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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen
Erfassung von Relativpositionen zweier relativ zueinander bewegbarer
Teile, insbesondere zweier Kraftfahrzeugteile, mit
- a) einem Gehäuse, das fest mit dem ersten Teil verbunden
ist,
- b) wenigstens einem signalgebenden Element, das mit dem zweiten
Teil verbunden und relativ zum Gehäuse bewegbar in einem
Lagerraum des Gehäuses gelagert ist,
- c) wenigstens einem elektrische und/oder elektronische Komponenten
aufweisenden signalerfassenden Element, das fest in dem Gehäuse
untergebracht ist.
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Derartige
marktbekannte Vorrichtungen werden eingesetzt, um Dreh- oder Verschiebebewegungen
zweier Teile relativ zueinander zu erfassen.
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In
der
DE 199 32 726
C2 ist ein derartiger Drehwinkelsensor beschrieben, mit
dem Relativbewegungen zwischen zwei zueinander beweglichen Teilen
eines Fahrwerks eines Kraftfahrzeuges erfasst werden können.
Zwei antiparallel zueinander ausgerichtete Ringmagnete sind dort
auf einer Welle angeordnet, die ihrerseits mit einem Stellhebel
verbunden ist. Der Stellhebel ist über ein Gestänge
mit einem der Teile des Fahrwerks verbunden. Die Welle ist drehbar
in einem Gehäuse des Drehwinkelsensors angeordnet. In einem
Hohlraum des Gehäuses befindet sich gehäusefest
eine Leiterplatine mit zwei mit den Ringmagneten wechselwirkenden
Hallsonden. Das Gehäuse selbst ist an dem zweiten Teil
des Fahrwerks befestigt. Die Differenz der Signale der beiden Hallsonden
ist ein Maß für einen Drehwinkel, den die Welle
bezogen auf das Gehäuse einnimmt, also ein Maß für
die Relativbewegung der beiden Fahrwerksteile zueinander.
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Solche
als Fahrwerkssensoren bezeichnete Vorrichtungen sind üblicherweise
weitgehend ungeschützt im Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs montiert.
Dort wirken auf sie extreme Umwelteinflüsse wie insbesondere
große Luftdruckunterschiede von Meereshöhe bis
auf Passhöhe und große Temperaturunterschiede,
in der Regel von –30°C bis +80°C. Darüber
hinaus sind die Fahrwerkssensoren Feuchtigkeit, Schmutz, Steinen,
Split, Streusalz und Reinigungsmitteln beispielsweise von Hochdruck- oder
Dampfstrahlreinigern ausgesetzt.
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Um
die elektronischen Bauteile insbesondere vor Feuchtigkeit und Schmutz
zu schützen, muss das Gehäuse dieser Fahrwerkssensoren
aufwendig, bevorzugt mit Dichtraupen aus Klebstoff, abgedichtet werden.
Die Eintrittsöffnung für die Welle muss mit einer
Ringdichtung, insbesondere einer Axial- oder einer Radial-Gleitringdichtung,
ausgestattet werden. Die Wirkung solcher Dichtraupen und Ringdichtungen
läßt jedoch mit der Zeit nach, so dass sich dann im
Inneren des Gehäu ses, insbesondere im Hohlraum, in dem
die elektronischen Bauteile angeordnet sind, Feuchtigkeit sammelt.
Da die Feuchtigkeit aus dem ansonsten dichten Gehäuse nicht
mehr entweichen kann, bewirkt sie an den elektronischen Bauteilen
und deren Anschlüssen Korrosion und Kriechströme.
Dies führt schließlich zum Ausfall der empfindlichen
elektronischen Bauteile und damit des gesamten Fahrwerkssensors.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art auszugestalten, die einfach aufgebaut, präzise
und robust ist und auch unter extremen Umgebungsbedingungen dauerhaft
und zuverlässig funktioniert und außerdem einfach
herstellbar ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass das signalerfassende Element in dem Gehäuse allseits
eingegossen ist und berührungslos mit dem signalgebenden
Element in Wechselwirkung steht.
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Erfindungsgemäß werden
durch das Eingießen Hohlräume um das signalerfassende
Element herum verhindert, in denen sich wie beim Stand der Technik
Feuchtigkeit ansammeln kann. Das empfindliche signalerfassende Element
ist also hermetisch eingeschlossen und zur Umgebung des Gehäuses und
zu dem Lagerraum für das signalgebende Element hin geschützt.
