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Die Erfindung betrifft eine elektronisch kommutierte Maschine nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, eine elektronisch schlupfregelbare Bremsanlage mit einer elektronisch kommutierten Maschine nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruch 10 und Verfahren zur Herstellung einer elektronisch kommutierten Maschine nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 11 oder des Anspruchs 12.
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Elektronisch kommutierte Maschinen werden beispielsweise in elektronisch schlupfregelbaren Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen als Antriebsaggregate eingesetzt, um einen Druckerzeuger im Rahmen einer Bremsdruckregelung anzutreiben. Eine elektrische Ansteuerung der Maschinen wird dabei von einem elektronischen Steuergerät der Bremsanlage bedarfsangepasst vorgenommen. Im Falle der elektrischen Ansteuerung fördert der Druckerzeuger ein Druckmittel innerhalb eines Bremskreises. Proportional zum geförderten Druckmittelvolumen baut sich daraufhin in angeschlossenen Radbremsen ein Bremsdruck auf. Mit Hilfe zusätzlicher, vom elektronischen Steuergerät ansteuerbarer Ventileinrichtungen kann dieser Bremsdruck radindividuell an die Schlupfverhältnisse angepasst werden, welche aktuell an den jeweils zugeordneten Rädern des Fahrzeugs vorherrschen. Blockierende Räder während eines Bremsvorgangs lassen sich somit verhindern und folglich die Fahrstabilität eines Fahrzeugs verbessern. Zudem lassen sich Bremsvorgänge in Abhängigkeit der momentanen Verkehrs- oder Fahrsituation unabhängig vom Fahrer durchführen.
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Das vom Druckerzeuger in den Bremskreis verdrängte Volumen an Druckmittel stellt bei diesen Regelungsvorgängen eine maßgebliche Steuergröße dar. Sie kann aus den Betriebsparametern des Antriebaggregats ermittelt werden. Vorhandene Sensoreinrichtungen erfassen hierfür den Drehwinkel und/oder die Drehzahl des Rotors des Antriebsaggregats und leiten das gemessene Signal an das elektronische Steuergerät zu einer dahingehend rechnerischen Auswertung weiter.
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Bekannte Sensoreinrichtungen sind aufgebaut aus einem mit der Rotorwelle umlaufenden Signalgeber und einem ortsfest angeordneten Signalempfänger. Die Signalgeber umfassen wenigstens ein Magnetelement, das mit Hilfe eines Halteelements an der Rotorwelle des Antriebsaggregats drehfest befestigt ist.
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Stand der Technik
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Eine elektronisch kommutierte Maschine 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. Bei der bekannten Maschine handelt es sich um ein Antriebsaggregat für einen Druckerzeuger einer elektronisch schlupfregelbaren Fahrzeugbremsanlage, welches in der
1 dieses Dokuments in einer Seitenansicht dargestellt ist.
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Das bekannte Antriebsaggregat (10) umfasst einen elektronisch kommutierten Elektromotor (12) mit einem zu einer Rotationsbewegung antreibbaren Rotor (14) sowie eine drehfest mit diesem Rotor (14) verbundene Rotorwelle (16). Der Rotor (14) ist konventionell aufgebaut und weist einen Eisenkern sowie mehrere in Umfangsrichtung dieses Eisenkerns nebeneinanderliegend angeordnete Permanentmagnete auf.
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In bekannter Art und Weise wirken die Magnetfelder dieser Permanentmagnete mit den Magnetfeldern von elektrischen Spulen eines Stators zusammen. Der Letztere umfasst dazu ein Gehäuse (18), welches auf seiner den Permanentmagneten gegenüberliegenden Innenfläche mit den elektrischen Spulen bestückt ist. Aufgrund der Wechselwirkung zwischen den Magnetfeldern führen der Rotor (14) und die Rotorwelle (16) eine gemeinsame Rotationsbewegung aus.
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Die Rotorwelle (16) ist exemplarisch mittels Wälzlagern (20) im Gehäuse (18) des Antriebsaggregats (10) drehbar gelagert. Gemäß 1 sind auf der Rotorwelle (16) bespielhaft mehrere Exzenterelemente (22) angeordnet um nicht gezeigte Einrichtungen, bspw. Kolbenpumpen, welche quer zur Längsachse L der Rotorwelle (16) angeordnet sind, zu betätigen.
