-
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine, sowie auf ein Verfahren zum Herstellen einer solchen elektrischen Maschine nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
-
Stand der Technik
-
In der
DE 10 2005 062 784 A1 wird ein Elektromotor mit einer Magnetanordnung an der Stirnseite der Motorwelle beschrieben, die die Funktion einer Positionserfassungseinrichtung zur Ermittlung der aktuellen Winkellage der Motorwelle hat. Die Magnetanordnung befindet sich axial gegenüberliegend zu einem abtriebsseitigen Ritzel auf der Motorwelle und umfasst einen topfförmig ausgebildeten Magnethalter, der im Spritzgussverfahren hergestellt und auf die Stirnseite der Motorwelle aufgesetzt ist. In den Magnethalter ist ein Magnetelement eingebettet, dessen Magnetfeld beim Umlaufen der Motorwelle von einem gehäuseseitigen Sensor erfasst wird.
-
Die
DE 10 2015 226 054 A1 weist ein auf der Motorwelle angeordnetes Ritzel auf, über das die Kraft- bzw. Momentenübertragung zwischen einem Elektromotor und beispielsweise einem Getriebe erfolgt. Zur Erfassung der aktuellen Winkellage der Motorwelle ist eine Magnetanordnung mit einem Sensormagneten drehfest mit dem Ritzel verbunden. Die Magnetanordnung ist Bestandteil einer Positionserfassungseinrichtung, die zusätzlich einen gehäuseseitigen Sensor - beispielsweise auf einer Elektronikplatine - zur Sensierung des sich drehenden Magnetfeldes des Sensormagneten umfasst.
-
Bei diesen Ausführungen ist der Sensormagnet jeweils axial an der axialen Außenseite des Lagerschilds auf der Rotorwelle angeordnet. Der Magnetsensor ist separat vom Rotor und dem Lagerschild am Motorgehäuse bzw. an der Elektronikeinheit befestigt. Das hat den Nachteil, dass ein relativ großer axialer Bauraum zur Verfügung gestellt werden muss, und die Rotorlage-Erfassung erst nach der kompletten Montage des Elektromotors geprüft werden kann. Diese Nachteile sollen durch die erfindungsgemäße Lösung behoben werden.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vorteile der Erfindung
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass durch die Befestigung des Signalsensors unmittelbar an der Innenseite des Lagerschilds die gesamte Rotorlage-Erfassung vollständig innerhalb des fertig montierten Motors angeordnet ist. Dadurch kann einerseits axialer Bauraum eingespart werden, der entsprechend für den Anschluss einer Getriebeeinheit oder einer Pumpeneinheit genutzt werden kann. Andererseits ist die kompakte Ausführung der Rotorlage-Erfassung auch dazu geeignet, das Sensorsystem in der vormontierten Baugruppe, bestehend aus Rotor und Lagerschild, abschließend testen zu können. Durch die Befestigung der Sensorikplatine mittels Federelementen kann auf Klebeprozesse oder thermische Verbindungsverfahren verzichtet werden, welche fertigungstechnisch immer aufwändig zu handhaben sind. Die Federelemente sind sehr robust auch bezüglich Temperaturschwankungen und Alterungserscheinungen. Außerdem können für die Federelemente standardisierte Bauteile verwendet werden, die bereits erprobt sind und auf dem Markt erwerbbar sind. Die Ausbildung der radialen Fortsätze an der Sensorikplatine erfordert fertigungstechnisch keinen Mehraufwand und beansprucht hier keinen zusätzlichen Bauraum.
-
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen vorgegebenen Ausführungen möglich. Die Federelemente sind vorteilhaft als Federbügel ausgebildet, deren freie Schenkel im Lagerschild verclipst oder verrastet werden. Dazu sind als Aufnahmen für die Federelemente im Lagerschild besonders günstig Durchgangslöcher ausgestanzt, in die in Axialrichtung die freien Enden der Schenkel eingefügt werden, um sich im Lagerschild zu verspannen.
-
Dabei liegen die Bügel, die jeweils die beiden freien Schenkel des Federelements verbinden, axial an den radialen Fortsätzen der Sensorikplatine an, um diese axial gegen das Lagerschild zu drücken. Mit diesen Federbügeln kann die Sensorikplatine an der axialen Innenseite des Lagerschilds befestigt werden, bevor das Lagerschild in das Statorgehäuse eingepresst wird.
