Die Erfindung betrifft einen Ringmagneten, der insbesondere für Gebersysteme
zur berührungslosen Abtastung durch Sensoren bestimmt ist, nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
Derartige Ringmagnete werden beispielsweise bei Antiblockiersystemen
ebenso wie bei Systemen zur Antischlupfregelung von Kraftfahrzeugen eingesetzt.
Ein Problem sind die hohen Temperaturunterschiede zwischen +150 °C und 0°C
oder darunter, teilweise bis zu –40°C, die beim Abbremsen der Fahrzeugräder
aus hoher Geschwindigkeit durch plötzliches Abkühlen durch Spritzwasser, Eis oder
Schnee an den Ringmagneten auftreten können und oftmals innerhalb weniger Sekunden
mehrfach beherrscht werden müssen, ohne daß die Magnetringe Schaden erleiden. Entscheidend
ist hierbei, daß für eine einwandfreie Funktion der Gebersysteme sehr enge magnetische
und mechanische Toleranzen an den sich bewegenden und hohen Temperatur-Wechselbeanspruchungen
ausgesetzten Teilen eingehalten werden müssen.
Bekannt ist eine Aufvulkanisierung von gummigebundenem Magnetwerkstoff
auf einen Tragring, wobei jedoch die gewünschten magnetischen Werte mit dieser Werkstoffkombination
nicht eingehalten werden können.
Untersuchungen an Ringmagneten mit Magnetringen aus einem kunststoffgebundenen
Ferritmaterial haben gezeigt, daß beim Schrumpfen des Magnetwerkstoffes am Umfang
des Magnetringes infolge des unterschiedlichen Wärme-Schrumpfverhaltens des metallischen
Tragringes und des Magnetwerkstoffes sehr hohe Spannungen auftreten, die unter Einhaltung
engster Toleranzen nur schwer beherrscht werden können.
Aus DE 198 36 451 C2
ist ein Ringmagnet mit einem Tragring und von diesem zur Seite gebogenen laschenförmigen
Teilen bekannt, die sich in den Magnetring hineinerstrecken und in diesem fest verankert
sind. Aufgrund dieser Anordnung sollen beim Erkalten des Magnetmaterials auftretende
Schrumpfspannungen, die im wesentlichen radial nach innen gerichtet sind, von den
laschenförmigen Teilen durch Verbiegen in Richtung der Schrumpfspannungen aufgenommen
werden, wobei es allerdings aufgrund der allseitig festen Einbettung der Laschen
in das Magnetmaterial äußerst fraglich ist, ob bei dieser vorbekannten Konstruktion
eines Ringmagneten die auftretenden Schrumpfspannungen überhaupt durch ein „Verbiegen"
der aus dem Flanschteil zur Seite herausgebogenen Laschen möglich ist. Die von dem
Flanschteil im Bereich der Durchbrüche seitlich hervorstehenden Laschen sind nämlich
nach dem Erkalten des kunststoffgebundenen Magnetmaterials von diesem derart formschlüssig
und fest umgeben, dass ein Verbiegen der Laschen nach dem Erkalten des Magnetmaterials
praktisch ausgeschlossen erscheint. Hieraus folgt, dass die während des Einsatzes
solcher Ringmagnete infolge wechselnder Temperaturbeanspruchungen auftretenden Wärmespannungen
zwischen dem Magnetring und dem mit der Montagebuchse verbundenen Tragring jedenfalls
von den laschenförmigen Teilen nicht hinreichend ausgeglichen werden können. Der
Dauermagnet ist zudem in den Durchbrüchen des Flanschteils in radialer Richtung
derart fest verankert, dass eine radiale Bewegung des Dauermagneten gegenüber dem
Flanschteil des Grundkörpers bei Temperaturänderungen nicht möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ringmagneten nach
dem Oberbegriff des Anspruches 1, der insbesondere für Gebersysteme zur berührungslosen
Abtastung durch Sensoren geeignet ist, mit fertigungstechnisch einfachen Mitteln
so auszubilden, daß eine Rißbildung an dem Magnetring infolge hoher Temperatur-Wechselbeanspruchungen
beim Einsatz solcher Ringmagnete auch über längere Zeiträume mit Sicherheit vermieden
wird.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Ringmagneten nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Magnetring den Tragring
an dessen Außenumfang im Querschnitt im wesentlichen U-förmig übergreift, und daß
der Tragring an seinem Außenumfang eine Vielzahl von gleichmäßig verteilten radialen
Einschnitten für eine elastisch nachgiebige formschlüssige Verbindung des Magnetringes
mit dem Tragring aufweist.
