WO2020069694A1 - Verfahren zum magnetisieren, bauteil und kupplungsaktor - Google Patents

Verfahren zum magnetisieren, bauteil und kupplungsaktor

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Magnetisieren eines Bauteils (12), das um eine Drehachse (100) drehbar ist und aus einem magnetisierbaren Material besteht, wobei ein durch eine Erregereinheit (22) erzeugtes Erregermagnetfeld (26) auf das Bauteil (12) einwirkt und das Erregermagnetfeld (26) in einer die Drehachse (100) enthaltenen ersten Ebene (32) einen Aussenumfang des Bauteils (12) umkreist und mit jeder Umkreisung zunehmend abgeschwächt wird wodurch in der ersten Ebene (32) ein kreisförmig geschlossenes Magnetfeld (30) in dem Bauteil (12) erzeugt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein durch dieses Verfahren erzeugtes Bauteil (12), sowie einen Kupplungsaktor mit einem durch dieses Verfahren erzeugten Bauteil (12).

Description

Verfahren zum Magnetisieren, Bauteil und Kupplungsaktor
Beschreibungseinleitung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Magnetisieren eines Bauteils nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Bauteil, welches unter Anwendung des Verfahrens hergestellt ist und einen Kupplungsaktor mit einem derartigen Bauteil.
In einem Kraftfahrzeug werden zur automatisierten Betätigung von Kupplungen bekanntermaßen Aktoren eingesetzt. Bei automatisiert betätigten Kupplungen, wie der E-Clutch, im Zusammenhang mit Handschaltgetrieben werden Aktoren eingesetzt.
Ein derartiger Aktor ist der modulare Kupplungsaktor, auch Modular Clutch Actuator oder abgekürzt MCA genannt. Dieser umfasst einen Rotor und eine Spindel. Der Rotor führt eine Drehbewegung aus, die über ein Planeten-Wälzgewinde, abgekürzt PWG in eine translatorische Bewegung der Spindel umgesetzt wird. Die
translatorische Bewegung der Spindel bewirkt die Kupplungsbetätigung. Die
Kenntnis der Betätigungskraft ermöglicht dabei eine steuerbare und regelbare Kupplungsbetätigung. In DE 10 2017 122 171.9 ist ein Aktor in einem Kupplungsbetätigungssystem eines Kraftfahrzeugs beschrieben, bei dem eine axiale Betätigungskraft bei
Kupplungsbetätigung über ein magnetostriktives Messelement gemessen wird.
In DE 10 2017 125 848.5 ist eine magnetostriktive Kraftbestimmung an einer Gewindespindel eines Kupplungsaktors beschrieben. Die DE 10 2017 123 475.6 beschreibt ein Lager einer Aktorspindel, dessen Lagerring magnetisiert ist, um unter Anwendung einer magnetostriktiven Erkennung eine Betätigungskraft auf das Lager zu erfassen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum
Magnetisieren eines Bauteils vorzuschlagen. Wenigstens eine dieser Aufgaben wird durch ein Verfahren zum Magnetisieren eines Bauteils mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Entsprechend wird ein
Verfahren zum Magnetisieren eines Bauteils, das um eine Drehachse drehbar ist und aus einem magnetisierbaren Material besteht vorgeschlagen, bei dem ein durch eine Erregereinheit erzeugtes Erregermagnetfeld auf das Bauteil einwirkt und das
Erregermagnetfeld in einer die Drehachse enthaltenen ersten Ebene einen
Aussenumfang des Bauteils umkreist und mit jeder Umkreisung zunehmend abgeschwächt wird, wodurch in der ersten Ebene ein kreisförmig geschlossenes Magnetfeld in dem Bauteil erzeugt wird. Dadurch kann eine wirtschaftliche und kostensparende Magnetisierung des Bauteils hergestellt werden, womit eine magnetostriktive Messung einer auf das Bauteil einwirkenden axialen Kraft möglich ist.
Insbesondere ist der Aussenumfang des Bauteils die äußere Umrandung des
Bauteils in dem die durch die erste Ebene gebildeten Querschnitt. Bei einem um die Drehachse rotationssymmetrischen, innen hohlen Bauteil kann der Aussenumfang die äußere Umrandung einer der beiden Hälften oder beider Hälften des Bauteils in dem durch die erste Ebene gebildeten Querschnitt sein.
