DE102009039082A1

DE102009039082A1 - Magnetbaugruppe für eine Drehmoment- und/oder Drehwinkelsensoranordnung mit einem Magnetring und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102009039082A1
Application number: DE102009039082A
Authority: DE
Inventors: Dirk Rachui; Jens Thom; Frank Jerems
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2009-08-27
Filing date: 2009-08-27
Publication date: 2011-03-03
Also published as: WO2011023285A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Magnetbaugruppe mit einem Magnetring (30), der mittels einer Trägerhülse (32) über eine Verbindungsgeometrie auf einer Welle angebracht ist, insbesondere für eine Drehmoment- und/oder Drehwinkelsensoranordnung. Der Magnetring (30) ist radial über der Trägerhülse (32) liegend über eine Verbindungsgeometrie mit der Trügerhülse verbunden, die aus Domen (31) besteht, die auf dem Umfang der Stirnfläche des Magnetrings (30) angeordnet sind und durch Umformtechniken form- oder kraftschlüssig mit der Trägerhülse (32; 34) verbindbar sind.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Magnetbaugruppe mit einem Magnetring für eine Drehmoment- und/oder Drehwinkelsensoranordnung auf einer Welle, insbesondere zur Detektion von drehwinkel- oder drehmomentabhängigen Größen an der Welle oder zwischen Teilwellen nach der Gattung des Hauptanspruchs und den Verfahrensansprüchen.
Besonders mit berührungslos arbeitenden Winkelsensoren und einer Messung einer relativen Verdrehung von zwei Wellenenden eines sich drehenden Torsionssystems, zum Beispiel als Teil einer Lenkwelle, kann eine Ermittlung des auf die gesamte Lenkwelle ausgeübten Drehmoments durchgeführt werden, wie es insbesondere bei einem Einsatz in Lenksystemen von Kraftfahrzeugen mit elektrischer Lenkkraftunterstützung erforderlich ist.
Ein solcher Drehmomentsensor besteht in der Regel aus zwei Einheiten, nämlich einer dynamischen Einheit, welche sich mit der Lenkwelle bzw. dem Torsionssystem mitdreht und einer ortsfesten statischen Einheit mit einer Elektronik, welche an dem umgebenden Getriebegehäuse fixiert ist. Die statische Sensoreinheit ist über eine Lagerung mit der dynamischen Einheit verbunden, wobei sich zwischen dem Getriebegehäuse und der statischen Sensoreinheit vorzugsweise eine elektrische Steckverbindung befindet.
Innerhalb der Magnetbaugruppe des zuvor beschriebenen Drehmomentsensors befindet sich der Magnetring, wobei es an sich bekannt ist, dass mit solchen Magnetringen, die mit magnetischen Sensormitteln über ein sich mit einer absoluten oder relativen Drehung ändernden Magnetfeld in einem Funktionszusammenhang stehen, die Drehbewegungen der Weile berührungslos erfasst werden können. Ferner ist es an sich bekannt, dass ein solcher Magnetring mit einem Spritzgießverfahren hergestellt werden kann.
Ein solcher an sich bekannter kunststoffgebundener, in einem Spritzgießverfahren hergestellter Ringmagnet wird dabei mit einer Metallhülse dauerhaft fest verbunden und bildet die Magnetbaugruppe und die Magnetbaugruppe wird dann ihrerseits mit der Lenkwelle dauerhaft verbunden. Die Metallhülse ist dabei für das Handling der Magnetbaugruppe und für die eigentliche Befestigung auf der Lenkwelle wichtig. Die Verbindung zwischen dem Ringmagneten und der Metallhülse kann jedoch auch in der Regel mit oder ohne zusätzliche Medien (z. B. Kunststoff) vorgenommen werden.
