DE102015226743A1 - Mechanisches Bauteil und entsprechende Betriebs- und Herstellungsverfahren - Google Patents

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Andreas Fix
Christoph Jatzek
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein mechanisches Bauteil (100), mit einer Magnetfelderzeugungseinrichtung (102) zur Erzeugung eines Magnetfeldes; einem drehbaren Körper (101), welcher in dem erzeugten Magnetfeld drehbar gelagert ist und ein kreissegmentförmig um eine Drehachse (105) des drehbaren Körpers (101) herum angeordnetes elektrisch leitfähiges Band (201; 501) aufweist, wobei das elektrisch leitfähige Band (201; 501) eine Vielzahl von äquidistanten Ausstanzungen (202; 502) aufweist; und einer Erfassungsvorrichtung (103), welche ausgebildet ist, einen Drehwinkel und/oder eine Drehgeschwindigkeit des drehbaren Körpers (101) anhand einer Wechselwirkung des elektrisch leitfähigen Bandes (201; 501) mit dem Magnetfeld zu bestimmen

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein mechanisches Bauteil, ein Betriebsverfahren für ein mechanisches Bauteil und ein Herstellungsverfahren für ein mechanisches Bauteil.
  • Stand der Technik
  • Elektromotorische Antriebe mit Getrieberädern haben zahlreiche Verwendungsmöglichkeiten, beispielsweise zur Geschwindigkeitsmessung für eBikes oder in der Fahrzeugtechnik bei Scheibenwischermotoren, Fensterhebermotoren oder Sitzverstellungsmotoren. Hierbei ist meist eine genaue Kenntnis des Drehwinkels bzw. der Winkelgeschwindigkeit des Getrieberads vonnöten. Aus der DE 10 2005 040 646 A1 ist ein derartiger elektromotorischer Antrieb zur Verwendung für Fahrzeuge bekannt, wobei die Winkelstellung eines Getrieberads über einen axial zum Getrieberad angeordneten Magnetsensor detektiert wird.
  • Da zunehmend mehr Elektronik in Fahrzeugen verbaut ist, ist es wünschenswert, Sensorvorrichtungen zum Bestimmen der Winkelstellung möglichst platzsparend auszubilden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung schafft ein mechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Betriebsverfahren für ein mechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 und ein Herstellungsverfahren für ein mechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7.
  • Die vorliegende Erfindung schafft demnach ein mechanisches Bauteil, mit einer Magnetfelderzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes; einem drehbaren Körper, welcher in dem erzeugten Magnetfeld drehbar gelagert ist und ein kreissegmentförmig um eine Drehachse des drehbaren Körpers herum angeordnetes elektrisch leitfähiges Band aufweist, wobei das elektrisch leitfähige Band eine Vielzahl von äquidistanten Ausstanzungen aufweist; und einer Erfassungsvorrichtung, welche ausgebildet ist, einen Drehwinkel und/oder eine Drehgeschwindigkeit des drehbaren Körpers anhand einer Wechselwirkung des elektrisch leitfähigen Bandes mit dem Magnetfeld zu bestimmen. Eine kreissegmentförmige Anordnung umfasst hierbei insbesondere eine kreisförmige Anordnung, wobei das elektrisch leitfähige Band einfach oder auch mehrfach in einem radialen Äußeren des drehbaren Körpers um die Drehachse herum angeordnet ist.
  • Die vorliegende Erfindung schafft demnach weiter ein Betriebsverfahren für ein mechanisches Bauteil, mit den Schritten: Erzeugen eines Magnetfelds durch die Magnetfelderzeugungseinrichtung; Messen einer Änderung des erzeugten Magnetfelds durch die Erfassungsvorrichtung; und Bestimmen des Drehwinkels und/oder der Drehgeschwindigkeit des drehbaren Körpers anhand der gemessenen Änderung des Magnetfelds.
