DE10202931A1 - Anordnung mit einem Elektromotor und einer sensorgeregelten Einheit - Google Patents

Abstract

Bekannt ist eine Anordnung mit einem Elektromotor (3) und einer sensorgeregelten Einheit, insbesondere einer Schaltwalze (1), mit einem Messgrößenaufnehmer (37), der eine Messgröße der Einheit mittelbar oder unmittelbar erfasst und ortsfest angeordnet ist. Um eine einfach aufgebaute und kompakte Anordnung mit dem Elektromotor und der sensorgeregelten Einheit bereitzustellen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Abnahmestelle der Messgröße im Bereich des Elektromotors (3) angeordnet ist, dass an dem Elektromotor (3) eine Bürstenbrücke (31) oder ein Lagerschild gehaltert ist, und dass der Messgrößenaufnehmer (37) an der Bürstenbrücke (31) oder dem Lagerschild gehaltert ist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Elektromotor und einer sensorgeregelten Einheit, insbesondere einer positionsgeregelten Drehanordnung wie beispielsweise einer Schaltwalze gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie einen entsprechend ausgebildeten Elektromotor.
• Gemäß dem Stand der Technik wird beispielsweise die Position einer Schaltwalze mit einem Winkelsensor bestimmt. Dieser Sensor kann ein absolut messender Sensor oder ein Inkrementalsensor sein. Über die Anzahl der Signale und die Übersetzung eines verwendeten Reduktionsgetriebes wird eine Winkeländerung bzw. die Position der Schaltwalze errechnet. Bei der Verwendung eines Inkrementsensors ist im Unterschied zum Absolutgeber das Initialisieren beim Systemstart und insbesondere bei einem Rücksetzen des Systems problematisch. Bei der Verwendung des Absolutsensors besteht hingegen das Problem des maximal erfassbaren Winkels (180° bzw. 360°).
• Der Winkelsensor bestimmt gemäß dem Stand der Technik die Walzenposition direkt an der Walze über z. B. einen MR-Sensor, der das Feld eines auf der Walze montierten Magneten detektiert. Dieser Messgrößenaufnehmer oder Sensor ist folglich unmittelbar im Getriebe angeordnet und somit den üblichen nachteiligen Umwelteinflüssen (hohe Temperatur, Vibration, Verschmutzung usw.) ausgesetzt. Bekannt ist beispielsweise ein schaltwalzenbetätigtes Schaltgetriebe von der Firma MCC, das in dem Kraftfahrzeug vom Typ Smart® eingesetzt wird. Dabei wird die Schaltwalze elektromotorisch über ein Reduktionsgetriebe angetrieben. Zur Winkelerfassung wird ein System verwendet bestehend aus einem hochauflösenden Inkrementalgeber, der die Positionsänderung der Motorwelle über ein ca. 20-poliges Magnetrad erfasst, und aus einem Potentiometer, das auf der Schaltwalzenachse angeordnet ist und die absolute Position der Schaltwalze erfasst.
• Um die Position mit dem Positionssensor zu bestimmen, kann alternativ der Drehbereich mit einem zusätzlichen Getriebe auf den Messbereich des Sensors abgebildet werden. Dabei ist der Sensor zum Schutz vor den nachteiligen Umwelteinflüssen in einem separaten Aufnehmergehäuse in dem Getriebe angeordnet. Nachteilig dabei ist insbesondere, dass der Sensor neben dem Gehäuse einen dichten Steckverbinder und eine Befestigungsmöglichkeit benötigt, was zudem Bauraum im Bereich des Reduktionsgetriebes innerhalb des Getriebegehäuses erfordert.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfach aufgebaute und kompakte Anordnung mit einem Elektromotor und einer sensorgeregelten Einheit bereit zu stellen.
• Erfindungsgemäß ist dies bei einer Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 erreicht. Gemäß dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1 ist vorgesehen, dass eine Abnahmestelle der Messgröße im Bereich des Elektromotors angeordnet ist, dass an dem Elektromotor eine Bürstenbrücke oder ein Lagerschild gehaltert ist, und dass der Messgrößenaufnehmer an der Bürstenbrücke oder dem Lagerschild gehaltert ist. Insbesondere ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die sensorgeregelte oder -gesteuerte Einheit durch eine Drehanordnung gebildet ist, der Messgrößenaufnehmer durch einen Drehwinkelaufnehmer und die Abnahmestelle der Messgröße bzw. ein die Messgröße abgebender Messgrößengeber durch einen Drehwinkelgeber gebildet ist, der auf einem sich drehenden Element der Drehanordnung angeordnet ist. Der durch z. B. einen Absolutwinkelsensor realisierte Drehwinkelaufnehmer wird also beispielsweise direkt in die Bürstenbrücke des Elektromotors integriert. Dazu ist in der Bürstenbrücke ein entsprechender Aufnahmebereich vorgesehen. Weiterhin ist vorgesehen, dass der Drehwinkelgeber bzw. das positionsgebende Element (z. B. ein Magnet) in der Nähe des Elektromotors an einem Zahnrad eines Untersetzungsgetriebes befestigt ist und beispielsweise eine Schaltwalzenposition abbildet. Hierbei entfallen das zusätzliche dichte Aufnehmergehäuse inklusive Steckverbinder, die Befestigung und die Abdichtung, die gemäß dem Stand der Technik erforderlich sind. Alternativ können auch andere zu erfassende Messgrößen vorliegen, wie z. B. Drehmoment, Drehzahl oder Druck.
• Vorteilhafter Weise ist zumindest ein Teil der sensorgeregelten Einheit in einem Gehäuse z. B. einem Getriebegehäuse angeordnet, und der Messgrößenaufnehmer ragt durch eine Öffnung des Gehäuses in dieses in den Bereich des Messgrößengebers. In dem Gehäuse können beispielsweise bei einer Drehanordnung deren Wellen und Achsen und insbesondere ein evtl. vorhandenes Reduktionsgetriebe vorgesehen sein. Der Drehwinkelaufnehmer kann trotz Gehäuse der Drehanordnung zur sicheren und fehlerfreien Erfassung der Messgröße nahe an den Drehwinkelgeber geführt werden.
