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Die Erfindung betrifft einen für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug geeigneten elektromechanischen Fahrwerksaktuator, insbesondere in Form eines aktiven Wankstabilisators, welcher einen Elektromotor, ein Stellgetriebe und mindestens einen Sensor umfasst.
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Aus der
DE 10 2014 203 207 A1 ist ein Aktuator eines elektromechanischen Wankstabilisators bekannt. Eine Leistungselektronik des Aktuators umfasst Sensoren zur Erfassung von Temperatur, Rotorlage und/oder Drehmoment. Weiter umfasst die Leistungselektronik des bekannten Aktuators einen Kühlkörper, welcher an einem Gehäuse des Aktuators befestigt ist.
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Ein weiterer, aus der
DE 10 2016 211 455 A1 bekannter elektromechanischer Wankstabilisator umfasst einen Rotorlagesensor, bei welchem es sich um einen Winkelsensor an einem Elektromotor handelt. Der Wankstabilisator ist unter anderem nutzbar, um die Straßengüte zu beurteilen.
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Eine aus der
DE 10 2015 116 913 A1 bekannte Wankstabilisatoranordnung für ein Kraftfahrzeug weist einen elektromechanischen Aktuator auf, welcher mit einer Mehrzahl an Sensorleitungen verbunden ist. Ebenso ist der elektromechanische Aktuator mit einer Mehrzahl an elektrischen Versorgungsleitungen verbunden, über welche der Aktuator mit elektrischer Energie versorgt wird. Die Sensorleitungen und die elektrischen Versorgungsleitungen sind durch eine gemeinsame Öffnung in dem Gehäuse des Aktuators geführt.
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Ein in der
DE 10 2013 215 859 A1 offenbarter elektromechanischer Stellantrieb für einen Wankstabilisator weist einen durch einen Stecker realisierten elektrischen Anschluss auf, wobei ein an einem Aktuator angeschlossener Kabelstrang in tangentialer Richtung des Aktuatorgehäuses an der Steckverbindung endet. Die
DE 10 2013 018 851 A1 offenbart die Verwendung von Federkontakten welche eine Platine unmittelbar kontaktieren um die Platine mit einem Drucksensor als weitere Komponente elektrisch zu verbinden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mit Sensorik ausgestatteten elektromechanischen Fahrwerksaktuator, insbesondere aktiven Wankstabilisator, gegenüber dem genannten Stand der Technik besonders hinsichtlich Montagefreundlichkeit bei zugleich hoher Betriebssicherheit weiterzuentwickeln.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Fahrwerksaktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der Fahrwerksaktuator, bei welchem es sich beispielsweise um einen Wankstabilisator oder um einen Aktuator einer Niveauregulierung handelt, weist eine Motor-Getriebe-Einheit auf, die ein Stellgetriebe und einen zur Betätigung des Stellgetriebes vorgesehenen Elektromotor umfasst. Das Stellgetriebe ist in an sich bekannter Weise dazu vorgesehen, ein Drehmoment zu erzeugen, welches zwischen zwei an die Motor-Getriebe-Einheit anzuschließenden Anschlussteilen wirkt.
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Im Fall eines Wankstabilisator als Fahrwerksaktuator handelt es sich bei den Anschlussteilen typischerweise um als Torsionsfedern ausgebildete Stabilisatorhälften. Der Begriff „Stabilisatorhälften“ impliziert hierbei nicht zwangsläufig, dass die beiden an den Aktuator angeschlossenen, zusammenfassend als Stabilisatorhälften bezeichneten Teile gleich lang sind.
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Unabhängig von der geometrischen Gestaltung der Anschlussteilen, insbesondere Stabilisatorhälften, wird ein in der Motor-Getriebe-Einheit wirkendes Drehmoment durch einen Drehmomentsensor gemessen. Hierbei handelt es sich beispielsweise um ein zwischen den Stabilisatorhälften oder ein innerhalb des Stellgetriebes oder ein zwischen einer Komponente des Stellgetriebes und dem Gehäuse der Motor-Getriebe-Einheit wirkendes Drehmoment. Weiter umfasst der Fahrwerksaktuator einen Winkelsensor, welcher zur Erfassung einer Winkellage innerhalb der Motor-Getriebe-Einheit vorgesehen ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um die Winkellage des Rotors des Elektromotors, um eine Winkelrelation innerhalb des Stellgetriebes, oder um die Winkelrelation zwischen den an den Aktuator angeschlossenen Enden der Anschlussteile, insbesondere Stabilisatorhälften, handeln.
