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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Resolverlageranordnung mit einem Winkelsensor.
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Unter einem Resolver wird allgemein ein elektromagnetischer Messumformer verstanden, der der Wandlung der Winkellage eines Rotors in eine elektrische Größe dient. Als Resolverlager wird eine Wälzlageranordnung mit einem Winkelsensor oder Drehzahlsensor bezeichnet.
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In der
DE 10 2012 215 957 A1 wird ein Resolverlager beschrieben. Das Resolverlager umfasst einen Innenring, einen Außenring sowie zwischen den Ringen in einem Ringraum angeordnete Wälzkörper. Weiterhin umfasst das Resolverlager zwei Kreisringscheiben, welche der Abdichtung des Ringraumes dienen und drehfest mit je einem Ring verbunden sind. Des Weiteren umfasst das Resolverlager eine Primärspule und mindestens eine Sekundärspule. Die Kreisringscheiben weisen je ein Segment aus magnetisch permeablem Material auf, welche der Modulation eines von der Primärspule im Lager erzeugten magnetischen Flusses dienen. Durch die veränderliche gegenseitige Überdeckung der Segmente im Verlauf der Drehung ändert sich der magnetische Widerstand des entsprechenden Magnetkreises.
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Aus der
DE 10 2014 210 014 A1 sind ein Resolverlager und ein Resolverstator bekannt. Das Resolverlager umfasst einen Innenring, einen Außenring sowie zwischen den Ringen in einem Ringraum angeordnete Wälzkörper. Weiterhin umfasst das Resolverlager einen Winkelsensor zur Detektion der Winkelstellung der Lagerringe. Der Winkelsensor umfasst einen mit einem der beiden Lagerringe verbundenen ringförmigen Resolverstator mit mindestens einer Sendespule und mindestens einer Empfangsspule. Weiterhin besitzt der Winkelsensor einen mit dem anderen der beiden Lagerringe drehfest verbundenen Resolverrotor.
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Die
WO 2011/134955 A2 zeigt eine Wälzlageranordnung mit einem Winkelsensor sowie ein Verfahren zur Montage einer solchen Wälzlageranordnung mit einem Winkelsensor. Der Winkelsensor weist einen Sensorring auf, der drehfest mit dem Außenring verbunden ist, sowie eine Maßverkörperung, die als zur Rotationsachse des Wälzlagers exzentrischer Metallring ausgebildet und drehfest mit dem Innenring verbunden ist. Als metallische Komponente besitzt der Sensorring einen ringförmigen, zur Rotationsachse des Wälzlagers konzentrischen, U-förmigen Schalenkern. Zur Halterung des Schalenkerns sowie des Sensorrings am Außenring dient ein Halteelement aus Kunststoff, welches in einer umlaufenden Nut im Außenring befestigt ist. Radial außerhalb des Halteelements befindet sich ein Stützring aus Blech, der an der Stirnseite des Außenrings anschlägt und als Montagehilfsmittel dient sowie einen mechanischen Schutz des Winkelsensors darstellt. Zwischen der inneren Mantelfläche des Stützrings und dem Halteelement ist ein Ringraum zur Aufnahme des Sensorrings ausgebildet.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, eine verbesserte Resolverlageranordnung zur Verfügung zu stellen, die eine einfache, sichere Befestigung eines Lageranbauteils, insbesondere eines Winkelsensors, ermöglicht. Weiterhin soll bei extremen Lagerbetriebszuständen, wie hohen Drehzahlen oder Temperaturschwankungen, ein fester Sitz des Lageranbauteils, insbesondere eines Winkelsensors, im Lager gewährleistet sein. Auftretende mechanische Spannungen zwischen Resolverlageranordnung und Lageranbauteil bzw. Winkelsensor sollen reduziert werden.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe durch eine Resolverlageranordnung gemäß dem beigefügten Anspruch 1.