Beispielsweise ist aus der DE 102 56 322 A1 bekannt, dass ein solcher Drehmomentsensor zur Erfassung des an einer Lenkwelle in einem Kraftfahrzeug anstehenden Drehmoments, jeweils an zwei sich gegenüberliegenden Teilwellen der Lenkwelle angebracht ist. Auf der ersten Teilwelle ist hier eine drehfest angebrachte Hülse mit Magneten vorhanden und auf der anderen Teilwelle ist ein Magnetfeldsensor angebracht, der dem Magneten an der ersten Teilwelle über einen Zwischenraum gegenüberliegt.
Bei dieser bekannten Anordnung hängt der im Zwischenraum erzeugte magnetische Fluss von der Drehwinkellage zischen dem Magneten und dem Detektor der Sensoranordnung ab, wobei zwischen den Teilwellen der Welle ein Torsionselement angeordnet ist, sodass hieraus das auf die Welle einwirkende Drehmoment messbar ist. Weiterhin ist das zuvor beschriebene Sensorprinzip auch aus der WO 02/071019 A bekannt.
Es ist weiterhin für sich gesehen beispielsweise aus der DE 108 36 451 C2 oder der DE 200 02 277 U1 bekannt, dass der Magnetring formschlüssig mit einer Trägerhülse verbunden wird. Zwischen dem Magnetring und der Trägerhülse befindet sich ein Zwischenelement, welches mechanische Spannungen, die durch wechselnde Wärmelasten hervorgerufen sein können, aufnimmt und die daraus resultierende Schädigung des Magnetringes verhindert.
In beiden Fällen ist der Magnetring an die relativ kurze Trägerhülse angebunden, welche axial hinter oder vor dem Magnetring liegt. In der Regel ist die Verbindung der Trägerhülse und der Welle als Spielpassung ausgelegt. Der dadurch zwischen der Trägerhülse und der Welle eventuell befindliche Luftspalt führt zu einer Rundlaufabweichung und zu einer Verkippung der Hülse auf der Welle, wie es in 1 der Zeichnung dargestellt ist. Da sich die Trägerhülse somit neben dem Magnetringes befindet, führt die Verkippung durch die axiale Verlängerung des Magnetringes zu einer zusätzlichen Vergrößerung des Rundlaufes. Der Raum, den die Magnetbaugruppe insgesamt benötigt, vergrößert sich dadurch in nachteiliger Weise.
In der DE 198 36 451 A1 wird ein gespritzt hergestellter Ringmagnet beschrieben, bei dem eine Metallhülse als Einlegeteil verwendet wird, wobei aus dem Bund der Metallhülse Ausklinkungen hervorstehen, welche den Formschluss mit dem Ringmagnet bilden.
Eine weitere an sich bekannte Möglichkeit ist eine Verbindung zwischen dem Magnetring und der Trägerhülse, bei der der Magnetring mit einem Klebstoff mit der Trägerhülse verbunden wird. Die Klebung kann für eine Verbindung eines kunststoffgebundenen Magneten mit einer Stahlhülse teilweise nicht verwendet werden, wenn die Baugruppe thermischen Einflüssen ausgesetzt ist, da die unterschiedlichen Wärrmeausdehnungskoeffizienten der Materialien eventuell zur Zerstörung des Magneten führen können. Außerdem führt das Kleben als zusätzlicher Prozess zu einer Verteuerung der Fertigung der Baugruppe.
Auch ein an sich bekanntes Bördeln einer geschlossenen Kontur über der Trägerhülse auch sehr aufwändig sein.
Darstellung der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Magnetbaugruppe mit einem Magnetring, der mittels einer Trägerhülse über eine Verbindungsgeometrie auf einer Welle angebracht ist, insbesondere für eine Drehmoment- und/oder Drehwinkelsensoranordnung zum Beispiel an der Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs. Erfindungsgemäß ist der Magnetring radial über der Trägerhülse liegend über eine Verbindungsgeometrie mit der Trägerhülse verbunden, die aus Domen besteht, die auf dem Umfang der Stirnfläche des Magnetrings angeordnet sind und durch Umformtechniken form- oder kraftschlüssig mit der Trägerhülse verbindbar sind.
