Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zur Erfassung der Drehlage einer sich drehenden Welle mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Montage einer solchen Sensoreinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 10 und eine elektro- mechanische Servolenkung.

Elektromechanische Kraftfahrzeugservolenkungen weisen Servoeinheiten auf, die als Hilfskraftunterstützungseinrichtung an einem Ritzel oder einer Zahn- stange des Lenkgetriebes angeordnet sein können. Ein Elektromotor der Servoeinheit weist einen Rotorlagesensor (RPS) auf, der den Drehwinkel der Rotorwelle misst. Das RPS Signal wird zur Steuerung des Elektromotors verwendet.

RPS weisen herkömmlicherweise Ringmagnete auf, die mit Presssitz auf einer Motorwelle befestigt sind. Dabei sollen möglichst keine mechanischen

Spannungen auf den Ringmagneten übertragen werden, sodass dieser vom Grundkörper nicht abreißen oder losbrechen kann. Der Einsatz von Ring- magneten als Motormagneten macht es erforderlich, dass eine Verdreh- sicherheit und axiale Verschiebesicherheit gewährleistet ist. Es sind kraft-oder formschlüssige Verbindungen gefordert, denn Klebeverbindungen garantieren keine dauerhaft sichere Befestigung.

Aus der EP 2 350 573 Bl ist eine Sensoreinrichtung zur Erfassung der Dreh- lage einer sich drehenden Welle bekannt, die einen ringförmig ausgebildeten Gebermagneten aufweist, der auf einem Trägerstift sitzt, wobei der

Gebermagnet als Spritzgussbauteil ausgeführt ist und an den Trägerstift unmittelbar angespritzt ist. Weiterhin ist vorgesehen, dass ein Formschluss durch radiale Vertiefungen und in die Vertiefungen einragende radiale

Erhebungen zwischen dem Trägerstift und dem Gebermagneten gebildet wird. Dadurch lässt sich eine besonders gute Verbindung zwischen dem Trägerstift und dem Gebermagneten hersteilen. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Sensoreinrichtung zur

Erfassung der Drehlage einer sich drehenden Welle anzugeben, die eine einfach herstellbare, verdrehsichere Verbindung zwischen dem Ringmagneten und der Welle aufweist, bei der Spannungen oder Risse an den Komponenten verhindert werden können.

Diese Aufgabe wird von einer Sensoreinrichtung zur Erfassung der Drehlage einer sich drehenden Welle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und von einem Verfahren zur Montage einer solchen Sensoreinrichtung mit den

Merkmalen des Anspruchs 10 sowie einer elektromechanischen Servolenkung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Demnach ist eine Sensoreinrichtung zum Erfassen der Drehlage einer rotierenden Welle, insbesondere einer Motorwelle, aufweisend einen ring- förmigen Gebermagneten, der auf einem Trägerstift befestigt ist, der mit der Welle verbunden ist, vorgesehen, wobei der Trägerstift von dem Geber- magneten umgeben ist, und wobei zwischen dem Trägerstift und dem

Gebermagneten eine in einem Spritzgussverfahren eingespritzte Kunststoff- hülse vorgesehen ist, die den Trägerstift und den Gebermagneten drehfest miteinander verbindet. Der Gebermagnet kann somit in einem Spritzguss- verfahren in hoher Stückzahl kostengünstig gefertigt werden. Bei der Montage wird dieser mittels Spritzguss mit dem Trägerstift fest verbunden, so dass Spannungen und Risse in den Bauteilen durch den Kunststoff verhindert werden können. Vorzugsweise ist die Verbindung formschlüssig. Der

Gebermagnet umschließt den Trägerstift bevorzugt konzentrisch.

