WO2013087470A1 - Drehwinkelsensor - Google Patents

Drehwinkelsensor Download PDF

Info

Publication number
WO2013087470A1
WO2013087470A1 PCT/EP2012/074460 EP2012074460W WO2013087470A1 WO 2013087470 A1 WO2013087470 A1 WO 2013087470A1 EP 2012074460 W EP2012074460 W EP 2012074460W WO 2013087470 A1 WO2013087470 A1 WO 2013087470A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
angle sensor
magnet
rotation angle
sensor
connection
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/074460
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans HAUCKE
Original Assignee
Aktiebolaget Skf
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aktiebolaget Skf filed Critical Aktiebolaget Skf
Priority to US14/364,758 priority Critical patent/US9976872B2/en
Publication of WO2013087470A1 publication Critical patent/WO2013087470A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D1/00—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle
    • B62D1/02—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle vehicle-mounted
    • B62D1/04—Hand wheels
    • B62D1/046—Adaptations on rotatable parts of the steering wheel for accommodation of switches
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields

Definitions

  • Rotation angle sensor embodiments relate to a rotation angle sensor for determining a rotation angle of a reference member with respect to an axial direction, for example, to a rotation angle sensor for determining a steering angle of a wheel of a motor vehicle.
  • Motor vehicles for example all-terrain vehicles, trucks, buses or other passenger cars, are examples thereof.
  • the or the detected steering angle of one or more wheels for example, in
  • ABS anti-lock braking system
  • ASR traction control
  • WO 2010/055370 AI a device for determining a steering angle of a Achsschenke lbolzens or a kingpin of a steering knuckle steering.
  • the device described in WO 2010/055370 AI represents a comparatively large and complex device, which may even require an adjustment of the king pin.
  • a rotation angle sensor for determining a rotation angle of a reference member with respect to an axial direction comprises a magnet support member having a magnet, wherein the magnet support member is formed to be rotatably connected to the reference member but axially displaceable, a sensor rotatably mounted with respect to the reference member is configured to detect a magnetic field generated by the magnet, and a spring element, which is designed to exert an axial force on the magnet mounting member such that an axial distance between the sensor and the magnet assumes a predetermined value, wherein the magnet support member is further configured to provide the non-rotatable connection with the reference component via a positive connection.
  • a rotation angle sensor is based on the finding that a simpler and / or more compact structure can be made possible by using a positive connection with respect to the magnet mounting component instead of a frictional connection between a component holding the magnet.
  • the angle of rotation sensor according to an embodiment just on the magnet mounting member with the magnet, which is rotatably connected to the reference member, wherein the rotationally fixed connection is provided via a positive connection. Characterized in that a positive connection instead of a non-positive connection is used, the individual components of a rotation angle sensor according to an embodiment can be made more compact and smaller.
  • the individual components of the rotation angle sensor can be made more compact. Likewise, the individual components can also be designed for lower loads, so that smaller components can also be used for this reason.
  • an embodiment may make it unnecessary to adapt already existing or present components or components.
  • a modification of the reference component or the structure may therefore be omitted if necessary, which can significantly reduce the effort and the associated costs for an adaptation of the system, which is to be integrated, the rotation angle sensor.
  • a rotation angle sensor according to an exemplary embodiment can thus, if appropriate, be integrated immediately and immediately ready for operation ("plug and play") into an existing structure.
  • the spring element can thereby compensate for any tolerances of the component and / or the rotation angle sensor or its components in the axial direction.
  • the reference component may be, for example, a kingpin or a kingpin of a steering knuckle of a motor vehicle. However, it may also be another component of an assembly, a machine or a vehicle, such as a motor vehicle.
  • the sensor can be coupled in a rotationally fixed manner to a housing of the rotation angle sensor.
  • the housing can then be mechanically coupled or connected, for example, with a further component, for example a wheel carrier of a steering knuckle steering of a motor vehicle.
  • the rotation angle sensor can be configured such that the magnet support component can be pushed in the axial direction over or onto the reference component in order to provide the positive connection.
  • the magnetic holding member is also referred to as a cover member.
  • the magnet support member may have a plurality of connecting edges extending parallel to the axial direction to provide the positive connection.
  • the plurality of joint edges may intersect a cutting plane perpendicular to the axial direction at a plurality of intersections forming vertices of a regular polygon.
  • a uniform load with respect to occurring forces can be achieved.
  • a more flexible installation of the magnetic mounting component on the reference component may optionally be achievable as a result of the use of a regular polygonal shape, the magnet mounting component in several positions on the reference component can be placed or rotatably connected with this.
  • a regular polygon represents a two-dimensional, equilateral and equiangular polygon.
  • the plurality of connection edges may comprise an even number of connection edges. Also, in this case, only every second connection edge of the plurality of connection edges may be in contact with a corresponding mating connection edge or a corresponding mating connection surface in an assembled state. As a result, a more accurate pre-assembly or pre-adjustment may optionally be achievable, since the magnetic mounting component rotatably connected in a higher number of positions with the reference component.
  • Such an implementation may be particularly interesting, for example, if the component or a component mechanically connected to it in the region in which the magnet mounting component is to be mounted already has a polygonal shape, for example an external hexagon for mounting using a tool key.
  • an implementation of a rotation angle sensor according to an exemplary embodiment to an existing system can optionally be further simplified.
  • An embodiment of a rotation angle sensor may further comprise a connection member which is mechanically connectable to the reference member and formed so as to provide the positive connection with the magnet support member.
  • the magnet mounting component may also be formed in such a way that it can be applied directly to the reference component in order to create the positive connection. In this way it may be possible, by adapting only the magnet mounting component or by providing the connecting component, to allow a simpler and / or possibly more flexible implementation of a rotation angle sensor according to an exemplary embodiment in an already existing or otherwise determined system.
  • a connecting component having an internal thread and a polygonal external cross section can be used if the reference component whose angle of rotation is to be determined has, for example, a corresponding external thread.
  • the polygonal cross-section at the outer region of the connection component can then be used to create the positive and rotationally fixed connection between the magnet holder component and the reference component.
  • the magnet support member may be made of a plastic or a sheet metal. This makes it possible to adapt a rotational angle sensor according to an embodiment to different reference components only by replacing or adapting the cover component. Likewise, it may thereby be possible to further simplify a rotation angle sensor according to an embodiment.
  • the magnet can be connected to the magnet mounting component by means of a material connection, for example by means of adhesive bonding, and / or by means of a frictional connection, for example jamming or compression, and / or by means of a form-locking connection, for example to the magnet mounting component provided holder and / or in a mounted state facing the sensor recess (recessed portion in a mounting surface) to be mechanically connected to the cover member.
  • the magnet can also be cast into the magnetic holding component, also referred to as a "cap", cast with it or injected by means of a plastic or a polymer.
  • An embodiment of a rotation angle sensor may further comprise a bearing which is rotatably connected to a housing of the rotation angle sensor, wherein the bearing in an assembled state with the magnetic support member by the force exerted by the spring element in contact so that the axial distance between the sensor and the magnet assumes the predetermined value.
  • the bearing may be such a bearing that transmits substantially only forces along the axial direction, and / or in which the bearing is an axial sliding bearing, and / or wherein the bearing has a load rating for an axial load of at most 2 kN.
  • This makes it possible to make the rotation angle sensor according to an embodiment compact. This is possible because the forces occurring due to design compared to a conventional implementation can be reduced, so that smaller bearings, such as an axial sliding, which is designed essentially only for receiving and transmitting axial forces, but not for receiving and transmitting radial forces, and / or a bearing with a comparatively small load capacity for axial loads can be used.
  • the bearing may also be designed such that it has a load rating for an axial load which is at most 1.2 kN or at most 1 kN.
  • the spring element can be arranged such that it presses the magnet support member against the bearing.
  • the spring element between the Magnethalterungsbau- part and the reference component and / or the optionally integrated connection member may be arranged such that the spring element is subjected to pressure. This may make it possible to allow a simpler mounting of the rotation angle sensor to the reference component, since the spring element can be used in the magnetic mounting member, if appropriate, prior to assembly. A blind assembly or a mounting in a hard to reach place can therefore be simplified if necessary.
  • a spring element may be, for example, a spring ring, a plate spring, a barrel spring, a coil spring or a gas spring.
  • a rotation angle sensor may be configured to be used as a rotation angle sensor of a steering knuckle of a motor vehicle, such as a truck or a bus, wherein the reference member is a king pin or kingpin of the axle steering of the motor vehicle, and wherein a housing of the rotation angle sensor with a steering knuckle the axle steering is coupled.
  • a motor vehicle such as a truck or a bus
  • the reference member is a king pin or kingpin of the axle steering of the motor vehicle
  • a housing of the rotation angle sensor with a steering knuckle the axle steering is coupled.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a steering system
  • FIG. 2 schematically shows possible electrical output characteristics of a rotation angle sensor according to an embodiment
  • FIG. 3 shows a simplified cross-sectional illustration of an angle-of-rotation sensor integrated in a king pin according to one exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of a rotation angle sensor according to an embodiment
  • Fig. 5 is a cross-sectional view of a conventional rotation angle sensor
  • FIGS. 6 a to 6 c show different embodiments of magnet support components of a rotation angle sensor according to one exemplary embodiment.
  • summary reference characters for objects, structures, and other components will be used when describing the component in question itself or more corresponding components within an embodiment or within several embodiments. Passages of the description which refer to one component are therefore also transferable to other components in other embodiments, unless this is explicitly excluded or if this results from the context. If individual components are designated, individual reference symbols are used, which are based on the corresponding summarizing reference symbols. In the following description of embodiments, therefore, the same reference numerals designate the same or similar components.
  • Components that occur multiple times in one exemplary embodiment or in different exemplary embodiments may hereby be embodied identically and / or differently with respect to some of their technical parameters or implemented. For example, it is possible for multiple entities within one embodiment to be identical with respect to one parameter but differently implemented with respect to another parameter.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a steering system 100, within the scope of which a rotational angle sensor according to an exemplary embodiment can be used.
  • Fig. 1 shows such a motor vehicle 110, which may be, for example, a truck.
  • the motor vehicle 110 has two non-steerable wheels 120-1 and 120-2 on.
  • a total of four steerable wheels 140-1, ..., 140-4 are arranged in a longitudinal direction 130 at the front, which are each shown in a state rotated or deflected relative to the longitudinal direction 130.
  • the motor vehicle 110 in this case has a steering knuckle steering, so that the individual wheels 120, 140 are arranged substantially parallel to the direction of travel 130.
  • the extensions of the axes of the wheels 120, 140 should intersect at a common center of curvature 150, as shown in Fig. 1.
  • the individual wheels 120, 140 roll not only at different radii, but the steered wheels 140 are also rotated relative to the longitudinal direction 130 by individual steering angle from its straight position.
  • the steerable wheels 140 should therefore be controlled via a steering system 100 so that upon rotation on a steering wheel 160 or by actuation of another operating element by the driver, the motor vehicle 110 moves along a curve.
  • a steering system 100 can operate, for example, on the basis of a mechanical control of the individual steerable wheels 140, which can optionally be assisted by electric, hydraulic or optionally pneumatic actuators.
  • a steering system 100 can be implemented without a corresponding mechanical coupling between the steering wheel 160 and the steerable wheels 140 in that the individual steerable wheels 140 are moved autonomously by actuators.
  • the corresponding actuators may in turn be electrical, hydraulic or optionally pneumatic actuators.
  • the steering system 100 thus includes a steering wheel 160 that is mechanically coupled to a steering wheel angle sensor 170. Purely mechanically, supported by an actuator or operated independently by one or more actuators can be so deflected via a front wheel 180, the two front steerable wheels 140-1 and 140-2, as indicated by a drawn as an arrow in Fig. 1 mechanical coupling between the front wheel 180 and the two wheels 140-1 and 140-2 is shown.
  • the steering wheel angle sensor 170 is coupled to an electronic control unit (ECU) 190 such that a steering signal of the steering wheel angle sensor 170 having information on the turning angle of the steering wheel 160 is transmitted thereto.
  • ECU electronice control unit
  • the electronic control unit 190 is further coupled to a steering angle sensor 200 such that a corresponding output signal having information regarding the steering angle of the respective steerable wheels 140-3 (and possibly 140-4) is also transmitted to the electronic control unit 190.
  • the electronic control unit 190 may output a corresponding control signal to an actuator 210 which is mechanically coupled to the respective wheel 140, as indicated again by an arrow in FIG , Again, the actuator 210 in turn can change the steering angle of the respective wheel 140 in accordance with the control signal of the electronic control unit 190 in the context of a support or self-sufficient.
  • a rotation angle sensor can be used both as a steering angle sensor 200 and as a steering wheel angle sensor 170.
  • a steering wheel angle sensor 170 it may be advisable in the case of a steering wheel angle sensor 170, for example, not only to provide the current angle in an angle range between 0 ° and 360 ° or -180 ° and + 180 ° in the context of its output signal, but also information about complete revolutions (360 °), if the component coupled to it has a rotation angle range of more than 360 °.
