WO2019149298A1 - Elektromechanischer aktuator - Google Patents

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WO2019149298A1
WO2019149298A1 PCT/DE2018/100848 DE2018100848W WO2019149298A1 WO 2019149298 A1 WO2019149298 A1 WO 2019149298A1 DE 2018100848 W DE2018100848 W DE 2018100848W WO 2019149298 A1 WO2019149298 A1 WO 2019149298A1
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Kerstin DÜRST
Manuel SCHMITT
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Definitions

  • the invention relates to a suitable for use in a motor vehicle electromechanical actuator according to the preamble of claim 1.
  • Such an actuator is known for example from DE 10 2014 221 129 A1.
  • the known actuator is part of an active roll stabilizer and has an electronic unit comprising various sections.
  • a first portion of the electronic unit is a rotating and a second portion is a non-rotating component.
  • An active roll stabilizer which has co-rotating electronic components, is also known from DE 10 2014 222 708 A1.
  • a sensor provided for measuring a torsional moment is arranged on a planet carrier wall of a planetary gear.
  • the electronics are a printed circuit board with magnetic field sensors arranged thereon.
  • a circuit arrangement for operating a magnetoelastic sensor is described in DE 36 20 412 A1. This circuit is designed in such a way be that the dependence of a sensor signal from the distance between a senorsor coil and a measurement object is largely suppressed.
  • This force measuring device comprises a piezoresistive, amorphous carbon layer.
  • the object of the invention is to further develop an electromechanical actuator, in particular an actuator of an active roll stabilizer, for a motor vehicle in relation to the cited prior art, in particular under production engineering aspects and from the point of view of space utilization.
  • an actuator for example a chassis actuator, in particular an actuator of a roll stabilizer, having the features of claim 1.
  • the actuator comprises, in a known basic conception, a torque measuring arrangement based on the inverse-magnetostrictive principle, which comprises at least one electronic unit having.
  • the electronic unit has a circuit board connected by means of a riveted connection, at least indirectly to an actuator housing of the actuator.
  • the circuit board is a circuit board which is equipped with electronic components of the electronic unit.
  • the board represents a non-rotating component of the actuator.
  • the riveted connection can be produced either by elements which are integral components of a carrier element or by separate elements, that is to say rivets.
  • the carrier element is preferably a planar element which is fixedly arranged in the actuator housing and connected to the circuit board by a number of rivets.
  • An embodiment of the carrier element as an integral part of the actuator housing is possible.
  • the carrier element is a metal part.
  • the carrier element may be made of metal or plastic.
  • a gap is formed between the board and the carrier element in a preferred embodiment. This gap is advantageous in terms of cooling the board. In addition, it improves the possibilities of accommodating deformations which can occur during operation of the actuator, in particular within a roll stabilizer or other chassis actuator, for example due to mechanical loads and / or temperature effects.
  • the circuit board is preferably accommodated in the actuator housing such that a surface normal of the circuit board is oriented orthogonally to the longitudinal axis of the actuator. This means that the center axis of the actuator housing, which has a cylindrical basic shape, is spaced parallel from the circuit board.
  • the actuator is particularly suitable for use as a chassis actuator, for example in a rear axle steering or in a level adjustment, in particular level control.
  • the actuator is an actuator of an active roll stabilizer for a motor vehicle.
  • the printed circuit board is preferably arranged in a housing region of the actuator housing, which is tapered in comparison to a central housing region. In this way, virtually the entire diameter of the central, non-tapered housing region is available for force-generating and -transporting components of the roll stabilizer.
  • the electric motor used in the electromechanical actuator is, for example, a brushless DC motor (BLDC motor).
  • BLDC motor brushless DC motor
  • a reduction gear within the actuator for example, a multi-stage planetary gear or a wave gear can be used.
  • FIG. 3 shows a detail of the arrangement according to FIG. 2.
  • a generally designated by the reference numeral 1 roll stabilizer is intended for use as Fahrwerksaktuator in a motor vehicle.