Das Magnetfeld ist bevorzugt äquidistant zu der den Aussenumfang enthaltenen Bauteiloberfläche. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist das Bauteil eine in Richtung senkrecht zur Drehachse bezogene Breite und das Erregermagnetfeld in dieselbe Richtung eine Feldbreite auf, wobei die Feldbreite mindestens so gross ist wie die Breite.
In einer speziellen Ausführung der Erfindung umkreist nach Magnetisierung des Bauteils in der ersten Ebene, das Erregermagnetfeld in einer die Drehachse enthaltenen und von der ersten Ebene verschiedenen zweiten Ebene einen
Aussenumfang des Bauteils um eine Magnetisierung des Bauteils in der zweiten Ebene zu erzeugen. Das Bauteil kann sich zum Wechsel zwischen erster und zweiter Ebene um die Drehachse drehen. Alternativ oder zusätzlich kann sich die
Erregereinheit um die Drehachse drehen. Das Bauteil kann in Bezug auf die in Drehrichtung gerichtete Umfangsrichtung gleichmäßig magnetisiert sein. Das Magnetfeld kann in allen in diese
Umfangsrichtung umlaufenden Querschnitten des Bauteils vorhanden sein.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Erregereinheit ein
Permanentmagnet.
In einer speziellen Ausführung der Erfindung erfolgt das Umkreisen durch Bewegung des Permanentmagneten in der die Drehachse enthaltenen Ebene um den
Aussenumfang des Bauteils.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Erregereinheit ein Elektromagnet. Der Elektromagnet kann eine stromführende Spule aufweisen.
Weiterhin kann in der Spule ein Flussleitungselement, beispielsweise ein Eisen enthaltenes Flussleitungselement angeordnet sein.
In einer speziellen Ausführung der Erfindung erfolgt das Umkreisen durch Bewegung des Elektromagneten in der die Drehachse enthaltenen Ebene um den
Aussenumfang des Bauteils.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung umfasst die Erregereinheit
wenigstens zwei entlang des Aussenumfangs des Bauteils verteilt angeordnete Elektromagnete. Bevorzugt sind die Elektromagnete in gleichem Abstand zueinander angeordnet. Es können mehr als zwei Elektromagnete angeordnet sein. Die
Elektromagnete können gleich gross sein oder unterschiedlich gross sein. Die
Elektromagnete können gleiche Eigenschaften oder unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.
Das Umkreisen kann durch Abschwächung des Erregermagnetfelds des ersten Elektromagneten und Aufbau und Verstärkung des Erregermagnetfelds des zweiten Elektromagneten erfolgen. Die Abschwächung des Erregermagnetfelds des ersten Elektromagneten kann stetig erfolgen. Der Aufbau und die Verstärkung des
Erregermagnetfelds des zweiten Elektromagneten kann stetig erfolgen. Die
Verstärkung kann proportional zu der Abschwächung sein.
Weiterhin wird ein Bauteil vorgeschlagen, welches unter Anwendung des zuvor beschriebenen Verfahrens hergestellt ist. Das Bauteil kann eine Welle, eine Spindel oder ein Lagerbauteil, beispielsweise ein Lagerring sein. Das Lagerbauteil kann in einem Lager eines Kupplungsaktors oder in einem Radlager eingesetzt sein.
Weiterhin wird ein Kupplungsaktor mit einem Bauteil, welches unter Anwendung des zuvor beschriebenen Verfahrens hergestellt ist, vorgeschlagen wobei das Bauteil eine Welle, eine Spindel und/oder ein Lagerbauteil ist.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung und den Abbildungen.
Figurenbeschreibung Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen ausführlich beschrieben. Es zeigen im Einzelnen:
Figur 1 : Eine räumliche Querschnittsansicht eines Kupplungsaktors in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
Figur 2: Eine Anordnung zur Magnetisierung eines als Welle ausgebildeten
Bauteils in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
Figur 3: Eine Anordnung zur Magnetisierung eines als Lagerring
ausgebildeten Bauteils in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
Figur 4: Eine Anordnung zur Magnetisierung eines als Welle ausgebildeten
Bauteils in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
Figur 5: Eine Anordnung zur Magnetisierung eines als Lagerring
ausgebildeten Bauteils in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
Figur 1 zeigt eine räumliche Querschnittsansicht eines Kupplungsaktors 10 in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Der Kupplungsaktor 10 umfasst einen Elektromotor mit einem Stator 11 und einem Rotor 13. Der Rotor 13 kann eine
Drehbewegung über ein Planetenwälzgewinde als translatorische Bewegung eines Bauteils 12 ausüben. Das Bauteil 12 ist eine Spindel 14. Auch umfasst der Kupplungsaktor 10 ein Kugellager 16, mit einem weiteren Bauteil 12, hier einem Lagerbauteil, beispielsweise einem äußeren Lagerring 18.