Auf das signalerfassende Element kann so keine Feuchtigkeit und
kein Schmutz einwirken. Aufgrund der berührungslosen Wechselwirkung
zwischen signalgebendem und signalempfangendem Element können diese
einen Abstand von wenigen Millimetern voneinander haben, sodass das
signalempfangende Element völlig eingekapselt werden kann.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform gemäß Anspruch
2 kann das signalgebende Element auf einer Welle befestigt sein,
die im Gehäuse gelagert ist. Mit der Welle können
einfach Drehbewegungen übertragen werden. Das außerhaib
des Gehäuses befindliche freie Ende der Welle kann über
ein entsprechendes Gestänge oder andere Mittel mit einem
der beiden relativ zueinander bewegbaren Teile, vorzugsweise denen
eines Fahrwerks, verbunden werden.
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Zweckmäßigerweise
kann gemäß Anspruch 3 das signalgebende Element
an einer Stirnseite der Welle befestigt sein und das signalerfassende
Element kann der Stirnseite der Welle in axialer Richtung gegenüber
angeordnet sein. Eine solche axiale Anordnung ist besonders platzsparend.
Außerdem kann bei dieser Anordnung das signalgebende Element
bezüglich des signalerfassenden Elements einfacher justiert
werden als bei einer Anordnung des signalerfassenden Elements radial
zur Welle.
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Um
auf eine separate Ringdichtung für die Welle verzichten
zu können, kann gemäß Anspruch 4 die
Welle aus korrosionsbeständigem Material, insbesondere
aus Edelstahl oder Kunststoff, sein. Feuchtigkeit, die in den Lagerraum
des Gehäuse, in dem die Welle gelagert ist, eindringt,
kann an der korrosionsbeständigen Welle keinen Schaden
anrichten.
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Ferner
kann gemäß Anspruch 5 das signalerfassende Element
mit Anschlussleitungen, insbesondere Anschlussstiften, verbunden
sein, die insbesondere über eine Steckerwanne aus dem Gehäuse heraus
führen. Auf diese Weise können die elektronischen
Bauteile des signalerfassenden Elements über elektrische
Leitungen einfach mit einer Ausgabeeinheit beziehungsweise einer
Steuereinheit, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, verbunden werden.
Die Steckerwanne dient der Aufnahme eines entsprechenden Anschlusssteckers.
In der Steckerwanne sind die Anschlussstifte vor Feuchtigkeit und Schmutz
zur Umgebung geschützt untergebracht.
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Vorteilhafterweise
ist gemäß Anspruch 6 das signalgebende Element
geeignet, ein Magnetfeld zu erzeugen, ist insbesondere ein Permanentmagnet, und
das signalerfassende Element, insbesondere wenigstens ein Hall-Element,
ist geeignet, Änderungen des Magnetfelds zu erfassen. Auf
einem magnetischen Prinzip beruhende Sensoren sind einfach aufgebaut,
zuverlässig und robust. Außerdem können
sie mit einem geringen Energieaufwand betrieben werden.
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Das
signalgebende Element und das signalerfassende Element können
gemäß Anspruch 7 auch induktiv gekoppelt sein,
derart, dass sie geeignet sind, Änderungen der Positionen
der Elemente relativ zueinander zu erfassen.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform gemäß Anspruch
8 kann das signalerfassende Element in einem Hohlraum des Gehäuses
mit Kunststoff vergossen sein. Das Gehäuse kann so vorgefertigt
werden, dass das signalerfassende Element einfach beim Zusammenbau
der Vorrichtung in den Hohlraum eingebracht und anschließend
mit Kunststoff vergossen wird.
