DE102005062784A1

DE102005062784A1 - Magnet-Baueinheit zur Befestigung auf einer Welle

Info

Publication number: DE102005062784A1
Application number: DE102005062784A
Authority: DE
Inventors: Joachim Becker; Robert Maly; Mirco Beier; Dirk Bergmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-07-05
Also published as: EP1969380A1; EP1969380B1; JP2009522988A; US7847446B2; JP4773529B2; WO2007079996A1; US20080272660A1

Abstract

Eine Magnet-Baueinheit zur Befestigung auf einer Welle ist mit einem Magnethalter aus Spritzguss-Kunststoff und mit einem Magnetelement versehen. Magnethalter und Magnetelement sind als separate Bauteile ausgeführt, wobei das Magnetelement in den Kunststoff des Magnethalters eingespritzt ist und der Magnethalter mit der Welle verbunden ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf eine Magnet-Baueinheit zur Befestigung auf einer Welle nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

In der EP 1 498 911 A1 wird ein Ringmagnet zur Befestigung auf einer Ankerwelle beschrieben, die Teil eines elektromotorischen Stellantriebes ist. Der Ringmagnet sitzt drehfest auf der Ankerwelle auf und hat gemeinsam mit einem Sensor die Funktion einer Positionserfassungseinrichtung, indem beim Umlauf der Ankerwelle eine vom Ringmagneten erzeugte Magnetfeldänderung im zugeordneten Sensor registriert wird, woraus auf die zurückgelegte Ankerwellenumdrehung geschlossen werden kann. Zur Befestigung auf der Ankerwelle weist der Ringmagnet einen zentralen Durchbruch auf, mit dem der Magnet auf die Welle aufgeschoben wird. An der Innenfläche des Durchbruches sind radiale Fortsätze angeformt, die ein elastisches Klemmelement sichern, welches zur festen Verbindung des Ringmagneten auf der Welle dient.

Der Ringmagnet wird im Kunststoff-Spritzgussverfahren hergestellt, wobei in die Kunststoffmasse gleichmäßig verteilte, magnetisierbare Zusatzpartikel eingebracht sind, die nach dem Spritzgießen mithilfe eines Prägemagneten gemäß eines vorgegebenen Musters magnetisierbar sind.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnet-Bauteil anzugeben, das mit einfachen Maßnahmen und in flexibler Weise herzustellen und zur Befestigung auf einer Welle hergerichtet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.

Die neuartige Magnet-Baueinheit umfasst einen Magnethalter und ein Magnetelement, die als separate Bauteile ausgeführt sind. Der Magnethalter wird im Kunststoff-Spritzgießverfahren hergestellt, wobei das mindestens eine Magnetelement in das Kunststoffmaterial des Magnethalters eingespritzt wird. Magnethalter und Magnetelement sind klar abgegrenzte, separate Bauteile, die jeweils für sich gesehen auf ihren Einsatzzweck hin angepasst werden können. Dies führt zu einem hohen Maß flexibler Handhabung und Anpassung, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden können. Vorteilhaft ist, dass das im Spritzgießverfahren zu verarbeitende Kunststoffmaterial des Magnethalters keine magnetisierbaren Zusätze benötigt; die magnetischen Eigenschaften rühren vom Magnetelement her, das als eigenständiges Bauteil in den Magnethalter eingebracht wird. Auch im Hinblick auf die erforderlichen magnetischen Eigenschaften, beispielsweise die Magnetstärke oder das magnetische Prägemuster im Magnetelement, ist eine leicht durchzuführende Anpassung an die jeweiligen Gegebenheiten möglich.

Das Magnetelement, welches zweckmäßig scheibenförmig ausgebildet ist, kann einer Stirnseite der Welle axial unmittelbar vorgelagert sein. Der Magnethalter ist vorteilhaft hohlzylindrisch in Form einer Hülse ausgebildet, deren eine Stirnseite von dem Magnetelement gebildet wird, wodurch man eine topfförmige Magnet-Baueinheit erhält, umfassend den Magnethalter und das Magnetelement. Der Magnethalter wird auf die Welle aufgeschoben, derart, dass eine zentrale Ausnehmung im Magnethalter flächig auf der Mantelfläche der zylindrischen Welle aufsitzt.

Hierbei kann es vorteilhaft sein, an der inneren Mantelfläche der zylindrischen Ausnehmung im Magnethalter ein Federelement vorzusehen, das quer zur Wellenachse eine Federkraft erzeugt und den Magnethalter gegenüber dem Wellenmantel abstützt. Dem Federelement kommt toleranzausgleichende Wirkung zu, indem unterschiedliche Wärmeausdehnungen von Welle und Magnethalter ausgeglichen werden, die gegebenenfalls zu einer Spaltbildung zwischen den zusammenwirkenden Mantelflächen der Ausnehmung und der Welle führen können. Das Federelement ist insbesondere als Toleranzring ausgeführt, der zweckmäßig in eine Einlegenut eingesetzt ist, welche in die Mantelfläche der zylindrischen Ausnehmung des Magnethalters eingebracht ist. Der Toleranzring umgreift hierbei die Welle in Umfangsrichtung.

