DE202008003476U1

DE202008003476U1 - Sensoreinheit

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Publication number: DE202008003476U1
Application number: DE200820003476
Authority: DE
Original assignee: ETO Magnetic GmbH
Current assignee: ETO Magnetic GmbH
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2009-07-30
Anticipated expiration: 2018-03-12
Also published as: WO2009112234A1; EP2260309A1

Abstract

Induktiv wirksame Sensoreinheit mit einer innen an einer einem Messpartner (P) zugewandten Gehäusewand (12) eines Sensorgehäuses (10) vorgesehenen Sensoranordnung (22), die zumindest eine Permanentmagneteinheit (20) und eine Spuleneinheit (16) als Komponenten aufweist,
wobei die Sensoranordnung zum Erzeugen eines elektrischen Sensorsignals mittels der Spuleneinheit als Reaktion auf eine durch eine Bewegung des gehäuseexternen Messpartners relativ zur Sensoranordnung bewirkte Magnetfeldänderung ausgebildet ist,
und wobei die Spuleneinheit zum gehäuseexternen Weiterleiten des Sensorsignals mit Kontaktierungsmitteln (30) verbunden ist, die von der Sensoranordnung im Gehäuse thermisch entkoppelt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (22) oder mindestens eine Komponente (24, 20, 18) der Sensoranordnung durch Wirkung eines thermisch isolierenden, einstückig einen Federabschnitt (40) anbietenden Distanzelements (42) gegen die fest im oder am Gehäuse sitzenden Kontaktierungsmittel als Widerlager oder das Gehäuse selbst vorgespannt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine induktive, bzw. induktiv wirksame Sensoreinheit nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Eine derartige Vorrichtung ist aus dem Stand der Technik allgemein bekannt und wird typischerweise etwa zur Drehzahlerfassung eines Verbrennungsmotors oder dergleichen im Kraftfahrzeugbereich eingesetzt.
Derartige induktive Sensoren, aufgrund des Umstandes, dass sie ohne eigene Spannungsversorgung arbeiten, auch als passive Sensoren bezeichnet, basieren auf dem Wirkungsprinzip, dass eine Sensoreinheit, welche einen Permanentmagneten (Dauermagneten) sowie eine Induktionsspule mit Weicheisenkern aufweist, als Induktivgeber mit einem (z. B. in seiner Bewegung zu messenden) Messpartner so zusammenwirkt, dass die Bewegung des Messpartners (typischerweise etwa ein an einer Koppelwelle oder dergleichen vorgesehener Zahn), in seiner Bewegung gegenüber der Induktionsspule sowie dem Permanentmagneten, eine magnetische Flussänderung durch die Spule bewirkt, mit der Konsequenz, dass in der Spule eine (extern abzugreifende) Induktionsspannung erzeugt wird (konkret würde etwa ein sich bewegender Vorsprung des Messpartners, z. B. ein Zahn, eine magnetische Bündelung des Permanentmagnet-Streuflusses erreichen, dagegen etwa eine Lücke den Magnetfluss schwächen, sodass in soweit die Bewegung des Messpartners sich in einer Änderung des Magnetflusses niederschlägt). Entsprechend kann daher durch die Anzahl von Spannungsänderungen an der Spule pro Zeiteinheit ein einer Drehzahl (entsprechend einer Bewegungsgeschwindigkeit des Messpartners) entsprechendes Signal generiert und zur weiteren Signalverarbeitung bereitgestellt werden.
Die 2 verdeutlicht eine praktisch-konstruktive Realisierung, wie sie typischerweise als induktiver Drehzahlsensor eingesetzt wird und als hausinterner Stand der Technik der Erfindung zugrunde gelegt werden soll. So zeigt die Darstellung der 2 im Längsschnitt ein langgestrecktbuchsenförmiges Gehäuse 10, welches bodenseitig abgeschlossen ist und eine Bodenfläche (bodenseitige Gehäusewand) 12 ausbildet, welche einem Messpartner P, z. B. einem vorbeschriebenen Zahn einer Nockenwelle, deren Bewegungsgeschwindigkeit zu detektieren ist, gegenüber steht. Im etwa als Tiefziehteil ausgebildeten Gehäuse 10 sitzt bodenseitig eine auf einem Spulenträger 14 gehaltene Wicklung 16, welche mantelseitig einen zentrischen, sich bis zum Boden 12 erstreckenden Kern 18 aus weichmagnetischem Material sowie ein Permanentmagnetelement 20, welches axial auf dem Kern 18 aufsitzt, umschließt. Vervollständigt wird die durch das Oval 22 bezeichnete Sensoranordnung durch eine auf dem Permanentmagnetelement 20 aufliegende Weicheisenscheibe 24, sodass, in der vorbeschriebenen Weise, ein von der Wicklung 16 detektiertes Feld des Permanentmagneten 20 von einer Bewegung des Messpartners P magnetisch beeinflusst wird und als Induktionsspannung in der Wicklung 16 auftritt.
