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Die Erfindung betrifft einen Rotorwellenabschnitt für eine fremderregte Synchronmaschine einer Elektromotor-Antriebseinheit, insbesondere zum Antrieb eines Fahrzeugs, eine Sperrvorrichtung für einen Antriebsstrang, insbesondere zum Antrieb eines Fahrzeugs, mit einem solchen Rotorwellenabschnitt, eine Elektromotor-Antriebseinheit, insbesondere zum Antrieb eines Fahrzeugs, mit einem solchen Rotorwellenabschnitt oder einer solchen Sperrvorrichtung sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Elektromotor-Antriebseinheit, insbesondere zum Antrieb des Fahrzeugs.
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Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, eine Elektromotor-Antriebseinheit, insbesondere zum Antrieb eines Fahrzeugs zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch einen gemäß Anspruch 1 vorgeschlagenen und unter Schutz gestellten Rotorwellenabschnitt gelöst.
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Es wird ein Rotorwellenabschnitt für eine fremderregte Synchronmaschine einer Elektromotor-Antriebseinheit, insbesondere zum Antrieb eines Fahrzeugs, vorgeschlagen.
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Der Rotorwellenabschnitt ist dabei abschnittsweise aus einem Kunststoff hergestellt, in welchen metallische Kontaktierungsmittel zur Fremderregung der Synchronmaschine eingebettet sind.
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Die Kontaktierungsmittel umfassen dabei zumindest zwei Schleifringe zur Kontaktierung mit einer zugeordneten Schleifbürste sowie zumindest eine dem jeweiligen Schleifring zugeordnete Leiterbahn, welche sich vom zugeordneten Schleifring durch den Kunststoff des Rotorwellenabschnitts erstreckt.
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Einer der zumindest zwei Schleifringe ist dabei zudem mit einem stirnseitigen, metallischen Abschnitt mit metallischen Unterbrechungen in Umfangsrichtung des Rotorwellenabschnitts ausgeformt, wobei der stirnseitig metallische Abschnitt dazu ausgebildet ist mit einem zugeordneten Signalgeber zur Positionserfassung eines - auf der Rotorwelle angeordneten - Rotors der Synchronmaschine zusammenzuwirken.
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Die Fremderregung der Synchronmaschine einerseits sowie die Positionserfassung des Rotors der Synchronmaschine andererseits werden durch den vorgeschlagenen Schleifring ermöglicht, welcher als solcher diese beiden Funktionen umsetzt. Der vorgeschlagene Rotorwellenabschnitt trägt somit zur Einsparung von Bauteilen bei. Dies wiederum geht mit einer Einsparung von Gewicht, Bauraum und Kosten einher. Es vereinfacht sich zudem eine Montage einer Rotorwelle.
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Es wird vorgeschlagen, den besagten Schleifring mit dem stirnseitig metallischen Abschnitt als ein topfartig ausgeformtes Element auszubilden. Dabei kann der Schleifring als ein metallisches Tiefziehteil hergestellt sein.
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In einer Ausführung wird vorgeschlagen, den Kunststoff des Rotorwellenabschnitts mit einem Formschlusselement zur Verbindung mit einer Rotorwelle der Synchronmaschine stoffschlüssig zu verbinden. Dadurch erweitert sich der Funktionsumfang des vorgeschlagenen Rotorwellenabschnitts um die Funktion einer bedarfsweisen Sperrung bzw. Verriegelung der Rotorwelle und somit eines Antriebsstranges, insbesondere zum Antrieb eines Fahrzeugs. Denn das Formschlusselement ist dabei Teil eines Sperrmechanismus zur bedarfsweisen Sperrung der Rotorwelle.
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Es wird zudem eine Sperrvorrichtung für einen Antriebsstrang, insbesondere zum Antrieb eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Die Sperrvorrichtung weist dabei einen Rotorwellenabschnitt der zuvor beschriebenen Art auf, wobei der Rotorwellenabschnitt ein solches Formschlusselement aufweist.
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Es wird ferner eine Elektromotor-Antriebseinheit, insbesondere zum Antrieb eines Fahrzeugs, mit einer fremderregten Synchronmaschine mit einem Rotorwellenabschnitt oder einer Sperrvorrichtung der zuvor beschriebenen Art vorgeschlagen.