Zur Herstellung der drehfesten Verbindung weist der Trägerstift auf seiner Außenseite oder Außenumfangsfläche vorzugsweise eine Rändelung auf, die von dem Kunststoff umspritzt wird, um einen Formschluss mit dem

umspritzten Kunststoff zu bilden. Diese Rändelung ist vorzugsweise an einem ersten Ende des Trägerstifts vorgesehen. Es ist denkbar und möglich, dass die Rändelung an einem zweiten Ende des Trägerstifts ausgebildet ist. Weiter bevorzugt ist die Rändelung abschnittsweise an dem ersten Ende und/oder dem zweiten Ende des Trägerstifts vorgesehen. Der Trägerstift weist einen ersten Durchmesser auf und im Bereich der abschnittsweisen Rändelung einen zweiten Durchmesser, wobei der zweite Durchmesser kleiner ist als der erste Durchmesser. Die Rändelung kann zum Beispiel eine Kreuz- oder Längs- rändelung sein. Weiterhin kann die Rändelung als Gerad-und/oder Quer- und/oder Schrägrändelung ausgebildet sein. Die Rändelung kann abschnitts- weise ausgebildet sein. Der Gebermagnet weist bevorzugt eine zentrale Ausnehmung auf, die im Querschnitt ein unrundes Profil aufweist, wodurch ebenfalls eine drehfeste Verbindung hergestellt werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Innenquerschnitt unrund ausgebildet. Beispielsweise kann der Innenquerschnitt korrespondierend zum Außenquer- schnitt der Kunststoffhülse mehreckig ausgebildet sein, bevorzugt ein sogenanntes Kleeblattprofil haben, welches gebildet wird aus einem

zylindrischen oder mehreckigen Grundprofil, welches bogenförmige radiale Aus- und/oder Einformungen hat. In einer bevorzugten Ausführungsform bildet die Verbindung eine Verdrehsicherung und eine Verschiebesicherung in Axialrichtung aus.

Der Gebermagnet ist vorzugsweise auf dem Trägerstift an einem wellenfernen Ende angeordnet. Der Trägerstift ist bevorzugt in eine Ausnehmung, die in eine Stirnseite der Welle eingebracht ist, eingesetzt. Der Trägerstift verbindet somit drehfest den Gebermagneten mit der Welle, wobei zwischen dem

Gebermagneten und der Stirnseite der Welle ein erster Luftspalt vorhanden ist, sodass ein magnetischer Kurzschluss vermieden werden kann. Der erste Luftspalt nimmt vorzugsweise einen Wert an, welcher in einem Bereich zwischen 0,5mm und 2mm liegt und besonders bevorzugt einen Wert von 1mm annimmt. Der Trägerstift ist auf der vom Gebermagneten abgewandten Seite des Trägerstifts in der Öffnung der Welle derart aufgenommen, dass zwischen der Stirnseite des Trägerstifts und der Welle ein zweiter Luftspalt vorgesehen ist, sodass durch das Einpressen die Luft in der Bohrung der Welle komprimiert werden kann. In anderen Worten muss die Bohrung der Welle tiefer sein als die Einpresslänge des Trägerstifts. Der zweite Luftspalt ist vorzugsweise kleiner oder gleich dem ersten Luftspalt.

Es ist allgemein vorteilhaft, wenn der Innendurchmesser des ringförmigen Gebermagneten größer ist als der Außendurchmesser des Trägerstifts, so dass zwischen dem Trägerstift und dem Gebermagneten ein Ringspalt ausgebildet ist, der von der Kunststoffhülse eingenommen ist.

Weiterhin ist ein Verfahren zur Montage einer Sensoreinrichtung zum Erfassen der Drehlage einer rotierenden Welle, die in einem Gehäuse drehbar gelagert ist, mit einem ringförmigen Gebermagneten, der auf einem Trägerstift befestigbar ist, der mit der Welle verbindbar ist, vorgesehen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

- Teilweises Einbringen des Trägerstifts in den Gebermagneten, wobei sich zwischen dem Gebermagneten und dem Trägerstift ein Ringspalt ausbildet,

- Einspritzen eines Kunststoffs in den Ringspalt zwischen Gebermagnet und Trägerstift zur Ausbildung einer drehfesten Verbindung zwischen Geber- magnet und Trägerstift,

- Einbringen des Trägerstifts in die Welle.

