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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromotorischen Pumpenaktor mit einem rohrförmigen Bauteil mit einem integrierten Drucksensor sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen elektromotorischen Pumpenaktors und eine entsprechende Kupplung.
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Pumpenaggregate mit einem Elektromotor bzw. elektrische Pumpenaktoren (EPA) sind bekannt, zum Beispiel aus der Druckschrift
US 5,778,671 A und der
WO 2012/113368 A2 . Ein EPA dient insbesondere zur Betätigung einer Kupplung, mit einem nahe der Kupplung angeordneten hydraulischen Arbeitszylinder, der über eine hydraulische Leitung mit einer Volumenstromquelle verbunden ist. Der Volumenstrom dieser Volumenstromquelle ist durch eine Hydrauliksteuereinheit in Abhängigkeit von Signalen der der hydraulischen Einrichtung zugeordneten Sensoren beeinflussbar. Die Volumenstromquelle ist durch eine in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnete Kombination aus einem Elektromotor und einer Hydraulikpumpe gebildet. Über den Elektromotor wird die Hydraulikpumpe angetrieben, die ein Hydraulikfluid mit Druck beaufschlagt und dem EPA bereitstellt. Der Elektromotor wird von einer Steuerung, die als Leistungselektronik ausgestaltet sein kann, angesteuert. Ebenfalls bekannt sind Pumpenaggregate, die einen Drucksensor oder einen Druckschalter enthalten, zum Beispiel aus der Druckschrift
DE 200 13 779 U1 oder der Druckschrift
DE 10 2009 005 154 A1 . Gemäß der
DE 10 2014 006 556 B3 ist eine zweite Leitung einer Pumpe des Pumpenaggregats durch mindestens eine Bohrung mit einem Drucksensor verbunden, der mit einer Steckverbindung oder einem Motorgehäuse ein gemeinsames Gehäuse aufweist. Der Drucksensor kann von der Unterseite aus direkt in das Gehäuse geclincht werden. Die Druckkräfte stützen sich in diesem Fall quasi hängend in der Clinchverbindung ab. Alternativ wird der Drucksensor von der Oberseite aus in das Gehäuse gesetzt und von oben mit zusätzlichen Elementen fixiert. In diesem Fall besitzt der Sensor einen Adapter aus gut fließfähiger Knetlegierung der mittels clinchen auf den Sensor montiert wird. Dieser Adapter enthält die Dichtung und wird entweder in das Gehäuse eingepresst oder mit zusätzlichen Elementen axial fixiert.
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Bei herkömmlichen EPAs muss der Sensor nicht von außen, sondern von innen montiert werden, weil über dem Sensor ein Ventilgehäuse der EPAs liegt. Eine Clinchverbindung direkt in das Gehäuse sollte nach Möglichkeit vermieden werden, da das Gehäusematerial (Aluminiumlegierung) dafür keine ausreichende Fließfähigkeit aufweist. Das Gehäuse aus einem dafür passenden Material zu fertigen ist kostenintensiv. Außerdem kann der Drucksensor nur von einer Elektronikseite aus montiert werden. Ferner muss eine Abdichtung gegen das Gehäuse integriert sein und der Sensor muss von innen axial fixiert werden. Weiterhin ist zu beachten, dass die Sensorplatte verhältnismäßig empfindlich ist und daher Verformungen leicht zu einer Schädigung der Sensorplatte führen.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere soll eine kostengünstige und dennoch zuverlässige Integration des Drucksensors in einen EPA, bereitgestellt werden. Weiterhin soll ein entsprechendes Herstellungsverfahren angegeben werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche sowie der weiteren unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Ein erfindungsgemäßer elektrischer Pumpenaktor (EPA) umfasst ein rohrförmiges Bauteil mit einem integrierten Drucksensor. Das rohrförmige Bauteil umfasst eine Stufenbohrung mit zumindest einer ersten Abstufung und einer zweiten Abstufung. Dabei weist die zweite Abstufung einen größeren Durchmesser als die erste Abstufung auf. Der Drucksensor umfasst eine Sensorplatte. Ferner liegt der Drucksensor mit einer Stirnfläche der Sensorplatte an der ersten Abstufung auf. Die zweite Abstufung endet axial oberhalb einer der Stirnfläche gegenüberliegenden Auflagefläche der Sensorplatte. Die Sensorplatte ist an zumindest einem Punkt der zweiten Abstufung über eine Verstemmung oder ein Rollieren formschlüssig mit dem rohrförmigen Bauteil verbunden.