  • 2 shows a schematic simplified representation of two characteristic curves 220, 230 of an output signal of a rotation angle sensor according to an exemplary embodiment, such as can be used, for example, as a steering angle sensor 170.
  • VI 0.5V
  • V2 4.5V
  • the two characteristic curves 220, 230 differ only in terms of their gradients. In the characteristic curve 220, the voltage V increases linearly with the steering angle ⁇ , while falling in the characteristic curve 230 accordingly.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of a kingpin 240 and a wheel carrier 250 with a knuckle 260 to which a steerable wheel 140 (not shown in FIG. 3) can be rotatably mounted.
  • the knuckle 260 is for this reason also referred to as a wheel stub.
  • the wheel carrier 250 is in this case arranged rotatably with respect to the kingpin 240 about a direction of rotation 270 extending therethrough. If necessary, the kingpin 240 can also allow tilting of the wheel carrier 250 in a direction perpendicular to the axis of rotation 270, which is why it is also referred to as a kingpin. Corresponding tilting of the wheel carrier 250 can occur, for example, when the wheel springs in or rebounds or when steering, acceleration or deceleration forces are applied.
  • the kingpin 240 is mounted on the wheel carrier 250 via a tapered roller bearing 272 and a spherical sliding bearing 275.
  • the steering angle sensor 200 is in this case arranged between the kingpin 240 and a corresponding receptacle on the wheel carrier 250. Via an electrical connection 280, the steering angle sensor 200 with the electronic control unit 190 of the , "
  • 1 steering system are electrically coupled to transmit the output signal with the information about the steering angle.
  • the steering angle sensor 200 may be configured as a rotational angle sensor 300 according to an embodiment.
  • a housing 310 of the rotation angle sensor 300 may be mechanically connected to the wheel carrier 250.
  • FIG. 3 only partially indicates the components of the rotation angle sensor 300, while some of them are not shown for the sake of clarity.
  • Fig. 3 shows schematically the rotation angle sensor 300 only with a printed circuit board 340, on which a sensor, not shown in Fig. 3 is arranged, and a magnet 430, which is mounted on a in Fig. 3, also not shown Magnethalterungsbauteil.
  • other components such as a spring element, but also other optional components are not shown.
  • FIG Kingpin 240 coupled without having to rework this, for example.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of a rotation angle sensor 300 according to an exemplary embodiment. More precisely, the rotation angle sensor 300 is the steering angle sensor 200 already shown in FIG. 3.
  • the rotation angle sensor 300 in this case has a housing 310 which engages with the wheel carrier 250 via an internal thread 320 of the wheel carrier 250 and a corresponding external thread 330 of the housing 310 is screwed.
  • a printed circuit board 340 rotatably disposed therewith.
  • a sensor 350 is arranged, which is designed to make a magnetic field or a magnetic flux density electrically detectable.
  • the sensor is designed to output a corresponding sensor signal.
  • the sensor 350 can thus be designed, for example, on the basis of a Hall sensor element or also on the basis of a magnetoresistive sensor element.
  • the printed circuit board 340 may optionally include a driver circuit, an amplifier circuit and / or an evaluation circuit, with the aid of which the sensor signal provided by the sensor 350 may optionally be amplified and conditioned according to a characteristic curve (eg characteristic curves 220, 230).
  • the optional circuit components may then be output via the terminal 260, not shown in FIG. 4, as an output signal of the rotation angle sensor 300 to the electronic control unit 190.
  • the wheel carrier 250 or the steerable wheel 140 mounted thereon pivots about the kingpin 240 upon a change in the steering angle of the relevant wheel.
  • This thus represents the reference component 360, with respect to which the rotation angle sensor 300 makes a rotation angle detectable, the rotation axis 270 already shown in FIG. 3 thus corresponds to an axial direction 370 around which the rotation sensor 300 can detect the rotation angle.
  • the reference component 360 is in this case mechanically connected to a connection component 370.
  • the connecting component 380 is designed in the form of a nut 390, which is mechanically connected via a screw connection to the kingpin 240 or the reference component 360.
  • the nut 390 On an outer side, the nut 390 has a regular polygonal shape, via which the nut 390 can be screwed to the king pin 240 with the aid of a corresponding tool key.
  • the connecting component 380 or the nut 390 therefore has a regular hexagon on its outer side in the exemplary embodiment shown here.
  • the rotation angle sensor 300 further comprises a magnet support member 400 which is mechanically coupled to the connection member 380 and the nut 390, respectively, in a rotationally fixed manner via a positive connection.
  • the magnet support member 400 is axially displaceable along the axial direction 370.
  • the magnet holder component 400 has a plurality of connecting edges extending parallel to the axial direction 370.
  • the magnet holder component 400 shown in FIG. 4 is not only displaceable along the axial direction 370, .
  • the magnet support member 400 is also referred to as a "cover member” or a “cover”. In the embodiment shown in Fig. 4, this is achieved in that the magnet support member 400 is formed like a hollow cylinder without overhanging edges.
  • the magnet support member 400 has a profile that does not or only slightly tapers along the axial direction in an assembled state.
  • the attachment surface 420 is oriented substantially perpendicular to the axial direction 370 and cuts it.
  • a magnet 430 is attached to the magnet support member 400.
  • the magnet 430 can be connected in a form-fitting manner, for example with the aid of adhesive bonding, for example by means of jamming or crimping, and / or, for example, by means of a holder and / or a depression.
  • the magnet 430 generates a magnetic field or a magnetic flux density which can be detected by the sensor 350.
  • the magnet 430 and the sensor 350 are in this case arranged such that in the case of rotation of the reference member 360 and the kingpin 240 about the axial direction 370 causes a change in the magnetic flux in the sensor, which then as the sensor signal or is also output by the on the printed circuit board 340 optional integrated electronics as an output signal.
  • the rotation angle sensor 300 is capable of detecting a rotation angle of the reference member 360 with respect to the axial direction 370.
  • a spring element 440 in the form of a spring ring 450 is integrated between the magnet holder component 400 and the reference component 360.
  • the spring element 440 is subjected to pressure and thus generates a force directed downward in FIG. 4 onto the magnet mounting component 400.
  • the spring element 440 which is also referred to as a "loading spring” is provided here to compensate for axial tolerances and as independent of these as possible axial distance 460 between magnet 430 and sensor 350 to produce.
  • Corresponding tolerances can arise, for example, due to thermal expansion, but also due to assembly-related or production-related tolerances.
  • the rotation angle sensor 300 further includes a bearing 470 disposed between the magnet support member 400 and a housing shoulder 480 of the housing 310.
  • the bearing 400 is an axial sliding bearing 490 which is designed and arranged in such a way that it essentially absorbs forces along the axial direction, ie axial forces, and transmits them to the housing 310.
  • the bearing 470 is unable to absorb radial forces to any appreciable extent.
  • the bearing 470 is designed and arranged in such a way that it essentially can not absorb and forward radial forces.
  • bearing 470 can be designed comparatively small, since it only has to deliver the forces of the spring element 440 to the housing 310.
  • bearings 470 with a load rating for axial loads of at most 2 kN, in other embodiments of at most 1.2 kN or at most 1 kN can be used.
  • a deviating means for fixing the axial distance 460 can be used instead of the bearing 470.
  • a bearing 470 on the magnet support member 400 or on the housing shoulder 480 instead of a bearing 470 on the magnet support member 400 or on the housing shoulder 480, a single or multiple sliding surfaces may be provided to reduce the rotational movement of the reference member 360 with respect to friction and / or wear.
  • a pressure sensor 300 makes it possible to save space by replacing a corresponding carrier of the magnet and a force-transmitting connection the kingpin now a positive connection to , "
  • FIG. 5 shows a cross-sectional illustration of a conventional rotation angle sensor 500 comparable to FIG. 4.
  • the rotation angle sensor 500 shown in FIG. 5 also includes a nut 510 which is screwed to the king pin 240 via corresponding threads of the two components.
  • the shaft 5 has a frusto-conical recess 520 into which a frusto-conical shaft 530 is inserted whose angle to an axial direction 540 coincides with the corresponding angle of the recess 520.
  • the shaft 530 has an annular circumferential shoulder 550 against which an inner ring of a ball bearing 570 abuts.
  • An outer ring of the ball bearing 570 is arranged between a receptacle 590 and a spring ring 600 such that the spring ring 600 exerts a force on the outer ring of the ball bearing 570 and thus on the king pin 240 via the inner ring and the frustoconical shaft 530.
  • a magnet 610 is mounted, which in turn is opposite to a printed circuit board 620 with a sensor 630.
  • the sensor 630 is able to detect a change in a magnetic field or a magnetic flux density and output a corresponding sensor signal.
  • the conventional rotation angle sensor 500 shown in FIG. 5 differs not only from the rotation angle sensor 300 shown in FIG. 4 according to an embodiment in that the magnet support member 400 is coupled to the reference member 360 there via a positive connection, but also by the arrangement of FIG Spring ring 600 and the spring element 440.
  • the spring ring 600 between the magnet 610 and the sensor 630 is arranged.
  • a distance between the magnet 610 and the sensor 630 may be different during operation and / or between individual rotational angle sensors 500. As a result, it may happen that the measurement accuracy of the sensors may be subject to temporal and / or operational changes. Likewise, rotational angle sensors 500 that are used on different wheels of a vehicle may work differently or have different tolerances due to the different distances between magnet 610 and sensor 630.
  • the spring element 440 in the case of the rotational angle sensor 300 is just not arranged between the magnet 430 and the sensor 350, so that the axial distance 460 is not influenced by the spring element 440. Rather, the spring member 440 is for urging the magnet support member 400 onto the bearing 470 to fix the axial distance 460 at its predetermined value.
  • a rotation angle sensor 300 according to an embodiment, as z. As shown in Fig. 4, allows the more compact design, not least in that the connection of the magnetic mounting member 400 and reference member 360 via a positive connection. As a result of the omission of the non-positive connection, in particular the truncated cone-shaped shank 530 can be omitted, which conventionally has a considerable metallic volume. lumenbauteil associated with a corresponding weight. A reduction is due to the forces necessary for the adhesion.
  • the prevailing forces can be significantly reduced.
  • the magnet support member 400 very reduced in weight.
  • this can for example be made of a (metallic) sheet or of a plastic, whereby the described weight and / or volume savings can be realized with.
  • the elaborate post-processing of the Achsschenke lbolzens 240 and the creation of the recess 520 omitted, which significantly facilitates the implementation of a rotation angle sensor 300 according to an embodiment.
  • FIGS. 6a to 6c show schematically highly simplified plan views of the reference component 360 and the magnet mounting component 400 in different embodiments of a rotational angle sensor 300.
  • the reference component 360 eg kingpin 240
  • Bond a connecting member 380 are applied.
  • the connection component 380 may be, for example, a nut 390. This has for easy attachment very often on its outer edge a polygonal, mostly hexagonal cross-section, to allow easy installation by means of a tool wrench.
  • the magnet support member 400 may have a plurality of connecting edges extending parallel to the axial direction 370 to provide the positive connection.
  • the plurality of joint edges here intersect a cutting plane shown in Figures 6a to 6c, described below, perpendicular to the axial direction 370 in a plurality of intersections forming vertices of a regular polygon.
  • connection component 380 has a regular hexagon as a cross section
  • the magnet support component 400 can also have six in the form of a regular hexagon. Have ßigen hexagon arranged connecting edges. As a result, the magnet holder component 400 can be pushed onto the reference component 360 in six orientations, in the general case under a number of orientations corresponding to the number of connecting edges. As a result, a pre-adjustment of the magnet 430 can take place.
  • the plurality of connection edges may also include an integer multiple of the corresponding mating connection edges or connection surfaces.
  • the plurality of connection edges may comprise an even number of connection edges, wherein only every second connection edge of the plurality of connection edges is in contact with a corresponding mating connection edge or a corresponding mating connection surface in an assembled state.
  • FIG. 6 a a reference component 360 (or alternatively a corresponding connection component 380) is shown in FIG. 6 a and in FIG. 6 b, which has a quadrangular (square) cross section.
  • the magnet holder component 400 has a regular octagonal cross-section so that the magnet holder component 400 can be pushed onto the reference component 360 in a total of 8 orientations.
  • the magnet mounting component 400 has a regular, dodecagonal cross-sectional shape such that only every third connecting edge of the magnet mounting component 400 is in contact with a mating connecting edge of the reference component 360.
  • FIGS. 6 a and 6 b show, however, that as the number of connecting corners of the magnet support component 400 increases, its cross-sectional shape continues to increase Circular shape approaches, so tends to decrease with increasing edge number stability.
  • FIG. 6c shows the situation with a hexagonal reference component 360 and a dodecagonal magnetic holding component 400.
  • a hexagonal reference component 360 shows the situation with a hexagonal reference component 360 and a dodecagonal magnetic holding component 400.
  • other form-fitting connections for example based on guide webs or guide bolts and guide slots, can also be used.
  • Embodiments of a rotation sensor 300 may represent an instant operational solution for a steering angle sensor 200, also referred to as a king pin sensor or "king pin encoder.”
  • Conventional solutions for rotational and / or angular determination Embodiments are based on the consideration that the magnet support member 400 is attached to the reference member 360 by using the same or a similar shape for it.
  • a constant axial distance 460 or a constant air gap between sensor 350 and magnet 430 - independent of interface tolerances of the kingpin 240 and the wheel carrier 250 thus leads to a higher accuracy of measurement by a better or smaller tolerance.
  • a preloaded spring element between the magnet mounting member 400 and kingpin 240 is used.
  • the interface of the kingpin 240 to the magnet holder must be modified, so that there is no solution ready for immediate operation.
  • the distance between the magnet and the sensor depends on the tolerances of the kingpin 240 and the wheel carrier 250.
  • an inner cover magnet support member 400
  • the vertical distance 460 is fixed, so that the distance is independent of tolerances.
  • adjustments of the kingpin 240 and its components may possibly be omitted. A completely ready-to-use solution can be achieved in this way.
  • the rotation angle sensor 300 can be made significantly lighter by using metal sheets or plastic components compared to solid metal parts. Likewise, the height of a rotation angle sensor 300 can be reduced according to an exemplary embodiment, so that such a rotation angle sensor 300 can also be used in the available installation space in current applications. In contrast, the conventional magnet holder is an axially long and heavy metal part.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Steering-Linkage Mechanisms And Four-Wheel Steering (AREA)