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Gemäß Anspruch
9 kann der Hohlraum des Gehäuses eine Verbindungsöffnung
zu dem Lagerraum aufweisen, welche zunächst bei der Montage der
Vorrichtung offen ist und über die das signalgebende Element
in den Lagerraum gebracht werden kann, und die Verbindungsöffnung
kann zum Vergießen des Elements in dem Hohlraum mit einer
Dichtplatte verschlossen sein. Eine zweite zur Verbindungsöffnung
koaxiale Öffnung des Lagerraums zur Umgebung hin kann dann
wesentlich kleiner sein. Durch die zweite Öffnung kann
ein querschnittsverjüngter Bereiche des signalgebenden
Elements, insbesondere der Welle, aus dem Gehäuse herausragen,
ohne dass das signalgebende Element aus dem Lagerraum herausrutschen
kann. Die Dichtplatte, die nach dem Einbau des signalgebenden Elements
in der Verbindungsöffnung angebracht wird, trennt den Lagerraum
vom Hohlraum, so dass beim Vergießen des signalerfassenden
Elements im Hohlraum kein Kunststoff in den Lagerraum eindringt,
welcher die Bewegungsfähigkeit des signalgebenden Elements behindern
würde.
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Alternativ
kann gemäß Anspruch 10 das Gehäuse eine
einstückig angeformte Zwischenwand aufweisen, die den Hohlraum
von dem Lagerraum trennt. Auf diese Weise kann auf eine separate
Dichtplatte verzichtet werden, da der Hohlraum und der Lagerraum
ohnehin voneinander getrennt sind. In diesem Fall wird das signalgebende
Element von einer dem Hohlraum gegenüberliegenden Öffnung
des Lagerraums in diesen eingebracht. Das Gehäuse mit dem
signalerfassenden Element kann so separat vorgefertigt und das signalgebende
Element und gegebenenfalls eine dieses tragende Welle oder eine sonstige Übertragungseinrichtung
nachträglich in den Lagerraum eingebaut werden. So kann
das Gehäuse modular mit unterschiedlichen Übertragungs- oder
Verbindungseinrichtungen für das zweite Teil ausgerüstet
werden.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform gemäß Anspruch
11 kann das signalerfassende Element mit dem das Gehäuse
bildenden Kunststoff umspritzt sein. Das Gehäuse mit dem
signalerfassenden Element kann so als Hybridteil vorzugsweise mit
einer Spritzgussmaschine gefertigt werden, bei dem das signalerfassende
Element und gegebenenfalls die Anschlussleitungen allseitig so umspritzt
werden, dass das komplette Gehäuse gegebenenfalls inklusive
einer Steckerwanne entsteht. Bei einem solchen Herstellungsprozess
können besonders einfach das signalerfassende Element und gegebenenfalls
die Anschlussleitungen im Inneren des Gehäuses lagerichtig
positioniert werden. Es entsteht ein sogenanntes werkzeugfallendes
Bauteil, das heißt, die Vorrichtung ohne das signalgebende Element
kann komplett der Spritzgussmaschine entnommen werden.
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Vorteilhafterweise
kann gemäß Anspruch 12 die Vorrichtung ein Fahrwerkssensor,
insbesondere Drehwinkelsen sor, eines Kraftfahrzeugs sein, an den hohe
Anforderungen bezüglich einfacher Herstellbarkeit und Zuverlässigkeit
gestellt werden. Drehwinkelsensoren sind besonders platzsparend
und präzise.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert
werden; es zeigen
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1 schematisch
einen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels
eines Drehwinkelsensors mit einer in einem Gehäuse vergossenen
Sensoreinrichtung;
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2 schematisch
einen Schnitt des Drehwinkelsensors aus 1, entlang
der dortigen Schnittlinie II-II;
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3 schematisch
einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines zu dem Drehwinkelsensor aus den 1 und 2 ähnlichen Drehwinkelsensors;
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4 schematisch
einen Schnitt des Drehwinkelsensors aus 3 entlang
der dortigen Schnittlinie IV-IV;
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5 schematisch
einen Längsschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels
eines zu den Drehwinkelsensoren aus den 1 bis 4 ähnlichen Drehwinkelsensors.
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In
den 1 und 2 ist ein insgesamt mit dem
Bezugszeichen 10 versehener Drehwinkelsensor zur Verwendung
als Fahrwerkssensor in einem Kraftfahrzeug dargestellt. Mit dem
Drehwinkelsensor 10 werden Relativbewegungen zweier Teile
des Fahrwerks erfasst und an ein Steuergerät übermittelt. In
Folge können mit dem Steuergerät beispielsweise die
Abstrahlrichtungen von einstellbaren Scheinwerfern abhängig
von einem Einfederungszustand des Fahrwerks optimiert werden. Außerdem
können bei aktiven Fahrwerken abhängig vom Sensorsignal
mit dem Steuergerät Fahrwerkseinstellungen beeinflußt werden.
