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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Drehsensor, beispielsweise
einen Drosselpositionssensor, der in einem Kraftfahrzeug angebracht ist
und dafür
verwendet wird, die Position der Drosselklappe in Abhängigkeit
von dem Ausmaß des
Drückens
des Gaspedals festzustellen; im Spezielleren betrifft die Erfindung
eine Drehwellen-Lagerkonstruktion, die verhindert, dass die Sensordrehwelle
exzentrisch wird.
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Die
DE 4 132 049 offenbart einen
Drehsensor mit zwei Sensorteilen, die sich relativ zueinander drehen,
sowie mit einem Lagerzapfen in einer Bohrung. Der Zapfen ist mit
dem einen Sensorteil verbunden und besitzt einen konischen Lagerbereich,
der sich in einem entsprechenden konischen Bereich der Bohrung in
dem zweiten Sensorteil befindet. Eine Feder, die zwischen dem zweiten
Sensorteil und einer an dem Zapfen über einen Befestigungsring
axial angebrachten Platte verbunden ist, zieht den Zapfen in den
konischen Bohrungsbereich hinein.
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Die
DE 19 601 895 offenbart
einen Drehsensor mit einer Drehwelle, die in ein hohles Lager eingeführt ist.
Die
30 und
31 veranschaulichen einen
herkömmlichen
Drehsensor dieses Typs. Der herkömmliche
Drehsensor weist ein becherförmiges Gehäuse
31 aus
Kunstharzmaterial auf. Ein ringförmiger
Wandbereich
31 ist mit einem zylindrischen äußeren Verbindungsbereich
33 in
integraler Weise ausgebildet, und drei Durchführungsanschlüsse
34 (von
denen nur einer gezeigt ist) sind durch Einsatzformen angebracht.
Das Innere von der ringförmigen Wand
32 bildet
einen Aufnahmebereich
35, wobei die Endbereiche der drei
Durchführungsanschlüsse
34 in dem
Aufnahmebereich
35 und dem externen Verbindungsbereich
31 angeordnet
sind.
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Im
Bodenwandbereich 36 des Gehäuses 31 ist ein Metalllager 37 durch
Einsatzformen angebracht, und ein plattenartiges Drehelement, das
in dem Aufnahmebereich 35 untergebracht ist und aus einem
isolierenden Harzmaterial gebildet ist, besitzt eine von dem Lager 37 drehbar
abgestützte
Drehwelle 38a, wobei aus einem leitfähigen Material gebildete, gabelförmige Gleitelemente 39 von
dem Drehelement 38 abgestützt sind. Weiterhin ist an
dem vorderen Endbereich der Dreh welle 38a ein Hebelelement 40 außerhalb
von dem Gehäuse 31 fest
angebracht, und aufgrund dieses Hebelelements 40 ist ein
Lösen der
Drehwelle 38a verhindert.
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Weiterhin
ist an der Innenumfangsfläche
des ringförmigen
Wandbereichs 32 des Gehäuses 31 einen
Stufenbereich 32a gebildet, und eine Leiterplatte 41 aus
Kunstharzmaterial oder Keramikmaterial liegt an diesem Stufenbereich
an, so dass sie in dem Aufnahmebereich 35 dem Drehelement 38 gegenüberliegend
angebracht ist. Außerdem
sind auf der Oberfläche
der Leiterplatte 41 durch Aufdrucken ein Widerstandsmuster 42,
das um die Drehwelle 38a herum bogenförmig ausgebildet ist, sowie
ein Kollektormuster 43 ausgebildet, wobei die Gleitelemente 39 mit
diesem in Kontakt stehen, um eine elektrische Verbindung zwischen
dem Widerstandsmuster 42 und dem Kollektormuster 43 herzustellen.
Außerdem sind ösenartige
Anschlüsse 44 (von
denen nur einer gezeigt ist) an der Leiterplatte 41 an
beiden Enden des Widerstandsmusters 42 sowie an dem einen Ende
des Kollektormusters 43 angebracht, und das eine Ende von
jedem der drei Durchgangsanschlüsse 34 ist
jeweils mit dem vorderen Endbereich von diesen verlötet.
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Ferner
ist in dem Bodenwandbereich 36 des Gehäuses 31 an der dem
Aufnahmebereich 35 gegenüberliegenden Seite eine Aussparung 45 dem Hebelelement 40 gegenüberliegend
ausgebildet, und eine Schraubenfeder 46 ist in der Aussparung 45 derart
aufgenommen, dass ein Teil des Lagers 37 in dem Windungsbereich
von dieser aufgenommen ist, wobei die freien Enden 46a und 46b der
Schraubenfeder 46 mit der Aussparung 45 und dem
Hebelelement 40 zusammenwirken.
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Ferner
ist eine Abdeckung 47 aus Kunstharzmaterial in die Öffnung 35a des
Gehäuses 31 auf
der Rückseite
der Leiterplatte 41 eingepasst, wobei diese Abdeckung 47 an
dem Gehäuse 31 durch
unter Wärmeeinwirkung
erfolgendes Breitdrücken
des Umfangs der Öffnung 35a des
Gehäuses 31 angebracht ist,
so dass das Innere des Aufnahmebereichs 35 umschlossen
ist.
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Bei
dem Drehsensor mit der vorstehend beschriebenen Konstruktion ist
das Hebelelement 40 durch einen Antriebsstift 49a mit
einer an einer Antriebswelle 48 angebrachten Drehscheibe 49 verbunden,
wobei sich die Drehwelle in Abhängig keit
von der Position oder dem Öffnungswinkel
der Drosselklappe eines Verbrennungsmotors (nicht gezeigt) um einen
vorbestimmten Winkel dreht und wobei eine vorbestimmte Spannung
auf die beiden Enden des Widerstandsmusters 42 durch einen
in den externen Verbindungsbereich 33 eingepassten Verbinder (nicht
gezeigt), die Durchführungsanschlüsse 34 und die
Anschlüsse 44 aufgebracht
wird.