Abstract

Ein Drehwinkelsensor (300) zur Bestimmung eines Drehwinkels eines Referenzbauteils (360) bezüglich einer axialen Richtung (370) gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Magnethalterungsbauteil (400) mit einem Magneten (430), wobei das Magnethalterungsbauteil (400) ausgebildet ist, um mit dem Referenzbauteil (360) drehfest verbindbar, jedoch axial verschiebbar zu sein, ein bezüglich des Referenzbauteils (360) drehbar befestigten Sensor (350), der ausgebildet ist, ein von dem Magneten (430) erzeugte Magnetfeld zu erfassen, und ein Federelement (440), das ausgebildet ist, um eine axiale Kraft derart auf das Magnethalterungsbauteil (400) auszuüben, dass ein axialer Abstand (460) zwischen dem Sensor (350) und dem Magneten (430) einen vorbestimmten Wert annimmt, wobei das Magnethalterungsbauteil (400) ferner ausgebildet ist, um mit dem Referenzbauteil (430) über eine formschlüssige Verbindung die drehfeste Verbindung zu schaffen. Hierdurch kann gegebenenfalls eine Reduzierung des Gewichts und/oder des benötigten Bauraums des Drehwinkelsensors (300) erzielbar sein.

Description

B e s c h r e i b u n g
Drehwinkelsensor Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen Drehwinkelsensor zur Bestimmung eines Drehwinkels eines Referenzbauteils bezüglich einer axialen Richtung, beispielsweise auf einen Drehwinkelsensor zur Bestimmung eines Lenkwinkels eines Rads eines Kraftfahrzeugs. Bei vielen Maschinen und Anlagen treten zwischen einzelnen Bauteilen und Baugruppen Drehbewegungen auf, die im Rahmen des Betriebs der betreffenden Maschine erfasst werden sollen. Kraftfahrzeuge, beispielsweise geländegängige Kraftfahrzeuge, Lastkraftfahrzeuge, Busse oder andere Personenkraftwagen, stellen hierfür Beispiele dar. So kann es für entsprechende Kraftfahrzeuge beispielsweise ratsam sein, den momentanen Lenkwinkel eines oder mehrerer gelenkter Räder zu erfassen, wobei es sich bei diesen sowohl um angetriebene als auch um antriebslose Räder handeln kann. Aber auch bei ungelenkten Rädern kann es gegebenenfalls interessant sein, ihre momentane Ausrichtung zur Längsachse des Kraftfahrzeugs zu bestimmen. Der oder die erfassten Lenkwinkel eines oder mehrerer Räder kann beispielsweise im
Rahmen der Überwachung, Steuerung und/oder gegebenenfalls der Regelung eines Lenksystems des betreffenden Kraftfahrzeugs ebenso eingesetzt werden, wie beispielsweise im Rahmen von Systemen zur Überwachung und gegebenenfalls Beeinflussung gegenwärtiger fahrdynamischer Zustände, von denen ein Antiblockiersystem (ABS) sowie eine Antriebs- Schlupfregelung (ASR) lediglich zwei Beispiele darstellen.
Zu diesem Zweck ist es beispielsweise möglich, den betreffenden Lenkwinkel unmittelbar im Bereich des oder der gelenkten Räder zu bestimmen. So beschreibt beispielsweise die „
2
WO 2010/055370 AI eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Lenkwinkels eines Achsschenke lbolzens bzw. eines Königszapfen einer Achsschenkellenkung. Die in der WO 2010/055370 AI beschriebene Vorrichtung stellt eine vergleichsweise große und komplexe Vorrichtung dar, die gegebenenfalls sogar eine Anpassung des Achsschenkelbolzen erfor- dert.
Aber auch in anderen Bereichen des Maschinen-, des Anlagen- und des Fahrzeugbaus treten entsprechende Herausforderungen hinsichtlich der Bestimmung eines Drehwinkels eines Referenzbauteils bezüglich einer axialen Richtung auf, die ähnlichen Randbedingun- gen unterworfen sind.
Es besteht daher ein Bedarf, einen Drehwinkelsensor zu schaffen, der einen einfacheren und/oder kleineren Aufbau ermöglicht. Diesem Bedarf trägt ein Drehwinkelsensor gemäß Patentanspruch 1 Rechnung.
Ein Drehwinkelsensor zur Bestimmung eines Drehwinkels eines Referenzbauteils bezüglich einer axialen Richtung gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Magnethalterungsbauteil mit einem Magneten, wobei das Magnethalterungsbauteil ausgebildet ist, um mit dem Referenzbauteil drehfest verbindbar, jedoch axial verschiebbar zu sein, einen bezüglich des Referenzbauteils drehbar befestigten Sensor, der ausgebildet ist, ein von dem Magneten erzeugte Magnetfeld zu erfassen, und ein Federelement, das ausgebildet ist, um eine axiale Kraft derart auf das Magnethalterungsbauteil auszuüben, dass ein axialer Abstand zwischen dem Sensor und dem Magneten einen vorbestimmten Wert annimmt, wo- bei das Magnethalterungsbauteil ferner ausgebildet ist, um mit dem Referenzbauteil über eine formschlüssige Verbindung die drehfeste Verbindung zu schaffen.
Einem Drehwinkelsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel liegt so die Erkenntnis zu Grunde, dass ein einfacherer und/oder kompakter Aufbau dadurch ermöglicht werden kann, dass anstelle einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen einem den Magneten hal- tenden Bauteil eine formschlüssige Verbindung bezüglich des Magnethalterungsbauteils zum Einsatz kommt. Zu diesem Zweck weist der Drehwinkelsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel gerade das Magnethalterungsbauteil mit dem Magneten auf, das mit dem Referenzbauteil drehfest verbindbar ist, wobei die drehfeste Verbindung über eine formschlüssige Verbindung geschaffen wird. Dadurch, dass eine formschlüssige Verbindung anstelle einer kraftschlüssigen Verbindung zum Einsatz kommt, können die einzelnen Komponenten eines Drehwinkelsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel kompakter und kleiner ausgelegt werden. Im Gegensatz zu ei- ner kraftschlüssigen Verbindung entfällt insbesondere die Notwendigkeit, zwischen dem Referenzbauteil und dem Magnethalterungsbauteil des Drehwinkelsensors eine ausreichende Normal- oder Anpresskraft zu schaffen, um überhaupt die kraftschlüssige Verbindung zu ermöglichen. Durch den Wegfall der Notwendigkeit, eine entsprechende Kraft aufzubringen, können die einzelnen Komponenten des Drehwinkelsensors kompakter aus- geführt werden. Ebenso können die einzelnen Komponenten auch für geringere Belastungen ausgelegt werden, sodass auch aus diesem Grund kleinerer Bauteile eingesetzt werden können.
Ebenso kann es ein Ausführungsbeispiel ermöglichen, eine Anpassung bereits existieren- der oder gegenwärtiger Komponenten oder Bauteile überflüssig zu machen. Eine Modifikation des Referenzbauteils oder des Aufbaus kann daher gegebenenfalls entfallen, was den Aufwand und die damit verbundenen Kosten für eine Anpassung des Systems, das der Drehwinkelsensor integriert werden soll, erheblich reduzieren kann. Ein Drehwinkelsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel kann so gegebenenfalls unmittelbar und sofort betriebs- bereit (engl.:„Plug and Play") in einen existierenden Aufbau integriert werden.
Das Federelement kann hierbei gegebenenfalls auftretende Toleranzen des Bauteils und/oder des Drehwinkelsensors bzw. seiner Komponenten in axialer Richtung ausgleichen.
Bei dem Referenzbauteil kann es sich beispielsweise um einen Achsschenkelbolzen oder einen Königszapfen einer Achsschenkellenkung eines Kraftfahrzeugs handeln. Es kann sich jedoch auch um ein anderes Bauteil einer Baugruppe, einer Maschine oder eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs handeln.
Bei einem Ausführungsbeispiel eines Drehwinkelsensors kann der Sensor mit einem Gehäuse des Drehwinkelsensors drehfest gekoppelt sein. Das Gehäuse kann dann beispielsweise mit einem weiteren Bauteil, beispielsweise einem Radträger einer Achsschenkellenkung eines Kraftfahrzeugs mechanisch gekoppelt bzw. verbunden werden. Bei einem Ausführungsbeispiel eines Drehwinkelsensors kann der Drehwinkelsensor derart ausgebildet sein, dass das Magnethalterungsbauteil in axialer Richtung über oder auf das Referenzbauteil aufschiebbar ist, um die formschlüssige Verbindung zu schaffen. Aus diesem Grund wird das Magnethalterungsbauteil auch als Abdeckungsbauteil bezeichnet. Hierdurch kann es möglich sein, den Drehwinkelsensor auch an nur schwer zugänglichen und/oder nur schwer einsehbaren Orten leichter einzubauen. Aufgrund der Aufschiebbar- keit des Magnethalterungsbauteils in axialer Richtung auf das Referenzbauteil kann so beispielsweise eine blinde Montage an einem nur schwer zugänglichen Ort, beispielsweise im Fahrwerksbereich eines Kraftfahrzeugs, erleichtert werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel eines Drehwinkelsensors kann das Magnethalterungsbauteil eine Mehrzahl von sich parallel zu der axialen Richtung erstreckenden Verbindungskanten aufweisen, um die formschlüssige Verbindung zu schaffen. Hierdurch kann eine einfache und/oder stabile Verbindung des Magnethalterungsbauteils mit dem Referenzbauteil erzielbar sein.
Bei einem solchen Ausführungsbeispiel eines Drehwinkelsensors kann die Mehrzahl der Verbindungskanten eine Schnittebene senkrecht zu der axialen Richtung in einer Mehrzahl von Schnittpunkten schneiden, die Eckpunkte eines regelmäßigen Polygons bilden. Hierdurch kann gegebenenfalls eine gleichmäßige Belastung hinsichtlich auftretender Kräfte erreichbar sein. Ebenso kann hierdurch gegebenenfalls ein flexiblerer Einbau des Magnethalterungsbauteils auf das Referenzbauteil erreichbar sein, da aufgrund der Verwendung einer regelmäßigen Polygonform das Magnethalterungsbauteil in mehreren Positionen auf das Referenzbauteil aufsetzbar bzw. mit diesem drehfest verbindbar ist. Hierbei stellt ein regelmäßiges Polygon ein zweidimensionales, gleichseitiges und gleichwinkliges Polygon dar.