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Der
Drehwinkelsensor 10 umfasst ein Gehäuse 12 aus
Kunststoff mit einem rotationssymmetrischen Lagerraum 24,
in dem eine Welle 14 aus korrosionsbeständigem
und unmagnetischem Edelstahl drehbar gelagert ist. Das Gehäuse 12 ist
im Querschnitt etwa rechteckig. Seine Außenkontur ist im Längsschnitt
der 1 zwischen zwei Stirnseiten 13 und 15 mehrfach
abgestuft. Die Ausdehnung seiner dem Lagerraum 24 zugewandten
Stirnseite (schmale Stirnseite 13) ist kleiner als die
der abgewandten Stirnseite (breite Stirnseite 15).
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Die
Welle 14 ragt mit einem freien Ende aus der schmalen Stirnseite 13 des
Gehäuses 12 heraus. An dem freien Ende ist ein
länglicher Hebelarm 16 befestigt, der sich auf
einer Seite radial zur Welle 14 erstreckt. Das freie Ende
der Welle 14 ist in eine Messingbuchse 17 eingepresst.
Die Messingbuchse 17 ist in dem Hebelarm 16 eingespritzt.
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Der
Hebelarm 16 hat an seinem der Welle 14 abgewandten
Ende auf der dem Gehäuse 12 abgewandten Seite
einen Kugelkopf 18. An dem Kugelkopf 18 greift
bei montiertem Drehwinkelsensor 10 in bekannter Weise ein
in den 1 und 2 nicht gezeigtes Gestänge
an, welches mit einem Querlenker des Fahrwerks verbunden ist.
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Das
Gehäuse 12 weist, wie in 2 gezeigt, zwei
diametral zueinander angeordnete Befestigungsaugen 20 und 22 auf.
Die Befestigungsaugen 20 und 22 sind im Bereich
der dem Hebelarm 16 abgewandten Stirnseite 15 des
Gehäuse 12 an seine zwei parallel zur Welle 14 verlaufenden
gegenüberliegenden Außenseiten angeformt. Durch
parallel zur Welle 14 verlaufende Durchgangsbohrungen 23 in den
Befestigungsaugen 20 und 22 führen nicht
gezeigte Befestigungsschrauben, mit denen das Gehäuse 12 des
Drehwinkelsensors 10 am Rahmen des Fahrzeugs befestigt
werden kann.
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Im
Betrieb des Fahrwerks macht die Welle 14 auf Grund der
Bewegung des Querlenkers relativ zum Rahmen des Fahrwerks im Lagerraum 24 oszillierende
Bewegungen über einen Winkelbereich von bis zu 60°.
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Die
Welle 14 weist an ihrem dem Hebelarm 16 abgewandten
Ende umfangsseitig einen rotationssymmetrischen Kragen 25 mit
einer Schulter 26 auf. Der Kragen 25 befindet
sich in einem entsprechenden Kragenaufnahmebereich 28 des
Lagerraums 24, dessen Durchmesser größer
ist als der Durchmesser des restlichen Lagerraums 24.
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Die
Schulter 26 liegt an der dem Hebelarm 16 zugewandten
radialen Stufenfläche zwischen dem Kragenaufnahmebereich 28 und
dem restlichen Lagerraum 24 an. Die Welle 14 ist
auf diese Weise dort durch die Schulter 26 und an ihrem
freien Ende durch den Hebelarm 16 in axialer Richtung unter
Beibehaltung eines Spiels festgelegt.
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An
der kragenseitigen Stirnseite der Welle 14 ist in einer
entsprechenden Vertiefung ein Rundmagnet 30 axial zur Welle 14 drehfest
eingeklebt. Der Rundmagnet 30 ist linear magnetisiert.
In 1 befinden sich beispielsweise rechts der Südpol
und links der Nordpol.
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In
axialer Richtung der Welle 14 von dem Rundmagneten 30 beabstandet
ist eine Sensoreinrichtung 32 gehäusefest in einem
Hohlraum 38 des Gehäuses 12 angeordnet.