-
Eine besonders robuste Befestigung der Sensorikplatine wird dadurch ausgebildet, dass die freien Enden der Schenkel vollständig durch die Durchgangslöcher axial hindurchragen, und sich an der axial gegenüberliegenden Seite des Lagerschilds verkrallen. Dadurch wird insbesondere bezüglich der Axialrichtung eine formschlüssige Verbindung geschaffen, die wenig anfällig ist gegenüber starken äußeren Erschütterungen oder großen Temperaturschwankungen.
-
In einer weiteren Ausführung der Federelemente weisen diese ein tangentiales Spannelement auf, die eine tangentiale Bewegung der Federelemente innerhalb der Löcher im Lagerschild wirksam verhindern. Dazu stützen sich insbesondere zwei unterschiedliche Bereich des Federelements innerhalb eines einzigen Lochs im Lagerschild an den beiden tangential gegenüberliegenden Innenseiten des Lochs mit einer tangentialen Spannkraft zueinander ab. Dadurch wird das tangentiale Spiel zwischen dem Federelement und den Innenwänden des Lochs im Lagerschild durch die Federkraft kompensiert, wodurch eine Drehsicherung der Sensorikplatine gegenüber dem Lagerschild erzielt wird.
-
Gemäß einer Ausführung der Erfindung können dabei unterschiedliche Typen von Federelementen gleichzeitig benutzt werden, um die Sensorikplatine am Lagerschild zu befestigen. Dazu werden mindestens zwei radiale Fortsätze der Sensorikplatine mittels einem Federelement verrastet, das eine Axialsicherung für die Sensorikplatine mit dem Lagerschild ausbildet. Mindestens ein radialer Fortsatz wird mit einem zweiten, unterschiedlichen Typ von Federelement befestigt, das eine Verdrehsicherung für die Sensorikplatine ausbildet.
-
Alternativ ist es auch möglich, dass ein einziges Federelement sowohl eine Axialsicherung als auch gleichzeitig eine Verdrehsicherung ausbildet. Je nach Ausführung des Federelements können dabei zwei separate axiale Löcher nebeneinander im Lagerschild ausgebildet werden, die jeweils genau einen freien Schenkel aufnehmen. In einer weiteren Ausführung können beispielsweise auch beide freie Schenkel in ein gemeinsames axiales Loch im Lagerschild eingefügt werden.
-
Besonders kostengünstig kann das Lagerschild als Tiefziehteil ausgebildet werden, das in das Statorgehäuse eingepresst wird. Am Lagerschild kann zwischen der zentralen Lageraufnahme und dem radial äußeren Rand eine zusätzliche axiale Stufe ausgebildet werden. Diese eignet sich beispielsweise zum axialen Einfügen eines Bauteils, das mit dem Abtriebselement der Rotorwelle zusammenwirkt. An dieser axialen Stufe sind bevorzugt radiale Vorsprünge ausgeformt, die beispielweise als Drehsicherung für das eingefügte Getriebe-Bauteil wirken. An einer axialen Stirnfläche dieser radialen Vorsprünge - zum Statorgrundkörper hin - sind vorteilhaft Durchgangslöcher ausgestanzt, in die die Federelemente axial eingreifen. Dadurch kann die ringförmige Stirnfläche zwischen der Lageraufnahme und der axialen Stufe vollständig für die axiale Abstützung der ringförmigen Sensorikplatine verwendet werden, da die Befestigung der radialen Fortsätze im Bereich der radialen Vorsprünge der radialen Stufe realisiert werden.
-
Zur exakten Positionierung der ringförmigen Sensorikplatine ist diese auf einem ringförmigen Kunststoffträger angeordnet, der auf der axialen Innenseite des Lagerschilds angeordnet ist. Diese Trägerplatte isoliert einerseits die Sensorikplatine gegenüber dem Blech des Lagerschilds. Andererseits können an dem Kunststoffträger auch Positionierelemente ausgeformt werden, die beispielsweise axial in die Sensorikplatine oder in das Lagerschild eingreifen, um dadurch die Sensorikplatine bezüglich der Umfangsrichtung und/oder der Radialrichtung exakt zu positionieren. Dazu können entsprechend in der Sensorikplatine axiale Aussparungen und im Lagerschild entsprechend axiale Löcher angeordnet sein, die beide insbesondere als axiale Durchgangsbohrungen ausgebildet sein können. Somit kann durch das Eingreifen dieser Fixier-Pins der Trägerplatte in die Löcher des Lagerschilds und/oder der Sensorikplatine eine Drehsicherung realisiert werden, so dass die Sensorikplatine nur noch bezüglich der Axialrichtung mittels er Federelemente verrastet wird.