Diese Art der Verbindung ist, wie oben bereits beschrieben, einfach herzu- stellen und kostengünstig. Zudem weist sie die benötigte Drehfestigkeit auf und ein Verschleiß der Bauteile kann verhindert werden.

Der Gebermagneten ist vorzugsweise in einem Spritzgussverfahren, insbesondere als Einzelkomponente, hergestellt.

Bevorzugt weist der Trägerstift auf seiner Außenseite eine Rändelung auf, so dass der Kunststoff die Rändelung beim Einspritzen umfließt, und sich nach dem Abkühlen eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Kunststoff und dem Trägerstift ausbildet.

Vorzugsweise weist der Gebermagnet eine zentrale Ausnehmung auf, die im Querschnitt ein unrundes, bevorzugt kleeblattförmiges, Profil hat und die vom Kunststoff beim Spritzgießen umflossen wird, sodass nach dem Abkühlen eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Kunststoff und dem Gebermagnet entsteht.

Weiterhin ist eine elektromechanische Servolenkung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine zuvor beschriebene Sensoreinrichtung, vorgesehen, wobei die Welle eine Rotorwelle eines Elektromotors ist. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleichen Funktionen tragen gleiche Bezugszeichen. Es zeigen :

Figur 1 : eine schematische Darstellung einer elektromechanischen

Servolenkung,

Figur 2: eine räumliche Ansicht einer elektromechanischen

Hilfskraftlenkung mit einem Elektromotor, einem

Drehmomentensensor und einm Lenkwinkelsensor,

Figur 3: eine schematische Darstellung der Montage eines Teils einer

Sensoreinrichtung zum Erfassen der Drehlage einer rotierenden Welle eines ersten Schrittes,

Figur 4: eine schematische Darstellung eines zweiten Schritts der

Montage,

Figur 5: eine schematische Darstellung eines dritten Schritts der Montage,

Figur 6: eine Ansicht eines Teils der Sensoreinrichtung im montierten

Zustand,

Figur 7: eine Ansicht des an der Welle montierten Teils der

Sensoreinrichtung, sowie

Figur 8: einen Querschnitt durch den Teil der Sensoreinrichtung im

Bereich des Gebermagnetes.

In der Figur 1 ist eine elektromechanische Kraftfahrzeugservolenkung 1 mit einem Lenkrad 2, das mit einer Lenkwelle 3 drehfest gekoppelt ist,

schematisch dargestellt. Über das Lenkrad 2 bringt der Fahrer ein

entsprechendes Drehmoment als Lenkbefehl in die Lenkwelle 3 ein. Das Drehmoment wird dann über die Lenkwelle 3 auf ein Lenkritzel 5 übertragen. Das Ritzel 5 kämmt in bekannter Weise mit einem Zahnsegment 60 einer Zahnstange 6. Das Lenkritzel 5 bildet zusammen mit der Zahnstange 6 ein Lenkgetriebe. Die Zahnstange 6 ist in einem Lenkungsgehäuse in Richtung ihrer Längsachse verschieblich gelagert. An ihrem freien Ende ist die Zahn- Stange 6 mit Spurstangen 7 über nicht dargestellte Kugelgelenke verbunden. Die Spurstangen 7 selbst sind in bekannter Weise über Achsschenkel mit je einem gelenkten Rad 8 des Kraftfahrzeugs verbunden. Eine Drehung des Lenkrades 2 führt über die Verbindung der Lenkwelle 3 und des Ritzels 5 zu einer Längsverschiebung der Zahnstange 6 und damit zu einer Verschwenkung der gelenkten Räder 8. Die gelenkten Räder 8 erfahren über eine Fahrbahn 80 eine Rückwirkung, die der Lenkbewegung entgegen wirkt. Zum Verschwenken der Räder 8 ist folglich eine Kraft erforderlich, die ein entsprechendes Dreh- moment am Lenkrad 2 erforderlich macht. Ein Elektromotor 9 mit einem

Rotorlagensensor (RPS) einer Servoeinheit 10 ist vorgesehen, um dem Fahrer bei dieser Lenkbewegung zu unterstützen.