Für eine gleichbleibend hohe Qualität des Sensorsignals ist es wichtig, dass die Anordnung aus Magnetscheibe 25, Permanentmagnet 20 und Kern 18 möglichst unmittelbar am Boden 12 anliegt, daher ist, unter Zwischenschaltung einer Kunststoff-Distanzhülse 26, diese Anordnung durch Wirkung einer Druckfeder 28 gegen den Boden 12 vorgespannt. Die Druckfeder 28 wiederum stützt sich ab von einem in einem Kunststoff-Steckerabschnitt (als Kontaktierungsmittel) 30 gebildeten Federsitz 32, wobei der Steckerkontaktabschnitt als Kunststoff-Spritzteil ein Paar von Kontaktfahnen 33 sowie ein damit verbundenes Kabelende 34 einbettet (welche wiederum die Wicklung 16 kontaktieren und das externe Abgreifen des Induktions-Spannungssignals ermöglichen), gleichzeitig wird mittels des Steckerabschnitts an dem dem Boden 12 gegenüberliegenden Ende des Gehäuses selbiges verschlossen.
Da insbesondere etwa beim beschriebenen Einsatzfall am Kraftfahrzeugmotor die Beanspruchung der gezeigten Sensoreinheit durch Temperatur und Vibration hoch ist, hat die Feder 28 die Funktion eines Toleranzausgleichselements; insbesondere kann durch geeignete Auslegung der Federkraft sichergestellt werden, dass die Komponenten 18 bis 24 der Sensoranordnung zuverlässig und unter Minimierung magnetischer Verluste am Boden 12 anliegen, ohne eine mechanische Beschädigung zu bewirken. Gleichzeitig nimmt die Feder 28 etwa durch Temperatur, Vibration oder dergleichen bedingte Verformungen auf, wobei die Distanzhülse 26, aus einem schlecht wärmeleitenden Kunststoffmaterial gebildet, eine faktische Wärmeisolation zwischen dem eingriffsseitigen Boden 12 und dem (potenziell temperaturempfindlichen) Steckerabschnitt 30 herstellt.
In der Praxis hat sich zwar eine Vorrichtung der in 2 gezeigten Art bewährt, gleichzeitig ist diese jedoch aufwändig herzustellen und, etwa im Hinblick auf das Erfordernis der Feder 28 und der Distanzhülse 26 als nur begrenzt automatisiert zu montierende Teile, in der Herstellung nicht uneingeschränkt großserientauglich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine gemäß 2 als gattungsbildend vorrausgesetzte Sensoreinheit im Hinblick auf eine Vereinfachung der konstruktiven Reali sierung bei gleichzeitig vorteilhaften Betriebs-, Wärmeisolations- und Abnutzungseigenschaften, insbesondere auch in belasteten Betriebsumgebungen, zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch die Sensoreinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Vorteilhaft wird im Rahmen der Erfindung die bekannte Kombination aus Distanzstück (vor allem zur thermischen Entkopplung) und Feder (zur Kompensation von Abmessungsschwankungen bzw. Vibrationseinflüssen) ersetzt durch ein einstückiges Distanzelement, welches integral einen Federabschnitt anbietet, sodass in einfach zu montierender und sehr zuverlässig zu betreibender Weise beide kritischen Funktionalitäten durch lediglich ein (zudem einfach herzustellendes) Element ersetzt werden können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung greift dabei das Distanzelement direkt oder mittelbar (d. h. z. B. mit einer zwischenliegenden Weicheisenscheibe oder dergleichen) auf das Permanentmagnetelement und spannt dies (auf wiederum direkt oder mittelbar, z. B. über einen zwischenliegenden Kern) vor gegen die dem Messpartner zugewandte Gehäusewand. Damit lässt sich dieselbe Funktionalität wie beim herangezogenen Stand der Technik realisieren, ohne die Notwendigkeit mehrerer Bauelemente.
