DE19523322C2 - Drehsensorvorrichtung und zugeordnetes Herstellungsverfahren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehsensorvorrichtung zum Erfassen des Drehzustands eines Magnetelements, enthaltend einen Permanentmagneten, der gegenüber dem sich drehenden Magnetelement angeordnet ist, ein magnetoelektrisches Umsetzelement, das zwischen dem sich drehenden Magnetelement und dem Permanentmagneten angeordnet ist und eine durch die Drehung des Magnetelements bedingte Magnetflußänderung erfaßt, ein Basiselement zum Halten des Permanentmagneten, das einen eingearbeiteten Leiterstreifen zum Verbinden des magnetoelektrischen Umsetzelements und eines Steckerabschnitts der Drehsensorvorrichtung aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Herstellungsverfahren für eine derartige Drehsensorvorrichtung.

Eine derartige Drehsensorvorrichtung ist beispielsweise in JP 5-302932 A beschrieben. Zum Erfassen des Drehzustands eines Magnetelements wird vorgeschlagen, ein magnetisches Umsetzelement in ein aus Harz gebildetes Basiselement einzuformen. In der Nähe des magnetischen Umsetzelements ist ein Permanentmagnet an dem Basiselement befestigt. Die gesamte Anordnung wird in ein Gehäuse aufgenommen und mit Hilfe eines O-Rings nach außen dicht abgeschlossen.

Auch in "Drehzahlerfassung mit Differenz-Hall-IC", Elektronik, 4/1991, Seite 86, 95-97, ist eine Vorgehensweise zum Erfassen des Drehzustands eines Magnetelements beschrieben. Insbesondere wird ein Zahnrad-Sensor in integrierter Form und eine zugeordnete Steuerschaltung erörtert, bei der eine Felddifferenz anstelle einer absoluten Feldstärke ausgewertet wird, um Störeinflüsse durch Temperatur- und Fertigungsschwankungen sowie mechanische Verspannungen usw. auszugleichen. Hierzu werden zwei Hall- Elemente einem magnetischen Gleichfeld ausgesetzt, und bei Vorliegen eines Feldgradienten zwischen diesen beiden Hall- Elementen entsteht ein Differenzsignal am Ausgang des Zahnrad-Sensors.

Schließlich ist in DE 92 16 264 U1 ein Meßaufnehmer mit einem Sensorelement beschrieben, das an einer Leiterplatte befestigt wird. Um die Abmessungen des Meßaufnehmers zu reduzieren, werden auf der Leiterplatte Leiterbahnen derart ausgebildet, daß mindestens ein Ausgang des Sensorelements vorverschaltet ist.

In Fig. 7 ist eine in JP 5-30 29 32 A beschriebene Drehsensorvorrichtung genauer gezeigt; unter bezug auf diese Figur ist zu erkennen, daß die allgemein mit dem Bezugszeichen 14 gekennzeichnete Drehsensorvorrichtung aus einem stabförmigen Magnetkern 4 besteht, sowie einer Spule 2, die um den Magnetkern 4 gewickelt ist, wobei ein Spulenkörper 3 zwischen beiden angeordnet und die äußere Randfläche der Spule 2 im ganzen durch ein Gehäuse 1 abgedeckt ist, das durch Formgießen eines Harzes gebildet ist. Der Magnetkern 4 weist einen Kopfendabschnitt auf, der an die Außenseite des Gehäuses 1 vorsteht und gegenüber einem zahnradähnlichen und sich drehenden Magnetelement 100 angeordnet ist, das auch als magnetisches Zahnrad bezeichnet wird und beispielsweise an einer Welle befestigt ist, deren Drehzustand erfaßt werden muß. An dem anderen Endabschnitt des Magnetkerns 4 sind ein Vormagnetisierungs-Magnet 5 und ein Abstandstück 6 zum Vervollständigen eines magnetischen Kreises angeordnet. Der Vormagnetisierungs-Magnet und das Abstandsstück 6 werden fest an einer Stelle mit Hilfe einer aus Gummi bestehenden Isolierscheibe gehalten. Von der Spule 2 ausgehende (nicht gezeigte) Leitungen sind mit Klemm-Anschlußstücken 8 verbunden, die selbst wiederum mit einer externen Schaltung durch Bleidrähte 10 und einen Stecker 12 verbunden sind. Ein hinterer Endabschnitt der Drehsensorvorrichtung 14 wird von einer Abdeckung 9 umschlossen. Ein O-Ring 11 ist vorgesehen, damit ein staubsicherer Einbau der Drehsensorvorrichtung gewährleistet ist.

