B (3C). Das Geberrad 116 umfasst mindestens ein Kontaktelement 120, mindestens ein Funktionselement 122 und mindestens Verbindungselement 130. Das Kontaktelement 120, das Funktionselement 122 und das Verbindungselement 130 können jeweils als separate Bauteile ausgestaltet sein.
Das Kontaktelement 120 kann rotationssymmetrisch, insbesondere bezüglich der Rotationsachse 112, ausgestaltet sein. Insbesondere kann das Kontaktelement 120 in einer Ebene senkrecht zu der Rotationsachse 112 einen Querschnitt in Form eines Kreises aufweisen, wie beispielsweise in 3A zu sehen. Alternative kann das Kontaktelement 120 in einer Ebene senkrecht zu der Rotationsachse 112 aber auch einen Querschnitt in einer anderen Form aufweisen, beispielsweise in Form eines Vierecks, insbesondere eines Quadrats; eines Vielecks, insbesondere eines Isogons, beispielsweise eines gleichmäßigen Sechseck oder eines gleichmäßigen Achtecks. Das Kontaktelement 120 kann insbesondere ringförmig oder rohrförmig ausgestaltet sein, wie in den 3A, 3B und 3C oder in den 4A, 4B und 4C zu sehen. Das Kontaktelement 120 kann jedoch auch beispielsweise als gerades Prisma mit zwei einander gegenüberliegenden, offenen Deckflächen ausgestaltet sein. Weiterhin kann das Kontaktelement 120 die Rotationsachse 112 des rotierenden Elements 114, insbesondere die Welle 124, umfangsseitig umschließen, insbesondere spielfrei umfangsseitig umschließen. Das Kontaktelement 120 kann insbesondere ringförmig ausgestaltet sein, wie insbesondere in den 3A und 4A dargestellt. Insbesondere kann das ringförmige Kontaktelement 120 die Rotationsachse 112 des rotierenden Elements 114, insbesondere die Welle 124, ringförmig umschließen, insbesondere spielfrei ringförmig umschließen.
Eine Verbindung des Kontaktelements 120 mit dem rotierenden Element 114 kann insbesondere stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig erfolgen. Das Kontaktelement 120 kann mindestens eine Kontaktinnenfläche 160 aufweisen, wobei die Kontaktinnenfläche 160 bei Verbindung des Kontaktelements 120 mit dem rotierenden Element 114 das rotierende Element 114 berühren kann, wie insbesondere in den 3A bis 3C sowie 4A bis 4C zu sehen. Die Kontaktinnenfläche 160 kann insbesondere glatt ausgestaltet sein. Alternativ kann die Kontaktinnenfläche 160 aber auch uneben ausgestaltet sein. Insbesondere kann die Kontaktinnenfläche 160 mindestens eine Nut und/oder mindestens eine Fräsung aufweisen. Das Kontaktelement 120 kann mit dem rotierenden Element 114 verbindbar sein mittels mindestens einer Methode ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aufpressen; Kleben; Schrauben; Nieten; Schweißen; Reibschweißen.
