WO2017102158A1 - Magneteinheit für eine sensoreinrichtung eines kraftfahrzeugs, sensoreinrichtung mit einer magneteinheit und kraftfahrzeug mit einer sensoreinrichtung - Google Patents

Magneteinheit für eine sensoreinrichtung eines kraftfahrzeugs, sensoreinrichtung mit einer magneteinheit und kraftfahrzeug mit einer sensoreinrichtung Download PDF

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WO2017102158A1
WO2017102158A1 PCT/EP2016/075933 EP2016075933W WO2017102158A1 WO 2017102158 A1 WO2017102158 A1 WO 2017102158A1 EP 2016075933 W EP2016075933 W EP 2016075933W WO 2017102158 A1 WO2017102158 A1 WO 2017102158A1
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sleeve
magnetic element
magnetic
magnet
magnet unit
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PCT/EP2016/075933
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Dirk Rachui
Ekkehart Froehlich
Jens Thom
Roman Schoepe
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Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh
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    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/104—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving permanent magnets

Definitions

  • Magnet unit for a sensor device of a motor vehicle, sensor device with a magnet unit and motor vehicle with a sensor device
  • the invention relates to a magnet unit for a sensor device for detecting a measured variable characterizing a rotational state of a steering shaft of a motor vehicle, the magnet unit having a sleeve for connecting the magnet unit to a first part of the steering shaft and a magnet element connected to the sleeve having a magnetically effective magnet section.
  • the invention also relates to a sensor device for detecting a measured variable characterizing a state of rotation of a steering shaft of a motor vehicle and a motor vehicle having such a sensor device.
  • Generic magnet units are used for example in torque sensor devices for detecting a torque applied to a steering shaft of a motor vehicle and are basically known from the prior art, for example from EP 0 980 081 B1, EP 1 123 794 A2, US 5,530,344 or DE 10 2013 006 567 A1.
  • the magnet unit is usually designed to be attached to one of two, opposite in the axial direction parts of the steering shaft, wherein for detecting the state of rotation of the steering shaft on the other shaft part, a sensor unit can be attached to a magnetic stator, which is provided for this purpose to be arranged in the radial direction opposite to the magnetic element of the magnet unit with a small air gap therebetween.
  • a magnetic stator which is provided for this purpose to be arranged in the radial direction opposite to the magnetic element of the magnet unit with a small air gap therebetween.
  • Generic magnet units usually have a magnetic element designed as a permanent magnet in the form of a closed ring magnet and usually a metallic sleeve, via which the magnet unit can be connected to the steering shaft, it being known to fasten the sleeve, for example by means of gluing, Welding, caulking or by means of a press fit rotatably connected to the steering shaft.
  • the challenge is on the one hand to ensure a permanent rotationally fixed connection of the magnet unit with the steering shaft, and on the other hand to provide a backlash-free, rotationally fixed connection between the magnetic element and the sleeve.
  • the magnetic element of generic magnet units usually consists of a plastic filled with magnetic particles and is usually produced by plastic injection molding, wherein the magnetic element can be molded directly onto the sleeve or the sleeve can be encapsulated with the magnetic material.
  • a magnetic element is also known in which the sleeve and the magnetic element are first produced separately and then positively be connected to each other.
  • the sleeve has a bush-shaped main body and a plurality of lugs projecting from the main body in the axial direction, which are provided for connection to the magnetic element, wherein the magnetic element corresponding to the axially projecting tabs of the sleeve has correspondingly arranged and formed recesses, in which the tabs for connecting sleeve and magnetic element can be introduced by heating the magnetic element, wherein the sleeve and the magnetic element are designed such that the tabs after cooling of the magnetic element firmly seated in the recesses, so that the sleeve and the magnetic element at least in a tangential direction rotation and play are connected to each other.
  • a magnet unit according to the invention for a sensor device for detecting a measured variable characterizing a rotation state of a steering shaft of a motor vehicle has a sleeve and a magnetic element connected to the sleeve, wherein the sleeve has a sleeve connection portion for connection to the magnetic element and a sleeve-shaped sleeve mounting portion for connecting the Magnetic unit having a first part of the steering shaft and the magnetic element has a magnetic element connecting portion for connection to the sleeve and a magnetically effective magnetic portion.
  • the sleeve in the region of the sleeve connection portion at least two, at least over a part of the sleeve connection portion in the radial direction outwardly projecting and extending in the axial direction, distributed in the circumferential direction and spaced apart webs and at least two, in the circumferential direction therebetween, at least over a part of the sleeve connecting portion extending in the axial direction, in the radial direction to the outer edge open recesses ,
  • the magnetic element has at least two slits extending in the axial direction over at least part of the magnetic element connecting section, distributed in the circumferential direction and spaced from one another, which divide the magnetic element into at least two magnetic segments in the magnetic element connecting section.
  • the individual magnet segments of the magnetic element connecting portion each have a geometry corresponding to the webs and / or recesses of the sleeve connecting portion and are each positively connected to the sleeve by means of at least one of the webs and / or by means of one of the recesses of the sleeve connecting portion , in particular form-fitting in the circumferential direction.
  • At least one individual magnet segment preferably all magnet segments, are in each case also connected in a form-fitting manner to the sleeve connection section in the radial direction.
  • at least one magnetic element in addition to the positive connection in the circumferential direction in the axial direction is positively connected to the sleeve connection portion.
  • the sleeve and the magnetic element have different thermal expansion coefficients, wherein preferably the thermal length and / or volume expansion coefficient of the magnetic element is greater than the thermal length and / or volume expansion coefficient of the sleeve.
  • the sleeve and the magnetic element are preferably designed such that the positive connection between the magnetic element and the sleeve in a reference state at a reference ambient temperature in the tangential direction, i. in the circumferential direction, is free of play.
  • the reference ambient temperature at which the positive connection between the magnetic element and the sleeve in the tangential direction is preferably free of play, is located preferably in a temperature range of 15 ⁇ to 3 0 ⁇ , in particular between 20 ⁇ and 25 ⁇ and is preferably 20 ⁇ or 23 ⁇ C.
  • the magnetic element of a magnet unit according to the invention preferably contains a plastic filled with magnetic particles and / or consists thereof, wherein the magnetic element is preferably produced in a plastic injection molding process.
  • the magnetic element has been produced by injection molding on the sleeve and / or by encapsulation of the sleeve and in this way has been connected to the sleeve.
  • the sleeve of a magnet unit according to the invention preferably contains metal and / or is made of metal, wherein the sleeve is preferably produced by punching.
  • the sleeve is designed such that it can be fixed by means of a press fit on a part of the steering shaft or can be welded to the part of the steering shaft.
  • the sleeve can also be caulked or glued to the part of the steering shaft, wherein, however, a connection with the steering shaft by means of a press fit or a welded connection has been found to be particularly advantageous.
  • the magnetic element in its magnetic element-connecting portion has a plurality, preferably at least two, extending in the axial direction slots which divide the magnetic element connecting portion in the circumferential direction in a plurality of magnetic segments, especially in magnetic units with different thermal expansion coefficients, resulting from temperature fluctuations, thermally induced voltages, in particular in the magnetic element induced voltages are minimized, so that the magnetic segments can expand relatively force and stress-free and / or shrink. The risk of cracking in the magnetic element can thus be significantly reduced.
  • the magnet portion is either also sleeve or annular, ie closed in the circumferential direction, or designed such that it similar to a sleeve or annular trained Magnet portion or as a conventional, known from the prior art ring magnet acts.
  • the magnetic portion and / or the magnetic element connecting portion are arranged concentrically with the sleeve mounting portion and / or the sleeve connecting portion.
  • the entire magnetic element is arranged concentrically to the entire sleeve.
  • the sleeve has a radially outwardly extending flange, wherein the flange preferably forms the sleeve connection portion. That
  • the flange has at least two webs which project radially outward and extend in the axial direction over at least part of the sleeve connection section, are distributed in the circumferential direction and spaced apart, and / or at least two, at least Having over a part of the sleeve connecting portion extending in the axial direction, distributed in the circumferential direction and spaced from each other, in the radial direction to the outer edge open recesses.
  • the magnetic element connection section in particular the magnet segments, preferably extend in the axial direction, i. in particular perpendicular to the flange.
  • the magnetic element can be sprayed on the sleeve mounting portion in a simple manner, in particular without it to space conflicts in the interior of the magnet unit comes in which there is a steering shaft in a functional use state of the magnet unit.
  • a magnet unit can be realized by the flange in a particularly simple manner, in which the magnetic element has a larger inner diameter than the sleeve.
  • a smallest inner diameter of the sleeve in the region of the sleeve connecting portion is smaller than a smallest inner diameter of the magnetic element in the region of the magnetic element connecting portion.
  • the magnet unit is designed such that the magnet segments in the radial direction outside are arranged on the sleeve connection portion, in particular in such a way that at least one outer surface of at least one magnetic segment at least partially defines an outer contour of the magnet unit.
  • the slots extend in the magnetic element in the axial direction at least over the magnetic element connecting portion, so that at least the magnetic element connecting portion is divided in the circumferential direction in at least two individual, spaced-apart, lug-like magnet segments.
  • the individual magnet segments are preferably connected in a form-fitting manner to the sleeve connection section both in the circumferential direction and in the radial direction, if necessary also in the axial direction.
  • the slots extend in the axial direction over the entire magnetic element and are in particular designed such that the entire magnetic element is divided in the circumferential direction in at least two individual, spaced-apart magnetic segments.
  • the slots extend, at least in the region of the magnetic element connecting portion, in the radial direction over an entire thickness of the magnetic element. That the slots in this case are continuous in the radial direction and extend in the radial direction from an inner side of the magnetic element connecting portion to an outer side.
  • a magnet unit according to the invention preferably when the slots extend in the axial direction only over a part of the magnetic element, in particular only via the magnetic element connecting portion, and the magnetic element thereby by injection molding on the sleeve and / or by encapsulation of the sleeve has been prepared and has been connected in this way with the sleeve, the location of at least one injection point of the Magnetic element, in particular of all injection points of the magnetic element, each chosen such that in a lying in the axial extension of a slot area no weld line is formed.