Die Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild eines Geräts zum Messen der Drehgeschwindigkeit des magnetischen Zahnrads 100 auf der Grundlage des Ausgangssignals der Drehsensorvorrichtung 14. Wie die Figur zeigt, ist die Drehsensorvorrichtung 14 mit einer Recheneinheit 17 verbunden, und zwar über eine Filterschaltung 15 zum Entfernen von Rauschanteilen und eine Schmitt-Trigger-Schaltung 16, die aus einem Komperator und Umschalt-Schaltungen aufgebaut ist.

Im folgenden wird der Betrieb des oben beschriebenen Geräts betrachtet. Aufgrund der Anordnung der Drehsensorvorrichtung 14, bei der der Magnetkern 4 und das Abstandsstück 6 eng nebeneinander jeweils an den beiden Seitenflächen des Vormagnetisierungs-Magneten 5 angeordnet sind, wie in Fig. 7 gezeigt ist, und bei der die Spule 2 um den Magnetkern 4 gewickelt ist, wird in der Spule 2 eine Wechselspannung bei einer Drehbewegung des magnetischen Zahnrades 100 induziert, das in der Nähe des freien Endes des Magnetkerns 4 angeordnet ist. Die induzierte Wechselspannung wird dann über den mit der externen Schaltung verbundenen Bleidraht 10 ausgegeben.

Im einzelnen wird die Wechselspannungs-Ausgangsspannung der Filterschaltung 15 zugeführt, damit Rauschanteile entfernt werden, und hiernach durch die Schmitt-Trigger-Schaltung 16 in ein Spannungssignal mit impulsförmigem Signalverlauf umgesetzt. Die Recheneinheit (beispielsweise ein Mikrocomputer) 17 berechnet die Periodendauer des impulsförmigen Signals (oder zählt die Anzahl der Pulse), so daß arithmetisch die Drehzahl oder -geschwindigkeit (U/min.) des drehbaren magnetischen Zahnrad 100 bestimmt wird.

Bei der oben beschriebenen gebräuchlichen Drehsensorvorrichtung und dem Drehgeschwindigkeits-Meßsystem ergibt sich ein Problem aus der Tatsache, daß dann, wenn sich das magnetische Zahnrad 100, dessen Drehgeschwindigkeit bestimmt werden soll, mit einer niedrigen Geschwindigkeit dreht, ein Erfassen der Drehung des Zahnrads 100 mit ausreichend hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit schwierig wird.

Insbesondere ergibt sich aus dem faradayschen Gesetz der elektromagnetischen Induktion, daß die elektromotorische Kraft, die in der Drehsensorschaltung aufgrund eines von dem magnetischen Zahnrad 100 erzeugten magnetischen Wechselfelds induziert wird, mit der negativen Änderungsrate der Magnetfluß-Ankopplung der Schaltung übereinstimmt. Dies führt bei abnehmender Drehgeschwindigkeit des magnetischen Zahnrads 100 zu einer proportionalen Abnahme der Ausgangsspannung der Drehsensorvorrichtung, was wiederum dazu führt, daß das S/N- Verhältnis (Signal/Rausch-Abstand) des Sensorausgangssignals niedrig wird, was zu einer Abnahme der Genauigkeit führt, mit der die Drehgeschwindigkeit erfaßt wird.

Ein weiteres Problem bei bekannten Drehsensorvorrichtungen besteht darin, daß sich mechanische Vibrationen aufgrund der starren Verbindungen der einzelnen Bauelemente miteinander negativ auf das Betriebsverhalten der Drehsensorvorrichtung auswirken.

Demnach besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung einer Drehsensorvorrichtung, die selbst bei niedriger Drehgeschwindigkeit den Drehzustand eines sich drehenden Magnetelements, insbesondere die Drehgeschwindigkeit (U/min), auch unter ungünstigen äußeren Bedingungen genau und zuverlässig erfassen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Drehsensorvorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, indem das magnetoelektrische Umsetzelement über einen zwischengefügten Gummi an dem Permanentmagneten befestigt ist.

Demnach kann die Drehsensorvorrichtung mit Permanentmagneten, dem magnetoelektrischen Umsetzelement und dem sich drehenden magnetischen Element einen stabilen magnetischen Kreis auch dann bilden, wenn starke mechanische Vibrationen auftreten.

Ferner kann aufgrund des zwischengefügten Gummis eine auf das magnetoelektrische Umsetzelement wirkende Spannung während des Betriebs ausgeglichen werden. Weiterhin wird der Ausgangsspannungspegel der Drehsensorvorrichung unabhängig von einer Veränderung der Drehgeschwindigkeit des sich drehenden Magnetelements konstant gehalten, was zu einer hohen Meßgenauigkeit führt. Bei hoher Betriebszuverlässigkeit läßt sich die Drehsensorvorrichtung mit einfacher Struktur herstellen.