Das Sensorsystem 110 weist weiterhin ein Verbindungselement 130 auf. Insbesondere kann das Verbindungselement 130 rotationssymmetrisch, insbesondere bezüglich der Rotationsachse 112, ausgestaltet sein, wie insbesondere in den 3A bis 3C und 4A bis 4C zu sehen. Weiterhin kann auch das Verbindungselement 130 insbesondere ringförmig ausgestaltet sein. Weiterhin kann das ringförmige Verbindungselement 130 das Kontaktelement 120 ringförmig umschließen, insbesondere spielfrei ringförmig umschließen, wie beispielsweise in der 3A zu sehen. Ferner kann das Funktionselement 122 als kreisringförmige Scheibe 162, insbesondere als durchgängige, kreisringförmige Scheibe 162, ausgestaltet sein. Das Verbindungselement 130 kann insbesondere mindestens eine Halterung 163 zur Verankerung des Funktionselements 122 aufweisen. Insbesondere kann die Halterung 163 ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einer Vertiefung 164; einer umfangsseitigen Ringnut; einem Vorsprung 165. Wie in den 3B und 3C gezeigt, kann die Halterung 163 beispielsweise in Form einer oder mehrere Vertiefungen 164 ausgestaltet sein, wobei die kreisringförmige Scheibe 162 in den Vertiefungen 164 verankerbar sein kann. Zur Verankerung des Funktionselements 122 in der Vertiefung 164 kann das Funktionselement 122 mindestens eine Erhebung 167, beispielsweise einen Zahn, aufweisen. Insbesondere können die Vertiefungen 164 in axialer Richtung beidseitig durch jeweils mindestens ein Überhangelement 166 begrenzt sein. Insbesondere kann das Überhangelement 166 das Funktionselement 122 in axialer Richtung, insbesondere beidseitig, überragen. Weiterhin kann das Verbindungselement 130 insbesondere mindestens eine umfangsseitige Ringnut aufweisen (nicht gezeigt), wobei die kreisringförmige Scheibe in der Ringnut verankerbar sein kann. Insbesondere kann die Ringnut in axialer Richtung beidseitig durch jeweils mindestens ein Überhangelement 166, insbesondere ein ringförmiges Überhangelement begrenzt sein. Insbesondere kann das Verbindungselement 130 bei Verbindung mit dem Funktionselement 122 das Funktionselement 122 in axialer Richtung beidseitig überragen.
Die 4A bis 4D zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel des Geberrads 116. Wie dort zu sehen, kann die Halterung 163 mindestens einen Vorsprung 165 des Verbindungselements 130 umfassen, welcher zur Verankerung des Funktionselements 122 insbesondere in mindestens eine Öffnung 169 des Funktionselements greifen kann, insbesondere unter Bildung mindestens eines Formschlusses. Weiterhin kann das Verbindungselement 130 mindestens eine Abschlussfläche 168 aufweisen, welche insbesondere kreisringförmig ausgestaltet sein kann. Die Abschlussfläche 168 kann insbesondere eigerichtet sein, das Funktionselement 122 zu fixieren und/oder das Funktionselement 122 gegenüber der Rotationsachse 112 auszurichten. Insbesondere kann die Abschlussfläche 168 eigerichtet sein, das Funktionselement 122 gegenüber der Rotationsachse 112 derart auszurichten, dass das sich Funktionselement 122 senkrecht zu der Rotationsachse 112 erstreckt. Insbesondere kann die Ausrichtungsfläche 168 senkrecht zu der Rotationsachse 112 verlaufen.
Das Verbindungselement 130 kann mit dem Kontaktelement 120 stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder reibschlüssig verbindbar sein. Insbesondere kann das Verbindungselement 130 mit dem Kontaktelement 120 verbindbar sein mittels mindestens einer Methode ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Kleben; Nieten; Schrauben; Verkrallen. Insbesondere kann das Verbindungselement 130 mindestens einen Kunststoff umfassen, beispielsweise Duroplast und/oder Thermoplast. Das Kontaktelement 120 kann insbesondere Stahl umfassen.
Das Verbindungselement 130 kann auch mit dem Funktionselement 122 stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder reibschlüssig verbindbar sein. Das Verbindungselement 130 kann mit dem Funktionselement 122 insbesondere in axialer Richtung und in radialer Richtung stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder reibschlüssig verbindbar sein. Das Verbindungselement 130 kann mit dem Funktionselement 120 verbindbar sein insbesondere mittels mindestens einer der Methoden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Kleben; Heißverstemmen; Verkrallen. 4D zeigt beispielhaft das in das Funktionselement 122 mittels Formschluss verkrallte Verbindungselement 130.
