DE102006049999A1

DE102006049999A1 - Rotor einer Vorrichtung zur Drehzahlerfassung

Info

Publication number: DE102006049999A1
Application number: DE200610049999
Authority: DE
Inventors: Frank STÜBNER; Dirk Bald; Christian Dipl.-Ing. Stammberger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-10-24
Filing date: 2006-10-24
Publication date: 2008-04-30

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (1) einer Vorrichtung zur Drehzahlerfassung, insbesondere eines nach dem Hall-Effekt arbeitenden Drehzahlsensors (2), wobei der Rotor (1) auf seinem Umfang eine metallische Struktur (3) mit in Umfangsrichtung regelmäßig angeordneten Unterbrechungen aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass der Rotor (1) einen Grundkörper (4) aus einem nicht magnetischen Werkstoff aufweist und dass die metallische Struktur (3) als Blechteil ausgebildet ist, welches am Grundkörper (4) befestigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor einer Vorrichtung zur Drehzahlerfassung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 10.
Drehsensoren zur berührungslosen und verschleißfreien Erfassung von Drehzahlen, Drehwinkel sind bekannt und werden beispielsweise in der Kraftfahrzeugtechnik zur Messung der Motordrehzahl, der Nockenwellenstellung und bei der Getriebesteuerung zur Messung der Getriebeabtriebsdrehzahl verwendet. Dabei kommen induktive Drehzahlsensoren und Hall-Drehzahlsensoren zum Einsatz. Induktive Drehzahlsensoren arbeiten mit einem rotierenden, auf dem Umfang mit Zähnen besetzten Impulsgeberrad, wobei durch die Bewegung der Zähne die Stärke des Magnetfeldes im Sensor verändert wird. Hall-Drehzahlsensoren arbeiten nach dem so genannten Hall-Effekt und verwenden als Hall-Geber entweder einen Blendenrotor oder ein mit Eisenzähnen auf dem Umfang besetztes Impulsgeberrad. Das Geberrad bzw. der Rotor weist somit auf seinem Umfang eine metallische Struktur auf, die durch regelmäßige Unterbrechungen gekennzeichnet ist.
Durch die US-A 4,760,575 wurde eine Vorrichtung zur Drehzahlmessung mit einem Rotor bekannt, welcher aus einem inneren Haltering aus Edelstahl und einem äußeren, auf dem inneren Ring angeordneten Blendenring besteht, welcher auf seinem Umfang in regelmäßigen Abständen angeordnete Unterbrechungen in Form von rechteckförmigen Öffnungen aufweist. Der äußere Blendenring ist ebenfalls aus Edelstahl hergestellt und mit dem inneren Ring zu einem Rotor verbunden, welcher an einem rotierenden Maschinenteil zur Messung der Drehzahl befestigt wird.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotor der eingangs genannten Art derart zu gestalten, dass er einfach montierbar und kostengünstig herstellbar ist. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung des Rotors vorzuschlagen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Rotor im Wesentlichen aus einem Grundkörper und einem umfangsseitig angeordneten Blechteil besteht, welches auf geeignete Weise mit dem Grundkörper verbunden ist. Das Blechteil kann aus einem Halbzeugmaterial, z. B. einem Endlosband oder aus einer Platine hergestellt werden, während der Grundkörper aus einem Material wie Kunststoff oder einem Nichteisenmetall besteht. Durch diese Verbundbauweise des Rotors ist eine kostengünstige Herstellung möglich, wobei der Rotor auch an die speziellen Einsatzbedingungen, z. B. unterschiedliche Polzahlen einfach angepasst werden kann.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Blechteil als Blechstreifen ausgebildet, aus welchem vorzugsweise rechteckförmige Öffnungen in festen Abständen ausgestanzt sind. Der Blechstreifen wird am Umfang des Grundkörpers, vorzugsweise eines Kunststoffrades befestigt, stoffschlüssig oder formschlüssig verbunden, z. B. durch Kleben oder durch Einssetzen in eine oder zwei Nuten. Der Blechstreifen mit den ausgestanzten Öffnungen fungiert somit als Blendenrotor.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Blechteil als mäanderförmig umgeformter Streifen ausgebildet, welcher mit dem Grundkörper zu einem Rotor gefügt wird – dies kann vorzugsweise durch Vergießen mit Kunststoffmasse erfolgen. Der Kunststoff füllt somit von innen das mäanderförmige Profil des Blechstreifens aus. Der so hergestellte Rotor wirkt aufgrund der Zahnstruktur auf dem Umfang als Impulsgeberrad.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Drehzahlsensor nicht radial – wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen – sondern axial zum Rotor angeordnet – in diesem Fall ist das Blechteil als ringförmige Planscheibe ausgebildet, welche vorzugsweise an einer Planseite des Grundkörpers befestigt wird, was vorzugsweise auch durch Ausgießen mit Kunststoffmasse erfolgen kann. Die ringförmige Scheibe kann aus einer Blechplatine mit auf dem Umfang angeordneten, vorzugsweise ausgestanzten Öffnungen hergestellt werden und wirkt somit als Blendenrotor.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschreiben.
Es zeigen:
1 eine Vorrichtung zur Drehzahlmessung mit radial angeordnetem Sensor,
2 einen gelochten Blechstreifen,
3 eine Verbindung des Blechstreifens mit einem Grundkörper,
4 eine weitere Verbindung des Blechstreifens mit dem Grundkörper,
5 eine weitere Ausführungsform für einen Blechstreifen,
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen Rotor und
7 einen Axialschnitt des Rotors gemäß 6 mit axial angeordnetem Sensor.