Weiter kann durch das Aufnehmen des Leiterstreifens in das Basiselement im Rahmen des Einfüge-Formprozesses (d. h., dem Vorgang zum Einformen oder Anordnen des Leiterstreifens in dem Harz, der gleichzeitig mit dem Formen des Basiselements durchgeführt wird) das Herstellungsverfahren vereinfacht werden, was sich vorteilhaft bei der automatischen Herstellung der Drehsensorvorrichtung auswirkt.

Im übrigen ist aufgrund der Tatsache, daß der größte Teil des Leitersstreifens mit Ausnahme derjenigen Abschnitte, die die Anschlußteile für den elektronischen Teil bilden, jeweils in dem Harz-Basiselement eingeformt sind, eine erhöhte Lebensdauer der Drehsensorvorrichtung gewährleistet.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die eingearbeiteten Leiter an festgelegten Stellen der Oberfläche des Basiselements offen zugänglich und in eine Doppelstruktur gebogen.

Da die festgelegten Stellen nicht mit Harz bedeckt sind, kann ein Aufschmelzlöten einfach durchgeführt werden, indem das umliegende Harzmaterial als Resist benützt wird, was sich auch vorteilhaft bei der Realisierung der automatischen Herstellung der Drehsensorvorrichtung auswirkt, da sich das Befestigen der elektronischen Teile an der Außenfläche der Drehsensorvorrichtung erheblich vereinfacht.

Aufgrund der gedoppeltenen Struktur der freiliegenden Anschlußelektrode kann zusätzlich eine Spannung aufgrund eines wärmebedingten Zusammenziehens des Basiselement- Materials beim Löten durch den umgebogenen Abschnitt aufgenommen werden, wodurch sich die mechanische Starrheit der Drehsensorvorrichtung erhöhen läßt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht das magnetoelektrische Umsetzelement entweder aus einem Hallelement oder aus einem magnetoresistiven Element.

Da das magnetoelektrische Umsetzelement als Hallelement oder magnetoresistives Element (d. h. als Element, dessen Widerstand sich in Abhängigkeit eines magnetischen Feldes verändert) realisiert ist, also als Magnetismus- Elektrizitäts-Umsetzelement, ist das elektrische Ausgangssignal der Drehsensorvorrichtung proportional zu dem Absolutwert der Magnetflußdichte, unabhängig von der Drehgeschwindigkeit des sich drehenden Magnetelements, dessen Drehbewegung überwacht werden muß. Demnach ist es möglich, die Drehbewegung des sich drehenden Magnetelements selbst dann zu erfassen, wenn sich dieses mit einer geringen Geschwindigkeit dreht, wodurch das Absinken des Ausgangsspannungspegels vermieden wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an den offen zugänglichen Stellen der eingearbeiteten Leiter eine Filterschaltung zum Unterdrücken von Rauschanteilen eines Ausgangssignals des magnetoelektrischen Umsetzelements und eine Signalformschaltung zum Erzeugen eines Impulssignals angeschlossen.

Weiterhin wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Herstellungsverfahren für eine Drehsensorvorrichtung gelöst, gemäß dessen festgelegte Abschnitte eines Leiterstreifens in eine Doppelstruktur gebogen werden, der Leiterstreifen in einem Basiselement aus Harz durch Preßformung derart eingearbeitet wird, daß die in Doppelstruktur geformten Abschnitte offen zugänglich sind, ein Permanentmagnet an dem Basiselement befestigt wird, und ein magnetoelektrisches Umsetzelement mit einem zwischengefügten Gummi an dem Permanentmagneten befestigt und anschließend mit dem eingearbeiteten Leiterstreifen verbunden wird.

Mit dem oben beschriebenen Verfahren läßt sich der Herstellungsprozeß vereinfachen, während gleichzeitig eine hohe Strukturfestigkeit und Zuverlässigkeit während des Betriebs sowie eine verlängerte Lebensdauer der hergestellten Drehsensorvorrichtung gewährleistet ist.

