DE19962066A1 - Winkelsensoreinheit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Winkelsensoreinheit, bestehend aus einer Taktscheibe, die über eine Nabe mit dem zu vermessenden Objekt zur Bestimmung einer Wellen-, Achsen- oder Radposition verbunden ist. Die Taktscheibe besteht aus einem Kunststoffmaterial, dessen Dicke zwischen 0,1-1,0 mm liegt und dessen Ebenheit < 0,2 mm beträgt und weist eine zentrische Bohrung auf, in die ein Flansch der Nabe einschiebbar ist, wobei auf dem Flansch der Nabe mindestens 3 Stege radialsymmetrisch angeordnet sind, die in entsprechend ausgebildete, nutförmige Ausstanzungen der Taktscheibe eingreifen. Die Befestigung der Taktscheibe auf der Nabe über Stege und Nuten erfolgt formschlüssig und kraftschlüssig über einen Gegenhalter.

Description

Die Erfindung betrifft eine Winkelsensoreinheit, bestehend aus einer Taktscheibe, die über eine Nabe mit dem zu vermessenden Objekt zur Bestimmung einer Wellen-, Achsen- oder Radposition verbunden ist.

Zum Messen von Drehwinkeln und/oder Rundenzahlen werden Winkel­ sensoren verwendet, an die sehr hohe Anforderungen hinsichtlich der Meßgenauigkeit innerhalb eines breiten Temperaturbereiches gestellt werden. Insbesondere besteht ein Problem bei der mecha­ nischen Fixierung der Geberscheibe auf einem geeigneten Träger, z. B. einer Nabe, da die Scheibe in axialer und radialer Rich­ tung über den gesamten, angegebenen Temperaturbereich spiel- und spannungsfrei einer ortsfestgelagerten Sensoreinrichtung zuge­ ordnet werden muß.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Winkelsensor der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß eine Meßgenauigkeit von ≦ 0,5 Bogengrad innerhalb eines Temperatur­ bereiches von -40 bis +80°C erreicht wird, wobei auch Vibra­ tionsbelastungen mit einer Frequenz zwischen 8 und 200 Hz bei einer Effektivbeschleunigung von < 1 g ohne Funktionseinschrän­ kung überstanden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Patentan­ sprüchen angegebenen Merkmale gelöst.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spieles näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 Einbausituation der erfindungsgemäßen Taktscheiben- Naben-Verbindung bei einem Lenkwinkelsensor für ein Kraftfahrzeug,

Fig. 2 erfindungsgemäße Taktscheibe in Draufsicht,

Fig. 3 erfindungsgemäße Nabe im Querschnitt,

Fig. 4 erfindungsgemäße Nabe in Draufsicht.

Gemäß Fig. 1 besteht die Baueinheit Taktscheiben-Naben-Verbin­ dung des erfindungsgemäßen Winkelsensors aus einer Nabe 1, einer Taktscheibe 2 und einem Gegenhalter 3, in diesem Fall gebildet aus einem Antriebsrad 9 für ein Untersetzungsgetriebe. Die Nabe 1 ist mit der Lenksäule 4 fest verbunden, so daß eine Drehbewe­ gung um die Lenksäulenachse 5 unmittelbar auf die Nabe 1 und dann auf die Taktscheibe 2 übertragen wird.

Die eigentliche Übertragung der Drehbewegung von der Nabe auf die Taktscheibe erfolgt über Stege 8 in die Nuten 6, die in dem in Fig. 2 gewählten Beispiel sternförmig von der Bohrung 7 der Taktscheibe 2 ausgehen. Vorzugsweise werden die Nuten 6 in das Kunststoffmaterial der Taktscheibe 2 eingestanzt, wodurch die vorgegebenen Toleranzen sicher eingehalten werden können. Die Toleranzbereiche betragen +0,05 mm bezogen auf eine Nutbreite von 2 mm.

Im Wirkeingriff mit den Nuten 6 befinden sich auf der Nabe 1 Stege 8, die ebenfalls sternförmig von der Rotationsachse der Nabe 1 ausgehen und bis in einen Randbereich des Flansches 10 reichen. Vorzugsweise sind die radial nach außen weisenden End­ flächen der Stege 8 abgerundet, so daß keine Kerbwirkung beim Einsetzen der Taktscheibe 2 auftreten kann.

Die in Fig. 3 und 4 dargestellte Nabe 1 ist vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung vom Typ Al-Cu-Mg gefertigt. Diese Le­ gierung hat sich sowohl unter mechanischen als auch unter klima­ tischen Schocktests bei der aus Kunststoff gefertigten Takt­ scheibe als sehr standfest erwiesen.

Für die mechanischen Schocktests wurden dabei folgende Prüfbe­ dingungen gewählt:

• 1. Bei -40°C wurde eine Beschleunigung von 100 g in einer Zeit von 6 Millisekunden aufgebracht. Dabei durfte die Querbewegung zur Schockbeanspruchungsrichtung zu keinem Zeitpunkt ein Ausmaß erreichen, bei dem die auftretende positive oder negative Beschleunigung größer als 30% der Beschleunigung des nominalen Schocks in der vorgegebenen Richtung war.
• 2. Bei Temperaturen zwischen -40°C und +80°C wurden die Bestandteile des erfindungsgemäßen Winkelsensors einer Temperaturänderungsgeschwindigkeit von 1°/min. ausgesetzt. Während einer Prüfzeit von 8 Stunden wurden 32 Zyklen durc­ hgeführt. Auch dieser Test wurde von dem erfindungsgemäßen Lenkwinkelsensor ohne meßbare Beschädigung überstanden.

Somit ist nachgewiesen, daß die mechanische Fixierung der Geber­ scheibe auf einem geeigneten Träger, wie z. B. einer Nabe, so durchgeführt werden kann, daß die Scheibe in axialer und ra­ dialer Richtung über den gesamten angegebenen Temperaturbereich spiel- und spannungsfrei der Sensoreinrichtung zugeordnet werden kann.

Claims (3)

1. Winkelsensoreinheit, bestehend aus einer Taktscheibe, die über eine Nabe mit dem zu vermessenden Objekt zur Bestim­ mung einer Wellen-, Achsen- oder Radposition verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Taktscheibe (2) aus einem Kunststoffmaterial be­ steht, dessen Dicke zwischen 0,1-1,0 mm liegt und dessen Ebenheit <0,2 mm beträgt,
daß die Taktscheibe (2) eine zentrische Bohrung (7) auf­ weist, in die ein Flansch (10) der Nabe (1) einschiebbar ist, wobei auf dem Flansch der Nabe mindestens 3 Stege (8) radialsymmetrisch angeordnet sind, die in entsprechend ausgebildete, nutförmige Ausstanzungen (6) der Taktscheibe (2) eingreifen und
daß die Befestigung der Taktscheibe (2) auf der Nabe (1) über Stege (8) und Nuten (6), formschlüssig und kraft­ schlüssig über einen Gegenhalter (3) erfolgt.

2. Winkelsensoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Toleranzfelder für Taktscheibe und Nabe wie folgt bemessen sind:
Bohrung der Taktscheibe +0,1 mm, Nutbreite der Taktscheibe +0,05 mm, Nutlänge der Taktscheibe +0,1 mm, Flanschdurchmesser der Nabe -0,05 mm, Stegbreite der Nabe -0,05 mm, Steglänge der Nabe -0,05 mm.

3. Winkelsensoreinheit nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Nabe (1) und Gegenhalter (3) auf einer gemeinsamen Achse (5) angeordnet sind.