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Wenn
die Rotation der Antriebswelle 48 über die Drehscheibe 49 und
den Antriebsstift 49a auf das Hebelelement 40 übertragen
wird, drehen sich die Drehwelle 38a und das Drehelement 38 in
integraler Weise mit dem Hebelelement 40, und dabei führen die
Gleitelemente 39 eine Gleitbewegung auf dem Widerstandsmuster 42 und
dem Kollektormuster 43 aus. Als Ergebnis hiervon wird eine
Spannung in Abhängigkeit
von der Position oder dem Öffnungswinkel der
Drosselklappe in dem Anschluss 44 erzeugt, der an dem einen
Endbereich des Kollektormusters 43 angebracht ist. Diese
Spannung wird durch den Verbinder nach außerhalb des Sensors abgegeben
und als Drosselklappen-Positionssignal zum Steuern eines Verbrennungsmotors
oder dergleichen verwendet.
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Wie
in 31 gezeigt ist, ist bei dem vorstehend beschriebenen
herkömmlichen
Drehsensor ein kleiner Freiraum t zwischen der Drehwelle 38a und der
Innenumfangsfläche
des Lagers 37 vorhanden, so dass sich die Drehwelle 38 drehen
kann. Wenn sich die Drehwelle 38a nun in einem Zustand
dreht, in dem sie radial exzentrisch ist (in den Richtungen der
Pfeile A), führt
die Rotationsbewegung des Drehelements 38 als Ergebnis
der Rotationsbewegung der Drehwelle 38a zu einer Rotation
des Drehelements 38 in einer exzentrischen Weise, so dass
die Gleitelemente 39 von den regulären kreisförmigen Bahnen abweichen. Als
Ergebnis hiervon verschlechtern sich die Linearitätseigenschaften
des Drosselpositionssignals (lineare Veränderung in der Ausgangsspannung
entsprechend der Rotationsbewegung des Hebelelements 40).
Außerdem
entsteht Hysterese bei dem Drosselklappen-Positionssignal, so dass
es unmöglich
wird, die Position oder den Öffnungswinkel
der Drosselklappe in korrekter Weise zu detektieren.
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Die
vorliegende Erfindung ist in Anbetracht des vorstehend geschilderten
Problems beim Stand der Technik erfolgt. Daher besteht eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung in der Schaffung eines äußerst zuverlässigen Drehsensors,
bei dem radiale Exzentrizität
der Drehwelle verhindert ist und die Ausführung einer korrekten Detektion
möglich
ist.
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Gelöst wird
die genannte Aufgabe gemäß der vorliegenden
Erfindung durch einen Drehsensor, aufweisend ein Drehelement mit
einer Drehwelle, eine Rotationsdetektionseinrichtung zum Detektieren der
Rotationsbewegung des Drehelements, ein Lager mit einer Schaftöffnung,
in die die Drehwelle eingeführt
ist und die die Drehwelle in integraler Weise mit dem Drehelement
drehbar abstützt,
sowie eine Vorspanneinrichtung zum Ausüben einer Vorspannkraft in
Axialrichtung auf die Drehwelle, wobei ein Gehäuse mit einem Aufnahmebereich
zum Aufnehmen der Rotationsdetektionseinrichtung und ein Hebelelement
vorgesehen sind, das zum Ausführen
einer Rotationsbewegung in integraler Weise mit der Drehwelle ausgebildet
ist, wobei das Lager in dem Bodenwandbereich des Gehäuses vorgesehen
ist, der Aufnahmebereich über
das Lager mit der Außenseite des
Gehäuses
in Verbindung steht, das Hebelelement auf der dem Aufnahmebereich
entgegengesetzten Seite angeordnet ist, der Bodenwandbereich eine
Aussparung zum Aufnehmen der Vorspanneinrichtung auf der dem Aufnahmebereich
entgegengesetzten Seite aufweist und die Vorspanneinrichtung die
Drehwelle über
das Hebelelement vorspannt, wobei an dem Umfang von dem einen Endbereich
der Schaftöffnung
ein abgeschrägter
Bereich ausgebildet ist, der in Radialrichtung der Schaftöffnung in
nach außen
geneigter Weise ausgebildet ist, und wobei das Drehelement mit einer
dem abgeschrägten
Bereich entsprechenden, kegelförmig
ausgebildeten Oberfläche
versehen ist, wobei die kegelförmig
ausgebildete Oberfläche
durch die Vorspannkraft mit dem abgeschrägten Bereich in Druckkontakt
gehalten ist.
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Vorzugsweise
ist das Drehelement in dem Aufnahmebereich aufgenommen, wobei in
Radialrichtung des Öffnungsbereichs
an der Außenseite des
abgeschrägten
Bereichs des Lagers und der kegelförmig ausgebildeten Oberfläche des
Drehelements die Vorspanneinrichtung das Hebelelement derart vorspannt,
dass dieses von dem Aufnahmebereich getrennt ist und dadurch der
abgeschrägte
Bereich mit der kegelförmig
ausgebildeten Oberfläche in
dem Aufnahmebereich in Druckkontakt gebracht wird.
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Vorzugsweise
ist die Vorspanneinrichtung durch eine einzige Schraubenfeder gebildet,
wobei das Lager in dem Windungsbereich der Schraubenfeder aufgenommen
ist.
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Vorzugsweise
befinden sich die freien Enden der Schraubenfeder in Eingriff mit
der Aussparung und dem Hebelelement, wobei das Hebelelement durch
die elastische Kraft bzw. Federkraft der Schraubenfeder zusammen
mit dem Drehelement automatisch in die Ausgangsposition zurückgeführt wird.
