DE19718723C2 - Drehsensor-Anordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehsensor-Anordnung für relativ zu umgebenden Elementen verdrehbare Elemente, insbesondere für Wellen bestehend aus wenigstens zwei voneinander getrennt montierbaren Sensoreinheiten, wobei eine Sensoreinheit zur Anordnung an dem verdrehbaren Element, und eine wenigstens zweite zur Anordnung an einem relativ zum verdrehbaren Element ortsfesten Element vorgesehen ist, und wobei die wenigstens zweite Sensoreinheit unabhängig von einem Montagezustand des verdrehbaren Elementes zugänglich und demontierbar ist.

Bei Getriebewellen, Wellen von Lenkventilen, Servolenkanordnungen und dergleichen ist es zunehmend erforderlich, die Lenkwinkel und gegebenenfalls die Lenkwinkelgeschwindigkeit zu ermitteln. Aus diesen Informationen werden bei neuartigen elektrohydraulischen Lenksystemen die Fördermengen der Pumpe der jeweiligen aktuellen Lenkgeschwindigkeit angepaßt.

Da im modernen Automobilbau, wo die vorliegende Erfindung insbesondere anwendbar ist, die Hilfsaggregate wie Getriebe, Lenkventile und dergleichen hinsichtlich der zur Verfügung stehenden Bauräume begrenzt sind, müssen die Drehsensoranordnungen in die Baugruppen integriert werden. Dies ist auch aus Gründen möglichst geringer Fertigungskosten, geringer Montageerfordernisse und dergleichen wünschenswert.

Bekannte Sensoranordnungen umfassen üblicherweise relativ zueinander verdrehbare Baugruppen, die jedoch wiederum relativ zueinander eine Einheit bilden, also Sensormodule. Der Hauptgrund hierfür besteht darin, daß die Baugruppen relativ zueinander in einer vorgegebenen Relation angeordnet sein müssen, also Ort, Richtung, Abstand und dergleichen, da ansonsten eine einwandfreie Sensorfunktion mit ausreichender Genauigkeit nicht mehr gewährleistet ist. So sind beispielsweise Hallsensor-Systeme bekannt, wobei ein Magnetimpulsring von einem Hallsensorring umgeben ist. Die Ringe müssen zueinander einen fest vorgegebenen Abstand einhalten. Aus diese Grunde sind die Ringe relativ zueinander vormontiert und bilden ein Sensormodul, üblicherweise ein Kugellager, welches beispielsweise an einer Welle befestigbar ist. Der äußere Ring wird gegen Verdrehen gesichert und elektrisch angeschlossen. Ein Nachteil dieser vorbekannten Sensormodule besteht darin, daß bei Fehlfunktionen, Nacheinstellungen und dergleichen regelmäßig die gesamte Wellenbaugruppe demontiert werden muß, da ansonsten der Sensor nicht zugänglich ist. Insbesondere bei Servolenksystemen ist eine derartige Demontage nicht wünschenswert, da hierzu das gesamte Lenkventil und u. U. sogar die komplette Lenkung demontiert werden muß. Bei Verwendung von Sensormodulen mit zwei konzentrischen Elementen der oben beschriebenen Art, die beispielsweise auch bei der Anwendung optoelektronischer Drehmeßverfahren eingesetzt werden, ist eine Forderung nach Austauschbarkeit oder Montagefreundlichkeit nicht zu erfüllen.

Die DE-OS 23 24 791 offenbart einen Raddrehzahlgeber für Fahrzeuge. Dieser Raddrehzahlgeber soll selbst einstellend sein, so daß die sich drehenden und die stationären Sensorteile bei der Montage eines Rades an der Achse automatisch in einer vorbestimmten, präzisen Lage eingestellt werden und diese Teile in der vorbestimmten Lage während des Betriebes des Fahrzeuges gehalten werden. Zu diesem Zweck ist einer der Sensoren von dem anderen Sensor weg in ein Gehäuse einschiebbar und gegen eine Rückbewegung gesichert. Das heißt, das in das Gehäuse eingeschobene Sensorteil kann nur weiter eingeschoben werden, nicht jedoch aus dem Gehäuse heraustreten. Ein Toleranzausgleich während des Betriebes, wie er beispielsweise aufgrund einer unrund laufenden Welle erforderlich ist, ist bei diesem bekannten Raddrehzahlgeber nicht möglich.

