Titel

Messvorrichtung für eine Sensoranordnung zur berührungslosen Erfassung einer

Bewegung eines Körpers

Die Erfindung geht aus von einer Messvorrichtung für eine Sensoranordnung zur berührungslosen Erfassung einer Bewegung eines Körpers, welcher innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch eine korrespondierende Sensoranordnung zur berührungslosen Erfassung einer Bewegung eines innerhalb eines Gehäuses angeordneten Körpers mit ei ner solchen Messvorrichtung sowie ein Verfahren zum Fügen einer solchen Sen soranordnung.

Bei einem verbesserten ESP-System soll anstelle eines einfachen Gleichstrom motors ein bürstenloser Gleichstrommotor eingesetzt werden, der auch als bürs tenloser EC-Motor (Electronically Commutated Motor) bezeichnet wird. Dieser erreicht bei richtiger Ansteuerung höhere Drehzahlen, sodass der Bremsdruck im Fahrzeug schneller aufgebaut werden kann, was im Endeffekt zu einem Verkür zen des Bremsweges führt. Um den Motor zum richtigen Zeitpunkt anzusteuern, wird eine Sensoranordnung eingesetzt, welche die momentane Drehposition des Motors erkennt und diese Position an ein Steuergerät weitergibt. Hierzu wird bei spielsweise an einem freien Ende einer Motorwelle ein als Permanentmagnet ausgeführter Messwertgeber hochgenau positioniert und dauerhaft fixiert, dessen Feldlinien einen Messwertaufnehmer einer auf ein Pumpengehäuse montierten Messvorrichtung durchlaufen. Die Messvorrichtung umfasst ein Kunststoffge häuse und ein Sensorelement, welches beispielsweise auf dem TMR-Effekt (magnetoresistiver Tunneleffekt) basiert und die Winkel der Magnetfeldlinien de- tektiert. Um diese magnetischen Feldlinien möglichst genau erfassen zu können, sollte der Messwertaufnehmer bzw. die komplette Messvorrichtung sehr genau zum Messwertgeber auf der Motorwelle bzw. zur Motorbohrung des Pumpenge häuses positioniert werden. Zudem sollte die Motorbohrung, welche durch den Betrieb des Systems Bremsflüssigkeits-Leckage aufweisen kann, dauerhaft da gegen verschlossen und abgedichtet werden.

Aus der DE 10 2015 201 411 Al ist ein Motor-Pumpen-Aggregat für ein Brems system, mit einem Elektromotor bekannt, welcher eine Motorwelle aufweist. Die Motorwelle treibt mindestens eine in einem Pumpengehäuse angeordnete Fluid pumpe an. Hierbei ist ein Steuergerät am Pumpengehäuse angeordnet und stellt eine aktuelle Drehzahl und/oder ein aktuelles Drehmoment des Elektromotors ein, wobei das Steuergerät über eine Sensoranordnung, welche einen Messwert geber und einen magnetischen Messwertaufnehmer umfasst, einen aktuellen Drehwinkel der Motorwelle berührungslos erfasst und zur Ansteuerung des Elekt romotors auswertet. Der Messwertgeber ist an einem freien Ende der Motorwelle innerhalb des Pumpengehäuses angeordnet und beeinflusst in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Motorwelle mindestens eine magnetische Größe eines von dem magnetischen Messwertaufnehmer erfassten Magnetfelds, welcher ortsfest im Steuergerät bzw. Sensor angeordnet ist.

Aus der DE 10 2016 207 659 Al ist eine Aktuatoreinrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Bremssystem eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einem elektronisch kommutierten Elektromotor, der einen auf einer drehbar gelagerten Welle drehfest angeordneten Rotor aufweist, und mit wenigstens einem Drehwin kelsensor zum Erfassen einer Drehstellung des Rotors bekannt. Hierbei ist der Drehwinkelsensor gegenüberliegend zu einer Stirnseite der Welle angeordnet. Zudem weist das Ende bzw. die Stirnseite der Welle wenigstens einen Drehwin kelgeber auf. Bei dem Drehwinkelgeber kann es sich beispielsweise um einen Permanentmagneten handeln, der fest mit der Welle verbunden ist, und sich so mit mit dieser mitdreht. Der Drehwinkelsensor erfasst dann das magnetische Feld des Drehwinkelgebers, wobei in Abhängigkeit des erfassten magnetischen Feldes die Drehwinkelstellung der Welle und damit die des Rotors erfasst bzw. bestimmt wird.

Offenbarung der Erfindung Die Messvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch die Ausführung eines Schaltungsträgers und einer Verbindungsvorrichtung als gemeinsames Kunststoffspritzteil eine massive Re duktion der Einzelkomponenten sowie der Fertigungsschritte der Messvorrich tung möglich ist. Aufgrund der außenliegend ausgebildeten Leiterbahnen können elektrische Bauteile und insbesondere der Messwertaufnehmer direkt auf dem Kunststoffspritzteil bestückt werden, ohne eine zusätzliche Leiterplatte verwen den und positionieren zu müssen. Des Weiteren ergibt sich aufgrund der Reduk tion der Anzahl der Einzelkomponenten und somit der Toleranzkette eine verbes serte Positioniergenauigkeit hinsichtlich der Positionierung der externen elektri schen Kontaktelemente der Messvorrichtung zum Steuergerät und des Messwer taufnehmers zum Messwertgeber.

Die Verbindungsvorrichtung des Kunststoffspritzteils bildet eine Schnittstelle zwi schen der Messvorrichtung und dem Gehäuse aus, in dessen Öffnung der Kör per beweglich gelagert ist, dessen Bewegung erfasst und ausgewertet werden soll. Durch die Ausbildung als gemeinsames Kunststoffspritzteil ist eine kosten günstige Herstellung des Schaltungsträgers und der Verbindungsvorrichtung mit komplexen Formen möglich.