Weitere besonders vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den
Ansprüchen 2 bis 12 gekennzeichnet.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß der Magnetring mit der Montagebuchse
insbesondere in radialer Richtung nicht absolut starr verbunden ist. Zunächst ist
der Magnetring mit dem Tragring an der Montagebuchse so verbunden, daß er den Tragring
an dessen Außenumfang im Querschnitt im wesentlichen U-förmig übergreift. Der Magnetring
erhält hierdurch einen sicheren Halt an dem Tragring in Umfangsrichtung der Montagebuchse
und quer dazu, wobei die notwendigen engen Toleranzen sowohl an der Abgriffsseite
des Magnetringes als auch an dessen Außenumfang sehr genau eingehalten werden können.
Eine solche Verbindung mit dem Tragring der Montagebuchse wäre jedoch für eine dauerhafte
Befestigung an dem Tragring der Montagebuchse nicht ausreichend. Der Magnetring
würde durch die hohen Temperatur-Wechselbeanspruchungen, wie sie insbesondere bei
Antiblockiersystemen sowie Systemen zur Antischlupfregelung bzw. elektronischen
Stabilitätsprogrammen an Kraftfahrzeugen auftreten können, sowohl
radial als auch in Umfangsrichtung einreißen, Teile des Magnetringes würden abgesprengt
werden mit der Folge, daß der Magnetring seine Funktionsfähigkeit schon nach kurzer
Betriebsdauer völlig einstellen würde.
Besonders wichtig für die Erfindung ist es daher, daß der Tragring
eine Vielzahl von über seinen Außenumfang gleichmäßig verteilten radialen Einschnitten
für eine elastisch nachgiebige formschlüssige Verbindung des Magnetringes mit dem
Tragring aufweist. In einer besonders vorteilhaften bevorzugten Ausführungsform
ist daher vorgesehen, daß der Magnetring mit radial nach innen gerichteten nasenartigen
Vorsprüngen in die radialen Einschnitte an dem Tragring mit einem nur geringen Spiel
federnd eingreift. Hierdurch ist eine besonders wirkungsvolle elastisch nachgiebige
formschlüssige Verbindung des Magnetringes mit dem Tragring gegeben, durch die sichergestellt
wird, daß der Magnetring bei den auftretenden hohen Temperaturunterschieden und
den dadurch bedingten Temperatur-Wechselbeanspruchungen sich gegenüber dem metallischen
Tragring der Montagebuchse frei ausdehnen und zusammenziehen kann, so daß Risse
an dem Magnetring sowohl in radialer Richtung als auch in Umfangsrichtung des Magnetringes
ebenso wie in Richtung quer zu dem Tragring der Montagebuchse vermieden werden.
Der Magnetring wird daher nicht zerstört und kann die notwendigen
engen magnetischen und mechanischen Toleranzen für die Sensorfunktion sowohl an
der Abgriffsseite als auch an seinem Außenumfang sicher einhalten.
Von besonderem Vorteil für die Schrumpfeigenschaften ist es ferner,
wenn die Ringteile des Magnetringes an beiden Seiten des Tragringes durch eine dünne
Werkstoffschicht am Außenumfang des Tragringes miteinander verbunden sind und somit
unabhängig voneinander schrumpfen können, ohne sich gegenseitig nachteilig zu beeinflussen.
Als besonders vorteilhaft hat es sich weiterhin erwiesen, wenn die
Einschnitte an dem Tragring im wesentlichen U-förmig ausgebildet sind und parallele
Begrenzungskanten haben, so daß die in die Einschnitte eingreifenden, radial nach
innen gerichteten nasenartigen Vorsprünge des Magnetringes sich in Längsrichtung
der Einschnitte, das heißt also radial zu dem Tragring frei bewegen können.