Ein ähnlicher Raddrehzahlgeber ist in der US 3,774,061 offenbart. Auch hier wird bei Montage des Rades unter Ausbildung eines Spaltes ein vorgegebener Abstand zwischen den Sensorelementen eingestellt, indem das eine Sensorelement von dem anderen Sensorelement weg in ein Gehäuse eingeschoben wird. Reibkräfte aufbringende, federnde Haltebeine verhindern ein Zurückgleiten des in das Gehäuse eingeschobenen Sensorelements in Richtung des zweiten Sensorelements.

In der EP 0 443 940 A2 ist ein Drehsensor für eine Lenkwelle offenbart. Ein Kugellager ist fest auf der Drehwelle angeordnet und trägt an seinem nicht fest mit der Welle verbundenen Lagerring eine Halterung zum Aufklipsen eines Sensorhalters, in dem ein Sensorelement integriert ist. Aufgrund der Kugellagerung können im Bereich des Sensors auftretende Exzentrizitäten der Welle nicht ausgeglichen werden.

In der englischen Zusammenfassung der JP 6-109 749 A (Patents Abstracts of Japan P-1772, July 19, 1994, Vol. 18/No. 384) wird ein Drehsensor offenbart, bei dem ein relativ zu einem verdrehbaren Element ortsfester Sensor durch Zusammenwirken einer Druckfeder und eines einstellbaren Gehäusedeckels zur Einstellung des Abstandes zwischen dem Sensorelement und dem rotierenden Element einmalig justiert werden kann. Zum Fixieren der voreingestellten Position des ortsfesten Sensorelementes übt eine Druckfeder eine auf den Gehäusedeckel, weg von dem verdrehbaren Element gerichtete Kraft auf das Sensorelement aus.

Aus der DE-OS 20 54 852 ist eine Drehsensoreinheit für ein Fahrzeugrad bekannt. Bei dieser Drehsensoreinheit ist ein relativ zu dem verdrehbaren Element ortsfestes Sensorelement in Richtung des verdrehbaren Elementes federbelastet. Konstruktiv bedingt kann bei der aus dieser Druckschrift bekannten Drehsensoranordnung der relativ zu dem verdrehbaren Element ortsfeste Drehsensor nicht unabhängig von dem Montagezustand des verdrehbaren Elementes demontiert werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Drehsensor-Anordnung anzugeben, bei welcher eine Sensorzugänglichkeit ohne Baugruppendemontage möglich ist, und welche eine Integration in vorhandene Baugruppen auf wirtschaftliche Weise zuläßt. Darüber hinaus soll ein Toleranzausgleich ermöglicht sein.

Zur technischen Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung für eine Drehsensor-Anordnung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, daß die relativ zueinander beweglichen Sensoreinheiten aufeinander gleitend angeordnet sind, wobei wenigstens eine der Sensoreinheiten federbelastet ist und zwischen den Sensoreinheiten Toleranzen in Richtung senkrecht zur Gleitfläche ausgleichbar sind.

Durch die erfindungsgemäße Lösung werden völlig unterschiedliche Sensoreinheiten auf völlig unterschiedliche Weise montierbar bereitgestellt. Wesentlich ist dabei, daß wenigstens eine Sensoreinheit an einem relativ ortsfesten Element, beispielsweise einem Gehäuse, und unabhängig vom Montagezustand beispielsweise einer Welle montierbar ist. Damit ist das Element auch jederzeit zugänglich und unabhängig vom Montagezustand der Welle demontierbar.

Die Sensoreinheiten sind erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß sie aufeinander gleiten. Dies kann in besonders vorteilhafter Weise durch die Anordnung einer Kunststoffschicht auf einer oder auf beiden Einheiten realisiert werden. Durch die Kunststoffschicht, die zwischen den zueinanderweisenden Oberflächen der Sensoreinheiten ausgebildet ist, ist ein fest vorgegebener Abstand der Einheiten relativ zueinander gewährleistet, so daß ein Sensor mit hoher Genauigkeit und für unrund laufende Wellen oder ungünstige Maßtoleranzabweichungen bereitgestellt wird. Darüber hinaus ist ein nahezu reibungsfreies Aufeinandergleiten ermöglicht.