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Die
Sensoreinrichtung 32 umfasst eine senkrecht zur Welle 14 ausgerichtete
ebene Platine 34, die auf ihrer dem Rundmagneten 30 zugewandten Seite
ein Sensorelement 36 trägt. Das Sensorelement 36 ist
ein programmierbares elektronisches Bauelement, welches eine hier
nicht weiter interessierende Brückenschaltung aus vier
Hallelementen aufweist, welche von dem Magnetfeld des Rundmagneten 30 durchdrungen
werden. Die Sensoreinrichtung 32 ist geeignet eine Änderung
des Magnetfeldes zu erfassen, die durch eine Drehung der Welle 14 und
mit ihr des Rundmagneten 30 relativ zur Sensoreinrichtung 32 hervorgerufen
wird.
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Der
Hohlraum 38 ist zu der dem Hebelarm 16 abgewandten
Stirnseite 15 des Gehäuses 12 hin offen.
Im Hohlraum 38 sind Anlagepodeste 39 angeordnet,
an denen die Platine 34 von der offenen Seite des Hohlraums 38 aus
anliegt und die den korrekten Abstand zum Rundmagneten 30 vorgeben.
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Der
Hohlraum 38 weist zu dem Lagerraum 24 eine Verbindungsöffnung 40 auf,
die so dimensioniert ist, dass die Welle 14 einschließlich
des Kragens 25 in axialer Richtung hindurch passt.
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Die
Verbindungsöffnung 40 ist mit einer Dichtplatte 42 verschlossen.
Die Dichtplatte 42 befindet sich zwischen dem Rundmagneten 30 und
der Sensoreinrichtung 32. Sie ist aus Kunststoff, so dass sie
das Magnetfeld des Rundmagneten 30 nicht stört.
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Die
Dichtplatte 42 kann aber auch aus einem anderen, das Magnetfeld
des Rundmagneten 30 nicht störenden Material,
beispielsweise aus Aluminium, sein. Vorzugsweise ist die Dichtplatte 42 zusätzlich
noch korrosionsbeständig.
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An
der Platine 34 der Sensoreinrichtung 32 sind außerdem
vier Anschlussstifte 44 befestigt, welche mit dem Sensorelement 36 in
bekannter Weise elektrisch leitend verbunden sind. Die Anschlussstifte 44 sind
auf die Platine 34 gelötet. Sie können
aber auch auf die Platine 34 gesteckt oder mit Drahtwickeltechnik
mit dem Sensorelement 36 verbunden sein.
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Die
Anschlussstifte 44 führen parallel zum Hebelarm 16 durch
eine seitliche Öffnung 45 des Hohlraums 38 hindurch
und durch die Rückseite einer quaderförmigen Steckerwanne 46.
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Die
Steckerwanne 46 ist an ihrer dem Gehäuse 12 abgewandten
Vorderseite offen. Die Steckerwanne 46 befindet sich platzsparend
auf der gleichen Seite der Welle 14 wie der Hebelarm 16,
in 1 unterhalb des Hebelarms 16.
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Die
Steckerwanne 46 ist an ihrer Rückseite von der
dem Hebelarm 16 abgewandten breiten Stirnseite 15 des
Gehäuses 12 aus über eine Nut- und Federverbindung 50 in
einen Wannen-Aufnahmebereich 48 des Gehäuses 12 eingeschoben.
Der Wannen-Aufnahmebereich 48 ist mit dem Hohlraum 38 über
die Öffnung 45 verbunden. Die Steckerwanne 46 ragt
aus dem Wannen-Aufnahmebereich 48 heraus.
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Die
Sensoreinrichtung 32 und die dortigen Abschnitte der Anschlussstifte 44 sind
in dem Hohlraum 38 mit Kunststoff vergossen, welcher den
gesamten Hohlraum 38 und die Öffnung 45 ausfüllt.
Auf diese Weise ist die Sensoreinrichtung 32 hermetisch im
Gehäuse 12 eingeschlossen und gegen Feuchtigkeit
und Schmutz geschützt.
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Die
Montage des Drehwinkelsensors 10 läuft wie folgt
ab:
Zunächst werden der Hebelarm 16 mit dem
Kugelkopf 18, das Gehäuse 12 und die
Steckerwanne 46 als separate Kunststoffteile gegossen.
Die Messingbuchse 17 wir dabei im Hebelarm 16 eingespritzt. Ebenso
werden die Anschlussstifte 44 bei der Herstellung der Steckerwanne 46 eingespritzt.