Gemäß einer ersten Ausführungsform greifen die Dome in korrespondierende Löcher in die Trägerhülse ein und gemäß einer zweiten Ausführungsform greifen die Dome in korrespondierende radial eingearbeitete Durchbrüche in die Trägerhülse ein.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Dome über am radial außenliegenden Eingang der Durchbrüche liegende Zentrierungen in die Trägerhülse eingreifen, wobei die Zentrierungen in vorteilhafter Weise aus Abschrägungen am Eingang der Durchbrüche bestehen können. Hiermit kann insbesondere vermieden werden, dass beim Einführen der Dome in die Durchbrüche ein Abknicken der Dome erfolgt. Gemäß der Erfindung kann somit auch eine Integration von Zentrierelementen erfolgen, sodass die Zentrierung auch für die genaue Positionierung der Winkellage des Magnetrings zur Trägerhülse genutzt werden kann.
Weiterhin werden vorteilhafte Verfahren zur Herstellung einer solchen Magnetbaugruppe zur Herstellung der form- und/oder stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Magnetring und der Trägerhülse vorgeschlagen, bei denen nach dem Zusammenfügen der Dome des Magnetrings und der Trägerhülse die Dome über den Löchern oder den Durchbrüchen zur Herstellung einer Vernietung verstemmt werden.
Der zuvor vorgeschlagene kunststoffgebundene, spritzgegossene Magnetring verfügt somit auf einer seiner Stirnflachen vorzugsweise über mehrere mitangespritzte Dome, wobei diese Dome symmetrisch zu den Magnetpolen angeordnet sein sollten. Die Trägerhülse verfügt entsprechend über einen ausreichend dimensionierten Bund, welcher seinerseits Bohrungen oder Durchbrüche besitzt, die in Geometrie und Anzahl angepasst sind an die Zahl der Dome des Magnetrings.
Für die Verbindung von Magnetring und Trägerhülse werden die Dome des Magnetringes durch die Öffnungen (Löcher oder Durchbrüche) am Bund der Trägerhülse geführt. Dann werden die über die Trägerhülse hinausstehenden Bereiche der Dome mittels eines Umformverfahrens so verformt, dass eine feste Verbindung (analog einer Nietverbindung) entsteht. Als Umformverfahren eignen sich insbesondere das Ultraschallverstemmen und das Heißverstemmen, wobei auch andere Verfahren anwendbar sind, sofern sie die den Magnetring nicht übermäßig belasten.
Insbesondere durch die letztgenannte Ausführungsform ergeben sich Vorteile dadurch, dass die Erfindung keinen zusätzlichen Werkstoff für die Verbindung, wie Kleber oder zusätzliche Kunststoffumspritzung, zwischen dem Magnetring und der Trägerhülse notwendig macht. Die Verbindung ist außerdem weitgehend unempfindlich gegenüber Temperaturänderungen. Die Festigkeit der Verbindung ist weitgehend durch Zahl und Geometrie der Dome einstellbar und es ist nur eine geringe zusätzliche Bauhöhe (ca. 1 mm) für die Verbindung notwendig.
Die vorgeschlagenen Umformverfahren sind ausreichend geprüfte und bewährte Verfahren, wobei bei einem Teilversagen der Verbindung die Funktion der Verbindung insgesamt noch vorhanden ist, d. h., bei einem Abbrechen eines Domes halten die übrigen Dome die Befestigung aufrecht. Eine alternative Anbringung von Schnappverbindung an den Domen erfordert dagegen einen relativ großen Bauraum, wobei die Ausführung auch komplexer und temperaturempfindlich ist; eine Materialermüdung führt außerdem oft zum Lösen der Verbindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Figuren der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel eines Magnetringes mit auf dem stirnseitigen Umfang verteilten Domen,
2 eine zu 1 korrespondierenden Trägerhülse mit Löchern,
3 eine zu 1 korrespondierenden Trägerhülse mit radial eingearbeiteten Durchbrüchen,
4A und 4B zwei Ansichten einer Zusammenfügung von Magnetring und Trägerhülse nach den 1 und 2,
5A und 5B zwei Ansichten von Zentrierungen an den Domen nach 1 ff und
6A und 6B zwei Ansichten einer Zusammenfügung von Magnetring und Trägerhülse nach einem Verstemmen der Dome nach den 1 ff.