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Im
Folgenden werden Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung lediglich anhand von Beispielen unter Bezugnahme
auf die schematischen Begleitzeichnungen beschrieben; darin zeigen:
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1 eine
Schnittdarstellung eines Drehsensors gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Draufsicht auf den Drehsensor der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
vergrößerte Schnittdarstellung
eines Hauptbereichs des Drehsensors der vorliegenden Erfindung;
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4 eine
Rückseitenansicht
des Drehsensors der vorliegenden Erfindung bei entfernter Abdeckung;
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5 eine
Draufsicht auf die Leiterplatte des Drehsensors der vorliegenden
Erfindung zusammen mit an diesem angebrachten Anschlüssen;
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6 eine
Rückseitenansicht
des Drehelements des Drehsensors der vorliegenden Erfindung mit
daran angebrachten Gleitelementen;
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7 eine
Draufsicht auf das Gehäuse
des Drehsensors der vorliegenden Erfindung;
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8 eine
Schnittdarstellung entlang der Linie 8-8 der 7;
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9 eine
Rückseitenansicht
des Gehäuses des
Drehsensors der vorliegenden Erfindung;
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10 eine
Draufsicht auf das Drehelement des Drehsensors der vorliegenden
Erfindung;
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11 eine
Rückseitenansicht
des Drehelements des Drehsensors der vorliegenden Erfindung;
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12 eine
Schnittdarstellung der Linie 12-12 der 10;
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13 eine
Rückseitenansicht
der Gleitelemente des Drehsensors der vorliegenden Erfindung;
-
14 eine
Seitenansicht eines Gleitelements des Drehsensors der vorliegenden
Erfindung;
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15 eine
Draufsicht auf die Schraubenfeder des Drehsensors der vorliegenden
Erfindung;
-
16 eine
Draufsicht auf die wellige Unterlegscheibe des Drehsensors der vorliegenden
Erfindung;
-
17 eine
Seitenansicht der welligen Unterlegscheibe des Drehsensors der vorliegenden
Erfindung;
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18 eine
Draufsicht auf das Hebelelement des Drehsensors der vorliegenden
Erfindung;
-
19 eine
Rückseitenansicht
des Hebelelements des Drehsensors der vorliegenden Erfindung;
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20 eine
Schnittdarstellung entlang der Linie 20-20 der 18;
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21 eine
Draufsicht auf einen Anschluss des Drehsensors der vorliegenden
Erfindung;
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22 eine
Seitenansicht eines Anschlusses des Drehsensors der vorliegenden
Erfindung;
-
23 eine
Rückseitenansicht
eines Anschlusses des Drehsensors der vorliegenden Erfindung;
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24 eine
Rückseitenansicht
der Abstützplattenfeder
des Drehsensors der vorliegenden Erfindung;
-
25 eine
Frontansicht der Abstützplattenfeder
des Drehsensors der vorliegenden Erfindung;
-
26 eine
Seitenansicht der Abstützplattenfeder
des Drehsensors der vorliegenden Erfindung;
-
27 eine
Draufsicht auf die Abdeckung des Drehsensors der vorliegenden Erfindung;
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28 eine
Schnittdarstellung entlang der Linie 28-28 der 27;
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29 eine
partielle Schnittdarstellung der Abdeckung des Drehsensors der vorliegenden
Erfindung;
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30 eine
Schnittdarstellung eines herkömmlichen
Drehsensors; und
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31 eine
vergrößerte Schnittdarstellung eines
Hauptbereichs des herkömmlichen
Drehsensors.
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Ein
Drehsensor gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 29 beschrieben.
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Der
Drehsensor umfasst in erster Linie ein Gehäuse 1 mit einem Aufnahmebereich 5,
ein an dem Gehäuse 1 angebrachtes
Lager 10, ein Drehelement 11 mit einer von dem
Lager 10 drehbar abgestützten
Drehwelle 13, ein mit der Drehwelle 13 verbundenes
Hebelelement, eine Wellenscheibe 15, die als Vorspannein richtung
dient, um die Drehwelle 13 in Axialrichtung mit einer Vorspannkraft
zu beaufschlagen, eine Schraubenfeder 16 zum automatischen
Zurückführen des
Hebelelements 17 in die Ausgangsposition, eine Rotationsdetektionseinrichtung 20 zum
Detektieren der Rotationsbewegung des Drehelements 11 sowie
eine Abdeckung 28 zum Schließen des Aufnahmebereichs 5 des
Gehäuses 1.
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Das
Gehäuse 1 ist
mit einer becherartigen Konfiguration aus einem isolierenden Kunstharz
gebildet, wie z.B. aus PBT (Polybutylenterephthalat). Wie in den 7 bis 9 gezeigt
ist, ist ein zylindrischer externer Verbindungsbereich 3 in
integraler Weise mit einem ringförmigen
Wandbereich 2 ausgebildet, und vier Durchgangsanschlüsse 4 sind
durch Einsatzformen angebracht, wobei das Innere von dem ringförmigen Wandbereich 2 den
Aufnahmebereich 5 mit einer Öffnung 5 bildet und
wobei die Enden der vier Durchgangsanschlüsse in dem Aufnahmebereich 5 und
dem externen Verbindungsbereich 3 angeordnet sind. Ferner
ist an der Innenwandfläche des
ringförmigen
Wandbereichs 2 ein ringförmiger Stufenbereich 2a ausgebildet,
auf dem ein O-Ring 6 entlang dem Umfang der Öffnung 5a angeordnet
ist, und an der Innenseite des ringförmigen Stufenbereichs 5a sind
eine Aufnahmefläche 2b zum
Aufnehmen einer Leiterplatte 22, ein Eingriffsvorsprung 2c für den Eingriff
mit der Leiterplatte 22, eine rechteckige Öffnung 2d,
in die eine nachfolgend noch beschriebene Abstützplattenfeder 27 eingesetzt
ist, sowie ein Eingriffsvorsprung 2f gegenüber von
dem Eingriffsvorsprung 2c ausgebildet.
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An
dem Bodenwandbereich 7 des Gehäuses 1 ist ein Befestigungsbereich 8 mit
einem Paar Befestigungsöffnungen 8a in
integraler Weise ausgebildet, und eine kreisförmige Aussparung 9 ist
auf der dem Aufnahmebereich 5 entgegengesetzten Seite vorgesehen.