Die Sensoranordnung zur berührungslosen Erfassung einer Bewegung eines in nerhalb eines Gehäuses in einer Öffnung beweglich gelagerten Körpers mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 19 hat den Vorteil, dass sich durch die direkte Bestückung des Messwertaufnehmers auf dem Kunststoffspritz- teil ein verringerter Montageabstand bei gleichzeitig verbesserter Toleranzlage zwischen dem Messwertaufnehmer und dem auf dem bewegten Körper angeord neten Messwertgeber ergibt. Aufgrund der Reduktion der Anzahl der Einzelkom ponenten und somit der Toleranzkette ergibt sich hinsichtlich der Positionierung des Messwertaufnehmers zum Messwertgeber auf dem bewegten Körper eine verbesserte Positioniergenauigkeit. Aufgrund der verbesserten Positioniergenau igkeit können Winkelfehler der detektierten Magnetfeldlinien reduziert und somit eine verbesserte Genauigkeit bei der Erfassung der Bewegung des Körpers, bei spielsweise bei einer Rotorlageerkennung einer rotierenden Motorwelle, erzielt werden. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Messvorrichtung für eine Sensoranordnung zur berührungslosen Erfassung einer Bewegung eines innerhalb eines Gehäuses beweglich gelagerten Körpers zur Verfügung, welche einen Schaltungsträger, eine Sensorelektronik und einer Verbindungsvorrichtung umfasst, über welche die Messvorrichtung mit dem Gehäuse verbindbar ist. Die Sensorelektronik umfasst mindestens eine Leiterbahn, mindestens ein elektroni sches Bauelement und mindestens ein externes Kontaktelement zur externen Kontaktierung der Messvorrichtung, wobei die mindestens eine Leiterbahn das mindestens eine externe Kontaktelement und das mindestens eine elektroni schen Bauelement zur Ausbildung einer elektronischen Schaltung miteinander verbindet. Zumindest ein elektronisches Bauelement ist als Messwertaufnehmer ausgeführt. Der Schaltungsträger weist eine externe Schnittstelle mit dem min destens einen externen Kontaktelement auf. An einem dem Gehäuse zugewand ten Ende bildet der Schaltungsträger einen Aufnahmeraum aus, in welchem der Messwertaufnehmer angeordnet ist. Hierbei sind der Schaltungsträger und die Verbindungsvorrichtung als gemeinsames Kunststoffspritzteil ausgeführt, an wel chem die mindestens eine Leiterbahn und das mindestens eine externe Kontak telement außenliegend ausgebildet sind.

Zudem wird eine Sensoranordnung zur berührungslosen Erfassung einer Bewe gung eines innerhalb eines Gehäuses in einer Öffnung beweglich gelagerten Körpers, mit einem Messwertgeber, welcher drehfest mit dem Körper verbunden ist und sich mit dem Körper mitbewegt, und einer solchen ortsfest angeordneten Messvorrichtung vorgeschlagen. Der Messwertgeber beeinflusst in Abhängigkeit von der Bewegung des Körpers mindestens eine von dem Messwertaufnehmer erfasste physikalische Größe, wobei die Messvorrichtung über die Verbindungs vorrichtung mit dem Gehäuse verbunden ist.

Des Weiteren wird ein Verfahren zum Fügen einer solchen Sensoranordnung vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen des Gehäuses mit einer Öffnung, in welcher der Körper mit dem Messwertgeber beweglich gela gert ist. Bereitstellen einer solchen Messvorrichtung. Einbringen einer Silikon raupe in eine umlaufende Aufnahmekontur der Messvorrichtung, und Einführen eines Tubus der Messvorrichtung in die Öffnung des Gehäuses, so dass die Sili konraupe während des Einführvorgangs in der umlaufenden Aufnahmekontur verdrängt und verpresst wird, wobei die Messvorrichtung durch die verpresste Si likonraupe am Gehäuse fixiert und die Öffnung des Gehäuses abdichtet wird.

Unter einer Messvorrichtung wird nachfolgend eine Baugruppe mit einem Mess wertaufnehmer verstanden, welcher vorzugsweise auf dem TMR-Effekt (magne- toresistiver Tunneleffekt) basiert. Selbstverständlich können auch Messwertauf nehmer eingesetzt werden, welche auf einem anderen magnetoresistiven Effekt, wie beispielsweise dem AMR- Effekt (Anisotroper magnetoresistiver Effekt), GMR-Effekt (Riesenmagnetowiderstandseffekt), CMR-Effekt (kolossaler magne toresistiver Effekt) usw. basieren. Zudem kann nicht nur der magnetoresistive Ef fekt, sondern auch beispielsweise der Hall-Effekt eingesetzt werden, um die Be wegung eines Körpers zu erfassen. Zur Umsetzung des Halleffekts kann bei spielsweise eine Stahlscheibe statt eines Permanentmagneten als Messwertge ber verwendet werden, deren Bewegung mindestens eine von Hallelementen er fasste physikalische Größe beeinflusst.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiter bildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentan spruch 1 angegebenen Messvorrichtung und der im unabhängigen Patentan spruch 17 angegebenen Sensoranordnung möglich.