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Der elektrische Pumpenaktor kann insbesondere zur Verwendung in einem Kupplungsgetriebe für ein Kraftfahrzeug bestimmt und eingerichtet sein. Der elektrische Pumpenaktor kann zur Betätigung von Kupplungen, Getriebestellern in einem Kupplungsgetriebe oder einem anderen Getriebe, beispielsweise einem CVT (Continuously Variable Transmission) oder einem Hybridgetriebe bestimmt und eingerichtet sein. Dabei kann der elektrische Pumpenaktor insbesondere zum Pumpen eines Arbeitsfluids mit einer Pumpe verwendet werden. Der elektrische Pumpenaktor umfasst vorzugsweise zumindest einen Stator und einen Rotor. Stator und Rotor sind relativ zueinander rotierbar. Der Stator ist vorzugsweise festgehalten, beispielsweise an einem Gehäuse eines Kupplungsgetriebes. Stator und Rotor sind vorzugsweise derart mit magnetischen Materialien ausgebildet und/oder mit elektrischen Spulen versehen, dass der Rotor nach Art eines Elektromotors gegen den Stator angetrieben verdreht werden kann.
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Die Sensorplatte ist das Bauteil des Drucksensors, das die eigentliche Umwandlung des anliegenden Drucks in ein messbares elektrisches Signal vollzieht. Ein erster Absatz bzw. eine erste Schulter der ersten Abstufung dient zur axialen Abstützung des Drucksensors. An dem ersten Absatz liegt der Drucksensor mit der Stirnfläche der Sensorplatte in seiner axialen Endposition auf. Ein zweiter Absatz bzw. eine zweite Schulter der zweiten Abstufung dient der Verstemmung. Diese ragt in einem solchen Maß über die Auflagefläche der Sensorplatte hinaus, dass das überstehende Material mit einem geeigneten Werkzeug an dem mindestens einen Punkt der zweiten Abstufung plastisch verformt werden kann, sodass es über die Auflagefläche fließt und diese damit formschlüssig mit dem rohrförmigen Bauteil fixiert.
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Das Verstemmen oder Rollieren des Drucksensors sichert diesen auf einfache und kostengünstige Art und Weise in dem rohrförmigen Bauteil. Dabei wird der Sensor von innen in dem rohrförmigen Bauteil montiert und es kann die Ausbildung einer Clinchverbindung vermieden werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist auf der Auflagefläche ein Zwischenring angeordnet. Ferner endet die zweite Abstufung axial oberhalb des Zwischenrings. Dabei ist der Zwischenring an zumindest einem Punkt der zweiten Abstufung über eine Verstemmung formschlüssig mit dem rohrförmigen Bauteil verbunden.
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Die zweite Abstufung ragt in einem solchen Maß über den Zwischenring auf der Sensorplatte hinaus, dass das überstehende Material mit einem geeigneten Werkzeug an dem mindestens einen Punkt der zweiten Abstufung plastisch verformt werden kann, sodass es über den Zwischenring fließt und diesen damit formschlüssig mit dem rohrförmigen Bauteil fixiert.
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Das Einfügen eines Zwischenrings dient dem Schutz der empfindlichen Sensorplatte. Der Zwischenring verhindert, dass beim Verstemmen die Sensorplatte verformt wird. Dadurch kann die Messgenauigkeit des Drucksensors gewährleistet werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist ein O-Ring in einem Stutzen der Sensorplatte angeordnet.
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Der Stutzen weist eine umlaufende Nut auf, in die der O-Ring eingelegt wird. Dabei findet in der ersten Abstufung, die den kleinsten Durchmesser aufweist, die Abdichtung zwischen rohrförmigem Bauteil und Sensor statt.
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Der O-Ring dichtet eine mit Druck beaufschlagte und der Sensorplatte zugewandte Seite des rohrförmigen Bauteils gegen Leckage ab und verhindert somit einen unnötigen Druckverlust und Verlust von Druckmedium.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Sensorplatte oder der Zwischenring an mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei oder mindestens vier Punkten der zweiten Abstufung über eine Verstemmung formschlüssig mit dem rohrförmigen Bauteil verbunden.
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Durch die Verstemmung an mehreren Punkten wird der Formschluss zwischen rohrförmigem Bauteil und Sensorplatte bzw. Zwischenring verstärkt. Dabei können die mehreren Punkte, an denen die Sensorplatte bzw. der Zwischenring mit der zweiten Abstufung verstemmt werden, gleichmäßig über einen Umfang der zweiten Abstufung verteilt angeordnet sein.
