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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Drehsensorvorrichtung für eine Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs.
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Stand der Technik
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Bei bisher bekannten Drehsensorvorrichtungen für Lenkeinrichtungen von Kraftfahrzeugen wird die Drehung zweier Wellen gegeneinander um eine gemeinsame Achse festgestellt bzw. gemessen. Hierzu weisen die Drehsensorvorrichtungen oftmals einen Magnet und einen Magnetfeldsensor auf, die bei Drehung der zwei Wellen relativ zueinander, relativ zueinander bewegt werden. Durch die Änderung des Magnetfelds des Magneten in dem Magnetfeldsensor wird die Drehung der einen Welle relativ zu der anderen Welle gemessen.
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In Kraftfahrzeugen findet eine zunehmende Elektrifizierung sowohl im Antriebsstrang als auch bei den übrigen Fahrzeugkomponenten statt. Dazu müssen hohe elektrische Leistungen über elektrische Leitungen bzw. Kabel übertragen werden, was mit großen elektrischen Strömen in den Leitungen bzw. Kabeln einhergeht. Diese großen elektrischen Ströme erzeugen wiederum starke EMV-Störeinflüsse, insbesondere magnetische Störfelder. Bisher bekannte Drehsensorvorrichtungen werden durch diese Störquellen -durch Überlagerung des Nutzmagnetfeldes des Magneten - negativ beeinflusst, wodurch die Präzision bzw. Zuverlässigkeit der Drehsensorvorrichtungen vermindert wird.
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Aus dem Stand der Technik, wie der
DE 693 15 127 T2 , ist ferner eine Drehsensorvorrichtung für eine Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs bekannt, wobei die Drehsensorvorrichtung eine erste Welle und eine zweite Welle sowie einen fest mit der ersten Welle verbundenen Magnetfeldsensor und einen fest mit der zweiten Welle verbundenen Magneten aufweist, und wobei die Drehsensorvorrichtung zumindest zwei voneinander beabstandete ferromagnetische Elemente umfassen kann, zwischen welchen der Magnet und der Magnetfeldsensor angeordnet sind.
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Darüber hinaus aus der
EP 2 350 594 B1 eine Drehsensorvorrichtung einer Lenkeinrichtung bekannt, bei welcher ein Bereich, der sich zwischen zwei Halteteilen eines Magneten und eines Sensors befindet, nicht komplett von einem der Halteteile überdeckt ist.
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Des Weiteren offenbart die
US 2018/0086375 A1 eine Drehsensoreinrichtung für eine Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs, wobei die Drehsensorvorrichtung eine erste Welle und eine zweite Welle sowie drei miteinander kämmende Zahnräder aufweist, wobei eines der Zahnräder fest mit der zweiten Welle verbunden ist, und wobei die Zahnräder sowie Magnetfeldsensoren zum Erkennen von Drehungen der Zahnräder in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
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Zudem ist aus der
DE 10 2008 051 479 A1 eine Drehsensoreinrichtung mit einem ferromagnetischen Gehäuse zur Abschirmung gegen äußere Magnetfelder bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Drehsensorvorrichtung für eine Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des hier vorgestellten Ansatzes ergeben sich aus der Beschreibung und sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Vorteile der Erfindung
