DE102013213323A1

DE102013213323A1 - Rotationselement für eine Fahrzeugvorrichtung

Info

Publication number: DE102013213323A1
Application number: DE102013213323.5A
Authority: DE
Inventors: Oliver Dippold; Ralf Wagner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-07-08
Filing date: 2013-07-08
Publication date: 2015-01-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rotationselement für eine Fahrzeugvorrichtung, insbesondere für eine Vorrichtung eines Zugmitteltriebs eines Kraftfahrzeugs, mit einem Grundkörper und einer elektrischen Schaltungsanordnung, in der mindestens ein elektrisches Bauelement verschaltet ist. Es ist vorgesehen, dass der Grundkörper eine einen Innenumfang bildende Wandung aufweist, die eine sich bezüglich einer Rotationsachse des Rotationselements axial in den Grundkörper hinein erstreckende Ausnehmung umfänglich begrenzt, wobei die Schaltungsanordnung auf dieser Wandung angeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Rolleneinrichtung für einen Zugmitteltrieb eines Kraftfahrzeugs, mit einer elektrischen Maschine, die ein derartiges Rotationselement aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Rotationselement für eine Fahrzeugvorrichtung, insbesondere für eine Vorrichtung eines Zugmitteltriebs eines Kraftfahrzeugs, mit einem Grundkörper und einer elektrischen Schaltungsanordnung, in der mindestens ein elektrisches Bauelement verschaltet ist.
Derartige Rotationselemente sind aus dem Bereich der Fahrzeug-Sensorik bekannt. Dabei ist beispielsweise ein plattenartiger Grundkörper senkrecht zu seiner Hauptebene drehbar gelagert. Auf einer der Seiten des plattenartigen Grundkörpers ist dabei die Schaltungsanordnung mit darin verschalteten elektrischen Bauelementen angeordnet.
Eine solche Anordnung ist für kleinere Winkelgeschwindigkeiten beziehungsweise Drehzahlen durchaus geeignet. Bei größeren Winkelgeschwindigkeiten treten jedoch entsprechend größere Zentrifugalkräfte auf, die die Schaltungsanordnung mechanisch belasten. Bei dem oben beschriebenen Rotationselement mit plattenartigem Grundkörper und der axialen Anordnung der Schaltungsanordnung ergeben sich resultierende Scherkräfte, die auf die außerhalb der Rotationsachse – also „off-Axis“ – angeordneten Bauelemente wirken.
Gegenstand der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die eine mechanische Belastung der Schaltungsanordnung bei hohen Winkelgeschwindigkeiten des Rotationselements reduziert.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist bei dem Rotationselement mit Grundkörper und Schaltungsanordnung vorgesehen, dass der Grundkörper eine einen Innenumfang bildende Wandung aufweist, die eine sich bezüglich einer Rotationsachse des Rotationselements axial in den Grundkörper hinein erstreckende Ausnehmung umfänglich begrenzt, wobei die Schaltungsanordnung auf dieser Wandung angeordnet ist. Mit der Schaltungsanordnung ist auch das mindestens eine elektrische Bauelement auf dieser Wandung, also dem sich ergebenen Innenumfang, angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung des Grundkörpers und Anordnung der Schaltungsanordnung ist die auf das mindestens eine Bauelement wirkende Zentrifugalkraft immer in Richtung der Wandung des Grundkörpers gerichtet. Eine solche Belastung ist für die Schaltungsanordnung wesentlich weniger kritisch als die eingangs erwähnten Scherkräfte.