-
Bevorzugt weisen die radialen Fortsätze die gleiche axiale Dicke auf, wie die Sensorikplatine, wodurch der Querschnitt der radialen Fortsätze fertigungstechnisch besonders einfach rechteckig ausgebildet wird. Entsprechend ist es günstig, das Federelement mit einem eckigen Bügel zwischen den beiden freien Schenkeln auszubilden, die dann den rechteckigen Querschnitt des radialen Fortsatzes umschließen. Dabei stützen sich besonders günstig die beiden freien Schenkel in Tangentialrichtung an dem radialen Fortsatz ab, so dass kein Spiel zwischen dem radialen Fortsatz und dem Federbügel bezüglich der Umfangsrichtung entsteht.
-
Als Federelemente können besonders kostengünstig käuflich erwerbliche Standard-Federelemente verwendet werden, wobei dann die Löcher im Lagerschild und gegebenenfalls die Abmessungen der radialen Fortsätze entsprechend angepasst werden können. So können die Federelemente als Stanzbiegeteile aus Blech oder aber auch als Splint-Elemente aus dickem Federdraht hergestellt sein. Die axiale und die tangentiale Sicherungs-Funktion können dabei in einem einzigen Federelement vereint sein, oder auf zwei unterschiedliche Typen von Federelementen aufgeteilt werden.
-
Der Signalgeber kann vorteilhaft als flache Scheibe ausgebildet sein, die direkt am Rotorpaket des Rotors, und nicht an der Rotorwelle befestigt ist. Dabei kann der Signalgeber beispielswiese als Magnetrad ausgebildet sein, bei dem sich unterschiedliche Magnetpole über den Umfang abwechseln. Der Signalsensor wäre hierbei ein Magnetfeldsensor, der diese wechselnde Magnetpole detektiert.
-
In einer bevorzugten Ausführung weist der Signalgeber keine eigenen Permanentmagnete auf, sondern lediglich über den Umfang abwechselnde Winkelbereiche mit unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit. Beispielsweise ist der Signalgeber als sogenanntes Flügelrad ausgebildet, bei dem sich Winkelbereiche, die Metall aufweisen mit anderen Winkelbereichen abwechseln, die eine schlechtere elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Besonders bevorzugt ist das Flügelrad als Stanzbiegeteil aus Eisenblech ausgebildet, an dem einstückig Halteelemente ausgeformt sind, die in entsprechende axiale Aufnahmen im Rotorpaket axial eingegriffen. Bei einer solchen Ausführung ist am Signalsensor mindestens eine Antenne angeordnet, deren hochfrequentes Signal einen Wirbelstrom im Signalgeber induziert. Das Feld dieses induzierten Wirbelstroms wird wiederum im Signalsensor detektiert. Das gemessene Signal wird durch die Drehung des Flügelrads moduliert, da abwechselnd Wirbelströme in einem gut leitenden Medium generiert werden, und zeitlich anschließend einem nicht leitenden Medium, wie Luft oder Kunststoff keine Wirbelströme induziert werden. Mittels einer solchen Sensorikplatine kann die Rotorlage sehr exakt und zuverlässig und hoch zeitaufgelöst bestimmt werden, wobei das Flügelrad ohne Magnetmaterial sehr kostengünstig als Biegestanzteil herstellbar ist.
-
Der Stator der elektrischen Maschine weist einen Statorgrundkörper auf, der bevorzugt aus einzelnen Blechlamellen zusammengesetzt ist. Dabei erstrecken sich Statorzähne radial nach innen zum Rotor hin. Die Wicklung ist bevorzugt als Einzelzahnwicklung ausgeführt, wobei die einzelnen Einzelzahnspulen mittels einer Verschaltungsplatte miteinander verschaltet sind, die axial auf dem Statorgrundkörper angeordnet ist. In der Verschaltungsplatte sind elektrisch gegeneinander isolierte Leitelement angeordnet, die einerseits die Einzelzahnspulen kontaktieren, und andererseits Anschluss-Pins ausbilden, die sich axial zur Elektronikeinheit hin erstrecken.