Die Lenkwelle 3 weist eine mit dem Lenkrad 2 verbundene Eingangswelle 30 und eine mit dem Lenkritzel 5 verbundene Ausgangswelle 31 auf. Die Ein- gangswelle 30 und die Ausgangswelle 31 sind drehelastisch über einen nicht gezeigten Drehstab miteinander gekoppelt. Eine Drehmomentsensoreinheit 11, wie in Figur 2 dargestellt, erfasst die Verdrehung der Eingangswelle 30 gegenüber der Ausgangswelle 31 als ein Maß des an der Lenkwelle 3 oder des Lenkrades 2 manuell ausgeübten Drehmomentes. Diese Verdrehung zwischen der Eingangswelle 30 und der Ausgangswelle 31 kann über einen Drehwinkel- sensor ermittelt werden. Dieser Drehwinkelsensor wird auch als Drehmoment- sensor bezeichnet. Die Drehmomentsensoreinheit 11 weist einen drehfest mit der oberen Lenkwelle 3 verbunden Ringmagneten (Permanentmagneten) und Magnetflussleiter auf. In Abhängigkeit des von der Drehmomentsensoreinheit 11 gemessen Drehmoments stellt die Servoeinheit 10 eine Lenkunterstützung für den Fahrer bereit. Die Servoeinheit 10 kann dabei als Hilfskraftunter- stützungseinrichtung 10, 100, 101 entweder mit einer Lenkwelle 3, dem

Lenkritzel 5 oder der Zahnstange 6 gekoppelt sein. Die jeweilige Hilfskraft- unterstützung 10, 100, 101 trägt ein Hilfskraftmoment in die Lenkwelle 3, das Lenkritzel 5 und/oder in die Zahnstange 6 ein, wodurch der Fahrer bei der Lenkarbeit unterstützt wird. Die drei unterschiedlichen in Figur 1 dargestellten Hilfskraftunterstützungen 10, 100, 101 zeigen alternative Positionen für deren Anordnung. Üblicherweise ist nur eine einzige der gezeigten Positionen mit einer Hilfskraftunterstützung belegt. Die Servoeinheit kann dabei als Überlagerungslenkung an der Lenksäule oder als Hilfskraftunterstützungs- einrichtung an dem Ritzel 5 oder der Zahnstange 6 angeordnet sein.

Figur 2 zeigt eine Drehmomentsensoreinheit 11, die Teil einer integralen Baueinheit 110 ist, die eine Lenkwinkelsensoreinheit 140 umfasst. Die

Drehmomentsensoreinheit 12 erfasst die Verdrehung der oberen Lenkwelle 30 gegenüber der unteren Lenkwelle 31 als ein Maß des an der oberen Lenkwelle 30 manuell ausgeübten Drehmomentes. Die Lenkwinkelsensoreinheit 140 hingegen misst den aktuellen Lenkwinkel der unteren Lenkwelle 31.

Die obere Lenkwelle 30 und die untere Lenkwelle 31 sind drehelastisch über einen Drehstab miteinander gekoppelt. Die Verdrehung zwischen oberer Lenkwelle 30 und der unteren Lenkwelle 31 kann über einen Drehwinkelsensor ermittelt werden. Dieser Drehwinkelsensor wird auch als Drehmomentsensor bezeichnet. Die Drehmomentsensoreinheit 11 weist einen drehfest mit der oberen Lenkwelle 30 verbunden Ringmagneten (Permanentmagneten) 150 und einen Magnetflussleiter 160 auf. Eine dazugehörige Sensoreinheit 170 ist raumfest mit der Einheit des Elektromotors 9 verbunden. In Abhängigkeit des von der Drehmomentsensoreinheit 12 gemessenen Drehmoments stellt die Servoeinheit 9 eine Lenkunterstützung für den Fahrer bereit.

In der Figur 2 ist weiterhin dargestellt, dass der Elektromotor oder ein

Servomotor 9 mit einer nicht dargestellte Schneckenwelle über eine Rotorwelle gekoppelt ist. Der Elektromotor weist einen Rotorlagensensor (RPS) 90 auf.