Beispielsweise kann das an dem verdrehbaren Element, beispielsweise einer Welle, anzuordnende Element ringförmig ausgebildet sein. Es kann sich beispielsweise um einen Magnetimpulsring handeln, der auf die Eingangswelle eines Lenkventils montiert wird. Bei optoelektronischer Drehwinkelmessung handelt es sich um einen entsprechend optisch markierten Ring. Dieser kann an geeigneter Stelle die Eingangswelle umgebend an dieser befestigt werden. Das wenigstens zweite Sensorelement ist gemäß einem vorteilhaften Vorschlag der Erfindung ringsegmentartig ausgebildet und läßt sich somit gehäuseseitig der verdrehbaren Sensoreinheit gegenüberliegend anordnen. Das Ringsegment kann beispielsweise Hallsensoren, optoelektronische Sensoren oder dergleichen aufweisen.

Die im wesentlichen stabförmig oder ringsegmentförmig ausgebildete Sensoreinheit kann druckstückartig der Lenkwelle des Lenkventils in Höhe des Magnetimpulsringes gehäuseseitig eingesetzt sein. Diese Sensoreinheit kann selbst als Kunststoffdruckstück ausgebildet sein und im Gehäuse in axialer und tangentialer Richtung geführt werden, wobei in den Kunststoff die Sensoren, gemäß einem vorteilhaften Vorschlag der Erfindung auch die Auswerteelektronik, Leitungsanschlüsse, Stecker und dergleichen eingegossen sind. Das Druckstück kann in vorteilhafter Weise federbelastet, vorzugsweise durch Zwischenlagern einer Schraubenfeder durch einen Schraubdeckel, einen Klippdeckel oder eine ähnliche Anordnung in eine Gehäusebohrung montiert und fixiert werden. Der Sensor kann mittels paralleler im wesentlichen gerader Federelemente mit einem Druckstück verbunden sein. Somit übernehmen die Federelemente die Aufgabe der Führung und der elektrischen Verbindung. Alternativ kann auch ein Deckel mit Membranfunktion, also ein federnd wirkender Deckel verwendet werden. Somit wird das Druckstück geführt und abgefedert und darüber hinaus durch den Deckel das Gehäuse abgedichtet.

Gemäß einem besonders vorteilhaften Vorschlag der Erfindung ist die erfindungsgemäße Drehsensor-Anordnung in einem Lenkgetriebe, genauer gesagt am Lenkventil angeordnet. Dabei ist die Eingangswelle des Lenkventils mit einem Magnetimpulsring versehen, während die Hallsensoren in ein in eine Lenkgetriebegehäusebohrung eingesetztes Kunststoffdruckstück eingegossen sind.

Durch die Erfindung wird somit auch ein völlig neuartiges Lenkventil beziehungsweise Lenkgetriebe angegeben, welches eine Lenksensoranordnung zur Ermittlung von Lenkwinkel, Lenkwinkelgeschwindigkeit und dergleichen aufweist, gebildet durch einen auf die Eingangswelle aufgesetzten Impulsgeber und eine getriebegehäuseseitig eingesetzte Sensoranordnung. Das erfindungsgemäße Lenkgetriebe weist vorzugsweise eine Hallsensor-Anordnung auf, die einem auf die Eingangswelle aufgesetztem Magnetimpulsring gegenüberliegend im Gehäuse festgelegt wird. Die Hallsensor-Anordnung besteht vorzugsweise aus einem Kunststoffdruckstück, in welches die Hallsensoren, die Auswerteelektronik, Anschlußleitungen und dergleichen eingegossen sind. Das Kunststoffdruckstück wird durch eine Feder belastet, die ihrerseits durch einen Schraubdeckel, einen Klippdeckel oder dergleichen gespannt ist.

Durch die Erfindung wird ein Toleranzausgleich ermöglicht. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein sehr breiter Impulsring gegenüber einem schmalen Hallsensor- Druckstück verwendet werden. Auch kann das Hallsensor-Druckstück einen axialen Anschlag für den Impulsring aufweisen. Eine der Sensoreinheiten kann einstückig mit der Welle bzw. dem Gehäuse ausgebildet sein. Insbesondere kann der Impulsring einstückig mit der Welle ausgebildet sein oder direkt in diese integriert sein.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine geschnittene Darstellung eines Teilbereiches eines Lenkgetriebes;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung entlang der Linie II-II gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Detaildarstellung des Details III gemäß Fig. 1;

Fig. 4 eine der Fig. 1 entsprechende Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform;

Fig. 5 eine Schnittdarstellung entlang der Linie V-V gemäß Fig. 4;

Fig. 6 eine der Fig. 3 entsprechende Detaildarstellung eines Details gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform;

Fig. 7 eine der Fig. 3 entsprechende Detaildarstellung eines Details gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform;

Fig. 8 eine der Fig. 1 entsprechende Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform und

Fig. 9 eine Detaildarstellung des Details 9 gemäß Fig. 8.