-
Zur elektronischen Kontaktierung des Signalsensors, der an der axialen Innenseite des Lagerschilds angeordnet ist, sind am Lagerschild Kontaktelemente angeordnet, die einerseits die Sensorplatine kontaktieren und andererseits elektrische Anschlüsse für die Elektronikeinheit zur Verfügung stellen. Das Kontaktelement ist dabei besonders günstig als isoliertes flexibles Kabel (FFC) ausgebildet, das beispielsweise direkt an die Sensorikplatine angelötet werden kann. Somit sind bei der axialen Montage der Vorbaugruppe - bestehend aus dem Rotor mit dem Lagerschild - die elektrischen Anschlüsse des Kontaktelements der Sensorikplatine bereits zu den Durchbrüchen des Lagerschilds geführt. Andererseits werden die Anschluss-Pins der Verschaltungsplatte axial durch weitere Durchbrüche im Lagerschild axial hindurch geführt.
-
Durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren der elektrischen Maschine können bei der Montage der Rotorlage-Erfassung zusätzliche Montageschritte eingespart werden. Dabei kann zuerst der Statorgrundkörper in ein einseitig geschlossenes Statorgehäuse axial eingesetzt werden. Dabei ist axial auf dem Statorgrundkörper die Verschaltungsanordnung zur Verschaltung der elektrischen Wicklung angeordnet. In einem weiteren Montageschritt wird auf den fertig zusammengesetzten Rotor axial der Signalgeber aufgesetzt und befestigt. Andererseits wird an der axialen Innenseite des Lagerschilds axial die Sensorikplatine befestigt. Hierzu werden die Federelemente axial über die radialen Fortsätze der Sensorikplatine gefügt und in entsprechenden Löchern im Lagerschild verrastet. Nun wird der Rotor mit dem daran befestigten Signalgeber in das Lager eingefügt, das im Lagerschild befestigt ist. Dadurch bildet der Rotor zusammen mit dem Lagerschild eine Vorbaugruppe, die nun als Ganzes axial in das Statorgehäuse eingefügt wird. Dabei wird das Lagerschild bevorzugt über eine Pressverbindung im Statorgehäuse gehalten. Der Rotor wird axial gegenüberliegend zum Lagerschild in einem zweiten Lager in der Bodenfläche des Statorgehäuses gelagert. Besonders günstig sind zuvor im Lagerschild axiale Durchbrüche derart ausgeformt, dass beim axialen Einfügen des Lagerschilds die Anschluss-Pins der Verschaltungsplatte und die elektrischen Anschlüsse der Kontaktelemente für den Signalsensor axial hindurchragen, um mit der Elektronikeinheit verbunden werden zu können. Dazu wird die Elektronikeinheit nach der Montage des Lagerschilds, der Getriebekomponenten und beispielsweise einem Hydraulikaggregat axial auf letzteres aufgesetzt und elektrisch kontaktiert. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren eignet sich besonders für EC-Motoren, die für hochpräzise Stellanwendung vorgesehen sind, wie dies beispielsweise bei der Servolenkung im Kraftfahrzeug der Fall ist. Andererseits kann auch eine solche erfindungsgemäße Rotorlage-Erfassung für den Einsatz von Drehantrieben wie beispielsweise Pumpen eines Hydraulikaggregats oder Bremsmotoren vorteilhaft sein, um die Drehzahl sehr exakt zu regeln.
-
Figurenliste
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
-
Es zeigen:
- 1 schematisch einen Schnitt durch eine elektrische Maschine nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Befestigung eines Signalsensors,
- 3 und 4 zwei unterschiedliche Ausführungen von montierten Federelementen,
- 5 und 6 zwei weitere Ausführungsbeispiele von Federelementen.