Ein Lager 10 mit einer kreisförmigen Schaftöffnung 10a ist
durch Einsatzformen an dem zentralen Bereich der Aussparung 9 angebracht,
wobei es die Schaftöffnung 10 dem
Aufnahmebereich 5 ermöglicht,
mit dem Bereich außerhalb
von dem Gehäuse 1 in
Verbindung zu treten. Ferner ist an dem Umfang an dem einen Ende
der Schaftöffnung 10a in Radialrichtung
der Schaftöffnung 10a (der
Richtung des Pfeils A in 8) ein abgeschrägter Bereich 10b gebildet,
der über
den gesamten Umfang um ca. 45° geneigt
ist, so dass er zur Bildung einer konischen Oberfläche in Richtung
nach außen
erweitert ist. Ferner ist in der Aussparung 9 ein bogenförmiger Anschlagvorsprung 9a konzentrisch
mit dem Lager 10 ausgebildet, und es ist ein Eingriffsvorsprung 9b zum Zusammenwirken
mit der Schraubenfeder 16 vorgesehen.
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Das
Drehelement 11 ist aus einem isolierenden Kunstharzmaterial,
wie z.B. PBT, gebildet und besitzt in der in den 10 bis 12 dargestellten Weise
eine scheibenartige Befestigungsplatte 12 und eine Drehwelle 13 in
Form eines Hohlzylinders in einer integralen Ausbildung mit dem
zentralen Bereich der Befestigungsplatte 12. In dem Verbindungsbereich
zwischen der Befestigungsplatte 12 und der Drehwelle 13 ist
eine dem abgeschrägten
Bereich 10b des Lagers 10 entsprechende, kegelförmig ausgebildete
Oberfläche 14 die
Drehwelle 13 umgebend ausgebildet, so dass eine konische
Oberfläche
gebildet ist. Ferner sind in der Befestigungsplatte 12 zwei Passeingriffsöffnungen 12a innenseitig
von der Drehwelle 13 ausgebildet, und auf der der Drehwelle 13 gegenüberliegenden
Oberfläche
ist ein Paar Vorsprünge 12b ausgebildet,
wobei ein Paar Passeingriffsvorsprünge 13a an dem vorderen
Ende der Drehwelle 13 ausgebildet ist. Wie in den 1 und 3 gezeigt
ist, ist dieses Drehelement 11 in dem Aufnahmebereich 5 des
Gehäuses 1 aufgenommen, und
die Drehwelle 13 ist in die Schaftöffnung 10a des Lagers 10 eingeführt, wobei
ein Freiraum t zwischen der Außenumfangsfläche der
Drehwelle 13 und der Innenumfangsfläche des Lagers 10 verbleibt.
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Die
Wellenscheibe 15 ist durch Ausführen eines Stanzvorgangs an
Metallplattenfedermaterial gebildet, um ein ringartiges Element
zu schaffen, wobei in der in den 16 und 17 dargestellten
Weise Vertiefungen 15a und Erhebungen 15b in einander abwechselnder
Weise ausgebildet sind. Wie in 1 gezeigt
ist, ist diese Wellenscheibe 15 in der Aussparung 9 aufgenommen,
wobei das Lager 10 in die Wellenscheibe 15 eingeführt ist.
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Die
Schraubenfeder 16 besteht aus Metalldrahtfedermaterial,
wobei in der in 15 dargestellten Weise die freien
Endbereiche umgebogen sind, um Eingriffsbereiche 16a und 16b zu
bilden. Wie in den 1 und 2 gezeigt
ist, ist diese Schraubenfeder 16 in der Aussparung 9 des
Gehäuses 1 aufgenommen,
wobei das Lager 10 in dem Windungsbereich 16 aufgenommen
ist und der eine Eingriffsbereich 16a mit dem Eingriffsvorsprung 9b der Aussparung 9 in
Eingriff steht.
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Das
Hebelelement 17 ist aus einem isolierenden Kunstharzmaterial
gebildet, beispielsweise aus PBT, und wie in den 18 bis 20 gezeigt ist,
besitzt das Hebelelement 17 eine scheibenartige Eingriffsplatte 18 und
einen Verbindungsschaft 19, der im Zentrum der Eingriffsplatte 18 in
integraler Weise ausgebildet ist und in Form eines hohlen Zylinders
vorliegt. An dem vorderen Ende des Verbindungsschafts 19 sind
zwei Passeingriffsvorsprünge 19a ausgebildet.
Ferner weist die Eingriffsplatte 18 in ihrem Umfang Eingriffsausschnitte 18a auf,
und zwei Passeingriffsöffnungen 18b sind
beidseits des Verbindungsschafts 19 einander gegenüberliegend
ausgebildet und es ist ein Anschlagvorsprung 18c vorhanden,
der sich gegenüber
von dem Verbindungsschaft 19 erstreckt.
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Wie
in den 1 und 2 gezeigt ist, wird dieses Hebelelement 17 von
der dem Aufnahmebereich 5 entgegengesetzten Seite her mit
dem Drehelement 11 verbunden, wobei der Verbindungsschaft 19 in
die Drehwelle 13 des Drehelements 11 eingepasst
wird, die Passeingriffsvorsprünge 19a in
die Passeingriffsöffnungen 12 des
Drehelements 11 eingepasst werden und die Passeingriffsvorsprünge 13a in
die Passeingriffsöffnungen 18b eingepasst
werden. Die Eingriffsplatte 18 wird von der Wellenscheibe 15 mit
Druck beaufschlagt, und die Drehwelle 13 wird durch das
Hebelelement 17 in der Axialrichtung (der Richtung des
Pfeils B) vorgespannt, wobei durch diese Vorspannkraft die kegelförmig ausgebildete Oberfläche 14 des
Drehelements 11 in Druckkontakt mit dem abgeschrägten Bereich 10b des
Lagers 10 gehalten wird. Ferner ist das Hebelelement 17 im Uhrzeigersinn
elastisch vorgespannt, wobei der andere Eingriffsbereich 16b der
Schraubenfeder 16 mit der Eingriffsaussparung 18a in
Eingriff steht, so dass der Anschlagvorsprung 18c mit dem
einen Endbereich des Anschlagvorsprungs 9a des Gehäuses 1 in Eingriff
steht und die ursprüngliche
Position aufrecht erhalten bleibt.