Das Sensorsystem 11 weist das Funktionselement 122 auf. Das Funktionselement 122 kann insbesondere rotationssymmetrisch ausgestaltet sein, wie in den 3A und 4A zu sehen. Insbesondere kann das Funktionselement 122 rotationssymmetrisch bezüglich der Rotationsachse 112, insbesondere bei Verbindung des Geberrads 116 mit dem rotierenden Element 114, beispielsweise der Welle 124, ausgestaltet sein. Weiterhin kann auch das Geberrad 116 rotationssymmetrisch, insbesondere rotationssymmetrisch bezüglich der Rotationsachse 112, ausgestaltet sein. Wie weiter oben bereits beschrieben kann das Funktionselement 122 insbesondere als kreisringförmige Scheibe 162, insbesondere als durchgängige, kreisringförmige Scheibe 162, ausgestaltet sein. Das Funktionselement 122 kann eine kreisförmige Kontur 170 aufweisen, wie in den 3A und 4A zu sehen. Insbesondere kann das Funktionselement 122 eine kreisförmige Kontur 170 aufweisen und als durchgehende, kreisringförmige Scheibe162 ohne Löcher oder Aussparungen ausgestaltet sein. Insbesondere kann das Funktionselement 122 mindestens eine Leiterplatte 148 umfassen. Insbesondere kann das Funktionselement 122 das Verbindungselement 130 umfangsseitig kreisringförmig umschließen. Ferner kann das Funktionselement 122 mindestens eine Kunststoffscheibe, sowie mindestens eine gestanzte Folie umfassen. Insbesondere kann die Folie elektrisch leitfähig sein.
Das Funktionselement 122 weist das Geberradprofil 126 umfassend das mindestens eine Profilelement 128 auf. Insbesondere kann das Profilelement 128 kreisringsegmentförmig ausgestaltet sein, wie in den 3A und 4A gezeigt. Weiterhin kann Funktionselement 122 eine Vielzahl von Profilelementen 128 umfassen. Insbesondere kann die Vielzahl der Profilelemente 128 gleicher einer ganzen Zahl p sein. Weiterhin kann eine Summe von Öffnungswinkeln α₁ und α₂ von jeweils zwei benachbarten Profilelementen 360°/p ergeben, wie in 3A beispielhaft dargestellt: $α_{1} + α_{2} = 360 ° / p$
Insbesondere können die Öffnungswinkel α₁ und α₂ von zwei benachbarten Profilelementen jeweils gleich groß sein, wie ebenfalls in 3A zu sehen. Insbesondere kann die Zahl p gleich der Anzahl von Polpaaren, insbesondere magnetischen Polpaaren, der elektrischen Maschine 132 sein.
Insbesondere können die benachbarten Profilelemente 128 sich jeweils in einer elektrischen Leitfähigkeit unterscheiden. Insbesondere kann sich ein elektrisch leitfähiges Profilelement 128 jeweils mit einem elektrisch nicht leitfähigen Element 128 abwechseln. Weiterhin kann das mindestens eine Profilelement 128 mindestens ein Material umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminium; Stahl; Kupfer; Gold; Kunststoff; einem Verbundwerkstoff umfassend Epoxidharz und Glasfasergewebe, insbesondere FR-4; Keramik. Ferner kann eine Dicke des Profilelements 128, insbesondere des leitfähigen Materials des leitfähigen Profilelements 128, 10 µm bis 50 mm, bevorzugt 50 µm bis 20 mm betragen.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung des weiter oben bereits beschriebenen Sensorsystems 110 vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge. Auch eine andere Reihenfolge ist grundsätzlich möglich. Weiterhin können einer oder mehrere oder alle Verfahrensschritte auch wiederholt durchgeführt werden. Weiterhin können zwei oder mehrere der Verfahrensschritte auch ganz oder teilweise zeitlich überlappend oder gleichzeitig durchgeführt werden. Das Verfahren kann, zusätzlich zu den genannten Verfahrensschritten auch weitere Verfahrensschritte umfassen.
