DE102017125397A1

DE102017125397A1 - Verfahren zum Befestigen eines Magnetelementes an einer Welle eines Aktors, vorzugsweise eines Kupplungsaktors eines Kupplungsbetätigungssystems

Info

Publication number: DE102017125397A1
Application number: DE102017125397.1A
Authority: DE
Inventors: Markus Dietrich; Julian Botiov; Nadine Gramann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2019-05-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befestigung eines Magnetelementes an einer Welle eines Aktors, vorzugsweise eines Kupplungsaktors eines Kupplungsbetätigungssystems, bei welchem das Magnetelement (14) an einem axialen Ende der Welle (13) angeordnet wird, indem das Magnetelement (14) in ein Sackloch (25) an einer Stirnseite (24) der Welle (13) eingebracht wird. Bei einem Verfahren, bei welchem der Magnet besonders fest und zuverlässig an der Welle angebracht wird, wird das Magnetelement (14) in dem Sackloch (25) über ein Gewinde (21, 26) mit der Welle (13) verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befestigung eines Magnetelementes an einer Welle eines Aktors, vorzugsweise eines Kupplungsaktors eines Kupplungsbetätigungssystems, bei welchem das Magnetelement an einem axialen Ende der Welle angeordnet wird, indem das Magnetelement in ein Sackloch an einer Stirnseite der Welle eingebracht wird.
In modernen Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, werden zunehmend automatisierte Kupplungen eingesetzt. Die dabei verwendeten Kupplungen sind in hydraulische Kupplungssysteme eingesetzt, bei welchen ein hydrostatischer Aktor, der von einem elektrisch kommutierten Motor angetrieben wird, über eine Hydraulikleitung mit der Kupplung verbunden ist. Um die Kommutierung des Elektromotors in dem Aktor im Falle eines BLDC-Motors (bürstenloser Gleichstrommotor) absichern zu können, muss die von einer Sensorelektronik gemessene Position des Rotors des Elektromotors mit der von dem Rotor des Elektromotors seitens eines Elektronikmoduls gewünschten Position abgeglichen werden. Üblicherweise wird die Rotorlage anhand von drei versetzt voneinander geschalteten Magnetfeldsensoren in Form von Hall-Sensoren erfasst. Die von den Magnetfeldsensoren gelieferten Flanken werden als Positionssignal genutzt. Alternativ können weitere Sensortypen genutzt werden, die eine weniger komplexe Magnetisierung des Sensormagneten erfordern
Aus der noch unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung des Anmelders mit dem Aktenzeichen DE 10 2017 109 546.2 ist ein Verfahren zum Befestigen eines Magneten an einer Gewindespindel eines Aktors bekannt, bei welchem der Magnet in eine Bohrung der Gewindespindel eingeführt und über eine Presspassung mit dieser verbunden wird. Allerdings ist eine solche Presspassung nicht immer formstabil, da die Temperaturkomponenten von Rotorwelle, welche aus Stahl gefertigt ist, und dem Magneten, welcher aus einer gespritzten Hartferritkeramik in Kombination mit Kunststoff besteht, zu unterschiedlich sind, so dass sich die Pressverbindung unter der Temperatur wieder lösen kann. Darüber hinaus kann der Magnet je nach Magnetmaterial sehr spröde sein und beim Aufpressen in die Welle reißen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Befestigen eines Magnetelementes an einer Welle eines Aktors anzugeben bei welchem eine zuverlässige, aber trotzdem kostengünstige Verbindung zwischen Magnetelement und Welle realisiert werden kann.
Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Magnetelement in dem Sackloch über ein Gewinde mit der Welle verbunden wird. Dies hat den Vorteil, dass über eine solche kraft- und formschlüssige Verbindung eine zuverlässige Befestigung zwischen Magnetelement und Welle erreicht wird, die unabhängig von Temperaturschwankungen der verwendeten Materialien ist.
In einer Ausgestaltung umfasst das Magnetelement einen ein Außengewinde aufweisenden Befestigungsstift, der mit einem in dem Sackloch ausgebildeten Innengewinde verschraubt wird. Eine solche Gewindeverbindung ermöglicht einen geringen Montageaufwand, um die beiden Komponenten miteinander zu verbinden.
In einer Variante wird mit einem sich an dem Befestigungsstift unmittelbar anschließenden Zentrierbund das Magnetelement in einem Innengewinde-freien Bereich des Sackloches zentriert. Damit wird sichergestellt, dass immer eine zentrale Lage des Magnetelementes zur Welle vorhanden ist, so dass deren Winkelposition zuverlässig bestimmt werden kann. Dabei wird die radiale Achsenposition des Magnetelementes verbessert.
Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft eine Aktoranordnung, insbesondere einen Kupplungsaktor für ein Kupplungsbetätigungssystem, umfassend einen Elektromotor, an dessen Rotorwelle stirnseitig ein Magnetelement befestigt ist, welches mit einer Sensorelektronik zur Ermittlung einer Lage der Rotorwelle in einer Wirkverbindung steht. Bei einer Aktoranordnung, welche kostengünstig herstellbar ist, aber trotzdem eine zuverlässige temperaturunabhängige Verbindung ermöglicht, ist das Magnetelement über ein Gewinde in einem an einer Stirnseite der Rotorwelle ausgebildeten Sackloch befestigt.
Vorteilhafterweise weist das Magnetelement ein Außengewinde auf, welches mit einem Innengewinde des Sackloches der Rotorwelle verschraubt ist. Somit lässt sich eine einfache Verbindung zwischen Magnetelement und Rotorwelle herstellen.
In einer Alternative weist das Magnetelement ein Innengewinde auf, welches mit einem Außengewinde der Rotorwelle verschraubt ist. Eine solche Anordnung ist sehr einfach realisierbar, da auf die Erzeugung eines Innengewindes im Sackloch zuverlässig verzichtet werden kann.
In einer Variante besteht das Magnetelement aus einem Magnetkopf und einem sich daran anschließenden Zentrierbund, welcher ein das Außengewinde aufweisenden Befestigungsstift aufweist. Ein solches einstückiges Magnetelement verringert Montageaufwand und ist einfach zu justieren.
In einer Ausführungsform bestehen der Magnetkopf, der Zentrierbund und der Befestigungsstift einstückig aus nur einem Magnetmaterial. Ein solches Magnetelement kann vollständig während eines einzigen Herstellungsschrittes erzeugt werden.
Alternativ bestehen der Magnetkopf und der Zentrierbund aus einem Magnetmaterial, während der das Außengewinde tragende Befestigungsstift aus einem Kunststoffverbundmaterial besteht. Auch eine solche Alternative kann in einem einzigen Herstellungsschritt realisiert werden.
Vorteilhafterweise ist an einer der Rotorwelle abgewandten Stirnseite des Magnetelementes ein weiteres Sackloch zur Reduzierung eines Winkelfehlers gegenüber der Sensorelektronik ausgebildet. Mithilfe dieses Sackloches ist eine Justierung des Magnetelements an der Rotorwelle gegenüber der Sensorelektronik manuell möglich.
In einer Ausgestaltung weist das Sackloch des Magnetelementes eine Sechskantform auf. Mittels einer solchen Sechskantform vereinfacht sich die Möglichkeit der Montage des Magnetelementes an der Welle.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:

1 eine Prinzipdarstellung eines Kupplungsbetätigungssystems zur Betätigung einer automatisierten Kupplung,
2 ein Ausführungsbeispiel zur Anordnung des Magnetelementes zu einer Sensorelektronik,
3 ein Magnetelement zur Befestigung an der Rotorwelle des Elektromotors,
4 eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
5 eine Übersicht von Kombinationsmöglichkeiten verschiedener Magnete mit der Rotorwelle.

In 1 ist ein Kupplungsbetätigungssystem 1 für eine automatisierte Kupplung vereinfacht dargestellt. Das Kupplungsbetätigungssystem 1 ist einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges einer Reibungskupplung 2 zugeordnet und umfasst einen Geberzylinder 3, der über eine auch als Druckleitung bezeichnete Hydraulikleitung 4 mit einem Nehmerzylinder 5 verbunden ist. In dem Nehmerzylinder 5 ist ein Nehmerkolben 6 axial bewegbar gelagert, der unter Zwischenschaltung eines Lagers 7 die Reibungskupplung 2 betätigt. In dem Geberzylinder 3 ist ein Geberkolben 8 axial beweglich gelagert. Von dem Geberkolben 8 geht eine Kolbenstange 9 aus, die in Längserstreckung des Geberzylinders 3 zusammen mit dem Geberkolben 8 translatorisch bewegbar ist. Die Kolbenstange 8 des Geberzylinders 3 ist über eine Gewindespindel 10 mit einem elektromotorischen Stellantrieb 11 gekoppelt. Der elektromotorische Stellantrieb 11 umfasst einen als kommutierten Gleichstrommotor ausgebildeten Elektromotor 12 und eine Auswerteeinheit. Die Gewindespindel 10 setzt dabei eine Drehbewegung des Elektromotors 12 in eine Längsbewegung der Kolbenstange 9 bzw. des Geberkolbens 8 um.
Wie aus 2 ersichtlich weist der Elektromotor 12 eine Rotorwelle 13 auf, an welchen ein Magnetelement 14 drehfest gelagert ist. Räumlich beabstandet zu dem Magnetelement 14 ist an einem Stator 15 des Elektromotors 12 eine Sensorelektronik 16 befestigt, welche das von einem Magnetfeldsensor 17 abgenommene Positionssignal auswertet, der Bestandteil der Sensorelektronik 16 ist.
In 3 ist ein Ausführungsbeispiel für ein kunststoffgebundenes umspritztes Magnetelement 14 dargestellt. Dieses Magnetelement 14 weist einen Magnetkopf 18 auf, an welchem sich ein Zentrierbund 19 mit einem Befestigungsstift 20 anschließt. Der Befestigungsstift 20 weist dabei ein Außengewinde 21 auf. An der dem Befestigungsstift 20 abgewandten Stirnseite 22 des Magnetelements 14 ist ein Sackloch 23 mit einer Sechskantform ausgebildet. Über dieses Sechskantloch 23 wird üblicherweise die Montage des Magnetelelementes 14 an der Rotorwelle 13 durchgeführt. Gleichzeitig dient dieses Sackloch 23 zur Reduzierung eines Winkelfehlers im Nahfeldbereich des Magnetfeldsensors 17. Bei einer relativ weichen Mischung aus Kunststoff und Kunststoffmaterial des kunststoffgebundenen umspritzten Magnetelementes 14 kann durch einen Formschluss eine Art von „Drehmomentenbegrenzung“ beim Anziehen des Magnetelementes 14 in der Rotorwelle 13 entstehen. Das heißt, bei Überschreitung des maximalen Anzugsmomentes wird die Innensechskantgeometrie des Sackloches 23 deformiert und zu einer runden Geometrie umgewandelt. Dies kann auch als Demontageabsicherung dienen.
In 4 ist ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren dargestellt. Dabei ist an einer axialen Stirnseite 24 der Rotorwelle 13 ein weiteres Sackloch 25 ausgebildet, welches ein Innengewinde 26 trägt. Das Magnetelement 14 wird bei der Befestigung an der Rotorwelle 13 in das Sackloch 25 eingeschraubt, indem sich das Außengewinde 21 des Befestigungsstiftes 20 mit dem Innengewinde 26 des Sackloches 25 der Rotorwelle 13 verbindet. Der Zentrierbund 19 zentriert dabei das Magnetelement 14 in einem Bereich des Sackloches 25, an welchem kein Gewinde ausgebildet ist. Die Rotorwelle 13 besteht aus Stahl, während das Magnetelement 14 aus verschiedenen Materialien bestehen kann, aber trotzdem in einem einzigen Fertigungsschritt in einem Spritzgussverfahren realisiert werden kann.
In 5 ist eine Übersicht über Kombinationsmöglichkeiten der Ausbildung des Magnetelementes 14 gezeigt. In allen Fällen wird das Magnetelement 14 in eine aus Stahl bestehende Rotorwelle 13 des Elektromotors 12 eingeführt. Dabei weist das Sackloch 25 der Rotorwelle 13 immer eine spezielle Geometrie auf, beispielsweise das schon erläuterte Gewinde, um das Magnetelement 14 fest an der Rotorwelle 13 zu halten. In 4a wird das Magnetelement 14, welches gewindefrei ausgebildet ist, mit seinem Befestigungsstift 20 in das Sackloch 25 der Rotorwelle 13 gepresst. Dies entspricht dem Stand der Technik. Gemäß und besteht das Magnetelement 14 aus einem Magnetmaterial und der Befestigungsstift 20 in 4b sowie der Zentrierbund 19 und der Befestigungsstift 20 in 4d aus einem Plastomer. Gemäß 4b ist an dem Befestigungsstift 20 die spezielle Geometrie in Form eines Gewindes ausgebildet.
In den und bestehen der Magnetkopf 18, der Zentrierbund 19 und der Befestigungsstift 20 aus einem einzigen Magnetmaterial, wobei auch hierbei der Befestigungsstift 20 das beschriebene Außengewinde 21 aufweist. In 4f ist ein Magnetelement 14 dargestellt, bei welchem sich axial an dem Befestigungsstift 20 eine Feder 26 anschließt, welche eine Demontagesicherung über eine axiale Federvorspannung ermöglicht.
Bezugszeichenliste