  • An injection point in the sense of the invention is understood to be the point at which the plastic melt is introduced into the tool that gives shape to the magnetic element during the production of the magnetic element in the plastic injection molding process.
  • a confluence of mass flows of the plastic melt in the plastic injection molding process is understood. Since a weld line generally represents a weak point in a component, the weld lines should not be arranged in a highly loaded area, which is achieved in the above-described embodiment of a magnet unit according to the invention characterized in that the position of the injection points is selected such that in the axial extension of the Slits lying areas no tie line formed.
  • a magnet unit according to the invention preferably when the slots extend in the axial direction over the entire magnetic element and the magnetic element has been produced by injection molding on the sleeve and / or by molding the sleeve and in this way with the Sleeve has been connected, the location of at least one injection point of the magnetic element, preferably of all injection points of the magnetic element, each chosen such that if the magnetic element would be formed as a circumferentially closed magnetic element and would have no slots, in the manufacture of the magnetic element at least one dynamic Bindenaht in the area of a slot would arise.
  • the slots according to the invention are particularly preferably introduced where would arise in a corresponding, closed in the circumferential direction magnetic element in the production of tie lines.
  • the formation of weld lines can be avoided in this way.
  • the magnet unit is designed such that at least one of the slots is arranged in the magnetic element in the circumferential direction in the region of one of the webs of the sleeve.
  • a magnet unit according to the invention fills in at least one operating state, preferably in the reference state, at least one magnetic segment in the region of the sleeve connection portion at least over part of the length of the sleeve connection portion in the axial direction located between two webs of the sleeve recess in Circumferential direction completely off and lies with its two side surfaces in the circumferential direction of a respective side surface of the two webs.
  • a maximum outer diameter of the magnetic element in the region of the magnetic element connecting portion is less than or equal to a maximum outer diameter of the sleeve in the region of the sleeve connecting portion. That the magnet segments extend in the circumferential direction only over the region which lies between the webs of the sleeve connecting portion or fill only the intermediate recesses in the circumferential direction, but do not extend in the circumferential direction over the outer surfaces of the webs.
  • the side surfaces of the webs extend in the radial direction and have no undercuts, protrusions or the like.
  • the magnet unit is designed such that at least one of the slots is arranged in the magnetic element in the circumferential direction in the region of one of the recesses of the sleeve and not in the region of one of the webs.
  • At least one of the magnet segments of the magnet element lies in the radial direction with its inner surface on an outer surface of at least one web of the sleeve and in the circumferential direction on the two side surfaces of this web. This means that at least one magnet segment encloses the bridge quasi from the outside and extends laterally into the recesses, instead of being arranged directly between two webs in the recess.
  • At least one slot width of a slot between two magnetic segments in the circumferential direction is at least so large that in a provided for the magnet unit, defined operating temperature range a maximum occurring in the circumferential direction, thermally induced length and / or volume expansion not to produce a compression stress in the circumferential direction in the magnetic element connecting portion, in particular not to a reduction of the slot width of the slots to zero.
  • the magnet unit is designed such that an inner surface of at least one magnet segment in at least one operating state, preferably in the reference state, to an opposite outer surface of the sleeve connecting portion, which is located between two webs within a recess, spaced is arranged in the radial direction. That
  • the magnet segments of the magnetic element preferably do not extend to the head of the webs to the foot of the webs, but fill in the radial direction only a part of the recess, in particular an outer part.
  • this embodiment allows unimpeded, thermally induced expansion and / or shrinkage in the radial direction inwards.
  • a sensor device for detecting a measured variable characterizing a state of rotation of a steering shaft of a motor vehicle has a magnet unit according to the invention.
  • An inventive motor vehicle with a sensor device has a sensor device according to the invention with a magnet unit according to the invention.
  • FIG. 2a shows a first embodiment of a magnet unit according to the invention in a perspective view
  • FIG. 2b is a sectional view of a possible embodiment of the positive connections in a radial section through the sleeve connecting portion in the region of the webs of the magnet unit according to the invention shown in Fig. 2a,
  • FIG. 2c another possible embodiment of the positive connections between the magnetic element and the sleeve of the embodiment of a magnet unit according to the invention shown in Fig. 2a, also in a radial section through the sleeve connecting portion in the region of the webs, 3a shows a second embodiment of a magnet unit according to the invention, also in perspective view,
  • Fig. 3b shows an associated radial section through the sleeve connecting portion of
  • FIG. 4a shows a third embodiment of a magnet unit according to the invention, also in a perspective view and
  • Fig. 4b shows an associated radial section through the magnet unit according to the invention from Fig. 4a, also in the region of the sleeve connecting portion.
  • FIG. 1 a shows a sectional view of a known from the prior art magnetic unit 1 for a sensor device for detecting a rotational state of a steering shaft of a motor vehicle, not shown here characterizing measure, the magnet unit 1 a sleeve 3 and a sleeve 3 connected to the magnetic element. 2 having.
  • the sleeve 3 in this case has a sleeve attachment portion 3A for connecting the magnet unit 1 with a first part of the steering shaft, not shown here, and a sleeve connecting portion 3B, via which the sleeve 3 is connected to the magnetic element 2.
  • the sleeve mounting portion 3A is formed in a socket shape or tubular and has at its, the magnetic element 2 facing the end of a radially outwardly extending flange, which forms the sleeve connecting portion 3B in this case.
  • the sleeve 3 is made of metal, in particular by punching, and designed such that it can be fixed by means of a press fit on the steering shaft.
  • the magnet element 2 accordingly has a magnet element connection section 2B and a magnetically effective magnet section 2A, by means of which a sensor signal can later be generated in a functional state of use of the magnet unit 1.
  • the magnetic element 2 consists of a, filled with magnetic particles plastic and has been produced in a plastic injection molding, wherein the magnetic element 2 in this case of the sleeve, in particular on the sleeve Connecting portion 3 B has been molded and has been connected in this way with the sleeve 3.
  • the sleeve 3 and the magnetic element 2 are both in the axial direction, i. parallel to a rotation axis L extending direction, as well as positively connected to each other in the radial direction.
  • the flange of the sleeve 3 also not recognizable shown here, alternately arranged recesses and webs, in which the magnetic element correspondingly similar to a toothing engages.
  • the sleeve 3 and the magnetic element 2 have due to the different materials from which they are made, different thermal expansion coefficients, wherein the thermal length and volume expansion coefficient of the magnetic element 2 is greater than the thermal length and volume expansion coefficient of the sleeve. 3
  • thermally induced stresses in the magnet unit 1 may occur during temperature fluctuations occurring during operation, in particular in the magnet element 2, which may lead to crack formation in the magnet element 2.
  • One weak point is the dynamic weld line 4, clearly visible in FIG. 1 b, which in the longitudinal direction of the magnet unit 1, i. in the axial direction, over the entire width of the magnetic element 2 extends.
  • Fig. 2a shows a first embodiment of a magnet unit 10 according to the invention, which is basically similar to the previously described, known from the prior art magnet unit 1 and also a sleeve 13 with a sleeve mounting portion 13A and a sleeve connecting portion 13B and a with the sleeve 13 positively connected magnetic element 12 with a magnetically active seed magnet portion 12A and a magnetic element connecting portion 12B has.
  • the magnet unit 10 has a magnetic element 12 which, according to the invention, in particular in order to avoid cracking of the magnetic element 12 in structurally weak areas, several, in this case four, in the axial direction has the entire width of the magnetic element 12 extending, distributed in the circumferential direction and spaced apart slots 16 having the magnetic element
  • FIG. 2b shows a sectional view of a possible embodiment of the positive connections between the magnetic element 12 and the sleeve 13 in a radial section through the sleeve connecting portion 13B of the inventive magnet unit 10 shown in Fig. 2a, based on which the embodiment of the sleeve 13, in particular of Sleeve connection portion 13B, is clearly visible.
  • Fig. 2c showed a further possible embodiment of the positive connections between the magnetic element 12 and the sleeve 13 of the embodiment shown in Fig. 2a of a magnet unit 10 according to the invention, also in a radial section through the sleeve connecting portion 13B.
  • the sleeve 13 has in each case in both possible embodiments at least in the region of the sleeve connection portion 13B four, at least over a part of the sleeve connection portion 13B extending in the axial direction, distributed in the circumferential direction and spaced apart webs 17 and four, in the circumferential direction therebetween , Also extending at least over part of the sleeve connection portion 13B in the axial direction, in the radial direction to the outer edge of the sleeve
  • the magnet segments 15 according to the invention are in each case connected in a form-fitting manner to the sleeve connection section 13B, in which case the magnet segments 15 in each of these two embodiments are the recesses 18 in the sleeve section. Completing the connecting portion 13 B completely and on the one hand with their side surfaces abutting the adjacent webs 17 and with their inner surfaces at the bottom of the recesses 18.
  • the magnetic segments 15 are each by a over the entire length of the magnetic element 12 extending slot 16 spaced apart in the circumferential direction, wherein in the possible embodiment shown in Fig. 2b, a width B of the slots 16 corresponds to a width of a web foot. In the embodiment illustrated in FIG. 2b, the width of the slots 16 corresponds in each case to a part of the width of the web 17.
  • the webs have an undercut and the magnet segments 15 a corresponding projection, which in addition a radial positive engagement between the magnet segments 15 and the webs 17 can be achieved, so that a detachment of the magnet segments in the radial direction outward in each Case can be avoided, while in the illustrated in Fig. 2c, possible embodiment of the positive connections, the webs 17 have no such undercut.
  • the positive connection in the radial direction is achieved by the existing in the webs 17 holes, which are not specified, but are filled during encapsulation of the sleeve connection portion 13B with magnetic material such that pins arise which cause the radial positive locking.
  • the magnetic segments 15 form in these embodiments in the axial direction in each case a positive connection with the webs 17, so that a detachment of the magnetic element 12 in the axial direction can be prevented.
  • the positive-locking connections of the individual magnet segments 15 with the sleeve connection section 13B shown in FIGS. 2a to 2b and described with reference thereto detachment in the circumferential direction as well as release in the axial and radial directions can thus, in particular with temperature fluctuations Direction are avoided.