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Die erfindungsgemäße Resolverlageranordnung umfasst einen Außenlagerring und einen Innenlagerring, die zueinander um eine gemeinsame Achse drehbar sind. Zwischen den beiden Lagerringen sind in einem Lagerzwischenraum mehrere Wälzkörper, zum Abrollen der Lagerringe zueinander, eingebracht. Weiterhin umfasst die Resolverlageranordnung mindestens einen Winkelsensor zur Detektion der relativen Winkelstellung der Lagerringe zueinander sowie mindestens eine Kreisringscheibe, welche als Halteelement und Federelement dient.
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Mindestens einer der Lagerringe weist an einer seiner Stirnseiten einen ringförmigen Ausläufer auf, der demnach umlaufend an der Stirnseite ausgebildet ist. Die derart ausgerüstete Stirnseite liegt in einer Ebene, die senkrecht zur Rotationsachse der Lagerringe steht. Der Ausläufer gleicht einer zumindest einseitigen axialen Verlängerung der Mantelfläche des Lagerrings und bildet somit einen ringförmigen Lagerringfortsatz.
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Der mindestens eine Winkelsensor umfasst einen Resolverrotor und einen Resolverstator. Der Resolverrotor ist an einem ersten der beiden Lagerring drehfest angebracht und rotiert mit diesem während des Betriebs der Lageranordnung. Der Resolverstator liegt dem Resolverrotor gegenüber. Weiterhin ist der Resolverstator ringförmig ausgebildet.
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Ein innerer oder äußerer Umfang der mindestens einen Kreisringscheibe liegt zumindest teilweise an dem Ausläufer des zweiten der beiden Lagerringe an. Die Kreisringscheibe weist an ihrem anderen, nicht am Ausläufer des Lagerrings anliegenden Umfang Aussparungen mit dazwischen befindlichen Verbindungsabschnitten auf. Die Verbindungsabschnitte sind umfänglich auf der Kreisringscheibe verteilt. Je nach Ausführungsform bilden der Außenring oder der Innenring den zweiten Lagerring. Der zweite Lagerring ist in beiden Fällen zu dem ersten Lagerring, an dem der Resolverrotor befestigt ist, konzentrisch angeordnet.
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Die mindestens eine Kreisringscheibe, die auch als Federblech bezeichnet werden kann, und ein Anbauteil, insbesondere der Resolverstator, sind parallel zueinander angeordnet. Bevorzugt sind die Kreisringscheibe und der Resolverstator mittelbar zueinander angeordnet, d. h. mittels Hilfselemente miteinander verbunden. Alternativ bevorzugt sind die Kreisringscheibe und der Resolverstator unmittelbar miteinander verbunden.
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Bevorzugt weisen die Aussparungen der Kreisringscheibe eine Tiefe auf, die der halben Scheibenbreite entspricht. Bevorzugt weist die Kreisringscheibe mindestens vier Aussparungen mit ebenso vielen Verbindungsabschnitten auf. Besonders bevorzugt weist die Kreisringscheibe mindestens acht Aussparungen mit ebenso vielen Verbindungsabschnitten auf.
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Vorzugsweise liegt die Kreisringscheibe mit ihrem äußeren Umfang zumindest teilweise an dem Ausläufer des Außenrings des Resolverlagers an. Hierbei dient die Kreisringscheibe als Welle und bildet somit ein Federelement. Alternativ bevorzugt liegt die Kreisringscheibe mit ihrem inneren Umfang zumindest teilweise an dem Ausläufer des Innenrings an.
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Bevorzugt ist eine Oberfläche des Ausläufers des Lagerrings, an dem die Kreisringscheibe anliegt, geschliffen, wobei optisch eine glatte Fläche erkennbar ist. Die geschliffene Ausläuferoberfläche bildet einen definierten Anlagebereich des Lagerrings.