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Das Detail II nach 1 zeigt einen Signalgeber (24) einer Sensoreinrichtung zur elektronischen Erfassung und Auswertung des Drehwinkels und/oder der Drehzahl des Rotors (14) bzw. der Rotorwelle (16). Dieser Signalgeber (24) ist an dem vom Rotor (14) abgewandten Ende der Rotorwelle (16) angeordnet. Er weist ein Magnetelement (26) auf, das mittelbar über ein Haltelement (28) an der Rotorwelle (16) befestigt ist. Das Halteelement (28) ist tassenförmig ausgebildet und hat einen abstehenden Dorn (30), mit dem es in eine zugeordnete Zentrierbohrung (32) der Rotorwelle (16) eingepresst und darin verklebt ist (Klebverbindung nicht erkennbar). An der dazu gegenüberliegenden Seite des Haltelements (28) ist eine sacklochartige, nach außen offene Aufnahme (34) ausgebildet, in welcher das Magnetelement (26) außenbündig eingesetzt ist. Eine Fixierung des Magnetelements (26) in der Aufnahme (34) des Haltelements (28) erfolgt ebenfalls durch eine Klebeverbindung (nicht erkennbar).
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Unter Betriebsbedingungen dieses Antriebsaggregats wird der Rotor (14) oftmals stark beschleunigt oder verzögert. Dabei sind die Klebeverbindungen hohen dynamischen Belastungen ausgesetzt und damit entsprechend störanfällig. Eine Befestigung des Magnetelements am Halteelement unterliegt aufgrund der Klebeverbindungen einer gewissen Elastizität, wodurch die Messtoleranz bei einer Erfassung der Sensorposition bzw. des Drehwinkels verhältnismäßig groß ist. Abgesehen davon erfordern Klebeverbindungen in einer Serienfertigung einen hohen Aufwand an betreuungsintensiven Einrichtungen beispielsweise für eine Dosierung und Aushärtung eines Klebers. Das notwendige Haltelement und die Zentrierbohrung an der Rotorwelle verursachen weitere Kosten.
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Vorteile der Erfindung
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Eine elektronisch kommutierte Maschine nach den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass die Befestigung des Magnetelements an der Rotorwelle nunmehr kraft- bzw. formschlüssig und nicht mehr stoffschlüssig erfolgt und damit starrer als beim beschriebenen Stand der Technik ausgeführt ist. Im Ergebnis erfolgt eine Erfassung des Drehwinkelsignals bzw. der Rotordrehzahl mit höherer Genauigkeit, was letztlich mit einer Verbesserung der elektrischen Ansteuerbarkeit der Maschine und folglich mit einer Verringerung eventueller Abweichungen zwischen einem tatsächlich geförderten Druckmittelvolumen und einem gewünschten Sollwert bzw. zwischen dem eingestellten Bremsdruck und dem Soll-Bremsdruck einhergeht. Weiterhin verkürzt sich der Herstellprozess der Maschine, da keine Zeiten zu einer notwendigen Vorbereitung der Klebestellen oder zu einer Aushärtung eines Klebstoffs abgewartet werden müssen. Dosiereinrichtungen für einen Klebstoff oder evtl. notwendige UV-Bestrahlungseinrichtungen zu einer Aushärtung dieses Klebstoffs werden eingespart. Zudem ist ein kraft-/form-schlüssiger Befestigungsvorgang prozesstechnisch einfacher zu überwachen.
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Vorgeschlagen wird eine Befestigung des Halteelements für das Magnetelement an der Rotorwelle mittels eines Klemmkörpers, der zudem mit Fixiermitteln für das Magnetelement versehen ist.
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Als möglicher Klemmkörper eignet sich beispielsweise ein dahingehend weitergebildeter Toleranzring aus Federstahl, der in einem Spalt zwischen einer Innenkontur des Haltelements und einer Außenkontur der Rotorwelle einliegt. Ein solcher Toleranzring ermöglicht die Verwendung einer kostengünstigeren Rotorwelle mit durchgehend konstantem Wellendurchmesser. Aufgrund des vorhandenen Klemmkörpers vergrößern sich die radialen Abmessungen eines Haltelements, welches somit einen größeren Einbauraum für ein Magnetelement zur Verfügung stellt. Entsprechend größere und den Querschnitt der Rotorwelle überragende Magnetelemente bieten stärkere und homogenere Magnetfelder, die vom Signalempfänger einfacher erfasst und ausgewertet werden können. Eine Feststellung des zurückgelegten Drehwinkels bzw. der Drehzahl der Rotorwelle ist damit mit höherer Präzision durchführbar bzw. es sind kostengünstigere Signalempfänger und Magnetelemente gröberer Toleranz einsetzbar. Letzteres wiederum vereinfacht die gegenseitige Tauschbarkeit von Komponenten wie z.B. Steuergerät und elektrischer Maschine.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und/oder aus der nachfolgenden Beschreibung.