  • the magnetically acting magnet section 12A of the magnet unit 10 according to the invention is not completely closed in the circumferential direction, its magnetic properties are approximately equal to a closed magnet section, so that the slots 16 do not lead to any significant functional disadvantage, but have the positive effect in that significantly fewer thermally induced stresses are induced in the magnetic element 12 when the temperature changes.
  • the magnet unit 10 is further configured such that all injection points for the individual magnetic segments 15 are selected in their position such that if the magnetic element 12 would be formed as a circumferentially closed magnetic element and no Slits 16 would have the tie lines in the region of the slots would arise. That conversely, that the magnet unit 10 according to the invention shown in Fig. 2a is designed such that the magnetic element 12 has no weld lines and accordingly no structurally weak areas.
  • the inventive configuration of a magnet unit 10 for a sensor device for detecting a rotational state of a steering shaft of a motor vehicle described measuring variable described in FIG. 2a is particularly suitable for magnet units in which the difference between the outer diameter of the magnetic element 12 and the inner diameter of the sleeve 13 relative is low or must be, ie in which the outer diameter of the magnetic element 12 is not much larger than the inner diameter of the sleeve 13 or must be.
  • Fig. 3a shows a second embodiment of a magnetic unit 20 according to the invention, wherein for the sake of simplicity elements with the same effect have the same reference numerals as in Figs. 2a to 2c.
  • this magnet unit 20 according to the invention has only slots 16 which extend in the axial direction only over the magnet element connecting portion 12B, but not along the entire magnet element 12, as in the previously described embodiment.
  • this magnet unit 20 not only has four webs 17, but eight in the circumferential direction distributed webs 17 and according to eight, formed between the webs 17 recesses 18 are present.
  • the magnetic element connecting portion 12B and the sleeve connecting portion 13B are also positively connected to each other via the webs 17 and the recesses 18 and the magnet segments 15 here.
  • the magnet segments 15 also fill in this case, the recesses 18 in the circumferential direction completely, at least in a reference state at a reference temperature, which in this case is 20 °.
  • the slots 16 are in this case in the region of the webs 17, wherein the width B of the slots 16 in this case corresponds to the width of the webs 17 in the circumferential direction.
  • the magnet segments 15 do not extend to the bottom of the recesses 18, i. the inner surfaces of the magnetic members 15 do not abut against the circumferentially extending outer surfaces of the sleeve connecting portion 13B, but are spaced therefrom with a gap 19 therebetween.
  • the magnet segments 15 each do not extend beyond the webs 17 in the circumferential direction, but are located only within the recesses 18.
  • the side surfaces of the webs 17 extend exactly in the radial direction, as a result, the magnetic segments 15 can expand unhindered in the radial direction, both radially outward and inward due to the gap 19 between the inner surfaces of the magnetic segments 15 and Sleeve connecting portion 13B. Due to the fact that the magnet segments 15 also do not extend beyond the webs 17 in the circumferential direction, unimpeded shrinkage of the magnet segments 15 in the radial direction inward is made possible. Consequently, the generation of thermally induced stresses in the magnetic element 12 can be significantly reduced or in some cases even completely avoided.
  • a magnet unit 30 according to the invention described with reference to FIGS. 3a and 3b is particularly suitable for magnet units with a greater difference between the outside diameter of the magnet section and the inside diameter of the sleeve, just like the embodiment described below with reference to FIGS. 4a and 4b.
  • Fig. 4a shows a third embodiment of a magnet unit 30 according to the invention, wherein in this embodiment, the slots 16 extend over the entire width of the magnetic element connecting portion 12B and in the axial direction additionally over a portion of the magnet portion 12A. In this case, however, the slots 16 are not in the region of the webs 17 as in the previous exemplary embodiment, but are each arranged in the region of the recesses 18, relative to the circumferential direction. Therefore, the magnetic segments 15 fill the recesses 18 in the circumferential direction not completely, s. Fig. 4b.
  • the magnetic segments 15 are also not in contact with the outer surfaces of the recesses 18 on the outer surfaces of the recesses 18 in the radial direction with their inner surfaces in this embodiment of a magnet unit 30 according to the invention each spaced at a distance 19 and a gap 19 arranged to allow unimpeded expansion in the radial direction inward or unhindered shrinkage of the magnetic element 12 in this area.
  • the magnetic segments 15 are in positive engagement with the sleeve 13, in particular for a positive connection in the tangential direction, on the outer surfaces of the webs 17 and in the circumferential direction respectively on the two side surfaces of the associated web 17.
  • the slot width B of the slots 16 between two magnet segments 15 is selected to be at least large enough in the peripheral direction such that a thermally induced length and / or volume expansion occurring in a defined operating temperature range for the magnet unit 30 is not generated a compression stress in the circumferential direction in the magnetic element connecting portion 12 B results, in particular not to a reduction of the slot width B to zero.
  • the position of the injection points for the magnetic element 12 is chosen in particular such that arise in extension of the slots 16 in the axial direction no weld lines, as in the notch bottom of the slots 16 voltages may occur, in particular notch stresses can occur, which leads to damage of the magnetic element 12 can lead in the field of weld lines.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Magneteinheit (10) für eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer einen Rotationszustand einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs charakterisierenden Messgröße sowie eine Sensoreinrichtung und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Magneteinheit, wobei die Magneteinheit (10) eine Hülse (13) sowie ein mit der Hülse (13) formschlüssig verbundenes Magnetelement (12) aufweist, wobei die Hülse (13) einen Hülsen-Verbindungsabschnitt (13B) zur Verbindung mit dem Magnetelement (12) sowie einen buchsenförmigen Hülsen-Befestigungsabschnitt (13A) zum Verbinden der Magneteinheit (10) mit der Lenkwelle aufweist. Das Magnetelement (12) weist einen Magnetelement-Verbindungsabschnitt (12B) zur Verbindung mit der Hülse (13) sowie einen Magnetabschnitt (12A) auf, wobei die Hülse (13) im Bereich des Hülsen- Verbindungsabschnitts (13B) mehrere, in Umfangsrichtung verteilt und zueinander beabstandet angeordnete Stege (17) und mehrere dazwischen angeordnete, in radialer Richtung zum äußeren Rand hin geöffnete Ausnehmungen (18) aufweist. Der Magnetelement-Verbindungsabschnitt (12B) weist mehrere in Umfangsrichtung verteilt und zueinander beabstandet angeordnete Schlitze (16) auf, welche den Magnetelement- Verbindungsabschnitt (12B) in mehrere Magnetsegmente (15) unterteilen, wobei die Magnetsegmente (15) korrespondierend zu den Stegen (17) und Ausnehmungen (18) im Hülsen-Verbindungsabschnitt (13B) ausgebildet sind, mit denen sie formschlüssig mit der Hülse (13) verbunden sind.

Description

Magneteinheit für eine Sensoreinrichtung eines Kraftfahrzeugs, Sensoreinrichtung mit einer Magneteinheit und Kraftfahrzeug mit einer Sensoreinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Magneteinheit für eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer einen Rotationszustand einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs charakterisierenden Messgröße, wobei die Magneteinheit eine Hülse zum Verbinden der Magneteinheit mit einem ersten Teil der Lenkwelle sowie ein mit der Hülse verbundenes Magnetelement mit einem magnetisch wirksamen Magnetabschnitt aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer einen Rotationszustand einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs charakterisierenden Messgröße sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Sensoreinrichtung.
Gattungsgemäße Magneteinheiten werden beispielsweise in Drehmomentsensoreinrichtungen zur Erfassung eines auf eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs aufgebrachten Drehmoments eingesetzt und sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der EP 0 980 081 B1 , der EP 1 123 794 A2, der US 5,530,344 oder der DE 10 2013 006 567 A1 .
Die Magneteinheit ist dabei üblicherweise dazu ausgebildet, an einem von zwei, sich in axialer Richtung gegenüberliegenden Teilen der Lenkwelle befestigt zu werden, wobei zur Erfassung des Rotationszustandes der Lenkwelle auf dem anderen Wellenteil eine Sensoreinheit befestigt werden kann mit einem magnetischen Stator, welcher dazu vorgesehen ist, in radialer Richtung gegenüber von dem Magnetelement der Magneteinheit mit einem kleinen Luftspalt dazwischen angeordnet zu werden. Mithilfe des Stators kann der im Magnetelement auftretende, vom Rotationszustand der Welle abhängige magnetische Fluss zur Erzeugung eines Sensorsignals vom Magnetelement über einen Flussleiter weiter an einen Magnetsensor geleitet werden, beispielsweise an einen Hall-Sensor.
Gattungsgemäße Magneteinheiten weisen üblicherweise ein als Permanentmagnet ausgebildetes Magnetelement in Form eines geschlossenen Ringmagneten auf sowie in der Regel eine metallische Hülse, über welche die Magneteinheit mit der Lenkwelle verbunden werden kann, wobei bekannt ist, die Hülse beispielsweise mittels Kleben, Schweißen, Verstemmen oder mittels einer Presspassung drehfest mit der Lenkwelle zu verbinden.
Die Herausforderung besteht dabei einerseits darin, eine dauerhaft drehfeste Verbindung der Magneteinheit mit der Lenkwelle sicherzustellen, sowie andererseits eine spielfreie, drehfeste Verbindung zwischen dem Magnetelement und der Hülse bereitzustellen.
Das Magnetelement gattungsgemäßer Magneteinheiten besteht dabei üblicherweise aus einem mit Magnetpartikeln gefüllten Kunststoff und wird in der Regel im Kunststoffspritzgießverfahren hergestellt, wobei das Magnetelement direkt an die Hülse angespritzt werden kann bzw. die Hülse mit dem Magnetmaterial umspritzt werden kann.