In den Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel, welches ein Hauptanwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Drehsensor-Anordnung betrifft. In üblicher Weise umfaßt ein Lenkgetriebe 1 ein Gehäuse 2, in welchem eine Eingangswelle 3, in die im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Torsionsstab 4 eingesetzt ist, mittels Lagern/Dichtungen 5 eingesetzt ist. Auf die Eingangswelle 3, welche direkt oder indirekt mit einem Lenkrad eines Fahrzeugs verbunden wird, werden Lenkbewegungen übertragen, die zu einer Wellendrehung führen.

Auf die Eingangswelle 3 ist ein Impulsring 7 aufgesetzt, der mit der Eingangswelle 3 verdrehbar ist.

In einem Zusatzgehäuse 6 ist in Form eines Sensordruckstückes 8 ein Sensor dem Impulsring 7 gegenüberliegend angeordnet. Dazu ist eine Bohrung in dem Gehäuse 2 ausgeführt. Das Druckstück 8, in welches Sensoren, unter Umständen auch Elektronik, Anschlußleitungen und dergleichen eingegossen sind, ist in der Bohrung im Gehäuse mittels einer Feder 9 gegen den Impulsring gedrückt. Zwischen dem Sensordruckstück 8 und dem Impulsring 7 ist eine Gleitschicht aus. Kunststoff ausgebildet, beispielsweise durch das Druckstück 8 selbst. Als Gegenlager für die Feder und zum Verschließen der Montageöffnung ist im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 3 ein Schraubstopfen 10 in die mit einem Innengewinde versehene Öffnung des Zusatzgehäuses 6 eingedreht. Der Schraubstopfen 10 wird durch die Verbindungsleitung 11 durchragt.

Die Detaildarstellung dieser Anordnung gemäß Fig. 3 zeigt die in dem Druckstück eingegossenen Hallsensoren 12.

Eine alternative Ausführungsform ist in Fig. 4 und 5 gezeigt, bei welcher jedoch nur Details der Druckstückanordnung unterschiedlich sind. Während bei dem Beispiel gemäß Fig. 1 bis 3 das Druckstück an seiner der Welle 3 abgewandten Seite eine Ringnut für die Feder aufweist, weist im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 das Druckstück 8 einen stiftartigen Ansatz auf, auf den eine Schraubenfeder 9 aufgesetzt ist. Der Stopfen 10 ist nicht mit einem Schraubgewinde versehen, sondern als Klippdeckel ausgebildet, der auf eine Ringwulst am Zusatzgehäuse 6 aufgesetzt wird.

In dem in Fig. 6 im Detail gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Druckstück 8 mit Anschlüssen 13 versehen, die mit einem Leitungsanschluß 14 im Stopfen 10 verbunden sind. Der Stopfen 10 weist weder ein Gewinde noch einen Klipp auf, sondern wird mit dem Druckstück 8 in das Zusatzgehäuse 6 eingesetzt und durch eine Klippkappe 15 mit einem Spannring 16 fixiert. Die Anschlüsse 13 sind als parallele federnde Führung des Sensors ausgebildet und gleichzeitig als elektrische Verbindungselemente.

Bei dem in Fig. 7 im Detail gezeigten Ausführungsbeispiel ist diese Anordnung parallelogrammartig positionierter, federnder Führungselemente deutlich gezeigt. Diese Blattfederelemente 13 dienen auch der elektrischen Verbindung mit der Elektronik 17, die in das Druckstück mit dem Hallsensor 8 eingegossen ist. Der Stopfen 10 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel von oben aufgesetzt und beispielsweise mit dem Gehäuse verklebt. Es sind Ausführungsbeispiele denkbar, bei welchen alternativ oder zusätzlich auch der Impulsring 7 radial federnd ausgebildet ist. Durch die Parallelogrammführung des Druckstücks kann auf Führung und weitere Federelemente verzichtet werden.

Bei dem in Fig. 8 und 9 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Federfunktionen, die Führungsfunktion und die Gehäuseabdichtung durch eine Membrankappe 18 realisiert. Das Druckstück 8 ist durch die klippartig auf eine Ringwulst im Gehäuse aufgesetzte und federnd ausgebildete Abdeckkappe 18 geführt und gefedert.

