DE102019218441A1

DE102019218441A1 - Elektrisch ansteuerbares Antriebsaggregat

Info

Publication number: DE102019218441A1
Application number: DE102019218441.3A
Authority: DE
Inventors: Erwin Sinnl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2021-06-02
Also published as: JP2023503941A; US20230006519A1; JP7419528B2; KR20220103778A; CN114731094A; EP4066362A1; WO2021104717A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisch ansteuerbares Antriebsaggregat (10) aus einem Elektromotor (12) mit einem zu einer Rotationsbewegung antreibbaren Rotor (14) sowie einer drehfest mit dem Rotor (14) verbundenen Motorwelle (16) und einem Signalgeber (24) einer Sensoreinrichtung zur elektronischen Erfassung und Auswertung des Drehwinkels der Motorwelle (16). Der Signalgeber (24) ist mittelbar über ein Haltelement (28) an der Motorwelle (16) verankert.
Die Erfindung schlägt ein Haltelement (28) vor, das als Hohlzylinder ausgeführt ist, welcher ein offenes erstes Ende aufweist mit dem das Haltelement (28) an der Motorwelle (16) befestigt ist und welcher ein von der Motorwelle (16) abgewandt liegendes zweites Ende mit wenigstens einem in den offenen Querschnitt des Haltelements (28) hineinragenden Haltelementbereich (46) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisch ansteuerbares Antriebsaggregat nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Derartige Antriebsaggregate werden beispielsweise in elektronisch schlupfregelbaren Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen zum Antrieb eines Druckerzeugers im Rahmen einer Bremsdruckregelung verwendet. Eine elektrische Ansteuerung der Antriebsaggregate wird dabei von einem elektronischen Steuergerät der Bremsanlage vorgenommen. Im Falle der elektrischen Ansteuerung des Antriebsaggregats fördert der dadurch betätigte Druckerzeuger ein Druckmittel innerhalb eines Bremskreises von einem Vorratsbehälter der Bremsanlage zu angeschlossenen Radbremsen. Proportional zum geförderten Druckmittelvolumen baut sich in den Radbremsen daraufhin ein Bremsdruck auf.
Mit Hilfe zusätzlicher vom elektronischen Steuergerät ansteuerbarer Steuereinrichtungen kann dieser Bremsdruck radindividuell an die Schlupfverhältnisse angepasst werden, welche aktuell an den jeweils zugeordneten Rädern des Fahrzeugs vorherrschen. Durchdrehende Räder lassen sich darüber verhindern und folglich die Fahrstabilität eines Fahrzeugs verbessern. Zudem lassen sich Bremsvorgänge in Abhängigkeit der momentanen Verkehrssituation unabhängig vom Fahrer durchführen.
Das vom Druckerzeuger verdrängte Volumen an Druckmittel stellt bei diesen Steuer- und/oder Regelungsvorgängen eine maßgebliche Kenngröße dar, welche sich aus den Betätigungssignalen des Druckerzeugers bestimmen lässt. Vorhandene Sensoreinrichtungen erfassen hierfür den Drehwinkel des Rotors des Antriebsaggregats und leiten das gemessene Drehwinkelsignal an das elektronische Steuergerät zur Auswertung weiter.
Derartige Sensoreinrichtungen sind aufgebaut aus einem mit der Motorwelle umlaufenden Signalgeber und einem zugeordneten Signalempfänger, welcher demgegenüber ortsfest angeordnet ist.
Stand der Technik
Ein elektrisch ansteuerbares Antriebsaggregat nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 gehört zum Stand der Technik und ist beispielsweise in der DE 10 2017 218 648 A1 offenbart.
Ein solches Antriebsaggregat 10 ist im Übrigen auch in 1 dieser Patentanmeldung dargestellt. Dieses Antriebsaggregat 10 umfasst einen Elektromotor 12 mit einem zu einer Rotationsbewegung antreibbaren Rotor 14 sowie eine drehfest mit dem Rotor 14 verbundene Motorwelle 16. Der Rotor 14 ist konventionell aufgebaut und weist einen Eisenkern sowie mehrere darauf gewickelte und in Umfangsrichtung des Eisenkerns nebeneinanderliegend angeordnete Spulen auf. In bekannter Art und Weise bilden die Spulen im stromdurchflossenen Zustand Magnete aus, welche mit Magneten, die ortsfest an einer gegenüberliegenden Innenfläche eines Gehäuse 18 des Antriebsaggregats 10 angeordnet sind, derart zusammenwirken, dass Rotor 14 und Motorwelle 16 eine Rotationsbewegung ausführen. Die Motorwelle 16 ist dazu exemplarisch mittels Wälzlagern 20 im Gehäuse 18 drehbar gelagert. Gemäß 1 sind auf der Motorwelle 16 bespielhaft mehrere Exzenterelemente 22 angeordnet um nicht gezeigte Einrichtungen zu betätigen, die quer zur Motorwelle 16 angeordnet sind.
