DE102018102380A1

DE102018102380A1 - Elektromechanischer Aktuator

Info

Publication number: DE102018102380A1
Application number: DE102018102380.4A
Authority: DE
Inventors: Kerstin Dürst; Manuel Schmitt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-02-02
Filing date: 2018-02-02
Publication date: 2019-08-08
Also published as: US11571942B2; KR20200116901A; CN111511590A; US20210046796A1; KR102585683B1; WO2019149298A1; CN111511590B

Abstract

Ein elektromechanischer Aktuator (2), insbesondere Fahrwerksaktuator, beispielsweise Aktuator eines Wankstabilisators, für ein Kraftfahrzeug umfasst eine auf dem invers-magnetostriktiven Prinzip beruhende Drehmomentmessanordnung (13), welche mindestens eine Elektronikeinheit aufweist, wobei diese eine mittels Nietverbindung (20) zumindest indirekt mit einem Aktuatorgehäuse (9) verbundene Platine (14) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug geeigneten elektromechanischen Aktuator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Aktuator ist beispielsweise aus der DE 10 2014 221 129 A1 bekannt. Der bekannte Aktuator ist Teil eines aktiven Wankstabilisators und weist eine Elektronikeinheit auf, die verschiedene Abschnitte umfasst. Hierbei stellt ein erster Abschnitt der Elektronikeinheit eine rotierende und ein zweiter Abschnitt eine nicht rotierende Komponente dar.
Ein aktiver Wankstabilisator, welcher mitrotierende Elektronikkomponenten aufweist, ist auch aus der DE 10 2014 222 708 A1 bekannt. In diesem Fall ist ein zum Messen eines Torsionsmoments vorgesehener Sensor an einer Planetenträgerwand eines Planetengetriebes angeordnet. Bei der Elektronik handelt es sich um eine Leiterplatte mit darauf angeordneten Magnetfeldsensoren.
Ein weiterer Wankstabilisator, welcher zum Messen eines Drehmoments den invers-magnetostriktiven Effekt nutzt, ist in der DE 10 2013 219 761 B3 offenbart. In diesem Fall werden zusätzlich zu einem Drehmoment auch Querkräfte, bezogen auf die Längsachse des Stabilisators, berücksichtigt.
Diverse Bauformen elektromechanischer Wankstabilisatoren für Kraftfahrzeuge sind des Weiteren in den Dokumenten DE 10 2015 222 068 A1 und DE 10 2015 209 310 A1 beschrieben.
Eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines magnetoelastischen Sensors ist in der DE 36 20 412 A1 beschrieben. Diese Schaltungsanordnung soll derart gestaltet sein, dass die Abhängigkeit eines Sensorsignals vom Abstand zwischen einer Sensorspule und einem Messobjekt weitgehend unterdrückt wird.
Aus der EP 2 013 598 B1 ist eine Kraftmessvorrichtung zur Messung der Kraft bei Festkörperaktoren bekannt. Diese Kraftmessvorrichtung umfasst eine piezoresistive, amorphe Kohlenstoffschicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromechanischen Aktuator, insbesondere Aktuator eines aktiven Wankstabilisators, für ein Kraftfahrzeug gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere unter fertigungstechnischen Aspekten sowie unter dem Gesichtspunkt der Bauraumausnutzung weiterzuentwickeln.