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, Störeinflüsse der Drehsensorvorrichtung durch externe magnetische Felder zu reduzieren und somit die Güte und Zuverlässigkeit der Drehsensorvorrichtung für eine Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs zu erhöhen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Drehsensorvorrichtung für eine Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, wobei die Drehsensorvorrichtung eine erste Welle und eine zweite Welle aufweist, wobei die erste Welle relativ zu der zweiten Welle um eine gemeinsame Achse drehbar angeordnet ist, wobei die Drehsensorvorrichtung zum Feststellen einer Drehung der ersten Welle relativ zu der zweiten Welle um die gemeinsame Achse ausgebildet ist, wobei die Drehsensorvorrichtung einen Magneten und einen Magnetfeldsensor aufweist, wobei der Magnetfeldsensor mit der ersten Welle fest verbunden ist und der Magnet mit der zweiten Welle fest verbunden ist, wobei die Drehsensorvorrichtung zumindest zwei und vorteilhaft genau zwei, ferromagnetische Abschirmelemente zum Abschirmen eines externen magnetischen Störfelds von dem Magnetfeldsensor aufweist, wobei die Abschirmelemente in einer Axialrichtung, die parallel zu der gemeinsamen Achse verläuft, der Drehsensorvorrichtung beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei ein, insbesondere gesamter, Bereich der Drehsensorvorrichtung, der sich entlang einer Axialrichtung der Drehsensorvorrichtung auf einer Höhe zwischen den Abschirmelementen befindet, in einer Radialrichtung der Drehsensorvorrichtung, wobei die Radialrichtung senkrecht zu der Axialrichtung verläuft, von keinem der Abschirmelemente bedeckt ist, und wobei der Magnet und der Magnetfeldsensor zwischen den Abschirmelementen zum Abschirmen des externen magnetischen Störfelds von dem Magnetfeldsensor derart angeordnet sind, dass die kürzeste Entfernung zwischen dem Magnet und dem Magnetfeldsensor in der Radialrichtung der Drehsensorvorrichtung verläuft.
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Vorteilhaft hieran ist, dass der Magnetfeldsensor durch die ferromagnetischen Abschirmelemente in der Regel technisch einfach vor externen Magnetfeldern bzw. Störfeldern geschützt ist. Die Abschirmelemente sorgen im Allgemeinen dafür, dass das externe Magnetfeld bzw. das magnetische Störfeld zwischen den Abschirmelementen stark vermindert ist, indem das externe Magnetfeld bzw. das magnetische Störfeld aus dem Bereich zwischen den beiden Abschirmelementen verdrängt wird. Hierdurch steigen üblicherweise die Präzision und die Zuverlässigkeit der Drehsensorvorrichtung. Somit kann die Drehsensorvorrichtung typischerweise auch in Bereichen des Kraftfahrzeugs verwendet werden, in denen hohe Ströme fließen und somit starke externe Magnetfelder (von außerhalb der Drehsensorvorrichtung) existieren. Dies erhöht in der Regel die Flexibilität der Anordnung der Drehsensorvorrichtung in einem Kraftfahrzeug, da die Drehsensorvorrichtung an besonders vielen Stellen des Kraftfahrzeugs angeordnet werden kann.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Drehsensoreinrichtung für eine Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, wobei die Drehsensoreinrichtung eine erste Welle und eine zweite Welle aufweist, wobei die erste Welle relativ zu der zweiten Welle um eine gemeinsame Achse drehbar angeordnet ist, wobei die Drehsensoreinrichtung zum Feststellen einer Drehung der ersten Welle relativ zu der zweiten Welle um die gemeinsame Achse ausgebildet ist, wobei die zweite Welle ein mit der zweiten Welle drehfest verbundenes erstes Zahnrad aufweist, wobei die Drehsensoreinrichtung ein zweites Zahnrad und ein drittes Zahnrad aufweist, wobei das zweite Zahnrad und das dritte Zahnrad jeweils derart in Eingriff mit dem ersten Zahnrad stehen, dass bei einer Drehung des ersten Zahnrads das zweite Zahnrad und das dritte Zahnrad gedreht werden, wobei das zweite Zahnrad und das dritte Zahnrad eine unterschiedlich große Anzahl an Zähnen aufweist, wobei das zweite Zahnrad und das dritte Zahnrad jeweils einen Magneten aufweisen, wobei die Drehsensoreinrichtung ferner einen Magnetfeldsensor zum Erkennen von Drehungen des zweiten Zahnrads und des dritten Zahnrads aufweist, wobei das zweite Zahnrad, das dritte Zahnrad und der Magnetfeldsensor zwischen zumindest zwei und vorteilhaft genau zwei ferromagnetischen Abschirmelementen zum Abschirmen eines externen magnetischen Störfelds von dem Magnetfeldsensor angeordnet sind.