Bei einem Ausführungsbeispiel eines Drehwinkelsensors kann die Mehrzahl von Verbindungskanten eine gerade Anzahl von Verbindungskanten umfassen. Ebenso kann bei diesem nur jede zweite Verbindungskante der Mehrzahl von Verbindungskanten mit einer entsprechenden Gegenverbindungskanten oder einer entsprechenden Gegenverbindungs- fiäche in einem montierten Zustand in Kontakt stehen. Hierdurch kann gegebenenfalls eine genauere Vormontage bzw. Vorjustierung erzielbar sein, da das Magnethalterungsbauteil in einer höheren Anzahl von Positionen mit dem Referenzbauteil drehfest verbindbar ist. Eine solche Implementierung kann beispielsweise dann besonders interessant sein, wenn das Bauteil oder ein mit diesem mechanisch verbundenes Bauteil in dem Bereich, indem das Magnethalterungsbauteil montiert werden soll, bereits eine polygonale Form, bei- spielsweise einen Außensechskant zur Montage mithilfe eines Werkzeugschlüssel aufweist. In einem solchen Fall kann hierdurch gegebenenfalls eine Implementierung eines Drehwinkelsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel an ein bestehendes System weiter vereinfacht werden. Ein Ausführungsbeispiel eines Drehwinkelsensors kann ferner ein Verbindungsbauteil aufweisen, das mit dem Referenzbauteil mechanisch verbindbar und derart ausgeformt ist, um die formschlüssige Verbindung mit dem Magnethalterungsbauteil zu schaffen. Alternativ oder ergänzend kann bei einem Ausführungsbeispiel eines Drehwinkelsensors ebenso das Magnethalterungsbauteil derart ausgeformt sein, dass dieses auf das Referenzbauteil unmittelbar aufbringbar ist, um die formschlüssige Verbindung zu schaffen. Hierdurch kann es möglich sein, durch Anpassung nur des Magnethalterungsbauteils bzw. durch Vorsehen des Verbindungsbauteils eine einfachere und/oder gegebenenfalls flexiblerer Implementierung eines Drehwinkelsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel in einem bereits existierenden oder aus anderen Gründen festgelegten System zu ermöglichen. So kann bei- spielsweise ein Verbindungsbauteil mit einem Innengewinde und einem polygonale Außenquerschnitt verwendet werden, wenn das Referenzbauteil, dessen Drehwinkel zu bestimmen ist, beispielsweise ein entsprechendes Außengewinde aufweist. Der polygonale Querschnitt am Außenbereich des Verbindungsbauteils kann dann zur Schaffung der formschlüssigen und drehfesten Verbindung zwischen dem Magnethalterungsbauteil und dem Referenzbauteil verwendet werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel eines Drehwinkelsensors kann das Magnethalterungsbauteil aus einem Kunststoff oder einem Blech gefertigt sein. Hierdurch kann es möglich sein, nur durch Austausch bzw. Anpassung des Abdeckungsbauteils einen Drehwinkelsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel an unterschiedliche Referenzbauteile anzupassen. Ebenso kann es hierdurch möglich sein, einen Drehwinkelsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel weiter zu vereinfachen. „
6
Bei einem Ausführungsbeispiel eines solchen Drehwinkelsensors kann der Magnet mit dem Magnethalterungsbauteil mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, beispielsweise mittels einer Verklebung, und/oder mittels einer kraftschlüssigen Verbindung, beispielsweise einer Verklemmung oder einer Verpressung, und/oder mittels einer formschlüssige Verbindung, beispielsweise einer an dem Magnethalterungsbauteil vorgesehenen Halterung und/oder einer in einem montierten Zustand dem Sensor zugewandten Vertiefung (zurückgesetzter Abschnitt in einer Montagefläche) mit dem Abdeckungsbauteil mechanisch verbunden sein. Ebenso kann der Magnet gegebenenfalls auch in das auch als„Kappe" bezeichneten Magnethalterungsbauteil eingegossen, mit diesem vergossen oder mittels eines Kunststoffs oder eines Polymers eingespritzt sein. Hierdurch kann gegebenenfalls eine Herstellung des Drehwinkelsensors gegebenenfalls vereinfacht werden.
Ein Ausführungsbeispiel eines Drehwinkelsensors kann ferner ein Lager umfassen, das mit einem Gehäuse des Drehwinkelsensors drehfest verbunden ist, wobei das Lager in einem montierten Zustand mit dem Magnethalterungsbauteil durch die durch das Federelement ausgeübte Kraft derart in Kontakt steht, dass der axialen Abstand zwischen dem Sensor und dem Magneten den vorbestimmten Wert annimmt. Hierdurch kann es möglich sein, einen definierten Abstand zwischen dem Sensor und dem Magneten unabhängig von Toleranzen oder anderen Störeinflüssen, z. B. durch thermische Effekte oder Verschleiß, zu schaffen.
Bei einem Ausführungsbeispiel eines Drehwinkelsensors kann das Lager ein solches Lager sein, das im Wesentlichen nur Kräfte entlang der axialen Richtung weiterleitet, und/oder bei dem das Lager ein Axialgleitlager ist, und/oder bei dem das Lager eine Tragzahl für eine axiale Belastung von höchstens 2 kN aufweist. Hierdurch kann es möglich sein, den Drehwinkelsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel kompakter auszuführen. Dies ist möglich, da die auftretenden Kräfte bauartbedingt gegenüber einer konventionellen Implementierung reduziert werden können, sodass auch kleinere Lager, also beispielsweise ein Axialgleitlager, welches im Wesentlichen nur zur Aufnahme und Weiterleitung axialer Kräfte, nicht jedoch zur Aufnahme und Weiterleitung radialer Kräfte ausgelegt ist, und/oder ein Lager mit einer vergleichsweise kleinen Tragzahl für axiale Belastungen verwendet werden kann. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann das Lager auch derart ausgeführt sein, dass dieses eine Tragzahl für eine axiale Belastung aufweist, die höchstens 1,2 kN oder höchstens 1 kN beträgt. Bei einem Ausführungsbeispiel eines Drehwinkelsensors mit einem Lager kann das Federelement derart angeordnet sein, dass dieses das Magnethalterungsbauteil gegen das Lager drückt. Anders ausgedrückt kann das Federelement zwischen dem Magnethalterungsbau- teil und dem Referenzbauteil und/oder dem gegebenenfalls integrierten Verbindungsbauteil derart angeordnet sein, dass das Federelement auf Druck beansprucht wird. Hierdurch kann es möglich sein, eine einfachere Montage des Drehwinkelsensors an dem Referenzbauteil zu ermöglichen, da das Federelement in das Magnethalterungsbauteil gegebenenfalls vor der Montage eingesetzt werden kann. Eine blinde Montage oder einer Montage an einem nur schwer zugänglichen Ort kann daher gegebenenfalls vereinfacht werden. Bei einem Federelement kann es sich beispielsweise um einen Federring, eine Tellerfeder, eine Tonnenfeder, eine Schraubenfeder oder eine Gasfeder handeln.
Ein Drehwinkelsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ausgebildet sein, um als Drehwinkelsensor einer Achsschenkellenkung eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Lastkraftwagens oder eines Busses, eingesetzt zu werden, wobei das Referenzbauteil ein Achsschenkelbolzen oder Königszapfen der Achsschenkellenkung des Kraftfahrzeugs ist, und wobei ein Gehäuse des Drehwinkelsensors mit einem Achsschenkel der Achsschenkellenkung gekoppelt ist.
Hierbei kommt eine kraftschlüssige Verbindung durch Haftreibung, eine stoffschlüssige Verbindung durch molekulare oder atomare Wechselwirkungen und Kräfte und eine formschlüssige Verbindung durch geometrische Verbindung der betreffenden Verbindungspartner zustande. Die Haftreibung setzt somit insbesondere eine Normalkraftkomponente zwi- sehen den beiden Verbindungspartnern voraus.
Ausführungsbeispiele werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben und erläutert. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Lenksystems;
Fig. 2 zeigt schematisch mögliche elektrische Ausgangskennlinien eines Drehwinkelsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 3 zeigt eine vereinfachte Querschnittsdarstellung eines an einen Achsschenkelbolzen integrierten Drehwinkelsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Drehwinkelsensors gemäß einem Ausfüh- rungsbeispiel;
Fig. 5 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines konventionellen Drehwinkelsensors; und
Fig. 6a bis 6c zeigen unterschiedliche Ausgestaltungen von Magnethalterungsbauteilen ei- nes Drehwinkelsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung werden zusammenfassende Bezugszeichen für Objekte, Strukturen und andere Komponenten verwendet werden, wenn die betreffende Komponente an sich oder mehrerer entsprechende Komponenten innerhalb eines Ausfüh- rungsbeispiels oder innerhalb mehrerer Ausführungsbeispiele beschrieben werden. Passagen der Beschreibung, die sich auf eine Komponente beziehen, sind daher auch auf andere Komponenten in anderen Ausführungsbeispielen übertragbar, soweit dies nicht explizit ausgeschlossen ist oder sich dies aus dem Zusammenhang ergibt. Werden einzelne Komponenten bezeichnet, werden individuelle Bezugszeichen verwendet, die auf den entspre- chenden zusammenfassenden Bezugszeichen basieren. Bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen bezeichnen daher gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
Komponenten, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in unterschiedlichen Aus- führungsbeispielen auftreten, können hierbei bezüglich einiger ihrer technischen Parameter identisch und/oder unterschiedlich ausgeführt oder implementiert werden. Es ist so beispielsweise möglich, dass mehrere Entitäten innerhalb eines Ausführungsbeispiels bezüglich eines Parameters identisch, bezüglich eines anderen Parameters jedoch unterschiedlich implementiert sein können.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Lenkungssystems 100, im Rahmen dessen ein Drehwinkelsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Einsatz kommen kann. Fig. 1 zeigt so ein Kraftfahrzeug 110, bei dem es sich beispielsweise um einen Lastkraftwagen handeln kann. Das Kraftfahrzeug 110 weist zwei nicht lenkbare Räder 120-1 und 120-2 auf. Darüber hinaus sind in einer Längsrichtung 130 vorne insgesamt vier lenkbare Räder 140-1, ..., 140-4 angeordnet, die jeweils in einem zu der Längsrichtung 130 verdrehten bzw. eingelenkten Zustand dargestellt sind. Das Kraftfahrzeug 110 verfügt hierbei über eine Achsschenkellenkung, sodass die einzelnen Räder 120, 140 im Wesentlichen parallel zu der Fahrtrichtung 130 angeordnet sind. Um ein möglichst verspannungsfreies Fahren um eine Kurve zu ermöglichen, sollten sich die Verlängerungen der Achsen der Räder 120, 140 in einem gemeinsamen Kurvenmittelpunkt 150 schneiden, wie dies auch in Fig. 1 gezeigt ist. Hierdurch rollen die einzelnen Räder 120, 140 nicht nur auf unterschiedlichen Radien ab, sondern die gelenkten Räder 140 sind auch gegenüber der Längsrichtung 130 um individuelle Lenkwinkel aus ihrer geraden Position verdreht.
Die lenkbaren Räder 140 sollten daher über ein Lenkungssystem 100 so angesteuert wer- den, dass auf eine Drehung an einem Lenkrad 160 oder durch eine Betätigung eines anderen Bedienelements durch den Fahrer das Kraftfahrzeug 110 sich entlang einer Kurve bewegt. Ein solches Lenksystem 100 kann beispielsweise auf Basis einer mechanischen An- steuerung der einzelnen lenkbaren Räder 140 arbeiten, die optional durch elektrische, hydraulische oder gegebenenfalls pneumatische Aktuatoren unterstützt werden kann. Darüber hinaus kann grundsätzlich ein Lenkungssystem 100 auch ohne eine entsprechende mechanische Kopplung zwischen dem Lenkrad 160 und den lenkbaren Rädern 140 dadurch umgesetzt werden, dass die einzelnen lenkbaren Räder 140 von Aktuatoren autark bewegt werden. Bei den entsprechenden Aktuatoren kann es sich wiederum um elektrische, hydraulische oder gegebenenfalls pneumatische Aktuatoren handeln.
