DE202009008372U1

DE202009008372U1 - Magnetischer Positionsgeber

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Publication number: DE202009008372U1
Application number: DE202009008372U
Authority: DE
Original assignee: ASM Automation Sensorik Messtechnik GmbH
Current assignee: ASM Automation Sensorik Messtechnik GmbH
Priority date: 2009-06-17
Filing date: 2009-06-17
Publication date: 2009-09-17
Anticipated expiration: 2019-06-18
Also published as: DE202009009919U1; US20110187357A1; DE202009011983U1

Abstract

Magnetischer Positionsgeber (1) zur Betätigung von magnetischen Winkelsensoren mit
– einer Basisplatte (3) und
– wenigstens einer Befestigungsbohrung (4),
– zwei Gebermagneten (14a, b), die bezüglich der Mitte des Basisplatte (3) gegenüberliegend angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Basisplatte (3) ein Stanz-Biegeteil aus Blechmaterial ist.

Description

I. Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft magnetische Positionsgeber, wie sie zur Betätigung von magnetisch empfindlichen Winkelsensoren, also beispielsweise Wiegand-Sensoren, AMR-Sensoren, GMR-Sensoren, Multi-Magnetic-Domain-Sensoren, Multiturn-Magnetic-Bubbel-Sensoren etc. benötigt werden.
Dabei wird der magnetische Positionsgeber an demjenigen Bauteil fixiert, dessen Winkellage bzw. Drehlage von dem magnetisch empfindlichen Winkelsensor detektiert werden soll, der dem magnetischen Positionsgeber beabstandet, gegenüberliegend montiert ist.
Im einfachsten Fall kann man natürlich an dem zu detektierenden Bauteil einen Magnet als Positionsgeber durch Verkleben etc. fixieren.
II. Technischer Hintergrund
Da jedoch zur Erzielung einer optimalen Messgenauigkeit ein um die Rotationsachse möglichst symmetrisches Magnetfeld erzeugt werden muss, werden in der Praxis häufig nicht ein einstückiger Permanentmagnet, sondern zwei bezüglich der Rotationsachse gegenüberliegende Permanentmagnete hierfür eingesetzt.
Damit die Montage einfach und präzise ablaufen kann, werden diese beiden Gebermagnete nicht einzeln am zu detektierenden Objekt fixiert, sondern auf einem Grundkörper vormontiert, der dann am zu detektierenden Bauteil definiert fixiert werden muss.
Beispielsweise ist es bereits bekannt, die beiden Gebermagnete auf einer Blechplatte aufzukleben und diese mit Hilfe einer zentralen Befestigungsbohrung, die sich zwischen den beiden Gebermagneten befindet, am Bauteil zu fixieren.
Auch das Abkanten dieser Basisplatte an der Außenkante um 90°, um einen Anschlag für den auf der Basisplatte liegenden Magneten zu schaffen ist bekannt, jedoch verfremdet der über die gesamte Längserstreckung des Magneten durchgehende Anschlag aus Blech, also magnetisch leitfähigem Material den Aufbau eines um die Rotationsachse symmetrischen Magnetfeldes nachteilig.
III. Darstellung der Erfindung
a) Technische Aufgabe
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, einen gattungsgemäßen magnetischen Positionsgeber zu schaffen, der trotz einfachen und kostengünstigen Aufbaus positionssicher herzustellen und positionssicher zu montieren ist, und dennoch einen guten – auch mechanischen – Schutz der Gebermagnete bietet und möglichst viele verschiedene Montagesituationen zulässt.
b) Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird durch das Merkmal der Ansprüche 1 und 3 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Zum einen kann dies gelöst werden, indem als Basisplatte zum Aufbringen der Gebermagnete ein Stanz-Biegeteil aus Blech, insbesondere aus magnetisch leitfähigem Stahlblech, verwendet wird.
Ein solches Stanz-Biegeteil ist sehr kostengünstig herstellbar, wobei das Ausstanzen und Umbiegen, beispielsweise von Anschlägen für die Magnete zwecks exakter Positionierung der Gebermagnete, in einem einzigen Arbeitsgang durchgeführt werden kann.
Zwar werden die Gebermagnete trotz der Anschläge wie vorbekannt auf der Basisplatte als Basiskörper aufgeklebt, jedoch wird dieses Verkleben zusammen mit den Anschlägen durch die hochgebogenen Nasen nur als Vorfixierung verwendet, während die eigentliche Fixierung und gleichzeitig der Schutz der Gebermagnete durch ein anschließendes Einlegen der Basisplatte mit den aufgeklebten Gebermagneten in eine Spritzform und das Umspritzen mit Kunststoff geschieht.