Generell kann das elektrische Bauelement natürlich in jeglicher bekannter Art und Weise in der Schaltungsanordnung befestigt und elektrisch kontaktiert sein. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass das mindestens eine elektrische Bauelement durch mindestens eine Lötverbindung in der Schaltungsanordnung verschaltet ist. Dies ist eine bewährte Art der Befestigung und Kontaktierung solcher Bauelemente. Durch die Anordnung der elektrischen Schaltungsanordnung auf dem Innenumfang des Grundkörpers wird die Belastung der Lötverbindung (Lötstellen) reduziert und damit die Lebensdauer der Schaltungsanordnung verlängert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Rotationselement einen Leiterbahnenträger auf, auf dem das mindestens eine elektrische Bauelement zur Bildung der Schaltungsanordnung verschaltet ist. Auf dem Leiterbahnenträger sind Leiterbahnen angeordnet. Zumindest ein Teil der Leiterbahnen bildet zusammen mit dem mindestens einen elektrischen Bauelement die Schaltungsanordnung.
Durch die Anordnung der Bauelemente am Innenumfang des Grundkörpers drückt die Fliehkraft die Bauelemente stärker in Richtung des Leiterbahnenträgers mit dem Vorteil, dass die Lötverbindungen nicht belastet werden. Damit kann unter Umständen auf einen Verguss der elektrischen Bauelemente zur Stabilisierung verzichtet werden, was Kosten spart und ein besseres Kühlkonzept ermöglicht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das mindestens eine Bauelement als einsteckmontierbares/einsteckmontiertes Bauelement (THT: through-hole technology) und/oder oberflächenmontierbares/oberflächenmontiertes Bauelement (SMD: surface-mounted device) ausgebildet. Diese beiden Montagearten sind anerkannt zuverlässige Montagearten von elektrischen Bauelementen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Leiterbahnenträger als Leiterplatte ausgestaltet ist oder als spritzgegossener Schaltungsträger ausgestaltet ist oder von dem Grundkörper selbst gebildet wird. Die Bauelemente der Schaltungsanordnung werden in Umfangsrichtung auf der den Innenumfang bildenden Wandung des Rotationselements in radialer Bauweise angebracht. Dies wird mit Hilfe einer flexiblen Leiterplatte oder durch Aufbringen der Schaltungsanordnung direkt auf der Oberfläche realisiert. Alternativ finden halbschalenförmige spritzgegossene Schaltungsträger (MID: Molded Interconnect Devices) Anwendung, die an dem Innenumfang angebracht werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Ausnehmung als Durchbruch ausgebildet, der sich von der einen axialen Stirnseite zur anderen axialen Stirnseite des Grundkörpers erstreckt. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Grundkörper in Form eines hohlen Kreiszylinders oder in Form eines Kreisrings ausgebildet ist.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das elektrische Bauelement, oder bei mehreren elektrischen Bauelementen zumindest eines dieser Bauelemente, ein elektronisches Bauelement ist. Elektronische Bauelemente, insbesondere Halbleiterbauelemente, sind für einige Schaltungsarten unabdingbar.
Schließlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Schaltungsanordnung eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung und/oder Bestromung einer elektromagnetischen Komponente einer elektrischen Maschine ist. Bevorzugt ist das Rotationselement drehfest mit dieser elektromagnetischen Komponente verbunden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Rollenvorrichtung für einen Zugmitteltrieb eines Kraftfahrzeugs, mit den folgenden Komponenten: (i) einem Rollenelement zum Einleiten eines über das Zugmittel des Zugmitteltriebs bereitgestellten Drehmoments, (ii) einer Abtriebswelle zum Antrieb eines Nebenaggregats des Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Kühlwasserpumpe, und (iii) einer elektrischen Maschine zur Drehmomentübertragung zwischen dem Rollenelement und der Abtriebswelle, wobei die elektrische Maschine ein vorstehend genanntes Rotationselement umfasst. Die elektrische Maschine weist dabei entweder einen mit dem Rollenelement verbundenen Rotor und einen mit der Abtriebswelle verbundenen Stator oder einen mit dem Rollenelement verbundenen Stator und einen mit der Abtriebswelle verbundenen Rotor auf. Das Rotationselement ist drehfest mit dem Rotor oder dem Stator verbunden. Der Rotor und/oder der Stator umfasst dabei eine Wicklungsanordnung mit mindestens einer Wicklung und ist somit eine elektromagnetische Komponente der elektrischen Maschine.
