-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung von Relativpositionen zweier relativ zueinander bewegbarer Teile, insbesondere zweier Kraftfahrzeugteile, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Derartige marktbekannte Vorrichtungen werden eingesetzt, um Dreh- oder Verschiebebewegungen zweier Teile relativ zueinander zu erfassen.
-
In der
DE 199 32 726 C2 ist ein 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.
-
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.
-
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 Gehäuses, 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.
-
-
Aus der
US 5,818,223 A ist es bekannt, das Signal erfassende Element in einem Hohlraum des Gehäuses allseits einzugießen und die Verbindungsöffnung mittels einer Dichtplatte zu verschließen.
-
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.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
-
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.
-
Erfindungsgemäß ist das signalgebende Element auf einer Welle befestigt, die im Gehäuse gelagert ist. Mit der Welle können einfach Drehbewegungen übertragen werden. Das außerhalb 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.
-
Zweckmäßigerweise kann 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.
-
Um auf eine separate Ringdichtung für die Welle verzichten zu können, kann die Welle aus korrosionsbeständigem Material, insbesondere aus Edelstahl oder Kunststoff, sein. Feuchtigkeit, die in den Lagerraum des Gehäuses, in dem die Welle gelagert ist, eindringt, kann an der korrosionsbeständigen Welle keinen Schaden anrichten.
-
Ferner kann 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.
-
Vorteilhafterweise kann das signalgebende Element geeignet sein, ein Magnetfeld zu erzeugen, insbesondere ein Permanentmagnet, und das signalerfassende Element, insbesondere wenigstens ein Hall-Element, kann geeignet sein, 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.
-
Das signalgebende Element und das signalerfassende Element können auch induktiv gekoppelt sein, derart, dass sie geeignet sind, Änderungen der Positionen der Elemente relativ zueinander zu erfassen.
-
Erfindungsgemäß ist das signalerfassende Element in einem Hohlraum des Gehäuses mit Kunststoff vergossen. 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.
-
Erfindungsgemäß weist der Hohlraum des Gehäuses eine Verbindungsöffnung zu dem Lagerraum auf, 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.
-
Alternativ kann das Gehäuse bei einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform 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.
-
Bei einer weiteren nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform 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.
-
Vorteilhafterweise kann die Vorrichtung ein Fahrwerkssensor, insbesondere Drehwinkelsensor, eines Kraftfahrzeugs sein, an den hohe Anforderungen bezüglich einfacher Herstellbarkeit und Zuverlässigkeit gestellt werden. Drehwinkelsensoren sind besonders platzsparend und präzise.
-
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
- 1 schematisch einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen ersten Ausführungsbeispiels eines Drehwinkelsensors mit einer in einem Gehäuse vergossenen Sensoreinrichtung;
- 2 schematisch einen Schnitt des Drehwinkelsensors aus 1, entlang der dortigen Schnittlinie II-II;
- 3 schematisch einen Längsschnitt eines nicht erfindungsgemäßen zweiten Ausführungsbeispiels eines zu dem Drehwinkelsensor aus den 1 und 2 ähnlichen Drehwinkelsensors;
- 4 schematisch einen Schnitt des Drehwinkelsensors aus 3 entlang der dortigen Schnittlinie IV-IV;
- 5 schematisch einen Längsschnitt eines nicht erfindungsgemäßen dritten Ausführungsbeispiels eines zu den Drehwinkelsensoren aus den 1 bis 4 ähnlichen Drehwinkelsensors.
-
In den 1 und 2 ist ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehener Drehwinkelsensor zur Verwendung als Fahrwerkssenscr 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.
-
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).
-
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.
-
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.
-
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.
-
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°.
-
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.
-
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.
-
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.
-
In axialer Richtung der Welle 14 von dem Rundmagneten 30 beabstandet ist eine Sensoreinrichtung 32 gehäusefest in einem Hohlraum 38 des Gehäuses 12 angeordnet.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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 46 ist mit dem Hohlraum 38 über die Öffnung 45 verbunden. Die Steckerwanne 46 ragt aus dem Wannen-Aufnahmebereich 48 heraus.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
Anschließend wird die mit den Sensorelementen 36 bestückte Platine 34 mit den Anschlussstiften 44 verlötet.
-
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.
-
Das Sensorelement 36 ist jetzt gegenüber dem Rundmagneten 30 im Hohlraum 36 platziert, wobei die Platine 34 an den Anlagepodesten 39 anliegt.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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 seiner Schenkeln die Welle 114 in einer in deren Mantelfläche eingebrachten Sicherungsnut 156 übergreift.
-
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.
-
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.
-
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.
-
Zur Montage des Drehwinkelsensors 110 wird die Welle 114 mit ihrem freien Ende in die Messingbuchse 117 eingepresst.
-
Anschließend wird die Welle 114 mit ihrem den Rundmagneten 130 aufweisenden Ende voraus von der dem Hohlraum 136 gegenüberliegenden offenen Seite des Lagerraums 124 in diesen eingeschoben.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
Das komplett gefertigte Sensormodulgehäuses ohne die Welle 214 und den Hebelarm 216 kann dann werkzeugfallend aus der Spritzgussmaschine entnommen werden.
-
Anschließend wird die Welle 214 in den Lagerraum 224 eingesteckt und mit dem Sicherungsbügel 252 analog zum zweiten Ausführungsbeispiel festgelegt.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
Anstelle von Rundmagneten 30; 130; 230, können auch andersförmige Magnete, beispielsweise Ringmagnete, an der Welle 14; 114; 214 vorgesehen sein.
-
Wenigstens ein Sensorelement kann beispielsweise der Mantelfläche der Welle gegenüberliegen, beispielsweise in einem später zu vergießenden Ringraum angeordnet sein.
-
Anstelle der Sensorelemente 36; 136; 236 mit vier Hallelementen können auch andersartige Sensorelement verwendet werden, die geeignet sind eine Magnetfeldänderung am Ort des signalerfassenden Elements zu erfassen, die durch Bewegungen des signalgebenden Elements hervorgerufen werden.
-
Statt der magnetischen Erfassung von Relativpositionen kann auch eine auf einem anderen physikalischen Prinzip beruhende beruhrungslose 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.