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In einer Ausführungsform weist die Kreisringscheibe an ihrem am Ausläufer des zweiten Lagerrings anliegenden Umfang Erhebungen auf, mittels derer die Kreisringscheibe an dem Ausläufer anliegt. Bevorzugt liegt die Kreisringscheibe drehfest mittels der umfänglich verteilten Erhebungen an dem Ausläufer an.
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Besonders bevorzugt ist die Kreisringscheibe in bzw. um den Lagerring eingepresst. Die Kreisringscheibe und der Lagerring bilden einen Pressverband und liegen kraftschlüssig aneinander an. Die Verbindung des Lagerrings mit der Kreisringscheibe kann als Welle-Nabe-Verbindung angesehen werden. Bevorzugt dient die Kreisringscheibe als Welle. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Resolverlageranordnung ist, dass im Pressverband die am Kreisringscheibenumfang ausgebildeten Erhebungen bzw. die zwischen den Erhebungen ausgebildeten Räume den Fugendruck ganz oder teilweise aufnehmen, so dass der Fugendruck nicht an anderen Bauteilen der Lageranordnung angreift.
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In einer Ausführungsform sind der Resolverstator und die Kreisringscheibe beispielsweise durch auf die Verbindungsabschnitte der Kreisringscheibe aufgebrachten Kleber verbunden. In einer alternativen Ausführungsform liegen der Resolverstator und die Kreisringscheiben direkt aneinander an. In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform sind der Resolverstator und die Kreisringscheibe mittels Verbindungselementen, die an den Verbindungsabschnitten der Kreisringscheibe angeordnet sind, verbunden. Die Verbindungselemente sind bevorzugt durch aufeinander gestapelte Bleche, sogenannte Blechpakete, gebildet. Bevorzugt sind die Verbindungselemente fest an einer Fläche der Verbindungsabschnitte der Kreisringscheibe angebracht, wobei die Fläche der Verbindungsabschnitte und der Resolverstator gegenüber liegend sind. Es ist vorteilhaft, wenn die Verbindungselemente eine Fläche aufweisen, die der Fläche der Verbindungsabschnitte gleicht. Alternativ bevorzugt weisen die Verbindungselemente eine Fläche auf, die etwas kleiner oder etwas größer als die Fläche der Verbindungsabschnitte ist.
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In einer Ausführungsform weist die Resolverlageranordnung zwei konzentrisch zueinander liegende Lagerringe auf, die jeweils einen Ausläufer umfassen, wobei die Ausläufer eine Verlängerung der Mantelfläche der Lagerringe bilden. Die Ausläufer erstrecken sich in dieselbe axiale Richtung. Des Weiteren liegen die beiden Ausläufer parallel zueinander. An den Ausläufern ist mindestens eine Kreisringscheibe angeordnet.
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In einer Ausführungsform umfasst die Lageranordnung mindestens zwei Kreisringscheiben. Zwischen den beiden Kreisringscheiben ist das Anbauteil, bevorzugt der Resolverstator, angeordnet. Separate Verbindungselemente sind in diesem Fall nicht erforderlich, da das Anbauteil zwischen den Kreisringscheiben gehalten wird. Die Kreisringscheiben bilden mit dem mindestens einen Lagerring einen Pressverband. Eine Klebeverbindung oder eine ähnliche Verbindung zwischen dem Anbauteil und der Kreisringscheibe ist nicht erforderlich.
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In einer alternativen Ausführungsform ist die Kreisringscheibe als beidseitiges Halteelement ausgeführt, so dass an beiden Kreisringscheibenflächen Anbauteile anbringbar sind.
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In einer Ausführungsform umfasst die Resolverlageranordnung einen Dichtring. Bevorzugt ist der Dichtring in mindestens einer Dichtringfuge angeordnet, welche am Umfang eines der beiden Lagerringe außerhalb des Bereiches des Ausläufers eingebracht ist. Somit sind Dichtringe in ihrer bekannten Form anwendbar sowie bekanntermaßen einbaubar.