Aufgrund des in der Regel hohen Füllgrads mit den magnetischen Partikeln ist der Kunststoff, insbesondere bei tiefen Temperaturen, in der Regel relativ spröde bzw. wenig elastisch. Infolgedessen kann es, insbesondere wenn das Magnetelement direkt an die Hülse angespritzt wird bzw. wenn die Hülse mit dem Magnetmaterial umspritzt wird, beim Abkühlen der Kunststoffschmelze zu thermisch bedingten Schrumpfspannungen kommen, welche zur Bildung von Rissen im Magnetelement führen können. Ferner kann es bei im Betrieb auftretenden Temperaturschwankungen aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Hülse und Magnetelement zu thermisch induzierten Spannungen in der Magneteinheit kommen, welche ebenfalls zu einer Rissbildung im Magnetelement führen können.
Aus diesem Grund wird in der vorgenannten EP 1 123 794 A2 vorgeschlagen, das Magnetelement nicht unmittelbar, sondern über ein Zwischenelement aus einem elastischen Material an der Hülse zu befestigen. Diese Lösung ist jedoch relativ aufwendig und kostenintensiv und erfordert einen gewissen Bauraum.
Aus der ebenfalls vorgenannten E 0 980 081 B1 ist bekannt, die Hülse mit dem kunststoffgebundenen Magnetmaterial direkt zu umspritzen, wobei zur Aufnahme von thermisch bedingten Schrumpfspannungen des Kunststoffs vorgeschlagen wird, an der Hülse mehrere, in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Laschen vorzusehen.
Aus der DE 10 2013 006 567 A1 ist ferner ein Magnetelement bekannt, bei dem die Hülse und das Magnetelement zunächst separat hergestellt und anschließend formschlüssig miteinander verbunden werden. Die Hülse weist dazu einen buchsenförmigen Grundkörper und eine Vielzahl von vom Grundkörper in axialer Richtung abstehende Laschen auf, die zur Verbindung mit dem Magnetelement vorgesehen sind, wobei das Magnetelement entsprechend zu den in axialer Richtung abstehenden Laschen der Hülse korrespondierend angeordnete und ausgebildete Aussparungen aufweist, in welche die Laschen zum Verbinden von Hülse und Magnetelement unter Erwärmen des Magnetelementes eingebracht werden können, wobei die Hülse und das Magnetelement dabei derart ausgebildet sind, dass die Laschen nach dem Abkühlen des Magnetelementes fest in den Aussparungen sitzen, so dass die Hülse und das Magnetelement zumindest in tangentialer Richtung drehfest und spielfrei miteinander verbunden sind.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine alternative Magneteinheit bereitzustellen, vorzugsweise eine besonders einfach herzustellende Magneteinheit, insbesondere eine Magneteinheit, mit welcher die Gefahr der Rissbildung im Magnetelement infolge thermischer Spannungen reduziert werden kann, aber gleichzeitig eine in tangentialer Richtung spielfreie, drehfeste Verbindung sichergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Magneteinheit, durch eine Sensoreinrichtung sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren und werden im Folgenden näher erläutert.
Eine erfindungsgemäße Magneteinheit für eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer einen Rotationszustand einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs charakterisierenden Messgröße weist eine Hülse sowie ein mit der Hülse verbundenes Magnetelement auf, wobei die Hülse einen Hülsen-Verbindungsabschnitt zur Verbindung mit dem Magnetelement und einen buchsenförmigen Hülsen-Befestigungsabschnitt zum Verbinden der Magneteinheit mit einem ersten Teil der Lenkwelle aufweist und das Magnetelement einen Magnetelement-Verbindungsabschnitt zur Verbindung mit der Hülse und einen magnetisch wirksamen Magnetabschnitt.
Dabei weist die Hülse im Bereich des Hülsen-Verbindungsabschnitts wenigstens zwei, sich zumindest über einen Teil des Hülsen-Verbindungsabschnitts in radialer Richtung nach außen ragende und sich in axialer Richtung erstreckende, in Umfangsrichtung verteilt und zueinander beabstandet angeordnete Stege und wenigstens zwei, in Umfangsrichtung dazwischen, sich zumindest über einen Teil des Hülsen- Verbindungsabschnitts in axialer Richtung erstreckende, in radialer Richtung zum äußeren Rand hin geöffnete Ausnehmungen auf.
Erfindungsgemäß weist das Magnetelement wenigstens zwei, sich zumindest über einen Teil des Magnetelement-Verbindungsabschnitts in axialer Richtung erstreckende, in Umfangsrichtung verteilt und zueinander beabstandet angeordnete Schlitze auf, welche das Magnetelement im Magnetelement-Verbindungsabschnitt in wenigstens zwei Magnetsegmente unterteilen. Die einzelnen Magnetsegmente des Magnetelement- Verbindungsabschnitts weisen dabei jeweils eine zu den Stegen und/oder Ausnehmungen des Hülsen-Verbindungsabschnitts korrespondierend ausgebildete Geometrie auf und sind jeweils mithilfe wenigstens einem der Stege und/oder mithilfe einer der Ausnehmungen des Hülsen-Verbindungsabschnitts formschlüssig mit der Hülse verbunden, insbesondere formschlüssig in Umfangsrichtung. In einigen Fällen kann es vorteilhaft sein, wenn wenigstens ein einzelnes Magnetsegment, vorzugsweise alle Magnetsegmente, jeweils auch in radialer Richtung mit dem Hülsen-Verbindungsabschnitt formschlüssig verbunden sind. In einigen Fällen kann es auch vorteilhaft sein, wenn wenigstens ein Magnetelement zusätzlich zur formschlüssigen Verbindung in Umfangsrichtung in axialer Richtung formschlüssig mit dem Hülsen-Verbindungsabschnitt verbunden ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Magneteinheit weisen die Hülse und das Magnetelement unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten auf, wobei vorzugsweise der thermische Längen- und/oder Volumenausdehnungskoeffizient des Magnetelementes größer ist als der thermische Längen- und/oder Volumenausdehnungskoeffizient der Hülse. Dabei sind die Hülse und das Magnetelement bevorzugt derart ausgebildet, dass die formschlüssige Verbindung zwischen dem Magnetelement und der Hülse in einem Referenzzustand bei einer Referenzumgebungstemperatur in tangentialer Richtung, d.h. in Umfangsrichtung, spielfrei ist.
Die Referenzumgebungstemperatur, bei welcher die formschlüssige Verbindung zwischen Magnetelement und Hülse in tangentialer Richtung vorzugsweise spielfrei ist, liegt bevorzugt in einem Temperaturbereich von 15Ό bis 3 0Ό, insbesondere zwischen 20Ό und 25Ό und beträgt vorzugsweise 20Ό oder 23<C.
Das Magnetelement einer erfindungsgemäßen Magneteinheit enthält bevorzugt einen mit magnetischen Partikeln gefüllten Kunststoff und/oder besteht daraus, wobei das Magnetelement vorzugsweise in einem Kunststoffspritzgießverfahren hergestellt ist. Besonders bevorzugt ist das Magnetelement dabei durch Anspritzen an die Hülse und/oder durch Umspritzen der Hülse hergestellt worden und auf diese Weise mit der Hülse verbunden worden.
Die Hülse einer erfindungsgemäßen Magneteinheit enthält vorzugsweise Metall und/oder ist aus Metall hergestellt, wobei die Hülse vorzugsweise durch Stanzen hergestellt ist. Vorzugsweise ist die Hülse derart ausgebildet, dass sie mittels einer Presspassung auf einem Teil der Lenkwelle befestigt werden kann oder mit dem Teil der Lenkwelle verschweißt werden kann. Alternativ kann die Hülse auch mit dem Teil der Lenkwelle verstemmt oder verklebt werden, wobei sich jedoch eine Verbindung mit der Lenkwelle mittels einer Presspassung oder einer Schweißverbindung als besonders vorteilhaft herausgestellt hat.
Dadurch, dass das Magnetelement in seinem Magnetelement-Verbindungsabschnitt mehrere, vorzugsweise wenigstens zwei, in axialer Richtung verlaufende Schlitze aufweist, welche den Magnetelement-Verbindungsabschnitt in Umfangsrichtung in mehrere Magnetsegmente unterteilen, können, insbesondere bei Magneteinheiten mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, bei Temperaturschwankungen entstehende, thermisch induzierte Spannungen, insbesondere in das Magnetelement induzierte Spannungen, minimiert werden, so dass die Magnetsegmente sich relativ kraft- und spannungsfrei ausdehnen können und/oder schrumpfen können. Die Gefahr einer Rissbildung im Magnetelement kann somit deutlich reduziert werden.
Für eine vergleichbare Funktion des magnetsich wirksamen Magnetabschnitts einer erfindungsgemäßen Magneteinheit mit den aus dem Stand der Technik bekannten, in Umfangsrichtung geschlossenen Ringmagneten, ist der Magnetabschnitt entweder ebenfalls hülsen- oder ringförmig ausgebildet, d.h. in Umfangsrichtung geschlossen, oder derart ausgebildet, dass er ähnlich wie ein hülsen- oder ringförmig ausgebildeter Magnetabschnitt bzw. wie ein üblicher, aus dem Stand der Technik bekannter Ringmagnet wirkt.
Bevorzugt sind der Magnetabschnitt und/oder der Magnetelement-Verbindungsabschnitt konzentrisch zum Hülsen-Befestigungsabschnitt und/oder zum Hülsen- Verbindungsabschnitt angeordnet. Besonders bevorzugt ist das gesamte Magnetelement konzentrisch zur gesamten Hülse angeordnet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Magneteinheit weist die Hülse einen sich in radialer Richtung nach außen erstreckenden Flansch auf, wobei der Flansch vorzugsweise den Hülsen-Verbindungsabschnitt bildet. D.h. mit anderen Worten, dass in diesem Fall der Flansch wenigstens zwei, zumindest über einen Teil des Hülsen-Verbindungsabschnitts in radialer Richtung nach außen ragende und sich in axialer Richtung erstreckende, in Umfangsrichtung verteilt und zueinander beabstandet angeordnete Stege und/oder wenigstens zwei, sich zumindest über einen Teil des Hülsen-Verbindungsabschnitts in axialer Richtung erstreckende, in Umfangsrichtung verteilt und zueinander beabstandet angeordnete, in radialer Richtung zum äußeren Rand hin geöffnete Ausnehmungen aufweist.