Die Einschnitte an dem Tragring können aber bei Bedarf auch zu dessen
Umfang nach außen hin erweitert oder verengt sein, um die Nachgiebigkeit des Magnetringes
gegenüber dem Tragring noch weiter zu verbessern.
Zweckmäßig sind die Einschnitte bei allen Ausführungsformen an ihrem
Grunde ausgerundet, um Spannungsrisse sowohl am Magnetring als auch an dem Tragring
der Montagebuchse zu vermeiden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es besonders vorteilhaft,
wenn die Vorsprünge des Magnetringes die Einschnitte an dem Tragring im radial innenliegenden
Bereich nur teilweise ausfüllen, um auf diese Weise die Beweglichkeit des Magnetringes
auch bei besonders hohen Temperatur-Wechselbeanspruchungen sicherzustellen.
Die Vorsprünge des Magnetringes können bei dieser Ausführungsform
an ihrem radial innenliegenden Ende vorteilhafterweise ösenförmig ausgeformt sein
mit einer lochartigen Vertiefung, die von einem am Grunde des Einschnittes anliegenden
dünnen federnden Ringabschnitt umgeben sein kann. Hierdurch können die bei der Ausdehnung
und dem Schrumpfen des Magnetringes gegenüber dem Tragring auftretenden Bewegungen
in besonders wirkungsvoller Form elastisch federnd abgefangen werden.
Eine besonders lange Standfestigkeit des Ringmagneten kann nach einem
weiteren Merkmal der Etrfindung dadurch erreicht werden, daß der Magnetring den
Tragring der Buchse mit den radialen Einschnitten an der Abgriffsseite für den Sensor
vorzugsweise vollständig überdeckt und an der gegenüberliegenden Ringseite den Außenumfang
des Tragringes mit den radialen Einschnitten in radialer Richtung nur so weit übergreift,
daß die Einschnitte an dieser Ringseite weitgehend freiliegen. Der Magnetring hat
hierdurch auch bei hohen Temperatur-Wechselbeanspruchungen die Möglichkeit zum zerstörungsfreien
Schrumpfen gegenüber dem metallischen Tragring.
Für eine maßgerechte und maßhaltige Fertigung des Ringmagneten ist
es weiterhin bedeutsam, daß sich die Anspritzpunkte für den Magnetring an der von
der Abgriffseite abgewandten Ringseite zwischen einzelnen Einschnitten für den Magnetwerkstoff
quer zum Tragring erstrecken.
Der Magnetring besteht im übrigen vorzugsweise aus einem thermoplastgebundenen
Magnetwerkstoff.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen
nähen erläutert. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht eines Ringmagneten
mit einer metallischen Buchse und einem Magnetring aus einem kunststoffgebundenen
Magnetwerkstoff,
2 einen Abschnitt des Magnetringes in
einer vergrößerten Teildarstellung,
3 einen Schnitt durch den Magnetring
gemäß Schnittlinie III – III von 2,
4 eine Seitenansicht der Montagebuchse
mit dem Tragring für den Magnetring eines Ringmagneten gemäß 1
bis 3,
5 einen gegenüber 4
vergrößerten Ausschnitt an einem Tragring mit nach außen verengten radialen Einschnitten
und
6 einen gegenüber 4
ebenfalls vergrößerten Ausschnitt mit nach außen erweiterten radialen Einschnitten.
Die in 1 bis 5
gezeigten Ringmagnete 1 sind insbesondere für Gebersysteme zur berührungslosen
Abtastung durch Sensoren bestimmt. Jeder Ringmagnet 1 besteht aus einem
Magnetring 2 aus einem kunststoffgebundenen Magnetwerkstoff und einer Montagebuchse
3 mit einem radial nach außen hervorstehenden scheibenförmigen Tragring
4 für den Magnetring 2.
Der Magnetring 2 übergreift den Tragring 4, wie
in der Schnittdarstellung von 3 zu erkennen ist, an
dessen Außenumfang im Querschnitt im wesentlichen U-förmig. Die radiale Überdeckung
des Magnetringes 2 am Umfang 5 des Tragringes 4 ist dabei
derart gering, daß die beiden Ringteile 2a, 2b des Magnetringes
2 an den beiden Seiten des Tragringes 4 nur durch eine dünne Werkstoffschicht
6 so miteinander verbunden sind, so daß sie unabhängig voneinander schrumpfen
können und sich somit in ihrem Schrumpfverhalten nicht nachteilig beeinflussen.