  • Die vorliegende Erfindung schafft schließlich ein Herstellungsverfahren für ein mechanisches Bauteil, mit den Schritten: Ausbilden eines drehbaren Körpers mit einem um eine Drehachse des drehbaren Körpers herum kreissegmentförmig angeordneten elektrisch leitfähigen Band, welches eine Vielzahl von äquidistanten Ausstanzungen aufweist; Anordnen einer Magnetfelderzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes; Anordnen des drehbaren Körpers, sodass der drehbare Körper in dem erzeugten Magnetfeld drehbar gelagert ist; und Anordnen einer Erfassungsvorrichtung, welche ausgebildet ist, einen Drehwinkel und/oder eine Drehgeschwindigkeit des drehbaren Körpers anhand einer Wechselwirkung des elektrisch leitfähigen Bandes mit dem Magnetfeld zu messen.
  • Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße mechanische Bauteil hat den Vorteil, dass die Erfassungsvorrichtung sowohl in axialer als auch in radialer Richtung zu dem drehbaren Körper angeordnet werden kann. Je nach Platzanforderungen kann die Erfassungsvorrichtung daher optimal positioniert werden, um den Bauraum zu minimieren. Weiter muss der drehbare Körper kein magnetisches Element aufweisen, wodurch magnetische Materialien eingespart werden können. Durch Verwendung eines elektrisch leitfähigen Bandes aus einem leichten Material, kann weiter das Gewicht des drehbaren Körpers reduziert werden, was beispielsweise bei Geschwindigkeitsmessvorrichtungen für eBikes relevant ist.
  • Weiter ermöglicht das mechanische Bauteil eine hochpräzise Bestimmung des Drehwinkels und/oder der Drehgeschwindigkeit des drehbaren Körpers anhand der Wechselwirkung von dem Magnetfeld und dem elektrisch leitfähigen Band mit der Vielzahl von äquidistanten Ausstanzungen.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des mechanischen Bauteils ist die Magnetfelderzeugungseinrichtung ausgelegt, zur Erzeugung des Magnetfeldes einen elektrischen Wechselstrom an mindestens eine Spule anzulegen, und die Erfassungsvorrichtung ist dazu ausgebildet, den Drehwinkel und/oder die Drehgeschwindigkeit durch Messen einer Frequenzänderung des Wechselstroms aufgrund der Wechselwirkung des elektrisch leitfähigen Bandes mit dem Magnetfeld zu bestimmen. Aufgrund von Wirbelströmen in dem elektrisch leitfähigen Band entsteht ein magnetisches Gegenfeld, dessen zeitliche und räumliche Verteilung von dem Drehwinkel und/oder der Drehgeschwindigkeit der Ausstanzungen und damit des drehbaren Körpers abhängt. Dadurch tritt eine Frequenzänderung des Wechselstroms auf, welche gemessen werden kann und anhand welcher der Drehwinkel und/oder die Drehgeschwindigkeit des drehbaren Körpers bestimmt werden können.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des mechanischen Bauteils ist die Magnetfelderzeugungseinrichtung dazu ausgelegt, zur Erzeugung des Magnetfeldes einen elektrischen Wechselstrom an mindestens eine Spule anzulegen, und die Magnetfelderzeugungseinrichtung ist ausgebildet, eine Frequenz des elektrischen Wechselstroms auf einen vorgegebenen Wert zu regeln, wobei die Erfassungsvorrichtung ausgebildet ist, anhand einer Änderung der von der Magnetfelderzeugungseinrichtung verbrauchten Energie den Drehwinkel und/oder die Drehgeschwindigkeit zu bestimmen. Die von einer Energiequelle bereitgestellte Energie hängt hierbei von dem durch das elektrisch leitfähige Band erzeugten Gegenfeld, und somit von einem Drehwinkel und/oder einer Drehgeschwindigkeit des drehbaren Körpers ab.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des mechanischen Bauteils ist das elektrisch leitfähige Band derart ausgebildet, dass eine Breite des elektrisch leitfähigen Bandes sich entlang des Umfangs des kreissegmentförmig angeordneten elektrisch leitfähigen Bandes verändert. Insbesondere kann das elektrisch leitfähige Band trapezförmig ausgebildet sein, so dass eine Breite des elektrisch leitfähigen Bands entlang des Umfangs zunimmt. Die Stärke der Wechselwirkung zwischen dem elektrisch leitfähigen Band und dem Magnetfeld ändert sich einerseits periodisch aufgrund der äquidistanten Ausstanzungen und andererseits absolut aufgrund der veränderlichen Breite des elektrisch leitfähigen Bandes. Die Stärke der induzierten Ströme und dadurch des erzeugten magnetischen Gegenfeldes hängt damit von dem Drehwinkel des drehbaren Körpers ab, welcher somit mit großer Genauigkeit bestimmt werden kann. Das mechanische Bauteil ist dadurch insbesondere für elektrische Antriebe in der Fahrzeugtechnik, beispielsweise für Scheibenwischermotoren, Fensterhebermotoren oder Sitzverstellungsmotoren anwendbar, wobei sowohl der Drehwinkel als auch die Drehgeschwindigkeit des drehbaren Körpers relevant sind.