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Vorteilhaft hieran ist, dass der Absolutwinkel einer Drehung der zweiten Welle relativ zu einem feststehenden Gehäuse der Drehsensoreinrichtung typischerweise technisch einfach aufgrund des Nonius-Prinzips präzise bestimmt werden kann.
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Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
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Die Erfindung beruht unter anderem auf der Idee, einen Magnetfeldsensor zwischen zwei ferromagnetischen Abschirmelementen anzuordnen, wodurch das Störfeld bzw. das externe Magnetfeld zwischen den Abschirmelementen stark reduziert wird und somit das auf den Magnetfeldsensor einwirkende magnetische Störfeld stark vermindert ist.
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Vorliegend sind die Abschirmelemente, insbesondere in Radialrichtung, parallel zueinander verlaufend angeordnet. Hierdurch wird üblicherweise das externe Magnetfeld bzw. Störfeld besonders gleichmäßig aus dem Bereich zwischen den beiden Abschirmelementen verdrängt.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst mindestens eines der zwei Abschirmelemente ein Metallblech, insbesondere besteht mindestens eines der zwei Abschirmelemente aus einem Metallblech. Vorteilhaft hieran ist, dass die Drehsensorvorrichtung im Allgemeinen kostengünstig herstellbar ist. Zudem weist die Drehsensorvorrichtung üblicherweise ein besonders geringes Volumen auf.
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Gemäß einer Ausführungsform ist mindestens eines der zwei Abschirmelemente, insbesondere beide Abschirmelemente, in einem Querschnitt senkrecht zur Achse der Drehsensorvorrichtung betrachtet zumindest im Wesentlichen L-förmig und vorteilhaft L-förmig ausgebildet. Ein Vorteil hiervon ist, dass das Abschirmelement bzw. die Abschirmelemente typischerweise technisch besonders einfach mit den jeweiligen Wellen verbunden werden kann bzw. können.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Magnetfeldsensor derart angeordnet, dass der Magnetfeldsensor in Radialrichtung einen kleineren Abstand zu der Achse der Drehsensorvorrichtung aufweist als der Magnet. Hierdurch wird der Magnetfeldsensor in der Regel noch stärker bzw. effektiver vor externen Magnetfeldern bzw. Störfeldern geschützt. Dies erhöht im Allgemeinen die Präzision der Drehsensorvorrichtung noch weiter.
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Gemäß einer Ausführungsform sind der Magnet an einem ersten Abschirmelement der zwei Abschirmelemente und der Magnetfeldsensor an einem zweiten Abschirmelement der zwei Abschirmelemente befestigt. Hierdurch kann die Drehsensorvorrichtung typischerweise technisch besonders einfach und kostengünstig ausgebildet sein.
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Gemäß einer Ausführungsform ist ein minimaler Abstand zwischen dem Magnet und dem zweiten Abschirmelement geringer als eine Länge des zweiten Abschirmelements in Radialrichtung, insbesondere beträgt ein minimaler Abstand zwischen dem Magnet und dem zweiten Abschirmelement maximal 20% der Länge des zweiten Abschirmelements in Radialrichtung. Vorteilhaft hieran ist, dass das externe Magnetfeld bzw. Störfeld üblicherweise noch effektiver aus dem Bereich zwischen den zwei Abschirmelementen gedrängt wird, so dass die Störfeldstärke an der Stelle des Magnetfeldsensors besonders gering ist.