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Mindestens einer der genannten Sensoren, das heißt entweder der Drehmomentsensor oder der Winkelsensor oder beide Sensoren, ist durch Federkontakte mit mindestens einer weiteren Komponente innerhalb oder außerhalb der Motor-Getriebe-Einheit elektrisch verbunden. Hierbei wird eine dem Drehmomentsensor zuzurechnende Momentensensorplatine und/oder eine dem Winkelsensor zuzurechnende Rotorlagesensorplatine unmittelbar durch Federkontakte elektrisch kontaktiert. Zusätzlich zu den genannten Platinen des Drehmomentsensors und des Winkelsensors können weitere elektrisch leitende, vollständig oder im Wesentlichen ebene Flächen in der Motor-Getriebe-Einheit, beispielsweise metallisierte Oberflächen von Kunststoffteilen, durch Federkontakte mit Komponenten innerhalb oder außerhalb des Fahrwerksaktuators elektrisch verbunden sein.
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Hinsichtlich einer möglichen Gestaltung einer Federkontaktierung wird beispielhaft auf das Dokument
DE 10 2007 036 566 A1 hingewiesen. Wie aus diesem Dokument grundsätzlich bekannt ist, sind die Federkontakte des elektromechanischen Fahrwerksaktuators, insbesondere Wankstabilisators, zur elektrischen Kontaktierung von Kontaktflächen eines Bauteils, im vorliegenden Fall einem Teil des Drehmomentsensors oder einem Teil des Winkelsensors, ausgebildet. Hierbei sind die zumindest näherungsweise ebenen Kontaktflächen vorzugsweise ausgedehnter, was die Ausdehnung in der Fläche betrifft, als die zur Herstellung des elektrischen Kontaktes vorgesehenen Bereiche der elastisch nachgiebigen Komponenten der Federkontakte. Dies ist gleichbedeutend damit, dass die Federkontakte jeweils einen flächigen, elektrisch leitfähigen Bereich einer Platine lediglich partiell kontaktieren.
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Ein besonderer Vorteil der Federkontakte des Fahrwerksaktuators liegt darin, dass sie - im Unterschied zu typischen Steckkontakten - große Toleranzen sowohl in Axialrichtung, das heißt in Einsteckrichtung, als auch in dazu orthogonaler Richtung, das heißt Radialrichtung, ausgleichen. Auf diese Weise ist auch unter Bedingungen der Serienfertigung eine rationelle Montage des Fahrwerksaktuators bei Ausschluss jeglicher hinsichtlich der Funktionssicherheit relevanter Serienstreuungen möglich.
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Dadurch, dass die Federkontakte des Fahrwerksaktuators eine Leiterplatte, das heißt Platine, welche dem Drehmomentsensor und/oder dem Winkelsensor zuzurechnen ist, kontaktieren, ist kein gesondertes, Bauraum beanspruchendes Verbindungselement, etwa in Form eines Steckerelementes, auf der Leiterplatte erforderlich. Optional weist die Leiterplatte eine Beschichtung, insbesondere in Form einer Edelmetallbeschichtung, beispielsweise einer Gold- oder Silberbeschichtung, auf, welche durch die Federkontakte elektrisch kontaktiert werden.
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Die Federkontakte sind zum Beispiel mit Schraubendruckfedern realisiert. Auch andere Formen von Federkontakten, beispielsweise sogenannte Pogo-Kontaktstifte, sind innerhalb des elektromechanischen Fahrwerksaktuators verwendbar. Im Zusammenhang mit Pogo-Kontaktstiften, kurz auch als Pogo-Pins bezeichnet, wird beispielhaft auf die Dokumente
DE 20 2009 003 592 U1 und
DE 199 45 176 A1 hingewiesen.
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Unabhängig von der geometrischen Gestaltung der Federkontakte können die zur elektrischen Kontaktierung verwendeten Federn beschichtet sein, beispielsweise mit einer Beschichtung aus Silber.