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des mechanischen Bauteils sind die Magnetfelderzeugungseinrichtung und/oder die Erfassungsvorrichtung in radialer Richtung um den drehbaren Körper herum angeordnet. Durch die radiale Anordnung der Magnetfelderzeugungseinrichtung und/oder der Erfassungsvorrichtung ist es möglich, den Bauraum in axialer Richtung zu reduzieren.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Herstellungsverfahrens wird der drehbare Körper durch Spritzgießen um das elektrisch leitfähige Band herum hergestellt. Der drehbare Körper kann somit sehr einfach und kostengünstig hergestellt werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen:
  • 1 eine Querschnittansicht eines mechanischen Bauteils gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine Ansicht eines elektrisch leitfähigen Bandes gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine Ansicht eines drehbaren Körpers mit einem elektrisch leitfähigen Band gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 4 eine Zeitabhängigkeit einer Frequenzänderung;
  • 5, 6 Ansichten eines elektrisch leitfähigen Bandes gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 7 eine Ansicht eines drehbaren Körpers mit einem elektrisch leitfähigen Band gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 8 eine Zeitabhängigkeit einer Frequenzänderung gemäß der zweiten Ausführungsform;
  • 9 ein Schaltbild zur Erläuterung einer Magnetfelderzeugungseinrichtung und einer Erfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 10 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Betriebsverfahren für ein mechanisches Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung; und
  • 11 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens für ein mechanisches Bauteil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll insbesondere nicht, sofern nichts anderes angegeben ist, eine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden. Des Weiteren können verschiedene Ausführungsformen, soweit nichts anderes angegeben ist, beliebig miteinander kombiniert werden.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines mechanischen Bauteils 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das mechanische Bauteil 100 kann beispielsweise als ein elektrischer Antrieb für Scheibenwischermotoren, Fensterhebermotoren oder Sitzverstellungsmotoren oder für Geschwindigkeitsmesser, beispielsweise in eBikes, ausgebildet sein. Das mechanische Bauteil 100 umfasst einen drehbaren Körper 101 in Form eines Zahnrads, welcher um eine Drehachse 105 herum drehbar gelagert ist. In axialer Richtung zu dem drehbaren Körper 101 ist eine Magnetfelderzeugungseinrichtung 102 auf einer Leiterplatte 104 angeordnet, welche ausgebildet ist, ein Magnetfeld zu erzeugen. Vorzugsweise ist die Magnetfelderzeugungseinrichtung 102 versetzt zur Drehachse 105 angeordnet.
  • Der drehbare Körper 101 weist ein elektrisch leitfähiges Band 201 auf, welches in 2 illustriert ist. Vorzugsweise besteht das elektrisch leitfähige Band 201 aus Metall. Das elektrisch leitfähige Band 201 ist Teil des drehbaren Körpers 101 und kreisförmig um die Drehachse 105 herum in dem drehbaren Körper 101 angeordnet, wie in 3 gezeigt. Das elektrisch leitfähige Band 201 kann insbesondere mehrfach aufgewickelt sein. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Insbesondere kann das elektrisch leitfähige Band 201 auch nur entlang eines Kreissegmentes um die Drehachse herum angeordnet sein. Das elektrisch leitfähige Band 201 ist hierbei in dem drehbaren Körper 101 fest integriert. Vorzugsweise kann der drehbare Körper 101 durch Spritzgießen hergestellt werden, wobei ein Material, insbesondere Kunststoff um das elektrisch leitfähige Band 201 herum mit einem Spritzgussverfahren ausgebildet wird.