Die Spindel 14 und damit verbundene Bauteile bewirken über die translatorische Bewegung eine Kupplungsbetätigung. Dabei wird die Spindel 14 einer axialen Kraft ausgesetzt, beispielsweise der Kupplungsbetätigungskraft. Die axiale Kraft kann auch auf den Lagerring 18 wirken.
Für eine zuverlässige Steuerung oder Regelung der Kupplungsbetätigung ist die Kenntnis dieser axialen Kraft erforderlich. Dabei hat sich die magnetostriktive Messung der axialen Kraft als besonders vorteilhaft erwiesen. Die axiale Kraft bewirkt eine axiale Verformung des jeweiligen Bauteils 12. Ist das Bauteil 12 magnetisiert, kann die magnetostriktive Wirkung zur Messung der
Axialbelastung genutzt werden. Für eine zuverlässige Messung der Axialbelastung ist die genaue Magnetisierung des Bauteils ausschlaggebend.
Es wurde festgestellt, dass das Bauteil vorzugsweise ein in der ersten Ebene ausgerichtetes, kreisförmig geschlossenes Magnetfeld aufweisen sollte, um eine bestmögliche Erfassung der axialen Belastung über die magnetostriktive Wirkung zu ermöglichen.
In Figur 2 ist eine Anordnung zur Magnetisierung eines als Welle ausgebildeten Bauteils 12 in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Welle 20 ist um eine Drehachse 100 drehbar und besteht aus einem magnetisierbaren
Material.
Eine Erregereinheit 22, die hier als Permanentmagnet 24 ausgeführt ist, erzeugt ein Erregermagnetfeld 26, das auf die Welle 20 einwirkt. Um die Welle mit einem kreisförmig geschlossenen und äquidistant zu der Bauteiloberfläche 28 des Bauteils 12 verlaufenden Magnetfeld 30 zu magnetisieren, wird das Erregermagnetfeld 26 durch Bewegen des Permanentmagneten 24 in einer die Drehachse 100 enthaltenen ersten Ebene 32 derart geführt, dass dieses einen Aussenumfang des Bauteils 12 umkreist. Mit jeder Umkreisung wird der Permanentmagnet 24 von der Welle 20 zunehmend wegbewegt, wodurch das auf das Bauteil 12 wirkende
Erregermagnetfeld 26 zunehmend abgeschwächt wird und damit das Magnetfeld 30 in dem Bauteil 12 beständig eingeprägt wird. Die Welle 20 weist eine in Richtung senkrecht zur Drehachse 100 bezogene Breite 34 auf und das Erregermagnetfeld 26 weist in dieselbe Richtung eine Feldbreite 36 auf, wobei die Feldbreite 36 mindestens so gross ist wie die Breite 34.
Figur 3 zeigt eine Anordnung zur Magnetisierung eines als Lagerbauteil
ausgebildeten Bauteils 12 in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Das Lagerbauteil 38 ist hier beispielsweise ein Lagerring 40. Die Magnetisierung des Lagerrings 40 erfolgt, indem eine Erregereinheit 22, die hier als Permanentmagnet 24 ausgeführt ist, ein Erregermagnetfeld 26 erzeugt, das auf den Lagerring 40 einwirkt. Um den Lagerring 40 mit einem in der ersten Ebene 32 ausgerichteten, kreisförmig geschlossenen und äquidistant zu der Bauteiloberfläche 28 des Bauteils 12 verlaufenden Magnetfeld 30 zu magnetisieren, wird das Erregermagnetfeld 26 durch Bewegen des Permanentmagneten 24 in einer die Drehachse 100 enthaltenen ersten Ebene 32 derart geführt, dass dieses einen Aussenumfang des Bauteils 12 umkreist. Mit jeder Umkreisung wird der Permanentmagnet 24 von dem Lagerring 40 zunehmend wegbewegt, wodurch das auf das Bauteil 12 einwirkende
Erregermagnetfeld 26 zunehmend abgeschwächt wird und dadurch das Magnetfeld 30 in dem Lagerring 40 beständig eingeprägt wird.