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Erfindungsgemäß sind mehrere Schraubendruckfedern in einem gemeinsamen Federträger aus elektrisch nicht leitendem Material gehalten. Der Federträger ist beispielsweise fest mit einer Leiterplatte verbunden. Handelt es sich hierbei um die Leiterplatte des Drehmomentsensors, so ist mittels der Federkontakte erfindungsgemäß eine elektrische Verbindung zwischen dem Drehmomentsensor und dem Winkelsensor herstellbar. Hierbei sind die elektrischen Kontaktstellen zwischen den Federkontakten und der Leiterplatte des Drehmomentsensors fest vorgegeben, wogegen die elektrische Kontaktierung zwischen den Federkontakten und dem Winkelsensor innerhalb eines weiten Toleranzbereichs, was geometrische Abweichungen betrifft, herstellbar ist.
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Ebenso ist es möglich, durch Federkontakte eine elektrische Verbindung zwischen einem Stecker, welcher in das Gehäuse des Aktuators einzustecken ist, und einem der Sensoren, insbesondere dem Momentensensor, herzustellen. Hierbei befinden sich die einzelnen Federn, insbesondere in Form von Schraubendruckfedern, in definierter Positionierung im Stecker, wogegen der Kontakt einer Platine, beispielsweise zur Leiterplatte des Momentensensors, innerhalb eines relativ groß dimensionierten Toleranzbereichs, welcher durch die Struktur der Beschichtung auf der Platine vorgegeben ist, aufgebaut werden kann.
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Des Weiteren sind Ausführungsformen realisierbar, bei welchen durch eine einzige Steckverbindung ein Kontakt einer an den Aktuator anzuschließenden Leitung sowohl zur Leiterplatte des Drehmomentsensors als auch zur Leiterplatte des Winkelsensors herstellbar ist.
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Die Federkontakte des Fahrwerksaktuators können elektrische Verbindungen innerhalb von Signalleitungen oder zur Energieversorgung, insbesondere zur Stromversorgung des Elektromotors der Motor-Getriebe-Einheit, darstellen. Hierbei können verschiedenartige elektrische Verbindungen innerhalb eines einzigen Steckers zusammengefasst sein. Der Stecker stellt beispielsweise eine Verbindung mit einem nicht dem Fahrwerksaktuator zuzurechnenden Steuergerät her.
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Eine Steckverbindung, welche mit Hilfe der Federkontakte einen elektrischen Kontakt bereitstellt, kann eine Zwangsführung eines Steckers umfassen. In jedem Fall ist durch die Federkontakte mindestens ein Freiheitsgrad gegeben, so dass ein Zusammenbau ohne jegliche Überbestimmung möglich ist. Sind Komponenten innerhalb der Motor-Getriebe-Einheit mit Hilfe von Federkontakten elektrisch miteinander zu verbinden, so ist dies selbst bei einem Versatz zwischen diesen Komponenten, bezogen auf den auslegungsgemäßen Idealzustand, möglich, da die Federkontakte ohne Ineinandergreifen von Teilen funktionsfähig sind. Dies ermöglicht eine blinde Montage der miteinander zu verbindenden Komponenten, insbesondere Komponenten der Sensoren des Fahrwerksaktuators. Die Funktionssicherheit der mittels der Federkontakte hergestellten elektrischen Verbindungen bleibt unter allen im realen Betrieb auftretenden Belastungen, unter anderem Vibrationsbelastungen, erhalten. Mechanische Belastungen, die durch die Federkontakte in eine Platine eingeleitet werden, werden über die Befestigungen der Platine in das Gehäuse der Motor-Getriebe-Einheit des Fahrwerksaktuators eingeleitet.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen, teils in schematisierter Darstellung:
- 1 einen elektromechanischen Fahrwerksaktuator in Form eines Wankstabilisators,
- 2 in einer teilweise geschnittenen Darstellung die elektrische Verbindung zwischen einem Stecker und einem Drehmomentsensor des Fahrwerksaktuators nach 1,
- 3 eine durch Federkontakte hergestellte elektrische Verbindung zwischen dem Drehmomentsensor und einem Winkelsensor des Fahrwerksaktuators nach 1,
- 4 in einer Darstellung analog 2 die Einbindung der elektrischen Verbindung nach 3 in den Fahrwerksaktuator nach 1.