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Gemäß einer Ausführungsform weist mindestens eines der Abschirmelemente, insbesondere beide Abschirmelemente, in Radialrichtung eine größere Länge auf als der Abstand des Magneten zur Achse der Drehsensorvorrichtung. Ein Vorteil hiervon ist, dass das externe Magnetfeld bzw. Störfeld an der Stelle des Magnetfeldsensors in der Regel besonders gering ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Magnetfeldsensor zum Feststellen einer Änderung eines Magnetfelds des Magnets durch eine Änderung des elektrischen Widerstands ausgebildet. Vorteilhaft hieran ist, dass die Drehung der einen Welle relativ zu der anderen Welle typischerweise besonders präzise erfasst bzw. bestimmt werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Magnet eine Vielzahl von Nordpolen und Südpolen entlang der Umfangsrichtung der Achse der Drehsensorvorrichtung auf. Ein Vorteil hiervon ist, dass die Präzision der Bestimmung der Drehung der einen Welle relativ zu der anderen Welle typischerweise besonders hoch ist.
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Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen der Drehsensorvorrichtung beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
- 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform der Drehsensorvorrichtung ohne ein Gehäuse;
- 2 zeigt eine Seitenansicht einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform der Drehsensorvorrichtung;
- 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Drehsensorvorrichtung aus 2 ohne Gehäuse;
- 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Drehsensorvorrichtung aus 2 mit Gehäuse;
- 5 zeigt eine Aufsicht auf die Drehsensorvorrichtung aus 2;
- 6 zeigt eine Seitenansicht einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform der Drehsensorvorrichtung;
- 7 zeigt eine perspektivische Ansicht der Drehsensorvorrichtung aus 6;
- 8 zeigt eine perspektivische Ansicht der Drehsensorvorrichtung aus 6 mit Gehäuse; und
- 9 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht der Drehsensorvorrichtung aus 6.
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Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Querschnittsansicht einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform der Drehsensorvorrichtung 10 ohne ein Gehäuse.
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Die Drehsensorvorrichtung 10 umfasst eine erste Welle 20 und eine zweite Welle 25. Die erste Welle 20 und die zweite Welle 25 der Drehsensorvorrichtung 10 weisen bzw. die Drehsensorvorrichtung 10 weist eine gemeinsame Achse 28 auf. Die erste Welle 20 ist relativ zu der zweiten Welle 25 um die Achse 28 drehbar gelagert.
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In 1, 2, 4 und 5 ist jeweils nur eine Hälfte der Welle 20, 25 dargestellt.
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Die Drehsensorvorrichtung 10 kann insbesondere für eine Lenkung eines Kraftfahrzeugs, wie z.B. ein PKW, LKW, Zug, Flugzeug, Schiff oder ähnliches ausgebildet sein. Insbesondere die Drehung eines Lenkrads kann durch die Drehsensorvorrichtung 10 detektiert bzw. bestimmt werden. Zudem kann die Größe der Drehung bzw. das Maß der Drehung und/oder die Geschwindigkeit der Drehung und/oder das Drehmoment gemessen werden.
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Die Drehsensorvorrichtung 10 weist zudem zwei ferromagnetische Abschirmelemente 40, 45 auf. Die Abschirmelemente 40, 45 sind jeweils starr und/oder fest mit der jeweiligen Welle 20, 25 verbunden und insbesondere daran befestigt. Das erste Abschirmelement 40 (oberes Abschirmelement in 1) dreht sich um die Achse 28, wenn sich die erste Welle 20 (obere Welle) dreht.
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Das zweite Abschirmelement 45 (unteres Abschirmelement in 1) dreht sich um die Achse 28, wenn sich die zweite Welle 25 (untere Welle) dreht.
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Die Abschirmelemente 40, 45 können beispielsweise als Metallblech ausgebildet sein. In 1 weisen sie im Querschnitt, der die Achse 28 enthält, jeweils eine L-förmige Form auf. Hierbei verlaufen die Abschirmelemente 40, 45 zumindest im Wesentlichen bzw. hauptsächlich in Radialrichtung 80 der Drehsensorvorrichtung 10. Die Radialrichtung 80 verläuft in 1 von links nach rechts. Der parallel zu der Axialrichtung 85 der Drehsensorvorrichtung 10 verlaufende Teil der Abschirmelemente 40, 45 dient zum Befestigen des jeweiligen Abschirmelements 40, 45 an der jeweiligen Welle 20, 25. Die Axialrichtung 85 verläuft in 1 von unten nach oben.