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Die
Rotationsdetektionseinrichtung 20 umfasst zwei Gleitelemente 21,
die durch die Befestigungsplatte 12 des Drehelements 11 abgestützt sind, sowie
eine Leiterplatte 22, die in dem Aufnahmebereich 5 des
Gehäuses 1 mittels
der Abstützplattenfeder 27 abgestützt ist,
wobei die Leiterplatte 22 mit vier Anschlüssen 26 ausgestattet
ist.
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Die
beiden Gleitelemente 21 sind durch Ausführen einer spanenden Bearbeitung
an einer dünnen
leitfähigen
Platte aus Nickelsilber, Phosphorbronze oder dergleichen gebildet
und besitzen die gleiche Konstruktion. Wie in den 13 und 14 gezeigt
ist, weist jedes Gleitelement ein Paar Gleitstücke 21a und 21b sowie
einen im Wesentlichen rechteckigen Befestigungsbereich 21c auf,
der diese in integraler Weise verbindet. Befestigungsöffnungen 21d sind
in dem Befestigungsbereich 21c ausgebildet, und zwischen
den Befestigungsöffnungen 21d und
den Gleitstücken 21a und 21b ist
eine Rippe 21e ausgebildet, die auf die gleiche Seite hervorsteht,
auf die auch die Gleitstücke 21a und 21b gebogen
sind. Wie in 6 gezeigt ist, sind die beiden
Gleitelemente 21 dadurch an dem Drehelement 11 gehaltert, dass
die Vorsprünge 12b in
die Befestigungsöffnungen 21d gezwängt werden,
wobei sie in diesem Zustand in dem Aufnahmebereich 5 des
Gehäuses 1 aufgenommen
sind (siehe 1).
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Die
Leiterplatte 22 ist mit einer rechteckigen Konfiguration
aus einem isolierenden Material, wie z.B. Keramik, gebildet. Wie
in 5 gezeigt ist, ist eine Ecke von dieser abgeschnitten,
um einen abgeschrägten
Bereich 22a zu bilden, und ferner ist eine kreisförmige Öffnung 22b im
Zentrum ausgebildet. Weiterhin ist ein Eingriffsausschnitt 22c in
einem Seitenbereich ausgebildet, und ein Vorsprung 22d ist
an dem anderen Seitenbereich ausgebildet. Auf der Oberfläche der
Leiterplatte 22 sind Widerstandsmuster 23a und 23b und
Kollektormuster 24a und 24b durch Drucken in konzentrischer
Weise um die kreisförmige Öffnung 22b herum
gebildet, und Leitermuster 25a bis 25d, die den
Widerstandsmustern 23a und 23b und den Kollektormustern 24a und 24b benachbart
sind, erstrecken sich bis zum Erreichen des anderen Seitenbereichs,
wobei ein Anschluss 26 mit jedem dieser Leitermuster 25a bis 25d verbunden
ist.
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Die
vier Anschlüsse 26 besitzen
die gleiche Konstruktion, und wie in den 21 und 22 gezeigt
ist, besitzt jeder von ihnen einen länglichen Basisbereich 26a,
der aus einer dünnen
Leiterplatte besteht, sowie einen Klammerbereich 26b, der
durch Umbiegen von dem einen Endbereich des Basisbereichs 26a in
eine U-förmige
Konfiguration gebildet ist, wobei eine Öffnung 26c an dem
anderen Ende des Basisbereichs 26a ausgebildet ist. Der
Klammerbereich 26b hält
den anderen Seitenbereich der Leiterplatte 22, so dass
er durch die Leiterplatte 22 abgestützt ist, wobei die Anschlüsse mit
den Leitermustern 25a bis 25d elektrisch verbunden
sind.
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Die
Abstützplattenfeder 27 besteht
aus einer rechteckigen dünnen
Platte aus rostfreiem Stahl. Wie in den 24 bis 26 gezeigt
ist, ist sie an dem zentralen Bereich 27a in eine V-förmige Konfiguration
gebogen, und ferner sind Biegungsbereiche 27b an den beiden
Enden vorhanden. Wie in 4 gezeigt ist, wird die Abstützplattenfeder 27 beginnend mit
dem zentralen Bereich 27a in die rechteckige Öffnung 2d des
Gehäuses 1 eingeführt und
in dem Aufnahmebereich 5 aufgenommen.
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Wie
in den 1 und 4 gezeigt ist, liegt die Oberfläche der
Leiterplatte 22 an der Aufnahmefläche 2b des Gehäuses 1 an,
und die Durchführungsanschlüsse 4 sind
in die Öffnungen 26c der
Anschlüsse 26 eingeführt, wobei
der abgeschrägte
Bereich 22a durch die Plattenfeder 27 in Richtung
des Pfeils E mit Druck beaufschlagt wird, so dass der Eingriffsausschnitt 22c und
der Vorsprung 22e mit dem Eingriffsvorsprung 2c bzw.
dem Eingriffsvorsprung 2f in Eingriff gebracht sind und
die Leiterplatte dadurch in dem Aufnahmebereich 5 des Gehäuses 1 abgestützt ist.
Mittels dieser Anordnung erfolgt die Positionierung der Leiterplatte 22 in
dem Aufnahmebereich 5, wobei die Leiterplatte 22 dem
Drehelement 11 unter Freilassung eines vorbestimmten Spalts
gegenüberliegt,
wobei das eine Gleitelement 21 das Paar der Gleitstücke 21a und 21b mit
dem Widerstandsmuster 23a und dem Kollektormuster 24a in
Gleitberührung bringt,
um zwischen dem Widerstandsmuster 23a und dem Kollektormuster 24a eine
elektrische Verbindung herzustellen, und wobei das andere Gleitelement 21 das
Paar der Gleitstücke 21a und 21b in Gleitberührung mit
dem Widerstandsmuster 23b und dem Kollektormuster 24b bringt,
um eine elektrische Verbindung zwischen dem Widerstandsmuster 23b und
dem Kollektormuster 24b herzustellen.