Das Detail X nach 1 zeigt einen Signalgeber 24 einer Sensoreinrichtung zur elektronischen Erfassung und Auswertung des Drehwinkels des Rotors 14. Dieser Signalgeber 24 ist an der vom Rotor 14 abgewandten Stirnfläche der Motorwelle 16 angeordnet. Er weist ein magnetisches Element 26 auf, das mittelbar über ein Haltelement 28 an der Motorwelle 16 befestigt ist. Das Halteelement 28 ist becherförmig ausgebildet und besteht aus magnetisch nichtleitendem Material. Von einem Boden des Haltelements 28 steht ein Dorn 30 ab, mit dem das Haltelement 28 in eine zugeordneten Zentrierbohrung 32 der Motorwelle 16 eingepresst und darin verklebt ist. An der dazu gegenüberliegenden Seite des Haltelements 28 ist eine sacklochartige, nach außen offene Aufnahme 34 ausgebildet, in welcher das magnetische Element 26 formschlüssig und nach außen bündig eingesetzt ist. Eine Fixierung des magnetischen Elements 26 in dieser Aufnahme 34 des Haltelements 28 erfolgt ebenfalls durch eine Klebeverbindung.
Unter Betriebsbedingungen dieses Antriebsaggregats wird der Rotor 14 oftmals stark beschleunigt oder verzögert. Die dabei auftretenden dynamischen, axialen und auch radialen Kräfte belasten die erläuterten Klebeverbindungen und können dazu führen, dass das magnetische Element 26 des Signalgebers 24 unerwünschte Relativbewegungen, insbesondere axial, zur Motorwelle 16 ausführt. Diese Relativbewegungen führen zu Ungenauigkeiten bei der Erfassung des zurückgelegten Drehwinkels der Motorwelle 16 und folglich zu eventuellen Fehlern in der elektrischen Ansteuerung des Elektromotors 12 des Antriebsaggregats 10 bzw. in der Regelung des verdrängten Druckmittelvolumens. Letzteres hat einen unerwünschten Einfluss auf die stattfindende Bremsdruckregelung.
Vorteile der Erfindung
Ein elektrisch ansteuerbares Antriebsaggregat nach den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass die Befestigung des Signalgebers an der Motorwelle ohne Klebeverbindungen auskommt. Damit werden Elastizitäten eliminiert und die Erfassung des Drehwinkelsignals erfolgt mit höherer Genauigkeit. Mit steigender Genauigkeit geht eine Verbesserung der elektrischen Ansteuerbarkeit des Antriebsaggregats einher und folglich eine Verringerung eventueller Abweichungen zwischen einem tatsächlich geförderten Druckmittelvolumen und einem gewünschten Sollwert. Davon abgesehen vereinfacht sich durch einen Entfall der Klebeverbindungen der Herstellprozess des Antriebsaggregats in einer Großserie und Fertigungszeit sowie -kosten können eingespart werden.
Erfindungsgemäß werden diese Vorteile durch ein Haltelement erreicht, das als Hohlzylinder ausgeführt ist, in dessen Innerem das magnetische Element eines Signalgebers aufgenommen ist. Der Hohlzylinder weist ein offenes erstes Ende auf, mit dem das Haltelement inklusive des darin eingesetzten magnetischen Elements an der Motorwelle befestigt ist sowie ein dazu gegenüberliegendes, zweites Ende mit Halteelementabschnitten, welche in den offenen Querschnitt des Hohlzylinders hineinragen. An diesen Halteelementabschnitten liegt das magnetische Element des Signalgebers an und ist dadurch gegen ein Herausfallen aus dem Haltelement gesichert.