Der Kunststoff bedeckt dabei in Wesentlichen die gesamte Oberseite der Basisplatte und umschließt damit die Gebermagnete vollständig bis auf die Unterseite, mit der sie auf der Oberseite der Basisplatte verklebt sind.
Die formschlüssigen Anschläge in Form der hochgebogenen Nasen der Basisplatte verhindern dabei ein Verrutschen der Gebermagnete durch den mit hohem Druck eingespritzten flüssigen Kunststoff, was allein die Verklebung der Gebermagnete nicht aufnehmen könnte.
Zu diesem Zweck werden die Einspritzöffnungen für den Kunststoff so in der Spritzform positioniert, dass der Kunststoff beim Einströmen in die Form die Magnete gegen die Anschlagnasen drückt, also die Einspritzöffnung des Kunststoffes radial innerhalb der Gebermagnete, also zur Mitte der Basisplatte hin, angeordnet ist bzw. sind.
Eine andere Maßnahme zum Erhöhen der Montagemöglichkeiten besteht darin, dass die Basisplatte nicht nur eine zentrale Befestigungsbohrung, sondern zusätzlich zwei weitere, bezüglich der zentralen Befestigungsbohrung symmetrisch einander gegenüberliegende, exzentrische Befestigungsbohrungen aufweist, die vorzugsweise den gleichen Durchmesser besitzen wie die zentrale Befestigungsbohrung.
Dem Kunden steht es damit frei, ob er die Basisplatte mit Hilfe der beiden exzentrischen Befestigungsbohrungen verdrehsicher an dem gewünschten Bauteil verschraubt, oder nur mittels der zentralen Befestigungsbohrung, was beispielsweise beim Verschrauben an der Stirnseite von dünnen Wellen bevorzugt wird.
Dann ist allerdings eine zusätzliche formschlüssige Verdrehsicherung notwendig, die aus einer formschlüssigen Montagemarkierung besteht, beispielsweise einer Aussparung im Umfang der Basisplatte, insbesondere nahe an einem der beiden Magneten.
In diese Ausnehmung kann dann ein entsprechender Vorsprung am tragenden Bauteil als Verdrehsicherung angeordnet werden, wobei diese Montagemarkierung gleichzeitig zum Ausdruck bringt, wie der dort positionierte Magnet magnetisch gepolt ist bzw. positioniert ist.
Die beiden Gebermagnete sind vorzugsweise als längliche Quader ausgebildet und parallel zueinander symmetrisch gegenüberliegend und parallel zu der Mittellinie der Basisplatte auf dieser angeordnet, die durch die drei auf in einer Linie liegenden Befestigungsbohrungen definiert ist.
Die aus der Basisplatte hoch gekantete Anschlagnase als radial äußerer Anschlag für die Gebermagnete ist dabei jedoch kein über die gesamte Länge des Magneten durchgehender Anschlag, sondern nur eine Anschlagnase am Anfang und Ende des Magneten, die sich in Summe über maximal 15%, besser nur maximal 10%, der Länge des Gebermagneten erstrecken, da das durch die Gebermagnete sich ausbildende Magnetfeld umso stärker durch diese Haltenasen aus magnetisch leitfähigem Blechmaterial verfälscht werden, je größer diese sind.
Um die Magnete beim Aufbringen auf der Basisplatte richtig hinsichtlich ihrer magnetischen Polung anzuordnen, ist zusätzlich an der Basisplatte eine vorzugsweise ebenfalls formschlüssige Vormarkierung angeordnet, die gegebenenfalls auch mit der Montagemarkierung identisch sein kann, vorzugsweise jedoch unterschiedlich zu dieser positioniert und gestaltet ist.
Sie kann ebenfalls wieder eine – dann jedoch anders gestaltete und/oder dimensionierte – Ausnehmung in der Außenkontur der Basisplatte nahe einem der Magnete sein.
Die Außenkontur der Basisplatte weist zumindest Kreissegmente auf, wobei die von den Kreissegmenten abweichenden Bereiche der Umfangskontur nicht über den durch die Kreissegmente gebildeten Füllkreis, der vorzugsweise konzentrisch zur zentralen Befestigungsbohrung liegt, hinausragt.
Der Kunststoff zum Umspritzen von Basisplatte und Gebermagnet ist vorzugsweise durchsichtig, um die Magnete darin erkennen zu können.
Der Kunststoff lässt zumindest die Montagemarkierung frei und auch um die Befestigungsbohrungen herum jeweils einen umlaufenden Randbereich auf der Oberseite der Basisplatte, der groß genug sein muss, um dort den Kopf einer Befestigungsschraube (13) auf der Oberseite der Basisplatte anpressen zu können.
c) Ausführungsbeispiele
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
1: die Basisplatte,
2: den Positionsgeber noch ohne Kunststoffhülle,
3: den fertig hergestellten Positionsgeber, und
4: verschiedene Befestigungssituationen.
