Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung von Rotations oder Linearbewegungen mit einem ortsfesten magnetoresistiven Sensor und einer Gebereinrichtung, wobei die Gebereinrichtung entlang einer sich in einer ersten Raumrichtung erstreckenden Trajektorie abwechselnd gegensätzlich magnetisierte Abschnitte aufweist, deren magnetische Pole sich in einer auf der ersten Raumrich tung orthogonal stehenden zweiten Raumrichtung gegenüberliegen, wobei der Sensor in der zweiten Raumrichtung von der Gebereinrichtung um einen Spalt beabstandet ist, und wobei die Abschnitte der Gebereinrichtung eine Erstreckung in einer auf der ersten und zweiten Raumrichtung orthogonal stehenden dritten Raumrichtung aufwei sen.

Solche Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden bei spielsweise zur Erfassung von Rotationsbewegungen an Wälzlagern oder Fahrzeug rädern verwendet. Dabei entsteht zwischen den abwechselnd magnetisierten Ab schnitten ein Magnetfeld, das Feldkomponenten in allen Raumrichtungen aufweist.

Bei der Bewegung der abwechselnd magnetisierten Abschnitte entlang des Sensors sieht der Sensor sinusförmig verlaufende Amplituden aller drei Feldkomponenten. Die Bewegung wird anhand der durch den Sensor erfassten magnetischen Feldkompo nenten in der ersten Raumrichtung bestimmt. Es besteht nun der Konflikt, dass die Abmessungen der Gebereinrichtung insbesondere in der dritten Raumrichtung dadurch vorgegeben sein kann, dass diese neben Ihrer Funktion als Gebereinrichtung noch weitere Funktionen erfüllt. So werden bei Wälzlagern beispielsweise Elastomere zur Abdichtung verwendet, die durch Magnetisierung auch zu Gebereinrichtungen be stimmt werden. Die insbesondere geometrischen Anforderungen an diese Bauteile ergeben sich also aus der weiteren Funktion einerseits und aus der Eigenschaft als Gebereinrichtung andererseits. Auch die Positionierung des Sensors ist je nach An wendung durch eine begrenzte Bauraumsituation nicht frei wählbar.

Die Positionierung des Sensors relativ zur Erstreckung der Gebereinrichtung in der dritten Raumrichtung ist insofern von Bedeutung, als dass insbesondere im Randbe reich dieser Erstreckung magnetische Feldkomponenten in der dritten Raumrichtung - das sogenannte Querfeld - vorliegen, die die Erfassung der magnetischen Feldkom- ponenten in der ersten Raumrichtung stören können. Insoweit die vorgenannten geo metrische Anforderungen durch die weitere Funktion zu einer ungünstigen Positionie rung des Sensors relativ zur Erstreckung der Gebereinrichtung führen und dieser da her ein starkes Querfeld sieht, ist eine sichere Erfassung der Rotationsbewegung nachteilig nicht gegeben.

Aus DE 102007023385 A1 ist eine vorbeschriebene Vorrichtung bekannt, bei der der Sensor senkrecht oder parallel zu einer Ebene in der ersten und der dritten Raum richtung oder in einer beliebigen Winkellage dazwischen angeordnet sein kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung zur be rührungslosen Erfassung von Rotations- oder Linearbewegungen vorzuschlagen, bei der die Bewegung sicher erfasst werden kann. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch den Ge genstand von Patentanspruch 9 und durch ein Verfahren nach Patentanspruch 10. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, die Abschnitte der Gebereinrichtung über eine Länge in der dritten Raumrichtung magnetisiert sind, die kürzer ist als deren Erstreckung in der dritten Raumrichtung. Auf diese Weise ist die Geometrie der Gebereinrichtung durch anderweitige geometrische Anforderungen, etwa einer Dichtfunktion, bestimmbar, während die magnetisierte Länge auf die Sen sorposition angepasst werden kann, um den Sensor möglichst günstig in dem entste henden Magnetfeld zu positionieren. Günstig ist hier so zu verstehen, dass der Sensor möglichst geringe Amplituden von magnetischen Feldkomponenten in der dritten Raumrichtung sieht. Es findet also eine Entkopplung der einzelnen geometrischen An forderungen an die Gebereinrichtung statt. Die magnetisierte Länge kann beliebig ge wählt werden und ist so auf jede Einbausituation der Gebereinrichtung und des Sen sors anpassbar.