Ein erfindungsgemäßes Haltelement lässt sich in einem Tiefziehverfahren kostengünstig herstellen und nimmt das magnetische Element des Signalgebers äußerst starr auf. Dadurch nimmt dieses magnetische Element über die Lebensdauer und unabhängig von den auftretenden Belastungen während eines Betriebs des Antriebsaggregats eine konstante Relativposition zum zugeordneten Signalempfänger ein.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und/oder aus der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteilhafterweise weist die Motorwelle an ihrem dem Halteelement zugewandten Ende einen Abschnitt auf, welcher in seinem Außendurchmesser gegenüber dem Außendurchmesser der Motorwelle zurückgenommenen ist. An diesem Abschnitt ist das hohlzylindrische Haltelement mit seinem offenen ersten Ende fixiert. Das Haltelement lässt sich auf einfache Art und Weise auf diesen Absatz der Motorwelle aufschieben und wird dabei gleichzeitig relativ zur Längsachse der Motorwelle zentriert. Anschließend wird es mittels einer ersten Schweißverbindung stoffschlüssig mit der Motorwelle verbunden. Ein Übergang vom Absatz zum Umfang der Motorwelle bildet eine Schulter aus, welche dem Haltelement als Axialanschlag bei dessen Montage auf die Motorwelle dient.
Die Koaxialität des Haltelements bzw. des Signalgebers gegenüber der Längsachse der Motorwelle sowie die Längentoleranz der Motorwelle-Haltelement-Einheit kann anhand der erläuterten konstruktive Maßnahmen an den Bauteilen in relativ engen Grenzen eingehalten werden.
In einer weiter vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist das magnetische Element des Signalgebers durch ein Bügelelement innerhalb des Halteelements ortsfest gehalten. Letzteres ist seinerseits durch eine zweite Schweißverbindung stoffschlüssig mit dem Halteelement verbunden. Die Schweißverbindung steigert die Verformungsfestigkeit der Einheit aus Haltelement, Signalgeber und Motorwelle und zudem gewährleistet das Bügelelement zusammen mit der zweiten Schweißverbindung selbst bei auftretenden Temperaturänderungen die Fixierung des magnetischen Elements im Haltelement. Das Bügelelement ermöglicht darüber hinaus die Einstellung eines konstanten Luftspalts zwischen einer Stirnfläche der Motorwelle und dem magnetischen Element. Mit dem Luftspalt wird der Magnetfluss in Richtung des Signalempfängers gelenkt, was der Signalstärke zugutekommt bzw. die Signalerfassung begünstigt.
Das Bügelelement ist kostengünstig, beispielsweise spanlos, produzierbar.
Figurenliste
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Zeichnung veranschaulicht und wird in nachfolgender Beschreibung detailliert erläutert.
Die Zeichnung umfasst insgesamt 3 Figuren, von denen

1 ein Antriebsaggregat nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 zeigt;
2 das Detail X nach 1 in erfindungsgemäßer Ausführung darstellt und
3 den Signalgeber nach 2 ohne darin eingesetztes magnetisches Element in perspektivischer Ansicht zeigt.

Beschreibung der Figuren
2 zeigt das Detail X nach 1 in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung. Dargestellt ist die Motorwelle 16 eines Antriebsaggregats 10 im Bereich ihres von einem Rotor 14 eines Elektromotors 12 (nicht gezeigt) abgewandten Endes. Gemäß 2 ist dieses Ende der Motorwelle 16 mit einem Signalgeber 24 einer Sensoreinrichtung bestückt.