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Anschließend
wird die Welle 14 mit dem darin eingeklebten Rundmagneten 30 mit
dem dem Kragen 25 abgewandten freien Ende voraus vom offenen
Hohlraum 38 aus durch die Verbindungsöffnung 40 in
den Lagerraum 24 gesteckt, so dass die Schulter 26 an
der Stufenfläche des Kragenaufnahmebereichs 28 anliegt.
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Anschließend
wird die Messingbuchse 17 auf das freie Ende der Welle 14 aufgepresst,
so dass die Welle 14 in axialer Richtung zwar festgelegt
aber dennoch unter Spiel relativ zum Gehäuse 12 leicht drehbar
ist. Die beim Aufpressvorgang zum Gegenhalten der Welle 14 erforderliche
Kraft kann dabei durch den offenen Hohlraum 38 und die
Verbindungsöffnung 40 hindurch ausgeübt
werden.
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Der
Hebelarm 16 wird so ausgerichtet, dass er sich auf der
Seite des Gehäuses 12 erstreckt, auf der sich
auch der Wannen-Aufnahmebereich 48 befindet.
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Danach
wird von der offenen Seite des Hohlraums 38 aus die Dichtplatte 42 in
die Verbindungsöffnung 40 eingepresst. Der Lagerraum 24 ist
so gegenüber dem Hohlraum 38 dicht verschlossen.
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Anschließend
wird die mit den Sensorelementen 36 bestückte
Platine 34 mit den Anschlussstiften 44 verlötet.
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Die
Steckerwanne 46 wird dann von der dem Hebelarm 16 abgewandten
Stirnseite 15 des Gehäuses 12 aus in
den Wannen-Aufnahmebereich 48 und gleichzeitig die Sensoreinrichtung 32 in
den Hohlraum 38 geschoben. Dabei führen die Federn
in den Seitenwänden der Steckerwanne 46 diese
in den Nuten der Wände des Aufnahmebereichs 48.
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Das
Sensorelement 36 ist jetzt gegenüber dem Rundmagneten 30 im
Hohlraum 38 platziert, wobei die Platine 34 an
den Anlagepodesten 39 anliegt.
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Anschließend
wird der Drehwinkelsensor 10 so positioniert, dass die
offene Seite des Hohlraums 38 nach oben gerichtet ist.
Dann wird der Hohlraum 38 mit selbsthärtendem
Kunststoff vollständig ausgegossen, derart, dass die Sensoreinrichtung 32 gänzlich
mit Kunststoff ummantelt ist.
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Von
der dem Hebelarm 16 abgewandten Stirnseite 15 des
Gehäuses 12 und über den Lagerraum 24 können
so keine Feuchtigkeit und kein Schmutz zu der Sensoreinrichtung 32 vordringen.
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Da
die Welle 14 aus korrosionsbeständigem Edelstahl
und in dem Kunststoffgehäuse 12 gelagert ist,
kann sie auch bei Eindringen von Feuchtigkeit in den Lagerraum 24 nicht
korrodieren. Daher ist im Lagerraum 24 auch keine Ringdichtung
für die Welle 14 erforderlich.
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Bei
einem zweiten Ausführungsbeispiel, dargestellt in den 3 und 4,
sind diejenigen Elemente, die zu denen des ersten, in den 1 und 2 beschriebenen
Ausführungsbeispiels ähnlich sind, mit denselben
Bezugszeichen zuzüglich 100 versehen, so dass
bezüglich deren Beschreibung auf die Ausführungen
zum ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen wird. Dieses
Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten dadurch,
dass auf die Verbindungsöffnung 40 verzichtet
wird und statt dessen der Lagerraum 124 gegenüber
dem Hohlraum 138 von vornherein mit einer einstückig
angeformten Zwischenwand 142 verschlossen ist. Um ein Einschieben
der Welle 114 von der dem Hohlraum 38 gegenüberliegenden Öffnung
des Lagerraums 24 zu ermöglichen, hat die Welle 114 in
ihrem im Lagerraum 124 untergebrachten Bereich einen konstanten Querschnitt.
Ebenso ist der Querschnitt des Lagerraums 124 in axialer
Richtung konstant.
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Um
die Welle 114 in axialer Richtung im Lagerraum 124 drehbar
festzulegen, ist ein U-förmiger Sicherungsbügel 152 vorgesehen.