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Die Abschirmelemente 40, 45 können ein weichmagnetisches Material aufweisen. Die Dicke und/oder Materialstärke des jeweiligen Abschirmelements 40, 45 beträgt zumindest 0,5 mm und/oder maximal 1 mm.
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Die Abschirmelemente 40, 45 sind parallel zueinander angeordnet. Vorstellbar ist jedoch auch, dass die Abschirmelemente 40, 45 derart angeordnet sind, dass der Abstand der Abschirmelemente 40, 45 zueinander kleiner wird, je weiter man sich von den Wellen 20, 25 bzw. der gemeinsamen Achse 28 entfernt. Hierdurch kann die Abschirmung magnetischer Störfelder noch weiter verbessert werden. Der Abstand der Abschirmelemente 40, 45 zueinander beträgt insbesondere höchstens 15 mm und vorteilhaft höchstens 10 mm und/oder zumindest 5 mm und vorteilhaft zumindest 9 mm.
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Durch die Abschirmelemente 40, 45 werden externe Magnetfelder, d.h. magnetische Felder, die außerhalb der Drehsensorvorrichtung 10 entstehen, bzw. Störfelder von außerhalb aus dem Bereich zwischen den Abschirmelementen 40, 45 gedrängt. Die Feldstärke von externen Magnetfeldern in dem Bereich zwischen den beiden Abschirmelementen 40, 45 wird stark vermindert bzw. ist gering. Dies ist bedingt durch die ferromagnetischen Eigenschaften des Materials der Abschirmelemente 40, 45. Die ferromagnetischen Abschirmelemente 40, 45 fungieren als Magnetfeldflussleiter. Das externe Magnetfeld bzw. das Störfeld wird bevorzugt über die ferromagnetischen Abschirmelemente 40, 45 geleitet.
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Die Drehsensorvorrichtung 10 weist ferner einen Magneten 50 und einen Magnetfeldsensor 60 auf. Der Magnet 50 kann ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet sein. Der Magnetfeldsensor 60 ist zum Erfassen von Veränderungen des Magnetfelds des Magneten 50 ausgebildet. Der Magnetfeldsensor 60 kann insbesondere ein MR-Sensor sein, bei dem durch eine Änderung eines Magnetfelds des Magnets 50 durch eine Änderung des elektrischen Widerstands festgestellt wird.
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Der Magnet 50 ist mit dem ersten Abschirmelement 40, das an der ersten Welle 20 befestigt ist, fest verbunden bzw. daran befestigt. Der Magnetfeldsensor 60 ist mit dem zweiten Abschirmelement 45, das an der zweiten Welle 25 befestigt ist, fest verbunden bzw. daran befestigt.
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Somit wird der Magnet 50 relativ zu dem Magnetfeldsensor 60 in Umfangsrichtung der Wellen 20, 25 bzw. der Drehsensorvorrichtung 10 bewegt, wenn sich die erste Welle 20 relativ zu der zweiten Welle 25 um die gemeinsame Achse 28 dreht. Hierdurch kann eine Veränderung des Magnetfelds und folglich die Richtung, Größe und Geschwindigkeit der Bewegung der ersten Welle 20 relativ zu der zweiten Welle 25 gemessen bzw. bestimmt werden.