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Aktuator, beispielsweise Fahrwerksaktuator, insbesondere Aktuator eines Wankstabilisators, mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der Aktuator umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption eine auf dem invers-magnetostriktiven Prinzip beruhende Drehmomentmessanordnung, welche mindestens eine Elektronikeinheit aufweist. Erfindungsgemäß weist die Elektronikeinheit eine mittels Nietverbindung zumindest indirekt mit einem Aktuatorgehäuse des Aktuators verbundene Platine auf. Bei der Platine handelt es sich um eine Leiterplatte, welche mit elektronischen Bauteilen der Elektronikeinheit bestückt ist. Die Platine stellt eine nicht rotierende Komponente des Aktuators dar.
Die Nietverbindung kann prinzipiell entweder durch Elemente, welche integrale Bestandteile eines Trägerelements sind, oder durch gesonderte Elemente, das heißt Niete, hergestellt sein. Im letztgenannten Fall handelt es sich bei dem Trägerelement vorzugsweise um ein flächiges Element, welches fest im Aktuatorgehäuse angeordnet und durch eine Anzahl Niete mit der Platine verbunden ist. Auch eine Ausbildung des Trägerelements als integraler Bestandteil des Aktuatorgehäuses ist möglich. In diesem Fall handelt es sich bei dem Trägerelement um ein Metallteil. Ansonsten kann das Trägerelement aus Metall oder aus Kunststoff gefertigt sein.
Unabhängig von dem Werkstoff, aus dem das Trägerelement gefertigt ist, oder der Werkstoffkombination, aus welcher das Trägerelement aufgebaut ist, ist zwischen der Platine und dem Trägerelement in bevorzugter Ausgestaltung ein Spalt gebildet. Dieser Spalt ist hinsichtlich der Kühlung der Platine von Vorteil. Zudem verbessert er die Möglichkeiten, Verformungen, welche beim Betrieb des Aktuators, insbesondere innerhalb eines Wankstabilisators oder sonstigen Fahrwerksaktuators, auftreten können, etwa durch mechanische Belastungen und/oder Temperatureinwirkungen, aufzunehmen.
Die Platine ist vorzugsweise derart im Aktuatorgehäuse aufgenommen, dass eine Flächennormale der Platine orthogonal zur Längsachse des Aktuators ausgerichtet ist. Dies bedeutet, dass die Mittelachse des Aktuatorgehäuses, welches eine zylindrische Grundform aufweist, parallel von der Platine beabstandet ist.
Der Aktuator ist besonders zur Verwendung als Fahrwerksaktuator, beispielsweise in einer Hinterachslenkung oder in einer Niveauverstellung, insbesondere Niveauregulierung, geeignet. In besonders bevorzugter Ausgestaltung handelt es sich bei dem Aktuator um einen Aktuator eines aktiven Wankstabilisators für ein Kraftfahrzeug.
In raumsparender Weise ist die Platine bei Ausbildung des Aktuators als Wankstabilisator-Aktuator vorzugsweise in einem im Vergleich zu einem mittleren Gehäusebereich verjüngten Gehäusebereich des Aktuatorgehäuses angeordnet. Auf diese Weise steht praktisch der gesamte Durchmesser des mittleren, nicht verjüngten Gehäusebereiches für krafterzeugende und -übertragende Komponenten des Wankstabilisators zur Verfügung.
Als Elektromotor kommt im elektromechanischen Aktuator beispielsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor) zum Einsatz. Als Untersetzungsgetriebe innerhalb des Aktuators ist zum Beispiel ein mehrstufiges Planetengetriebe oder ein Wellgetriebe einsetzbar.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