Der Tragring 4 hat außerdem eine Vielzahl von über seinen Außenumfang
5 gleichmäßig verteilten radialen Einschnitten 7 für eine elastisch
nachgiebige formschlüssige Verbindung des Magnetringes 2 mit dem Tragring
4.
In der gezeigten Ausführungsform von 1
bis 4 sind die Einschnitte 7 an
dem Tragring 4 im wesentlichen U-förmig ausgebildet mit parallelen Begrenzungskanten
8, 9, können aber auch gemäß 5 und
6 zum Außenumfang 5 des Tragringes
4 hin erweitert oder verjüngt bzw. verengt sein, wenn dies für die Verbindung
des Magnetringes 2 mit dem Tragring 4 vorteilhafter ist.
Die Einschnitte 7 sind an ihrem Grunde 10 ausgerundet,
und der Magnetring 2 greift mit radial nach innen gerichteten nasenartigen
Vorsprüngen 11 in die radialen Einschnitte 7 an dem Tragring
4 mit einem geringen Spiel federnd ein.
Wie insbesondere anhand der Seitenansichten von 1
und 2 zu erkennen ist, füllen die Vorsprünge
11 des Magnetringes 2 die Einschnitte 7 an dem Tragring
4 im radial innenliegenden ausgerundeten Bereich nur teilweise aus.
Die Vorsprünge 11 des Magnetringes 2 sind hierfür
an ihrem radial innenliegenden Ende 12 ösenförmig ausgeformt mit einer
kleinen lochartigen Vertiefung 13, die von einem am Grunde 10
des Einschnittes 7 anliegenden dünnen federnden Ringabschnitt
13a umgeben sein kann. Durch die Vertiefung 13 mit dem in
3 mit dem Bezugszeichen 13a angedeuteten dünnen
federnden Ringabschnitt wird dafür gesorgt, daß das Magnetmaterial beim Schrumpfen
des Magnetringes 2 in den Einschnitten 7 des Tragringes
4 zusätzlich federnd abgefangen wird.
Außerdem ist die Verbindung des Magnetringes 2 mit dem Tragring
4 so ausgebildet, daß der Magnetring 2 den Tragring
4 der Buchse mit den radialen Einschnitten 7 an der flachen Abgriffsseite
14 für den Sensor vorzugsweise vollständig überdeckt und an der gegenüberliegenden
Ringseite 15 den Außenumfang des Tragringes 4 mit den radialen
Einschnitten 7 in radialer Richtung nur so weit übergreift, daß die Einschnitte
7 an dieser Ringseite weitgehend freiliegen.
Auch hierdurch wird erreicht, daß der Magnetwerkstoff des Magnetringes
2 beim Schrumpfen infolge plötzlicher Abkühlung gegenüber dem Tragring
4 frei bewegen kann und somit nicht radial oder in Umfangsrichtung zu dem
Tragring 4 aufreißt und vorzeitig zerstört wird.
Für die Herstellung des Ringmagneten 1 ist es weiterhin wichtig,
daß sich die Anspritzpunkte 16 für den Magnetring 2 an der von
der Abgriffsseite 14 abgewandten Ringseite 15 zwischen einzelnen
Einschnitten 7 für den Magnetwerkstoff quer zum Tragring 4 erstrecken.
Der Magnetring 1 besteht zweckmäßig aus einem thermoplastgebundenen
Magnetwerkstoff, während die Montagebuchse 3 mit dem Tragring
4 üblicherweise aus einem formstabilen unmagnetischen Material geformt
ist.
1
- Ringmagnet
2
- Magnetring
2a
- Ringteile
2b
- Ringteile
3
- Montagebuchse
4
- Tragring
5
- Außenumfang des Tragringes
6
- dünne Werkstoffschicht
7
- Einschnitte
8
- Begrenzungskante
9
- Begrenzungskante
10
- Grund der Einschnitte 7
11
- nasenartige Vorsprünge
12
- innenliegendes Ende
13
- lochartige Vertiefung
13a
- Ringabschnitt
14
- Abgriffsseite
15
- gegenüberliegende Ringseite
16
- Anspritzpunkte