1 zeigt die Basisplatte, wie ersichtlich hergestellt als Stanz-Biegeteil, bei der in einem einzigen Arbeitsschritt aus einem ebenen Blech die Außenkontur der Basisplatte 3 einschließlich der drei Befestigungsbohrungen 4a–c ausgestanzt wird und gleichzeitig die in diesem Fall vier Positioniernasen 5a, b aus der Hauptebene 9 der Basisplatte 3 um 90° in die gleiche Richtung umgebogen werden.
Zwischen den beiden jeweils näher zusammen liegenden Befestigugnsnasen 5a, b einerseits und 5c, d andererseits ragt die Außenkontur der Basisplatte 3 weiter nach außen und weist dort in der Außenkontur im einen Fall eine rechteckige Ausnehmung als Vormarkierung 7 und im anderen Fall eine etwa halbrunde Ausnehmung als Montagemarkierung 6 auf.
Auf der Mittellinie 10 zwischen den beiden Paaren 5a, b und 5c, d von Positioniernasen sind die drei Befestigungsbohrungen 4a–c angeordnet, wovon die eine Befestigungsbohrung 4a zentral, also im Zentrum des Hüllkreises 2, der teilweise von der kreissegmentförmigen Außenkontur der Basisplatte 3 gebildet wird und über den diese nirgends vorsteht, angeordnet ist, während die beiden anderen Befestigungsbohrungen 4b, c auf einander gegenüberliegenden Seiten zu diesem Sensor 4a symmetrisch angeordnet sind.
Die Basisplatte 3 ist somit symmetrisch zur Mittellinie 10 ausgebildet, bis auf die unterschiedliche Form der Vormarkierung 7 und Montagemarkierung 6.
2 zeigt die Basisplatte 3, auf deren Oberseite 3a – diejenige Seite, zu der die Positioniernasen 5a, b hin umgebogen sind – die quaderförmigen beiden Gebermagnete 14a, b aufgeklebt sind, und zwar so, dass sie mit ihrer Außenseite an jeweils den beiden näher zueinander liegenden Positioniernasen 5a, b, bzw. 5c, d anliegen, und mit ihrer Flachseite, also der Seite mit der größten Fläche, auf der Oberseite 3a der Basisplatte 3 aufliegen und dort verklebt sind.
Die Positioniernasen 5a, b bilden somit eine formschlüssige Positionierung für die Gebermagnete 14a, b in eine Raumrichtung, nämlich radial nach außen, während in den beiden anderen Raumrichtungen die Sicherung nur kraftschlüssig durch die vorhandene Verklebung gegenüber der Basisplatte 3 gegeben ist.
Damit die Gebermagnete 14a, b mit der richtigen Polorientierung beim Aufkleben angeordnet werden, ist an einem der beiden Paare 5c, d von Positioniernasen dazwischen die Vormarkierung 7 eingearbeitet, die nur für das Aufbringen der Magnete von Bedeutung ist.
Nach dem Aushärten der Verklebung der Gebermagnete 14a, b wird die Basisplatte 3 mit den Gebermagneten 14a, b in eine Spritzform eingelegt und mit Kunststoff 11 so umspritzt, dass der in 3 dargestellte, fertige Positionsgeber entsteht:
Dabei ist die gesamte Oberseite 3a der Basisplatte 3 von Kunststoff 11 bedeckt, bis auf einen Randbereich 12, um die Befestigungsbohrungen 4a–c herum, der frei gelassen ist, um dort von oben her den Schraubenkopf einer Befestigungsschraube 13 auflegen zu können.
Auch die Vormarkierung 7 ist vollständig vom Kunststoff 11 ausgefüllt, wie auch der gesamte Bereich zwischen der Außenkontur der Basisplatte 3 und dem Hüllkreis 2, mit Ausnahme der Montagemarkierung 6.
Denn diese halbkreisförmige Montagemarkierung 6 im Außenumfang des fertigen Positionsgebers 1 dient dazu, diesen mit der richtigen Magnetorientierung an einem anderen Bauteil zu befestigen, indem in die Ausnehmung der Montagemarkierung 6 auch eine – nicht dargestellte – Nase des anderen Bauteils hineinragen kann.
Wie die 4a und b zeigen, kann der Positionsgeber 3, der die Form einer flachen, runden Scheibe besitzt, auf mindestens zwei verschiedene Arten an einem anderen Bauteil befestigt werden:
Entweder mittels Verschrauben einer einzigen Befestigungsschraube 13 durch die zentrale Befestigungsbohrung 4 hindurch. Dann ist allerdings eine formschlüssige Verdrehsicherung, beispielsweise durch Eingriff in die Montagemarkierung 6 hinein, äußerst empfehlenswert.
Das zentrale Verschrauben wird häufig bei der Anbringung von einem Positionsgeber 1 auf der Stirnseite einer runden Welle erfolgen.
Die andere Möglichkeit besteht darin, durch die beiden exzentrischen Befestigungsbohrungen 4b, c hindurch jeweils eine Befestigungsschraube 13 in das tragende Bauteil zu verschrauben, wodurch gleichzeitig eine Verdrehsicherung des runden Positionsgebers 1 erreicht wird. Die Montagemarkierung 6 dient dann nur der richtigen Orientierung beim Anbringen der Verschraubung.