  • In dem elektrisch leitfähigen Band 201 ist eine Vielzahl von Ausstanzungen 202 ausgebildet, welche einen konstanten Abstand d1 zueinander haben. Vorzugsweise weisen die Ausstanzungen 202 hierbei alle die gleiche Form auf. Insbesondere können die Ausstanzungen 202 rechteckig, quadratisch oder schlitzförmig sein. Der Abstand d1 zwischen zwei Ausstanzungen liegt vorzugsweise zwischen 100 Mikrometern und 10 Millimetern. Im in den drehbaren Körper 101 integrierten Zustand sind zwei benachbarte Ausstanzungen 202 um einen konstanten Ausstanzungswinkel α1 voneinander beabstandet.
  • Weiter umfasst das mechanische Bauteil 100 eine Erfassungsvorrichtung 103, welche ausgebildet ist, einen Drehwinkel α und/oder eine Drehgeschwindigkeit ω des drehbaren Körpers 101 um die Drehachse 105 herum anhand einer Wechselwirkung des elektrisch leitfähige Bandes 201 mit dem von der Magnetfelderzeugungseinrichtung 102 erzeugten Magnetfeld zu bestimmen. Der Drehwinkel α wird hierbei bezüglich einer vorgegebenen ortsfesten Achse senkrecht zur Drehachse gemessen.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Magnetfelderzeugungseinrichtung 102 mindestens eine Spule, wobei die Magnetfelderzeugungseinrichtung 102 dazu ausgelegt ist, durch Anlegen eines elektrischen Wechselstroms an die mindestens eine Spule ein periodisches magnetisches Wechselfeld zu erzeugen. Die mindestens eine Spule ist hierbei vorzugsweise versetzt zur Drehachse 105 angeordnet. Auf das von der Magnetfelderzeugungseinrichtung 102 erzeugte Magnetfeld überlagert sich aufgrund einer Wechselwirkung des elektrisch leitfähigen Bandes 201 mit dem Magnetfeld ein magnetisches Störfeld, welches durch induzierte Wirbelströme in dem elektrisch leitfähigen Band 201 und ein dadurch erzeugtes magnetisches Gegenfeld erzeugt wird. Das magnetische Störfeld führt zu einer Frequenzverschiebung S, welche von der Erfassungsvorrichtung 103 gemessen wird.
  • In 4 ist die Frequenzverschiebung S als Funktion der Zeit t für eine konstante Winkelgeschwindigkeit des drehbaren Körpers 101 illustriert. Die Frequenzverschiebung S hat hierbei einen zeitlich gemittelten Durchschnittswert S0, wobei die Frequenzverschiebung S periodisch, das heißt sinusförmig zwischen einem Maximalwert S1 und einem Minimalwert S2 oszilliert. Zwei Winkelstellungen des drehbaren Körpers 101, welche sich ein Vielfaches des Ausstanzungswinkels α1 unterscheiden, beeinflussen das magnetische Feld auf gleiche Weise, da die Positionierung der Ausstanzungen 202 bezüglich des Magnetfeldes gleich sind. Die Frequenzverschiebung S nimmt daher denselben Wert an. Eine Zeit t1 zwischen zwei benachbarten Minima der Frequenzverschiebung S entspricht somit einer Zeit, welche benötigt wird, damit sich der drehbare Körper 101 um den Ausstanzungswinkel α1 dreht.
  • Der Ausstanzungswinkel α1 ist hierbei eine bekannte Größe, welche auf der Speichervorrichtung der Erfassungsvorrichtung 103 gespeichert ist. Die Erfassungsvorrichtung 103 ist dazu ausgelegt, anhand des Ausstanzungswinkel α1 und der Zeit t1 zwischen zwei benachbarten Minima der Frequenzverschiebung S eine Drehgeschwindigkeit ω des drehbaren Körpers 101 zu bestimmen.