Vorzugsweise ist die erste Raumrichtung eine Umfangsrichtung, die zweite Raumrich tung eine axiale Richtung und die dritte Raumrichtung eine radiale Richtung eines zy lindrischen Koordinatensystems. Eine solche Vorrichtung ist zum Erfassen von Rotati onsbewegungen geeignet. Alternativ ist die erste Raumrichtung eine x-Richtung, die zweite Raumrichtung eine z- Richtung und die dritte Raumrichtung eine y-Richtung eines kartesischen Koordina tensystems. Eine solche Vorrichtung ist zur Erfassung einer linearen Bewegung ge eignet.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Gebereinrichtung ein Bauteil eines Wälzlagers. Besonders bevorzugt ist die Gebereinrichtung ein solches Bauteil, dass in dem Wälzlager bereits eine andere Funktion erfüllt und dem durch Magnetisierung zu sätzlich zu der anderen Funktion die Funktion einer Gebereinrichtung zugeordnet wird. In einer Ausgestaltung einer solchen Ausführungsform ist die Gebereinrichtung eine Dichtung des Wälzlagers. Eine solche Dichtung ist durch ihre Dichtfunktion in ih rer Geometrie weitestgehend bestimmt, so dass ein besonderer Vorteil der Erfindung darin besteht, die magnetisierte Geometrie von der Außengeometrie der Gerberein richtung wie vorbeschrieben zu entkoppeln.

In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung der vorgenannten Ausführungsform ist die Gebereinrichtung an einer Fläche des Wälzlagers angeordnet, deren Flächennor male in eine axiale Richtung zeigt. Es ist dann bevorzugt die erste Raumrichtung eine Umfangsrichtung, die zweite Raumrichtung eine axiale Richtung und die dritte Raum richtung eine radiale Richtung eines zylindrischen Koordinatensystems. Vorteilhaft kann dabei der Sensor günstig in axialer Richtung neben dem Wälzlager angeordnet werden. Alternativ kann die Gebereinrichtung an einer Fläche des Wälzlagers ange ordnet, deren Flächennormale in eine radiale Richtung zeigt. Es ist dann bevorzugt die erste Raumrichtung eine Umfangsrichtung, die zweite Raumrichtung eine radiale Richtung und die dritte Raumrichtung eine axiale Richtung eines zylindrischen Koordi natensystems. Der Sensor kann dann radial außen an dem Wälzlager angeordnet werden.

Besonders bevorzugt ist die Gebereinrichtung aus einem Elastomer gebildet. Bei spielsweise ist die Gebereinrichtung eine Dichtung eines Wälzlagers und aus einem Elastomer gebildet. Vorteilhaft lassen sich Elastomere für komplexe Geometrien ver wenden und auf einfache Weise magnetisieren. Sie eignen sich ferner zum Ausbilden von Dichtungen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der magnetoresistive Bereich des Sensors in der dritten Raumrichtung mittig oder unmittelbar benachbart zu Mitte der magneti sierten Länge der Abschnitte der Gebereinrichtung angeordnet. Der magnetoresistive Bereich des Sensors ist der Bereich in der dritten Raumrichtung, in dem die magneti schen Feldkomponenten durch den Sensor erfasst werden. Die Anordnung ist im Sin ne der Erfindung als mittig zu verstehen, wenn leichte Abweichungen von einer ge nauen Mittelposition vorliegen. Beispielsweise ist die Position auch dann als mittig zu verstehen, wenn sie 5%, 10% oder 15% der magnetisierten Länge von der genauen Mitte entfernt liegt. In der geometrischen Mitte oder unmittelbar benachbart dazu ist üblicherweise und insbesondere bei in der dritten Raumrichtung gleichmäßiger Ge staltung der Gebereinrichtung ein Minimum der Amplitude der magnetischen Feld komponenten in der dritten Raumrichtung zu erwarten. Insbesondere ist bei Vorrich tungen, bei denen die erste Raumrichtung eine Umfangsrichtung eines zylindrischen Koordinatensystems ist, dieses Minimum unmittelbar benachbart zur Mitte zu erwar ten. Es liegt dann eine minimale Störung der Erfassung der magnetischen Feldkom ponenten in der ersten Raumrichtung durch den Sensor vor. Eine mittige oder unmit telbar benachbart zur Mitte angeordnete Positionierung des Sensors kann bei vorge gebener Geometrie der Gebereinrichtung in der dritten Raumrichtung und vorgegebe ne Position des Sensors durch die Wahl der magnetisierten Länge und deren Positio nierung erreicht werden.