• Gemäß einer bevorzugten alternativen Ausführungsform ist das Gehäuse im Bereich des Messgrößenaufnehmers geschlossen ausgebildet, und der Messgrößenaufnehmer erfasst das Signal des Messgrößengebers berührungslos durch das geschlossene Gehäuse hindurch. Dabei können das Hindurchführen des Aufnehmers durch die Gehäuseöffnung und insbesondere das Abdichten in diesem Bereich entfallen. Andererseits muss eine ausreichend sichere und zuverlässige Übertragung der Messsignale sichergestellt sein. Dabei ist vorzusehen, dass das Gehäusematerial zumindest im Bereich des Messsignalabgriffes geeignet gewählt ist. Beispielsweise kann in Abhängigkeit vom abzugreifenden Messsignal Kunststoff oder Magnetfelder nicht abschirmendes Material als Gehäusematerial verwendet werden.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
• Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung eines Elektromotors mit einer sensorgeregelten Einheit beschrieben. Gemäß der einzigen Figur ist hierzu vereinfacht ein Teil eines Doppelkupplungsgetriebes eines Kraftfahrzeuges gezeigt. Das Getriebe ist beispielsweise in Form eines automatisierten Schaltgetriebes ausgebildet, dessen Getriebestufen über Schaltgabeln (nicht gezeigt) einstellbar sind, die mit einer Schaltwalze 1 in Verbindung stehen. Die Schaltwalze 1 legt in Abhängigkeit von deren Drehposition die Position der Schaltgabel fest. Dazu soll die Schaltwalze 1 des Doppelkupplungsgetriebes mit Hilfe eines Elektromotors 3 und eines Untersetzungsgetriebes 5 geregelt positioniert werden. Dafür ist die Kenntnis der exakten Position der Schaltwalze 1 erforderlich.
• Der Elektromotor 3 treibt mit einer Motorwelle 7 über das Reduktionsgetriebe 5 die Schaltwalze 1 mittels einem Walzenzahnrad 9 an. Dabei ist das Reduktionsgetriebe 5 aus einem Hauptzahnrad 11 und einem damit fest verbundenen Hauptritzel 13 gebildet, die drehbar an einer Getriebeachse 15 gelagert sind. Das Hauptritzel 13 steht zum Antrieb des Walzenzahnrades 9 mit diesem in Eingriff. Zur Positionsdetektion greift in die Motorwelle 7 auch ein Hilfs-Reduktionsgetriebe 17 ein, das nachfolgend genauer beschrieben ist. Die Drehbewegung kann aber alternativ auch an anderen Stellen, z. B. am Hauptritzel 13 der Reduktionsstufe 5 abgenommen werden (nicht gezeigt).
• Das Hilfs-Reduktionsgetriebe 17 ist aus einem Zahnrad 19 mit einem damit fest verbundenen Ritzel 21 und einem Detektions- Zahnrad 23 gebildet. Das Zahnrad 19 und das Ritzel 21 sind zusammen drehbar auf eine erste Achse 25 montiert. In das Ritzel 21 greift das Detektions-Zahnrad 23, an dem ein Gebermagnet 27 als Messgrößengeber gehaltert ist. Das Detektions- Zahnrad 23 ist mit dem darauf befestigten Magneten 27 drehbar auf einer zweiten Achse 29 gelagert.
• Der Elektromotor 3 der Getriebeanordnung weist eine Bürstenbrücke 31 auf, welche in an sich bekannter Weise Bürsten 33 führt, die wiederum einen Kollektor bzw. Kommutator 35 kontaktieren. In die Bürstenbrücke 31 ist ein Stecker 36 integriert, der als Steckverbinder sowohl für einen Drehwinkelaufnehmer 37 als auch zur Stromversorgung des Elektromotors 3 selbst dienen kann. In die Bürstenbrücke 31 ist weiterhin der Drehwinkelaufnehmer 37 integriert. Dazu ist die Bürstenbrücke 31 als Kunststoffteil ausgebildet und weist einen speziellen Aufnahmebereich auf. Der Drehwinkelaufnehmer 37 ist an der Bürstenbrücke 31 befestigt, beispielsweise kann er in den Aufnahmebereich der Bürstenbrücke in Kunststoff angespritzt, gesteckt oder gerastet sein. Der Drehwinkelaufnehmer 37 wird mittels einer geeigneten Dichtung 39 abgedichtet durch eine Öffnung in ein Getriebegehäuse 41 gesteckt. In dem Gehäuse 41 sind das Hilfsreduktionsgetriebe 17 und der Drehwinkelgeber 27 angeordnet, in dessen Magnetfeld der Aufnehmer 37 positioniert wird. Weiterhin sind in dem Gehäuse 41 die oben beschriebenen Achsen 25, 29 gehaltert. Der Winkelaufnehmer 37 bestimmt anhand der empfangenen Signale die Position des signalgebenden Elementes 27 und damit mittelbar auch der Schaltwalze 1. Eventuell erfolgt auch eine Signalaufbereitung im Aufnehmer.
• Der als Ringmagnet ausgebildete Gebermagnet 27 und der Drehwinkelaufnehmer 37 bilden einen Winkelsensor, der beispielsweise nach dem GMR- (Giant Magnetoresistance) oder dem AMR- (Anisotropen magnetoresistiven) Messprinzip arbeitet. Alternativ kann auch jede andere Art von geeignetem Winkel- oder Positionssensor verwendet werden, der beispielsweise auf induktivem oder kapazitivem Weg das Positionssignal erfasst.
• Weiterhin könnte der erfindungsgemäße Elektromotor auch im Bereich von elektrischen EGAS-Stellern oder im Bereich von Automatikgetrieben zum Stellen eines Wählbereichsschiebers eingesetzt werden. Falls der Elektromotor örtlich im Bereich einer anderen sensorgeregelten Einheit angeordnet ist, könnten erfindungsgemäß auch andere Messgrößen, wie Drehmoment, Drehzahl oder Druck erfasst werden.
• Alternativ zum beschriebenen Ausführungsbeispiel kann auch eine Lagerung des Drehwinkelaufnehmers 37 in einem Lagerschild des Elektromotors vorgesehen sein (nicht gezeigt). Um eine günstige Integration des Aufnehmers in den Lagerschild realisieren zu können, ist der Lagerschild aus Kunststoff ausgeführt.