1 zeigt eine Vorrichtung zur Drehzahlerfassung nach dem Stand der Technik: sie besteht aus einem Rotor 1 und einem ortfest, radial angeordneten Sensor 2. Der Drehzahlsensor 2 ist vorzugsweise als Hall-Sensor ausgebildet, d. h. er arbeitet nach dem bekannten Hall-Effekt. Hierzu weist der Umfang des Rotors 1 (Impulsgeberrad) eine gezahnte Struktur 3 mit ferromagnetischen Zähnen auf, welche bei Drehung des Rotors 1 Impulse an den Hall-Sensor 2 liefern und damit eine Messung der Drehzahl ermöglichen. Derartige Hall-Sensoren mit Hall-Geber werden im Automobilbau beispielsweise bei der Getriebesteuerung zur Messung der Motordrehzahl und der Getriebeabtriebsdrehzahl eingesetzt. Der Rotor 1 wird dabei auf dem rotierenden Teil, dessen Drehzahl gemessen werden soll, befestigt, während der Sensor 2 ortfest am Umfang des Rotors 1 unter Belassung eines Luftspaltes angeordnet wird.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Rotor, auch Geberrad genannt, in Verbundbauweise aus unterschiedlichen Materialen, nämlich einem nicht magnetischen Grundkörper und einem metallischen Umfangsteil hergestellt ist, welches vorzugsweise als Blechteil ausgebildet ist. Der Grundkörper entspräche bei 1 dem inneren Teil des Rotors 1, welcher mit der Bezugsziffer 4 bezeichnet ist. Auf einen solchen scheibenförmigen Grundkörper 4, der vorzugsweise aus Kunststoff oder einem Nichteisenmetall hergestellt ist, wird ein Ringteil aufgebracht, welches die für den Hall-Sensor erforderliche unterbrochene Metallstruktur, z. B. eine Zahnstruktur aufweist.
2 zeigt einen gelochten Blechstreifen 5, welcher eine Vielzahl von rechteckförmigen Öffnungen 6 aufweist, welche durch Stanzen herstellbar sind. Der gestanzte Blechstreifen 5 kann aus Endlosmaterial hergestellt werden, wird dann – entsprechend dem Umfang des Grundkörpers – auf Länge geschnitten und um den Umfang des Grundkörpers (aus Kunststoff) gelegt. Der gelochte Blechstreifen 5 wirkt dann als Blendenring, der am Sensor 2 vorbeigeführt wird.
3 zeigt in einem Halbschnitt die Befestigung des gelochten Blechstreifens 5 an einem Grundkörper 7, welcher aus Kunststoff hergestellt ist und umfangsseitig zwei sich gegenüber liegende, umlaufende Ringnuten 7a, 7b aufweist. Die Ringnuten 7a, 7b sind derart angeordnet und bemessen, dass der gelochte Blechstreifen 5 in die Ringnuten eingelegt werden kann und von die sen (infolge des Hinterschnitts) formschlüssig gehalten wird. Der Rotor 8 besteht somit aus dem Grundkörper 7 aus einem nicht magnetischen Werkstoff wie Kunststoff und aus dem metallischen Blechstreifen 5. Der Rotor 8 fungiert somit als Geberrad in Form eines Blendenrotors für den Hall-Sensor 2.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Rotors 9 mit einem Grundkörper 10, auf dessen Umfang der gelochte Blechstreifen 5 befestigt ist. Hierzu weist der Grundkörper 10 auf seinem Umfang eine umlaufende Ringnut 10a auf, in welche der gelochte Blechstreifen 5 eingeschoben und damit gehalten ist. Bei beiden Ausführungsbeispielen gemäß 3 und 4 kann der gelochte Blechstreifen 5 entweder nach der Fertigstellung des Kunststoffgrundkörpers 7, 10 befestigt werden, oder der Blechstreifen 5 wird in eine entsprechende Form eingelegt und mit Kunststoff ausgegossen, sodass sich eine innige Verbindung mit dem Kunststoffgrundkörper ergibt. Alternativ wäre auch ein Verkleben des gelochten Blechstreifens 5 möglich.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen mäanderförmig gefalteten Blechstreifen 11, welcher ebenfalls aus einem Endlosband herstellbar ist. Das mäanderförmig geformte Band 11 wird unter Beibehaltung seiner gezahnten Struktur um den Umfang eines scheibenförmigen Grundkörpers 4 (1) angeordnet und bildet damit eine metallische Zahnstruktur für einen Hall-Sensor. Vorzugsweise kann die Herstellung wiederum durch Ausgießen mit Kunststoff erfolgen, indem das gefaltete Band 11 in eine runde Form eingelegt und von innen mit Kunststoff ausgegossen wird. Es ergibt sich dann ein Geberrad, wie es in 1 einstückig als Stand der Technik dargestellt ist – allerdings in der erfindungsgemäßen Verbundbauweise mit einem inneren Kunststoffgrundkörper und einer äußeren metallischen Zahnstruktur.
6 und 7 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei ein Drehzahlsensor, vorzugsweise ein Hall-Sensor 12 achsparallel, d. h. parallel zur Achse a eines Rotors 13 angeordnet ist. Letzterer besteht aus ei nem Grundkörper 14, der vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt wird, und einem scheibenförmig ausgebildeten Blechteil 15, welches auf seinem Umfang radial angeordnete Schlitze 16 in konstanter Teilung aufweist. Die gelochte Scheibe 15 kann entweder an einer Planfläche 17 mit dem Grundkörper 14 verklebt oder, was durch einen Bund 18 angedeutet ist, vergossen werden. Die Radialschlitze 16 sind – wie 7 zeigt – in einem solchen Abstand von der Drehachse a angeordnet, dass sie im Bereich des Sensors 12, d. h. dessen Magnetfeldes vorbeigeführt werden. Die gelochte Scheibe 15 wirkt somit als Blendenrotor, welcher die für die Drehzahlmessung erforderliche Unterbrechung des Magnetfeldes im Sensor 12 hervorruft.
Die Grundkörper der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele weisen vorzugsweise eine zentrale Bohrung auf und können somit auf dem zu messenden Bauteil befestigt werden. Andere Formen, z. B. mit einer nicht runden Öffnung sind möglich. Infolge der Ausbildung des Grundkörpers als Kunststoffteil ist eine relativ kostengünstige Anpassung an das betreffende Bauteil möglich. Dies gilt auch für unterschiedliche Polzahlen, z. B. 32 oder 64, welche für unterschiedliche Sensoren erforderlich sind. in diesem Falle kann beispielsweise der Abstand der Schlitze 6 bzw. 16 oder der Zähne variiert werden. Es braucht nicht das gesamte Teil ausgetauscht zu werden.