Der Sicherungsbügel 152 ist von der der Steckerwanne 146 abgewandten
Seite des Gehäuses 112 in eine entsprechende Bügelaufnahme 154 im
Gehäuse 112 radial zur Welle 114 eingeschoben,
derart, dass er mit seinen Schenkeln die Welle 114 in einer
in deren Mantelfläche eingebrachten Sicherungsnut 156 übergreift.
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Der
Sicherungsbügel 152 besteht aus einem federnden,
bevorzugt auch korrosionsbeständigen Material. Die Schenkel
des Sicherungsbügels 152 sind der Umfangskontur
der Sicherungsnut 156 entsprechend gebogen. Sie übergreifen
die Welle 114 so, dass diese sich frei drehen kann, aber
dennoch in axialer Richtung durch den in der Bügelaufnahme 154 gegengehaltenen
Sicherungsbügel 152 festgelegt ist.
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Die
Bügelaufnahme 154 besteht aus zwei parallelen,
beidseitig offenen Durchgangskanälen 157, die
in der axialen Höhe der Sicherungsnut 156 nahe
der dem Hebelarm 116 zugewandten Stirnseite 113 des
Gehäuses 112 senkrecht zur Welle 114 verlaufen.
Die Durchgangskanäle 157 führen auf gegenüberliegenden
Seiten der Welle 114 durch das Gehäuse 112 und
den Lagerraum 124.
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An
ihren der Steckerwanne 146 abgewandten Öffnungen
sind die Durchgangskanäle 157 über eine
zu der der Steckerwanne 146 abgewandten Seite des Gehäuses 112 offene
Nut 155 miteinander verbunden. In der Nut 155 taucht
das die Schenkel verbindende Basisteil des Sicherungsbügels 152 vollständig
ein.
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Zur
Montage des Drehwinkelsensors 110 wird die Welle 114 mit
ihrem freien Ende in die Messingbuchse 117 eingepresst.
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Anschließend
wird die Welle 114 mit ihrem den Rundmagneten 130 aufweisenden
Ende voraus von der dem Hohlraum 138 gegenüberliegenden
offenen Seite des Lagerraums 124 in diesen eingeschoben.
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Dann
wird der Sicherungsbügel 152 von der der Steckerwanne 46 abgewandten
Seite in die Bügelaufnahme 154 geschoben. Dabei
gleiten seine Schenkel beidseitig der Welle 114 in die
Sicherungsnut 156 ein und legen die Welle 114 in
axialer Richtung fest.
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Die
Montage der Sensoreinrichtung 132 und der Steckerwanne 156 erfolgt
wie beim ersten Ausführungsbeispiel in den 1 und 2,
ebenso das Vergießen der Sensoreinrichtung 132 mit
Kunststoff im Hohlraum 138.
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Bei
einem dritten Ausführungsbeispiel, dargestellt in der 5,
sind diejenigen Elemente, die zu denen des zweiten, in den 3 und 4 beschriebenen
Ausführungsbeispiels ähnlich sind, mit denselben
Bezugszeichen zuzüglich 100 versehen, so dass bezüglich
deren Beschreibung auf die Ausführungen zum zweiten Ausführungsbeispiel
Bezug genommen wird. Dieses dritte Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von zweiten dadurch, dass der Hebelarm 216 und
die Welle 214 einteilig aus Kunststoff gebildet sind. Das
Gehäuse 214 und die Steckerwanne 246 sind
ebenfalls einstückig aus Kunststoff gebildet.
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Die
Sensoreinrichtung 232 mit den angelöteten Anschlussstiften 244 ist
dabei allseitig mit dem Kunststoff des Gehäuses 212 und
der Steckerwanne 246 als sogenanntes Hybridteil umspritzt.
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Beim
Herstellungsprozess werden durch entsprechende hier nicht weiter
interessierende Haltemittel die Platine 232 mit den Sensorelementen 236 und
den angelöteten Anschlussstiften 244 in einem Spritzgusswerkzeug
gehalten und so im Inneren eines späteren Sensormodulgehäuses,
welches aus dem Gehäuse 212 und der Steckerwanne 246 besteht,
lagerichtig zentriert. Dies kann durch eine Vorumspritzung und Zentrierung
der Platine 232 mit den Sensorelementen 236 und
den Anschlussstiften 244 in einer hier nicht weiter interessierenden
vollautomatisierten Fertigungszelle geschehen.