Um das Magnetisieren des Lagerrings 40 um die gesamte Bauteiloberfläche 28 und damit auch in dem inneren Bereich 42 durchzuführen, erfolgt eine Übergabe des Permanentmagneten 24 durch den inneren Bereich 42 des Lagerrings 40. Alternativ kann der Lagerring 40 geteilt ausgeführt sein, womit das Umkreisen mit dem
Permanentmagneten 24 einfacher erfolgen kann.
In Figur 4 ist eine Anordnung zur Magnetisierung eines als Welle ausgebildeten Bauteils 12 in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Die Erregereinheit 22 ist ein um die Bauteiloberfläche 28 in einer die Drehachse 100 enthaltenen Ebene 32 herum angeordneter Elektromagnet 44. Der Elektromagnet 44 besteht aus mehreren einzelnen Elektromagneten 44, die jeweils eine stromführende Spule 46 aufweisen. Weiterhin kann in der Spule 46 ein Flussleitungselement, beispielsweise ein Eisen enthaltenes Flussleitungselement angeordnet sein. Das Umkreisen zur Magnetisierung der Welle 20 mit einem geschlossenen und äquidistant zur Bauteiloberfläche 28 verlaufenden Magnetfeld 30 erfolgt durch zunehmende Abschwächung des Erregermagnetfelds 26 des ersten
Elektromagneten 48 und zunehmenden Aufbau und Verstärkung des
Erregermagnetfelds 26 des benachbarten zweiten Elektromagneten 50.
Die Abschwächung des Erregermagnetfelds 26 des ersten Elektromagneten 48 erfolgt stetig. Der Aufbau und die Verstärkung des Erregermagnetfelds 26 des zweiten Elektromagneten 50 erfolgt stetig und proportional zu der Abschwächung des Erregermagnetfelds 26 des ersten Elektromagneten 48. Die einzelnen Elektromagnete 44 sind in gleichem Abstand zueinander angeordnet, um eine gleichmäßige Umkreisung der Bauteiloberfläche 28 und damit eine gleichförmige Magnetisierung zu ermöglichen.
Figur 5 zeigt eine Anordnung zur Magnetisierung eines als Lagerring ausgebildeten Bauteils 12 in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung. Die Erregereinheit 22 ist ein um die Bauteiloberfläche 28 in einer die Drehachse 100 enthaltenen Ebene 32 herum angeordneter Elektromagnet 44. Der Elektromagnet 44 besteht aus mehreren einzelnen Elektromagneten 44, die jeweils eine stromführende Spule 46 aufweisen. Weiterhin kann in der Spule 46 ein Flussleitungselement, beispielsweise ein Eisen enthaltenes Flussleitungselement angeordnet sein. Das Umkreisen zur Magnetisierung des Lagerrings 40 mit einem geschlossenen und äquidistant zur Bauteiloberfläche 28 verlaufenden Magnetfeld 30 erfolgt durch zunehmende Abschwächung des Erregermagnetfelds 26 des ersten
Elektromagneten 48 und zunehmenden Aufbau und Verstärkung des
Erregermagnetfelds 26 des benachbarten zweiten Elektromagneten 50. Die Abschwächung des Erregermagnetfelds 26 des ersten Elektromagneten 48 erfolgt stetig. Der Aufbau und die Verstärkung des Erregermagnetfelds 26 des zweiten Elektromagneten 50 erfolgt stetig und proportional zu der Abschwächung des Erregermagnetfelds 26 des ersten Elektromagneten 48. Die einzelnen Elektromagnete 44 sind in gleichem Abstand zueinander angeordnet, um eine gleichmäßige Umkreisung der Bauteiloberfläche 28 und damit eine gleichförmige Magnetisierung zu ermöglichen.