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Die
Abdeckung 28 ist in Form einer flachen Platte aus isolierendem
Kunstharzmaterial, wie z.B. PBT, gebildet, und wie in den 27 bis 29 gezeigt
ist, ist ein ringförmiger
Vorsprung 28a am Umfang von dieser vorhanden, wobei in
dem ringförmigen
Vorsprung 28b eine Ausschnittaussparung 28b ausgebildet
ist. Wie in 1 gezeigt ist, ist diese Abdeckung 28 in
dem Aufnahmebereich 5 des Gehäuses 1 aufgenommen,
um die Öffnung 5a zu
verschließen,
und ist an dem Gehäuse 1 durch
Breitdrücken unter
Wärmeeinwirkung
festgelegt, und zwar mittels des breitgedrückten Bereichs 2e am
Umfang der Öffnung 5a,
wobei der ringförmige
Vorsprung 28a den O-Ring 6 zusammendrückt, der
auf dem ringförmigen Stufenbereich 28a in
den Aufnahmebereich umschließender
Weise platziert ist, und wobei die Ausschnittaussparung 28b an
dem Biegungsbereich 27b der Abstützplat tenfeder 27 anliegt,
um die Abstützplattenfeder 27 derart
in dem Aufnahmebereich 5 zu halten, dass sich diese nicht
von der rechteckigen Öffnung 2d löst.
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Im
Folgenden wird die Verfahrensweise zum Zusammenbauen des Drehsensors
mit der vorstehend beschriebenen Konstruktion erläutert. Als
Erstes wird das Lager 10 durch die Wellenscheibe 15 hindurch
geführt
und in der Aussparung 9 aufgenommen und platziert. Als
Nächstes
wird das Lager 10 in den Windungsbereich 16c eingeführt, um
die Schraubenfeder 16 in der Aussparung 9 aufzunehmen,
wobei der eine Eingriffsbereich 16a mit dem Eingriffsvorsprung 9b in
Eingriff gebracht wird. Als Nächstes
wird der Verbindungsschaft 19 des Hebelelements 17 in
die Schaftöffnung 10a des
Lagers 10 eingeführt,
wobei die Wellenscheibe 15 und die Schraubenfeder 16 durch
die Eingriffsplatte 18 mit Druck beaufschlagt werden, so
dass sie sich nicht von der Aussparung 9 lösen, und
das Gehäuse 1 wird mit
der Oberseite nach unten weisend angeordnet, und der Passeingriffsvorsprung 13a wird
der Passeingriffsöffnung 18b zugewandt
gegenüberliegend angeordnet
und die Drehwelle 13 wird in die Schaftöffnung 10a eingeführt, während der
Verbindungsschaft 19 in die Drehwelle 13 gepasst
wird. Anschließend
wird der Passeingriffsvorsprung 13a mit der Passeingriffsöffnung 18b in
Eingriff gebracht, und der Passeingriffsvorsprung 19a wird
in die Passeingriffsöffnung 12a eingepasst,
wobei das Hebelelement 17 derart mit der Drehwelle 13 verbunden
wird, dass eine integrale Einheit mit dem Drehelement 11 gebildet
ist.
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Als
Nächstes
wird das Gehäuse 1 wieder umgedreht
und in die erste Position verbracht, und der andere Eingriffsbereich 16b der
Schraubenfeder 16 wird mit dem Eingriffsausschnitt 18a des
Hebelelements 17 in Eingriff gebracht, und unter Ausführung einer
Drehbewegung bzw. Wickelbewegung der Schraubenfeder 16 wird
der Anschlagvorsprung 18c des Hebelelements 17 mit
dem Anschlagvorsprung 9a des Gehäuses 1 in Eingriff
gebracht. Anschließend
wird das Gehäuse 1 wiederum
umgedreht, und der Vorsprung 12b wird in die Befestigungsöffnung 21d gezwängt, um
die beiden Gleitelemente 21 an dem Drehelement 11 anzubringen,
und der O-Ring 6 wird auf dem ringförmigen Stufenbereich 2a platziert. Dann
wird die Oberfläche,
auf der die Widerstandsmuster 23a und 23b und
die Kollektormuster 24a und 24b gebildet sind,
in Richtung auf die Seite des Gleitelements 21 orientiert,
und die Durchgangsanschlüsse 4 werden
in die Öffnungen 26c der
Anschlüsse 26 eingeführt, wobei
die Leiterplatte 22 auf der Aufnahmefläche 2a des Gehäuses 1 platziert
ist.
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Als
Nächstes
erfolgt ein Lötvorgang
an den Anschlüssen 26 um
den Durchgangsanschlüssen 4, um
diese miteinander zu verbinden, und die Abdeckung 28 wird
in dem Aufnahmebereich 5 aufgenommen, wobei der ringförmige Vorsprung 28a dem O-Ring 6 zugewandt
ist. Danach wird in diesem Zustand der Umfang der Öffnung 5a des
Gehäuses 1 durch
Breitdrücken
unter Wärmeeinwirkung
nach innen breitgedrückt,
um den breitgedrückten
Bereich 2e zu bilden, und die Abdeckung 28 wird
befestigt, indem dieser breitgedrückte Bereich 2e zur
Befestigung an dem Gehäuse 1 breitgedrückt wird.
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Damit
ist die Montage des Drehsensors abgeschlossen. Nach der Montage
ist in dem in 3 gezeigten Zustand die Drehwelle 13 in
der Schaftöffnung 10a des
Lagers 10 abgestützt,
und ein Freiraum t verbleibt zwischen der Außenumfangsfläche der Drehwelle 13 und
der Innenumfangsfläche
der Schaftöffnung 10a des
Lagers 10. Ferner erfolgt in Radialrichtung (der Richtung
des Pfeils A) der Schaftöffnung 10a an
der Außenseite
des abgeschrägten Bereichs 10b und
der kegelförmig
ausgebildeten Oberfläche 14 durch
die Wellenscheibe 15 eine derartige Vorspannung der Eingriffsplatte 18 des
Hebelelements 17, dass diese von dem Aufnahmebereich 5 (in
Richtung des Pfeils B) getrennt ist, so dass sich das Drehelement 11 in
integraler Weise mit dem Hebel 17 drehen kann und dabei
die kegelförmig
ausgebildete Oberfläche 14 des
Drehelements 11 und der abgeschrägte Bereich 10b des
Lagers 10 in dem Aufnahmebereich 5 miteinander
in Druckkontakt stehen.