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Erfindungsgemäß weist der Klemmkörper Fixiermittel auf. Ein vorgesehenes erstes Fixiermittel greift an einer Stirnseite des Magnetelements an und legt dieses Magnetelement mit axialer Vorspannung an einem Boden eines nunmehr einfacher gestalteten, becherförmig ausgebildeten Halteelements an, während ein zweites Fixiermittel das Magnetelement bspw. an einer Abflachung des Magnetelements anliegt oder in eine zur Stirnseite des Magnetelements hin offene Ausnehmung eingreift und dieses Magnetelement damit drehfest am Haltelement festlegt. Die Fixiermittel sind kostengünstig in einem Stück, bevorzugt nur an einer dem Magnetelement zugewandten Seite des Klemmkörpers ausgebildet und jeweils entlang des Umfangs dieses Klemmkörpers verteilt angeordnet. Sie erstrecken sich in Längsrichtung oder in Radialrichtung des Klemmkörpers und sind beispielsweise durch entsprechende Umformung von am Klemmkörper auszubildenden Zungen einfach darstellbar. Anzahl, Gestalt und Anordnung bzw. Positionierung der Fixiermittel am Klemmkörper sind bedarfsgerecht wählbar. Der Klemmkörper hat, zumindest im montierten Zustand die Form einer Hülse. Diese Hülse kann umfangseitige geschlitzt ausgeführt sein und lässt sich dadurch einfach und kostengünstig bspw. durch Stanzen und Prägen eines Blechstreifens herstellen.
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Figurenliste
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung detailliert erläutert.
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Die Zeichnung umfasst insgesamt 2 Figuren, in denen einander entsprechende Bauteile durchgängig mit einheitlichen Bezugszeichen versehen worden sind.
- 1 zeigt die wesentlichen Komponenten einer aus dem Stand der Technik bekannten und in der Beschreibungseinleitung erläuterten elektronisch kommutierten Maschine im Längsschnitt.
- 2 zeigt Detail II nach 1 in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung anhand einer 3D-Darstellung.
- 3 stellt eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Lösung bei abgenommenen Haltelement dar.
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Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung
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2 zeigt ein mit einem Signalgeber (24) bestücktes Ende einer Rotorwelle (16) einer elektronisch kommutierten Maschine. Dieses Ende liegt einem nicht gezeichneten, zweiten Ende gegenüber, auf welchem ein Rotor dieser elektrischen Maschine angebracht ist (siehe 1). Die Rotorwelle (16) hat durchgängig einen konstanten Außendurchmesser und ist senkrecht zur Längsachse L abgestochen, weist also eine senkrecht zu dieser Längsachse L ausgerichtete Wellenstirnseite auf. Ein Übergang von der Wellenstirnseite zu einem Wellenumfang ist als umlaufende Fase ausgebildet, könnte alternativ jedoch auch abgerundet ausgeführt sein.
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Am dargestellten Ende der Rotorwelle (16) ist ein Klemmkörper (40) in Gestalt eines Toleranzrings angebracht. Dieser ist als zylindrische Hülse ausgeführt, welche umfangseitig geschlossen oder umfangseitig geschlitzt ausgeführt sein kann. Geschlitzte Hülsen lassen sich kostengünstiger durch Biegen eines Blechstreifens herstellen. In Richtung der Längsachse L der Rotorwelle (16) betrachtet, gliedert sich der Klemmkörper (40) in einen rotorseitigen ersten Klemmkörperabschnitt (40a), welcher unter einer einstellbaren radialen Vorspannung am Außenumfang der Rotorwelle (16) bündig anliegt. Dieser erste Klemmkörperabschnitt (40a) geht in einen Mittenabschnitt (40b) über, an dem Ausformungen (42) ausgebildet sind, welche nach radial außen vom Klemmkörper (40) abstehen. Beim Ausführungsbeispiel sind mehrere solcher Ausformungen (42) entlang des gesamten Umfangs des Klemmkörpers (40) in regelmäßigen Abständen nebeneinander angeordnet. Beispielhaft sind diese Ausformungen untereinander gleich gestaltet und parallel zueinander ausgerichtet. Die Ausformungen (42) haben einen trapezförmigen Querschnitt mit einem weitgehend plan ausgeführten Grund, welcher über eine umlaufende Abschrägung an den restlichen Klemmkörper physisch angebunden ist. Die Ausformungen (42) erstrecken sich hauptsächlich in Richtung der Längsachse L der Rotorwelle (16) bzw. des Klemmrings (40). Zwischen den jeweiligen Ausformungen (42) und dem Außenumfang der Rotorwelle (16) ist ein Luftraum eingeschlossen, durch welchen die Ausformungen (42) dem Klemmkörper (40) eine Elastizität in Radialrichtung verleihen.