-
In 1 ist der Schnitt durch eine elektrische Maschine 12 dargestellt, bei der in einem zylindrischen Statorgehäuse 15 ein Statorgrundkörper 14 eines Stators 10 angeordnet ist, der eine elektrische Wicklung 20 aufnimmt. Dazu weist der Statorgrundkörper 14 radial nach innenragende Statorzähne 16 auf, die die einzelnen Statorpole bilden. Die Statorpole weisen mit Zahnköpfen 17 radial zu einem Rotor 50 hin, der radial innerhalb des Statorgrundkörpers 14 gelagert ist. Axial oberhalb des Statorgrundkörpers 14 ist eine Verschaltungsanordnung 24 angeordnet, die mehrere Leiterelemente 25 aufweist. Mittels der Leiterelemente 25 ist die elektrische Wicklung 20 kontaktiert und kann über eine hier nicht näher dargestellte Elektronikeinheit elektronisch kommutiert werden. Axial oberhalb der Verschaltungsanordnung 24 ist ein Lagerschild 52 angeordnet, das ein erstes Lager 46 für den Rotor 50 aufnimmt. Axial gegenüberliegend zum ersten Lager 46 ist im Boden 18 des Statorgehäuses 15 ein zweites Lager 19 angeordnet. Der Rotor 50 weist eine Rotorwelle 48 auf, auf der ein Rotorpaket 49 angeordnet ist, das mehrere Permanentmagnete 47 aufnimmt. Die Rotorwelle 48 greift axial in das erste Lager 46 und in das zweite Lager 19 ein und ist über diese sowohl in Radialrichtung 7 als auch in Axialrichtung 8 zuverlässig im Statorgehäuse 15 gelagert. Am axial oberen Ende ist auf der Rotorwelle 48 ein Abtriebselement 45 angeordnet, über das das Antriebsmoment der elektrischen Maschine 12 beispielsweise an eine Getriebeeinheit 99 übertragen werden kann. In 1 ist eine erfindungsgemäße Rotorlage-Erfassung dargestellt, bei der ein größeres Volumen für das Getriebe 99 bzw. die Pumpeneinheit zur Verfügung steht. Axial oberhalb des Lagerschilds 52 ist gestrichelt der Bauraum eingezeichnet, der für die Anordnung einer Getriebes 99 oder einer Pumpenanordnung vorgesehen ist. Das Lagerschild 52 weist an seinem radial äußeren Umfang eine zylindrische Umfangswand 57 auf, die radial an der Innenwand des Statorgehäuses 15 anliegt. Dabei ist die gesamte Rotorlage-Erfassung axial unterhalb des Lagerschilds 52 angeordnet, wodurch der axiale Bauraum der elektrischen Maschine 12 einschließlich der Rotorlagen-Erfassung verringert werden kann. Dabei ist ein Signalsensor 31 an der axialen Innenseite 53 des Lagerschilds 52 befestigt. Der Signalsensor 31 erstreckt sich hier ringförmig um das erste Lager 46, das hier beispielsweise als Wälzlager, insbesondere als Kugellager ausgebildet ist. Das Lager 46 ist dabei in einem zentralen axialen Fortsatz des Lagerschilds 52 als Lageraufnahme 44 befestigt, beispielsweise eingepresst. Somit umschließt der Signalsensor 31 auch den zentralen Fortsatz der Lageraufnahme 44. axial gegenüberliegend zu dem ringförmigen Signalsensor 31 ist mit einem definierten Abstand 30 der Signalgeber 21 am Rotor 50 befestigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Signalgeber 21 als ringförmiges Flügelrad 22 ausgebildet, das unmittelbar am Rotorpaket 49 befestigt ist. Das Flügelrad 22 weist dabei erste Winkelsegmente auf, die eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen, und insbesondere Eisen enthalten. Diese ersten Winkelsegmente wechseln sich mit zweiten Winkelsegmenten ab, die eine geringere elektrische Leitfähigkeit aufweisen, wie insbesondere Luft oder Kunststoff. Die unterschiedliche elektrische Induktivität bezüglich des Signalsensors 31 kann auch über unterschiedliche axialen Abstände 30 von identischem Material in den unterschiedlichen Winkelsegmenten realisiert werden. Dabei erstreckt sich der Signalgeber 21 scheibenförmig näherungsweise parallel zur axialen Oberfläche des Rotorpakets 49. Der Signalgeber 21 kann alternativ auch als Ringmagnet ausgebildet sein, der über den Umfang mehrere Magnetpole aufweist. Entsprechend kann der Signalsensor 31 alternativ als magnetisches Sensorelement 29 ausgebildet sein. Durch die Anordnung des Signalsensors 31 unmittelbar an der axialen Innenseite 53 des Lagerschilds 52 wird der axiale Bauraum, der für das erste Lager 46 