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Der Magnet 50 ist auf einer Seite des ersten Abschirmelements 40 angeordnet, die dem zweiten Abschirmelement 45 zugewandt ist. Der Magnet 50 erstreckt sich hauptsächlich in Axialrichtung 85 bzw. parallel zur der Axialrichtung 85 der Drehsensorvorrichtung 10. Der Magnetfeldsensor 60 ist zwischen dem Magneten 50 und den Wellen 20, 25 bzw. der Achse 28 bzw. dem Torsionsstab 29 angeordnet. Der Magnetfeldsensor 60 befindet sich in Radialrichtung 80 näher an den Wellen 20, 25 bzw. der Achse 28 als der Magnet 50. Der Magnet 50 kann in Umfangsrichtung (die in 1 in die Zeichenebene hinein verläuft) eine Vielzahl von Nordpolen und Südpolen aufweisen.
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Ein gesamter Bereich der Drehsensorvorrichtung 10, der sich zwischen den Abschirmelementen 40, 45 erstreckt, ist in Radialrichtung 80 der Drehsensorvorrichtung 10 hin derart offen, dass kein Teil der Abschirmelemente 40, 45 diesen Bereich in Radialrichtung 80 bedeckt. Dies bedeutet, dass man von außerhalb der Drehsensorvorrichtung 10 in Radialrichtung 80 zu der Achse 28 bzw. dem Torsionsstab 29 bzw. den Wellen 20, 25 zwischen den Abschirmelementen 40, 45 gelangen kann, ohne dass ein Teil eines Abschirmelements 40, 45 hierbei im Weg ist.
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Der Magnet 50 und der Magnetfeldsensor 60 sind derart angeordnet, dass (die kürzesten) Magnetfeldlinien zwischen dem Magnet 50 und dem Magnetfeldsensor 60 zumindest im Wesentlichen in Radialrichtung 80 der Drehsensorvorrichtung 10 verlaufen. Der Magnet 50 erstreckt sich über einen Großteil des Abstands zwischen den Abschirmelementen 40, 45 in Axialrichtung 85 der Drehsensorvorrichtung 10, insbesondere über mindestens 80% oder mindestens 90% des Abstands zwischen den Abschirmelementen 40, 45. Dies bedeutet, dass zwischen dem Magnet 50 und dem zweiten Abschirmelement 45 nur ein Spalt mit geringer Größe vorhanden ist. Der Spalt ist aus bautechnischen Gründen vorhanden. Es ist auch denkbar, dass kein Spalt zwischen dem Magnet 50 und dem zweiten Abschirmelement 45 vorhanden ist.
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Die Abschirmelemente 40, 45 erstrecken sich hauptsächlich in Radialrichtung 80 der Drehsensorvorrichtung 10. Die von den Wellen 20, 25 abgewandte Seite des Magnets 50 schließt bündig mit den von den Wellen 20, 25 abgewandten Seiten der Abschirmelemente 40, 45 ab.
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Es kann neben der in 1 gezeigten Drehsensorvorrichtung 10 spiegelsymmetrisch zur Achse 28 der Drehsensorvorrichtung 10 eine zusätzliche zur Drehsensorvorrichtung 10 baugleiche Vorrichtung vorhanden bzw. angeordnet sein. Das heißt in diesem Falle existieren zwei Magnete und zwei Magnetfeldsensoren an zwei gegenüberliegenden Stellen.
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2 zeigt eine Seitenansicht einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform der Drehsensorvorrichtung 10. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Drehsensorvorrichtung 10 aus 2 ohne Gehäuse 70. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Drehsensorvorrichtung 10 aus 2 mit Gehäuse 70. 5 zeigt eine Aufsicht auf die Drehsensorvorrichtung 10 aus 2.
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Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform insbesondere dadurch, dass sich die Abschirmelemente 40, 45 in Radialrichtung 80 weiter von der Welle 20, 25 erstrecken als der Magnet 50 von der Welle 20, 25 beabstandet ist. Dies bedeutet, dass die Abschirmelemente 40, 45 über den Magneten 50 in Radialrichtung 80 der Drehsensorvorrichtung 10 hinausstehen. Zudem weist die zweite Ausführungsform ein Gehäuse 70 auf, in dem der Magnetfeldsensor 60 und das zweite Abschirmelement 45 angeordnet sind.