Der Magnetelement-Verbindungsabschnitt, insbesondere die Magnetsegmente, erstrecken sich bevorzugt in axialer Richtung, d.h. insbesondere senkrecht zum Flansch.
Durch das Anbringen eines Flansches im Bereich des Hülsen-Befestigungsabschnitts, insbesondere, wenn sich der Flansch in radialer Richtung nach außen erstreckt, lässt sich auf einfache Art und Weise das Magnetelement am Hülsen-Befestigungsabschnitt anspritzen, insbesondere ohne dass es zu Bauraumkonflikten im Innenbereich der Magneteinheit kommt, in welchem sich in einem funktionsgemäßen Verwendungszustand der Magneteinheit eine Lenkwelle befindet. Insbesondere kann durch den Flansch auf besonders einfache Art und Weise eine Magneteinheit realisiert werden, bei welcher das Magnetelement einen größeren Innendurchmesser als die Hülse aufweist.
Bevorzugt ist daher ein kleinster Innendurchmesser der Hülse im Bereich des Hülsen- Verbindungsabschnitts kleiner als ein kleinster Innendurchmesser des Magnetelementes im Bereich des Magnetelement-Verbindungsabschnitts. Besonders bevorzugt ist die Magneteinheit derart ausgebildet, dass die Magnetsegmente in radialer Richtung außen am Hülsen-Verbindungsabschnitt angeordnet sind, insbesondere in der Weise, dass wenigstens eines Außenfläche wenigstens eines Magnetsegmentes zumindest teilweise eine Außenkontur der Magneteinheit definiert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Magneteinheit erstrecken sich die Schlitze im Magnetelement in axialer Richtung wenigstens über den Magnetelement-Verbindungsabschnitt, so dass wenigstens der Magnetelement- Verbindungsabschnitt in Umfangsrichtung in wenigstens zwei einzelne, voneinander beabstandet angeordnete, laschenartige Magnetsegmente unterteilt ist. Bevorzugt sind in diesem Fall die einzelnen Magnetsegmente jeweils sowohl in Umfangsrichtung als auch in radialer Richtung formschlüssig mit dem Hülsen-Verbindungsabschnitt verbunden, falls erforderlich auch in axialer Richtung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Magneteinheit erstrecken sich die Schlitze in axialer Richtung über das gesamte Magnetelement und sind insbesondere derart ausgebildet, dass das gesamte Magnetelement in Umfangsrichtung in wenigstens zwei einzelne, voneinander beabstandet angeordnete Magnetsegmente unterteilt ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Magneteinheit erstrecken sich die Schlitze, zumindest im Bereich des Magnetelement- Verbindungsabschnitts, in radialer Richtung über eine gesamte Dicke des Magnetelementes. D.h. die Schlitze sind in diesem Fall in radialer Richtung durchgehend und erstrecken sich in radialer Richtung von einer Innenseite des Magnetelement- Verbindungsabschnitts bis zu einer Außenseite. Dadurch können thermisch induzierte Spannungen besonders gut reduziert werden, insbesondere in Umfangsrichtung, weil mit derartigen Schlitzen insbesondere die Ausdehnung in Umfangsrichtung wenig bis gar nicht, je nach Breite der Schlitze, behindert wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Magneteinheit ist, vorzugsweise wenn sich die Schlitze in axialer Richtung nur über einen Teil des Magnetelementes erstrecken, insbesondere nur über den Magnetelement- Verbindungsabschnitt, und das Magnetelement dabei durch Anspritzen an die Hülse und/oder durch Umspritzen der Hülse hergestellt worden ist und auf diese Weise mit der Hülse verbunden worden ist, die Lage wenigstens eines Anspritzpunktes des Magnetelementes, insbesondere von allen Anspritzpunkten des Magnetelementes, jeweils derart gewählt, dass in einem in axialer Verlängerung eines Schlitzes liegenden Bereich keine Bindenaht entsteht.
Unter einem Anspritzpunkt im Sinne der Erfindung wird dabei der Punkt verstanden, an welchem bei der Herstellung des Magnetelementes im Kunststoffspritzgießverfahren die Kunststoffschmelze in das dem Magnetelement seine Form gebende Werkzeug eingebracht wird.
Unter einer Bindenaht, insbesondere unter einer dynamischen Bindenaht, wird im Sinne der Erfindung ein Zusammenfluss von Massenströmen der Kunststoffschmelze im Kunst- stoffspritzgießprozess verstanden. Da eine Bindenaht grundsätzlich eine Schwachstelle in einem Bauteil darstellt, sollten die Bindenähte nicht in einem hochbelasteten Bereich angeordnet sein, was bei der vorbeschriebenen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Magneteinheit dadurch erreicht wird, dass die Lage der Anspritzpunkte derart gewählt ist, dass in den in axialer Verlängerung der Schlitze liegenden Bereichen keine Bindenaht entsteht.
In einer alternativen, aber ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Magneteinheit ist, vorzugsweise wenn sich die Schlitze in axialer Richtung über das gesamte Magnetelement erstrecken und das Magnetelement durch Anspritzen an die Hülse und/oder durch Umspritzen der Hülse hergestellt worden ist und auf diese Weise mit der Hülse verbunden worden ist, die Lage wenigstens eines Anspritzpunktes des Magnetelementes, vorzugsweise von allen Anspritzpunkten des Magnetelementes, jeweils derart gewählt, dass, wenn das Magnetelement als ein in Umfangsrichtung geschlossenes Magnetelement ausgebildet wäre und keine Schlitze aufweisen würde, bei der Herstellung des Magnetelementes wenigstens eine dynamische Bindenaht im Bereich eines Schlitzes entstehen würde. D.h. mit anderen Worten, dass die bei dieser Ausgestaltung die erfindungsgemäßen Schlitze besonders bevorzugt dort eingebracht sind, wo bei einem entsprechenden, in Umfangsrichtung geschlossenen Magnetelement bei der Herstellung Bindenähte entstehen würden. Insbesondere kann auf diese Weise die Entstehung von Bindenähten vermieden werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Magneteinheit ist die Magneteinheit derart ausgebildet, dass wenigstens einer der Schlitze im Magnetelement in Umfangsrichtung im Bereich eines der Stege der Hülse angeordnet ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Magneteinheit füllt in wenigstens einem Betriebszustand, vorzugsweise im Referenzzustand, wenigstens ein Magnetsegment im Bereich des Hülsen-Verbindungsabschnitts zumindest über einen Teil der Länge des Hülsen-Verbindungsabschnitts in axialer Richtung eine sich zwischen zwei Stegen der Hülse befindende Ausnehmung in Umfangsrichtung vollständig aus und liegt mit seinen beiden Seitenflächen in Umfangsrichtung an jeweils einer Seitenfläche der beiden Stege an. Dadurch kann besonders einfach eine formschlüssige Verbindung in tangentialer Richtung zwischen dem Magnetelement und der Hülse realisiert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Magneteinheit ist ein maximaler Außendurchmesser des Magnetelementes im Bereich des Magnetelement- Verbindungsabschnitts kleiner oder gleich eines maximalen Außendurchmessers der Hülse im Bereich des Hülsen-Verbindungsabschnitts. D.h. die Magnetsegmente erstrecken sich in Umfangsrichtung nur über den Bereich, der zwischen der Stegen des Hülsen- Verbindungsabschnitts liegt bzw. füllen nur die dazwischen liegenden Ausnehmungen in Umfangsrichtung aus, erstrecken sich jedoch nicht in Umfangsrichtung über die Außenflächen der Stege. Bevorzugt erstrecken sich die Seitenflächen der Stege dabei in radialer Richtung und weisen keinerlei Hinterschneidungen, Vorsprünge oder dergleichen auf. Dadurch können sich die zwischen den Stegen der Hülse befindlichen Magnetsegmente nahezu ungehindert in radialer Richtung ausdehnen.
In einer alternativen, aber ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Magneteinheit ist die Magneteinheit derart ausgebildet, dass wenigstens einer der Schlitze im Magnetelement in Umfangsrichtung im Bereich einer der Ausnehmungen der Hülse angeordnet ist und nicht im Bereich einer der Stege.
In einer weiteren vorteilhaften, alternativen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Magneteinheit liegt dabei wenigstens eines der Magnetsegmente des Magnetelementes in radialer Richtung mit seiner Innenfläche an einer Außenfläche wenigstens eines Steges der Hülse an und in Umfangsrichtung an den beiden Seitenflächen dieses Steges. D.h. wenigstens ein Magnetsegment umschließt den Steg quasi von außen und reicht seitlich in die Ausnehmungen hinein, statt zwischen zwei Stegen in der Ausnehmung direkt angeordnet zu sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Magneteinheit ist wenigstens eine Schlitzbreite eines Schlitzes zwischen zwei Magnetsegmenten in Umfangsrichtung mindestens so groß, dass in einem für die Magneteinheit vorgesehenen, definierten Betriebstemperaturbereich eine in Umfangsrichtung maximal auftretende, thermisch bedingte Längen- und/oder Volumenausdehnung nicht zur Erzeugung einer Druckspannung in Umfangsrichtung im Magnetelement-Verbindungsabschnitt führt, insbesondere nicht zu einer Verringerung der Schlitzbreite eines der Schlitze auf null.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Magneteinheit ist die Magneteinheit derart ausgebildet ist, dass eine Innenfläche wenigstens eines Magnetsegments in wenigstens einem Betriebszustand, vorzugsweise im Referenzzustand, zu einer gegenüberliegenden Außenfläche des Hülsen- Verbindungsabschnitts, die sich zwischen zwei Stegen innerhalb einer Ausnehmung befindet, beabstandet in radialer Richtung angeordnet ist. D.h. die Magnetsegmente des Magnetelementes reichen bevorzugt nicht bis vom Kopf der Stege bis zum Fuß der Stege, sondern füllen in radialer Richtung nur einen Teil der Ausnehmung aus, insbesondere einen äußeren Teil. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt das, dass bevorzugt die Innenfläche des Magnetsegments in wenigstens einem Betriebszustand, vorzugsweise im Referenzzustand, nicht am Boden der Ausnehmung anliegt, sondern einen Abstand zu diesem aufweist. Diese Ausgestaltung ermöglicht insbesondere eine ungehinderte, thermisch bedingte Ausdehnung und/oder Schrumpfung in radialer Richtung nach innen.