  • the basic function of the roll stabilizer 1 reference is made to the cited prior art.
  • the roll stabilizer 1 comprises an electromechanical actuator 2.
  • the actuator 2 has the basic shape of a cylinder, whose central axis is oriented substantially transverse to the vehicle longitudinal axis.
  • To the actuator 2 close two stabilizer halves 3, 4 in the form of torsion bar springs, which are coupled by means of bearings 5, 6 with the vehicle body, not shown.
  • the term "stabilizer half” does not imply that both stabilizer halves 3, 4 must have the same dimensions. Rather, an eccentric arrangement of the actuator 2 in the chassis is possible.
  • connecting pieces 7, 8 are formed which serve for the articulated connection to wheel carriers of the motor vehicle.
  • a designated 9 actuator housing of the electromechanical actuator 2 has on its left in Fig. 1 side a flange 10, which is connected to the stabilizer half 3.
  • the flange 10 is adjoined by a central, substantially cylindrical housing region 12 of the actuator housing 9.
  • right side of the middle housing portion 12 connects to these a tapered, also cylindrical housing portion 11 at.
  • the stabilizer half 4 is inserted into the actuator housing 9 through the tapered housing area 11.
  • a torque measuring arrangement 13 which, based on the inverse-magnetostrictive principle, supplies information about a torque acting within the actuator 2.
  • the torque measuring arrangement 13 comprises a circuit board 14, on which electronic components (not shown) are arranged, with which an electronic unit is formed.
  • the board 14 is mounted on a support member 15 by means of rivets 16, 17. Between the carrier element 15 and the circuit board 14, a gap Sp is formed, so that the circuit board 14 is largely lifted off the carrier element 15. Otherwise, namely in the area around the rivets 16, 17, bearing areas 18, 19 are provided, in which the board 14 contacts the carrier element 15.
  • the planar carrier element 15 is fixedly arranged in the tapered housing region 11, within the interior of the actuator 2 designated IR.
  • the generally designated 20 rivet connection which is made by the rivets 16, 17, extremely space-saving, in particular in the direction normal to the flat elements 14, 15, that is, in the radial direction of the actuator 9, constructed.
  • the center axis of the actuator 2, which coincides with the pivot axis of the stabilizer halves 3, 4, is spaced parallel from the circuit board 14 and from the carrier element 15.
  • the board 14 protrudes into the middle housing portion 12 only to a small extent.
  • electromechanical components that is, the electric motor and the reduction gear, the actuator. 2 LIST OF REFERENCES

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Abstract

Ein elektromechanischer Aktuator (2), insbesondere Fahrwerksaktuator, beispielsweise Aktuator eines Wankstabilisators, für ein Kraftfahrzeug umfasst eine auf dem invers-magnetostriktiven Prinzip beruhende Drehmomentmessanordnung (13), welche mindestens eine Elektronikeinheit aufweist, wobei diese eine mittels Nietverbindung (20) zumindest indirekt mit einem Aktuatorgehäuse (9) verbundene Platine (14) aufweist.

Description

Elektromechanischer Aktuator
Die Erfindung betrifft einen für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug geeigneten elektromechanischen Aktuator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Aktuator ist beispielsweise aus der DE 10 2014 221 129 A1 bekannt. Der bekannte Aktuator ist Teil eines aktiven Wankstabilisators und weist eine Elektro- nikeinheit auf, die verschiedene Abschnitte umfasst. Hierbei stellt ein erster Abschnitt der Elektronikeinheit eine rotierende und ein zweiter Abschnitt eine nicht rotierende Komponente dar.
Ein aktiver Wankstabilisator, welcher mitrotierende Elektronikkomponenten aufweist, ist auch aus der DE 10 2014 222 708 A1 bekannt. In diesem Fall ist ein zum Messen eines Torsionsmoments vorgesehener Sensor an einer Planetenträgerwand eines Planetengetriebes angeordnet. Bei der Elektronik handelt es sich um eine Leiterplatte mit darauf angeordneten Magnetfeldsensoren.