Die Schneckenwelle steht die mit ihrer Schnecke in Eingriff mit einem

Schneckenrad 180, dass mit einem Ritzel oder, wie hier dargestellt, mit der unteren Lenkwelle 31 drehfest verbunden ist. Bei einem Betrieb des

Elektromotors 9 wird die Schneckenwelle angetrieben und das Schneckenrad 180 dreht sich entsprechend um eine Drehunterstützung für die untere

Lenkwelle 31 bereitzustellen.

In den Figuren 3 bis 5 ist die Montage eines Teils einer Sensoreinrichtung zur Erfassung der Drehlage einer sich drehenden Welle 12, bevorzugt einer Motorwelle des Elektromotors 9, dargestellt. Die Sensoreinrichtung weist einen Gebermagneten 13, der drehfest mit der Welle 12 verbunden ist, auf. Der Gebermagnet 13 ist an einem Trägerstift 14 befestigt, der in eine Ausnehmung 15 eingesetzt ist, welche in eine Stirnseite 16 der Welle 12 eingebracht ist. Bei dem Gebermagneten 13 handelt es sich um einen Ringmagneten, der auf einem wellenfernen Ende 17 des Trägerstifts 14 sitzt. Der Trägerstift 14 verbindet somit drehfest den Gebermagneten 13 mit der Welle 12, wobei zwischen dem Gebermagneten 13 und der Stirnseite 16 der Welle 12 ein Luftspalt 18 vorhanden ist, welcher bevorzugt in einem Bereich zwischen 0,5mm und 2mm und besonders bevorzugt einen Wert von 1mm annimmt.

Der Gebermagnet 13 wird im Spritzgussverfahren als Einzelkomponente gefertigt. Danach wird der Gebermagnet 13, wie in den Figuren 3 und 4 dargestellt, auf den Trägerstift 14 aufgeschoben und in der Endposition gehalten. Der Gebermagnet 13 umgibt den Trägerstift 14 konzentrisch. Der Außendurchmesser des Trägerstiftes 14 ist dabei im Verbindungsbereich mit dem Gebermagneten 13 kleiner als der Innendurchmesser des Gebermagnetes 13. Der Gebermagnet 13 ist somit von dem Trägerstift 14 durch einen

Ringspalt 19 beabstandet. Der Gebermagnet 13 steht somit nicht im direkten, unmittelbaren Kontakt zu dem Trägerstift 14.

Wie in der Figur 5 dargestellt ist, wird zwischen dem Trägerstift 14 und dem Gebermagneten 13 Kunststoff entlang der Pfeile im Spritzgussverfahren zur Ausbildung einer drehsicheren und in axialer Richtung verschiebesicheren Verbindung eingespritzt. Dazu wird die Anordnung von Trägerstift 14 und Gebermagnet 13 von einem ersten Teil einer Spritzgussform 20 umgeben. Der erste Teil der Spritzgussform 20 ist topfförmig mit einem Boden 21 und einem Mantel 22 ausgebildet. Der Boden 21 weist eine zentrale Ausnehmung 23 auf, die von dem Trägerstift 14 durchsetzt wird. Der Boden 21 liegt auf der

