本發(fā)明涉及用于扭矩傳感器和/或角度傳感器的換能器組件，該換能器組件包括管部段狀的磁環(huán)，該磁環(huán)經(jīng)由中間元件緊固至承載器套筒，其中，中間元件與磁環(huán)經(jīng)由彼此指向的接合表面一體地結(jié)合至彼此，并且該中間元件至少在接合表面的區(qū)域中由塑料形成。

背景技術(shù)：

在機動車輛的動力助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，檢測到由駕駛員通過方向盤引入到轉(zhuǎn)向軸中的轉(zhuǎn)向扭矩，并且以此獲得的輔助扭矩被施加到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中。通過測量轉(zhuǎn)向軸的由扭力桿聯(lián)接的兩個部段之間的相對旋轉(zhuǎn)角度、即與扭矩有關(guān)的扭轉(zhuǎn)來確定扭矩。相對旋轉(zhuǎn)角度可以借助于磁傳感器的旋轉(zhuǎn)角度來檢測，其中，轉(zhuǎn)向軸的一個部段上布置有一開始所提及類型的換能器元件，并該換能器元件旋轉(zhuǎn)地固定至同軸的磁環(huán)，并且轉(zhuǎn)向軸的另一部段上布置有磁場感測裝置，該磁場感測裝置在所述磁環(huán)進行相對扭轉(zhuǎn)期間檢測磁場的變化，并將磁場的變化作為控制變量轉(zhuǎn)送至動力輔助系統(tǒng)。此外，轉(zhuǎn)向角度的總的大小可以通過估計磁環(huán)相對于固定車身的磁場的變化來確定。

在現(xiàn)有技術(shù)中，從de102008047466a1已知呈磁體組件形式的換能器組件。轉(zhuǎn)向軸借助于管部段狀的承載器套筒來緊固，該管部段狀的承載器套筒以旋轉(zhuǎn)地固定的方式布置并布置成與同樣是管部段狀的磁環(huán)同軸。為了防止例如在通常由金屬制成的承載器套筒的溫度變化期間機械應(yīng)力施加在磁環(huán)上，在承載器套筒與磁環(huán)之間布置有中間元件，使得磁環(huán)僅機械地聯(lián)接至中間元件并且與承載器套筒斷開聯(lián)接。提出了在注射模制過程中將磁環(huán)和由塑料制成的中間元件一起鑄造，使得磁環(huán)與由塑料制成的中間元件借助于互相嚙合或根切的幾何形狀而以形狀配合和/或一體地結(jié)合的方式連接。

盡管在注射模制過程中通過將磁環(huán)插入到注射鑄模中的連接是可靠的，但在制造技術(shù)方面是復(fù)雜且不靈活的。現(xiàn)有技術(shù)的這種過程是由于通常用于磁環(huán)的鐵磁燒結(jié)材料相對較脆并且因此對機械應(yīng)力敏感的事實引起的?？紤]到燒結(jié)材料在與塑料制中間元件的連接方面的材料性能，需要在磁環(huán)上的接合表面——上述互相嚙合或根切的幾何形狀——中額外地設(shè)置形狀配合元件，所述形狀配合元件帶來大量的磁環(huán)制造費用。

從ep1123794b1已知的是，將磁環(huán)設(shè)計為呈高度填充有磁粉的塑料部的形式的結(jié)合塑料的磁體。以這種方式實現(xiàn)的磁體的更大的機械加載能力應(yīng)當用于與中間元件的力傳遞連接和/或形狀配合連接，該中間元件以已知方式連接至承載器套筒。像上述de102008047466a1中那樣，同樣必須實現(xiàn)形狀配合元件，從而導(dǎo)致對應(yīng)的更高的制造費用和組裝費用。

現(xiàn)有技術(shù)中已知的磁換能器組件的缺點在于實現(xiàn)這些磁換能器組件需要高成本的制造過程和組裝過程。

鑒于上述問題，本發(fā)明的問題在于指出一種更容易制造及組裝以及具有高可靠性的換能器組件。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明提出了磁環(huán)形成為由填充有磁性顆粒的塑料材料制成的結(jié)合塑料的磁體，該結(jié)合塑料的磁體一體地結(jié)合至中間元件的塑料。