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Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Resolverlageranordnung ist es, dass an der eingepressten Kreisringscheibe das eine oder ggf. mehrere Anbauteile, insbesondere Sensoren bzw. Sensorbauteile, einfach befestigt und in Position gehalten werden. Auch unter extremen Lagerbetriebszuständen, beispielsweise bei hohen Drehzahlen oder hohen Temperaturschwankungen ist der Halt der Anbauteile durch eine hohe mechanische Festigkeit, durch Vibrationsfestigkeit sowie Temperaturfestigkeit bzw. Temperaturunabhängigkeit gesichert. Weiterhin ist ein Vorteil, dass die erfindungsgemäße Anordnung einen geringen Fertigungsaufwand benötigt und trotzdem eine hohe Genauigkeit der Zentrierung der Kreisringscheibe sowie der Anbauteile, insbesondere eines Sensors, gewährleistet ist. Die Resolverlageranordnung besitzt eine hohe Dauerhaftigkeit.
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Die erfindungsgemäße Resolverlageranordnung bildet eine Verbesserung und Erweiterung der bekannten Resolverlager. Eine Abdichtung ist gewährleistet, wenn ein Dichtring in bekannter Weise an üblicher Stelle in einer Dichtringfuge platziert wird. Ebenso ist durch die erfindungsgemäße Resolverlageranordnung die Lagerfunktion, nämlich der axialen und radialen Kraftübertragung durch das Lager, gewährleistet. Weiterhin bildet die Kreisringscheibe einen mechanischen Schutz des mindestens einen Sensors bzw. der Anbauteile.
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Ein Vorteil der von der Erfindung genutzten Kreisringscheibe ist, dass sie durch die gewählte Bauform einen zumindest teilweise federnden Bereich aufweist, der die Steifigkeit des Systems verringert. Das Resolverlager weist eine Verbindung zwischen zwei Komponenten unterschiedlicher Wärmekoeffizienten, nämlich dem Sensor und der Kreisringscheibe, insbesondere im Bereich des Verbindungsabschnittes auf. Durch die steifigkeitsreduzierenden Eigenschaften der Kreisringscheibe ist die Funktion des Pressverbandes auch bei unterschiedlichen Temperaturen sichergestellt. Ebenso sind während des Betriebs entstehende Spannungen im Kontaktbereich zwischen der Kreisringscheibe und dem Resolverstator, der ein Bauteil des Winkelsensors darstellt, reduziert.
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In einer Ausführungsform ist der Winkelsensor als Absolutwinkelsensor ausgebildet, wobei zum Verhindern der Verdrehung zwischen Lagerring und Stator eine Sicherung angeordnet ist. Bevorzugt ist die Sicherung als Stift ausgebildet, wobei der Stift durchlaufend in Bohrungen des Resolverstators und der Kreisringscheibe angeordnet ist. Weiterhin bevorzugt ist der Stift in Bohrungen der Verbindungselemente angeordnet.
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Die Dicke bzw. Stärke des Ausläufers ist bevorzugt dermaßen dimensioniert, dass die auftretenden axialen Kräfte übertragen werden, ohne dass ein Bauteil beschädigt wird.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
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1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Resolverlageranordnung;
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2 eine perspektivische Ansicht sowie eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kreisringscheibe mit Anbauteilen;
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3 eine perspektivische Schnittansicht der Resolverlageranordnung gesehen entlang der in 1 eingezeichneten Schnittlinie B-B;
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4 eine perspektivische Schnittansicht einer alternativen Resolverlageranordnung;
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5 eine Querschnittansicht der Resolverlageranordnung;
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6 eine perspektivische Schnittansicht der Kreisringscheibe mit einem Sensor gemäß 5.