Die Gebereinrichtung kann in der dritten Raumrichtung wahlweise von einer Ihrer Kan ten bis zu einem Punkt entlang ihrer Erstreckung magnetisiert werden. Die magneti sierte Länge kann auch beidseitig von den Kanten der Erstreckung beabstandet sein.

Ein weiterer Erfindungsaspekt betrifft ein Wälzlager mit einer vorbeschriebenen Vor richtung. Ein solches weist die bezüglich der vorbeschriebenen Vorrichtung genannten Vorteile ebenfalls auf.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung. Ein solches Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Magneti sierung der Gebereinrichtung vorgesehenes Werkzeug sich über die zu magnetisie rende Länge erstreckt, die kürzer ist als die Erstreckung der Abschnitte der Geberein- richtung in der dritten Raumrichtung. Auf diese Weise ist die zu magnetisierende Län ge bestimmt und kann sicher erzeugt werden.

Ein grundsätzlicher Vorteil der Erfindung besteht in der Fertigung ferner darin, dass mit ein und derselben Geometrie der Gebereinrichtung eine Vielzahl von Sensorposi tionen realisiert werden können. Es ist somit keine Anpassung des Werkzeugs zur Herstellung der Gebereinrichtung nötig.

Weitere Details der Erfindung werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher darge stellt. Dabei zeigt

Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform in einer Draufsicht,

Figur 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht,

Figur 3a eine beispielhafte Diagrammdarstellung der maximalen Amplitude der magnetischen Feldkomponente in der ersten Raumrichtung,

Figur 3b eine beispielhafte Diagrammdarstellung der maximalen Amplitude der magnetischen Feldkomponente in der zweiten Raumrichtung,

Figur 3c eine beispielhafte Diagrammdarstellung der maximalen Amplitude der magnetischen Feldkomponente in der dritten Raumrichtung,

Figur 4a eine Schnittdarstellung eines Abschnitts der Gebereinrichtung in einer Ausführungsform nach dem Stand der Technik,

Figur 4b eine Schnittdarstellung eines Abschnitts der Gebereinrichtung in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform, Figur 4c eine Schnittdarstellung eines Abschnitts der Gebereinrichtung in einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform,

Figur 4d eine Schnittdarstellung eines Abschnitts der Gebereinrichtung in einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform,

Figur 5 eine beispielhafte Diagrammdarstellung der maximalen Amplitude der magnetischen Feldkomponente in der dritten Raumrichtung bei ver schiedenen Ausführungsformen nach dem Stand der Technik und nach der Erfindung,

Figur 6a eine Komponente eines Wälzlagers nach dem Stand der Technik in per spektivischer Ansicht,

Figur 6b eine Komponente eines erfindungsgemäßen Wälzlagers in einer ersten Ausführungsform in perspektivischer Ansicht, und

Figur 6c eine Komponente eines erfindungsgemäßen Wälzlagers in einer zweiten Ausführungsform in perspektivischer Ansicht.

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 mit einer Gebereinrichtung 2, die entlang einer Trajektorie in einer ersten Raumrichtung 3.1 , die hier eine Umfangs richtung ist, abwechselnd gegensätzlich magnetisierte Abschnitte 2.1, 2.2, 2.3, 2.4,