notwendig ist, gleichzeitig für den Signalsensor 31 genutzt, da dieser ringförmig das erste Lager 46 umschließt. Der Signalsensor 31 ist dabei als flache Scheibe einer Sensorikplatine 32 ausgebildet. Dabei kann der axiale Abstand 30 zwischen dem Signalgeber 21 und dem Signalsensor 31 möglichst klein gehalten werden. Zum Detektieren eines Rotorlage-Signals misst die Sensorikplatine 32 beim Drehen des Rotors 50 - und somit des Signalgebers 21 - ein veränderliches Magnetfeld, das durch den Ringmagneten oder durch das Flügelrad 22 verursacht wird. Bei der Verwendung eines Flügelrads 22 als Signalgeber 21 wird auf der Sensorikplatine 32 ein magnetisches Signal erzeugt und auch detektiert, wobei sich die Stärke des Magnetfeldes durch die unterschiedlichen Winkelsegmente des Flügelrads 22 ändert, die von den Magnetfeldlinien durchdrungen werden. Die Sensorikplatine 32 weist an ihrem radial äußeren Umfang 33 radiale Fortsätze 34 auf, mittels denen die Sensorikplatine 32 an dem Lagerschild 52 festgeklemmt ist. Hierzu sind an den radialen Fortsätzen 34 separat gefertigte Federelemente 60 befestigt, die sich mit federelastischen Bereichen 63 im Lagerschild 52 verspannen (siehe auch 3 und 4). Zwischen der Sensorikplatine 32 und der axialen Innenseite 53 des Lagerschilds 52 ist hier beispielsweise ein Kunststoffträger 36 angeordnet, der ebenfalls den Lagersitz 46 ringförmig umschließt. Dadurch ist die Sensorikplatine 32 elektrisch gegenüber dem Lagerschild 52 isoliert. Optional bildet der Kunststoffträger 36 hier eine Drehsicherung zwischen der Sensorikplatine 32 und dem Lagerschild 52 aus. Hierzu erstrecken sich von dem Kunststoffträger 36 axiale Fixier-Pins 38, die axial nach oben in axiale Löcher 37 in dem Lagerschild 52, und axial nach unten in axiale Aussparungen 39 in der Sensorikplatine 32 hinein greifen. Hierbei erfolgt die axiale Befestigung der Sensorikplatine 32 am Lagerschild 52 bevorzugt ausschließlich über die Federelemente 60. Die Sensorikplatine 32 ist mittels Kontaktelementen 27 elektrisch kontaktiert, die elektrische Anschlüsse 28 für die elektrische Verbindung mit der Elektronikeinheit aufweisen.
-
Beispielsweise weisen die Kontaktelemente 27 erste Enden auf, die elektrisch mit der Sensorikplatine 32 verbunden - insbesondere angelötet - sind. Zweite Enden der Kontaktelemente 27 ragen als die elektrische Anschlüsse 28 in Axialrichtung 8 nach oben zu mindestens einer axialen Durchgangsöffnung im Lagerschild 52. Beispielsweise kann das Kontaktelement 27 als flexibles Folienkabel (FFC) ausgebildet sein, deren zweite Enden an einer Kontaktpads aufweisenden Kontaktplatte am Lagerschild 52 verbunden sind. Die Verschaltungsanordnung 24 weist Leiterelemente 25 auf, über die die elektrische Wicklung 20 mittels axial nach oben ragenden Anschluss-Pins 26 mit der Elektronikeinheit verbunden werden können. Der axiale Abstand 30 zwischen dem Signalgeber 21 und dem Signalsensor 31 kann durch ein wegüberwachtes Einpressen des Rotors 50 in das Wälzlager 46, das im Lagerschild 52 befestigt ist, eingestellt werden. Nach der Montage dieser Vorbaugruppe, der Getriebekomponenten und bevorzugt eines Hydraulikaggregats in das Statorgehäuse 15 wird auch die Elektronikeinheit axial aufgesetzt. Dabei werden sowohl die Anschluss-Pins 26 der elektrischen Wicklung 20, als auch die elektrischen Anschlüsse 28 von der Sensorikplatine 32 elektrisch mit der Elektronikeinheit kontaktiert. Dazu werden insbesondere die Anschluss-Pins 26 und die elektrischen Anschlüsse 28 axial durch das Hydraulikaggregat hindurch geführt. Im radial inneren Bereich kann die schematisch dargestellte Getriebe- und/oder Pumpeneinheit 99 auf das Abtriebselement 45 gefügt werden, wobei das Abtriebselement 45 axial an der gleichen axialen Seite des Rotors 50 angeordnet ist, wie die Rotorlage-Erfassung. Die dargestellte elektrische Maschine 12 ist beispielsweise als elektrisch kommutierter Elektromotor ausgebildet, der besonders für den Einsatz von Verstell-Anwendungen oder Pumpen im Kraftfahrzeug geeignet ist.