Die Verfahrensschritte sind: in Schritt a) ein Bereitstellen des mindestens einen induktiven Positionssensors 118 (Verfahrensschritt 172); in Schritt b) ein Bereitstellen des mindestens einen Kontaktelements 120, des mindestens einen Funktionselements 122 sowie des mindestens einen Verbindungselements 130 (Verfahrensschritt 172); und in Schritt c) ein Verbinden des Kontaktelements 120 und des Funktionselements 122 mittels des Verbindungselements 130 zu dem Geberrad 116 (Verfahrensschritt 174).
Für mögliche Definitionen und optionale Ausgestaltungen kann auf die obige Beschreibung des Sensorsystems 110 verwiesen werden. Weiterhin kann in Schritt c) insbesondere mindestens eines der folgenden Verfahren zum Einsatz kommen, um das Verbindungselement 130 mit dem Kontaktelement 120 zu verbinden: Kleben; Nieten; Schrauben; Verkrallen. Weiterhin kann in Schritt c) insbesondere mindestens eines der folgenden Verfahren zum Einsatz kommen, um das Verbindungselement 130 mit dem Funktionselement 122 zu verbinden: Kleben; Heißverstemmen; Verkrallen.
Insbesondere kann durch das Verbinden des Verbindungselements 130 mit dem Kontaktelement 120 und dem Funktionselement 122 das Kontaktelement 120 mit dem Funktionselement 122 verbunden werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013203937 A1 [0003]
EP 0909955 B1 [0004]
DE 102017210655 [0030]

Claims

Sensorsystem (110) zur Bestimmung mindestens einer Rotationseigenschaft eines um mindestens eine Rotationsachse (112) rotierenden Elements (114), umfassend mindestens ein Geberrad (116) und mindestens einen induktiven Positionssensor (118), wobei das Geberrad (116) modular ausgestaltet ist und mindestens ein Kontaktelement (120) und mindestens ein Funktionselement (122) zur induktiven Beeinflussung des Positionssensors (118) umfasst, wobei das Geberrad (116) mittels des Kontaktelements (120) mit dem rotierenden Element (114) verbindbar ist, wobei das Funktionselement (122) ein Geberradprofil (126) umfassend mindestens ein Profilelement (128) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Geberrad (116) weiterhin mindestens ein Verbindungselement (130) aufweist, wobei das Funktionselement (122) und das Kontaktelement (120) mittels des Verbindungselements (130) verbindbar sind.
Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (130) ringförmig ausgestaltet ist.
Sensorsystem (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das ringförmige Verbindungselement (130) das Kontaktelement (120) ringförmig umschließt.
Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (130) mit dem Kontaktelement (120) verbindbar ist mittels mindestens einer der Methoden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Kleben; Nieten; Schrauben; Verkrallen.
Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (130) mindestens eine Halterung (163) zur Verankerung des Funktionselements aufweist, wobei die Halterung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einer Vertiefung (164); einer umfangsseitigen Ringnut; einem Vorsprung (165).
Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Funktionselement (122) als kreisringförmige Scheibe (162), ausgestaltet ist.
Sensorsystem (110) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Verbindungselement (130) mit dem Funktionselement (122) verbindbar ist mittels mindestens einer der Methoden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Kleben; Heißverstemmen; Verkrallen.
Sensorsystem (110) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Verbindungselement (130) mindestens eine Abschlussfläche (168) aufweist, wobei die Abschlussfläche (168) eingerichtet ist, das Funktionselement (122) gegenüber der Rotationsachse (112) auszurichten.
Sensorsystem (110) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Verbindungselement (130) bei Verbindung mit dem Funktionselement (122) das Funktionselement (122) in axialer Richtung beidseitig überragt.
Sensorsystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Funktionselement (122) eine kreisförmige Kontur (170) aufweist.
Verfahren zur Herstellung des Sensorsystems (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen des mindestens eines induktiven Positionssensors (118); b) Bereitstellen des mindestens einen Kontaktelements (120), des mindestens einen Funktionselements (122) sowie des mindestens einen Verbindungselements (130); und c) Verbinden des Kontaktelements (120) und des Funktionselements (122) mittels des Verbindungselements (130) zu dem Geberrad (116).