Innenseite in Anlage mit einer ersten Stirnseite des Gebermagnetes 24. Der Mantel 22 des ersten Teils der Spritzgussform 20 deckt den Gebermagneten 13 radial nach außen, auf der Außenseite ab. Ein zweiter Teil der Spritzguss- form 25 liegt in Anlage mit der zweiten Stirnseite des Gebermagnetes 26. Dieser zweite Teil der Spritzgussform 25 weist eine ringförmige Ausnehmung 27 zum Einspritzen des Kunststoffs in den Ringspalt 19 zwischen Trägerstift 14 und Gebermagnet 13 auf. Im Spritzgussverfahren bildet sich eine Kunststoff- hülse 28 zwischen Trägerstift 14 und Gebermagnet 13 aus, die die beiden Bauteile 13,14 fest miteinander verbindet. Figur 6 zeigt den montierten Teil der Sensoranordnung mit Trägerstift 14, Gebermagnet 13 und Kunststoffhülse 28. Anschließend wird der Trägerstift 14 mit dem darauf angeordneten Gebermagnet 13 mit der Welle 12 verbunden (siehe Figur 7). Der Trägerstift 14 ist auf der vom Gebermagneten abge- wandten Seite des Trägerstifts in der Welle 12 derart aufgenommen, dass zwischen der Stirnseite des Trägerstifts 14 und der Welle 12 ein zweiter Luftspalt 180 vorgesehen ist, sodass durch das Einpressen die Luft in der Bohrung der Welle 12 komprimiert werden kann. In anderen Worten muss die Bohrung der Welle 12 tiefer sein als die Einpresslänge des Trägerstifts 14. Der zweite Luftspalt 180 ist vorzugsweise kleiner oder gleich dem ersten Luftspalt 18. Der Trägerstift 14 kann, wie in der Figur 7 gezeigt, in einem Verbindungs- abschnitt mit der Welle 12 über eine Rändelung 29 verbunden sein und somit eine formschlüssige Verbindung mit der Welle eingehen. Die Rändelung 29 ist an einer Ausenumfangsfläche des Trägerstifts 14 vorgesehen und kann an einem zweiten Ende des Trägerstifts 14 angeordnet sein Der Durchmesser D2 kann im Bereich der Rändelung 29 kleiner ausgebildet sein als der Grund- durchmesser Dl des Trägerstifts 14.

In der Figur 8 ist die Anordnung des Trägerstiftes 14, des Gebermagneten 13 und der Kunststoffhülse 28 im Querschnitt in einer bevorzugten Ausführungs- form dargestellt. Das in den Gebermagneten 13 einzubringende Ende des Trägerstiftes 14 weist auf der Außenseite eine Rändelung 29 auf. Die

Rändelung 29 ist vorzugsweise in einem Abschnitt am ersten in den Geber- magneten einzubringenden Ende des Trägerstifts vorgesehen, wie in den Figuren 3-8 dargestellt, um eine formschlüssige Verbindung mit der Kunst - stoffhülse 28 bereitzustellen. Im Bereich der Rändelung kann eine Vertiefung im metallischen Trägerstift 14 vorgesehen sein, sodass der Durchmesser D2 kleiner ausgebildet ist als der Durchmesser Dl des restlichen Trägerstifts Dl. Die zentrale Ausnehmung 131 des Gebermagneten 13 ist im Profil

kleeblattförmig ausgestaltet. Bei dem Spritzgießvorgang fließt die aufge- schmolzene Kunststoffmasse in die Rändelung 29 und die Ausnehmung 131, sodass nach dem Abkühlen eine formschlüssige Verbindung zwischen der Kunststoffhülse 28 und dem Gebermagneten 13 sowie dem Trägerstift 14 entsteht, die mittelbar eine Verdrehsicherung und bevorzugt auch eine axiale Verschiebesicherung zwischen Gebermagnet 13 und Trägerstift 14 bildet.

Bei der drehenden Welle 12 handelt es sich bevorzugt um eine Rotorwelle des Elektromotors 9. Der Elektromotor weist in einem Gehäuse einen gehäuse- festen Stator sowie eine rotierend gelagerte Rotorwelle auf, deren Drehlage mithilfe einer Sensoreinrichtung (Rotorpositionssensor) detektiert wird. Die Sensoreinrichtung umfasst den Gebermagneten 13, der drehfest mit der Rotorwelle 12 verbunden ist, sowie einen gehäusefest angeordneten Sensor, der Magnetfeldänderungen zu detektieren in der Lage ist, welche beim

Umlaufen der Rotorwelle sowie des Gebermagneten entstehen. Die

entsprechenden Sensorsignale des Sensors werden in einer Regel- oder Steuereinheit ausgewertet und können zur Einstellung des Elektromotors herangezogen werden. Bei dem Sensor handelt es sich zum Beispiel um einen AMR-Sensor (anisotroper magnetoresistiver Effekt) oder um einen Hall- Sensor.