Eine erfindungsgemäße Sensoreinrichtung zum Erfassen einer einen Rotationszustand einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs charakterisierenden Messgröße weist eine erfindungsgemäße Magneteinheit auf.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einer Sensoreinrichtung weist eine erfindungsgemäße Sensoreinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Magneteinheit auf.
Die mit Bezug auf die Magneteinheit vorgestellten vorteilhaften Ausgestaltungen und deren Vorteile gelten entsprechend auch für eine erfindungsgemäße Sensoreinrichtung sowie für ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgenden in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand mehrerer vorteilhafter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, wobei Bauteile mit gleicher Funktion zugunsten eines einfacheren Verständnisses gleiche Bezugszeichen aufweisen, auch wenn sie sich in ihrer konstruktiven Ausgestaltung unterscheiden.
Es zeigen:
Fig. 1 a eine aus dem Stand der Technik bekannte Magneteinheit in Schnittdarstellung,
Fig. 1 b die in Fig. 1 a dargestellte, aus dem Stand der Technik bekannte Magneteinheit in perspektivischer Darstellung,
Fig. 2a ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Magneteinheit in perspektivischer Darstellung,
Fig. 2b in Schnittdarstellung eine mögliche Ausgestaltung der formschlüssigen Verbindungen in einem Radialschnitt durch den Hülsen-Verbindungsabschnitt im Bereich der Stege der in Fig. 2a dargestellten, erfindungsgemäßen Magneteinheit,
Fig. 2c eine weitere mögliche Ausgestaltung der formschlüssigen Verbindungen zwischen dem Magnetelement und der Hülse des in Fig. 2a dargestellten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Magneteinheit, ebenfalls in einem Radialschnitt durch den Hülsen-Verbindungsabschnitt im Bereich der Stege, Fig. 3a ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Magneteinheit, ebenfalls in perspektivischer Darstellung,
Fig. 3b einen zugehörigen Radialschnitt durch den Hülsen-Verbindungsabschnitt der
Magneteinheit aus Fig. 3a,
Fig. 4a ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Magneteinheit, ebenfalls in perspektivischer Darstellung und
Fig. 4b einen zugehörigen Radialschnitt durch die erfindungsgemäße Magneteinheit aus Fig. 4a, ebenfalls im Bereich des Hülsen-Verbindungsabschnitts.
Fig. 1 a zeigt in Schnittdarstellung eine aus dem Stand der Technik bekannte Magneteinheit 1 für eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer einen Rotationszustand einer hier nicht dargestellten Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs charakterisierenden Messgröße, wobei die Magneteinheit 1 eine Hülse 3 sowie ein mit der Hülse 3 verbundenes Magnetelement 2 aufweist.
Die Hülse 3 weist dabei einen Hülsen-Befestigungsabschnitt 3A zum Verbinden der Magneteinheit 1 mit einem ersten Teil der hier nicht dargestellten Lenkwelle auf sowie einen Hülsen-Verbindungsabschnitt 3B, über den die Hülse 3 mit dem Magnetelement 2 verbunden ist. Der Hülsen-Befestigungsabschnitt 3A ist buchsenförmig bzw. rohrförmig ausgebildet und weist an seinem, dem Magnetelement 2 zugewandten Ende einen sich in radialer Richtung nach außen erstreckenden Flansch auf, welcher in diesem Fall den Hülsen-Verbindungsabschnitt 3B bildet. Die Hülse 3 ist dabei aus Metall hergestellt, insbesondere durch Stanzen, und derart ausgebildet, dass sie mittels einer Presspassung auf der Lenkwelle befestigt werden kann.
Das Magnetelement 2 weist entsprechend einen Magnetelement-Verbindungsabschnitt 2B auf sowie einen magnetisch wirksamen Magnetabschnitt 2A, mittels welchem später in einem funktionsgemäßen Verwendungszustand der Magneteinheit 1 ein Sensorsignal erzeugt werden kann. Das Magnetelement 2 besteht aus einem, mit magnetischen Partikeln gefüllten Kunststoff und ist in einem Kunststoffspritzgießverfahren hergestellt worden, wobei das Magnetelement 2 dabei an die Hülse, insbesondere an den Hülsen- Verbindungsabschnitt 3B angespritzt worden ist und auf diese Weise mit der Hülse 3 verbunden worden ist.
Wie anhand von Fig. 1 a zu erkennen ist, sind die Hülse 3 und das Magnetelement 2 dabei sowohl in axialer Richtung, d.h. parallel zu einer Rotationsachse L verlaufenden Richtung, als auch in radialer Richtung formschlüssig miteinander verbunden. Um außerdem eine drehfeste Verbindung zwischen dem Hülsen-Verbindungsabschnitt 3B und dem Magnetelement-Verbindungsabschnitt 2B zu erreichen, weist der Flansch der Hülse 3 ferner hier nicht erkennbar dargestellte, im Wechsel angeordnete Ausnehmungen und Stege auf, in welche das Magnetelement entsprechend ähnlich einer Verzahnung eingreift.
Die Hülse 3 und das Magnetelement 2 weisen aufgrund der unterschiedlichen Werkstoffe, aus denen sie hergestellt sind, unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten auf, wobei der thermische Längen- und Volumenausdehnungskoeffizient des Magnetelementes 2 größer ist als der thermische Längen- und Volumenausdehnungskoeffizient der Hülse 3.
Infolge der unterschiedlichen Längen- und Volumenausdehnungskoeffizienten von Hülse 3 und Magnetelement 2 kann es bei im Betrieb auftretenden Temperaturschwankungen zum einen zu thermisch induzierten Spannungen in der Magneteinheit 1 kommen, insbesondere im Magnetelement 2, welche zu einer Rissbildung im Magnetelement 2 führen können. Eine Schwachstelle stellt dabei die in Fig. 1 b gut erkennbar dargestellte, dynamische Bindenaht 4 dar, welche in Längsrichtung der Magneteinheit 1 , d.h. in axialer Richtung, über die gesamte Breite des Magnetelementes 2 verläuft.
Ferner besteht, je nach Ausgestaltung der formschlüssigen Verbindung, die Gefahr, dass sich die formschlüssige Verbindung lockert, so dass möglicherweise keine drehfeste Verbindung mehr in Umfangsrichtung zwischen dem Magnetelement 2 und der Hülse 3 besteht.
Fig. 2a zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Magneteinheit 10, die grundsätzlich ähnlich aufgebaut ist wie die zuvor beschriebene, aus dem Stand der Technik bekannte Magneteinheit 1 und ebenfalls eine Hülse 13 mit einem Hülsen- Befestigungsabschnitt 13A und einem Hülsen-Verbindungsabschnitt 13B sowie ein mit der Hülse 13 formschlüssig verbundenes Magnetelement 12 mit einem magnetisch wirk- samen Magnetabschnitt 12A und einem Magnetelement- Verbindungsabschnitt 12B aufweist.
Im Unterschied zu der aus dem Stand der Technik bekannten Magneteinheit 1 weist die erfindungsgemäße Magneteinheit 10 jedoch ein Magnetelement 12 auf, welches erfindungsgemäß, insbesondere zur Vermeidung einer Rissbildung des Magnetelementes 12 in strukturschwachen Bereichen, mehrere, in diesem Fall vier, sich in axialer Richtung über die ganze Breite des Magnetelementes 12 erstreckende, in Umfangsrichtung verteilt und zueinander beabstandet angeordnete Schlitze 16 aufweist, die das Magnetelement
12 in mehrere Magnetsegmente 15 unterteilen, in diesem Fall in vier Magnetsegmente 15.
Fig. 2b zeigt in Schnittdarstellung eine mögliche Ausgestaltung der formschlüssigen Verbindungen zwischen dem Magnetelement 12 und der Hülse 13 in einem Radialschnitt durch den Hülsen-Verbindungsabschnitt 13B der in Fig. 2a dargestellten, erfindungsgemäßen Magneteinheit 10, anhand derer die Ausgestaltung der Hülse 13, insbesondere des Hülsen-Verbindungsabschnitts 13B, gut zu erkennen ist.
Fig. 2c zeigte eine weitere mögliche Ausgestaltung der formschlüssigen Verbindungen zwischen dem Magnetelement 12 und der Hülse 13 des in Fig. 2a dargestellten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Magneteinheit 10, ebenfalls in einem Radialschnitt durch den Hülsen-Verbindungsabschnitt 13B.
Die Hülse 13 weist dabei jeweils bei beiden möglichen Ausgestaltungen zumindest im Bereich des Hülsen-Verbindungsabschnitts 13B vier, sich zumindest über einen Teil des Hülsen-Verbindungsabschnitts 13B in axialer Richtung erstreckende, in Umfangsrichtung verteilt und zueinander beabstandet angeordnete Stege 17 und vier, in Umfangsrichtung dazwischen, sich ebenfalls zumindest über einen Teil des Hülsen-Verbindungsabschnitts 13B in axialer Richtung erstreckende, in radialer Richtung zum äußeren Rand der Hülse
13 hin geöffnete Ausnehmungen 18 auf, s. Fig. 2b und 2c. Das Zusammenwirken der Magnetsegmente 15 mit den Stegen 17 sowie den Ausnehmungen 18 ist dabei in den Fig. 2b und 2c gut zu erkennen.
In beiden Fällen sind die Magnetsegmente 15 erfindungsgemäß jeweils formschlüssig mit dem Hülsen-Verbindungsabschnitt 13B verbunden, wobei bei diesen beiden Ausführungsbeispielen die Magnetsegmente 15 jeweils die Ausnehmungen 18 im Hülsen- Verbindungsabschnitt 13B vollständig ausfüllen und zum einen jeweils mit ihren Seitenflächen an den angrenzenden Stegen 17 anliegen als auch mit ihren Innenflächen am Boden der Ausnehmungen 18. Im Bereich der Stege 17 sind die Magnetsegmente 15 jeweils durch einen sich über die gesamte Länge des Magnetelementes 12 erstreckenden Schlitz 16 in Umfangsrichtung zueinander beabstandet, wobei bei der in Fig. 2b gezeigten möglichen Ausgestaltung eine Breite B der Schlitze 16 einer Breite eines Stegfußes entspricht. Bei der in Fig. 2b dargestellten Ausgestaltung entspricht die Breite der Schlitze 16 jeweils einem Teil der Breite des Steges 17.