Der Signalgeber 24 umfasst, wie bekannt, ein magnetisches Element 26, das mittels eines Halteelements 28 aus magnetisch nicht-leitendem Material an der Stirnseite der Motorwelle 16 befestigt ist. Das Haltelement 28 ist erfindungsgemäß als Hohlzylinder ausgeführt in dessen Innerem das magnetische Element 26 aufgenommen und mittels eines Bügelelements 36 fest verankert ist. Der Hohlzylinder weist ein offenes erstes Ende auf, mit dem er auf einen in seinem Außendurchmesser gegenüber einem Außendurchmesser der Motorwelle 16 zurückgenommenen Absatz 38 aufgeschoben ist. Ein Übergang vom Umfang der Motorwelle 16 zum Umfang des Absatzes 38 ist exemplarisch als rechtwinklige Schulter 40 ausgebildet. An dieser Schulter 40 liegt das Haltelement 28 mit einem umlaufenden, radial abstehenden Bund 42, welcher am offenen Ende dieses Haltelements 28 ausgebildet ist, an. Das Haltelement 28 ist über den Absatz 38 und dessen Schulter 40 konzentrisch zu einer Längsachse L der Motorwelle 16 ausrichtbar und wird nach seiner zunächst formschlüssigen Befestigung an der Motorwelle 16 mittels einer ersten Schweißverbindung 44 zusätzlich stoffschlüssig mit dieser Motorwelle 16 verbunden. Diese Schweißverbindung 44 ist in 2 anhand einer ringförmig umlaufenden Schweißnaht ausgebildet, alternativ könnten jedoch auch umlaufend mehrere aufeinanderfolgende Schweißpunkte oder Schweißnahtabschnitte vorgesehen werden.
Das dem offenen ersten Ende des Haltelements 28 gegenüberliegende und demnach von der Motorwelle 16 abgewandt liegende zweite Ende des Haltelements 28 bildet Halteelementbereiche 46 aus, welche in den offenen Querschnitt des hohlzylindrischen Haltelements 28 hineinragen und sich beispielsweise quer über den gesamten offenen Querschnitt des Haltelements 28 erstrecken können. An den Haltelementbereichen 46 liegt das magnetische Element 26 des Signalgebers 24 axial an und ist demnach mechanisch gegen ein Herausfallen aus dem Inneren des Haltelements 28 gesichert.
Zu einer axialen Fixierung des magnetischen Elements 26 innerhalb des Haltelements 28 dient ein Bügelelement 36. Letzteres ist unter radialer Vorspannung in das Haltelement 28 eingesetzt und geht mit dem magnetischen Element 26 zudem eine formschlüssige Verbindung ein.
Das Bügelelement 36 ist bevorzugt aus einem rechteckigen Blechstreifen hergestellt und u-förmig gebogen. Dementsprechend weist das Bügelelement 36 eine Basis 48 auf, welche die im Inneren des Halteelements 28 liegende Stirnfläche des magnetischen Elements 26 überspannt und weist darüber hinaus an beiden Enden dieser Basis 48 ausgebildete und rechtwinklig davon in dieselbe Richtung abstehende Schenkel 50 auf. Am magnetischen Element 26 sind an dessen Umfang nutförmige Ausnehmungen 52 ausgebildet, welche sich in Richtung der Längsachse L der Motorwelle 16 ausgehend von der innenliegenden Stirnfläche des magnetischen Elements 26 bis kurz vor dessen gegenüberliegende Stirnfläche erstrecken. In einer jeden Ausnehmung 52 liegt einer der Schenkel 50 des Bügelelements 36 ein.
Das Bügelelement 36 ist mit dem Halteelement 28 stoffschlüssig durch eine zweite Schweißverbindung 54 verbunden. Die Schweißnaht dieser zweiten Schweißverbindung 54 ist gemäß der 2 umlaufend ringförmig ausgestaltet, kann alternativ aber auch aus mehreren in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Schweißnahtabschnitten oder aus mehreren Schweißpunkten bestehen. Das magnetische Element 26 des Signalgebers 24 ist somit zwischen dem Haltelementbereich 46, welcher in den offenen Querschnitt des hohlzylindrischen Halteelements 28 hineinragt und dem Bügelelement 36 gehalten.
Zwischen der im Inneren des Haltelements 28 gelegenen Stirnfläche des magnetischen Elements 26 und einer zugewandten Stirnfläche der Motorwelle 16 besteht ein axialer Abstand und damit ein Luftspalt 56, welcher eine Beeinflussung des magnetischen Flusses des magnetischen Elements 26 durch die Motorwelle 16 zumindest weitgehend ausschließt.
2 zeigt das erläuterte Haltelement 28 nochmals in einer perspektivischen Darstellung. Einander entsprechende Bauteile oder Bauteilabschnitte sind in den 2 und 3 der Einfachheit halber mit denselben Bezugszeichen versehen. In der 3 ist allerdings das magnetische Element des Signalgebers 24 nicht gezeigt um die Ausbildung des Haltelements 28 sowie des Bügelelements 36 besser zeigen zu können.