Das Lenkungssystem 100 weist so ein Lenkrad 160 auf, dass mechanisch mit in einem Lenkradwinkelsensor 170 gekoppelt ist. Rein mechanisch, durch einen Aktuator unterstützt oder auch autark von einem oder mehreren Aktuatoren betätigt können so über eine Vorderradverstellung 180 die beiden vorderen lenkbaren Räder 140-1 und 140-2 eingelenkt werden, wie dies durch eine als Pfeil in Fig. 1 eingezeichnete mechanische Kopplung zwischen der Vorderradverstellung 180 und den beiden Rädern 140-1 und 140-2 dargestellt ist. Der Lenkradwinkelsensor 170 ist mit einer elektronischen Steuereinheit (engl. Elektronic Control Unit, ECU) 190 so gekoppelt, dass eine Lenksignal des Lenkradwinkelsensors 170 mit einer Information bezüglich des Einschlagwinkels des Lenkrads 160 an diese übermittelt wird. Die elektronische Steuereinheit 190 ist ferner mit einem Lenkwinkelsensor 200 so gekoppelt, dass ein entsprechendes Ausgangssignal mit einer Information bezüglich des Lenkwinkels des oder der betreffenden lenkbaren Räder 140-3 (und ggf. 140-4) ebenfalls an die elektronische Steuereinheit 190 übertragen wird. Auf Basis des Lenkradwinkels von dem Lenkradwinkelsensor 170 und dem Lenkwinkel des Lenkwinkelsensors 200 kann die elektronische Steuereinheit 190 ein entsprechendes Steuersignal an einen Aktuator 210 ausgeben, der mechanisch mit dem betreffenden Rad 140 gekoppelt ist, wie dies in Fig. 1 wiederum durch einen Pfeil angedeutet ist. Auch hier kann wiederum der Aktuator 210 im Rahmen einer Unterstützung oder autark den Lenkwinkel des betreffenden Rads 140 entsprechend dem Steuersignal der elektronische Steuereinheit 190 verändern. Über den Lenkwinkelsensor 200, den Aktuator 210 und die elektronische Steuereinheit 190 wird so eine geschlossene Regelschleife bei dem in Fig. 1 gezeigten Lenkungssystem 100 geschaffen, welches eine kompakte, robuste und genaue Steuerung der einzelnen Lenkwinkel der lenkbaren Räder 140 zumindest - je nach konkreter Implementierung - an der hinteren Lenkachse mit den beiden lenkbaren Rädern 140-3 und 140- 4 ermöglicht.
Ein Drehwinkelsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel kann hierbei sowohl als Lenkwinke lsensor 200 wie auch als Lenkradwinkelsensor 170 zum Einsatz kommen. Je nach konkreter Implementierung eines entsprechenden Sensors, kann es beispielsweise im Falle eines Lenkradwinkelsensors 170 ratsam sein, nicht nur den aktuellen Winkel in einem Winkelbereich zwischen 0° und 360° bzw. -180° und +180° im Rahmen des Ausgangssignals desselben bereitzustellen, sondern ebenfalls Informationen über vollständige Umdrehungen (360°), falls das mit diesem gekoppelte Bauteil einen Drehwinkelbereich von mehr als 360° aufweist. Fig. 2 zeigt eine schematische vereinfachte Darstellung zweier Kennlinien 220, 230 eines Ausgangssignals eines Drehwinkelsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel, wie er beispielsweise als Lenkwinkelsensor 170 zum Einsatz kommen kann. Die Kennlinien 220, 230 setzen hierbei einen Lenkwinkel φ zu einem Spannungswert V des Ausgangssignals in Relation. Wird hierbei der Lenkwinkel φ in einem Winkelbereich zwischen den Werten φΐ und φ2 verändert, kann der Lenkwinkelsensor 170 beispielsweise einen Spannungswert im Spannungsintervall VI (z. B. VI = 0.5 V) bis V2 (z. B. V2 = 4.5 V) ausgeben.
Die beiden Kennlinien 220, 230 sind hierbei linear, sodass einem einer Geradeausfahrt (entlang der Längsrichtung 130 des Kraftfahrzeugs 110) entsprechender Lenkwinkel φθ in der Mitte des durch die Werte φΐ und φ2 gegebenen Intervalls ebenfalls einem Mittelwert V0 (im Beispiel oben also V0 = 2.5 V) der Randwerte VI und V2 des entsprechenden Spannungsintervalls entspricht. Die beiden Kennlinien 220, 230 unterscheiden sich hierbei lediglich hinsichtlich ihrer Steigungen. Bei der Kennlinie 220 steigt die Spannung V linear mit dem Lenkwinkel φ, während sie bei der Kennlinie 230 entsprechend fällt.
Selbstverständlich können bei anderen Lenkwinkelsensoren andere Spannungswerte und/oder andere, beispielsweise nichtlineare Kennlinien zum Einsatz kommen, die beispielsweise im Bereich der Längsrichtung 130 eine abweichende Steigung im Vergleich zu größeren Lenkwinkeln aufweisen.
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Achsschenkelbolzens 240 und eines Radträgers 250 mit einem Achsschenkel 260, an dem ein lenkbares Rad 140 (nicht gezeigte in Fig. 3) drehbar befestigt werden kann. Der Achsschenkel 260 wird aus diesem Grund auch als Radstummel bezeichnet.
Der Radträger 250 ist hierbei bezüglich des Achsschenkelbolzens 240 um eine durch diesen verlaufende Drehrichtung 270 drehbar angeordnet. Der Achsschenkelbolzen 240 kann gegebenenfalls auch ein Verkippen des Radträgers 250 in einer senkrecht zu der Drehachse 270 stehenden Richtung ermöglichen, weshalb dieser auch als Königszapfen (engl. King Pin) bezeichnet wird. Entsprechende Verkippungen des Radträgers 250 können beispielsweise beim Ein- oder Ausfedern des Rads oder bei einem Aufträten von Lenk-, Beschleu- nigungs- oder Verzögerungskräften. Der Achsschenkelbolzen 240 ist hierbei über ein Kegelrollenlager 272 und ein kugelförmiges Gleitlager 275 an dem Radträger 250 gelagert.
Der Lenkwinkelsensor 200 ist hierbei zwischen dem Achsschenkelbolzen 240 und einer entsprechenden Aufnahme an dem Radträger 250 angeordnet. Über einen elektrischen An- schluss 280 kann der Lenkwinkelsensor 200 mit der elektronischen Steuereinheit 190 des ,„
12
in Fig. 1 gezeigten Lenksystems elektrisch zur Übermittlung des Ausgangssignals mit der Information über den Lenkwinkel gekoppelt werden.
Wie bereits zuvor erläutert wurde, kann der Lenkwinkelsensor 200 als Drehwinkelsensor 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgeführt sein. In diesem Fall kann ein Gehäuse 310 des Drehwinkelsensors 300 mit dem Radträger 250 mechanisch verbunden sein. Fig. 3 deutet so die Komponenten des Drehwinkelsensors 300 nur teilweise an, während einige von ihnen der Übersichtlichkeit halber gar nicht dargestellt sind. So zeigt Fig. 3 schematisch den Drehwinkelsensor 300 lediglich mit einer Leiterplatine 340, auf der ein in Fig. 3 nicht dargestellter Sensor angeordnet ist, und einem Magneten 430, der an einem in Fig. 3 ebenfalls nicht dargestellten Magnethalterungsbauteil angebracht ist. Auch sind in Fig. 3 weitere Komponenten, etwa ein Federelement, aber auch andere optionale Komponenten nicht gezeigt. Fig. 3 zeigt so eine mit einer Abdeckung integrierte Drehwinkelmessung zwischen dem Achsschenkelbolzen 240 und dem Achsschenkel 260 bzw. dem Radträger 250. Diese kann, wie nachfolgend noch erläutert werden wird, im Falle einer entsprechenden Auslegung des Drehwinkelsensors 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel sofort betriebsbereit mit dem Achsschenkelbolzen 240 gekoppelt werden, ohne diesen beispielsweise nachbearbeiten zu müssen.
Fig. 4 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Drehwinkelsensors 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Genauer gesagt handelt es sich bei dem Drehwinkelsensor 300 um den bereits in Fig. 3 gezeigten Lenkwinkelsensor 200. Der Drehwinkelsensor 300 weist hierbei einen Gehäuse 310 auf, welches mit dem Radträger 250 über ein Innengewinde 320 des Radträgers 250 und einem entsprechendes Außengewinde 330 des Gehäuses 310 verschraubt ist.
In dem Gehäuse 310 ist eine Leiterplatine 340 drehfest mit diesem angeordnet. Auf der Leiterplatine 340 ist ein Sensor 350 angeordnet, der ausgebildet ist, um ein Magnetfeld bzw. eine magnetische Flussdichte elektrisch erfassbar zu machen. Zu diesem Zweck ist der Sensor ausgebildet, um ein entsprechendes Sensorsignal auszugeben. Der Sensor 350 kann so beispielsweise auf Basis eines Hall-Sensorelements oder auch auf Basis eines ma- gnetoresistiven Sensorelements ausgeführt werden. Die Leiterplatine 340 kann optional eine Treiberschaltung, eine Verstärkerschaltung und/oder eine Auswertungsschaltung umfassen, mit deren Hilfe das von dem Sensor 350 bereitgestellte Sensorsignal gegebenenfalls verstärkt und entsprechend einer Kennlinie (z. B. Kennlinien 220, 230) aufbereitet werden kann. Die optionalen Schaltungskomponenten können dann über den nicht in Fig. 4 gezeigten Anschluss 260 als Ausgangssignal des Drehwinkelsensors 300 an die elektronische Steuereinheit 190 ausgeben werden.
Wie bereits im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 3 erläutert wurde, schwenkt der Radträger 250 bzw. das an ihm angebrachte lenkbare Rad 140 um den Achsschenkelbolzen 240 bei einer Änderung des Lenkwinkels des betreffenden Rads. Dieser stellt somit das Referenzbauteil 360 dar, bezüglich dessen der Drehwinkelsensor 300 einen Drehwinkel erfassbar macht, die bereits in Fig. 3 gezeigte Drehachse 270 entspricht damit einer axialen Richtung 370, um die der Drehsensor 300 den Drehwinkel erfassen kann.
Das Referenzbauteil 360 ist hierbei mit einem Verbindungsbauteil 370 mechanisch verbunden. Das Verbindungsbauteil 380 ist bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel in Form einer Mutter 390 ausgeführt, die über eine Verschraubung mit dem Achsschenkelbolzen 240 bzw. dem Referenzbauteil 360 mechanisch verbunden ist.
An einer Außenseite weist die Mutter 390 eine regelmäßige polygonale Form auf, über die mithilfe eines entsprechenden Werkzeugschlüssels die Mutter 390 mit dem Achsschenkelbolzen 240 verschraubbar ist. Das Verbindungsbauteil 380 bzw. die Mutter 390 weist daher in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ein regelmäßiges Sechseck an ihrer Außen- seite auf.
Der Drehwinkelsensor 300 umfasst ferner ein Magnethalterungsbauteil 400, das mit dem Verbindungsbauteil 380 bzw. der Mutter 390 der drehfest über eine formschlüssige Verbindung mechanisch gekoppelt ist. Das Magnethalterungsbauteil 400 ist hierbei jedoch axial, also entlang der axialen Richtung 370 verschiebbar.
Hierzu weist das Magnethalterungsbauteil 400 eine Mehrzahl von sich parallel zu der axialen Richtung 370 erstreckenden Verbindungskanten auf. Das in Fig. 4 gezeigte Magnethalterungsbauteil 400 ist hierbei nicht nur entlang der axialen Richtung 370 verschiebbar, ,
14
sondern von einer Unterseite 410 des Referenzbauteils 370 her auf dieses bzw. über dieses aufschiebbar. Aus diesem Grund wird das Magnethalterungsbauteil 400 auch als„Abdeckungsbauteil" oder als„Abdeckung" bezeichnet. Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel wird dies dadurch erreicht, dass das Magnethalterungsbauteil 400 hohlzylin- derförmig ohne überhängende Kanten ausgebildet ist.
Anders ausgedrückt weist das Magnethalterungsbauteil 400 ausgehend von einer Befestigungsfläche 420 ein Profil auf, das sich entlang der axialen Richtung in einem montierten Zustand nicht oder nur leicht verjüngt. Die Befestigungsfläche 420 ist hierbei im Wesentli- chen senkrecht zu der axialen Richtung 370 orientiert und schneidet diese.
Auf der Befestigungsfläche 420, die dem Referenzbauteil 360 bzw. dem Achsschenkelbolzen 240 abgewandt ist, ist ein Magnet 430 an dem Magnethalterungsbauteil 400 angebracht. Der Magnet 430 kann hierbei beispielsweise mit Hilfe einer Verklebung stoff- schlüssig, beispielsweise mit Hilfe einer Verklemmung oder einer Verpressung kraftschlüssig und/oder beispielsweise mit Hilfe einer Halterung und/oder einer Vertiefung formschlüssig verbunden werden.