Claims (9)

1. Anordnung mit einem Elektromotor (3) und einer sensorgeregelten Einheit, insbesondere mit einer Schaltwalze (1), mit einem Messgrößenaufnehmer (37), der eine Messgröße der Einheit mittelbar oder unmittelbar erfasst und ortsfest angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Elektromotor (3) eine Bürstenbrücke (31) oder ein Lagerschild gehaltert ist, und dass der Messgrößenaufnehmer (37) an der Bürstenbrücke (31) oder dem Lagerschild gehaltert ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit durch eine Drehanordnung, der Messgrößenaufnehmer durch einen Drehwinkelaufnehmer (37) und die Abnahmestelle der Messgröße durch einen Drehwinkelgeber (27) gebildet sind, und dass der Drehwinkelgeber auf einem sich drehenden Element (23) der Drehanordnung angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bürstenbrücke (31) oder der Lagerschild aus Kunststoff ausgebildet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in die Bürstenbrücke (31) ein Stecker (36) integriert ist.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der sensorgeregelten Einheit und insbesondere die Abnahmestelle (27) der Messgröße in einem Gehäuse (41) angeordnet ist, und dass der außerhalb des Gehäuses gehalterte Messgrößenaufnehmer (37) durch eine Öffnung des Gehäuses in dieses in den Bereich der Abnahmestelle (27) ragt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spalt zwischen dem Messgrößenaufnehmer (37) und der Gehäuseöffnung mit einer Dichtung (39) abgedichtet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der sensorgeregelten Einheit und insbesondere die Abnahmestelle (27) der Messgröße in einem Gehäuse (41) angeordnet ist, dass der Messgrößenaufnehmer (37) außerhalb des Gehäuses gehaltert ist, das im Bereich der Abnahmestelle geschlossen ausgebildet ist, und dass der Messgrößenaufnehmer die Messgröße an der Abnahmestelle (27) berührungslos durch das geschlossene Gehäuse hindurch erfasst.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der sensorgeregelten Einheit und insbesondere die Abnahmestelle (27) der Messgröße in einem Gehäuse (41) angeordnet ist, und dass das Gehäuse aus einem magnetisch durchlässigen Material besteht.

9. Elektromotor zur Verwendung in einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.