2.5 aufweist. Die Abschnitte 2.1, 2.3, 2.5 sind dabei schraffiert dargestellt, wodurch eine erste Polung angedeutet wird. Bei Abschnitten 2.1 , 2.3, 2.5 mit der ersten Polung liegt ein Nordpol in der zweiten Raumrichtung 3.2, die hier eine axiale Richtung ist und in die Zeichenebene hinein verläuft, auf der dem Betrachter zugewandten Seite und ein Südpol auf der abgewandten Seite. Die dazwischen liegenden Abschnitte 2.2, 2.4 weisen gemäß einer zweiten Polung einen Nordpol an der dem Betrachter abgewand ten Seite und einen Südpol an der zugewandten Seite auf. Als dritte Raumrichtung 3.3 ist eine radiale Richtung vorgesehen. Die Gebereinrichtung 2 bzw. deren Abschnit te 2.1 , 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 weisen eine Erstreckung Fl in dieser dritten Raumrichtung 3.3 auf. In Figur 1 ist weiterhin ein Sensor 4 gezeigt, der daran angeordnete Anschlusskontak te 4.1 , 4.2 aufweist. Der Sensor 4 ist in der zweiten Raumrichtung 3.2 oberhalb der Gebereinrichtung 2 angeordnet und um einen Luftspalt von dieser beabstandet. Der Sensor 4 ist dazu ausgelegt, die magnetischen Feldkomponenten zwischen den Ab schnitten 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 in der ersten Raumrichtung 3.1 zu erfassen.

Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 200 mit einer Gebereinrichtung 2 mit Abschnitten 2.1 , 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 und mit einem Sensor 4. Die Abschnitte 2.1 , 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 sind in der ersten Raumrichtung 3.1 , die hier eine axiale Richtung ist, hintereinander angeordnet. Die zweite Raurich tung 3.2 und die dritte Raumrichtung 3.3 stehen auf der ersten Raumrichtung 3.1 senkrecht. Weiterhin sind in Figur 2 Amplituden magnetischer Feldkomponenten in der ersten Raumrichtung 3.1 und der zweiten Raumrichtung 3.2 an den Abschnitten 2.1 , 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 entlang einer axialen Mittellinie 5 dargestellt, die sich wiederum aus der abwechselnd gegensätzlichen Magnetisierung ergeben.

Eine erfindungsgemäße Magnetisierung bei den Vorrichtungen 100 und 200 ergibt sich aus den folgenden Figuren 3a bis 6c. Die Figuren 3a, 3b, 3c zeigen den Verlauf der Amplituden magnetischen Feldkomponenten bei Abtastung in der ersten Raum richtung 3.1 über die Erstreckung H der Abschnitte 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 in der dritten Raumrichtung 3.3 bei einer aus dem Stand der Technik bekannten Magnetisierung über die gesamte Erstreckung H. In Figur 3a ist die Amplitude der magnetischen Feld komponente in der ersten Raumrichtung 3.1 dargestellt. Diese ist in ausreichendem Abstand zu den Kanten der Erstreckung H weitestgehend konstant und fällt zu den Kanten hin ab. In etwa ebenso verläuft die Amplitude der magnetischen Feldkompo nente in der zweiten Raumrichtung 3.2, die in Figur 3b dargestellt ist. Die Amplitude der magnetischen Feldkomponente in der dritten Raumrichtung 3.3, die in Figur 3c dargestellt ist, verhält sich dem entgegengesetzt. Sie ist in Bereichen nahe der Kanten der Erstreckung H besonders ausgeprägt und weist in etwa mittig ein Minimum auf.

Die magnetische Feldkomponente in der dritten Raumrichtung 3.3 kann die ge wünschte Erfassung der magnetischen Feldkomponente in der ersten Raumrichtung 3.1 stören. Bevorzugt sollte ein Sensor 4 die magnetischen Feldkomponenten in ei nem Bereich mit hoher Amplitude in der ersten Raumrichtung 3.1 und niedriger Amplitude in der dritten Raumrichtung 3.3 erfassen, um eine sichere Erfassung zu gewährleisten.

In den Figuren 3a, 3b, 3c ist weiterhin eine Projektion eines magnetoresistiven Be reichs S des Sensors 4 eingezeichnet. Diese entspricht dem Lesebereich des Sensors 4 bei einer vorbestimmten Positionierung des Sensors 4. Wie aus Figur 3c zu erken nen ist, liegt der magnetoresistiven Bereichs S derart zu der Erstreckung H, dass er zumindest an dem Punkt 6.1 einer vergleichsweise hohen Amplitude der magneti schen Feldkomponente in der dritten Raumrichtung 3.3 ausgesetzt ist.