-
In 2 ist eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäßen Signalsensors 31 gemäß einer Ansicht in 1 von unten dargestellt. Der Signalsenor 31 ist wieder als ringförmige Sensorikplatine 32 ausgebildet, die den axialen Fortsatz der Lageraufnahme 44 umschließt. Auf der axialen Innenseite 53 des Lagerschilds 52 ist der ringförmige Kunststoffträger 36 angeordnet, und darauf die Sensorikplatine 32. Das Lagerschild 52 weist eine kreisförmige axiale Stufe 58 auf, an deren der Sensorikplatine 32 gegenüberliegende Oberfläche 51 ein Getriebe- oder Pumpen-Bauteil 99 eingefügt werden kann. An der kreisförmigen axialen Stufe 58 sind an einer Kreiswand 98 radiale Vorsprünge 59 ausgebildet, die beispielsweise zur Drehsicherung für das Getriebe-Bauteil 99 dienen. Zwischen der Lageraufnahme 44 und der kreisförmigen axialen Stufe 58 ist eine ebene Ringfläche 97 des Lagerschilds 52 ausgebildet, entlang deren axialer Innenseite 53 sich die Sensorikplatine 32 quer zur Rotorwelle 48 erstreckt. Zwischen der axialen Stufe 58 und der zylindrischen Umfangswand 57 ist eine weitere Kreisringfläche 96 quer zur Rotorwelle 48 ausgebildet, durch die insbesondere die Anschluss-Pins 26 und oder die Kontakt-Pins 28 in Axialrichtung 8 durchgeführt werden. An der axialen Innenseite 53 der radialen Vorsprünge 59 sind Durchgangslöcher 54 im Lagerschild 52 ausgeschnitten, in die die Federelemente 60 eingreifen, um die Sensorikplatine 32 mit dem Lagerschild 52 zu verbinden. Das gezeigte Federelement 60 weist zwei freie Schenkel 62 auf, die mittels einem Bügel 64 miteinander verbunden sind. Der Bügel 64 umschließt den radialen Fortsatz 34 der Sensorikplatine 32 und durchgreift mit freien Schenkelenden 63 die Durchgangslöcher 54. Die radialen Fortsätze 34 weisen quer zur Radialrichtung 7 einen viereckigen Querschnitt 35 auf und überlappen in Radialrichtung 7 mit den radialen Vorsprüngen 59 der axialen Stufe 58. Der Bügel 64 presst den radialen Fortsatz 34 in Axialrichtung 8 zum Lagerschild 52 hin. Die freien Schenkelenden 63 verkrallen sich an der gegenüberliegenden Oberfläche 51 des Lagerschilds 52 und verspannen die Sensorikplatine 32 zusammen mit dem Kunststoffträger 36 zuverlässig axial mit dem Lagerschild 52. Für die beiden freien Schenkelenden 63 sind hier beispielsweise zwei voneinander getrennte Durchgangslöcher 54 in Umfangsrichtung 9 nebeneinander ausgebildet. Über den gesamten Umfang verteilt sind insbesondere genau vier radiale Fortsatze 34 an der Sensorikplatine 32 ausgeformt, die mit insgesamt genau vier Federelementen 60 am Lagerschild 52 gehalten werden. Das Federelement 60 ist beispielsweise als Biegestanzteil aus Federblech ausgebildet, wobei die freien Schenkel 62 näherungsweise rechtwinklig zum Bügel 64 umgeformt sind. Dadurch liegt das Federelement formschlüssig an dem viereckigen Querschnitt 35 des radialen Fortsatzes 34 an.
-
3 zeigt als Detailaufnahme gemäß 2 einen Schnitt durch die Durchgangslöcher 54 im Lagerschild 52. Der rechteckige Querschnitt 35 des radialen Fortsatzes 34 wird von dem Bügel 64 und den beiden freien Schenkeln 62 des Federelements 60 umgriffen. Das Federelement 60 ist hier als erstes Federelement 71 für eine Axialsicherung der Sensorikplatine 32 ausgebildet. Die freien Schenkelenden 63 sind halbkreisförmig umgebogen und durchdringen die Durchgangslöcher 54 vollständig. Die Stirnseiten 66 der feien Schenkelenden 63 stützen sich von unten in Axialrichtung 8 an der oberen Oberfläche 51 des Lagerschilds 52 ab, so dass die Sensorikplatine 32 gemäß 1 axial von unten gegen die axiale Innenseite 53 des Lagerschilds 52 gepresst wird. Die Durchgangslöcher 54 sind dabei so groß, dass die halbkreisförmig umgebogenen freien Schenkelenden 63 axial hindurch gepresst werden können. Nach diesem Einfügen der freien Schenkelenden 63 in die Durchgangslöcher 54 haben die freien Schenkel 62 in Umfangsrichtung 9 ein gewisses Spiel, das den Abmessungen der Durchgangslöcher 54 entspricht.