Der Magnet 430 erzeugt hierbei ein magnetisches Feld bzw. eine magnetische Flussdichte, die von dem Sensor 350 detektiert werden kann. Der Magnet 430 und der Sensor 350 sind hierbei derart angeordnet, dass im Falle einer Drehung des Referenzbauteils 360 bzw. des Achsschenkelbolzens 240 um die axiale Richtung 370 eine Änderung des magnetischen Flusses in dem Sensor bewirkt wird, die von diesem dann als das Sensorsignal bzw. durch die auf der Leiterplatine 340 ebenfalls optional integrierte Elektronik als Ausgangssignal ausgegeben wird. Hierdurch ist der Drehwinkelsensor 300 in der Lage, einen Drehwinkel des Referenzbauteils 360 bezüglich der axialen Richtung 370 zu detektieren.
Zwischen dem Magnethalterungsbauteil 400 und dem Referenzbauteil 360 ist bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ein Federelement 440 in Form eines Federrings 450 integriert. Das Federelement 440 wird hierbei auf Druck beansprucht und erzeugt so eine in Fig. 4 abwärts gerichtete Kraft auf das Magnethalterungsbauteil 400.
Das Federelement 440, das auch als„Belastungsfeder" bezeichnet wird, ist hierbei vorgesehen, um axiale Toleranzen auszugleichen und einen möglichst von diesen unabhängigen axialen Abstand 460 zwischen Magnet 430 und Sensor 350 zu erzeugen. Entsprechende Toleranzen können beispielsweise aufgrund thermischer Ausdehnung, aber ebenso aufgrund von montagebedingten oder fertigungsbedingten Toleranzen entstehen.
Um eine Bewegung des Magnethalterungsbauteil 400 und des an diesem befestigten Magneten 430 entlang der axialen Richtung 410 zu begrenzen, umfasst der Drehwinkelsensor 300 ferner ein Lager 470, das zwischen den Magnethalterungsbauteil 400 und einer Gehäuseschulter 480 des Gehäuses 310 angeordnet ist. Bei dem Lager 400 handelt es sich um ein Axialgleitlager 490, das derart ausgebildet und angeordnet ist, dass dieses im Wesentlichen Kräfte entlang der axialen Richtung, also axiale Kräfte aufnimmt und an das Gehäuse 310 weitergibt. Im Unterschied hierzu ist das Lager 470 nicht in der Lage, radiale Kräfte in nennenswertem Umfang aufzunehmen. Anders ausgedrückt ist das Lager 470 derart ausgebildet und angeordnet, dass dieses Radialkräfte im Wesentlichen nicht aufnehmen und weiterleiten kann.
Dieser Implementierung liegt der Gedanke zu Grunde, dass das Referenzbauteil 360 bzw. der Achsschenkelbolzen 240 typischerweise keine zusätzliche radialer Führung benötigt. Auch kann das Lager 470 vergleichsweise klein ausgelegt werden, da es lediglich die Kräfte des Federelements 440 an das Gehäuse 310 abgeben muss. So können bei vielen Ausführungsbeispielen Lager 470 mit einer Tragzahl für axiale Belastungen von höchstens 2 kN, bei anderen Ausführungsbeispielen von höchstens 1.2 kN oder von höchstens 1 kN eingesetzt werden.
Gegebenenfalls kann anstelle des Lagers 470 auch ein abweichendes Mittel zur Fixierung des axialen Abstands 460 eingesetzt werden. So kann beispielsweise anstelle eines Lagers 470 an dem Magnethalterungsbauteil 400 oder an der Gehäuseschulter 480 eine einzelne oder mehrere Gleitflächen vorgesehen werden, um die Drehbewegung des Referenzbauteils 360 hinsichtlich Reibung und/oder Verschleiß zu reduzieren.
Im Vergleich zu einer konventionellen Lösung, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 5 noch näher beschrieben werden wird, kann durch die Verwendung eines Drucksensor 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel gerade dadurch eine Platzersparnis erzielt werden, indem anstelle einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen einem entsprechenden Träger des Magneten und dem Achsschenkelbolzen nunmehr eine formschlüssige Verbindung zum ,„
16
Einsatz kommt. Aus diesem Grund entfällt die Notwendigkeit, die für die Haftreibung notwendige Normalkraft, die typischerweise auch wenigstens eine Komponente in axiale Richtung aufweist, aufzunehmen. Ebenso entfällt die Notwendigkeit, radiale Kräfte aufzunehmen, die gegebenenfalls durch Kraftkomponenten in radialer Richtung hervorgerufen werden können, die zur Aufrechterhaltung der notwendigen kraftschlüssigen Verbindung erforderlich sind.
Durch das Federelement 440 und das Lager 470 ist es so bei dem in Fig. 4 gezeigten Drehwinkelsensor 300 möglich, den axialen Abstand 460 zwischen dem Sensor 350 und dem Magneten 430 auf einen vorbestimmten Wert festzulegen. Hierdurch können Änderungen der geometrischen Verhältnisse aufgrund der zuvor beschriebenen Toleranzen abgefangen werden, sodass auch unter solchen Bedingungen der axiale Abstand 460 zwischen dem Sensor 350 und dem Magneten 430 konstant bleibt. Fig. 5 zeigt eine Fig. 4 vergleichbare Querschnittsdarstellung eines konventionellen Drehwinkelsensors 500. Auch der in Fig. 5 gezeigte Drehwinkelsensor 500 umfasst eine Mutter 510, die mit dem Achsschenkelbolzen 240 über entsprechende Gewinde der beiden Bauteile verschraubt ist. Der Achsschenkelbolzen 240 weist bei dem in Fig. 5 gezeigten konventionellen Drehwinkelsensor 500 eine kegelstumpfförmige Vertiefung 520 auf, in die ein kegelstumpfförmiger Schaft 530 eingefügt ist, dessen Winkel zu einer axialen Richtung 540 mit dem entsprechenden Winkel der Vertiefung 520 übereinstimmt. Der Schaft 530 weist eine ringförmig umlaufende Schulter 550 auf, an die ein Innenring eines Kugellagers 570 anliegt. Ein Au- ßenring des Kugellagers 570 ist zwischen einer Aufnahme 590 und einem Federring 600 so angeordnet, dass der Federring 600 eine Kraft auf den Außenring des Kugellagers 570 und damit - über den Innenring und den kegelstumpfförmiger Schaft 530 - auf den Achsschenkelbolzen 240 ausgeübt. An einer Unterseite des kegelstumpfförmigen Schafts 530 ist ein Magnet 610 angebracht, der wiederum einer Leiterplatine 620 mit einem Sensor 630 gegenüberliegend. Auch hier ist wiederum der Sensor 630 in der Lage, eine Änderung eines magnetischen Feldes oder einer magnetischen Flussdichte zu detektieren und ein entsprechendes Sensorsignal ausgegeben. Der in Fig. 5 gezeigte konventionelle Drehwinkelsensor 500 unterscheidet sich nicht nur von dem in Fig. 4 gezeigten Drehwinkelsensor 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel dadurch, dass das Magnethalterungsbauteil 400 mit dem Referenzbauteil 360 dort über eine formschlüssige Verbindung gekoppelt ist, sondern vielmehr ebenso durch die Anordnung des Federrings 600 und des Federelements 440. So ist bei dem konventionellen Drehwinkelsensor 300 aus Fig. 5 der Federring 600 zwischen dem Magneten 610 und dem Sensor 630 angeordnet. Hierdurch kann es dazu kommen, dass ein Abstand zwischen dem Magneten 610 und dem Sensor 630 sich während des Betriebs und/oder zwischen einzelnen Drehwinkelsensoren 500 unterscheidet. Als Folge kann es dazu kommen, dass die Messgenauigkeit der Sensoren zeitlichen und/oder betriebsbedingten Änderungen unterworfen sein kann. Ebenso kann es dazu kommen, dass Drehwinkelsensoren 500, die bei unterschiedlichen Rädern eines Fahrzeugs zum Einsatz kommen, unterschiedliche genau arbeiten bzw. unterschiedliche Toleranzen aufweisen, die auf die unterschiedlichen Abstände zwischen Magnet 610 und Sensor 630 zurückzuführen sind.
Im Unterschied hierzu ist das Federelement 440 bei dem Drehwinkelsensor 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel gerade nicht zwischen Magnet 430 und Sensor 350 angeordnet, sodass der axiale Abstand 460 nicht durch das Federelement 440 beeinflusst wird. Das Fe- derelement 440 ist vielmehr dazu da, das Magnethalterungsbauteil 400 auf das Lager 470 zu drücken und so den axialen Abstand 460 auf seinem vorbestimmten Wert zu fixieren.
Aufgrund der Anordnung des Filterelements 440 oberhalb des Magnethalterungsbauteils 400 kann dieses auch bei einer beispielsweise blind durchgeführten Montage oder einer Montage an einer schwer zugänglichen oder beengten Steller leichter montiert werden. So kann das Federelement 440 in diesem Fall in das Magnethalterungsbauteil 400 eingesetzt werden, während dieses dann entsprechend auf das Verbindungsbauteil 370 (die Mutter 380) entlang der axialen Richtung 410 aufgeschoben wird. Ein Drehwinkelsensor 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel, wie er z. B. in Fig. 4 gezeigt ist, ermöglicht die kompaktere Bauweise nicht zuletzt dadurch, dass die Verbindung von Magnethalterungsbauteil 400 und Referenzbauteil 360 über einen Formschluss erfolgt. Durch den Wegfall der kraftschlüssigen Verbindung kann so insbesondere der Kegel- stumpfförmige Schaft 530 entfallen, der konventionell ein beachtliches metallisches Vo- lumenbauteil darstellt, das mit einem entsprechenden Gewicht einhergeht. Eine Verkleinerung scheidet aufgrund der für den Kraftschluss notwendigen Kräfte aus.
Durch den Wechsel auf eine formschlüssige Verbindung des Magnethalterungsbauteils 400 mit dem Referenzbauteil 360 können die herrschenden Kräfte deutlich reduziert werden. Hierdurch ist es nicht nur möglich, das auf deutlich höhere Tragzahlen ausgelegte Kugellager 570 gegen ein kleineres Lager 470, wie oben beschrieben wurde, auszutauschen. Es ist vielmehr ebenfalls möglich, das Magnethalterungsbauteil 400 sehr gewichtsreduziert zu fertigen. So kann dieses beispielsweise aus einem (metallischen) Blech oder aus einem Kunststoff gefertigt werden, wodurch die beschriebene Gewichts- und/oder Volumeneinsparung mit realisiert werden kann. Auch kann die aufwändige Nachbearbeitung des Achsschenke lbolzens 240 und die Schaffung der Vertiefung 520 entfallen, was die Implementierung eines Drehwinkelsensors 300 gemäß einem Ausführungsbeispiels signifikant erleichtert.
Fig. 6a bis 6c zeigen schematisch stark vereinfachte Aufsichten auf das Referenzbauteil 360 und das Magnethalterungsbauteil 400 bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen eines Drehwinkelsensors 300. Wie bereits zuvor beschrieben wurde, kann auf das Referenzbauteil 360 (z. B. Achsschenkelbolzen 240) zur Schaffung der formschlüssigen Ver- bindung ein Verbindungsbauteil 380 aufgebracht werden. Weist das Referenzbauteil 360 ein entsprechendes Gewinde auf, kann es sich bei dem Verbindungsbauteil 380 beispielsweise um eine Mutter 390 handeln. Diese weist zur einfachen Befestigung sehr häufig an ihrem Außenrand einen polygonalen, meist sechseckigen Querschnitt auf, um eine einfache Montage mittels eines Werkzeugschlüssels zu ermöglichen.
In einem solchen Fall kann das Magnethalterungsbauteil 400 eine Mehrzahl von sich parallel zu der axialen Richtung 370 erstreckenden Verbindungskanten aufweisen, um die formschlüssige Verbindung zu schaffen. Die Mehrzahl der Verbindungskanten schneidet hierbei eine Schnittebene, die in den weiter unten beschriebenen Figuren 6a bis 6c gezeigt ist, senkrecht zu der axialen Richtung 370 in einer Mehrzahl von Schnittpunkten, die Eckpunkte eines regelmäßigen Polygons bilden.