Der in den offenen Querschnitt des Haltelements 28 hineinragende Haltelementbereich 46 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als Quersteg ausgebildet, welcher sich über den gesamten Öffnungsquerschnitt des Haltelements 28 erstreckt und diesen Öffnungsquerschnitt in zwei voneinander getrennte Teilöffnungsquerschnitte 58 unterteilt. Prinzipiell ist es denkbar mehrere solcher Querstege vorzusehen und den Öffnungsquerschnitt des Haltelements 28 in weitere Teilöffnungsquerschnitte zu unterteilen.
Selbstverständlich sind Änderungen oder Ergänzungen am beschriebenen Ausführungsbeispiel denkbar, ohne vom eingangs erläuterten Grundgedanken der Erfindung nach Anspruch 1 abzuweichen.
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 102017218648 A1 [0006]

Claims

Elektrisch ansteuerbares Antriebsaggregat (10) mit einem Elektromotor (12), insbesondere mit einem elektronisch kommutierten Elektromotor, der einen zu einer Rotationsbewegung antreibbaren Rotor (14) und eine drehfest mit dem Rotor (14) verbundene Motorwelle (16) aufweist und mit einem an der Motorwelle (16) angeordneten Signalgeber (24) einer Sensoreinrichtung zur elektronischen Erfassung und Auswertung des Drehwinkels der Motorwelle (16), welcher ein Halteelement (28) sowie ein am Halteelement (28) angeordnetes magnetisches Element (26) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltelement (28) als Hohlzylinder ausgeführt ist, in dessen Innerem das magnetisches Element (26) gehalten ist, wobei das Haltelement (28) ein offenes erstes Ende aufweist mit dem das Haltelement (28) mit dem magnetischen Element (26) an der Motorwelle (16) befestigt ist und wobei das Haltelement (28) ein von der Motorwelle (16) abgewandt liegendes zweites Ende mit wenigstens einem in den offenen Querschnitt des Haltelements (28) hineinragenden Haltelementbereich (46) aufweist, an welchem das magnetische Element (26) anliegt.
Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (16), an ihrem dem Halteelement (28) zugewandten Ende, einen in seinem Außendurchmesser gegenüber einem Außendurchmesser der Motorwelle (16) zurückgenommenen Absatz (38) aufweist, an dem der Signalgeber (24) mit dem offenen Ende seines Haltelements (28) befestigt ist.
Antriebsaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang vom Absatz (38) der Motorwelle (16) zum Umfang der Motorwelle (16) eine Schulter (40) ausbildet, an welcher das Haltelement (28) anliegt.
Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Element (26) des Signalgebers (24) mittels eines Bügelelements (36) im Inneren des Haltelements (28) befestigt ist, wobei dieses Bügelelement (36) eine den Querschnitt des magnetischen Elements (26) überspannende Basis (48) sowie mit der Basis (48) verbundene Schenkel (50) aufweist, welche sich am Umfang des magnetischen Elements (26) in Richtung einer Längsachse L der Motorwelle (16) erstrecken.
Antriebsaggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bügelelement (36) mit dem Haltelement (28) stoffschlüssig verbunden ist, insbesondere durch eine erste Schweißverbindung (44), welche sich wenigstens abschnittsweise in Umfangsrichtung des Haltelements (28) erstreckt.
Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltelement (28) mit der Motorwelle (16) stoffschlüssig verbunden ist, insbesondere durch eine zweite Schweißverbindung (54), welche sich wenigstens abschnittsweise in Umfangsrichtung des Haltelements (28) erstreckt.
Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Halteelementbereich (46) des Halteelements (28) als Quersteg ausgebildet ist, welcher den offenen Querschnitt des Haltelements (28) in mehrere Teilöffnungsquerschnitte (58) unterteilt.
Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Element (26) des Signalgebers (24) zwischen dem Halteelementbereich (46) des Halteelements (28) und der Basis (48) des Bügelelements (36) festgelegt ist.
Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erstreckung des Haltelements (28) und eine Erstreckung des magnetischen Elements (24) jeweils in Richtung einer Längsachse L der Motorwelle (16) derart aufeinander abgestimmt sind, dass in dem auf die Motorwelle (16) montierten Zustand des Signalgebers (24) zwischen der Stirnfläche der Motorwelle (16) und der dieser Motorwelle (10) zugewandten Stirnfläche des magnetischen Elements (24) ein Luftspalt (56) besteht.