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1 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Resolverlageranordnung 01. Die Resolverlageranordnung 01 umfasst zwei zueinander konzentrisch angeordnete Lagerringe, wobei ein äußerer Resolverlagerring 02 eine verlängerte Mantelfläche 03 aufweist. Weiterhin umfasst die Resolverlageranordnung 01 eine als Halteelement und Federelement dienende Kreisringscheibe 04, die in den äußeren Lagerring 02 eingebracht ist. Da die Kreisringscheibe 04 als Halteelement dient, ist an ihr ein Anbauteil, insbesondere ein Teil eines Sensors, befestigbar. Die Kreisringscheibe 04 weist an einem äußeren Kreisringscheibenumfang 06 mehrere Erhebungen 07 auf. Zwischen den Erhebungen 07 sind umfänglich Zwischenräume 08 an der Kreisringscheibe 04 eingebracht. Mittels der Erhebungen 07 liegt die Kreisringscheibe 04 direkt an dem inneren Umfang des äußeren Lagerrings 02 an. Die Kreisringscheibe 04 und der äußere Lagerring 02 bilden einen Pressverband. Weiterhin weist die Kreisringscheibe 04 an ihrem inneren Kreisringscheibenumfang 09 Aussparungen 11 auf. Zwischen den Aussparungen 11 sind Verbindungsabschnitte 12 ausgebildet. Die Tiefe der Aussparungen 11 entspricht im dargestellten Beispiel mindestens der halben Breite der Kreisringfläche. Die Aussparungen 11 und Erhebungen 07 dienen der Verringerung der Steifheit des Systems. Weiterhin sind in die Kreisringscheibe 04 durchgehende Bohrungen 13 zur Aufnahme von Verbindungsgliedern, wie beispielsweise Stifte, eingelassen, um eine feste unlösbare oder lösbare Verbindung zwischen den Bauteilen zu gewährleisten. Zwischen den acht Aussparungen 11 sind jeweils drei Bohrungen 13 eingebracht.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht sowie eine Seitenansicht der Kreisringscheibe 04 mit Anbauteilen. Die Kreisringscheibe 04 entspricht der in 1 gezeigten Kreisringscheibe 04 mit Aussparungen 11, Bohrungen 13 sowie Erhebungen 07 und Zwischenräumen 08. An die Kreisringscheibe 04 ist mittels Verbindungselementen 14 ein Resolverstator 16 in Form eines scheibenförmigen Rings befestigt. Der Resolverstator 16 ist ein Bestandteil eines Sensors, beispielsweise eines Winkelsensors zum Messen einer Winkelgeschwindigkeit/Winkellage. Die Verbindungselemente 14 sind im Bereich der Verbindungsabschnitte 12 der Kreisringscheibe 04, beispielsweise durch Kleber oder durch Stifte, angebracht. Auch der Resolverstator 16 ist unmittelbar an den Verbindungselementen 14 befestigt.
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3 zeigt eine perspektivische Schnittansicht der Resolverlageranordnung 01 gemäß dem in 1 markierten Schnitt B-B. 3 gleicht zunächst der in 1 gezeigten Resolverlageranordnung 01. Die Kreisringscheibe 04 gleicht zudem der Kreisringscheibe 04, welche in 2 dargestellt ist, wobei die Kreisringscheibe 04 im Bereich der Verbindungsabschnitte 12 mit dem Resolverstator 16 mittels Verbindungselementen 14 verbunden ist. Weiterhin zeigt die 3 die verlängerte Mantelfläche 03 des äußeren Lagerrings 02, welche auch als Ausläufer 17 bezeichnet werden kann. Der Ausläufer 17 dient als Abstützelement für die Kreisringscheibe 04. Der äußere Lagerring 02 weist zudem eine Laufbahn 18 für Wälzkörper (nicht gezeigt) sowie zwei Dichtungsfugen 19 zum Einbringen von Dichtungsringen (nicht gezeigt) auf. Eingebrachte Dichtungsscheiben (nicht gezeigt) werden durch die Kreisringscheibe 04 mit ihren Anbauteilen 14, 16 nicht negativ beeinflusst.