Besonders vorteilhaft ist, dass das Kunststoffspritzteil als Zweikomponenten spritzgussteil aus einem galvanisierbaren ersten Kunststoff und einem nicht gal vanisierbaren zweiten Kunststoff ausgeführt werden kann. Hierbei können die mindestens eine Leiterbahn und das mindestens eine externe Kontaktelement als außenliegende Metallbeschichtungen auf Abschnitte aus dem galvanisierba ren ersten Kunststoff aufgebracht werden. So kann das Kunststoffspritzteil vor zugsweise aus einem Vorspritzling aus galvanisierbarem Kunststoff und einem zweiten, nicht galvanisierbaren Kunststoff bestehen, wobei die Leiterbahnen und die externen Kontaktelemente in einem galvanischen Prozess als metallische Oberflächenbeschichtung auf dem galvanisierbaren Kunststoff erzeugt werden können. Alternativ kann das Kunststoffspritzteil aus laserstrukturierbarem Kunst stoff gebildet werden. Hierbei können die laserbearbeiteten Abschnitte des Kunststoffspritzteils mit einem leitfähigen Material galvanisiert werden. In vorteilhafter Ausgestaltung der Messvorrichtung kann der Messwertaufnehmer am Boden des Aufnahmeraums angeordnet werden. Zudem kann ein Abdichtmit tel, insbesondere ein Gel, in den Aufnahmeraum eingebracht werden und zumin dest den Messwertaufnehmer bedecken. Durch einen solchen Vergelprozess können die elektronischen Bauteile innerhalb des Aufnahmeraums vor Metallpar tikeln und Medien geschützt werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Messvorrichtung kann die Verbin dungsvorrichtung als Verbindungsflansch ausgeführt werden und einen Tubus, welcher den Aufnahmeraum verlängert und in eine korrespondierende Öffnung im Gehäuse eingeführt werden kann, und eine um den Tubus umlaufende Auf nahmekontur umfassen. Durch den Tubus kann die Messvorrichtung einfach und schnell mit dem Gehäuse gefügt werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Messvorrichtung kann mindestens eine in axialer Richtung verlaufende Einpressrippe an einer Außenwand des Tu bus ausgebildet werden, über welche der Tubus in die Öffnung eingepresst und vorfixiert werden kann. Vorzugsweise können mehrere Einpressrippen verteilt an der Außenwand des Tubus angeordnet werden und den Tubus in der Öffnung im Gehäuse zentrieren. Dadurch kann die Messvorrichtung bzw. der Messwertauf nehmer in Richtung Öffnung im Gehäuse ausgerichtet und optimal positioniert werden. Durch die Einpressrippen wird die Messvorrichtung bzw. der Messwer taufnehmer bis zur Befestigung fixiert und positioniert. Zudem ergeben sich durch die Einpressrippen entsprechende Spalte zum Entlüften, welche beim Einpres sen der Messvorrichtung bzw. des Tubus der Verbindungsvorrichtung in die Öff nung im Gehäuse nützlich sind. Durch die Entlüftung ergibt sich eine geringst mögliche Prozesszeit, da keine„Wartezeit“ für den Druckabbau entsteht. Die Ein pressrippen ermöglichen die Zentrierung und temporäre Befestigung der Mess vorrichtung ohne Hinterschnitte an der Verbindungsvorrichtung und/oder in der Öffnung des Gehäuses.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Messvorrichtung kann der Verbin dungsflansch mehrere von der Aufnahmekontur abgewandte Stützflächen zum Ansetzen eines Einpresswerkzeugs aufweisen. Zudem kann der Verbindungs flansch an einer dem Gehäuse zugewandten Stirnseite mehrere Auflagebereiche aufweisen, an welchen der Verbindungsflansch auf das Gehäuse aufgelegt wer den kann.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Messvorrichtung kann der Schaltungs träger am Außenumfang zwischen dem Aufnahmeraum und der externen Schnittstelle mindestens eine Einbuchtung zum Ansetzen eines Positionierungs und/oder Greifwerkzeugs aufweisen. Dies ermöglicht ein wiederholtes und präzi ses Greifen des Kunststoffspritzteils während diverser Fertigungsschritte und ein hochgenaues rotatorisches Positionieren der Messvorrichtung in der Öffnung des Gehäuses bei der Endmontage.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Messvorrichtung kann die umlaufende Aufnahmekontur rotationssymmetrisch mit einem geschwungenen offenen Quer schnitt am äußeren Rand des Tubus ausgebildet werden, welcher von einer Oberfläche des Gehäuses begrenzt werden kann. Hierbei kann die in der Auf nahmekontur verpresste Silikonraupe die Verbindungsvorrichtung und die Öff nung im ersten Gehäuse abdichten. Die Aufnahmekontur weist zur Applikation von Silikon an der dem ersten Gehäuse zugewandten Seite bzw. der Unterseite der Verbindungsvorrichtung vorzugsweise eine Geometrie auf, welche einer opti malen Form für den Silikonauftrag und der anschließenden Silikonverdrängung während der Montage der Messvorrichtung auf dem Gehäuse entspricht. Die ro tationssymmetrische Gestaltung der Aufnahmekontur ermöglicht ein einfaches und kostengünstiges Applizieren der Silikonraupe, da ein Silikondispenser, wel cher die Silikonraupe ausgibt, stillsteht und die Messvorrichtung mit der Verbin dungsvorrichtung unter dem Dispenser rotiert. Zudem bietet die geschwungene offene Aufnahmekontur eine größere benetzbare Fläche als beispielsweise eine plane Kontur. Die offene Gestaltung der Aufnahmekontur erlaubt eine leichte, kostengünstige und gleichzeitig präzise Applikation des Silikons. Außerdem wird eine vollautomatische und optische Kontrolle der aufgebrachten Silikonraupe, beispielsweise hinsichtlich Menge, Form, Fehlstellen usw. ermöglicht. Hierbei er möglichen die Einpressrippen an der Außenfläche des Tubus bis zum vollständi gen Aushärten der Silikonraupe eine Vorfixierung der Messvorrichtung am Ge häuse. Im späteren Betrieb, wenn die Überpressung unter Hochtemperatur re- laxiert ist, kann die verpresste und ausgehärtete Silikonraupe die alleinige Fixie rung der Messvorrichtung, sowie die generelle Abdichtung gegenüber Flüssigkeit der Öffnung im Gehäuse übernehmen. Da eine korrespondierende Oberfläche des Gehäuses die offene Aufnahmekontur nach unten begrenzen kann, ergibt sich beim Fügen der Bauteile in vorteilhafter Weise eine horizontale Verdrängung des Silikons über die Oberfläche des Gehäuses. Damit kann eine Kontamination der Öffnung im Gehäuse und eines darin angeordneten Motorlagers mit Silikon vermieden werden. Die Aufbringung des Silikons auf der Messvorrichtung bzw. dem Kunststoffspritzteil und nicht auf dem Gehäuse verringert die Ausschusskos ten bei fehlerhaft aufgetragenem Silikon. Durch die Applikation des Silikons auf dem Kunststoffspritzteil und nicht auf dem Gehäuse ist kein„Abstreifen bzw. Ver schleppen“ des Silikons durch den Tubus am Kunststoffspritzteil in die Öffnung möglich.