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Wie
ferner in 1 gezeigt ist, ist die Eingriffsplatte 18 des
Hebelelements 17 der Aussparung 9 zugewandt, und
die Schraubenfeder 16 übt
eine geringfügige
Druckbeaufschlagung der Eingriffsplatte 18 des Hebelelements 17 in
der Axialrichtung (der Richtung des Pfeils B) aus, um die Druckbeaufschlagung
der Eingriffsplatte 18 durch die Wellenscheibe 15 zu
unterstützen.
Außerdem
wird ein Drehmoment, das der elastischen Kraft der Schraubenfeder 16 entgegenwirkt,
auf das Hebelelement 17 aufgebracht, wobei das Drehmoment
nach Rotation des Hebelelements 17 im Gegenuhrzeigersinn
(der Richtung des Pfeils D in 2) aufgehoben
wird, so dass aufgrund der elastischen Kraft der Schraubenfeder 16 das
Hebelelement 17 in integraler Weise mit dem Drehelement 11 automatisch
in die ursprüngliche
Position zurückgeführt wird
(den in 2 dargestellten Zustand), in
der die Anschlagvorsprünge
miteinander in Eingriff stehen.
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Bei
dem Drehsensor, der in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildet
und zusammengebaut wird, ist der Endbereich der Drehwelle 29,
die sich entsprechend einer Änderung
bei der Position oder dem Öffnungswinkel
der Drosselklappe (nicht gezeigt) eines Verbrennungsmotors über einen
vorbestimmten Winkelbereich rotationsmäßig bewegt, in den Verbindungsschaft 19 des
Hebelelements 17 gepasst, wie dies in 1 gezeigt
ist, und eine vorbestimmte Spannung wird auf die beiden Endbereiche des
Widerstandsmusters 23a und 23b durch einen in den
externen Verbindungsbereich 3 gepassten Verbinder (nicht
gezeigt), die Durchführungsanschlüsse 4 und
die Anschlüsse 26 aufgebracht.
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Wenn
sich die Antriebswelle 29 dreht, drehen sich auch die Drehwelle 13 und
das Drehelement 11 im Gegenuhrzeigersinn (der Richtung
des Pfeils D in 2) in integraler Weise mit dem
Hebel 17 entgegen der elastischen Kraft der Schraubenfeder 16, und
dabei führt
das eine Gleitelement 21 eine Gleitbewegung auf dem Widerstandsmuster 23a und
dem Leitermuster 24a aus, und das andere Gleitelement 21 führt eine
Gleitbewegung auf dem Widerstandsmuster 23b und dem Leitermuster 24b aus.
Als Ergebnis hiervon wird eine der Position oder dem Öffnungswinkel
der Drosselklappe entsprechende Spannung an den beiden Anschlüssen 26 erzeugt, die
mit den den Kollektormustern 24a und 24b benachbarten
Leitermustern 25a und 25c verbunden sind. Diese
Spannung wird durch die Durchgangsanschlüsse 4 und den Verbinder
zur Außenseite
des Sensors geleitet und als Drosselklappen-Positionssignal zum
Steuern eines Verbrennungsmotors oder dergleichen verwendet.
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Während der
Rotationsbewegung der Drehwelle 13 ist die Drehwelle 13 mittels
der Wellenscheibe 15 über
das Hebelelement 17 in Axialdruckrichtung (der Richtung
des Pfeils B) vorgespannt, und die kegelförmig ausgebildete Oberfläche 14 des
Drehelements 11 ist gegen den abgeschrägten Bereich 10b des
Lagers 10 gedrückt
und mit diesem in Oberflächenkontakt
gehalten, so dass keine Gefahr besteht, dass die kegelförmig ausgebildete
Oberfläche 14 von der
vorbestimmten Rotationsbahn entlang des abgeschrägten Bereichs 10b um
die Schaftöffnung 10a herum
abweicht. Somit wird das Rotationszentrum des Drehelements 11 nicht
exzentrisch, und es besteht die Möglichkeit, eine Exzentrizität der Drehwelle 13 in
Radialrichtung der Schaftöffnung 10a zu
unterbinden, wobei in der in 3 veranschaulichten Weise
die Drehwelle sich unter Aufrechterhaltung des Freiraums t in stabiler
Weise drehen kann.
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Als
Ergebnis hiervon ist die Bewegungsbahn des Gleitstücks 21a kreisförmig, und
die Linearitätseigenschaften
des Drosselklappen-Positionssignals (lineare Veränderung bei der Ausgangsspannung entsprechend
der Rotation des Hebelelements 17) lässt sich verbessern, Hysterese
des Drosselklappen-Positionssignals lässt sich eliminieren, und ferner
wird eine korrekte Detektion von Änderungen bei der Position
oder dem Öffnungswinkel
der Drosselklappe ermöglicht.
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Während bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
die Wellenscheibe bzw. wellenförmige Unterlegscheibe 15 als
Vorspanneinrichtung zum Aufbringen der Vorspannkraft in Axialrichtung
auf die Drehwelle 13 verwendet wird, sollte dies nicht
einschränkend
verstanden werden. Es ist auch möglich, die
Federkraft der Schraubenfeder 16 zu steigern, die zum Unterstützen der
Wellenscheibe verwendet wird, sowie die Drehwelle 13 in
der Axialrichtung ausschließlich
durch die Schraubenfeder 16 vorzuspannen. In diesem Fall
ist die Wellenscheibe 15 nicht notwendig, so dass sich
die Anzahl der Bestandteile des Drehsensors reduzieren lässt.