Weist so beispielsweise das Verbindungsbauteil 380 ein regelmäßiges Sechseck als Querschnitt auf, kann das Magnethalterungsbauteil 400 ebenfalls sechs in Form eines regelmä- ßigen Sechsecks angeordnete Verbindungskanten aufweisen. Hierdurch kann das Magnet- halterungsbauteil 400 in sechs Orientierungen, im allgemeinen Fall unter einer Anzahl von Orientierungen, die der Anzahl von Verbindungskanten entspricht, auf das Referenzbauteil 360 aufgeschoben werden. Hierdurch kann eine Vorjustierung des Magneten 430 erfolgen.
Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Mehrzahl von Verbindungskanten auch ein ganzzahliges Vielfaches der entsprechenden Gegenverbindungskanten oder - Verbindungsflächen umfassen. Hierdurch besteht die Möglichkeit, die Vorjustierung weitere zu verfeinern, da das Magnethalterungsbauteil 400 in einer größeren Anzahl von Orien- tierungen auf das Referenzbauteil 370 aufgebracht werden kann. So kann die Mehrzahl von Verbindungskanten eine gerade Anzahl von Verbindungskanten umfassen, wobei nur jede zweite Verbindungskante der Mehrzahl von Verbindungskanten mit einer entsprechenden Gegenverbindungskante oder einer entsprechenden Gegenverbindungsfläche in einem montierten Zustand in Kontakt steht. Hierdurch kann gegebenenfalls ein guter Kompromiss zwischen Vorjustierungsmöglichkeiten einerseits und Stabilität der formschlüssigen Verbindung andererseits erzielt werden, da mit Erhöhung der Zahl der Verbindungskanten gegebenenfalls auch eine Reduzierung der Stabilität der Verbindung einhergehen könnte. Um dies näher zu illustrieren, ist in Fig. 6a und in Fig. 6b jeweils ein Referenzbauteil 360 (oder alternativ ein entsprechendes Verbindungsbauteil 380) gezeigt, welches ein viereckigen (quadratischen) Querschnitt aufweist. Bei der in Fig. 6a gezeigten Situation weist das Magnethalterungsbauteil 400 einen regelmäßigen achteckigen Querschnitt auf, sodass das Magnethalterungsbauteil 400 in insgesamt 8 Orientierungen auf das Referenzbauteil 360 aufgeschoben werden kann.
Im Unterschied hierzu weist bei der in Fig. 6b gezeigten Situation das Magnethalterungsbauteil 400 eine regelmäßige, zwölfeckige Querschnittsform auf, sodass nur jede dritte Verbindungskante des Magnethalterungsbauteils 400 in Kontakt mit einer Gegenverbin- dungskante des Referenzbauteils 360 steht.
Der Vergleich der Figuren 6a und 6b zeigt jedoch, dass mit steigender Zahl der Verbindungsecken des Magnethalterungsbauteils 400 sich dessen Querschnittsform weiter der Kreisform nähert, sodass tendenziell mit steigender Kantenzahl die Stabilität abzunehmen droht.
Fig. 6c zeigt schließlich die Situation mit einem sechseckigen Referenzbauteil 360 und ei- nem zwölfeckigen Magnethalterungsbauteil 400. Selbstverständlich können jedoch auch andere formschlüssige Verbindungen, beispielsweise auf Basis von Führungsstegen oder Führungsbolzen und Führungsschlitzen, eingesetzt werden.
Ausführungsbeispiele eines Drehsensors 300 können eine sofort betriebsbereite Lösung für einen Lenkwinkelsensor 200 darstellen, der auch als Königszapfen-Sensor (King Pin Sensor) oder„Königszapfen-Encoder" (King Pin Encoder) bezeichnet wird. Konventionelle Lösungen für eine Dreh- und/oder Winkelbestimmung oder -messung erfordern Änderungen an existierenden Komponenten, insbesondere an dem Achsschenkelbolzen 240. Ausführungsbeispiele basieren auf der Überlegung, dass das Magnethalterungsbauteil 400 an dem Referenzbauteil 360 befestigt wird, indem die gleiche oder eine ähnliche Form hierfür verwendet wird.
Ein konstanter axialer Abstand 460 oder ein konstanter Luftspalt zwischen Sensor 350 und Magnet 430 - unabhängig von Schnittstellentoleranzen des Achsschenkelbolzens 240 und des Radträgers 250 führt so zu einer höheren Messgenauigkeit durch eine bessere bzw. kleinere Toleranz. Hierzu wird ein vorbelastetes Federelement zwischen Magnethalterungsbauteil 400 und Achsschenkelbolzen 240 eingesetzt.
Bei konventionellen Drehwinkelsensoren muss hingegen die Schnittstelle des Achsschen- kelbolzens 240 zu dem Magnethalter modifiziert werden, sodass keine sofort betriebsbereite Lösung vorhanden ist. Außerdem ist bei vielen Lösungen der Abstand zwischen Magnet und Sensor abhängig von den Toleranzen des Achsschenkelbolzens 240 und des Radträgers 250. Im Rahmen von Ausführungsbeispielen kann so eine innere Abdeckung (Magnethalterungsbauteil 400) auf die Mutter 390 des Achsschenkelbolzens 240 angepasst werden, die beispielsweise einen sechseckigen oder zwölfeckigen Querschnitt aufweist. Durch den Einsatz des (vorbelasteten) Federelements 440 wird der vertikale Abstand 460 fixiert, sodass der Abstand unabhängig von Toleranzen wird. Hierdurch können gegebenenfalls Anpassungen des Achsschenkelbolzens 240 und seiner Komponenten gegebenenfalls entfallen. Eine vollständig sofort einsatzbereite Lösung kann so erzielbar sein.
Der Drehwinkelsensor 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel kann durch den Einsatz von Blechen oder Kunststoffbauteilen gegenüber massiven Metallteilen deutlich leichter ausgeführt werden. Ebenso kann die Höhe eines Drehwinkelsensors 300 gemäß einem Ausfüh- rungsbeispiel reduziert werden, sodass ein solcher Drehwinkelsensor 300 auch in den bei jetzigen Anwendungsfällen zur Verfügung stehenden Bauraum einsetzbar ist. Der konventionelle Magnethalter ist im Unterschied hierzu ein in axialer Richtung langes und schweres Metallteil.
Durch die bessere Kontrolle des Luftspalts zwischen Sensor bzw. Encoder und Magnet kann - wie erwähnt - die Genauigkeit deutlich gesteigert werden. Dies erlaubt die Verwendung günstigerer elektronischer Komponenten durch den Einsatz einer elektronischen Toleranzkompensation. Alternativ kann auch eine größere Winkelmessgenauigkeit im Sinne einer Messgenauigkeit und/oder einer Wiederholbarkeit erzielbar sein. Eine Anpassung des Achsschenkelbolzens 240 kann also unter anderem durch den Einsatz eines Ausfüh- rungsbeispiels eines Drehsensors 300 entfallen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung von Ausführungsbeispielen in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und - soweit sich nicht aus der Beschreibung etwas anderes ergibt - beliebig miteinander kombiniert werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Drehwinkelsensor
1. Drehwinkelsensor (300) zur Bestimmung eines Drehwinkels eines Referenzbauteils (360) bezüglich einer axialen Richtung (370), mit folgenden Merkmalen: einem Magnethalterungsbauteil (400) mit einem Magneten (430), wobei das Magnethalterungsbauteil (400) ausgebildet ist, um mit dem Referenzbauteil (360) drehfest verbindbar, jedoch axial verschiebbar zu sein; einem bezüglich des Referenzbauteils (360) drehbar befestigten Sensor (350), der ausgebildet ist, ein von dem Magneten (430) erzeugte Magnetfeld zu erfassen; und einem Federelement (440), das ausgebildet ist, um eine axiale Kraft derart auf das Magnethalterungsbauteil (400) auszuüben, dass ein axialer Abstand (460) zwischen dem Sensor (350) und dem Magneten (430) einen vorbestimmten Wert annimmt, wobei das Magnethalterungsbauteil (400) ferner ausgebildet ist, um mit dem Referenzbauteil (360) über eine formschlüssige Verbindung die drehfeste Verbindung zu schaffen.
2. Drehwinkelsensor (300) nach Anspruch 1, bei dem der Drehwinkelsensor (300) derart ausgebildet ist, dass das Magnethalterungsbauteil (400) in axialer Richtung (370) über das Referenzbauteil (360) aufschiebbar ist, um die formschlüssige Verbindung zu schaffen.
3. Drehwinkelsensor (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Magnethalterungsbauteil (400) eine Mehrzahl von sich parallel zu der axialen Richtung (370) erstreckenden Verbindungskanten aufweist, um die formschlüssige Verbindung zu schaffen.
4. Drehwinkelsensor (300) nach Anspruch 3, bei dem die Mehrzahl der Verbindungskanten eine Schnittebene senkrecht zu der axialen Richtung in einer Mehrzahl von Schnittpunkten schneiden, die Eckpunkte eines regelmäßigen Polygons bilden.
5. Drehwinkelsensor (300) nach Anspruch 4, bei dem die Mehrzahl von Verbindungskanten eine gerade Anzahl von Verbindungskanten umfasst, und bei dem nur jede zweite Verbindungskante der Mehrzahl von Verbindungskanten mit einer entsprechenden Gegenverbindungskanten oder einer entsprechenden Gegenverbindungsflä- che in einem montierten Zustand in Kontakt steht.
6. Drehwinkelsensor (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner ein Verbindungsbauteil (380) aufweist, das mit dem Referenzbauteil (360) mechanisch verbindbar und derart ausgeformt ist, um die formschlüssige Verbindung mit dem Magnethalterungsbauteil (400) zu schaffen, und/oder bei dem das Magnethalterungsbauteil (400) derart ausgeformt ist, dass dieses auf das Referenzbauteil (360) unmittelbar aufbringbar ist, um die formschlüssige Verbindung zu schaffen, und/oder bei dem der Magnet mit dem Magnethalterungsbauteil vergossen oder verspritzt ist.
7. Drehwinkelsensor (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner ein Lager (470) umfasst, das mit einem Gehäuse (310) des Drehwinkelsensors (300) drehfest verbunden ist, wobei das Lager (470) in einem montierten Zustand mit dem Magnethalterungsbauteil (400) durch die durch das Federelement (440) ausgeübte Kraft derart in Kontakt steht, dass der axialen Abstand (460) zwischen dem Sensor (350) und dem Magneten (430) den vorbestimmten Wert annimmt.
8. Drehwinkelsensor (300) nach Anspruch 7, bei dem das Lager (470) ein Lager ist, das im Wesentlichen nur Kräfte entlang der axialen Richtung (370) weiterleitet, und/oder bei dem das Lager (470) ein Axialgleitlager (490) ist, und/oder bei dem das Lager (470) eine Tragzahl für eine axiale Belastung von höchstens 2 kN aufweist. Drehwinkelsensor nach (300) einem der Ansprüche 7 oder 8, bei dem das Federelement (440), beispielsweise ein Federring, eine Tellerfeder, eine Tonnenfeder, eine Schraubenfeder oder eine Gasfeder, derart angeordnet ist, dass dieses das Magnethal- terungsbauteil (400) gegen das Lager (470) drückt.
Drehwinkelsensor (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ausgebildet ist, um als Drehwinkelsensor (300) einer Achsschenkellenkung eines Kraftfahrzeugs (110), beispielsweise eines Lastkraftwagens oder eines Busses, eingesetzt zu werden, wobei das Referenzbauteil (360) ein Achsschenkelbolzen (240) oder Königszapfen der Achsschenkellenkung des Kraftfahrzeugs (110) ist, und wobei ein Gehäuse (310) des Drehwinkelsensors (300) mit einem Achsschenkel der Achsschenkellenkung gekoppelt ist.
PCT/EP2012/074460 2011-12-12 2012-12-05 Drehwinkelsensor WO2013087470A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/364,758 US9976872B2 (en) 2011-12-12 2012-12-05 Rotational angle sensor