Ein weiterer Wankstabilisator, welcher zum Messen eines Drehmoments den invers- magnetostriktiven Effekt nutzt, ist in der DE 10 2013 219 761 B3 offenbart. In diesem Fall werden zusätzlich zu einem Drehmoment auch Querkräfte, bezogen auf die Längsachse des Stabilisators, berücksichtigt.
Diverse Bauformen elektromechanischer Wankstabilisatoren für Kraftfahrzeuge sind des Weiteren in den Dokumenten DE 10 2015 222 068 A1 und DE 10 2015 209 310 A1 beschrieben.
Eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines magnetoelastischen Sensors ist in der DE 36 20 412 A1 beschrieben. Diese Schaltungsanordnung soll derart gestaltet sein, dass die Abhängigkeit eines Sensorsignals vom Abstand zwischen einer Sen- sorspule und einem Messobjekt weitgehend unterdrückt wird.
Aus der EP 2 013 598 B1 ist eine Kraftmessvorrichtung zur Messung der Kraft bei Festkörperaktoren bekannt. Diese Kraftmessvorrichtung umfasst eine piezoresistive, amorphe Kohlenstoffschicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromechanischen Aktuator, ins- besondere Aktuator eines aktiven Wankstabilisators, für ein Kraftfahrzeug gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere unter fertigungstechnischen Aspek- ten sowie unter dem Gesichtspunkt der Bauraumausnutzung weiterzuentwickeln.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Aktuator, beispielsweise Fahrwerksaktuator, insbesondere Aktuator eines Wankstabilisators, mit den Merkma- len des Anspruchs 1. Der Aktuator umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption ei- ne auf dem invers-magnetostriktiven Prinzip beruhende Drehmomentmessanordnung, welche mindestens eine Elektronikeinheit aufweist. Erfindungsgemäß weist die Elekt- ronikeinheit eine mittels Nietverbindung zumindest indirekt mit einem Aktuatorgehäuse des Aktuators verbundene Platine auf. Bei der Platine handelt es sich um eine Leiter- platte, welche mit elektronischen Bauteilen der Elektronikeinheit bestückt ist. Die Pla- tine stellt eine nicht rotierende Komponente des Aktuators dar.
Die Nietverbindung kann prinzipiell entweder durch Elemente, welche integrale Be- standteile eines Trägerelements sind, oder durch gesonderte Elemente, das heißt Nie- te, hergestellt sein. Im letztgenannten Fall handelt es sich bei dem Trägerelement vor- zugsweise um ein flächiges Element, welches fest im Aktuatorgehäuse angeordnet und durch eine Anzahl Niete mit der Platine verbunden ist. Auch eine Ausbildung des Trägerelements als integraler Bestandteil des Aktuatorgehäuses ist möglich. In die- sem Fall handelt es sich bei dem Trägerelement um ein Metallteil. Ansonsten kann das Trägerelement aus Metall oder aus Kunststoff gefertigt sein. Unabhängig von dem Werkstoff, aus dem das Trägerelement gefertigt ist, oder der Werkstoffkombination, aus welcher das Trägerelement aufgebaut ist, ist zwischen der Platine und dem Trägerelement in bevorzugter Ausgestaltung ein Spalt gebildet. Die- ser Spalt ist hinsichtlich der Kühlung der Platine von Vorteil. Zudem verbessert er die Möglichkeiten, Verformungen, welche beim Betrieb des Aktuators, insbesondere in- nerhalb eines Wankstabilisators oder sonstigen Fahrwerksaktuators, auftreten kön- nen, etwa durch mechanische Belastungen und/oder Temperatureinwirkungen, aufzu- nehmen.