根據(jù)本發(fā)明的換能器元件的磁環(huán)包括復(fù)合材料，其中，鐵磁性磁粉、優(yōu)選地硬鐵素體或稀土磁粉嵌入在塑料基質(zhì)中。磁性能由可磁化材料和填充度來確定，填充度給出了磁粉相對于塑料基質(zhì)的塑料材料的重量百分率。由于磁性顆粒粘附地且粘結(jié)地結(jié)合在塑料基質(zhì)中，因此產(chǎn)生了磁環(huán)的有利性能，即產(chǎn)生了更高的機械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性以及斷裂強度。如在現(xiàn)有技術(shù)中所述的那樣，這種情況用于磁環(huán)的形狀配合固定以及力傳遞固定。

本發(fā)明首次通過在彼此指向、即靠著彼此的磁環(huán)的接合表面與中間元件的接合表面之間產(chǎn)生代替形狀配合連接或力傳遞連接的耐用的一體地結(jié)合式連接而使磁環(huán)在中間元件上的先前高成本的布置大大地簡化。與現(xiàn)有技術(shù)相比，在現(xiàn)有技術(shù)中，需要高成本的組合接合技術(shù)來遵守針對將磁環(huán)固定在承載器套筒上的規(guī)定的安全標準，根據(jù)本發(fā)明，通過一體地結(jié)合可以獲得特別牢固、永久堅固且可靠的連接。

本發(fā)明的特殊益處基于以下事實：在兩個接合件至少在其接合表面的區(qū)域中包括能夠兼容、即盡可能最適合的材料以用于一體地結(jié)合式連接的情況下，堅固的一體地結(jié)合式連接才可能以足夠耐用的方式實現(xiàn)，此處，所述兩個接合件為磁環(huán)和中間元件。這由于磁環(huán)的塑料基質(zhì)和制成中間元件的塑料選自在限定了一體地結(jié)合式連接的強度的參數(shù)方面彼此能夠兼容的塑料材料而在本發(fā)明中是可以實現(xiàn)的，所述參數(shù)為例如材料特定的粘合行為的強度、以及表面織構(gòu)等。具體地，為了實現(xiàn)本發(fā)明，嵌入有磁性材料的塑料基質(zhì)與制成中間元件的塑料適當?shù)仄ヅ洹?/p>

在合理生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的換能器組件方面，有利的是，磁環(huán)和中間元件可以單獨準備，并且僅在承載器套筒的組裝期間一體地接合至彼此。與現(xiàn)有技術(shù)中已知的換能器組件相比，這使制造成本能夠更低且靈活性更高。

本發(fā)明的特定優(yōu)選實施方式要求中間元件的塑料和磁環(huán)的塑料材料是在一體地結(jié)合式連接方面能夠兼容的熱塑性聚合物。熱塑性聚合物可以適合于對于機械性能、熱性能和化學材料性能而言最多樣化的需求，并且熱塑性聚合物可以借助于熱生產(chǎn)過程例如塑料注射模制而容易地加工。如此以來，中間元件和磁環(huán)兩者均可以以低成本經(jīng)濟地制造為注射模制部件。對于磁環(huán)的塑料基質(zhì)而言，認為充分高度地填充有磁性顆粒并且借助于所建立的熱塑性加工方法例如注射模制、熱成形等進行加工是可能的。中間元件的塑料材料優(yōu)選地包括與磁環(huán)的聚合物基質(zhì)類似或相同的聚合物基質(zhì)。如此以來，特別牢固的一體地結(jié)合式連接可以借助于熱接合技術(shù)產(chǎn)生，其中，在整個接合部位上具有均勻的材料結(jié)構(gòu)，即，接合部位中的塑料具有與接合部件內(nèi)部的塑料相同的材料性能。當所使用的粘合劑能夠最佳地適用于磁環(huán)和中間元件兩者所使用的單種塑料材料或者能夠最佳地適用于能夠兼容并且因此類似的塑料材料時，還可以借助于粘合來實現(xiàn)特別牢固且耐用的一體地結(jié)合式連接。這同樣確保了磁環(huán)的接合表面與中間元件的接合表面的穩(wěn)固且牢固的粘附。