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In 2, in 3 und in 5 ist besonders deutlich zu erkennen, dass das erste Abschirmelement 40 (d.h. das obere Abschirmelement) eine Aussparung aufweist, in der der Magnet 50 aufgenommen ist. Im Gehäuse 70 ist auch das zweite Abschirmelement 45 aufgenommen.
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Wie in 4 besonders gut zu erkennen ist, weist das Gehäuse 70, das diskusförmig ausgebildet ist, eine Aussparung auf, in der sich der Magnet 50 in Umfangsrichtung bewegen kann. Die maximale Drehung bzw. Rotation der ersten Welle 20 relativ zu der zweiten Welle 25 ist durch eine sogenannte Klauenkupplung mit Drehwinkelfreiheitsgraden zwischen der ersten Welle 20 und der zweiten Welle 25.
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In 3 ist der Torsionsstab 29 bzw. die Drehstabfeder, die zwischen der ersten Welle 20 und der zweiten Welle 25 angeordnet ist, deutlich zu erkennen. Der Torsionsstab 29 dreht die erste Welle 20 relativ zu der zweiten Welle 25 wieder zurück in die Grundposition, die in 4 gezeigt ist.
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Die Drehsensorvorrichtung 10 kann in elektrischen Lenkungen von Kraftfahrzeugen und/oder Nutzfahrzeugen (z.B. Baufahrzeuge oder Landmaschinen) eingesetzt werden. Insbesondere kann mittels der Drehsensorvorrichtung 10 eine Drehmomentmessung und/oder Winkelmessung jeglicher Art durchgeführt werden, insbesondere auch bei Fahrzeugen, Verkehr aller Art, in der Industrie (beispielsweise bei der Fertigung), bei einem Fahrrad etc. Denkbar ist auch eine lineare Wegmessung, die in eine Drehbewegung umgesetzt wird, mittels der Drehsensorvorrichtung 10, insbesondere bei einer Kraftmessung und/oder einer Druckmessung.
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Die sensitive Ebene des Magnetfeldsensors 60 ist die radiale Ebene.
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6 zeigt eine Seitenansicht einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform der Drehsensorvorrichtung bzw. Drehsensoreinrichtung. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht der bzw. Drehsensoreinrichtung aus 6. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht der bzw. Drehsensoreinrichtung aus 6 mit Gehäuse. 9 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht der bzw. Drehsensoreinrichtung aus 6.
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Die Drehsensorvorrichtung bzw. Drehsensoreinrichtung der dritten Ausführungsform weist gegenüber der ersten Ausführungsform eine zusätzliche Drehsensoreinrichtung 100 auf. Dies bedeutet, dass in den 6-9 eine zu der in 1-5 gezeigten Vorrichtung zusätzliche Einrichtung gezeigt ist. Die zusätzliche Drehsensoreinrichtung 100 ist auch ohne die Drehsensorvorrichtung 10 der ersten Ausführungsform vorstellbar, d.h. das Vorhandensein der bei der in 1 gezeigten Drehsensorvorrichtung 10 ist optional.
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Die zusätzliche Drehsensoreinrichtung 100 weist ein erstes Zahnrad 150 auf, das drehfest und/oder starr mit der zweiten Welle 125 verbunden ist. Die erste Welle 120 ist über einen Torsionsstab 129 mit der zweiten Welle 125 verbunden. Die Axialrichtung 185 verläuft in 6 von unten nach oben und die Radialrichtung 180 von links rechts bzw. von der Symmetrieachse 128 weg. Zudem umfasst die zusätzliche Drehsensoreinrichtung 100 ein zweites Zahnrad 155 und ein drittes Zahnrad 160. Das zweite Zahnrad 155 und das dritte Zahnrad 160 stehen jeweils in Eingriff mit dem ersten Zahnrad 150. Das zweite Zahnrad 155 und das dritte Zahnrad 160 weisen eine unterschiedliche Anzahl von Zähnen auf. Zudem weist das zweite Zahnrad 155 und das dritte Zahnrad 160 jeweils einen (2-poligen) Magneten auf, dessen Pole entlang der Umfangsrichtung ausgerichtet sind (sogenannter Diametralmagnet).