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Bei einem in 1 skizzierten elektromechanischen Fahrwerksaktuator 1 handelt es sich um einen aktiven Wankstabilisator eines Kraftfahrzeugs. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des aktiven Wankstabilisators 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
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An den Fahrwerksaktuator 1 sind zwei Stabilisatorhälften 2, 3 angeschlossen, welche allgemein als Anschlussteile bezeichnet werden. Der Fahrwerksaktuator 1 ist dazu ausgebildet, ein zwischen den Anschlussteilen 2, 3 wirkendes Drehmoment zu generieren, womit im vorliegenden Fall in grundsätzlich bekannter Weise Wankbewegungen des Kraftfahrzeugs, insbesondere beim Kurvenwechsel, unterdrückt werden.
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Eine Motor-Getriebe-Einheit 4 des Fahrwerksaktuators 1 befindet sich in einem Aktuatorgehäuse 8 und umfasst einen Elektromotor 6, ein Getriebe 5, sowie eine Elektronikbaugruppe 7. Der Elektronikbaugruppe 7 werden ein Drehmomentsensor, ein Winkelsensor, sowie zugehörige Ansteuer- und Auswertevorrichtungen zugerechnet.
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Der in die Motor-Getriebe-Einheit 4 integrierte Drehmomentsensor erfasst ein Drehmoment, welches zwischen den Anschlussteilen 2, 3 wirkt. Eine mit 16 bezeichnete Momentensensorplatine, welche dem Drehmomentsensor zuzurechnen ist, ist in den 2 bis 4 erkennbar. Elektronische Bauelemente, mit welchen die Momentensensorplatine 16, das heißt Leiterplatte, bestückt ist, sind nicht dargestellt. Die Momentensensorplatine 16 ist elektrisch mit nicht dargestellten Sensorkomponenten verbunden, welche zur Drehmomentmessung auf Basis des inversen magnetostriktiven Prinzips ausgebildet sind. Diese Komponenten sind ebenso wie die gesamte Elektronikbaugruppe 7 innerhalb des Aktuatorgehäuses 8 angeordnet.
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Ein stirnseitiger Abschluss des Aktuatorgehäuses 8 ist durch einen Flansch 9 gebildet. Der Flansch 9 ist mit dem Anschlussteil 3 verbunden. Im Flansch 9 befindet sich eine Öffnung 12, in die ein Stecker 13 eingesteckt ist. Eine vom Stecker 13 ausgehende Leitung ist mit 10, eine Dichtung zwischen dem Stecker 13 und dem Flansch 9 mit 11 bezeichnet. Bei der Dichtung 11 handelt es sich um eine ringförmige Dichtung, welche durch den Kontakt zwischen dem Stecker 13 und dem Flansch 9 in Axialrichtung, das heißt in Einsteckrichtung des Steckers 13, belastet wird und damit die gewünschte Dichtwirkung herstellt. Ein geringfügiger Versatz des Steckers 13 samt Dichtung 11 in Radialrichtung hätte hingegen keinen Einfluss auf die Dichtwirkung. Im Ausführungsbeispiel hat die Dichtung 11 einen kreisrunden Querschnitt. Alternativ kommt zum Beispiel auch die Verwendung einer Lamellendichtung in Betracht.
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Die Dichtung 11 kontaktiert eine Stirnfläche 14 des Flansches 9. Im Bereich des Kontaktes zwischen der Dichtung 11 und dem Flansch 9 ist die Stirnfläche 14 eben ausgebildet. Der Stecker 13 kann lösbar oder unlösbar am Flansch 9 befestigt sein.