Zeichnungen
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
1: ein Rotationselement für eine Fahrzeugvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und
2: eine Rollenvorrichtung eines Zugmitteltriebs, die ein entsprechendes Rotationselement aufweist.
Die 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein Rotationselement 10 für eine in 2 gezeigte Fahrzeugvorrichtung 12 und dessen vorgesehene Rotationsachse 14. Diese Fahrzeugvorrichtung 12 kann beispielsweise die in 2 gezeigte Rollenvorrichtung 16 für einen Zugmitteltrieb eines Kraftfahrzeugs sein.
Das Rotationselement 10 besitzt einen Grundkörper 18. Dieser Grundkörper 18 weist seinerseits eine einen Innenumfang 20 des Grundkörpers 18 bildende Wandung auf, die eine sich bezüglich der Rotationsachse 14 des Rotationselements 10 axial in den Grundkörper 18 hinein erstreckende Ausnehmung 22 umfänglich begrenzt. Die Ausnehmung 22 ist dabei als ein sich von der einen axialen Stirnseite 24 zur anderen axialen Stirnseite 26 des Grundkörpers 18 erstreckender Durchbruch 28 ausgebildet. Da der Grundkörper 18 insgesamt eine ringscheibenförmige Kontur aufweist, hat er die Form eines Kreisrings bzw. eines sehr kurzen Kreishohlzylinders. Auf dem Innenumfang 20 des Grundkörpers 18 ist eine elektrische Schaltungsanordnung 30 angeordnet. In dieser Schaltungsanordnung 30 sind mehrere elektrische Bauelemente 32 verschaltet. Einige dieser elektrischen Bauelemente 32 sind dabei als elektronische Bauelemente ausgebildet. Die Schaltungsanordnung 30 ist auf einem als flexible Leiterplatte ausgebildeten Leiterbahnenträger (nicht explizit gezeigt) realisiert, auf dessen Leiterbahnen die als oberflächenmontierbare Bauelemente realisierten elektrischen Bauelemente 32 durch entsprechende Oberflächenmontage kontaktiert und befestigt sind. Die flexible Leiterplatte ist in den Innenraum des Grundkörpers 18 eingelegt und schmiegt sich an den Innenumfang 20 des Grundkörpers 18 an. Alternativ zur Verwendung einer solchen flexiblen Leiterplatte als Leiterbahnenträger könnte dieser auch beispielsweise auch als spritzgegossener Schaltungsträger ausgeführt sein.
Die 2 zeigt die als Rollenvorrichtung 16 für einen Zugmitteltrieb eines Kraftfahrzeugs ausgebildete Fahrzeugvorrichtung 12 in einer schematischen Schnittansicht. Die Rollenvorrichtung 16 weist eingangsseitig ein Rollenelement 34 zum Einleiten eines über das (nicht dargestellte) Zugmittel des Zugmitteltriebs bereitgestellten Drehmoments auf. Das Zugmittel kann beispielsweise ein Riemen, eine Kette, etc. sein. Das Rollenelement 34 ist über eine Eingangswelle 36 drehfest mit einem primärseitigen Rotor 38 einer elektrischen Maschine 40 verbunden. Ein sekundärseitiger Stator 42 der elektrischen Maschine 40 ist ausgangsseitig drehfest mit einer Abtriebswelle 44 der Rollenvorrichtung 10 und dem zwischen dem Stator 42 und der Abtriebswelle 44 zwischengeschalteten Rotationselement 10 verbunden. Die elektrische Maschine 40 ist somit eine elektrische Maschine zur Erzeugung einer Drehzahldifferenz bei einer Drehmomentübertragung zwischen dem Rollenelement 34 und der Abtriebswelle 44. Die Abtriebswelle 44 ist eine Abtriebswelle 44 zum Antrieb eines (nicht gezeigten) Nebenaggregats des Kraftfahrzeugs. Der mit dem Rotationselement 10 drehfest verbundene Stator 42 umfasst dabei eine Wicklungsanordnung 46 mit mehreren Wicklungen (von denen nur die Wickelköpfe sichtbar sind) und ist somit eine elektromagnetische Komponente der elektrischen Maschine 40.