例如聚酰胺(pa)、聚丙烯(pp)、聚苯硫醚(pps)或其他熱塑性塑料可以用作熱塑性聚合物。

有利地，中間元件和/或磁環(huán)形成為注射模制部件。塑料的注射模制生產(chǎn)可以合理地具有所需的性能。替代性地，磁環(huán)可以形成為壓制部件，由此可以實現(xiàn)磁性顆粒的高度填充。

優(yōu)選地，制成磁環(huán)的塑料材料高度填充有磁性顆粒，優(yōu)選地其填充度以重量計在80％與97％之間。對于通過注射模制進行的制造而言，84％至94％的范圍特別適用，對于壓制部件而言，該范圍高達97％。

在本發(fā)明的一個有利研究中，中間元件與磁環(huán)被焊接，優(yōu)選地被超聲波焊接。在焊接期間，塑料材料在兩個接合表面的區(qū)域中由于被加熱而局部地熔化并且所述兩個接合表面彼此接觸，使得在熔體凝固時，整個接合表面都產(chǎn)生均勻的材料織構(gòu)。對于塑料部件的一體地結(jié)合式連接而言，摩擦焊接方法、此處通常被稱為超聲波焊接特別適用。在該過程中，在由所謂的超聲波發(fā)生器進行超聲波焊接的情況下，振動通過焊接沖壓器施加到接合部位中，并且接合表面局部地熔化并通過引起內(nèi)部分子和邊界表面摩擦來接合至彼此。在凝固之后，磁環(huán)和中間元件一起形成單個結(jié)構(gòu)元件，該單個結(jié)構(gòu)元件由于所包含的塑料的一體地結(jié)合式連接或緊密的材料連接而不再能被非破壞性地分開。作為超聲波焊接的替代性方案，還可以采用借助于激光束的焊接。

此外，為了改進超聲波焊接，有利的是，在中間元件上和/或磁環(huán)上相對于接合表面形成了突起的焊接材料貯存部。這些貯存部還稱為焊接準備部并且可以由形成在一個接合件或多個接合件的相應(yīng)接合表面上的肋部或突出部形成。當接合表面放置在一起時，焊接準備部首先接觸、熔化以及以一體地結(jié)合的方式填充接合間隙。這確保了在相對較大的尺寸公差范圍內(nèi)的焊接質(zhì)量。

一體地結(jié)合式連接的替代性形式要求中間元件和磁環(huán)被粘合在一起。粘合是用粘合劑完成的，該粘合劑以最佳方式粘附至磁環(huán)和中間元件兩者的塑料材料。在本發(fā)明中，在借助于粘合劑進行一體地結(jié)合式連接方面，可以通過使用能夠兼容的塑料來實現(xiàn)，該能夠兼容的塑料包括相同或至少非常類似的粘合性能。粘合劑可以以本身已知的方式施加至一個或兩個接合表面，然后使所述一個或兩個接合表面接觸。磁環(huán)和中間元件通過承載器套筒組裝在一起可以以這種方式有效地實現(xiàn)。

優(yōu)選地，磁環(huán)以大致軸向的端面連接至中間元件的軸向端面。在大致管部段狀的磁環(huán)的端面上可以形成與中間元件上對應(yīng)的接合表面對應(yīng)的圓環(huán)狀接合表面或圓環(huán)部段狀接合表面。

對于相對取向或固定而言，形狀配合元件可以布置在磁環(huán)上的接合表面和/或中間元件上的接合表面的區(qū)域中。形狀配合元件可以包括彼此對應(yīng)的突出部和凹陷部，例如，在將接合表面放置在一起時，該突出部與該凹陷部嚙合在一起。替代性地，可以想到的是，定位銷以形狀配合的方式穿過位于磁環(huán)中以及位于中間元件中的孔口或凹部。如此以來，在將磁環(huán)安裝在中間元件上時可以確保最佳的相對定位。在一體地結(jié)合式連接被組裝之后，定位銷可以被再次移除，或者留在結(jié)構(gòu)部件中。