Auch ist weiterbildungsgemäß vorgesehen, dass sich das erfindungsgemäße Distanzelement am dem Messpartner gegenüberliegenden Gehäuseende von den Kontaktierungsmitteln (z. B. einem durch Spritzgießen realisiertem Kunststoff-Steckerabschnitt) als Widerlager abstützt, wobei, zur pro zesstechnischen Optimierung, das Distanzelement im Bereich des Steckerabschnitts (Kontaktierungsmittel) während der Herstellung am Spulenträger (Abschnitt 46) mittels eines entfernbaren Bolzens (Position 50) am Gehäuse festgelegt ist, sodass etwa beim Kunststoff-Spritzen des Steckerabschnitts keine unbeabsichtigte Beschädigung oder Beeinträchtigung dieser Komponenten erfolgt.
Der erfindungsgemäße Federabschnitt (federnde Abschnitt) kann, einstückig realisiert, etwa in der Art mäanderförmig gewundener Materialabschnitte, eines Torsinns- oder Spiralabschnitts ausgestaltet sein und/oder den Charakter einer Festkörperfeder annehmen; so ist es insbesondere auch von der Erfindung umfasst, den erfindungsgemäßen Federabschnitt bzw. das Distanzelement vollständig aus einem geeigneten (gummmi-)elastischen Material zu realisieren, sodass die beabsichtigte Federwirkung erreicht wird; bei allen Realisierungsformen wirkt zudem das Distanzelement als thermisches Entkopplungsstück zwischen der eingriffsseitigen Sensoranordnung und dem Steckerabschnitt (d. h. den Kontaktierungsmitteln), wobei gerade integrale Federabschnitte des Distanzelements günstige Wärmeisolationseigenschaften aufweisen.
Im Ergebnis wird durch die vorliegende Erfindung, welche in besonders bevorzugter Weise einen Motordrehzahlsensor oder dergleichen Erfassungselement im KFZ- und/oder Verbrennungsmotorbereich ausbildet, jedoch nicht auf diesen Einsatzbereich beschränkt ist, in überraschend einfacher und eleganter Weise die bekannte Vorgehensweise beim induktiven Erfassen gerade in belasteten Einsatzumgebungen deutlich verbessert, insbesondere im Hinblick auf einfache Fertigbarkeit (damit auch potenziell geringere Produktionskos ten), hohe Betriebssicherheit und verminderten Material- und Bauteileeinsatz.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in
1 einen Längsschnitt durch eine induktiv wirksame Sensoreinheit gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
2 eine Längsschnittansicht analog der Darstellung der 1 zur Verdeutlichung eines als gattungsbildend vorausgesetzten (anmelderinternen) Standes der Technik.
Bei der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels der 1 entsprechen die mit demselben Bezugszeichen versehenen Elemente und Komponenten der Ausführungsform der 2, sofern keine abweichenden Angaben gemacht werden.
Wie die Längsschnittansicht der 1 verdeutlicht, spannt ein Federabschnitt 40 eines aus einem Kunststoffmaterial realisierten, abschnittsweise stiftförmigen Distanzstücks 42 die im Zusammenhang mit der 2 bereits beschriebene Sensoranordnung 22 aus Weicheisenscheibe 24, Permanentmagnetelement 20 und Kern 18 gegen die Bodenfläche 12 vor, wobei wiederum diese Anordnung bis zur Höhe des Permanentmagneten 20 von der Wicklung 16 umgeben ist.
Am der Sensoranordnung 22 entgegengesetzten Ende stützt sich das Distanzelement 42 gegen einen durch Spritzgießen hergestellten Steckerabschnitt 44, welcher fest am Gehäuse 10 ansitzt, ab, wobei der Steckerabschnitt 44 wiederum ein Paar von Kontakten 34, elektrisch durchgeschleift bis zur Wicklung 16, einschließt. Wie die 1 verdeutlicht, ist zudem ein oberer Abschnitt 46 des aus Kunststoff gebildeten Spulenträgers 48 bis zur Höhe des Steckerabschnitts 44 hochgezogen, wobei der Abschnitt 46 sowie das steckerseitige Ende des Distanzelements 42 über einen Durchbruch 50 am Gehäuse 10 festliegen (diese Maßnahme hat den Zweck, dass ein Ein- bzw. Aufspritzen des Steckerabschnitts 44 nach Einsetzen der Komponenten in das hülsenförmige Gehäuse 10 keine nachteilige Druckbeschädigung oder dergleichen Einfluss auf die Elemente 42, 46 bringen soll.