-
Daher werden entsprechend 4 weitere Federelemente 60 verwendet, das hier als zweites Federelement 72 für eine Drehsicherung der Sensorikplatine 32 in Umfangsrichtung 9 ausgebildet ist. Die freien Schenkelenden 63 sind U-förmig umgebogen und werden nur so weit in die Durchgangslöcher 54 eingefügt, dass die Stirnseiten 66 der feien Schenkelenden 63 nicht an der Oberfläche 51 des Lagerschildes 52 heraus ragen. Vielmehr bilden die U-förmigen Bereiche 68 der freien Schenkelenden 63 ein tangentiales Spannelement in Umfangsrichtung 9 innerhalb der Durchgangslöcher 54, so dass eine Drehbewegung des radialen Fortsatzes 34 gegenüber der Durchgangslöcher 54 verhindert wird. Dabei können sich optional die Stirnseiten 66 der freien Schenkelenden 63 innerhalb der Durchgangslöcher 54 an deren Innenwänden 69 festkrallen. Bevorzugt werden bei dieser Ausführung gemäß 3 und 4 beide Typen von Federelementen 60 - also sowohl die ersten Federelemente 71 als Axialsicherung und auch die zweiten Federelemente 72 als Drehsicherung - gleichzeitig verwendet, um die Sensorikplatine 32 fest mit dem Lagerschild 52 zu verbinden.
-
In 5 ist eine weitere Ausführung eines Federelements 60 dargestellt, das sowohl als Axialsicherung, als auch als Drehsicherung dient. Das Federelement ist aus einem dünnen Blech ausgeschnitten und umgebogen, wobei die freien Schenkelenden 63 die Innenwand 69 in Axialrichtung 8 umgreifen, um eine Axialsicherung zu realisieren. Die freien Schenkel 62 bilden dabei ein tangentiales Spannelement. Dazu sind insbesondere an den freien Schenkeln 62 Schrägen 74 bezüglich der Axialrichtung 8 ausgebildet, die das tangentiale Spiel des Federelements 60 innerhalb der Durchgangslöcher 54 ausgeglichen wird. Der Bügel 64 ist hierbei beispielsweise gewölbt ausgebildet, wobei auch der Querschnitt 35 des radialen Fortsatzes 34 an die Form des Bügels 64 angepasst werden kann.
-
In 6 ist eine weitere Ausführung eines Federelements 60 dargestellt, das sowohl als Axialsicherung, als auch als Drehsicherung dient. Das Federelement ist aus einem dicken federnden Draht gebogen, und bildet eine Art Splint. Die freien Schenkel 62 weisen gewölbte Bereiche 76 auf, die einerseits die Innenwand 69 in Axialrichtung 8 umgreifen, und andererseits gleichzeitig ein tangentiales Spannelement bilden, indem die beiden Schenkel 62 relativ steif ausgebildet sind, um eine tangentiale Verspannung in den Durchgangslöcher 54 zu realisieren. Optional kann anstelle von zwei benachbarten Durchgangslöcher 54 für ein einziges Federelement 60 auch ein einziges Durchgangsloch 54 für ein einziges Federelement 60 im Lagerschild 52 ausgebildet werden, in das beide feie Schenkel 62 eingreifen. Der Bügel 64 ist hierbei auch wieder gewölbt ausgebildet, wobei der Querschnitt 35 des radialen Fortsatzes 34 an die Form des Bügels 64 angepasst werden kann.
-
Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und in der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann beispielsweise die konkrete Ausbildung und Anordnung des Signalgebers 21 und des Signalsensors 31 variiert werden, wobei beide innerhalb des Lagerschilds 52 angeordnet sind. Der Signalgeber 21 kann entweder axial direkt am Rotorpaket 49 befestigt werden oder alternativ unmittelbar an der Rotorwelle 48. Ebenso kann die Rotorlagen-Erfassung mittels einem magnetischen oder kapazitiven oder induktiven Sensorsystem ausgebildet sein. Die radialen Fortsätze 34 der Sensorikplatine 32 können ebenso wie die entsprechenden Federelemente 60 und deren Aufnahmen im Lagerschild 52 entsprechend variiert werden. Die Erfindung eignet sich in besonderer Weise für den Drehantrieb von Komponenten oder die Verstellung von Teilen im Kraftfahrzeug, ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt.
-
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 102005062784 A1 [0002]
- DE 102015226054 A1 [0003]