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Eine Steckerwanne 15, in welche der Stecker 13 eingesteckt ist, befindet sich innerhalb des Aktuatorgehäuses 8 und verhindert ein Schrägstellen des Steckers 13. Hinter der Steckerwanne 15, in Einsteckrichtung des Steckers 13 betrachtet, befindet sich eine Momentensensorplatine 16, die Teil des Drehmomentsensors ist. Der elektrische Kontakt zwischen der Momentensensorplatine 16 und der Leitung 10 wird durch Federkontakte 17 hergestellt, welche in den Stecker 13 integriert sind. Die Federkontakte 17 sind durch einzelne Schraubenfedern 18, das heißt Schraubendruckfedern, gebildet, welche in Ausnehmungen des Steckers 13 aufgenommen sind. Die aus dem Stecker 13 herausragenden Enden der Schraubenfedern 18 kontaktieren unmittelbar jeweils flächige Bereiche an der Oberfläche der Momentensensorplatine 16. Diese flächigen, elektrisch leitfähigen Bereiche sind derart ausgedehnt, dass der elektrische Kontakt zwischen dem Stecker 13 und der Momentensensorplatine 16 unempfindlich gegenüber einem geringen Versatz in Radialrichtung des Steckers 13 ist.
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Die Elektronikbaugruppe 7 umfasst ferner eine Rotorlagesensorplatine 19, welche in den 3 und 4 erkennbar ist. Die Rotorlagesensorplatine 19, welche Teil des Rotorsensors der Motor-Getriebe-Einheit 4 ist, ist elektrisch durch Federkontakte 20 mit der Momentensensorplatine 16 verbunden. Der Aufbau der Federkontakte 20 entspricht prinzipiell dem Aufbau der Federkontakte 17, welche in den Stecker 13 integriert sind. Im Fall der Federkontakte 20, welche eine elektrische Verbindung zwischen dem Drehmomentsensor und dem Rotorlagesensor, das heißt Winkelsensor, herstellen, sind in einem Federträger 24 aufgenommen, welcher mit der Momentensensorplatine 16 verbunden ist. Die Federkontakte 20 sind durch einzelne Schraubenfedern 21 gebildet, welche jeweils einen engen Wicklungsbereich 22 und einen im Vergleich hierzu weiten Wicklungsbereich 23 aufweisen. Hierbei befinden sich die weiten Wicklungsbereiche 23 jeweils vollständig in einem weiten Aufnahmebereich 25, welcher durch den Federträger 24 gebildet ist. An den weiten Aufnahmebereich 25 schließt sich in Richtung zur offenen Seite des Federträgers 24 ein enger Aufnahmebereich 26 an, so dass ein Herausfallen von Schraubenfedern 21, das heißt Schraubendruckfedern, aus dem Federträger 24 verhindert wird. Zwischen dem weiten Aufnahmebereich 25 und dem engen Aufnahmebereich 26 ist eine konische Verjüngung 27 erkennbar.
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Auch im Fall der Federkontakte 20 nach 3 kontaktieren die Schraubenfedern 21 jeweils einen im Vergleich zum engen Wicklungsbereich 22 weiter ausgedehnten flächigen, elektrisch leitfähigen Bereich unmittelbar an der Oberfläche der zu kontaktierenden Leiterplatte, das heißt Rotorlagesensorplatine 19. Die elektrische Verbindung zwischen der Momentensensorplatine 16 und der Rotorlagesensorplatine 19 ist somit in weiten Grenzen tolerant gegenüber Abweichungen in radialer und axialer Richtung, wobei sich die axiale Richtung in diesem Fall auf die Ausrichtung der Schraubenfedern 21, das heißt die Richtung, in welcher die Leiterplatten 16, 19 bei der Montage zusammengeschoben werden, bezieht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektromechnischer Fahrwerksaktuator
- 2
- Stabilisatorhälfte, Anschlussteil
- 3
- Stabilisatorhälfte, Anschlussteil
- 4
- Motor-Getriebe-Einheit
- 5
- Stellgetriebe
- 6
- Elektromotor
- 7
- Elektronikbaugruppe
- 8
- Aktuatorgehäuse
- 9
- Flansch
- 10
- Leitung
- 11
- Dichtung
- 12
- Öffnung im Flansch
- 13
- Stecker
- 14
- Stirnfläche
- 15
- Steckerwanne
- 16
- Momentensensorplatine
- 17
- Federkontakt
- 18
- Schraubenfeder
- 19
- Rotorlagesensorplatine
- 20
- Federkontakt
- 21
- Schraubenfeder
- 22
- enger Wicklungsbereich
- 23
- weiter Wicklungsbereich
- 24
- Federträger
- 25
- weiter Aufnahmebereich
- 26
- enger Aufnahmebereich
- 27
- konische Verjüngung