承載器套筒可以形成為管部段并且承載器套筒在一個端部區(qū)域中包括向外突出的固定元件。固定元件可以是凸緣狀的，其中，完全環(huán)繞在外部的環(huán)圈或凸緣環(huán)、或者多個突出部或多個凸緣區(qū)段從管部段徑向地突出。凸緣環(huán)或凸緣區(qū)段可以例如通過一體地結(jié)合式連接和/或形狀配合連接而連接至中間元件。固定元件可以布置在端面處或遠離端部的間距處。

為了進行軸向固定，固定元件可以在軸向上以形狀配合的方式布置在彼此指向的磁環(huán)的端面與中間元件的端面之間。如以上已描述的，根據(jù)本發(fā)明，被連接的磁環(huán)和中間元件形成單個結(jié)構(gòu)部件。如果在磁環(huán)中和/或中間元件中的接合平面的區(qū)域中設(shè)置接納承載器套筒的固定元件的軸向敞開的凹部，則該固定元件在根據(jù)本發(fā)明的接合之后將在軸向上以形狀配合的方式保持在磁環(huán)的端面與中間元件的端面之間。徑向方向上可能存在游隙，使得通常由金屬、優(yōu)選地由鋼制成的承載器套筒的熱膨脹不會向磁環(huán)傳遞任何應(yīng)力。

替代性地，中間元件可以軸向布置在彼此指向的磁環(huán)的端面與固定元件的端面之間。為此，中間元件可以設(shè)計為連續(xù)環(huán)或者包括布置為部段的多個中間元件，而根據(jù)本發(fā)明，磁環(huán)的端面以一體地結(jié)合的方式固定于環(huán)的軸向端面或中間元件的軸向端面，以及承載器套筒的一個固定元件或多個固定元件被固定于相反的軸向端面。優(yōu)選地，固定元件可以包括至少部分地與中間元件配合的至少一個軸向孔口。如此以來，可以實現(xiàn)形狀配合連接，從而確保包括塑料的中間元件與金屬制承載器套筒之間的牢固連接。

一種生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的換能器組件的方法，該方法包括以下步驟：

-提供結(jié)合塑料的磁環(huán)；

-將磁環(huán)一體地結(jié)合式連接至由塑料制成的中間元件；

-將中間元件固定至承載器套筒。

如上所述，將磁環(huán)一體地結(jié)合式連接至中間元件可以在將承載器套筒放置在中間元件上之前完成，或者在磁環(huán)與中間元件之間進行一體地結(jié)合式連接期間將承載器套筒以形狀配合的方式封裝或夾緊。

在每種上述情況下，根據(jù)本發(fā)明的一體地結(jié)合式連接確保了相對較低的制造成本以及對承載器套筒而言簡單且因此牢固的安裝。

附圖說明

下面將借助于附圖更詳細地說明本發(fā)明的有利實施方式。具體地，示出了：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的換能器組件的立體圖；

圖2是穿過根據(jù)圖1的換能器組件的縱向截面圖；

圖3是根據(jù)圖1的換能器組件的分解圖；

圖4是在安裝之前穿過如圖2中的換能器組件的元件的縱向截面圖；

圖5是圖2的截面圖的詳細視圖；

圖6是穿過根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的換能器組件的局部縱向截面圖；

圖7是穿過根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的換能器組件的局部縱向截面圖；

圖8是穿過根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式的換能器組件的局部縱向截面圖；

圖9是穿過根據(jù)本發(fā)明的第五實施方式的換能器組件的局部縱向截面圖；

圖10是穿過根據(jù)本發(fā)明的第六實施方式的換能器組件的局部縱向截面圖。

具體實施方式

在不同的附圖中，相同的部件總是設(shè)置有相同的附圖標記，并且因此相同的部件通常將僅被指示或提及一次。

圖1以相對于縱向軸線a傾斜的立體圖的形式描繪了根據(jù)本發(fā)明的換能器組件1。該換能器組件1由磁環(huán)2和承載器套筒3形成，該承載器套筒3經(jīng)由大致環(huán)狀的中間元件4布置于磁環(huán)2。