Wird der Permanentmagnet in dem Basiselement mit Hilfe eines Einfüge-Formprozesses eingearbeitet, wobei die oben liegende Fläche des Permanentmagneten an der Oberfläche des Basiselementes frei liegt, kann der Herstellungsprozeß erheblich vereinfacht werden. Die Drehsensorvorrichtung wird kostengünstig mit einer starren Struktur und einer hohen Ausbeute hergestellt. Zudem wird die Betriebszuverlässigkeit der Drehsensorvorrichtung erhöht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens werden während des zweiten Schritts Aussparungen an den offen zugänglichen Stellen der Leiter gebildet und unnötige Verbindungsabschnitte der Leiter dadurch abgeschnitten, daß ein Werkzeug durch die Öffnung zugeführt wird.

Diese Aussparungen entsprechen den Verbindungsstellen für den Anschluß zusätzlicher, getrennt ausgebildeter Bauteile. Sie dienen vorteilhaft als Positioniervorrichtung für das Positionieren eines Werkzeugs während des Abschneidens einzelner Leiter und schützen die Leiter vor einer Deformation während des Einfügens in das Basiselement. Durch die Aussparungen vereinfacht sich das Aufschmelzlöten der externen Bauteile. Da die Aussparungen an den freiliegenden Anschlußelektroden der Leiter ausgebildet werden, ergibt sich eine verbesserte Kühlung dieser Stellen, wodurch sich die Zuverlässigkeit der Drehsensorvorrichtung erhöht.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenquerschnittsansicht eines Abschnitts einer Drehsensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine untere Draufsicht auf ein Basiselement der Drehsensorvorrichtung während einem Zwischenschritt der Herstellung derselben;

Fig. 3a eine obere Draufsicht des Basiselements der Drehsensorvorrichtung im endgültigen Zustand;

Fig. 3b eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des Basiselements, das dem in Fig. 3 mit einem Kreis A umfaßten Teil entspricht;

Fig. 3c eine Querschnittsansicht entlang einer Linie B-B in Fig. 3B;

Fig. 4a eine Seitenansicht eines eingeformten Leiterstreifens, der in einer vorgegebenen Form durch ein Preßwerkzeug geschnitten oder strukturiert ist;

Fig. 4b eine obere Draufsicht auf denselben;

Fig. 4c eine Querschnittsansicht desselben entlang einer Linie C-C in Fig. 4B;

Fig. 5 eine vergrößerte Teilansicht der Drehsensorvorrichtung mit einem Kopfendabschnitt derselben;

Fig. 6 ein Schaltbild einer äquivalenten Schaltungsanordnung entsprechend einem magnetischen bzw. magnetoelektrischen Umsetzelement, wie es in der Drehsensorvorrichtung eingesetzt wird;

Fig. 7 eine Querschnittsansicht einer gebräuchlichen Drehsensorvorrichtung; und

Fig. 8 ein Blockschaltbild, das nur in schematischer Weise ein System zum Messen einer Drehgeschwindigkeit eines sich drehenden Elements mit Hilfe einer Drehsensorvorrichtung zeigt.

Nun soll die vorliegende Erfindung im Detail und im Zusammenhang mit dem beschrieben werden, was als deren bevorzugte oder typische Ausführungsformen angesehen wird, und zwar unter Bezug auf die Zeichnung. In der folgenden Beschreibung kennzeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder einander entsprechende Teile über all die unterschiedlichen Figuren hinweg. Es ist auch zu erkennen, daß in der folgenden Beschreibung Begriffe wie "Front-", "Rück-" und dergleichen übliche Begriffe darstellen und nicht als einengende Begriffe auszulegen sind.

Eine Drehsensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zunächst unter Bezug auf die Fig. 1, 2 und 3A beschrieben, wobei die Fig. 1 eine Seitenquerschnittsansicht eines Abschnitts einer Drehsensorvorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt, Fig. 2 eine untere Draufsicht auf ein Basiselement der Drehsensorvorrichtung während eines Zwischenschritts der Herstellung derselben, und Fig. 3A eine untere Draufsicht auf ein Basiselement der Drehsensorvorrichtung in einem fertig hergestellten Zustand. Unter Bezug auf die Figuren wird ein strukturierter Leiterstreifen (auf den auch unter Einfüge-Leiterstreifen Bezug genommen werden kann) 24 in einem geschmolzenen Harz derart eingefügt oder eingebettet, daß ein Hauptteil des strukturierten Leiterstreifens 24 mit einem Harz bedeckt wird, und zwar während des Bildens eines Basiselements 23 aus Harz. Dieser Prozeß zum Einbetten eines überwiegenden Teils des strukturierten Leiterstreifens oder eines anderen Elementes in einem das Basiselement 23 bildenden Harzkörper wird als Einfüge-Formen bezeichnet. Der strukturierte Leiterstreifen 24 weist einzelne Leiter auf und enthält einzelne Leiter und Anschlußabschnitte, damit diese verbunden werden können. An einem Kopfendabschnitt der entsprechenden Leiter ist ein Permanentmagnet 25 fest angeordnet, der auch an dem Basiselement 23 durch das Einfüge-Formen befestigt wird, wohingehend ein magnetoelektrisches Umsetzelement (d. h. eine Vorrichtung zum Umsetzen von Magnetismus in Elektrizität) 22 in der unmittelbaren Nähe des Permanentmagneten 25 angeordnet ist. Die Drehsensorvorrichtung wird in einer derartigen Anordnung ausgeführt, daß der Permanentmagnet 25 und das magnetoelektrische Umsetzelement 22 gegenüber des sich drehenden magnetischen Zahnrades 100 angeordnet sind, das selbst wiederum beispielsweise auf einer sich drehenden Welle fest angebracht ist.