  • Ein derartiges mechanisches Bauteil 100 ist beispielsweise zur Geschwindigkeitsmessung für eBikes einsetzbar, bei welcher nur die Drehgeschwindigkeit ω des drehbaren Körpers 101 und nicht dessen Drehwinkel bekannt sein muss ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Magnetfelderzeugungseinrichtung 102 ausgebildet sein, die Frequenz des an die Spulen angelegten Stroms auf einen festen Wert zu regeln. Aufgrund der Änderung des magnetischen Gegenfeldes, welches aufgrund von induzierten Wirbelströmen in dem elektrisch leitfähigen Band 201 erzeugt wird, ändert sich das in dem mechanischen Bauteil erzeugte Magnetfeld. Um eine konstante Frequenz zu erreichen, ändert sich die von der Magnetfelderzeugungseinrichtung 102 dazu benötigte Energie mit der Zeit. Die Erfassungsvorrichtung 103 kann dazu ausgelegt sein, den Energieverbrauch zur Bestimmung der Drehgeschwindigkeit ω des drehbaren Körpers 101 zu verwenden. Die verbrauchte Energie hat eine ähnliche Zeitabhängigkeit wie die in 4 gezeigte Frequenzänderung. Die Erfassungsvorrichtung 103 kann somit ausgebildet sein, durch Bestimmen einer Zeit t1 zwischen zweier benachbarter Minima der verbrauchten Energie und dem Ausstanzungswinkel α1 die Drehgeschwindigkeit ω des drehbaren Körpers 101 zu bestimmen.
  • 5 zeigt ein elektrisch leitfähiges Band 501 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das elektrisch leitfähige Band 501 besteht vorzugsweise aus Metall. Das elektrisch leitfähige Band 501 ist hierbei trapezförmig ausgebildet, wobei eine Breite b von einer ersten Breite b1 an einem ersten Ende des elektrisch leitfähigen Bands 501 zu einer zweiten Breite b2 an einem zweiten Ende des elektrisch leitfähigen Bands 501 hin zunimmt. Das elektrisch leitfähige Band 501 weist eine Vielzahl von äquidistanten Ausstanzungen 502 auf, welche um einen Ausstanzungsabstand d2 voneinander beabstandet sind. Das elektrisch leitfähige Band 501 wird kreisförmig aufgewickelt, wobei die erste Seite 501a des elektrisch leitfähigen Band 501 mit der zweiten Seite 501b des elektrisch leitfähigen Bands 501 verbunden wird, wie in 6 illustriert.
  • 7 zeigt einen drehbaren Körper 701 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der drehbare Körper 701 umfasst hierbei das in 6 illustrierte elektrisch leitfähige Band 501, welches kreisförmig um die Drehachse 105 des drehbaren Körpers 701 herum angeordnet ist. Zwei benachbarte Ausstanzungen 502 schließen einen Ausstanzungswinkel α2 ein.
  • Analog zur oben beschriebenen Ausführungsform kann die Magnetfelderzeugungseinrichtung 102 ausgebildet sein, ein magnetisches Wechselfeld zu erzeugen. Die Erfassungsvorrichtung 103 misst eine Frequenzänderung S, welche durch das überlagerte magnetischen Störfeld bewirkt wird. Die Frequenzänderung S ist in 8 als Funktion der Zeit t illustriert. Die Frequenzänderung S oszilliert um eine linear ansteigende Gerade 801 herum zwischen parallel laufenden Geraden 802 und 803. Die Erfassungsvorrichtung 103 ist ausgebildet, durch Messen einer Zeit t2 zwischen zwei benachbarten lokalen Minima der Frequenzänderung S und anhand des bekannten Ausstanzungswinkels α2 eine Drehgeschwindigkeit ω des drehbaren Körpers 701 zu bestimmen. Die Zeit t2 entspricht hierbei derjenigen Zeit, welche zum Drehen um den Ausstanzungswinkel α2 benötigt wird.
  • Weiter kann anhand des Zeitverlaufs der Frequenzänderung S zu einem beliebigen Zeitpunkt t0 durch Messen der Frequenzänderung S0 der Drehwinkel α des drehbaren Körpers 701 bestimmt werden. Da das elektrisch leitfähige Band 501 trapezförmig ausgebildet ist, nimmt die Stärke des magnetischen Störfelds mit der Zeit zu. Damit nimmt auch die Frequenzänderung S mit der Zeit zu. Das lineare Ansteigen der Geraden 801 entspricht somit dem linearen Ansteigen der Breite b des elektrisch leitfähigen Bandes 501
  • Ein Zusammenhang von Frequenzänderung S und dem Drehwinkel α kann auf einem Speicher der Erfassungsvorrichtung 103 gespeichert sein. Die Erfassungsvorrichtung 103 kann dann durch Messen der Frequenzänderung S als Funktion der Zeit t durch Vergleichen mit der gespeicherten Abhängigkeit der Frequenzänderung S von dem Drehwinkel α einen momentanen Drehwinkel α des drehbaren Körpers 101 bestimmen.