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Die zusätzliche Drehsensoreinrichtung 100 weist zwei Magnetfeldsensoren 165 in Form einer Winkelsensor-Platine auf. Die Magnetfeldsensoren 165 sind jeweils oberhalb des zweiten Zahnrads 155 bzw. dritten Zahnrads 160 angeordnet, so dass Drehungen des zweiten Zahnrads 155 und dritten Zahnrads 160 von den Magnetfeldsensoren 165 erfasst werden können. Das zweite Zahnrad 155 und das dritte Zahnrad 160 sowie die Magnetfeldsensoren 165 sind zwischen zwei ferromagnetischen Abschirmelemente 140, 145 bzw. Abschirmblechen angeordnet, die in 6 parallel zueinander verlaufen. Sie können jedoch auch nicht parallel verlaufen. Die Abschirmelemente 140, 145 schirmen externe Störmagnetfelder von dem Bereich des zweiten Zahnrads 155 und dritten Zahnrads 160 und der Magnetfeldsensoren 165 ab. Die Funktion der Abschirmelemente 140, 145 entspricht der Funktion der Abschirmelemente 40, 45 bei der oberen Drehsensorvorrichtung 10 in 6 bzw. dem der Drehsensorvorrichtung 10 der ersten Ausführungsform. Vorstellbar ist auch, dass nur ein Magnetfeldsensor 165 vorhanden ist.
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Durch die unterschiedliche Anzahl an Zähnen des zweiten Zahnrads 155 und dritten Zahnrads 160 kann durch das „Nonius“-Prinzip präzise bestimmt werden, wie weit sich die zweite Welle 125 bzw. das erste Zahnrad 150 gegenüber dem zweiten Zahnrad 155 und dritten Zahnrad 160 gedreht hat. Der Absolutwinkel der Drehung (in Bezug auf eine Grundstellung oder Normalstellung) gegenüber dem Gehäuse 170 kann durch die zusätzliche Drehsensoreinrichtung 100 (untere Drehsensorvorrichtung in 6) bestimmt werden. Durch die Drehsensorvorrichtung 10 (obere Drehsensorvorrichtung in 6) kann das Drehmoment bestimmt werden. Die Magnetfeldsensoren 165 können MR-Winkelbausteine zur Erfassung der Drehung der zweiten Welle 125 umfassen.
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Wie in 8 gezeigt kann ein Teil der zusätzlichen Drehsensoreinrichtung 100 in einem Gehäuse 170 angeordnet sein.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass ein Cross-Talk bzw. ein Übersprechen zwischen der in 6 oberen Drehsensorvorrichtung 10 und der zusätzlichen bzw. unteren Drehsensoreinrichtung 100 aufgrund der Magnete in der jeweils anderen Vorrichtung vermindert bzw. verhindert wird, da beide durch die jeweiligen Abschirmelemente 40, 45, 140, 145 gegenüber magnetischen Feldern von außerhalb der Abschirmelemente 40, 45, 140, 145, d.h. von den jeweiligen anderen Magneten, abgeschirmt sind. Eine negative gegenseitige Beeinflussung der Drehsensorvorrichtung 10 und der Drehsensoreinrichtung 100 wird somit vermieden.
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Die zwei Abschirmelemente können auch jeweils zweigeteilt sein, so dass je ein Abschirmelement für das zweite Zahnrad und das dritte Zahnrad vorhanden sind. Vorstellbar ist auch, die Abschirmelemente jeweils einen trennenden Spalt aufweisen. Hierdurch wird ein Cross-Talk und/oder ein Beeinflussung der beiden Magnetfeldsensoren verringert.
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Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