中間元件4具有基本環(huán)形的形狀，并且中間元件4在其指向磁環(huán)2的軸向端面41上包括接合表面42。中間元件4由塑料制成、優(yōu)選地被制成為由第一熱塑性塑料制成的注射模制部件。

磁環(huán)2具有下述筒形管部段的基本形狀：該筒形管部段具有指向中間元件4的軸向端面21，在軸向端面21上形成有與中間元件4的接合表面42對應(yīng)的接合表面22。磁環(huán)1設(shè)計為由高度填充有磁粉的塑料材料制成的結(jié)合塑料的磁體。塑料材料還優(yōu)選地為熱塑性塑料，其中，在熱塑性塑料的塑料基質(zhì)中嵌入磁粉的鐵磁性顆粒。

根據(jù)本發(fā)明，形成中間元件4的塑料材料和形成磁環(huán)2的塑料基質(zhì)的塑料材料在一體地結(jié)合式連接、此處優(yōu)選地為熱焊接方面能夠彼此兼容?？梢栽O(shè)想的是，第一塑料材料和第二塑料材料由相同的聚合物例如聚酰胺(pa)、聚丙烯(pp)、聚苯硫醚(pps)或其他形成，或者至少由類似的、能夠兼容的聚合物材料形成，使得在熔化時由于熱焊接性而能夠進行一體地結(jié)合式連接，或者第一塑料材料和第二塑料材料針對借助于放置在接合表面22與42之間的粘合劑而進行一體地結(jié)合式連接的表面性能方面是能夠兼容的。

承載器套筒3具有由金屬、優(yōu)選地為鋼制成的筒形管狀基體，該筒形管狀基體在磁環(huán)2內(nèi)同軸地布置有徑向游隙，并且該筒形管狀基體在其面向中間元件4的端部上包括徑向向外凸起的環(huán)繞的環(huán)形凸緣31，該環(huán)形凸緣31形成承載器套筒3的固定元件。凸緣31的一個軸向端面32軸向地指向中間元件4，另一軸向端面33朝向磁環(huán)2。凸緣31可以包括形狀配合元件34，該形狀配合元件34在示出的示例中形成為位于外周中的徑向凹部。

為了生產(chǎn)換能器組件1，磁環(huán)2、中間元件4和承載器套筒3從圖3和圖4中示出的初始安裝位置沿軸向方向朝向彼此設(shè)置并移動，其中，承載器套筒3的凸緣31在軸向上定位在磁環(huán)2與中間元件4之間，如圖2中所示。

如從圖5中的放大圖可以看出，中間元件4包括在徑向上位于接合表面42內(nèi)的軸向凹部43，在該軸向凹部43中接納承載器套筒3的凸緣31，如所示出的。由于中間元件4與磁環(huán)2在接合表面22和42處的一體地結(jié)合式連接，因此形成單個組合件，其中，承載器套筒3的凸緣31通過軸向形狀配合而保持在此時被軸向地覆蓋的凹部43中。在承載器套筒3與磁環(huán)2之間沒有產(chǎn)生一體地結(jié)合式連接或形狀配合連接，使得排除了機械應(yīng)力、例如由不同的熱膨脹引起的機械應(yīng)力從金屬承載器套筒3傳遞至磁環(huán)2。

軸向上靠著彼此的接合表面22與42之間的一體地結(jié)合式連接可以通過熱焊接方法、優(yōu)選地通過摩擦焊接或超聲波焊接產(chǎn)生。為此，磁環(huán)2被軸向地支撐住，而焊接沖壓器5、優(yōu)選地為超聲波焊接套件的超聲波發(fā)生器5被從外部即從接合表面42的區(qū)域中的自由端面軸向地按壓成軸向地抵靠中間元件4，如由圖5中的箭頭所示。因此，接合表面42被按壓成靠著磁環(huán)2上的對應(yīng)的接合表面22，并且振動能量被施加在接合表面22和42中，而接合表面22和42通過該振動能量被加熱并部分地熔化。