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Sensoranordnung kann die Aufnahme kontur zur Aufnahme der Silikonraupe beispielsweise einen Aufnahmebereich mit einem ersten Radius aufweisen, welcher größer als ein Querschnitt der Silikon raupe ist. Dies ermöglicht die Aufnahme der Silikonraupe im Aufnahmebereich ohne Lufteinschlüsse. Zudem kann die Aufnahmekontur zur Aufnahme eines Teils der verpressten Silikonraupe einen Verdrängungsbereich mit einem zweiten Radius aufweisen, welcher kleiner als der erste Radius des Aufnahmebereichs ist. Zwischen dem Aufnahmebereich und dem Verdrängungsbereich kann die Aufnahmekontur einen tangentialen und stetig abfallenden Verlauf mit einer in Bezug auf den Aufnahmebereich und den Verdrängungsbereich entgegengesetz ten Krümmung und einem dritten Radius aufweisen. Vorzugsweise kann der dritte Radius dem ersten Radius entsprechen. Des Weiteren kann die Aufnahme kontur an einem dem Aufnahmebereich abgewandten Rand des Verdrängungs bereichs einen Auslauf aufweisen. Hierbei kann der kleinere zweite Radius des Verdrängungsbereichs der Aufnahmekontur ungefähr der Hälfte des ersten Ra dius entsprechen. Dies ermöglicht einen Toleranzausgleich der aufgetragenen Silikonmenge. Durch den tangentialen und stetig abfallenden Verlauf zwischen dem Aufnahmebereich und dem Verdrängungsbereich ergibt sich eine gleichmä ßige, durchgehende Benetzung der Aufnahmekontur ohne Lufteinschlüsse. Im Gegensatz dazu würde ein ansteigender Verlauf beispielsweise Lufteinschlüsse begünstigen. Der Auslauf kann beispielsweise durch einen durch Auflageberei che am Verbindungsflansch relativ zum ersten Gehäuse erzeugten Spalt gebildet werden und ermöglicht einen zusätzlichen Toleranzausgleich und eine Entlüftung während des Montagevorgangs. Zudem ergibt sich durch die Entlüftung eine ge ringstmögliche Prozesszeit, da keine„Wartezeit“ für den Druckabbau benötigt wird. Des Weiteren können zur Vermeidung von Lufteinschlüssen alle Übergänge ohne Hinterschnitte bzw. ansteigende Bereiche ausgeführt werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Messvorrichtung kann ein Abschirm blech über das erste Ende auf den Schaltungsträger aufgeschoben werden und den Schaltungsträger umschließen. Durch das umfangseitig geschlossene Ab schirmblech wird die Wirksamkeit der Abschirmung verbessert. Die Länge bzw. Höhe des Abschirmblechs in axialer Richtung beeinflusst ebenfalls die Abschir mung und wird daher so gewählt, dass ein optimales Abschirmergebnis erzielt werden kann. Dadurch kann die Sensorelektronik gegen elektromagnetische Störfelder rund um die Messvorrichtung abgeschirmt werden. Dadurch kann eine Verfälschung der erfassten magnetischen Größe zumindest erschwert oder ver mieden werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Sensoranordnung kann das erste Gehäuse eine umlaufende Ringnut aufweisen, welche die Aufnahmekontur an der Verbin dungsvorrichtung zumindest teilweise überlappt. Durch die umlaufende Ringnut ergibt sich eine Vergrößerung der benetzten Oberfläche des ersten Gehäuses. Zudem kann ein Austritt des Silikons über die Außengeometrie des Verbindungs flansches unterbunden werden. Hierbei wird eine scharfe Kante am Übergang der Ringnut zur planen Oberfläche des ersten Gehäuses durch einen konkaven bzw. abgerundeten Übergang vermieden. Dadurch kann ein„Reinschwappen“ des Silikons bei dessen Verdrängung vermieden werden, so dass durch den kon kaven bzw. abgerundeten Übergang eine Verdrängung des Silikons ohne Luf teinschlüsse erreicht werden kann. Die Größe der Ringnut kann so gewählt wer den, dass zuvor nach außen verdrängtes Silikonvolumen sicher in der Ringnut aufgenommen werden kann. Somit kann ein Benetzen der umliegenden Bauteile mit Silikon vermieden werden. Die umlaufende Ringnut im ersten Gehäuse kann die Aufnahmekontur an der Verbindungsvorrichtung zumindest im Bereich des Verdrängungsraums überlappen, um Teile des verdrängten Silikons aufzuneh- men. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Sensoranordnung kann der Tubus in die Öffnung im Gehäuse eingeführt werden, in welcher der mit dem bewegten Körper verbundene Messwertgeber angeordnet ist. Hierbei kann in die umlau fende Aufnahmekontur eine Silikonraupe eingebracht und zwischen der Aufnah mekontur und dem Gehäuse verpresst werden, wobei die verpresste Silikon raupe die Messvorrichtung am Gehäuse fixieren und abdichten kann. Durch be reits bekanntes Silikon kann die Messvorrichtung einfach am Gehäuse fixiert und gegen die Öffnung im Gehäuse abgedichtet werden. Um das Einführen des Tu bus in die Öffnung zu erleichtern kann am Ende der mindestens einen Ein pressrippe eine Einführschräge ausgebildet sein. Zusätzlich kann am Rand der Öffnung eine Einführfase ausgebildet werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Sensoranordnung kann der Messwert geber einen Permanentmagneten umfassen, und der Messwertaufnehmer kann mindestens eine magnetische Größe eines Magnetfelds des Permanentmagne ten erfassen, welches von der Bewegung des Körpers beeinflusst ist. Der be wegte Körper kann beispielsweise als drehbeweglich gelagerte Welle oder als translatorisch beweglich gelagerte Stange ausgeführt werden. Hierbei kann bei dem als Welle ausgeführten Körper die Beeinflussung des von dem Messwer taufnehmer erfassten Magnetfelds ausgewertet werden, um einen aktuellen Drehwinkel und/oder eine aktuelle Drehgeschwindigkeit der Welle zu berechnen. Bei dem als Stange ausgeführten Körper kann die Beeinflussung des von dem Messwertaufnehmer erfassten Magnetfelds ausgewertet werden, um eine aktuell zurückgelegte Strecke und/oder eine aktuelle Verschiebegeschwindigkeit der Stange zu berechnen. Hierbei kann der Permanentmagnet mittels warmaushär- tendem Klebstoff in einem Haltebecher verklebt werden, welcher über mindes tens einen Presszapfen in eine entsprechende Bohrung im Körper eingepresst dauerhaft befestigt werden kann. Da der Aufnahmeraum und der Tubus zur Öff nung im Gehäuse offen sind, und der Messwertaufnehmer am Boden des Auf nahmeraums angeordnet ist, entfällt eine Trennwand zwischen dem Messwer taufnehmer und dem Messwertgeber auf dem bewegten Körper, so dass ein ver ringerter Montageabstand bei gleichzeitig verbesserter Toleranzlage zwischen dem Messwertaufnehmer und dem Messwertgeber ermöglicht wird. Aufgrund des verringerten Montageabstands zwischen dem Messwertaufnehmer und dem Messwertgeber kann bei einer Ausführung des Körpers als Motorwelle, der Per manentmagnet unter Einsatz eines kunststoffgebundenen Magneten, unmittelbar als Verlängerung an die Motorwelle angespritzt werden. Dadurch kann der Mon tageprozess des Permanentmagneten samt Haltebecher auf die Motorwelle ent fallen. Zudem ist ein Einsatz eines Hartferrit- Magneten denkbar.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und wer den in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung be zeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungs beispiels einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Messvorrich tung aus Fig. 1 mit eingebrachter Silikonraupe von unten.

Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung aus Fig. 1 und 2 entlang der Schnittlinie III - III in Fig. 2.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Messvorrich tung aus Fig. 1 ohne Silikonraupe von unten.

Fig. 5 zeigt eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung aus Fig. 1 bis 4 entlang der Schnittlinie III - III in Fig. 4 ohne Silikonraupe und ohne Abschirmblech.

Fig. 6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels ei ner erfindungsgemäßen Sensoranordnung zur Erfassung einer Bewegung eines innerhalb eines ersten Gehäuses beweglich gelagerten Körpers mit der Messvor richtung aus Fig. 1 bis 5.

Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Details VII aus Fig. 6. Fig. 8 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels ei nes erfindungsgemäßen Verfahrens zum Fügen der Sensoranordnung aus Fig.

7.

Ausführungsformen der Erfindung

Wie aus Fig. 1 bis 7 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung 10 für eine Sensoranordnung 1 zur berührungslosen Erfassung einer Bewegung eines innerhalb eines Gehäuses 3 beweglich gelagerten Körpers 26, einen Schaltungsträger 12, eine Sensorelekt ronik 16 und eine Verbindungsvorrichtung 18, über welche die Messvorrichtung 10 mit dem Gehäuse 3 verbindbar ist. Die Sensorelektronik 16 umfasst mindes tens eine Leiterbahn 16.1, mindestens ein elektronisches Bauelement 16.2 und mindestens ein externes Kontaktelement 16.3 zur externen Kontaktierung der Messvorrichtung 10, wobei die mindestens eine Leiterbahn 16.1 das mindestens eine externe Kontaktelement 16.3 und das mindestens eine elektronische Bau element 16.2 zur Ausbildung einer elektronischen Schaltung miteinander verbin det. Hierbei ist zumindest ein elektronisches Bauelement 16.2 als Messwertauf nehmer 16.2A ausgeführt. Der Schaltungsträger 12 weist eine externe Schnitt stelle mit dem mindestens einen externen Kontaktelement 16.3 auf. An einem dem Gehäuse 3 zugewandten Ende bildet der Schaltungsträger 12 einen Auf nahmeraum 14 aus, in welchem der Messwertaufnehmer 16.2A angeordnet ist. Hierbei sind der Schaltungsträger 12 und die Verbindungsvorrichtung 18 als ge meinsames Kunststoffspritzteil 12A ausgeführt, an welchem die mindestens eine Leiterbahn 16.1 und das mindestens eine externe Kontaktelement 16.3 außenlie gend ausgebildet sind.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die externe Schnittstelle mit dem min destens einen Kontaktelement an einem vom Gehäuse 3 abgewandten Ende des Schaltungsträgers 12 angeordnet. Bei einem alternativen nicht dargestellten Aus führungsbeispiel der Messvorrichtung 10 ist die externe Schnittstelle mit dem mindestens einen Kontaktelement seitlich am Schaltungsträger 12 angeordnet. Hierzu ist das Kunststoffspritzteil 12A im dargestellten Ausführungsbeispiel als Zweikomponentenspritzgussteil aus einem galvanisierbaren ersten Kunststoff und einem nicht galvanisierbaren zweiten Kunststoff ausgeführt. Dabei sind die mindestens eine Leiterbahn 16.1 und das mindestens eine externe Kontaktele ment 16.3 als außenliegende Metallbeschichtungen auf Abschnitte aus dem gal vanisierbaren ersten Kunststoff aufgebracht. Bei einem alternativen nicht darge stellten Ausführungsbeispiel ist das Kunststoffspritzteil 12A aus laserstrukturier barem Kunststoff gebildet, bei welchem die laserbearbeiteten Abschnitte des Kunststoffspritzteils 12A mit einem leitfähigen Material galvanisiert sind.