Die Magnetbaueinheit ist zweckmäßig Teil einer Positionserfassungseinrichtung zur Bestimmung der aktuellen Winkellage der Welle. Diese Positionserfassungseinrichtung umfasst neben der Magnetbaueinheit mit Magnethalter und Magnetelement auch einen vorzugsweise ortsfesten Drehzahlsensor, der Magnetfeldänderungen sensiert, die durch den Umlauf des Magnetelementes erzeugt werden. Über eine zugeordnete Auswerteeinrichtung können die im Drehzahlsensor ermittelten Sensorsignale ausgewertet und zugehörige, die aktuelle Winkelposition der Welle repräsentierende Winkelwerte ermittelt werden.

Die Magnetbaueinheit als Bestandteil einer Positionserfassungseinrichtung wird vorteilhaft auf die Anker- bzw. Rotorwelle eines Elektromotors aufgesetzt.

Zeichnungen
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch einen Elektromotor mit Stator und Rotorwelle, an deren einer Stirnseite eine Magnet-Baueinheit angeordnet ist, die Teil einer Positionserfassungseinrichtung zur Bestimmung der aktuellen Winkellage der Rotorwelle ist,
2 einen Schnitt durch die Stirnseite der Rotorwelle mit aufgesetzter Magnet-Baueinheit, die einen Magnethalter und ein Magnetelement umfasst, mit zugeordnetem Sensor.
Ausführungsbeispiel
Der in 1 dargestellte Elektromotor 1 umfasst in einem Gehäuse 2 einen gehäusefesten Stator 3 und eine darin umlaufende Rotorwelle 4, die im Bereich einer Stirnseite eine Magnet-Baueinheit 5 trägt. Diese Magnetbaueinheit 5 ist zweiteilig aufgebaut und umfasst einen Magnethalter 8, der drehfest mit der Rotorwelle 4 verbunden ist, sowie ein im Magnethalter 8 fest aufgenommenes Magnetelement 9. Magnethalter 8 und Magnetelement 9 sind als separate Bauteile ausgeführt. Die Magnet-Baueinheit 5 ist insgesamt Teil einer Positionserfassungseinrichtung 6, der zusätzlich zur Magnet-Baueinheit 5 ein Sensor 7 zugeordnet ist, welcher ortsfest außerhalb des Gehäuses 2 des Elektromotors angeordnet ist und mit dem Magnetelement 9 zusammenwirkt. Bei einer Rotation der Rotorwelle 4 läuft auch die Magnet-Baueinheit 5 einschließlich Magnetelement 9 um, wobei die durch das Umlaufen hervorgerufenen Änderungen im Magnetfeld des Magnetelementes 9 von dem Sensor 7 erfasst werden und aus den Sensorsignalen in einer nicht dargestellten Auswerteeinheit auf die Rotation der Rotorwelle rückgerechnet werden kann. Die Magnet-Baueinheit 5 an der Stirnseite der Rotorwelle 4 ragt teilweise aus dem Gehäuse 2 des Elektromotors 1 heraus. Außerhalb des Gehäuses befindet sich das Magnetelement 9, das der axialen Stirnseite der Rotorwelle vorgelagert und unmittelbar zu dieser benachbart angeordnet ist. Da sich das Magnetelement 9 außerhalb des Gehäuses 2 befindet, ist auch keine Schwächung des Magnetfeldes durch das Gehäuse 2 zu erwarten.
Für eine drehfeste Sicherung des Magnethalters 8 auf der Rotorwelle 4 ist, wie insbesondere 2 zu entnehmen, im Bereich der inneren Mantelfläche 11 einer zentralen Ausnehmung im Magnethalter 8 ein Toleranzring 10 angeordnet, der die äußere Mantelfläche der Rotorwelle 4 vollständig umgreift. Dieser Toleranzring 10 hat die Funktion eines Federelementes und erzeugt eine radial wirkende Klemmkraft zwischen dem auf die Rotorwelle 4 aufgeschobenen Magnethalter 8 und der Rotorwelle. Der Toleranzring 10 ist in eine umlaufende Einlegenut 12 eingesetzt, die in die innere Mantelfläche 11 der Ausnehmung im Magnethalter 8 eingebracht ist. Hierdurch ist der Toleranzring 10 axial und radial gesichert. Über den Toleranzring 10 können unterschiedlich große Wärmedehnungen zwischen Rotorwelle 4 und Magnethalter 8 kompensiert werden.
Der Magnethalter 8 ist als hohlzylindrische Hülse ausgeführt, an deren einer Stirnseite das Magnetelement 9 angeordnet ist. Das Magnetelement 9 deckt die Stirnseite des Magnethalters 8 vollständig ab und bildet dessen Boden; die Ebene des zweckmäßig scheibenförmigen Magnetelements 9 liegt senkrecht zur Wellenachse der Rotorwelle 4. Der Magnethalter 8 ist teilweise auf die Rotorwelle 4 aufgeschoben, teilweise überragt der Magnethalter 8 die freie Stirnseite 13 der Rotorwelle 4. Das Magnetelement 9 befindet sich in Achsrichtung gesehen vollständig vor der Stirnseite 13 der Rotorwelle 4. Das Magnetelement 9 besitzt einen Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser der Rotorwelle 4.
In einer alternativen Ausführung kann es aber auch zweckmäßig sein, eine unrunde Form des Magnetelementes 9 vorzusehen, beispielsweise eine eckige Kontur, oder Ausnehmungen in das Magnetelement einzubringen, beispielsweise eine Ringform vorzusehen. Außerdem ist es auch möglich, dass sich Abschnitte des Magnetelementes 9 teilweise über die Mantelfläche der Rotorwelle erstrecken. Gemäß einer weiteren Ausführung ist es im Falle einer Ringform des Magnetelements 9 auch möglich, dass dieses teilweise oder vollständig über die Rotorwelle 4 geschoben ist.
Der Magnethalter 8 ist als Kunststoff-Spritzguss-Bauteil ausgeführt, das im Spritzgussverfahren hergestellt wird. Das Magnetelement 9 wird nach dem Herstellungsprozess des Magnethalters 8 in das Material des Magnethalters eingespritzt, so dass das Magnetelement 9 durch Verschmelzung fest und insbesondere drehsicher im Magnethalter 8 aufgenommen ist. Das Magnetelement 9 besteht insbesondere aus einem metallischen, unter Umständen kunststoffgebundenen, magnetischen bzw. magnetisierbaren Werkstoff.
Nach der Herstellung des Verbundes aus Magnethalter 8 und Magnetelement 9 im Wege des Spritzgussverfahrens wird der Toleranzring 10 in die Einlegenut 12 eingesetzt, die vorteilhaft bereits während des Spritzgussverfahrens und damit in einem gemeinsamen Arbeitsgang in die innere Mantelfläche der Ausnehmung eingebracht wird. Anschließend wird die Magnet-Baueinheit 5 über die axiale Stirnseite 13 auf die äußere Mantelfläche der Rotorwelle 4 aufgeschoben. Der Toleranzring 10 in der Einlegenut 12 sorgt für eine axial und radial sichernde Klemmkraft, wodurch die Magnetbaueinheit 5 sowohl axial als auch radial und in Umfangsrichtung fest mit der Rotorwelle 4 verbunden ist, jedoch gegebenenfalls auch wieder von dieser gelöst werden kann. Die Magnet-Baueinheit 5 wird axial so weit auf die Rotorwelle aufgeschoben, dass das Magnetelement 9 einen geringen axialen Abstand zur Stirnseite 13 der Rotorwelle 4 aufweist. Es kann aber auch zweckmäßig sein, dass das Magnetelement 9 unmittelbar an der Stirnseite 13 zur Anlage kommt.