Die Figuren 4a, 4b, 4c, 4d zeigen einen der Abschnitte 2.1 , 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 in einer Schnittdarstellung, wobei hier die erste Raumrichtung 3.1 senkrecht auf der Zeichen ebene steht. Durch eine Schraffur ist jeweils die magnetisierte Länge M.1, M.2, M.3, M.4 der Abschnitte 2.1 , 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 in der dritten Raumrichtung 3.3 dargestellt. In Figur 4a, die dem Stand der Technik entspricht, ist der Abschnitt 2.1 , 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 über seine gesamte Erstreckung H magnetisiert. In den Figuren 4b, 4c ist die magne tisierte Länge M.2, M.3 erfindungsgemäß kürzer als die Erstreckung H, und zwar en det sie an einer Seite vor dem Ende der Erstreckung H. Auch in Figur 4d ist die mag netisierte Länge M.4 erfindungsgemäß kürzer als die Erstreckung H, endet jedoch beidseitig vor dem jeweiligen Ende der Erstreckung H.

Figur 5 stellt die Ausführungen der Figuren 4a, 4b, 4c in einem Diagramm gemäß Fi gur 3c, dass die Amplitude der magnetischen Feldkomponente in der dritten Raum richtung 3.3 über die Erstreckung H zeigt, gegenüber. Dabei entspricht ein erster Graph 7.1 der magnetischen Feldkomponente in der dritten Raumrichtung 3.3 bei ei ner magnetisierten Länge M.1 gemäß Figur 4a, ein zweiter Graph 7.2 der magneti schen Feldkomponente in der dritten Raumrichtung 3.3 bei einer magnetisierten Län ge M.2 gemäß Figur 4b und ein dritter Graph 7.3 der magnetischen Feldkomponente in der dritten Raumrichtung 3.3 bei einer magnetisierten Länge M.3 gemäß Figur 4c. Die Figuren 4a, 4b, 4c sind mit unterschiedlichen Schraffuren überlagert unterhalb des Diagramms dargestellt.

In Figur 5 ist wiederum eine Projektion des magnetoresistiven Bereichs S des Sensors eingezeichnet. Wie im Vergleich von Punkten 6.1 , 6.2 und 6.3 erkannt werden kann, ist die jeweilige maximale Amplitude der magnetischen Feldkomponente in der dritten Raumrichtung 3.3 bei einer Ausführung gemäß Figur 4c (Punkt 6.3) am geringsten. Auch bei der Ausführung gemäß Figur 4b (Punkt 6.2) liegt bereits eine geringere ma ximale Amplitude vor als in der Ausführung gemäß dem Stand der Technik (Punkt 6.1).

Die Figuren 6a, 6b, 6c zeigen jeweils eine erfindungsgemäße Gebereinrichtung 2 mit Abschnitten 2.1, 2.2, 2.3, wobei die Gebereinrichtung 2 hier eine Dichtung an einem Bauteil 8 eines Wälzlagers ist. Die Dichtung ist insbesondere aus einem magnetisier- baren Elastomer gebildet. Die Gebereinrichtung 2 ist in Figur 6a entsprechend Fi gur 4a und damit nach dem Stand der Technik, über ihre gesamte Erstreckung Fl magnetisiert. In Figur 6b ist die Gebereinrichtung 2 entsprechend Figur 4b über eine Länge M.2, in Figur 6c entsprechend Figur 4c über eine Länge M.3 magnetisiert.

Bezuqszeichenliste

2 Gebereinrichtung

2.1 erster Abschnitt der Gebereinrichtung

2.2 zweiter Abschnitt der Gebereinrichtung

2.3 dritter Abschnitt der Gebereinrichtung

2.4 vierter Abschnitt der Gebereinrichtung

2.5 fünfter Abschnitt der Gebereinrichtung

3.1 erste Raumrichtung

3.2 zweite Raumrichtung

3.3 dritte Raumrichtung

4 Sensor

4.1 erster Anschlusskontakt

4.2 zweiter Anschlusskontakt

5 axiale Mittellinie

6.1 erster Punkt

6.2 zweiter Punkt

6.3 dritter Punkt

7.1 erster Graph

7.2 zweiter Graph

7.3 dritter Graph

8 Bauteil eines Wälzlagers

100 Vorrichtung

200 Vorrichtung

H Erstreckung eines Abschnitts der Gebereinrichtung in der dritten Raum richtung

M.1 erste magnetisierte Länge

M.2 zweite magnetisierte Länge

M.3 dritte magnetisierte Länge

M.4 vierte magnetisierte Länge

S magnetoresistiver Bereich des Sensors