An vorgegebenen Oberflächenstellen des Basiselements 23 treten Anschlußelektroden 24a hervor, von denen jede dadurch gebildet wird, daß ein entsprechender Abschnitt des strukturierten Leiterstreifens 24 in eine gedoppelte Struktur gebogen wird. Elektronische Bauteile 26, beispielsweise eine Kapazität und ähnliche Schaltungskomponenten, können mit diesen hervortretenden Anschlußelektroden 24a verbunden werden. Im einzelnen wird der strukturierte Leiterstreifen 24 während des oben erwähnten Einfüge-Formprozesses so in dem Basiselement 23 eingefügt, oder eingebettet, daß nur die Anschlußelektroden 24a, ein Anfangsabschnitt 24c zum Befestigen des magnetoelektrischen Umsetzelementes 22 und Steckeranschluß-Einsetzteile 24b außerhalb des Basiselementes 23 liegen. Ferner wird an dem Basiselement 23 entlang eines Randabschnittes desselben eine Ummantelung 21 befestigt, wobei ein O-Ring 28 zwischen dem Basiselement 23 und der Ummantelung 21 vorgesehen ist, damit nicht Fremdpartikel in das Innere der Drehsensorvorrichtung eindringen. Im übrigen wird der Rückendabschnitt 21a der Ummantelung 21 thermisch mit dem Innenraum zwischen der Ummantelung und dem Basiselement, der mit einem Harz 29 gefüllt ist, verbunden oder abgedichtet.

Die Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Teilansicht der Drehsensorvorrichtung, entsprechend einem Kopfendabschnitt des Basiselements 23, an dem das magnetoelektrische Umsetzelement 22 befestigt wird. Wie diese Figur zeigt, wird das magnetoelektrische Umsetzelement 22 an dem Permanentmagneten 25 durch einen zwischengefügten RTV-Gummi (Gummi, der bei Raumtemperatur vulkanisiert) 27 befestigt. Wie zuvor beschrieben, wird der Permanentmagnet 25 an dem Basiselement 23 durch den Einfüge-Formprozeß befestigt. Aufgrund der Federwirkung des. RTV-Gummis 27 kann die andernfalls bei Auftreten von externen Vibrationen auftretende Vibration oder Ablenkung des magnetoelektrischen Umsetzelements 22 auf ein Minimum reduziert werden. Die Zuführleitungen 22a des magnetoelektrischen Umsetzelementes 22 sind mit den Anfangsabschnitten des strukturierten Leiterstreifens 24, der wie oben beschrieben, in seiner Einheit in dem Basiselement 23 eingebettet ist, verbunden.

Die Fig. 6 zeigt ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung einer magnetoelektrischen Umsetz-IC-Vorrichtung, bei der das magnetoelektrische Umsetzelement 22 als Hallelement realisiert ist. Eine Veränderung der Frequenz des Wechsel-Magnetfeldes, die bei einer Veränderung der Drehgeschwindigkeit des magnetischen Zahnrades 100 auftritt, wird von dem Hallelement 200 als entsprechende Spannungsveränderung erfaßt. Ein analoges Ausgangssignal des Hallelementes 200 wird durch einen Differenzverstärker 201 verstärkt, um anschließend in eine rechte Signalform oder ein Impulssignal durch eine Schmitt- Trigger-Schaltung 202 umgesetzt zu werden. Das hierbei gewonnene Impulssignal wird der an der Außenseite befestigten elektronischen Schaltung 26 zum Unterdrücken von Rauschanteilen zugeführt, und zwar über die Zuführleitung 22a und einen zugeordneten Leiter des strukturierten Leiterstreifens 24 und anschließend zu einer (nicht gezeigten) Flächeneinheit über einen (ebenfalls nicht gezeigter) Stecker, um so verarbeitet zu werden, damit hierdurch die Drehzahl oder -geschwindigkeit (rpm, Umdrehungen/min.) des sich drehenden magnetischen Zahnrads 100 erfaßt wird. Als eine Modifikation der beschriebenen Ausführungsform kann ein magnetoresistives Element oder dergleichen anstelle des Hallelementes 200 eingesetzt werden. Unter dem Begriff "magnetoresistives Element" wird hierbei ein Element verstanden, dessen Widerstand sich unter Einwirkung eines magnetischen Feldes verändert.