Durch die Schlitze 16, welche sich in radialer Richtung über die gesamte Dicke des Magnetelementes 12 erstrecken, wobei die Breite B der Schlitze 16 so bemessen ist, dass sich die einzelnen Magnetsegmente 12 unter Temperatureinfluss nicht berühren und somit in ihrer Ausdehnung nicht behindern, kann die Entstehung von Druckspannungen in tangentialer Richtung, d.h. in Umfangsrichtung, infolge einer thermische bedingten Ausdehnung des Magnetelementes 12 vermieden werden.
In Fig. 2b weisen die Stege dabei einen Hinterschnitt auf und die Magnetsegmente 15 einen entsprechenden Vorsprung, wodurch zusätzlich ein radialer Formschluss zwischen den Magnetsegmenten 15 und den Stegen 17 erreicht werden kann, so dass auch ein Ablösen der Magnetsegmente in radialer Richtung nach außen in jedem Fall vermieden werden kann, während bei der in Fig. 2c dargestellten, möglichen Ausgestaltung der formschlüssigen Verbindungen die Stege 17 keinen solchen Hinterschnitt aufweisen. Hier wird der Formschluss in radialer Richtung durch die in den Stegen 17 vorhandenen Bohrungen erreicht, welche nicht näher bezeichnet sind, jedoch beim Umspritzen des Hülsen- Verbindungsabschnitts 13B mit Magnetmaterial derart gefüllt werden, dass Stifte entstehen, welche den radialen Formschluss bewirken.
Außerdem bilden die Magnetsegmente 15 bei diesen Ausführungsbeispielen auch in axialer Richtung jeweils einen Formschluss mit den Stegen 17, so dass auch ein Loslösen des Magnetelementes 12 in axialer Richtung verhindert werden kann. Mit den in den Fig. 2a bis 2b gezeigten und anhand dieser beschriebenen, beispielhaften Ausgestaltungen der formschlüssigen Verbindungen der einzelnen Magnetsegmente 15 mit dem Hülsen- Verbindungsabschnitt 13B kann somit, insbesondere bei Temperaturschwankungen, sowohl das Loslösen in Umfangsrichtung als auch das Loslösen in axialer und radialer Richtung vermieden werden. Der magnetisch wirkende Magnetabschnitt 12A der erfindungsgemäßen Magneteinheit 10 ist zwar nicht vollständig in Umfangsrichtung geschlossen ausgebildet, verhält sich aber in seinen magnetischen Eigenschaften annähernd wir ein geschlossener Magnetabschnitt, so dass die Schlitze 16 nicht zu einem nennenswerten, funktionalen Nachteil führen, jedoch den positiven Effekt haben, dass bei Temperaturänderungen deutlich weniger thermisch bedingte Spannungen in das Magnetelement 12 induziert werden.
Was anhand der vorbeschriebenen Figuren nicht erkennbar ist, ist das die Magneteinheit 10 ferner derart ausgestaltet ist, dass sämtliche Anspritzpunkte für die einzelnen Magnetsegmente 15 in ihrer Lage derart gewählt sind, dass, wenn das Magnetelement 12 als ein in Umfangsrichtung geschlossenes Magnetelement ausgebildet wäre und keine Schlitze 16 aufweisen würde, die Bindenähte im Bereich der Schlitze entstehen würden. D.h. im Umkehrschluss, dass die in Fig. 2a dargestellte erfindungsgemäße Magneteinheit 10 derart ausgestaltet ist, dass das Magnetelement 12 keine Bindenähte aufweist und entsprechend keine strukturschwachen Bereiche.
Die anhand von Fig. 2a beschriebene erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Magneteinheit 10 für eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer einen Rotationszustand einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs charakterisierenden Messgröße eignet sich dabei insbesondere für Magneteinheiten, bei denen der Unterschied zwischen dem Außendurchmesser des Magnetelementes 12 und dem Innendurchmesser der Hülse 13 relativ gering ist bzw. sein muss, d.h. bei denen der Außendurchmesser des Magnetelementes 12 nicht viel größer als der Innendurchmesser der Hülse 13 ist bzw. sein muss.
Fig. 3a zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Magneteinheit 20, wobei der Einfachheit halber Elemente mit gleicher Wirkung die gleichen Bezugszeichen aufweisen wie in den Fig. 2a bis 2c. Im Unterschied zu der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Magneteinheit 10 weist diese erfindungsgemäße Magneteinheit 20 lediglich Schlitze 16 auf, welche sich in axialer Richtung nur über den Magnetelement- Verbindungsabschnitt 12B erstrecken, nicht jedoch entlang des gesamten Magnetelementes 12, wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Ein weiterer Unterschied ist, dass wie anhand von Fig. 3b gut zu erkennen ist, diese erfindungsgemäße Magneteinheit 20 nicht nur vier Stege 17, sondern acht in Umfangsrichtung verteilte Stege 17 aufweist und entsprechend acht, zwischen den Stegen 17 ausgebildete Ausnehmungen 18 vorhanden sind. Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen sind auch hier der Magnetelement- Verbindungsabschnitt 12B und der Hülsen- Verbindungsabschnitt 13B über die Stege 17 und die Ausnehmungen 18 und die Magnetsegmente 15 formschlüssig miteinander verbunden. Die Magnetsegmente 15 füllen dabei auch in diesem Fall die Ausnehmungen 18 in Umfangsrichtung vollständig aus, zumindest in einem Referenzzustand bei einer Referenztemperatur, welche in diesem Fall bei 20 Ό liegt. Die Schlitze 16 befinden sich in diesem Fall im Bereich der Stege 17, wobei die Breite B der Schlitze 16 dabei der Breite der Stege 17 in Umfangsrichtung entspricht.
Allerdings erstrecken sich in diesem Fall die Magnetsegmente 15 nicht bis an den Boden der Ausnehmungen 18 heran, d.h. die Innenflächen der Magnetelemente 15 liegen nicht an den zwischen den Seitenflächen der Ausnehmungen 18 angeordneten, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Außenflächen des Hülsen-Verbindungsabschnitts 13B an, sondern verlaufen beabstandet zu diesen mit einem Spalt 19 dazwischen.
Des Weiteren erstrecken sich bei diesem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Magneteinheit 20 die Magnetsegmente 15 jeweils nicht in Umfangsrichtung über die Stege 17 hinaus, sondern befinden sich nur innerhalb der Ausnehmungen 18.
Ferner verlaufen die Seitenflächen der Stege 17 exakt in radialer Richtung, wodurch sich die Magnetsegmente 15 im Ergebnis ungehindert in radialer Richtung ausdehnen können, und zwar sowohl in radialer Richtung nach außen als auch nach innen aufgrund der Spalte 19 zwischen den Innenflächen der Magnetsegmente 15 und dem Hülsen- Verbindungsabschnitt 13B. Dadurch, dass die Magnetsegmente 15 sich außerdem in Umfangsrichtung nicht über die Stege 17 hinaus erstrecken, wird eine ungehinderte Schrumpfung der Magnetsegmente 15 in radialer Richtung nach innen ermöglicht. Folglich kann die Entstehung thermisch induzierter Spannungen im Magnetelement 12 erheblich reduziert werden bzw. in einigen Fällen sogar ganz vermieden werden.
Die anhand der Fig. 3a und 3b beschriebene Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Magneteinheit 30 eignet sich besonders für Magneteinheiten mit einem größeren Unterschied zwischen dem Außendurchmesser des Magnetabschnitts und dem Innendurchmesser der Hülse, genau wie die anhand der Fig. 4a und 4b im Folgenden beschriebene Ausgestaltung. Fig. 4a zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Magneteinheit 30, wobei sich bei diesem Ausführungsbeispiel die Schlitze 16 über die gesamte Breite des Magnetelement- Verbindungsabschnitts 12B erstrecken sowie in axialer Richtung noch zusätzlich über einen Teil des Magnetabschnitts 12A. Dabei befinden sich die Schlitze 16 jedoch nicht im Bereich der Stege 17 wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel, sondern sind jeweils im Bereich der Ausnehmungen 18 angeordnet, bezogen auf Umfangs- richtung. Daher füllen die Magnetsegmente 15 die Ausnehmungen 18 in Umfangsrichtung auch nicht vollständig aus, s. Fig. 4b.
Wie bei der anhand der Fig. 3a und 3b beschriebenen, erfindungsgemäßen Magneteinheit 20 liegen die Magnetsegmente 15 auch bei diesem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Magneteinheit 30 in radialer Richtung mit ihren Innenflächen ebenfalls nicht an den Außenflächen der Ausnehmungen 18 auf bzw.an, sondern sind zu diesen jeweils mit einem Abstand 19 bzw. einem Spalt 19 beabstandet angeordnet, um eine ungehinderte Ausdehnung in radialer Richtung nach innen bzw. eine ungehinderte Schrumpfung des Magnetelementes 12 in diesem Bereich zu ermöglichen. Hingegen liegen die Magnetsegmente 15 für eine formschlüssige Verbindung mit der Hülse 13, insbesondere für eine formschlüssige Verbindung in tangentialer Richtung, an den Außenflächen der Stege 17 an und in Umfangsrichtung jeweils an den beiden Seitenflächen des zugehörigen Steges 17.