1 einen elektromechanischen Wankstabilisator in Draufsicht,
2 ausschnittsweise einen Aktuator des Wankstabilisators in einer Schnittdarstellung,
3 ein Detail der Anordnung nach 2.

Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Wankstabilisator ist zur Verwendung als Fahrwerksaktuator in einem Kraftfahrzeug bestimmt. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des Wankstabilisators 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
Der Wankstabilisator 1 umfasst einen elektromechanischen Aktuator 2. Der Aktuator 2 hat die Grundform eines Zylinders, dessen Mittelachse im Wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsachse ausgerichtet ist. An den Aktuator 2 schließen zwei Stabilisatorhälften 3, 4 in Form von Drehstabfedern an, welche mit Hilfe von Lagerungen 5, 6 mit dem nicht dargestellten Fahrzeugaufbau gekoppelt sind. Der Begriff „Stabilisatorhälfte“ impliziert nicht, das beide Stabilisatorhälften 3, 4 gleich dimensioniert sein müssen. Vielmehr ist auch eine außermittige Anordnung des Aktuators 2 im Fahrwerk möglich. An den dem Aktuator 2 abgewandten Enden der Stabilisatorhälften 3, 4 sind Verbindungsstücke 7, 8 ausgebildet, welche der gelenkigen Verbindung mit Radträgern des Kraftfahrzeugs dienen.
Ein mit 9 bezeichnetes Aktuatorgehäuse des elektromechanischen Aktuators 2 weist auf seiner in 1 linken Seite einen Flansch 10 auf, welcher mit der Stabilisatorhälfte 3 verbunden ist. An den Flansch 10 schließt ein mittlerer, im Wesentlichen zylindrischer Gehäusebereich 12 des Aktuatorgehäuses 9 an. Auf der, bezogen auf die Anordnung nach 1, rechten Seite des mittleren Gehäusebereichs 12 schließt an diesen ein verjüngter, ebenfalls zylindrischer Gehäusebereich 11 an. Die Stabilisatorhälfte 4 ist durch den verjüngten Gehäusebereich 11 hindurch in das Aktuatorgehäuse 9 eingeführt.
Innerhalb des verjüngten Gehäusebereichs 11 befindet sich eine Drehmomentmessanordnung 13, welche, basierende auf dem invers-magnetostriktiven Prinzip, eine Information über ein innerhalb des Aktuators 2 wirkendes Drehmoment liefert.
Die Drehmomentmessanordnung 13 umfasst eine Platine 14, auf welcher nicht dargestellte elektronische Bauelemente angeordnet sind, womit eine Elektronikeinheit gebildet ist. Die Platine 14 ist auf einem Trägerelement 15 mit Hilfe von Nieten 16, 17 befestigt. Zwischen dem Trägerelement 15 und der Platine 14 ist ein Spalt Sp gebildet, so dass die Platine 14 größtenteils vom Trägerelement 15 abgehoben ist. Ansonsten, nämlich im Bereich um die Niete 16, 17, sind Auflagebereiche 18, 19 gegeben, in welchen die Platine 14 das Trägerelement 15 kontaktiert.
Das flächige Trägerelement 15 ist fest im verjüngten Gehäusebereich 11, innerhalb des mit IR bezeichneten Innenraums des Aktuators 2, angeordnet. Wie aus 3 hervorgeht, ist die insgesamt mit 20 bezeichnete Nietverbindung, welche durch die Niete 16, 17 hergestellt ist, äußerst raumsparend, insbesondere in Richtung normal zu den flächigen Elementen 14, 15, das heißt in Radialrichtung des Aktuatorgehäuses 9, aufgebaut. Die Mittelachse des Aktuators 2, welche mit der Schwenkachse der Stabilisatorhälften 3, 4 zusammenfällt, ist von der Platine 14 sowie vom Trägerelement 15 parallel beabstandet. Die Platine 14 ragt nur zu einem geringen Teil in den mittleren Gehäusebereich 12 hinein. In diesem Gehäusebereich 12 befinden sich die nicht dargestellten elektromechanischen Komponenten, das heißt der Elektromotor sowie das Untersetzungsgetriebe, des Aktuators 2.
Bezugszeichenliste

1: Wankstabilisator
2: Aktuator
3: Stabilisatorhälfte
4: Stabilisatorhälfte
5: Lagerung
6: Lagerung
7: Verbindungsstück
8: Verbindungsstück
9: Aktuatorgehäuse
10: Flansch
11: verjüngter Gehäusebereich
12: mittlerer Gehäusebereich
13: Drehmomentmessanordnung
14: Platine
15: Trägerelement
16: Niet
17: Niet
18: Auflagebereich
19: Auflagebereich
20: Nietverbindung
IR: Innenraum
Sp: Spalt

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 102014221129 A1 [0002]
DE 102014222708 A1 [0003]
DE 102013219761 B3 [0004]
DE 102015222068 A1 [0005]
DE 102015209310 A1 [0005]
DE 3620412 A1 [0006]
EP 2013598 B1 [0007]

Claims

Elektromechanischer Aktuator (2) für ein Kraftfahrzeug, mit einer auf dem invers-magnetostriktiven Prinzip beruhenden Drehmomentmessanordnung (13), welche mindestens eine Elektronikeinheit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit eine mittels Nietverbindung (20) zumindest indirekt mit einem Aktuatorgehäuse (9) verbundene Platine (14) aufweist.
Aktuator (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nietverbindung (20) eine Anzahl Niete (16,17) umfasst, durch welche die Platine (14) an einem mit dem Aktuatorgehäuse (9) verbundenen, flächigen Trägerelement (15) befestigt ist.
Aktuator (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Platine (14) und dem Trägerelement (15) ein Spalt (Sp) gebildet ist.
Aktuator (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (15) aus Kunststoff gefertigt ist.
Aktuator (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (15) aus Metall gefertigt ist.
Aktuator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flächennormale der Platine (14) orthogonal zur Längsachse des Aktuatorgehäuses (9) ausgerichtet ist.
Aktuator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Fahrwerksaktuator ausgebildet ist.
Aktuator (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Teil eines Wankstabilisators ausgebildet ist.
Aktuator (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (14) zumindest größtenteils in einem im Vergleich zu einem mittleren Gehäusebereich (12) verjüngten Gehäusebereich (11) des Aktuatorgehäuses (9) angeordnet ist.