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Es wird ferner ein Fahrzeug mit einer solchen Elektromotor-Antriebseinheit, insbesondere zum Antrieb des Fahrzeugs vorgeschlagen.
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Unter einem Fahrzeug ist dabei jede Art von Fahrzeug bzw. Kraftfahrzeug zu verstehen, welches elektromotorisch betrieben wird, insbesondere aber Personenkraftwagen und / oder Nutzfahrzeuge in Gestalt eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Dabei handelt es sich vorzugsweise um teilautonom und insbesondere um vollautonom betriebene Fahrzeuge.
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Im Weiteren wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Figurendarstellungen im Einzelnen erläutert. Aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen ergeben sich weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Hierzu zeigen:
- 1 einen ersten Rotorwellenabschnitt in einer Schnittdarstellung und
- 2 einen zweiten Rotorwellenabschnitt in einer perspektivischen Darstellung.
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Der Rotorwellenabschnitt 2 nach 1 ist Teil einer Rotorwelle einer fremderregten Synchronmaschine, insbesondere zum Antrieb eines Fahrzeugs, und umfasst ein metallisches Wellenende 4, auf welches ein Kunststoff bzw. ein Kunststoffabschnitt 6 aufgetragen bzw. aufgespritzt ist. In diesen Kunststoffabschnitt 6 sind metallische Kontaktierungsmittel in Gestalt von zwei Schleifringen 12, 14 sowie eine dem jeweiligen Schleifring 12, 14 zugeordnete Leiterbahn 16, 18 eingebettet, welche sich vom zugeordneten Schleifring 12, 14 durch den Kunststoffabschnitt 6 in Richtung eines auf der Rotorwelle angeordneten - hier nicht dargestellten - fremderregten Rotors erstreckt.
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Zwischen den Schleifringen 12, 14 sowie rechts vom Schleifring 12 bildet der aufgespritzte bzw. verspritzte Kunststoff je eine Kunststoffisolationsstruktur zum Schutz vor Kurzschlüssen. Diese Kunststoffisolationsstruktur mit ihren einzelnen, zueinander beabstandeten, umlaufend ausgeformten und radial vorspringenden Kunststoffbarrieren bildet dabei eine hinreichende Isolierung in Form von Luft- und Kriechstecken aus.
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1 zeigt zudem zwei metallische Schleifbürsten 20, 22 zur Fremderregung der Synchronmaschine, welche mit einem zugeordneten Schleifring 12, 14 kontaktiert sind.
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Der Schleifring 14 ist dabei topfartig und dabei bspw. als sog. Tiefziehteil ausgeformt, wobei der Boden des Topfes einen stirnseitigen Abschnitt 24 eines Endes des Rotorwellenabschnitts 2 bildet, um mit einem bspw. induktiven Signalgeber einer Leiterplatte 26 zusammenwirken zu können.
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2 veranschaulicht dabei die Ausbildung des metallischen Abschnitts 24 mit seinen Unterbrechungen U im Umfangsrichtung des Schleifrings 14, welche als solche mit dem verspritzten Kunststoff ausgefüllt sein können. Zwischen zwei benachbarten Unterbrechungen U bzw. Aussparungen befindet sich ein metallisch stegförmiger Abschnitt 25.
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Der Rotorwellenabschnitt 2 nach 1 setzt somit zwei Funktionen um. Er dient einerseits der Fremderregung des Rotors der Rotorwelle und andererseits der Positionserfassung des fremderregten Rotors. Der Schleifring 14 verbindet dabei zwei Funktionen in einem Bauteil bzw. setzt diese zwei Funktionen um. Zum einem wirkt er als Kontaktierungselement mit der Schleifbürste 20 und zum anderen als Geberrad mit dem Signalgeber zusammen. Beim Zusammenwirken mit dem Signalgeber werden periodische bzw. Sinus-Cosinus-förmige Spannungssignale erzeugt, aus denen sich in einer Steuereinheit eine absolute Winkellage bzw. Winkelposition des Rotors relativ zu einem Stator der Synchronmaschine ermitteln lässt, so dass die Synchronmaschine effizient kommutiert werden kann. Daher stellt der Rotorwellenabschnitt 2 nach 1 ein sog. 2-in-1-Modul (→ Umsetzung von zwei Funktionen in einem Modul bzw. im Rotorwellenabschnitt 2) dar.