Die Platine ist vorzugsweise derart im Aktuatorgehäuse aufgenommen, dass eine Flä- chennormale der Platine orthogonal zur Längsachse des Aktuators ausgerichtet ist. Dies bedeutet, dass die Mittelachse des Aktuatorgehäuses, welches eine zylindrische Grundform aufweist, parallel von der Platine beabstandet ist.
Der Aktuator ist besonders zur Verwendung als Fahrwerksaktuator, beispielsweise in einer Hinterachslenkung oder in einer Niveauverstellung, insbesondere Niveauregulie- rung, geeignet. In besonders bevorzugter Ausgestaltung handelt es sich bei dem Ak- tuator um einen Aktuator eines aktiven Wankstabilisators für ein Kraftfahrzeug.
In raumsparender Weise ist die Platine bei Ausbildung des Aktuators als Wankstabili- sator-Aktuator vorzugsweise in einem im Vergleich zu einem mittleren Gehäusebe- reich verjüngten Gehäusebereich des Aktuatorgehäuses angeordnet. Auf diese Weise steht praktisch der gesamte Durchmesser des mittleren, nicht verjüngten Gehäusebe- reiches für krafterzeugende und -übertragende Komponenten des Wankstabilisators zur Verfügung.
Als Elektromotor kommt im elektromechanischen Aktuator beispielsweise ein bürsten- loser Gleichstrommotor (BLDC-Motor) zum Einsatz. Als Untersetzungsgetriebe inner- halb des Aktuators ist zum Beispiel ein mehrstufiges Planetengetriebe oder ein Well- getriebe einsetzbar. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung nä- her erläutert. Hierin zeigen:
Fig. 1 einen elektromechanischen Wankstabilisator in Draufsicht,
Fig. 2 ausschnittsweise einen Aktuator des Wankstabilisators in einer Schnitt- darstellung,
Fig. 3 ein Detail der Anordnung nach Fig. 2.
Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Wankstabilisator ist zur Verwendung als Fahrwerksaktuator in einem Kraftfahrzeug bestimmt. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des Wankstabilisators 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
Der Wankstabilisator 1 umfasst einen elektromechanischen Aktuator 2. Der Aktuator 2 hat die Grundform eines Zylinders, dessen Mittelachse im Wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsachse ausgerichtet ist. An den Aktuator 2 schließen zwei Stabilisator- hälften 3, 4 in Form von Drehstabfedern an, welche mit Hilfe von Lagerungen 5, 6 mit dem nicht dargestellten Fahrzeugaufbau gekoppelt sind. Der Begriff„ Stabilisatorhälf- te“ impliziert nicht, das beide Stabilisatorhälften 3, 4 gleich dimensioniert sein müssen. Vielmehr ist auch eine außermittige Anordnung des Aktuators 2 im Fahrwerk möglich. An den dem Aktuator 2 abgewandten Enden der Stabilisatorhälften 3, 4 sind Verbin- dungsstücke 7, 8 ausgebildet, welche der gelenkigen Verbindung mit Radträgern des Kraftfahrzeugs dienen.
Ein mit 9 bezeichnetes Aktuatorgehäuse des elektromechanischen Aktuators 2 weist auf seiner in Fig. 1 linken Seite einen Flansch 10 auf, welcher mit der Stabilisatorhälfte 3 verbunden ist. An den Flansch 10 schließt ein mittlerer, im Wesentlichen zylindri- scher Gehäusebereich 12 des Aktuatorgehäuses 9 an. Auf der, bezogen auf die An- ordnung nach Fig. 1 , rechten Seite des mittleren Gehäusebereichs 12 schließt an die- sen ein verjüngter, ebenfalls zylindrischer Gehäusebereich 11 an. Die Stabilisatorhälf- te 4 ist durch den verjüngten Gehäusebereich 11 hindurch in das Aktuatorgehäuse 9 eingeführt.
Innerhalb des verjüngten Gehäusebereichs 11 befindet sich eine Drehmoment- messanordnung 13, welche, basierende auf dem invers-magnetostriktiven Prinzip, ei- ne Information über ein innerhalb des Aktuators 2 wirkendes Drehmoment liefert.