Im folgenden erfolgt die Beschreibung des Dreherfassungs- Betriebs der Drehsensorvorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung. Wie zuvor beschrieben, besteht das magnetoelektrische Umsetzelement 22 aus dem Hallelement oder dem magnetoresistiven Element, die in einer Einheit mit einem Schmitt-Trigger ausgebildet sind, und es kann eine Schaltoperation zwischen den Zuständen gemäß eines logischen "H"-Pegel und "L"-Pegel durchführen, in Abhängigkeit von der Veränderung des magnetischen Flusses oder Feldes, wobei eine vorbestimmte Hystereseschleife durchlaufen wird. Demnach kann mit dem magnetoelektrischen Umsetzelement 22 die Drehgeschwindigkeit (rpm, Umdrehungen/min.) des sich drehenden magnetischen Zahnrades 100 erfaßt werden, und zwar in Form einer Frequenz, wobei eine Detektions-Ausgangs-Amplitude unabhängig von Veränderungen der Drehgeschwindigkeit konstant gehalten wird. Demnach kann im Vergleich zu den gebräuchlichen Drehsensorvorrichtungen (wie sie in Fig. 7 und Fig. 8 gezeigt sind) das S/N-Verhältnis des Ausgangssignals verbessert werden, so daß die Drehgeschwindigkeit des sich drehenden magnetischen Zahnrades 100 mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit bestimmt werden kann, sogar in einem Bereich, in dem die Drehgeschwindigkeit niedrig ist.

Ferner werden bei der Drehsensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung die eingeformten Leiter, der Permanentmagnet 25 und andere Bauteile im Rahmen des soeben erwähnten Einfüge-Formprozeß in einer Einheit an dem aus Harz bestehenden Basiselement 23 befestigt. Demnach sind die überwiegenden Teile der eingeformten Leiter 24 gegen Umwelteinflüsse geschützt, was zu einer Verlängerung der Lebensdauer der Drehsensoreinrichtung beiträgt.

Ferner kann der O-Ring 28, der zwischen dem Basiselement 23 und der Ummantelung 21 vorgesehen ist, die inneren Bauteile der Drehsensorvorrichtung luftdicht abschließen.

Da das Basiselement 23 bis zu dem Kopfende der Ummantelung 21 eingeführt wird, die an ihrem anderen Ende thermisch abgedichtet oder abgeschlossen ist, wobei der abgedichtete Abschnitt im Inneren mit einem Harz 29 ausgefüllt ist, kann das Eindringen von Feuchtigkeit oder Fremdpartikeln in den Innenraum der Drehsensorvorrichtung wirksam vermieden werden.

Ferner kann aufgrund der Tatsache, daß das magnetoelektrische Umsetzelement 22 an dem Permanentmagneten 25 durch den RTV- Gummi 27 befestigt ist, der Magnetkreis stabilisiert werden, wobei das magnetoelektrische Umsetzelement 22 vor mechanischer Beanspruchung geschützt wird.

Im folgenden erfolgt die Beschreibung eines Herstellverfahrens einer Drehsensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In einem ersten Schritt wird ein strukturierter Leiterstreifen 24 aus einzelnen Leitern, die durch Verbindungsabschnitte in einer gewünschten Struktur verbunden sind, dadurch gebildet, daß ein rollenartig aufgewickeltes Messingband geschnitten wird. In dieser Hinsicht zeigt Fig. 4A eine Seitenansicht eines strukturierten Leiterstreifen 24, der in einer vorgegebenen Form geschnitten ist. Die Fig. 4B zeigt eine Draufsicht desselben, und die Fig. 4C zeigt eine Seitenansicht desselben entlang einer Linie C-C von Fig. 4B. Wie die Fig. 4A, 4B und 4c zeigen, werden diejenigen Abschnitte des strukturierten Leiterstreifens 24, die zum Bilden der Anschlußelektroden 24a und der Steckeranschluß-Eingriffteile 24b benützt werden, jeweils in vorgegebene Formen gebogen, so daß doppelte Abschnitte durch ein Druckwerkzeug gebildet werden.