Während sich die in 1 gezeigte Ausführungsform der Erfindung durch vorteilhafte Wirkungen des Federabschnitts in der Kompensation von temperaturbedingten Ausdehnungen oder Vibration sowie der Wärmeisolation besonders günstig für den vorbeschriebenen Einsatzzweck der Drehzahlmessung am Verbrennungsmotor eignet, ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschränkt, vielmehr gelten prinzipiell beliebige Einsatzzwecke einer induktiv wirksamen Sensoranordnung (etwa der Anordnung 22 des gezeigten Ausführungsbeispiels) als potenzielle Einsatzgebiete der Erfindung.

Claims

Induktiv wirksame Sensoreinheit mit einer innen an einer einem Messpartner (P) zugewandten Gehäusewand (12) eines Sensorgehäuses (10) vorgesehenen Sensoranordnung (22), die zumindest eine Permanentmagneteinheit (20) und eine Spuleneinheit (16) als Komponenten aufweist, wobei die Sensoranordnung zum Erzeugen eines elektrischen Sensorsignals mittels der Spuleneinheit als Reaktion auf eine durch eine Bewegung des gehäuseexternen Messpartners relativ zur Sensoranordnung bewirkte Magnetfeldänderung ausgebildet ist, und wobei die Spuleneinheit zum gehäuseexternen Weiterleiten des Sensorsignals mit Kontaktierungsmitteln (30) verbunden ist, die von der Sensoranordnung im Gehäuse thermisch entkoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (22) oder mindestens eine Komponente (24, 20, 18) der Sensoranordnung durch Wirkung eines thermisch isolierenden, einstückig einen Federabschnitt (40) anbietenden Distanzelements (42) gegen die fest im oder am Gehäuse sitzenden Kontaktierungsmittel als Widerlager oder das Gehäuse selbst vorgespannt ist.
Sensoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse langgestreckt ausgebildet ist, eine zumindest abschnittsweise hülsenförmige Struktur aufweist und ein stirnseitiger Boden (12) der Hülse die dem Messpartner zugewandte Gehäusewand ausbildet.
Sensoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsmittel an einem der Gehäusewand gegenüberliegenden Gehäuseende einen Gehäuseabschluss, insbesondere in der Art eines Steckers (44) oder einer Kontaktbuchse, bilden.
Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsmittel mindestens zwei elektrisch leitende Kontakte (34) aufweisen, welche, insbesondere als Spritzgussteil, von einem Kunststoffmaterial ummantelt, umschlossen und/oder gehalten sind.
Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Federabschnitt (40) ein gewundener, mäanderförmiger, spiralförmiger und/oder tordierender Bereich des aus einem Kunststoffmaterial realisierten Distanzelements ist.
Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Distanzelement ein sich in einer Gehäuse-Längsrichtung erstreckendes, direkt oder mittelbar auf die Permanentmagneteinheit greifendes, insbesondere stiftförmiges Kunststoffelement ist.
Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Federabschnitt und/oder das Distanzelement aus einem die Vorspannung bewirkenden gummielastischen Material, insbesondere Polymermaterial, realisiert sind.
Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung in Richtung der Vorspannung eine der Permanentmagneteinheit (18) benachbart vorgesehene, magnetisch leitende Kerneinheit (18) aufweist.
Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spuleneinheit einen langgestreckten Spulenträger aufweist, der sich außerhalb eines darauf gebildeten Wicklungsabschnitts in einer Erstreckungsrichtung des Gehäuses bis zu den Kontaktierungsmitteln erstreckt.
Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spuleneinheit und/oder das Distanzelement im Bereich der Kontaktierungsmittel (50) und/oder in einem der dem Messpartner zugewandten Gehäusewand entgegengesetzten Endbereich des Gehäuses am Gehäuse festgelegt ist.
Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit zur Erfassung eines Kraftfahrzeug- und/oder Motorparameters, insbesondere einer Motordrehzahl, ausgebildet ist.