Wie aus Fig. 6 und 7 weiter ersichtlich ist, umfasst die Sensoranordnung 1 zur berührungslosen Erfassung einer Bewegung eines innerhalb eines Gehäuses 3 in einer Öffnung 5 beweglich gelagerten Körpers 26 im dargestellten Ausfüh rungsbeispiel einen Messwertgeber 20, welcher drehfest mit dem Körper 26 ver bunden ist und sich mit dem Körper 26 mitbewegt, und eine ortsfest angeordnete erfindungsgemäße Messvorrichtung 10. Der Messwertgeber 20 beeinflusst in Ab hängigkeit von der Bewegung des Körpers 26 mindestens eine von dem Mess wertaufnehmer 16.2A erfasste physikalische Größe, wobei die Messvorrichtung 10 über die Verbindungsvorrichtung 18 mit dem Gehäuse 3 verbunden ist.

Wie aus Fig. 1 bis 7 weiter ersichtlich ist, ist die Verbindungsvorrichtung 18 als Verbindungsflansch 18A ausgeführt und umfasst einen Tubus 18.1, welcher den Aufnahmeraum 14 verlängert und in eine korrespondierende Öffnung 5 im Ge häuse 3 einführbar ist, und eine um den Tubus 18.1 umlaufende Aufnahmekontur 18.3. Der Tubus umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiele mehrere verteilt an der Außenwand des Tubus 18.1 angeordnete in axialer Richtung verlaufende Einpressrippen 18.2. Über diese Einpressrippen 18.2 wird der Tubus 18.1 in die Öffnung 5 im Gehäuse 3 eingepresst und zentriert. Dadurch ergibt sich eine Vor fixierung der Messvorrichtung 10 am Gehäuse 3. Zur Führung der Leiterbahnen 16.1 zwischen dem Aufnahmeraum 14 und den externen Kontaktelementen 16.3, ist der Tubus 18.1 geschlitzt ausgeführt. Um das Einführen des Tubus 18.1 in die Öffnung 5 zu erleichtern ist im dargestellten Ausführungsbeispiel am Ende der mehreren Einpressrippen 18.2 jeweils eine Einführschräge 18.7 ausgebildet. Zu sätzlich ist am Rand der Öffnung 5 eine Einführfase 5.1 ausgebildet. Wie aus Fig. 1 bis 7 weiter ersichtlich ist, umfasst der Verbindungsflansch 18A im dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere von der Aufnahmekontur 18.3 abge wandte Stützflächen 18.6 zum Ansetzen eines nicht dargestellten Einpresswerk zeugs. Zudem weist der Verbindungsflansch 18A an einer dem Gehäuse 3 zuge wandten Stirnseite mehrere Auflagebereiche 18.4 auf, an welchen der Verbin dungsflansch 18A im eingepressten Zustand des Tubus 18.1 auf dem Gehäuse 3 aufliegt. Zur Positionierung weist der Schaltungsträger 12 am Außenumfang zwi schen dem Aufnahmeraum 14 und der externen Schnittstelle mindestens eine Einbuchtung 18.5 zum Ansetzen eines Positionierungs- und/oder Greifwerkzeugs auf. Die Einbuchtungen 18.5 ermöglichen ein wiederholtes und präzises Greifen des Kunststoffspritzteils 12A während diverser Fertigungsschritte und ein hoch genaues rotatorisches Positionieren der Messvorrichtung 10 in der Öffnung 5 des Gehäuses 3 bei der Endmontage.

Wie aus Fig. 6 und 7 weiter ersichtlich ist, wird die erfindungsgemäße Sensoran ordnung 1 im dargestellten Ausführungsbeispiel in einem ESP-System verwen det, um eine momentane Drehposition und/oder Drehgeschwindigkeit einer Welle 26A eines Elektromotors zu ermitteln, welcher zum Antreiben von mindestens ei nem Druckerzeuger verwendet wird. Hierbei wird das Gehäuse 3 im dargestellten Ausführungsbeispiel durch ein Pumpengehäuse 3A des ESP-Systems gebildet, welches neben dem Elektromotor, welcher beispielsweise als drehzahlgeregelter bürstenloser EC-Motor (Electronically Commutated Motor) ausgeführt ist, meh rere nicht näher dargestellte Fluidpumpen, Federdruckspeicher und Fluidkanäle sowie Magnetventile und Drucksensoren umfasst. Daher ist der bewegte Körper 26 im dargestellten Ausführungsbeispiel als rotationsbeweglich gelagerte Welle 26A ausgeführt, an deren freiem Ende ein Permanentmagnet 22 angeordnet ist.

Wie aus Fig. 6 und 7 weiter ersichtlich ist, ist die Welle 26A des Elektromotors über ein Motorlager 7 drehbeweglich in der als Motorbohrung 5A in das Pumpen gehäuse 3A eingebrachten Öffnung 5 gelagert. Hierbei erfasst der Messwertauf nehmer 16.2A im dargestellten Ausführungsbeispiel mindestens eine magneti sche Größe eines Magnetfelds des Permanentmagneten 22, welches von der Bewegung des Körpers 26 beeinflusst ist. Bei dem als Welle 26A ausgeführten Körper 26 ist die Beeinflussung des von dem Messwertaufnehmer 16.2A erfass- ten Magnetfelds auswertbar, um einen aktuellen Drehwinkel und/oder eine aktu elle Drehgeschwindigkeit der Welle 26A zu berechnen. Daher ist der Messwer taufnehmer 16.2A im dargestellten Ausführungsbeispiel als TMR-Baustein aus geführt, welcher auf dem TMR-Effekt (magnetoresistiver Tunneleffekt) basiert und mit dem am Ende der Welle 26A des bürstenlosen EC-Motors angeordneten Permanentmagneten 22 zusammenwirkt, um die momentane Drehposition der Welle 26A zu erfassen. Selbstverständlich können auch andere Messwertaufneh mer 16.2A eingesetzt werden, welche geeignet sind die momentane Drehposition der Welle zu erfassen. Das vom Messwertaufnehmer 16.2A detektierte Drehposi tionssignal wird über die Leiterbahnen 16.1 und die externen Kontaktelemente 16.3 zu einem nicht dargestellten Steuergerät übertragen.