Claims

Magnet-Baueinheit zur Befestigung auf einer Welle, mit einem auf der Welle (4) zu befestigenden Magnethalter (8) aus Spitzguss-Kunststoff und mit einem Magnetelement (9), dadurch gekennzeichnet, dass der Magnethalter (8) und das Magnetelement (9) als separate Bauteile ausgeführt sind, wobei das Magnetelement (9) in den Kunststoff des Magnethalters (8) eingespritzt und der Magnethalter (8) mit der Welle (4) verbunden ist.
Magnet-Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnethalter (8) im Bereich einer Stirnseite (13) der Welle (4) angeordnet und das Magnetelement (9) der Stirnseite (13) unmittelbar vorgelagert ist.
Magnet-Baueinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetelement (9) scheibenförmig ausgebildet ist.
Magnet-Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erstreckung des Magnetelements (9) in Radialrichtung den Durchmesser der Welle (4) übersteigt.
Magnet-Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnethalter (8) eine zylindrische Ausnehmung aufweist und mit dieser zylindrischen Ausnehmung auf der Welle (4) aufsitzt.
Magnet-Baueinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnethalter (8) hohlzylindrisch ausgeführt ist.
Magnet-Baueinheit nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Mantelfläche (11) der zylindrischen Ausnehmung im Magnethalter (8) ein Federelement (10) angeordnet ist, das quer zur Wellenachse eine Federkraft erzeugt.
Magnet-Baueinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement als Toleranzring (10) zum Ausgleich unterschiedlicher Wärmeausdehnungen ausgeführt ist.
Magnet-Baueinheit nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (10) in eine Einlegenut (12) in der Mantelfläche (11) der zylindrischen Ausnehmung eingesetzt ist.
Positionserfassungseinrichtung mit einer Magnet-Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Elektromotor mit einer Magnet-Baueinheit auf der Welle des Elektromotors nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Verfahren zur Herstellung einer Magnet-Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem ein Magnethalter (8) der Magnet-Baueinheit (5) im Kunststoff-Spritzguss-Verfahren hergestellt und ein als separates Bauteil ausgeführtes Magnetelement (9) in den Magnethalter (8) eingespritzt wird.