  • 9 zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung einer beispielhaften Magnetfelderzeugungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Vier Spulen 903 sind in Reihe geschaltet, wobei die Spulen 903 auf verschiedenen Ebenen der Leiterplatte 104 angeordnet sein können. Weiter umfasst die Magnetfelderzeugungseinrichtung 102 eine Steuervorrichtung 902, welche ausgebildet ist, einen ersten Schaltkreis mit einem ersten Widerstand R1 und einem ersten Kondensator C1 zu schließen oder einen zweiten Schaltkreis mit einem zweiten Widerstand R2 und einem zweiten Kondensator C2 zu schließen. Die angelegten Spannungen bzw. die benötigte Energie wird hierbei von einer Messvorrichtung 901 gemessen. Die Erfassungsvorrichtung 103 kann insbesondere ausgebildet sein, wenn der erste Schwingkreis 904 geschaltet ist, den Drehwinkel α zu messen und wenn der zweiten Schwingkreis 905 geschaltet ist, die Drehgeschwindigkeit ω des drehbaren Körpers 101 zu messen.
  • 10 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Betriebsverfahrens eines mechanischen Bauteils, wobei das mechanische Bauteil einer der oben beschriebenen Ausführungsformen entsprechen kann. In einem ersten Schritt S11 wird ein Magnetfeld durch die Magnetfelderzeugungseinrichtung 102 erzeugt. In einem zweiten Schritt S12 wird eine Änderung des erzeugten Magnetfelds durch die Erfassungsvorrichtung 103 gemessen. Insbesondere kann hierbei eine Frequenzänderung S, wie in den 4 oder 8 illustriert, oder eine Änderung der benötigten Energie zur Aufrechterhaltung der Frequenz gemessen werden. Schließlich wird in einem dritten Schritt S13 ein Drehwinkel α und/oder eine Drehgeschwindigkeit ω des drehbaren Körpers bestimmt.
  • 11 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens für ein mechanisches Bauteil. In einem ersten Schritt S21 wird hierbei ein drehbarer Körper mit einem um eine Drehachse 105 des drehbaren Körpers herum angeordneten elektrisch leitfähigen Band ausgebildet. Das elektrisch leitfähige Band weist hierbei eine Vielzahl von äquidistanten Ausstanzungen auf, beispielsweise wie in den 2 oder 5 illustriert.
  • Der drehbare Körper kann insbesondere durch Spritzgießen mit einem Material, insbesondere einem Kunststoff, um das elektrisch leitfähige Band herum hergestellt werden.
  • Weiter wird in einem zweiten Schritt S22 in dem mechanischen Bauteil eine Magnetfelderzeugungseinrichtung 102 angeordnet, welche dazu ausgelegt ist, ein Magnetfeld zu erzeugen.
  • In einem dritten Schritt S23 wird der drehbare Körper derart angeordnet, dass der drehbare Körper in dem erzeugten Magnetfeld drehbar gelagert ist.
  • In einem vierten Schritt S24 wird eine Erfassungsvorrichtung 103 angeordnet, wobei die Erfassungsvorrichtung 103 ausgebildet ist, einen Drehwinkel und/oder eine Drehgeschwindigkeit des drehbaren Körpers anhand einer Wechselwirkung des elektrisch leitfähigen Bandes mit dem Magnetfeld zu messen.