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Während bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
das Gehäuse 1 durch
integrale Ausbildung des ringförmigen
Wandbereichs 2 und des Bodenwandbereichs 7 gebildet
ist und das Gehäuse 1 und
die Abdeckung 28 als separate Komponenten vorgesehen sind,
sollte ferner auch dies nicht einschränkend verstanden werden. Es
ist auch möglich, den
ringförmigen
Wandbereich 2 und die Abdeckung 28 zum Bilden
des Gehäuses 1 in
integraler Weise auszubilden und den Bodenwandbereich 7 sowie
das Gehäuse 1 in
Form von separaten Komponenten auszubilden. Während ferner bei dem Drehelement 11 die
Befestigungsplatte 12 und die Drehwelle 13 in integraler
Weise ausgebildet sind, ist es auch möglich, die Befestigungsplatte 12 und
die Drehwelle 13 als separate Komponenten auszubilden und
die Drehwelle 13 fest an der Befestigungsplatte 12 anzubringen,
um diese in Form einer integralen Einheit auszubilden.
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Die
vorliegende Erfindung, von der ein Ausführungsbeispiel beschrieben
worden ist, schafft folgende Vorteile.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Drehsensor geschaffen, der ein Drehelement mit
einer Drehwelle, eine Rotationsdetektionseinrichtung zum Detektieren
der Rotationsbewegung des Drehelements, ein Lager mit einer Schaftöffnung,
in die die Drehwelle eingeführt
ist und die die Drehwelle in integraler Weise mit dem Drehelement
drehbar abstützt, sowie
eine Vorspanneinrichtung zum Aufbringen einer Vorspannkraft in Axialrichtung
auf die Drehwelle aufweist, wobei an dem Umfang von einem Endbereich
der Schaftöffnung
ein abgeschrägter
Bereich ausgebildet ist, der derart geneigt ist, dass er in Radialrichtung
der Schaftöffnung
nach außen
erweitert ist, und wobei das Drehelement mit einer dem abgeschrägten Bereich
entsprechenden kegelförmig
ausgebildeten Oberfläche
versehen ist, wobei die kegelförmig
ausgebildete Oberfläche
durch die Vorspannkraft in Druckkontakt mit dem abgeschrägten Bereich gehalten
ist, so dass keine Gefahr besteht, dass die kegelförmig ausgebildete
Oberfläche
von der vorbestimmten Rotationsbahn entlang dem abgeschrägten Bereich
um die Schaftöffnung
herum abweicht, so dass radiale Exzentrizität der Drehwelle verhindert
ist und sich ein äußerst zuverlässiger Drehsensor
schaffen lässt,
der zum Ausführen
einer korrekten Detektion in der Lage ist.
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Ferner
sind ein Gehäuse
mit einem Aufnahmebereich zum Aufnehmen der Rotationsdetektionseinrichtung
sowie ein Hebelelement vorhanden, das dazu ausgebildet ist, sich
in integraler Weise mit der Drehwelle zu drehen, wobei das Lager
im Bodenwandbereich des Gehäuses
vorgesehen ist, der Aufnahmebereich durch das Lager mit der Außenseite des
Gehäuses
in Verbindung steht, das Hebelelement auf der dem Aufnahmebereich
entgegengesetzten Seite angeordnet ist, der Bodenwandbereich eine
Aussparung zum Aufnehmen der Vorspanneinrichtung auf der dem Aufnahmebereich
entgegengesetzten Seite aufweist und die Vorspanneinrichtung die
Drehwelle durch das Hebelelement vorspannt, so dass es möglich ist,
eine Überlappung
des Lagers und der Vorspanneinrichtung in der Axialrichtung der Drehwelle
vorzusehen, so dass aufgrund der Nähe der Vorspanneinrichtung
zu der kegelförmig
ausgebildeten Oberfläche
und dem abgeschrägten
Bereich keine exzentrische Belastung in einfacher Weise auf den
Druckkontaktbereich der kegelförmig
ausgebildeten Oberfläche
und des abgeschrägten
Bereichs ausgeübt
wird, so dass sich ein stabiler Oberflächenkontakt erzielen lässt und
gleichzeitig der Drehsensor flach ausbilden sowie in seiner Größe reduzieren lässt.
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Ferner
ist das Drehelement in dem Aufnahmebereich aufgenommen, wobei in
der Radialrichtung des Öffnungsbereichs
an der Außenseite
des abgeschrägten
Bereichs des Lagers und der kegelförmig ausgebildeten Oberfläche des
Drehelements die Vorspanneinrichtung das Hebelelement derart vorspannt,
dass dieses von dem Aufnahmebereich getrennt ist, um dadurch den
abgeschrägten
Bereich mit der kegelförmig
ausgebildeten Oberfläche
in dem Aufnahmebereich in Druckkontakt zu bringen, so dass die Möglichkeit
besteht, die Drehwelle in Bezug auf die Innenumfangsfläche der
Schaftöffnung
parallel auszubilden und den abgeschrägten Bereich mit einer gleichmäßigen Belastung
in zuverlässiger
Weise in flächigen
Kontakt mit der kegelförmig
ausgebildeten Oberfläche
zu bringen, um dadurch radiale Exzentrizität der Drehwelle in zuverlässiger Weise
zu verhindern und die Drehwelle in stabilerer Weise zu drehen.
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Weiterhin
ist die Vorspanneinrichtung durch eine einzelne Schraubenfeder gebildet,
wobei das Lager in dem Windungsbereich der Schraubenfeder aufgenommen
ist, so dass es möglich
ist, radiale Exzentrizität
der Drehwelle in zuverlässiger
Weise zu verhindern und die Drehwelle in stabilerer Weise zu drehen,
ohne dass dies eine Erhöhung
der Anzahl von Teilen des Drehsensors mit sich bringt.
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Ferner
stehen die freien Enden der Schraubenfeder mit der Aussparung und
dem Hebelelement in Eingriff, wobei das Hebelelement durch die elastische
Kraft der Schraubenfeder zusammen mit dem Drehelement automatisch
in die Ausgangsposition zurückgeführt wird,
so dass sich der Effekt der Vorspannung der Drehwelle in der Axialrichtung
sowie des Zurückführens des
Hebelelements in die Ausgangsposition mittels der einzigen Schraubenfeder bewerkstelligen
lässt,
so dass wiederum die Anzahl von Teilen des Drehsensors vermindert
werden kann.