Bei einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist der bewegte Körper 26 als translatorisch gelagerte Stange ausgeführt. Hierbei ist bei dem als Stange ausgeführten Körper 26 die Beeinflussung des von dem Messwertauf nehmer 16.2A erfassten Magnetfelds auswertbar, um eine aktuell zurückgelegte Strecke und/oder eine aktuelle Verschiebegeschwindigkeit der Stange zu berech nen.

Wie aus Fig. 6 weiter ersichtlich ist, ist der Permanentmagnet 22 zur Befestigung an der Welle 26 im dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Haltebecher 24 aus einem unmagnetischen Werkstoff eingeklebt. Hierbei wird der Permanent magnet 22 hochgenau auf der Welle 26A positioniert und dauerhaft befestigt. Hierzu weist die Welle 26A eine stirnseitige Bohrung zur Aufnahme eines Press zapfens des Haltebechers 24 auf, so dass der Haltebecher 24 über einen Press sitz dauerhaft an der Welle 26A befestigt werden kann. Der Becherboden dient als magnetische Isolationsstrecke zwischen dem Permanentmagneten 22 und der weichmagnetischen Welle 26A. Hierdurch wird ein Abfluss des Nutzmagnet feldes in die Welle 26A reduziert. Bei einem alternativen nicht dargestellten Aus führungsbeispiel ist der Permanentmagnet in Form eines kunststoffgebundenen permanentmagnetischen Materials als Verlängerung an den Körper 26 ange spritzt, so dass ein freies Ende des Körpers 26 den Permanentmagneten 22 aus bildet. Wie aus Fig. 6 und 7 weiter ersichtlich ist, bildet der Tubus 18.1 und der Aufnah meraum 14 einen Hohlraum aus, in welchen das Ende der Welle 26A mit dem Permanentmagneten 22 hineinragt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Messwertaufnehmer 16.2A am Boden 14.1 des Aufnahmeraums 14 angeordnet. Dadurch entfällt eine Trennwand zwischen dem Messwertaufnehmer 16.2A und dem Messwertgeber 20. Zusätzlich kann der Messwertaufnehmer 16.2A zum Schutz vor Partikeln und Feuchtigkeit durch ein nicht dargestelltes Abdichtmittel, wie beispielsweise ein Gel, bedeckt werden, welches in den Aufnahmeraum 14 eingebracht wird. Das nicht dargestellte Steuergerät kann beispielsweise über Federkontakte mit den externen Kontaktelementen 16.3 der Messvorrichtung 10 kontaktiert werden.

Wie aus Fig. 1 bis 7 weiter ersichtlich ist, ist die umlaufende Aufnahmekontur 18.3 rotationssymmetrisch mit einem geschwungenen offenen Querschnitt am äußeren Rand des Tubus 18.1 ausgebildet ist, welcher von einer Oberfläche des Gehäuses 3 begrenzbar ist. Wie insbesondere aus Fig. 6 weiter ersichtlich ist, umfasst die umlaufende Aufnahmekontur 18.3 im dargestellten Ausführungsbei spiel zur Aufnahme einer Silikonraupe 19 einen Aufnahmebereich A mit einem ersten Radius RI, welcher größer als ein Querschnitt der Silikonraupe 19 ist. Des Weiteren umfasst die Aufnahmekontur 18.3 zur Aufnahme eines Teils der ver- pressten Silikonraupe 19A einen Verdrängungsbereich B mit einem zweiten Ra dius R2, welcher kleiner als der erste Radius RI des Aufnahmebereichs A ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht der zweite Radius R2 ungefähr der Hälfte des ersten Radius RI. Wie aus Fig. 6 weiter ersichtlich ist, weist die Auf nahmekontur 18.3 zwischen dem Aufnahmebereich A und dem Verdrängungsbe reich B einen tangentialen und stetig abfallenden Verlauf Al mit einer in Bezug auf den Aufnahmebereich A und den Verdrängungsbereich B entgegengesetzten Krümmung auf. Zudem weist der Verlauf Al einen dritten Radius R3 auf, welcher im dargestellten Ausführungsbeispiel gleich dem ersten Radius RI ist. Wie aus Fig. 6 weiter ersichtlich ist, weist die Aufnahmekontur 18.3 an einem dem Auf nahmebereich A abgewandten Rand des Verdrängungsbereichs B einen Auslauf A2 auf. Der Auslauf A2 wird im dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen Spalt ausgebildet, welcher sich durch die Auflagebereiche 18.4 am Verbindungs flansch 18A zwischen dem Verbindungsflansch 18A und dem Gehäuse 3 ergibt. Dies ermöglicht einen zusätzlichen Toleranzausgleich und eine Entlüftung wäh rend des Montagevorgangs.

Vor allem die geometrische Ausgestaltung der Aufnahmekontur 18.3 über meh rere Radien RI, R2, R3 erlaubt eine saubere Anlage der verpressten Silikon raupe 19A an der Oberfläche des Gehäuses 3 und in der Aufnahmekontur 18.3 des Verbindungsflansches 18A. Dadurch können beispielsweise Fehlstellen und Lufteinschlüsse innerhalb der Silikondichtung mit dem Ziel einer vollständigen und gleichmäßigen Benetzung der Oberfläche des Gehäuses 3 und der Aufnah mekontur 18.3 reduziert werden. Darüber hinaus ergibt sich durch die Gestaltung ein vergrößertes Volumen und somit ein vorteilhafter Toleranzausgleich der auf gebrachten Silikonmenge. Hierbei wird die Silikonraupe 19 in den tieferen Auf nahmebereich A der Aufnahmekontur 18.3 eingebracht. Beim Einpressen des Tubus 18.1 in die Öffnung 5 des Gehäuses 3 wird die eingebrachte Silikonraupe 19 über den Verlauf Al in den flacheren Verdrängungsbereich B der Aufnahme kontur 18.3 verdrängt und so zwischen der Aufnahmekontur 18.3 und der Ober fläche des Gehäuses 3 verpresst.