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Das
komplett gefertigte Sensormodulgehäuses ohne die Welle 214 und
den Hebelarm 216 kann dann werkzeugfallend aus der Spritzgussmaschine entnommen
werden.
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Anschließend
wird die Welle 214 in den Lagerraum 224 eingesteckt
und mit dem Sicherungsbügel 252 analog zum zweiten
Ausführungsbeispiel festgelegt.
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Es
kann eine Vielzahl von unterschiedlichen Wellen mit Hebelarmen bereitgestellt
werden, die wahlweise je nach Verwendungszweck des Drehwinkelsensors
erst bei der Endmontage in das Sensormodulgehäuse eingesetzt
werden.
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Bei
allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen eines Drehwinkelsensors 10; 110; 210 sind
unter Anderem folgende Modifikationen möglich:
Die
Erfindung ist nicht beschränkt auf einen Drehwinkelsensor 10; 110; 210.
Vielmehr kann mit ihr auch ein Linearsensor realisiert werden, bei
dem die Sensoreinrichtung in einem Gehäuse vergossen ist,
in dem ein Magnet oder ein anderes signalgebendes Element relativ
zum Gehäuse linear verschiebbar ist.
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Es
versteht sich, dass die Drehwinkelsensoren 10; 110; 210 oder
entsprechende Linearsensoren nicht nur als Fahrwerkssensoren verwendet
werden können. Vielmehr können sie überall
dort eingesetzt werden, wo eine berührungslose Erfassung
von Relativpositionen zweier relativ zueinander bewegbarer Teile
insbesondere in einem Kraftfahrzeug aber auch in anderen industriellen
Bereichen erforderlich ist.
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Die
Wellen 14; 114; 214 können statt
aus Edelstahl aus einem andersartigen korrosionsbeständigen
und unmagnetischen Material, beispielsweise Kunststoff, sein, das
die Wirkung der Magnetfelder der Rundmagnete 30; 130; 230 nicht
stört.
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Die
Wellen 14; 114 im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel
können statt über die Messingbuchsen 17; 117 auch
in anderer Weise mit dem jeweiligen Hebelarm 16; 116 verbunden
sein. Beispielsweise können Hebelarm und Welle auch ähnlich
dem dritten Ausführungsbeispiel einstückig aus Edelstahl
oder Kunststoff gefertigt sein. Beim dritten Ausführungsbeispiel
kann ebenso eine Verbindung von Welle und Hebelarm wie bei den ersten
beiden Ausführungsbeispielen vorgesehen sein.
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Die
Wellen 14; 114; 214 können in
den Aufnahmeräumen 24; 124; 224 auch
andere als oszillierende Bewegungen, beispielsweise vollständige
Rotationen, ausführen. Sie können auch über
einen Winkelbereich von mehr als 60° oszillieren.
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Die
axiale Festlegung der Welle 114; 214 im zweiten
und im dritten Ausführungsbeispiel (3 bis 5)
kann auch in anderer Weise geschehen, die ermöglicht, dass
sich die Welle 114; 214 im Lagerraum 124; 224 dreht.
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Anstelle
von Rundmagneten 30; 130; 230, können
auch andersförmige Magnete, beispielsweise Ringmagnete,
an der Welle 14; 114; 214 vorgesehen
sein.
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Wenigstens
ein Sensorelement kann beispielsweise der Mantelfläche
der Welle gegenüberliegen, beispielsweise in einem später
zu vergießenden Ringraum angeordnet sein.
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Anstelle
der Sensorelemente 36; 136; 236 mit vier
Hallelementen können auch andersartige Sensorelement verwendet
werden, die geeignet sind eine Magnetfeldände rung am Ort
des signalerfassenden Elements zu erfassen, die durch Bewegungen
des signalgebenden Elements hervorgerufen werden.
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Statt
der magnetischen Erfassung von Relativpositionen kann auch eine
auf einem anderen physikalischen Prinzip beruhende berührungslose
Erfassung von Relativpositionen, beispielsweise eine induktive Drehwinkelerfassung,
eingesetzt werden, sofern die Methode nur einen Zwischenraum von
einigen Millimetern zwischen dem signalgebenden Element und der
Sensoreinrichtung zulässt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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