  • 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 102005040646 A1 [0002]

Claims (8)

  1. Mechanisches Bauteil (100), mit einer Magnetfelderzeugungseinrichtung (102) zur Erzeugung eines Magnetfeldes; einem drehbaren Körper (101), welcher in dem erzeugten Magnetfeld drehbar gelagert ist und ein kreissegmentförmig um eine Drehachse (105) des drehbaren Körpers (101) herum angeordnetes elektrisch leitfähiges Band (201; 501) aufweist, wobei das elektrisch leitfähige Band (201; 501) eine Vielzahl von äquidistanten Ausstanzungen (202; 502) aufweist; und einer Erfassungsvorrichtung (103), welche ausgebildet ist, einen Drehwinkel und/oder eine Drehgeschwindigkeit des drehbaren Körpers (101) anhand einer Wechselwirkung des elektrisch leitfähigen Bandes (201; 501) mit dem Magnetfeld zu bestimmen.
  2. Mechanisches Bauteil (100) nach Anspruch 1, wobei die Magnetfelderzeugungseinrichtung (102) ausgelegt ist, zur Erzeugung des Magnetfeldes einen elektrischen Wechselstrom an mindestens eine Spule anzulegen; und die Erfassungsvorrichtung (103) ausgebildet ist, den Drehwinkel und/oder die Drehgeschwindigkeit durch Messen einer Frequenzänderung des Wechselstroms aufgrund der Wechselwirkung des elektrisch leitfähigen Bandes (201; 501) mit dem Magnetfeld zu bestimmen.
  3. Mechanisches Bauteil (100) nach Anspruch 1, wobei die Magnetfelderzeugungseinrichtung (102) ausgelegt ist, zur Erzeugung des Magnetfeldes einen elektrischen Wechselstrom an mindestens eine Spule anzulegen; und die Magnetfelderzeugungseinrichtung (102) ausgebildet ist, eine Frequenz des elektrischen Wechselstroms auf einen vorgegebenen Wert zu regeln; und wobei die Erfassungsvorrichtung (103) ausgebildet ist, anhand einer Änderung der von der Magnetfelderzeugungseinrichtung (102) verbrauchten Energie den Drehwinkel und/oder die Drehgeschwindigkeit des drehbaren Körpers (101) zu bestimmen.
  4. Mechanisches Bauteil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das elektrisch leitfähige Band (201; 501) derart ausgebildet ist, dass eine Breite (b) des elektrisch leitfähigen Bandes (201; 501) sich entlang des Umfangs des kreissegmentförmig angeordneten elektrisch leitfähiges Bandes (201; 501) verändert.
  5. Mechanisches Bauteil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Magnetfelderzeugungseinrichtung (102) und/oder die Erfassungsvorrichtung (103) in radialer Richtung um den drehbaren Körper (101) herum angeordnet sind.
  6. Betriebsverfahren für ein mechanisches Bauteil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit den Schritten: Erzeugen (S11) eines Magnetfelds durch die Magnetfelderzeugungseinrichtung (102); Messen (S12) einer Änderung des erzeugten Magnetfelds durch die Erfassungsvorrichtung (103); und Bestimmen (S13) des Drehwinkels und/oder der Drehgeschwindigkeit des drehbaren Körpers (101) anhand der gemessenen Änderung des Magnetfelds.
  7. Herstellungsverfahren für ein mechanisches Bauteil, mit den Schritten: Ausbilden (S21) eines drehbaren Körpers (101) mit einem um eine Drehachse (105) des drehbaren Körpers (101) herum kreissegmentförmig angeordneten elektrisch leitfähigen Band (201; 501), welches eine Vielzahl von äquidistanten Ausstanzungen (202; 502) aufweist; Anordnen (S22) einer Magnetfelderzeugungseinrichtung (102) zur Erzeugung eines Magnetfeldes; Anordnen (S23) des drehbaren Körpers (101), sodass der drehbare Körper (101) in dem erzeugten Magnetfeld drehbar gelagert ist; und Anordnen (S24) einer Erfassungsvorrichtung (103), welche ausgebildet ist, einen Drehwinkel und/oder eine Drehgeschwindigkeit des drehbaren Körpers (101) anhand einer Wechselwirkung des elektrisch leitfähigen Bandes (201; 501) mit dem Magnetfeld zu messen.
  8. Herstellungsverfahren nach Anspruch 7, wobei der drehbare Körper (101) durch Spritzgießen um das elektrisch leitfähige Band (201; 501) herum hergestellt wird.
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