1: Rotor
2: Hall-Sensor, radial
3: Zahnstruktur
4: Grundkörper
5: Blechsteifen, gelocht
6: Öffnungen
7: Grundkörper
7a: Ringnut
7b: Ringnut
8: Rotor
9: Rotor
10: Grundkörper
10a: Ringnut
11: Blechstreifen, gefaltet
12: Sensor, axial
13: Rotor
14: Grundkörper
15: Blechteil
16: Radialschlitz
17: Planfläche
18: Bund

Claims

Rotor einer Vorrichtung zur Drehzahlerfassung, insbesondere eines nach dem Hall-Effekt arbeitenden Drehzahlsensors (2), wobei der Rotor (1) auf seinem Umfang eine metallische Struktur (3) mit in Umfangsrichtung regelmäßig angeordneten Unterbrechungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (8, 9, 13) einen Grundkörper (7, 10, 14) aus einem nicht magnetischen Werkstoff aufweist und dass die metallische Struktur als Blechteil (5, 11, 15) ausgebildet ist, welches am Grundkörper (7, 10, 14) befestigt ist.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (7, 10, 14) als Kunststoffteil ausgebildet ist.
Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechteil (5, 11, 15) durch Kleben am Grundkörper (7, 10, 14) befestigt ist.
Rotor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechteil (5, 11, 15) formschlüssig mit dem Grundkörper (7, 10, 14) verbunden ist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechteil als Streifen (5) ausgebildet ist und dass die Unterbrechungen als aus dem Blechstreifen (5) ausgestanzte Öffnungen (6) ausgebildet sind.
Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (7, 10) auf seinem Umfang mindestens eine Nut (7a, 7b, 10a) aufweist und dass der Streifen (5) mit mindestens einem seiner Längsränder in die mindestens eine Nut (7a, 7b, 10a) eingesetzt ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechteil als gefalteter Streifen (11) mit einem mäanderförmigen Profil ausgebildet ist, welches auf dem Umfang des Grundkörpers angeordnet und befestigt ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechstreifen (5, 11) aus Endlosmaterial herstellbar ist.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechteil als ringförmige Planscheibe (15) und die Unterbrechungen als ausgestanzte Radialschlitze (16) ausgebildet sind.
Verfahren zum Herstellen eines Rotors (8, 9, 13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechteil (5, 11, 15) mit Kunststoff vergossen wird.