Wege zur Ausführung der Erfindung
1 zeigt ein prinzipielles Anwendungsbeispiel eines Magnetringes 30 als Bestandteil einer Magnetbaugruppe für eine in der Beschreibungseinleitung beschriebene Sensoranordnung an einer Welle, beispielsweise zur Drehwinkel- oder Drehmomentmessung.
In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel des Magnetringes 30 gezeigt, der hier acht auf dem stirnseitigen Umfang verteilte Dome 31 aufweist. 2 zeigt dazu eine zu der 1 korrespondierende Trägerhülse 32 mit Löchern 33 und 3 eine Trägerhülse 34 mit radial eingearbeiteten Durchbrüchen 35.
Aus 4A und 4B sind zwei Ansichten einer Zusammenfügung des Magnetrings 30 nach der 1 und der Trägerhülse 32 nach der 2 zu entnehmen, wobei 4A eine Ansicht und 4B einen Schnitt darstellt.
5A und 5B zeigen zwei Ansichten von Zentrierungen an der Trägerhülse 32, wobei an den Durchbrüchen 35 Zentrierungen 36 als Abschrägungen vorhanden sind, die zu einem zentrierenden Einfügen der Dome 31 in die Durchbrüche 35 führen und ein Abknicken der Dome 31 vermeiden und somit eine genaue Positionierung der Winkellage des Magnetrings 30 zur Trägerhülse 31 gewährleisten.
In 6A und 6B sind zwei Ansichten einer Zusammenfügung des Magnetrings 30 nach der 1 und der Trägerhülse 32 nach der 2 nach einem Verstemmen der Dome 31 nach der 1 zu entnehmen, wobei 6A eine Ansicht und 6B einen Schnitt darstellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10256322 A1 [0006]
WO 02/071019 A [0007]
DE 10836451 C2 [0008]
DE 20002277 U1 [0008]
DE 19836451 A1 [0010]

Claims

Magnetbaugruppe mit einem Magnetring (30), der mittels einer Trägerhülse (32) über eine Verbindungsgeometrie auf einer Welle angebracht ist, insbesondere für eine Drehmoment- und/oder Drehwinkelsensoranordnung, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetring (30) radial über der Trägerhülse (32) liegend über eine Verbindungsgeometrie mit der Trägerhülse verbunden ist, die aus Domen (31) besteht, die auf dem Umfang der Stirnfläche des Magnetrings (30) angeordnet sind und durch Umformtechniken form- oder kraftschlüssig mit der Trägerhülse (32; 34) verbindbar sind.
Magnetbaugruppe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Dome (31) in korrespondierende Löcher (33) in die Trägerhülse (32) eingreifen.
Magnetbaugruppe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Dome (31) in korrespondierende radial eingearbeitete Durchbrüche (35) in die Trägerhülse (34) eingreifen.
Magnetbaugruppe nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Dome (31) über am radial außenliegenden Eingang der Durchbrüche (35) liegende Zentrierungen (36) in die Trägerhülse (34) eingreifen.
Magnetbaugruppe nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierungen (36) aus Abschrägungen am Eingang der Durchbrüche (35) bestehen.
Verfahren zur Herstellung einer Magnetbaugruppe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der form- und/oder stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Magnetring (30) und der Trägerhülse (32; 34) nach dem Zusammenfügen der Dome (31) des Magnetrings (30) und der Trägerhülse (32; 34) die Dome (31) über den Löchern (33) oder den Durchbrüchen (35) zur Herstellung einer Vernietung verstemmt werden.
Verfahren zur Herstellung einer Magnetbaugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vernietung durch Ultraschallverstemmen hergestellt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Magnetbaugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vernietung durch Heißverstemmen hergestellt wird.