Die Drehmomentmessanordnung 13 umfasst eine Platine 14, auf welcher nicht darge- stellte elektronische Bauelemente angeordnet sind, womit eine Elektronikeinheit ge- bildet ist. Die Platine 14 ist auf einem Trägerelement 15 mit Hilfe von Nieten 16, 17 befestigt. Zwischen dem Trägerelement 15 und der Platine 14 ist ein Spalt Sp gebil- det, so dass die Platine 14 größtenteils vom Trägerelement 15 abgehoben ist. An- sonsten, nämlich im Bereich um die Niete 16, 17, sind Auflagebereiche 18, 19 gege- ben, in welchen die Platine 14 das Trägerelement 15 kontaktiert.
Das flächige Trägerelement 15 ist fest im verjüngten Gehäusebereich 11 , innerhalb des mit IR bezeichneten Innenraums des Aktuators 2, angeordnet. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist die insgesamt mit 20 bezeichnete Nietverbindung, welche durch die Niete 16, 17 hergestellt ist, äußerst raumsparend, insbesondere in Richtung normal zu den flächigen Elementen 14, 15, das heißt in Radialrichtung des Aktuatorgehäuses 9, aufgebaut. Die Mittelachse des Aktuators 2, welche mit der Schwenkachse der Stabi- lisatorhälften 3, 4 zusammenfällt, ist von der Platine 14 sowie vom Trägerelement 15 parallel beabstandet. Die Platine 14 ragt nur zu einem geringen Teil in den mittleren Gehäusebereich 12 hinein. In diesem Gehäusebereich 12 befinden sich die nicht dar- gestellten elektromechanischen Komponenten, das heißt der Elektromotor sowie das Untersetzungsgetriebe, des Aktuators 2. Bezuqszeichenliste
1 Wankstabilisator
2 Aktuator
3 Stabilisatorhälfte
4 Stabilisatorhälfte
5 Lagerung
6 Lagerung
7 Verbindungsstück
8 Verbindungsstück
9 Aktuatorgehäuse
10 Flansch
11 verjüngter Gehäusebereich
12 mittlerer Gehäusebereich
13 Drehmomentmessanordnung
14 Platine
15 Trägerelement
16 Niet
17 Niet
18 Auflagebereich
19 Auflagebereich
20 Nietverbindung
IR Innenraum
Sp Spalt

Claims

Patentansprüche
1. Elektromechanischer Aktuator (2) für ein Kraftfahrzeug, mit einer auf dem in- vers-magnetostriktiven Prinzip beruhenden Drehmomentmessanordnung (13), welche mindestens eine Elektronikeinheit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit eine mittels Nietverbindung (20) zumindest indirekt mit einem Aktuatorgehäuse (9) verbundene Platine (14) aufweist.
2. Aktuator (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Nietverbin- dung (20) eine Anzahl Niete (16,17) umfasst, durch welche die Platine (14) an einem mit dem Aktuatorgehäuse (9) verbundenen, flächigen Trägerele- ment (15) befestigt ist.
3. Aktuator (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Platine (14) und dem Trägerelement (15) ein Spalt (Sp) gebildet ist.
4. Aktuator (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trä- gerelement (15) aus Kunststoff gefertigt ist.
5. Aktuator (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trä- gerelement (15) aus Metall gefertigt ist.
6. Aktuator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flächennormale der Platine (14) orthogonal zur Längsachse des Ak- tuatorgehäuses (9) ausgerichtet ist.
7. Aktuator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Fahrwerksaktuator ausgebildet ist.
8. Aktuator (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Teil eines Wankstabilisators ausgebildet ist.
9. Aktuator (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (14) zumindest größtenteils in einem im Vergleich zu einem mittleren Gehäusebe- reich (12) verjüngten Gehäusebereich (11 ) des Aktuatorgehäuses (9) angeord- net ist.
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