磁環(huán)2的接合表面22包括軸向突起的突出部23，該突出部23在所描繪的實施方式中形成為具有刀片狀橫截面的環(huán)繞肋部。如此以來，當突出部23首先與接合表面42接觸時，提供了焊接材料貯存部，該焊接材料貯存部在焊接開始時已被熔化。流體或至少粘稠的熔融塑料分布在接合表面22與42之間的接合間隙中，從而導(dǎo)致磁環(huán)2的塑料材料與承載器套筒4的塑料材料在邊界表面區(qū)域中進行擴散或混合。

在接合表面42的區(qū)域中，還可以形成呈軸向凸起的環(huán)形環(huán)繞肋部形狀的形狀配合元件44。該形狀配合元件44可以接合在接合表面22中的對應(yīng)的凹陷部24中。如此以來，中間元件4可以相對于磁環(huán)2容易地定位。

在超聲波激勵結(jié)束后，塑料在接合區(qū)域中凝固，使得產(chǎn)生一體地結(jié)合式連接，并且由中間元件4和磁環(huán)2形成單個組合的塑料部件。在由凹部43和端面21定界的徑向凹部中，凸緣31通過軸向方向上的形狀配合被緊固。

替代性地，可以在接合表面22與42之間引入最佳地適用于磁環(huán)2的塑料材料與中間元件4的塑料材料的一體地結(jié)合式連接的流體粘合劑或糊狀粘合劑。

圖6示出了另一實施方式的詳細視圖，在圖6中，中間元件4’形成為環(huán)件并且布置在磁環(huán)2的端面21與凸緣31的后端面33之間。端面41在接合表面的區(qū)域中一體地結(jié)合至端面21，其中，所述接合表面在此處未單獨示出并且可以以類似于上述實施方式的方式形成。中間元件4通過中間元件4的軸向相反端面45穩(wěn)固地接合至承載器套筒3的端面33。

在根據(jù)圖7的實施方式中，凸緣31和中間元件4’包括對準的軸向孔口或開口35和46，軸向孔口或開口35和46與磁環(huán)2的端面21中的凹部25齊平。定位銷6可以穿過孔口35和46插入到凹部25中，以在安裝過程期間將部件2、3和4’相對于彼此精確地定位。在安裝之后，定位銷6可以被再次沿軸向方向拉出，如雙箭頭所示。

圖8示出了與圖6類似的實施方式，其中，中間元件4在端面41上還包括以形狀配合的方式對應(yīng)于磁環(huán)2中的凹陷部24的形狀配合元件44。

圖9示出了與根據(jù)圖6的實施方式非常類似的又一實施方式。然而，一體地結(jié)合式連接是通過使用激光器7的激光焊接來實現(xiàn)的。在這種情況下，激光束71的頻率需要針對承載器套筒3的材料來選擇并調(diào)整，使得激光束71穿透承載器套筒3。至少在磁環(huán)2的端面21處發(fā)生與中間元件4’的端面41的焊接72。然而，還可以通過適當?shù)剡x擇承載器套筒的材料而在中間元件的端面45與承載器套筒3的凸緣31的端面33之間提供焊接73。

圖10示出了與根據(jù)圖6的實施方式非常類似的再一實施方式。然而，如在根據(jù)圖9的實施方式中已經(jīng)發(fā)生的那樣，通過使用激光器7的激光焊接發(fā)生形狀配合連接。并非必須要確保激光束71的頻率被選擇成使得激光束71穿透承載器套筒3的材料。至少在磁環(huán)2的端面21處發(fā)生與中間元件4’的端面41的焊接72。然而，還可以通過適當?shù)剡x擇承載器套筒的材料而在中間元件的端面45與承載器套筒3的凸緣31的端面33之間提供焊接73。如果可能，還可以進行其他焊接74和75。

在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，只要可實行，本發(fā)明的單獨描述的實施方式的特征可以彼此組合或彼此交換。

附圖標記列表

1：換能器組件

2：磁環(huán)

21：端面

22：接合表面

23：突出部

24：凹陷部

25：凹部

3：承載器套筒

31：凸緣

32：端面

33：端面

34：形狀配合元件

35：孔口

4、4’：中間元件

41：端面

42：接合表面

43：凹部

44：形狀配合元件

45：端面

46：孔口

5：焊接沖壓器(超聲波發(fā)生器)

6：定位銷

7：激光器

71：激光束

72、73、74、75：激光焊接