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Gemäß einer Weiterbildung ist die Sensorplatte oder der Zwischenring über eine umlaufende Verstemmung formschlüssig mit dem rohrförmigen Bauteil verbunden.
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Durch die den ganzen Umfang der zweiten Abstufung umfassende umlaufende Verstemmung wird die Sensorplatte bzw. der Zwischenring besonders sicher mit dem rohrförmigen Bauteil formschlüssig verbunden.
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Eine erfindungsgemäße Kupplung, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfasst einen elektrischen Pumpenaktor (EPA) wie zuvor beschreiben, wobei die Kupplung durch den EPA betätigt wird, indem ein Elektromotor des EPA eine Hydraulikpumpe des EPA antreibt und die Hydraulikpumpe einen Druck zum Betätigen der Kupplung bereitstellt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Pumpenaktors mit einem rohrförmigen Bauteil mit integriertem Drucksensor umfasst die folgenden Schritte:
- - Bohren von mindestens einer ersten Abstufung und einer zweiten Abstufung in das rohrförmige Bauteil, wobei die zweite Abstufung einen größeren Durchmesser als die erste Abstufung aufweist.
- - Einsetzen des Drucksensors in das rohrförmige Bauteil, sodass der Drucksensor mit einer Stirnfläche einer Sensorplatte des Drucksensors an der ersten Abstufung aufliegt.
- - Optionales Auflegen eines Zwischenrings auf eine der der Stirnfläche gegenüberliegenden Auflagefläche der Sensorplatte.
- - Verstemmen oder Rollieren der zweiten Abstufung, die axial oberhalb der Auflagefläche bzw. des Zwischenrings endet, sodass die Sensorplatte bzw. der Zwischenring an zumindest einem Punkt der zweiten Abstufung formschlüssig mit dem rohrförmigen Bauteil verbunden ist.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Bauteils mit einem integrierten Drucksensor wird ein wie zuvor beschriebenes erfindungsgemäßes rohrförmiges Bauteil mit Drucksensor hergestellt.
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Dabei stellt das Verstemmen oder auch das Rollieren einen besonders einfachen und kostengünstigen Fertigungsschritt dar, mit dem dennoch eine sichere formschlüssige Verbindung zwischen Drucksensor bzw. Sensorplatte oder Zwischenring und rohrförmigem Bauteil hergestellt werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung erfolgt das Verstemmen oder Rollieren derart, dass die Sensorplatte oder der Zwischenring an mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei oder mindestens vier Punkten der zweiten Abstufung über eine Verstemmung oder alternativ über eine umlaufende Verstemmung oder Rollierung formschlüssig mit dem rohrförmigen Bauteil verbunden ist.
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Durch die Verstemmung oder Rollierung an mehreren Punkten wird eine besonders sichere formschlüssige Verbindung zwischen Sensorplatte oder Zwischenring und rohrförmigem Bauteil hergestellt. Dabei können die mehreren Punkte, an denen die zweite Abstufung und die Sensorplatte oder der Zwischenring verstemmt werden, gleichmäßig über den Umfang der zweiten Abstufung verteilt sein. Wird eine Verstemmung oder Rollierung an mehreren Punkten vorgenommen, kann diese im Vergleich zu einer Verstemmung oder Rollierung umlaufend mit kleineren Kräften ausgeführt werden, so dass die Verformung von Sensorplatte oder Zwischenring und rohrförmigem Bauteil reduziert werden kann.
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Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:
- 1: ein perspektivisch dargestelltes, schematisches Schnittbild eines EPAs im Bereich des rohrförmigen Bauteils mit dem integrierten Drucksensor;
- 2: eine stirnseitige Ansicht eines EPA mit verbautem rohrförmigem Bauteil; und
- 3 eine Kupplung mit EPA.
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Im Folgenden wird der EPA unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente.