Der in der oben beschriebenen Weise bearbeitete strukturierte Leiterstreifen 24 wird im Rahmen des hier zuvor erwähnten Einfüge-Formprozeß in einer Einheit an dem aus einem Harz gebildeten Basiselement 23 befestigt. An dieser Stelle ist zu erwähnen, daß der Permanentmagnet 25 auch in einer Einheit durch das Einfüge-Formen an dem Basiselement 23 befestigt wird. Hiernach werden unnötige Verbindungsabschnitte des strukturierten Leiterstreifens 24, die in Fig. 2 gezeigt sind, durch Druckarbeit abgeschnitten. Hierzu werden diejenigen Abschnitte des Basiselements 23, an denen Verbindungsabschnitte 30 abzuschneiden sind, mit Öffnungen oder Aussparungen 31 ausgebildet, so daß ein für die Schneiddruckarbeit benützter Stempel einfach relativ zu den Verbindungsabschnitten 30 des strukturierten Leiterstreifens 29 positioniert werden kann.

Die Fig. 3A zeigt eine obere Draufsicht auf das Basiselement 23 bei einem zwischenliegenden Herstellungsschritt, die Fig. 3B zeigt eine vergrößerte Ansicht eines durch einen Kreis A gezeigten Abschnitts des Basiselementes 23, und die Fig. 3C zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie B-B von Fig. 3B. Wie diese Figuren zeigen, bilden die Anschlußelektrodenabschnitte 24a des strukturierten Leiterstreifens 24, der im Rahmen des Einfüge-Formens in einer Einheit mit dem Basiselement 23 gebildet wird, hervortretende Anfangsabschnitte, an denen elektronische Bauteile angeschlossen werden können, die in einem externen Gehäuse aufgenommen sind. Im einzelnen wird jeder der Anfangsabschnitte dadurch gebildet, daß der entsprechende Abschnitt des strukturierten Leiterstreifens 24 gebogen wird, so daß der Anfangsabschnitt eine Dicke von (2t) aufweist, die doppelt so groß ist, als diejenige (t) des strukturierten Leiterstreifens 24 an den Stellen, an denen dieser offen an der Oberfläche des Basiselementes 23 vorliegt, ohne in dem das Basiselement 23 bildenden Harzmaterial eingebettet zu sein.

Anschließend wird eine Schicht des RTV-Gummis 27 auf den Permanentmagneten 25 beschichtet, wonach die Zuführleitungen des magnetoelektrischen Umsetzelementes 22 mit den an den Kopfendabschnitten der entsprechenden Zuführleiter 24 gebildeten Anfangsabschnitte 24c verbunden werden. Die außerhalb in einem Gehäuse aufgenommenen elektronischen Bauteile 26, beispielsweise eine Kapazität, ein Widerstand und dergleichen werden anschließend an den Anschlußelektrodenabschnitten 24a befestigt und an diesen durch Aufschmelzlöten gesichert.

Schließlich wird der O-Ring 28 in die O-Ring-Nut des Basiselementes 23 eingepaßt, das dann soweit wie möglich in die Ummantelung eingeführt wird, wonach der Rückendabschnitt 21a des Basiselementes thermisch abgedichtet wird. Der abgedichtete Abschnitt wird anschließend durch eine Harzschicht 29 bedeckt.

Aus der obigen Beschreibung ist zu erkennen, daß bei der Drehsensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Anschlußabschnitte der strukturierten Leiterstreifen 24 für die elektronischen Bauteile nicht mit dem Harz zum Bilden des Basiselementes 23 bedeckt sind, so daß diese die Anschlußelektrodenabschnitte 24a bilden, an denen die in externen Gehäusen aufgenommenen elektronischen Bauteile angeschlossen werden, wohingehend das die Anschlußelektrodenabschnitte 24a umgebende Harzmaterial die Funktion eines Resists übernehmen kann, damit das Aufschmelzlöten wirksam durchgeführt werden kann. Die Drehsensorvorrichtung gemäß der Erfindung ist besonders geeignet für eine automatisierte Massenherstellung, während gleichzeitig eine hohe Ausbeute gewährleistet ist.

Im übrigen kann aufgrund der Tatsache, daß die Verbindungsabschnitte der strukturierten Leiterstreifen 24, die vorgesehen sind, um die Einheit der strukturierten Leiterstreifen 24 beim Einfügen in das Basiselement 23 im Rahmen des Einfüge-Formens aufrechtzuerhalten, dadurch abgeschnitten werden können, daß der Stempel in die nach dem Einfüge-Formen in dem Basiselement 23 gebildeten, entsprechenden Öffnungen oder Aussparungen 31 eingeführt wird, worauf dann das Anschließen der in externen Gehäusen aufgenommenen elektronischen Bauteile 26 folgt, das Aufschmelzlöten einfach durch Gebrauch der Öffnungen 31 durchgeführt werden.