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An den Mittenabschnitt (40b) des Klemmkörpers (40) schließt sich ein Endabschnitt (40c) an, welcher in Richtung der Längsachse L wiederum in mehrere Axialbereiche untergliedert ist. Ein benachbart zum Mittenabschnitt angeordneter erster Axialbereich (44) liegt erneut bündig und unter einer wählbaren radialen Vorspannung am Umfang der Rotorwelle (16) an, während ein sich anschließender, vom Mittenbereich abgewandter, zweiter Axialbereich (46) über das Ende der Rotorwelle (16) hinausragt. Der Endabschnitt (40c) hat insgesamt etwa die Länge des Mittenabschnitts (40b) des Klemmkörpers (40) und ist in Richtung der Längsachse L der Rotorwelle (16) betrachtet, länger als der erste Axialbereich (44) ausgebildet. An dem über die Rotorwelle (16) hinausragenden zweiten Axialbereich (46) sind Fixiermittel (50, 52) in einem Stück mit dem Klemmkörper (40) ausgebildet. Bei diesen Fixiermitteln (50, 52) handelt es sich um zungenförmige Fortsätze des Klemmkörpers (40). Ein erstes Fixiermittel (50) erstreckt sich rechtwinklig nach innen bzw. steht radial vom Umfang des Klemmkörpers (40) nach innen ab, während ein zweites Fixiermittel (52) achsparallel zur Längsachse L ausgerichtet ist. Zwischen dem nach innen weisenden ersten Fixiermittel (50) und der Stirnseite der Rotorwelle (16) besteht im dargestellten, montierten Zustand des Signalgebers (24) in Richtung der Längsachse L ein axialer Abstand bzw. Spalt. Erste und zweite Fixiermittel (50, 52) sind jeweils in einer anwendungsspezifisch festlegbaren Mehrzahl entlang des Umfangs des Klemmkörpers (50) nebeneinander angeordnet. Eine abwechselnde Anordnung der Fixiermittel (50, 52) ist dabei nicht zwingend erforderlich. Die radial nach innen weisenden ersten Fixiermittel (50) lassen sich beispielsweise durch einfaches Umlegen einzelner dieser zungenförmigen Fortsätze entlang des Umfangs des Klemmkörpers (40) herstellen.
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Aufgabe der Fixiermittel (50, 52) ist es, das Magnetelement (26) des Signalgebers (24) im Inneren eines becherförmigen Halteelements (28) kraft- bzw. formschlüssig derart festzulegen, dass dieses Magnetelement (26) relativ zu diesem Halteelement (28) keine Translationsbewegungen in axialer Richtung sowie keine Rotationsbewegungen im Umfangsrichtung ausführen kann und dies ohne dass eine stoffschlüssige Fixierung des Magnetelements (26) notwendig ist.
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Das Magnetelement (26) ist hierfür weitgehend zylindrisch gestaltet und weist senkrecht zur Längsachse L ausgerichtete planparallele Stirnseiten auf. An der dem Ende der Rotorwelle (16) zugewandte Stirnseite greifen die ersten Fixiermittel (50) des Klemmkörpers (40) an und legen das Magnetelement (26) mit seiner dazu gegenüberliegenden Stirnseite an einem Boden (54) des becherförmigen Halteelements (28) mit einer einstellbaren axialen Vorspannung an. Am Umfang des Magnetelements (26) sind Paare von einander gegenüberliegenden, planen Schlüsselflächen (56) ausgebildet, an denen die zweiten Fixiermittel (52) des Klemmkörpers (40) angreifen, so dass potenzielle Rotationsbewegung des Magnetelements (26) relativ zum Halteelement (28) nicht mehr möglich sind. Anstelle von Schlüsselflächen (56) könnte das Magnetelement (26) beispielsweise auch axial ausgerichtete Ausnehmungen aufweisen, in welche die Fixiermittel (52) eingreifen.