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In 1 ist ein Ausschnitt eines rohrförmigen Bauteils 1 dargestellt. Das rohrförmige Bauteil 1 kann aus einer Aluminiumlegierung gefertigt sein. In dem rohrförmigen Bauteil ist ein Drucksensor 2 angeordnet. Der Drucksensor 2 ist im Wesentlichen konzentrisch in dem rohrförmigen Bauteil 1 angeordnet. Das rohrförmige Bauteil 1 weist eine erste Abstufung 3 und eine zweite Abstufung 4 auf. Der Durchmesser der ersten Abstufung 3 ist geringer als der Durchmesser der zweiten Abstufung 4. Der Drucksensor 2 weist eine Sensorplatte 5 auf. Die Sensorplatte 5 liegt mit einer Stirnfläche auf einem ersten Absatz 6 der ersten Abstufung 3 auf. Auf einer der Stirnfläche gegenüberliegenden Auflagefläche der Sensorplatte 5 liegt ein Zwischenring 7. Die zweite Abstufung 4 weist eine axiale Länge auf, die größer als eine axiale Länge von der Stirnfläche bis zur Auflagefläche plus die Höhe des Zwischenrings 7 ist. Der Zwischenring 7 ist durch Verstemmungen 8 an einem zweiten Absatz 9 der zweiten Abstufung 4 formschlüssig mit dem rohrförmigen Bauteil 1 verbunden. Dazu ragt die zweite Abstufung 4 axial soweit über den Zwischenring 7, dass der zweite Absatz mit dem Zwischenring 7 verstemmt werden kann. Die Verstemmungen 8 sind gleichmäßig über den Umfang der zweiten Abstufung 4 verteilt. Bevorzugt können vier oder mehr Verstemmungen 8 oder entsprechende Rollierungen die formschlüssige Verbindung zwischen dem Zwischenring 7 und dem rohrförmigen Bauteil 1 herstellen.
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Durch die formschlüssige Verbindung ist die Sensorplatte 5 und somit der Drucksensor 2 in dem rohrförmigen Bauteil 1 des EPA 12 gesichert. Der Zwischenring 7 verhindert dabei, dass die empfindliche Sensorplatte 5 beim Verstemmen verformt wird. Somit kann die Messgenauigkeit des Drucksensors 2 gewährleistet werden.
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An der Stirnfläche ist ein Stutzen 10 angeordnet, der eine umlaufende Nut aufweist. In den Stutzen 10 ist ein O-Ring 11 eingelegt. Der O-Ring liegt dabei an einer äußeren Umfangsfläche der umlaufenden Nut und an einer inneren Umfangsfläche der ersten Abstufung 3 an.
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Mittels des O-Rings 11 wird eine mit Druck beaufschlagte Seite des rohrförmigen Abschnitts 1 abgedichtet. Damit wird ein unnötiger Druckverlust und ein Verlust von Druckmedium verhindert. Weiterhin ist ein Anschlussstück 13 des Drucksensors 2 ausgebildet und mit dem Drucksensor verbunden. Durch das Anschlussstück 13 kann eine Verbindung zum Auslesen der Werte des Drucksensors 2 geschaffen werden.
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2 zeigt schematisch eine stirnseitige Ansicht eines elektrischen Pumpenaktors (EPA) 12 mit verbautem rohrförmigem Bauteil 1. 3 zeigt sehr schematisch eine Kupplung 14, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, die von einem EPA 12 betätigt wird. Insbesondere wirkt der EPA 12 auf einen Ausrücker zum Ein- und Ausrücken der Druckplatte der Kupplung 14, indem über einen Elektromotor 15 des EPA 12 eine Hydraulikpumpe 16 angetrieben wird, die über eine nicht gezeigte hydraulische Leitung mit einem hydraulischen Arbeitszylinder verbunden ist. Elektromotor 15 und Hydraulikpumpe 16 dienen dabei als Volumenstromquelle, deren Volumenstrom durch eine Hydrauliksteuereinheit unter anderem in Abhängigkeit von Signalen des der hydraulischen Einrichtung zugeordneten Drucksensors 2 beeinflussbar ist. Der Arbeitszylinder rückt dabei ein Element der Kupplung, insbesondere eine Anpressplatte ein oder aus.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rohrförmiges Bauteil
- 2
- Drucksensor
- 3
- Erste Abstufung
- 4
- Zweite Abstufung
- 5
- Sensorplatte
- 6
- Erster Absatz
- 7
- Zwischenring
- 8
- Verstemmungen
- 9
- Zweiter Absatz
- 10
- Stutzen
- 11
- O-Ring
- 12
- Elektrischer Pumpenaktor (EPA)
- 13
- Anschlussstück
- 14
- Kupplung
- 15
- Elektromotor
- 16
- Hydraulikpumpe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5778671 A [0002]
- WO 2012/113368 A2 [0002]
- DE 20013779 U1 [0002]
- DE 102009005154 A1 [0002]
- DE 102014006556 B3 [0002]