Da ferner Spannungen, die auf die gelöteten Abschnitte aufgrund eines thermisch bedingten Zusammenziehens des Basiselement-Materials wirken, durch die gebogenen Abschnitte der strukturierten Leiterstreifen 24 aufgenommen werden können, erfolgt ein gleichmäßiges Verteilen von Spannungen, die sowohl während der Herstellung als auch während dem praktischen Einsatz der Drehsensorvorrichtung auftreten, so daß eine hohe Zuverlässigkeit für den Betrieb der fertig hergestellten Drehsensorvorrichtung gewährleistet werden kann.

Da zudem die Öffnungen oder Aussparungen 31 in der Nähe der Anschlußelektrodenabschnitte 24a gebildet werden, körnen Spannungen, die auf die gelöteten Abschnitte aufgrund des thermischen Zusammenziehens des Basiselement-Materials wirken, ausgeglichen werden, so daß für die in Form eines Endprodukts vorliegende Drehsensorvorrichtung eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet ist.

Claims (9)

1. Drehsensorvorrichtung zum Erfassen des Drehzustands eines Magnetelements (100), enthaltend:

• a) einen Permanentmagneten (25), der gegenüber dem sich drehenden Magnetelement (100) angeordnet ist,
• b) ein magnetoelektrisches Umsetzelement (22), das zwischen dem sich drehenden Magnetelement (100) und dem Permanentmagneten (25) angeordnet ist und eine durch die Drehung des Magnetelements (100) bedingte Magnetflußänderung erfaßt,
• c) ein Basiselement (23) zum Halten des Permanentmagneten (25), das einen eingearbeiteten Leiterstreifen (24) zum Verbinden des magnetoelektrischen Umsetzelements (22) und eines Steckerabschnitts (24b) der Drehsensorvorrichtung aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß

• a) das magnetoelektrische Umsetzelement (22) über einen zwischengefügten Gummi (27) an dem Permanentmagneten (25) befestigt ist.

2. Drehsensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eingearbeitete Leiterstreifen (24) an festgelegten Stellen (24a) der Oberfläche des Basiselements (23) offen zugänglich und in eine Doppelstruktur gebogen ist.

3. Drehsensorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetoelektrische Umsetzelement (22) ein Hallelement (200) ist.

4. Drehsensorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetoelektrische Umsetzelement (22) ein magnetoresistives Element ist.

5. Drehsensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den offen zugänglichen Stellen (24a) des eingearbeiteten Leiterstreifens (24) eine Filterschaltung (26) zum Unterdrücken von Rauschanteilen eines Ausgangssignals des magnetoelektrischen Umsetzelements (22) und eine Signalformschaltung zum Erzeugen eines Impulssignals angeschlossen ist.

6. Herstellungsverfahren für eine Drehsensorvorrichtung, bei dem

• a) festgelegte Abschnitte (24a) eines Leiterstreifens (24) in eine Doppelstruktur gebogen werden,
• b) der Leiterstreifen (24) in einem Basiselement (23) aus Harz durch Preßformung derart eingearbeitet wird, daß die in Doppelstruktur geformten Abschnitte (24a) offen zugänglich sind,
• c) ein Permanentmagnet (25) an dem Basiselement (23) befestigt wird, und
• d) ein magnetoelektrisches Umsetzelement (22) mit einem zwischengefügten Gummi (27) an dem Permanentmagneten (25) befestigt und anschließend mit dem eingearbeiteten Leiterstreifen (24) verbunden wird.

7. Herstellungsverfahren für eine Drehsensorvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß während des Schritts b) Aussparungen (31) an den offen zugänglichen Stellen (24a) des Leiterstreifens (24) gebildet und unnötige Verbindungsabschnitte der Leiter (24) dadurch abgeschnitten werden, daß ein Werkzeug durch die Aussparungen (31) zugeführt wird.

8. Herstellungsverfahren für eine Drehsensorvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Schritt d) das Basiselement (23) mit dem Leiterstreifen (24), dem Permanentmagneten (25) und dem magnetoelektrischen Umsetzelement (22) in eine Ummantelung (21) eingesetzt wird.

9. Herstellungsverfahren für eine Drehsensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Ummantelung (21) aufgenommenen Komponenten thermisch abgedichtet werden.