1: Kupplungsbetätigungssystem
2: Reibungskupplung
3: Geberzylinder
4: Hydraulikleitung
5: Nehmerzylinder
6: Nehmerkolben
7: Lager
8: Geberkolben
9: Kolbenstange
10: Gewindespindel
11: Elektromotorischer Stellantrieb
12: Elektromotor
13: Rotorwelle
14: Magnetelement
15: Stator
16: Sensorelektronik
17: Magnetfeldsensor
18: Magnetkopf
19: Zentrierbund
20: Befestigungsstift
21: Außengewinde
22: Stirnseite
23: Sackloch
24: Stirnseite
25: Sackloch
26: Innengewinde
27: Feder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102017109546 [0003]

Claims

Verfahren zur Befestigung eines Magnetelementes an einer Welle eines Aktors, vorzugsweise eines Kupplungsaktors eines Kupplungsbetätigungssystems, bei welchem das Magnetelement (14) an einem axialen Ende der Welle (13) angeordnet wird, indem das Magnetelement (14) in ein Sackloch (25) an einer Stirnseite (24) der Welle (13) eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetelement (14) in dem Sackloch (25) über ein Gewinde (21, 26) mit der Welle (13) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetelement (14) einen ein Außengewinde (21) aufweisenden Befestigungsstift (20) umfasst, der mit einem in dem Sackloch (25) ausgebildeten Innengewinde (26) verschraubt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem sich an dem Befestigungsstift (20) unmittelbar anschließenden Zentrierbund (19) das Magnetelement (14) in einem Innengewinde-freien Bereich des Sackloches (25) zentriert wird.
Aktoranordnung, insbesondere ein Kupplungsaktor für ein Kupplungsbetätigungssystem, umfassend einen Elektromotor (12), an dessen Rotorwelle (13) stirnseitig ein Magnetelement (14) befestigt ist, welches mit einer Sensorelektronik (16) zur Ermittlung einer Lage der Rotorwelle (13) in einer Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetelement (14) über ein Gewinde (21, 26) in einem an einer Stirnseite (24) der Rotorwelle (13) ausgebildeten Sackloch (25) befestigt ist.
Aktoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetelement (14) ein Außengewinde (21) aufweist, welches mit einem Innengewinde (26) des Sackloches (25) verschraubt ist.
Aktoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetelement (14) ein Innengewinde aufweist, welches mit einem Außengewinde der Rotorwelle (13) verschraubt ist.
Aktoranordnung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetelement (14) aus einem Magnetkopf (18) und einem sich daran anschließenden Zentrierbund (19) besteht, welcher ein das Außengewinde (26) aufweisender Befestigungsstift (20) trägt.
Aktoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkopf (18), der Zentrierbund (19) und der Befestigungsstift (20) einstückig aus nur einem Magnetmaterial bestehen.
Aktoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkopf (18) und der Zentrierbund (19) aus einem Magnetmaterial bestehen, während der das Innengewinde (26) tragende Befestigungsstift (20) aus einem KunststoffVerbundmaterial besteht.
Aktoranordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an einer der Rotorwelle (13) abgewandten Stirnseite (22) des Magnetelementes (14) ein weiteres Sackloch (23) zur Reduzierung eines Winkelfehlers gegenüber der Sensorelektronik (16) ausgebildet ist.