Der Begriff Rotor 38 und Stator 42 bezieht sich hier auf diejenige Seite (primäre oder sekundäre Seite) der elektrischen Maschine 40, von der aus die Bestromung der Wicklungen erfolgt. Dies ist im vorliegenden Fall die sekundäre Seite, also die abtriebsseitige Seite.
Die Schaltungsanordnung 30 des Rotationselements 10 realisiert in dieser Ausführungsform mittels entsprechender elektronischer Bauelemente einen Umrichter zur regelbaren Bestromung der Wicklungen. Die äußere Kontaktierung der Schaltungsanordnung 30 erfolgt dabei über eine (nicht dargestellte) Schleifringeinrichtung der elektrischen Maschine 40 oder berührungslos.
Bezugszeichenliste

10: Rotationselement
12: Fahrzeugeinrichtung
14: Rotationsachse
16: Rollenvorrichtung
18: Grundkörper
20: sekundärseitige Einheit
22: Ausnehmung
24: axiale Stirnseite
26: axiale Stirnseite
28: Durchbruch
30: Schaltungsanordnung
32: elektrisches Bauelement
34: Rollenelement
36: Eingangswelle
38: Rotor
40: elektrische Maschine
42: Stator
44: Abtriebswelle
46: Wicklungsanordnung

Claims

Rotationselement (10) für eine Fahrzeugvorrichtung (12), insbesondere für eine Vorrichtung eines Zugmitteltriebs eines Kraftfahrzeugs, mit einem Grundkörper (18) und einer elektrischen Schaltungsanordnung (30), in der mindestens ein elektrisches Bauelement (32) verschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (18) eine einen Innenumfang (20) bildende Wandung aufweist, die eine sich bezüglich einer Rotationsachse (14) des Rotationselements (10) axial in den Grundkörper (18) hinein erstreckende Ausnehmung (22) umfänglich begrenzt, wobei die Schaltungsanordnung (30) auf dieser Wandung angeordnet ist.
Rotationselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauelement (32) durch mindestens eine Lötverbindung in der Schaltungsanordnung verschaltet ist.
Rotationselement nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Leiterbahnenträger, auf dem das mindestens eine elektrische Bauelement (32) zur Bildung der Schaltungsanordnung (30) verschaltet ist.
Rotationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bauelement (32) als einsteckmontierbares Bauelement und/oder oberflächenmontierbares Bauelement ausgebildet ist.
Rotationselement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterbahnenträger als Leiterplatte ausgestaltet ist oder als spritzgegossener Schaltungsträger ausgestaltet ist oder von dem Grundkörper (18) selbst gebildet ist.
Rotationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (22) als Durchbruch (28) ausgebildet ist, der sich von der einen axialen Stirnseite (24) zur anderen axialen Stirnseite (26) des Grundkörpers (18) erstreckt.
Rotationselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (18) in Form eines hohlen Kreiszylinders oder in Form eines Kreisrings ausgebildet ist.
Rotationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauelement (32), oder bei mehreren elektrischen Bauelementen (32) zumindest eines dieser elektrischen Bauelemente (32), ein elektronisches Bauelement ist.
Rotationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (30) eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung und/oder Bestromung einer elektromagnetischen Komponente einer elektrischen Maschine ist.
Rollenvorrichtung (16) für einen Zugmitteltrieb eines Kraftfahrzeugs, mit – einem Rollenelement (34) zum Einleiten eines über das Zugmittel des Zugmitteltriebs bereitgestellten Drehmoments, – einer Abtriebswelle (44) zum Antrieb eines Nebenaggregats des Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Kühlwasserpumpe, – einer elektrischen Maschine (40) zur Drehmomentübertragung zwischen dem Rollenelement (34) und der Abtriebswelle (44), wobei die elektrische Maschine (40) ein Rotationselement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.