Die gezeigten Ausführungsformen dienen der Erläuterung und sind nicht beschränkend. Die Sensoranordnung ist leicht und völlig unabhängig von dem Montagezustand der Eingangswelle 3 montierbar bzw. demontierbar. Da anstelle der im Stand der Technik bekannten und geforderten Luftspalte zwischen Sensor und Impulsring nunmehr erfindungsgemäß eine Kunststoffschicht ausgebildet ist, ist der Abstand zwischen Impulsring und Sensor immer gleich, völlig unabhängig von Fertigungstoleranzen, Fluchtungs- und Rundlauffehler sowie möglichen Durchbiegungen der Welle. Auch hat die Wellendurchbiegung keinerlei Einfluß auf das Sensorverhalten, so daß nunmehr auch hochauflösende Sensoren ausgebildet werden können. Dies war bisher nur in Kugellageranordnungen möglich.

Bezugszeichenliste

1

Lenkventil/Lenkgetriebe

2

Gehäuse

3

Eingangswelle

4

Torsionsstab

5

Lager/Dichtung

6

Zusatzgehäuse

7

Impulsring

8

Sensordruckstück

9

Feder

10

Stopfen

11

Leitung

12

Hallsensor

13

Anschlüsse

14

Leitungsanschluß

15

Kappe

16

Ring

17

Elektronik

18

Federkappe

Claims (15)

1. Drehsensor-Anordnung für relativ zu umgebenden Elementen verdrehbare Elemente, insbesondere für Wellen, bestehend aus wenigstens zwei voneinander getrennt montierbaren Sensoreinheiten, wobei eine Sensoreinheit zur Anordnung an dem verdrehbaren Element, und eine wenigstens zweite zur Anordnung an einem relativ zum verdrehbaren Element ortsfesten Element vorgesehen ist, und wobei die wenigstens zweite Sensoreinheit unabhängig von einem Montagezustand des verdrehbaren Elementes zugänglich und demontierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die relativ zueinander beweglichen Sensoreinheiten (7, 8) aufeinander gleitend angeordnet sind, wobei wenigstens eine der Sensoreinheiten (8) federbelastet ist und zwischen den Sensoreinheiten (7, 8) Toleranzen in Richtung senkrecht zur Gleitfläche ausgleichbar sind.

2. Drehsensor-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den relativ zueinander beweglichen Sensoreinheiten (7, 8) eine Kunststoffschicht ausgebildet ist.

3. Drehsensor-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem verdrehbaren Element (3) montierbare Sensoreinheit (7) ringförmig ausgebildet ist.

4. Drehsensor-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem verdrehbaren Element (3) anzuordnende Sensoreinheit (7) eine Magnetimpulseinheit ist.

5. Drehsensor-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die am ortsfesten Element (2) anzuordnende Sensoreinheit (8) ringsegmentförmig ist.

6. Drehsensor-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die am ortsfesten Element (2) anzuordnende Sensoreinheit (8) Hallsensoren (12) aufweist.

7. Drehsensor-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die am ortsfesten Element (2) anzuordnende Sensoreinheit (8) in einem Kunststoffdruckstück angeordnet ist.

8. Drehsensor-Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in das Kunststoffdruckstück Sensoren (12), Auswerteschaltungen (17) und/oder Anschlußleitungen eingegossen sind.

9. Drehsensor-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die am ortsfesten Element (2) anzuordnende Sensoreinheit (8) mittels eines Schraubdeckels in einem Zusatzgehäuse (6) angeordnet ist.

10. Drehsensor-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die am ortsfesten Element (2) anzuordnende Sensoreinheit (8) mittels eines Klippdeckels in einem Zusatzgehäuse (6) angeordnet ist.

11. Drehsensor-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Sensoreinheit (8) durch eine parallele federnde Führung positioniert ist.

12. Drehsensor-Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente der parallel federnden Führung gleichzeitig elektrische Verbindungselemente (13) sind.

13. Drehsensor-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese an einem Lenkgetriebe (1) angeordnet ist.

14. Drehsensor-Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Sensoreinheit (7) auf der Eingangswelle (3) des Lenkventils (1) und eine ortsfeste Sensoreinheit (8) in einer Gehäusebohrung des Getriebegehäuses (2) angeordnet ist.

15. Drehsensor-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Sensoreinheiten (7) einstückig mit dem verdrehbaren Element (3) ausgebildet ist.