1: Positionsgeber
2: Hüllkreis
3: Basisplatte
3a: Oberseite
3b: Schmalseite
4a, b, c: Befestigungsbohrung
5a, b: Positioniernase
6: Montagemarkierung
7: Vormarkierung
8: Kreissegment
9: Hauptebene
10: Mittellinie
11: Kunststoff
12: Randbereich
13: Befestigungsschraube
14a, b: Gebermagnet

Claims

Magnetischer Positionsgeber (1) zur Betätigung von magnetischen Winkelsensoren mit – einer Basisplatte (3) und – wenigstens einer Befestigungsbohrung (4), – zwei Gebermagneten (14a, b), die bezüglich der Mitte des Basisplatte (3) gegenüberliegend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte (3) ein Stanz-Biegeteil aus Blechmaterial ist.
Positionsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte (3) aus magnetisch leitfähigem Material, insbesondere Stahl oder Weicheisen, besteht.
Magnetischer Positionsgeber (1) zur Betätigung von magnetischen Winkelsensoren mit zwei Gebermagneten (14a, b), die bezüglich der Mitte des Basiskörpers (3) gegenüberliegend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte (3), eine zentrale Befestigungsbohrung (4a) sowie zwei bezüglich der zentralen Befestigungsbohrung (4a) symmetrisch einander gegenüber liegende, exzentrische Befestigungsbohrungen (4b, c) aufweist, die insbesondere den gleichen Durchmesser besitzen wie die zentrale Befestigungsbohrung (4a).
Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gebermagnete (14a, b) symmetrisch einander gegenüberliegend und insbesondere parallel zur der durch die beiden exzentrischen Befestigungsbohrungen definierten Mittellinie (10) angeordnet sind.
Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gebermagnete (14a, b) die Form länglicher Quader besitzen und mit ihrer größten Erstreckung parallel zur Mittellinie angeordnet sind.
Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gebermagnete (14a, b) mit ihrer Außenkante an aus der Hauptebene (9) der Basisplatte in deren Randbereich um 90° umgebogene Positioniernasen (5a...) anliegen.
Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gebermagnete (14a, b) auf der Oberseite (3a) der Basisplatte (3) verklebt sind.
Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper, insbesondere die Basisplatte (3), eine auch von der Oberseite der Basisplatte (3) aus sichtbare, nicht von dem Magneten abgedeckte, formschlüssige Montagemarkierung (6) sowie eine Vormarkierung (7) aufweist, die nicht in ihrer Gestalt identisch sind und insbesondere aufeinander gegenüberliegenden Seiten bezüglich der Mittellinie angeordnet sind.
Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagemarkierung und die Vormarkierung Ausnehmungen in der Umfangslinie der Grundplatte sind oder vorspringende Nasen aus der Umfangslinie der Grundplatte sind.
Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte (3) eine Außenkontur aufweist, die aus Kreissegmenten (8) um die zentrale Befestigungsbohrung herum besteht und die übrigen Bereiche nicht über den dadurch gebildeten Hüllkreis (2) um die zentrale Befestigungsbohrung hinausragt.
Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper (2), insbesondere die Basisplatte (3) und Magnete von Kunststoff (11) umspritzt sind, ausgenommen die drei Befestigungsbohrungen einschließlich eines Randbereiches (12) auf der Oberseite der Basisplatte um die Befestigungsbohrungen herum und die Montagemarkierung, insbesondere die Montage-Ausnehmung.
Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffumspritzung (11) aus durchsichtigem Kunststoff besteht.
Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffumspritzung die Schmalseiten (3b) und die Oberseite (3a) des Basiskörpers, insbesondere der Basisplatte (2) einschließlich der Gebermagnete (14a, b) einhüllt.
Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltenasen sich nur im vorderen und hinteren Endbereich der Längserstreckung des Magneten erstrecken und über maximal 15%, besser maximal 10% der Längserstreckung des Gebermagneten (14a, b) pro Haltenase.