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Das Halteelement (28) als solches ist, wie oben erwähnt, becherförmig ausgebildet und weist einen zylindrischen Schaft (58) sowie einen an einem Ende dieses Schafts (58) ausgebildeten Boden (54) auf. Ein Innendurchmesser des Halteelements (28) ist auf einen Außendurchmesser des Klemmkörpers (40) im Bereich der Ausformungen (42) derart abgestimmt, dass sich durch ein Aufschieben des Haltelements (28) auf den Klemmkörper (40) zwischen diesem Haltelement (28) und dem Klemmkörper (40) einerseits sowie zwischen dem Klemmkörper (40) und der Rotorwelle (16) andererseits Radialkräfte einstellen, welche das Halteelement (28) axial- und drehfest am Klemmkörper (40) und den Klemmkörper (40) gleichzeitig axial- und drehfest an der Rotorwelle (16) fixieren. Die wirksamen Radialkräfte sind durch eine gegenseitige Abstimmung der Innen- bzw. Außenabmessungen des Haltelements (28), des Klemmkörpers (40) und der Rotorwelle (16) konstruktiv einstellbar. Im endgültig montierten Zustand des Signalgebers (24) überdeckt der Schaft (58) des Halteelements (58) den Klemmkörper (40) umfangseitig. Der Boden (54) kann den gesamten Querschnitt des Halteelements (58) überdecken und damit das im Inneren dieses Haltelements (28) angeordnete Magnetelement (26) vor Beschädigungen und/oder Verschmutzung schützen oder es können bei Bedarf Durchbrüche am Boden (54) vorgesehen werden. Das becherförmige Haltelement (28) ist im Übrigen ebenso wie der Klemmkörper (40) aus nicht-ferromagnetischem Material gefertigt, um das Magnetfeld des Magnetelements (26) nicht zu schwächen bzw. zu beeinflussen.
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3 zeigt den Signalgeber (24) bei abgenommenem Halteelement (28) von oben. Erkennbar ist das im Wesentlichen zylindrisch ausgebildete Magnetelement (26) mit seinen einander gegenüberliegenden planen Schlüsselflächen (56). Die Fixiermittel (52) liegen an diesen Schlüsselflächen (56) formschlüssig an und sichern das Magnetelement (26) gegen eine Rotation um die Längsachse L, welche senkrecht zur Zeichenebene verläuft und deshalb lediglich als Schnittpunkt der Mittellinien durch das Magnetelement (26) zu erkennen ist. Gestrichelt gezeichnet, da vom Magnetelement (26) verdeckt, sind die ersten Fixiermittel (50), welche auf der nicht sichtbaren unteren Stirnseite des Magnetelements (26) anliegen und das Magnetelement (26) kraftschlüssig in der Zeichenebene nach oben drücken und dieses Magnetelement (26) dadurch axialfest im Inneren des in dieser 3 abgenommenen Haltelements (28) festlegen. Es sind insgesamt vier erste Fixiermittel (50) und zwei zweite Fixiermittel (52) gezeichnet, wobei sowohl die Anzahl als auch die dargestellte relative Anordnung der Fixiermittel (50, 52) zueinander lediglich beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehen ist.
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Zu einer Montage des Signalgebers (24) auf der Rotorwelle (16) sind verschiedene Methoden vorstellbar.
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Eine erste Methode sieht vor, zunächst den Klemmkörper (40) auf die Rotorwelle (16) bis kurz vor eine vorgesehene Endposition axial aufzuschieben, dann das Magnetelement (26) mittels den Fixiermitteln (50, 52) des Klemmkörpers (40) an diesem Klemmkörper (40) anzubringen und schließlich das becherförmige Halteelement (28) auf die Baugruppe aus Klemmkörper (40) und Magnetelement (26) aufzuschieben. Nun wird das Haltelement (28) mitsamt dem Klemmkörper (40) und dem Magnetelement (26) auf Maß auf die Rotorwelle (16) aufgepresst und damit die Endposition des Signalgebers (24) auf der Rotorwelle (16) eingestellt.
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Eine alternative zweite Methode sieht vor, zunächst den Signalgeber (24) herzustellen und daran anschließend diesen vormontierten Signalgeber (24) an der Rotorwelle (16) zu befestigen. Dazu wird zunächst das Magnetelement (26) am Klemmkörper (40) angebracht und danach diese Baugruppe auf Anschlag des Magnetelements (26) am Boden (54) in das Halteelement (28) des Signalgebers (24) eingesetzt. Anschließend wird der Signalgeber (24) dann als Baueinheit auf die Rotorwelle (16) aufgepresst bis er seine Endposition eingenommen hat.
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Selbstverständlich sind über diese Offenbarung hinausgehende Änderungen oder Ergänzungen vorstellbar, ohne vom Grundgedanken der erläuterten Erfindung abzuweichen. Dieser Grundgedanke besteht unter anderem darin, einen Signalgeber (24) durch Kraft- und/oder Formschluss an einer Rotorwelle (16) dreh- und axialfest derart anzuordnen, dass dazu auf eine aufwändig herzustellende Klebeverbindung verzichtet werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017218648 A1 [0005]