Wie aus Fig. 6 und 7 weiter ersichtlich ist, weist das erste Gehäuse 3 im darge stellten Ausführungsbeispiel der Sensoranordnung 1 eine umlaufende Ringnut 3.1 auf, welche die Aufnahmekontur 18.3 an der Verbindungsvorrichtung 18 zu mindest teilweise überlappt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel überlappt die umlaufende Ringnut 3.1 im ersten Gehäuse 3 die Aufnahmekontur 18.3 an der Verbindungsvorrichtung 18 im Bereich des Verdrängungsraums B und des Aus laufs A2, um Teile des verdrängten Silikons 19A aufzunehmen. Durch die umlau fende Ringnut 3.1 ergibt sich eine Vergrößerung der benetzten Oberfläche des ersten Gehäuses 3. Wie insbesondere aus Fig. 7 weiter ersichtlich ist, weist die Ringnut 3.1 einen konkaven bzw. abgerundeten Übergang zur planen Oberfläche des ersten Gehäuse 3 auf.

Wie aus Fig. 6 und 7 weiter ersichtlich ist, ist der Tubus 18.1 so in die Öffnung 5 im Gehäuse 3 eingeführt, dass die in die umlaufende Aufnahmekontur 18.3 ein gebrachte Silikonraupe 19 zwischen der Aufnahmekontur 18.3 und dem Ge häuse 3 verpresst ist. Die verpresste Silikonraupe 19A fixiert und dichtet die Messvorrichtung 10 am Gehäuse 3 ab. Das bedeutet, dass die in der Aufnahme kontur 18.3 verpresste Silikonraupe 19A die Messvorrichtung 10 gegen die Öff nung 5 im ersten Gehäuse 3 abdichtet.

Wie aus Fig. 1, 3 und 6 weiter ersichtlich ist, ist im dargestellten Ausführungsbei spiel der Messvorrichtung 10 ein Abschirmblech 13 über das erste Ende auf den Schaltungsträger 12 aufgeschoben, welches den Schaltungsträger 12 um schließt. Hierbei ist das Abschirmblech 14 geschlossen ausgebildet und steht auf den Stützflächen 18.6 des Verbindungsflansches 18A auf.

Wie aus Fig. 8 weiter ersichtlich ist, stellt das erfindungsgemäße Verfahren 100 zum Fügen einer Sensoranordnung 1 in einem Schritt S100 das Gehäuse 3 mit der Öffnung 5 bzw. Motorbohrung 5A bereit, in welcher der Körper 26 bzw. die Welle 26A mit dem Messwertgeber 20 beweglich gelagert ist. Im Schritt S110 wird die Messvorrichtung 10 mit dem gemeinsamen Kunststoffspritzteil 12A be reitgestellt. Hierbei können die Schritte S100 und S110 in der dargestellten Rei henfolge oder zeitgleich oder in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden. Im Schritt S120 wird die Silikonraupe 19 in die umlaufende Aufnahmekontur 18.3 der Messvorrichtung 10 eingebracht. Im Schritt S130 wird der Tubus 18.1 der Messvorrichtung 10 in die Öffnung 5 des Gehäuses 3 so eingeführt, dass die Sili konraupe 19 während des Einführvorgangs in der umlaufenden Aufnahmekontur 18.3 verdrängt und verpresst wird, wobei die Messvorrichtung 10 durch die ver presste Silikonraupe 19A am Gehäuse 3 fixiert und gegen die Öffnung 5 des Ge häuses 3 abgedichtet wird.

Nach einem Aushärte- bzw. Aktivierungsvorgang der verpressten Silikonraupe 19A ist die Messvorrichtung 10 am ersten Gehäuse 3 bzw. dem Pumpengehäuse 3A fixiert und die Öffnung 5 bzw. Motorbohrung 5A abgedichtet. So kann die ver presste Silikonraupe 19A beispielsweise an Luft oder in einem Ofen aushärten.

Die rotationssymmetrische Gestaltung der Aufnahmekontur 18.3 ermöglicht ein einfaches und kostengünstiges Applizieren der Silikonraupe 19, da ein nicht dar gestellter Silikondispenser, welcher die Silikonraupe 19 ausgibt, stillsteht und die Messvorrichtung 10 mit dem Kunststoffspritzteil 12A und der Aufnahmekontur 18.3 unter dem Dispenser rotiert. Die offene Gestaltung der Aufnahmekontur 18.3 erlaubt eine leichte, kostengünstige und gleichzeitig präzise Applikation des Silikons. Außerdem wird eine vollautomatische und optische Kontrolle der aufge brachten Silikonraupe, beispielsweise hinsichtlich Menge, Form, Fehlstellen usw. ermöglicht. Da eine korrespondierende Oberfläche des Gehäuses 3 die offene Aufnahmekontur 18.3 nach unten begrenzt ergibt sich beim Fügen der Bauteile in vorteilhafter Weise eine horizontale Verdrängung des Silikons über die Oberflä che des Gehäuses 3. Damit kann eine Kontamination der Öffnung 5 im Gehäuse 3 und des darin angeordneten Motorlagers 7 mit Silikon vermieden werden. Die Aufbringung des Silikons auf der Messvorrichtung 10 bzw. dem Kunststoffspritz- teil 12 A und nicht auf dem Gehäuse 3 verringert die Ausschusskosten bei fehler haft aufgetragenem Silikon. Zudem ist kein„Abstreifen bzw. Verschleppen“ des Silikons durch den Tubus 18.1 am Kunststoffspritzteil 12A in die Öffnung 5 mög lich. Um den Tubus 18.1 des Kunststoffspritzteils 12A während der Aushärtung bzw.

Aktivierung der verpressten Silikonraupe 19A vorzufixieren, wird der Tubus 18.1 im dargestellten Ausführungsbeispiel über die mehreren an seiner Außenwand angeordnete Einpressrippen 18.2 in die Öffnung 5 eingepresst und zentriert.