Die Schlitzbreite B der Schlitze 16 zwischen zwei Magnetsegmenten 15 ist dabei in diesem Fall in Umfangsrichtung wenigstens so groß gewählt, dass in einem für die Magneteinheit 30 vorgesehenen, definierten Betriebstemperaturbereich eine in Umfangsrichtung maximal auftretende, thermisch bedingte Längen- und/oder Volumenausdehnung nicht zur Erzeugung einer Druckspannung in Umfangsrichtung im Magnetelement- Verbindungsabschnitt 12B führt, insbesondere nicht zu einer Verringerung der Schlitzbreite B auf null.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Lage der Anspritzpunkte für das Magnetelement 12 insbesondere derart gewählt, dass in Verlängerung der Schlitze 16 in axialer Richtung keine Bindenähte entstehen, da im Kerbgrund der Schlitze 16 Spannungen auftreten können, insbesondere können Kerbspannungen auftreten, welche zu einer Beschädigung des Magnetelementes 12 im Bereich der Bindenähte führen können. Selbstverständlich ist eine Vielzahl konstruktiver Abwandlungen zu den erläuterten Ausführungsbeispielen möglich, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims

SDE1917
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Patentansprüche
1 . Magneteinheit (10, 20, 30) für eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer einen Rotationszustand einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs charakterisierenden Messgröße,
- wobei die Magneteinheit (10, 20, 30) eine Hülse (13) sowie ein mit der Hülse (13) verbundenes Magnetelement (12) aufweist,
- wobei die Hülse (13) einen Hülsen-Verbindungsabschnitt (13B) zur Verbindung mit dem Magnetelement (12) sowie einen buchsenförmigen Hülsen- Befestigungsabschnitt (12A) zum Verbinden der Magneteinheit (10, 20, 30) mit einem ersten Teil der Lenkwelle aufweist,
- wobei das Magnetelement (12) einen Magnetelement- Verbindungsabschnitt (12B) zur Verbindung mit der Hülse (13) sowie einen magnetisch wirksamen Magnetabschnitt (12A) aufweist,
- wobei die Hülse (13) im Bereich des Hülsen-Verbindungsabschnitts (13B) wenigstens zwei, sich zumindest über einen Teil des Hülsen- Verbindungsabschnitts (13B) in radialer Richtung nach außen ragende und sich in axialer Richtung erstreckende, in Umfangsrichtung verteilt und zueinander beabstandet angeordnete Stege (17) und wenigstens zwei, in Umfangsrichtung dazwischen, sich zumindest über einen Teil des Hülsen-Verbindungsabschnitts (13B) in axialer Richtung erstreckende, in radialer Richtung zum äußeren Rand hin geöffnete Ausnehmungen (18) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetelement (12) wenigstens zwei, sich zumindest über einen Teil des Magnetelement-Verbindungsabschnitts (12B) in axialer Richtung erstreckende, in Umfangsrichtung verteilt und zueinander beabstandet angeordnete Schlitze (16) aufweist, welche das Magnetelement (12) im Magnetelement-Verbindungsabschnitt (12B) in wenigstens zwei
Magnetsegmente (15) unterteilen, wobei die einzelnen Magnetsegmente (15) des Magnetelement- Verbindungsabschnitts (12B) jeweils eine zu den Stegen (17) und/oder Ausnehmungen (18) des Hülsen-Verbindungsabschnitts (13B) korrespondierend ausgebildete Geometrie aufweisen und jeweils mithilfe wenigstens einem der Stege (17) und/oder mithilfe einer der Ausnehmungen (18) des Hülsen-Verbindungsabschnitts (13B) formschlüssig mit der Hülse (13) verbunden sind. SDE1917
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Magneteinheit (10, 20, 30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (13) und das Magnetelement (12)
unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, wobei vorzugsweise der thermische Längen- und/oder Volumenausdehnungskoeffizient des Magnetelementes (12) größer ist als der thermische Längen- und/oder Volumenausdehnungskoeffizient der Hülse (13), und wobei insbesondere die Hülse (13) und das Magnetelement (12) derart ausgebildet sind, dass die formschlüssige Verbindung in einem Referenzzustand bei einer
Referenzumgebungstemperatur in tangentialer Richtung spielfrei ist.
Magneteinheit (10, 20, 30) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (13) einen sich in radialer Richtung nach außen erstreckenden Flansch aufweist, wobei der Flansch vorzugsweise den Hülsen- Verbindungsabschnitt (13B) bildet.
Magneteinheit (10, 20, 30) nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (16) im Magnetelement (12) sich in axialer Richtung wenigstens über den Magnetelement-Verbindungsabschnitt (12B) erstrecken, so dass wenigstens der Magnetelement-Verbindungsabschnitt (12B) in Umfangsrichtung in wenigstens zwei einzelne, voneinander beabstandet angeordnete, laschenartige Magnetsegmente (15) unterteilt ist.
Magneteinheit (10) nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schlitze (16) in axialer Richtung über das gesamte Magnetelement (12) erstrecken und insbesondere derart ausgebildet sind, dass das gesamte Magnetelement (12) in Umfangsrichtung in wenigstens zwei einzelne, voneinander beabstandet angeordnete Magnetsegmente (15) unterteilt ist.
Magneteinheit (10, 20, 30) nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (16) sich, zumindest im Bereich des Magnetelement- Verbindungsabschnitts (12B), in radialer Richtung über eine gesamte Dicke des Magnetelementes (12) erstrecken. SDE1917
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7. Magneteinheit (20, 30) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass,
vorzugsweise wenn sich die Schlitze (16) in axialer Richtung nur über einen Teil des Magnetelementes erstrecken, insbesondere nur über den Magnetelement- Verbindungsabschnitt (12B), und das Magnetelement (12) durch Anspritzen an die Hülse (13) und/oder durch Umspritzen der Hülse (13) hergestellt worden ist und auf diese Weise mit der Hülse (13) verbunden worden ist, die Lage wenigstens eines Anspritzpunktes des Magnetelementes (12), vorzugsweise von allen Anspritzpunkten des Magnetelementes (12), jeweils derart gewählt ist, dass in einem in axialer Verlängerung eines Schlitzes (16) liegenden Bereich keine Bindenaht entsteht.
8. Magneteinheit (10) nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche,
insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass,vorzugsweise wenn sich die Schlitze (16) in axialer Richtung über das gesamte Magnetelement
(12) erstrecken und das Magnetelement (12) dabei durch Anspritzen an die Hülse
(13) und/oder durch Umspritzen der Hülse (13) hergestellt worden ist und auf diese Weise mit der Hülse (13) verbunden worden ist, die Lage wenigstens eines Anspritzpunktes des Magnetelementes (12), vorzugsweise von allen
Anspritzpunkten des Magnetelementes (12), jeweils derart gewählt ist, dass, wenn das Magnetelement (12) als ein in Umfangsrichtung geschlossenes
Magnetelement (12) ausgebildet wäre und keine Schlitze (16) aufweisen würde, bei der Herstellung des Magnetelementes (12) wenigstens eine dynamische Bindenaht im Bereich eines Schlitzes (16) entstehen würde.
9. Magneteinheit (10, 20) nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneteinheit (10, 20, 30) derart ausgebildet ist, dass wenigstens einer der Schlitze (16) im Magnetelement (12) in Umfangsrichtung im Bereich eines der Stege (17) der Hülse (13) angeordnet ist.
10. Magneteinheit (10, 20) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Betriebszustand, vorzugsweise im Referenzzustand, wenigstens ein Magnetsegment (15) im Bereich des Hülsen-Verbindungsabschnitts (13B) zumindest über einen Teil der Länge des Hülsen-Verbindungsabschnitts (13B) in axialer Richtung eine sich zwischen zwei Stegen (17) der Hülse (13) befindende Ausnehmung in Umfangsrichtung vollständig ausfüllt und mit seinen beiden Sei- SDE1917
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23 tenflächen in Umfangsrichtung an jeweils einer Seitenfläche der beiden Stege (17) anliegt.
1 1 . Magneteinheit (10, 20) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein maximaler Außendurchmesser des Magnetelementes (12) im Bereich des Magnetelement- Verbindungsabschnitts (12B) kleiner oder gleich eines maximalen Außendurchmessers der Hülse (13) im Bereich des Hülsen-Verbindungsabschnitts (13B) ist.
12. Magneteinheit (30) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneteinheit (10, 20, 30) derart ausgebildet ist, dass wenigstens einer der Schlitze (16) im Magnetelement (12) in Umfangsrichtung im Bereich einer der Ausnehmungen (18) in der Hülse (13) angeordnet ist.
13. Magneteinheit (30) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Magnetsegmente (15) des Magnetelementes (12) in radialer Richtung mit seiner Innenfläche an einer Außenfläche wenigstens eines Steges (17) der Hülse (13) anliegt und in Umfangsrichtung an den beiden Seitenflächen dieses Steges (17).
14. Magneteinheit (10, 20, 30) nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schlitzbreite (B) eines Schlitzes (16) zwischen zwei Magnetsegmenten (15) in Umfangsrichtung mindestens so groß ist, dass in einem für die Magneteinheit (10, 20, 30) vorgesehenen, definierten Betriebstemperaturbereich eine in Umfangsrichtung maximal auftretende, thermisch bedingte Längen- und/oder Volumenausdehnung nicht zur Erzeugung einer Druckspannung in Umfangsrichtung im Magnetelement- Verbindungsabschnitt (12B) führt, insbesondere nicht zu einer Verringerung der Schlitzbreite eines der Schlitze (16) auf null.
15. Magneteinheit (10, 20, 30) nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneteinheit (10, 20, 30) derart ausgebildet ist, dass eine Innenfläche wenigstens eines Magnetsegments (15) in wenigstens einem Betriebszustand, vorzugsweise im Referenzzustand, zu einer gegenüberliegenden Außenfläche des Hülsen-Verbindungsabschnitts (13B), die sich zwi- SDE1917
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24 sehen zwei Stegen (17) innerhalb einer Ausnehmung (18) befindet, beabstandet in radialer Richtung angeordnet ist.
16. Sensoreinrichtung zum Erfassen einer einen Rotationszustand einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs charakterisierenden Messgröße, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung eine Magneteinheit (10, 20, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 aufweist.
17. Kraftfahrzeug mit einer Sensoreinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensoreinrichtung nach Anspruch 16 ausgebildet ist.
PCT/EP2016/075933 2015-12-18 2016-10-27 Magneteinheit für eine sensoreinrichtung eines kraftfahrzeugs, sensoreinrichtung mit einer magneteinheit und kraftfahrzeug mit einer sensoreinrichtung WO2017102158A1 (de)

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