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011088231A DE102011088231B3 (de) 2011-12-12 2011-12-12 Drehwinkelsensor
DE102011088231.6 2011-12-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013087470A1 true WO2013087470A1 (de) 2013-06-20

Family

ID=47358455

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2012/074460 WO2013087470A1 (de) 2011-12-12 2012-12-05 Drehwinkelsensor

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9976872B2 (de)
DE (1) DE102011088231B3 (de)
WO (1) WO2013087470A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016091370A1 (de) * 2014-12-11 2016-06-16 Trw Automotive Gmbh Gurtaufroller mit einem signalgeberring

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113959545B (zh) * 2021-10-25 2022-07-19 蚌埠高灵传感系统工程有限公司 一种用s型柱式拉压传感器检测的自卸半挂车称重装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6222359B1 (en) * 1999-06-18 2001-04-24 Cts Corporation Non-contacting position sensor using radial bipolar tapered magnets
WO2010055370A1 (en) 2008-11-12 2010-05-20 Aktiebolaget Skf Steering angle detection at kingpin

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6806701B2 (en) * 2000-02-15 2004-10-19 Ab Elektronik Gmbh Rotation angle sensor
JP4695929B2 (ja) * 2005-06-30 2011-06-08 日立オートモティブシステムズ株式会社 非接触式の回転角度検出装置とその製造方法及びそれを用いたスロットル弁制御装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6222359B1 (en) * 1999-06-18 2001-04-24 Cts Corporation Non-contacting position sensor using radial bipolar tapered magnets
WO2010055370A1 (en) 2008-11-12 2010-05-20 Aktiebolaget Skf Steering angle detection at kingpin

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016091370A1 (de) * 2014-12-11 2016-06-16 Trw Automotive Gmbh Gurtaufroller mit einem signalgeberring

Also Published As

Publication number Publication date
US20150130449A1 (en) 2015-05-14
DE102011088231B3 (de) 2013-05-16
US9976872B2 (en) 2018-05-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102019004525B4 (de) Pedaleinheit für ein Kraftfahrzeug
DE102015005305B4 (de) Vorrichtung zum Einstellen einer Fahrzeuglenkung und Verfahren zu deren Verwendung
EP2212129B1 (de) Radaufhängung für kraftfahrzeuge
EP0970875B1 (de) Lenksystem für Kraftfahrzeuge
WO2010034370A1 (de) Lenkvorrichtung für ein kraftfahrzeug
WO2008148817A1 (de) Lenkvorrichtung zum einstellen eines radeinschlagwinkels
WO1992008136A1 (de) Vorrichtung zum positionieren eines sensors
EP0456770B1 (de) Bremskraftverstärker für bremssysteme mit antiblockier- und/oder antriebsschlupfregelung
DE102009054671B4 (de) Vorrichtung zur Wankstabilisierung eines Fahrzeugs
DE102017109956A1 (de) Magnetischer getriebe-parkpositionssensor
DE102009012593A1 (de) Last-Sensorvorrichtung und Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, welches diese aufweist
DE102014011194A1 (de) Radträger für ein zweispuriges Kraftfahrzeug
EP2802505A1 (de) Servolenkbaugruppe mit differenzwinkelsensorik
DE102011088231B3 (de) Drehwinkelsensor
DE102004053743B4 (de) Lenkbare Achse mit Drehwinkelsensorelement für ein Kraftfahrzeug
DE102022212689A1 (de) Bremslastmesseinrichtung für eine elektrische Kraftfahrzeugradbremse, Herstellungsverfahren dazu und elektrische Kraftfahrzeugradbremse mit Bremslastmesseinrichtung
DE102012024074A1 (de) Lenkgetriebeanordnung für ein Fahrzeug
DE102008039821A1 (de) Drehhemmungseinrichtung für ein Fahrzeug
DE102009028860A1 (de) Vorrichtung zur Vermessung des Winkels eines drehbaren Körpers
EP2361815B1 (de) Aktive Kopplung zwischen Fahrwerk und Wagenkasten bei einem Fahrzeug
WO2011085854A2 (de) Sensoranordnung mit einstellhilfe
DE102019119815A1 (de) System zum Bestimmen eines Rückstellmoments für einen Handkraftaktuator eines Steer-by-Wire-Lenksystems
EP1870267B1 (de) Buchse mit Sensoreinrichtung
DE102020005061A1 (de) Lenksäule für ein Kraftfahrzeug
WO2023151769A1 (de) Bremslastmesseinrichtung für eine elektrische kraftfahrzeugradbremse, herstellungsverfahren dazu und elektrische kraftfahrzeugradbremse mit bremslastmesseinrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12801724

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14364758

Country of ref document: US

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12801724

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1