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In 2 ist der Rotorwellenabschnitt 2 zudem in Gestalt eines Wellenadapters ausgebildet, welcher als solcher mit einer Rotorwelle formschlüssig verbindbar ist. Dabei ist der Kunststoff des Rotorwellenabschnitts 2 mit einem metallisch hochfesten Formschlusselement 28 mit einer Außenverzahnung stoffschlüssig verbunden bzw. verspritzt. Dieses Formschlusselement 28 ist dabei Teil eines Sperrmechanismus zur Sperrung der Rotorwelle. Dieses Formschlusselement 28 hat aber auch die Funktion eines metallischen Adapterrings, welcher über eine - hier nicht sichtbare - Innenprofilierung bzw. Innenverzahnung auf eine entsprechend komplementär ausgebildete Außenprofilierung bzw. Außenverzahnung der Rotorwelle aufpressbar ist.
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Im Unterschied zur 1 setzt der Rotorwellenabschnitt 2 nach 2 eine weitere, d.h. dritte Funktion um, nämlich die Funktion der bedarfsweisen Sperrung bzw. Verriegelung der Rotorwelle. Daher stellt der Rotorwellenabschnitt 2 nach 2 ein sog. 3-in-1-Modul (→ Umsetzung von drei Funktionen in einem Modul bzw. im Rotorwellenabschnitt 2) dar.
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Analog zur 2 kann auch der Rotorwellenabschnitt 2 nach 1 in Form eines Wellenadapters ausgebildet sein, auch wenn der Rotorwellenabschnitt 2 nach 1 nicht das besagte Formschlusselement aufweist. Dabei kann der Rotorwellenabschnitt 2 mit einer Rotorwelle bspw. formschlüssig verbindbar bzw. fügbar und dabei z.B. verpressbar sein.
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Die im Rahmen dieser Offenbarung vorgeschlagenen Gegenstände basieren auf den Ausführungen der deutschen Patentanmeldungen mit den Anmeldeaktenzeichen 10 2022 207 254.5, 10 2022 207 258.8 und 10 2022 207 255.3. Auf diese wird daher an dieser Stelle ausdrücklich verwiesen.
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In der deutschen Patentanmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen 10 2022 207 254.5 ist ein Parksperren- bzw. Sperrvorrichtungskonzept offenbart, bei welchem durch ein Gehäuse einer Parksperre bzw. Sperrvorrichtung eine separate Anordnung von Kontaktierungsmitteln mit zumindest zwei Schleifbürsten zur Fremderregung eines mit einer Welle verbundenen Rotors einer Synchronmaschine einer Elektromotor-Antriebseinheit aufgenommen ist.
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In der deutschen Patentanmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen 10 2022 207 258.8 ist ein Parksperren- bzw. Sperrvorrichtungskonzept mit einer Positionssensoranordnung offenbart, nach welchem eine Leiterplatte mit einem induktiven Signalgeber sowie ein mit dem Signalgeber zusammenwirkendes, zumindest abschnittsweise metallisch ausgebildetes Sensorbauteil durch ein Gehäuse der Parksperre bzw. Sperrvorrichtung aufgenommen ist. Diese Positionssensoranordnung erfasst dabei eine absolute Winkelposition bzw. Winkellage eines mit einer Welle verbundenen Rotors eines Elektromotors einer Elektromotor-Antriebseinheit, insbesondere zum Antrieb eines Fahrzeugs.
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In der deutschen Patentanmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen 10 2022 207 255.3 ist ein multifunktionaler Wellenadapter für eine Sperrvorrichtung vorgeschlagen, welche zur Anbringung an eine Elektromotor-Antriebseinheit, insbesondere zum Antrieb eines Fahrzeugs vorgesehen ist.
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Der Wellenadapter ist dabei mit einer sperrbaren Welle der Elektromotor-Antriebseinheit verbindbar und dabei im Wesentlichen aus einem Kunststoff hergestellt, in welchen Kontaktierungsmittel zur Fremderregung eines mit der Welle verbundenen Rotors einer Synchronmaschine der Elektromotor-Antriebseinheit eingebettet sind und welcher zudem mit einem Formschlusselement zur Verbindung mit der Welle stoffschlüssig verbunden ist.
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Diese drei Anmeldungen werden hiermit zumindest in dem Umfang, in welchem sie die Aspekte der vorliegenden Erfindung betreffen, zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Beschreibung gemacht.
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Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere im Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