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4 zeigt eine perspektivische Schnittansicht einer alternativen Resolverlageranordnung 01, wobei die erfindungsgemäße Kreisringscheibe 04 sowie die an der Kreisringscheibe 04 angeordneten Anbauteile 14, 16 an einem inneren Resolverlagerring 21 angeordnet sind.
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5 zeigt eine Querschnittansicht der Resolverlageranordnung 01. 5 gleicht zunächst 3. Abweichend zu 3 ist das komplette Resolverlager 22 der Resolverlageranordnung 01 dargestellt. Das Resolverlager 22 umfasst zwei Lagerringe, den inneren und den äußeren Resolverlagerring 21, 02. Zwischen den Lagerringen 21, 02 ist mindestens ein Wälzkörper 24 angeordnet, der auf der Wälzkörperlaufbahn 18 abrollt, wodurch die Lagerringe 21, 02 zueinander rotierbar sind. Die Lagerringe 21, 02 weisen jeweils zwei Dichtungsfugen 19 auf, in die zwischen den Lagerringen 21, 02 Dichtungsringe 23 zum Abdichten eingebracht sind. Beide Lagerringe 21, 02 weisen Ausläufer 17 auf, die einseitige Verlängerungen der Mantelflächen 03 sind. Zwischen den Ausläufern 17 ist die Kreisringscheibe 04 mit einem Sensor eingepresst, wobei die Kreisringscheibe 04 an dem äußeren Resolverlagerring 02 zum Anliegen kommt. Die Kreisringscheibe 04 ist beispielsweise aus Edelstahl. Der Sensor besteht aus dem Resolverrotor 28 und dem Resolverstator 16. An der Kreisringscheibe 04 ist der Resolverstator 16 mittels Verbindungselementen 14 befestigt. Der Resolverstator 16 ist durch eine Multilayer-Leiterplatte gebildet. Die Verbindungselemente 14 sind Blechstapel, beispielsweise Rückschluss-Blechstapel. Die Kreisringscheibe 04, der Resolverstator 16 und die Blechpakete 14 besitzen Bohrungen 13, in die Stifte 27 eingebracht sind, sodass die drei Bauteile gemeinsam befestigt sind und in ihrer Position zueinander gehalten werden. Gegenüber der Kreisringscheibe 04 mit ihren Anbauteilen 16, 14 ist ein Resolverrotor 28 unmittelbar an dem inneren Resolverlagerring 21 drehfest angeordnet. Zusammen mit dem Resolverstator 16 bildet der Resolverrotor 28 einen Sensor, insbesondere einen Winkelsensor.
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6 zeigt eine perspektivische Schnittansicht der Kreisringscheibe 04 mit Sensor gemäß 5. 6 zeigt die Kreisringscheibe 04 mit Resolverstator 16 und Verbindungselemente 14, wobei alle mittels Stiften 27 verbunden sind. Dem gegenüberliegend ist der Resolverrotor 28 angeordnet. Weiterhin sind die Feldlinien 29 des Sensors dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 01
- Resolverlageranordnung
- 02
- äußerer Resolverlagerring
- 03
- Mantelfläche
- 04
- Kreisringscheibe
- 05
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- 06
- äußerer Kreisringscheibenumfang
- 07
- Erhebung
- 08
- Zwischenräume
- 09
- innerer Kreisringscheibenumfang
- 10
-
- 11
- Aussparung
- 12
- Verbindungsabschnitte
- 13
- Bohrungen
- 14
- Verbindungselement
- 15
-
- 16
- Resolverstator
- 17
- Ausläufer
- 18
- Wälzkörperlaufbahn
- 19
- Dichtungsfugen
- 20
-
- 21
- innerer Resolverlagerring
- 22
- Resolverlager
- 23
- Dichtungsring
- 24
- Wälzkörper
- 25
-
- 26
-
- 27
- Stift
- 28
- Resolverrotor
- 29
- Feldlinien