Um das Magnetisieren des Lagerrings 40 um die gesamte Bauteiloberfläche 28 und damit auch in dem inneren Bereich 42 durchzuführen, sind auch in dem inneren Bereich Elektromagnete 44 eingebracht. Die Grösse der einzelnen Elektromagnete muss nicht zwingend gleich sein. Auch können in dem inneren Bereich kleinere Elektromagnete 44 angeordnet sein, als in den angrenzenden Bereichen. Das erzeugbare Erregermagnetfeld dieser im inneren Bereich 42 angeordneten
Elektromagnete 44 kann dennoch gleich gross sein, wie das der in den
angrenzenden Bereichen angeordneten Elektromagnete 44. Beispielsweise können die in dem inneren Bereich 42 angeordneten Elektromagnete mit einem höheren Strom betrieben werden. Alternativ kann der Lagerring 40 geteilt ausgeführt sein, womit die Anordnung der Elektromagnete 44 einfacher erfolgen kann. Nach Magnetisierung des Bauteils 12 in der ersten Ebene 32 kann das
Erregermagnetfeld 26 in einer die Drehachse 100 enthaltenen und von der ersten Ebene 32 verschiedenen zweiten Ebene einen Aussenumfang des Bauteils 12 umkreisen und damit eine Magnetisierung des Bauteils 12 auch in der zweiten Ebene bewirken. Hierfür kann sich das Bauteil 12 zum Wechsel zwischen erster Ebene 32 und zweiter Ebene um die Drehachse 100 drehen. Alternativ oder zusätzlich kann sich die Erregereinheit 22 um die Drehachse 100 drehen. Eine Magnetisierung in zwei oder mehreren solcher Ebenen kann vorteilhaft sein, wenn eine in Drehrichtung des Bauteils 12 ungleichmäßig verteilt anliegende, lokale axiale Belastung besteht, die magnetostriktiv erfasst werden soll. Bezugszeichenliste
10 Kupplungsaktor
11 Stator
12 Bauteil
13 Rotor
14 Spindel
16 Kugellager
18 Lagerring
20 Welle
22 Erregereinheit
24 Permanentmagnet
26 Erregermagnetfeld
28 Bauteiloberfläche
30 Magnetfeld
32 Ebene
34 Breite
36 Feldbreite
38 Lagerbauteil
40 Lagerring
42 innerer Bereich
44 Elektromagnet
46 Spule
48 Elektromagnet 50 Elektromagnet 100 Drehachse

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Magnetisieren eines Bauteils (12), das um eine Drehachse (100) drehbar ist und aus einem magnetisierbaren Material besteht, wobei ein durch eine Erregereinheit (22) erzeugtes Erregermagnetfeld (26) auf das Bauteil (12) einwirkt,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Erregermagnetfeld (26) in einer die Drehachse (100) enthaltenen ersten Ebene (32) einen Aussenumfang des Bauteils (12) umkreist und
mit jeder Umkreisung zunehmend abgeschwächt wird wodurch in der ersten Ebene (32) ein kreisförmig geschlossenes Magnetfeld (30) in dem Bauteil (12) erzeugt wird.
2. Verfahren zum Magnetisieren eines Bauteils (12) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (12) eine in Richtung senkrecht zur
Drehachse (100) bezogene Breite (34) aufweist und das Erregermagnetfeld (26) in dieselbe Richtung eine Feldbreite (36) aufweist, wobei die Feldbreite (36) mindestens so gross ist wie die Breite (34).
3. Verfahren zum Magnetisieren eines Bauteils (12) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach Magnetisierung des Bauteils (12) in der ersten Ebene (32), das Erregermagnetfeld (26) in einer die Drehachse (100) enthaltenen und von der ersten Ebene (32) verschiedenen zweiten Ebene einen Aussenumfang des Bauteils (12) umkreist und damit eine Magnetisierung des Bauteils (12) in der zweiten Ebene erfolgt.
4. Verfahren zum Magnetisieren eines Bauteils (12) nach einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregereinheit (22) ein Permanentmagnet (24) ist.
5. Verfahren zum Magnetisieren eines Bauteils (12) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Umkreisen durch Bewegung des Permanentmagneten (24) in der die Drehachse (100) enthaltenen Ebene um den Aussenumfang des Bauteils (12) erfolgt.
6. Verfahren zum Magnetisieren eines Bauteils (12) nach einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregereinheit (22) ein Elektromagnet (44) ist.
7. Verfahren zum Magnetisieren eines Bauteils (12) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Umkreisen durch Bewegung des Elektromagneten (44) in der die Drehachse (100) enthaltenen Ebene (32) um den
Aussenumfang des Bauteils (12) erfolgt.
8. Verfahren zum Magnetisieren eines Bauteils (12) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregereinheit (22) wenigstens zwei entlang des Aussenumfangs des Bauteils (12) verteilt angeordnete
Elektromagnete (44) umfasst.
9. Bauteil (12) welches unter Anwendung des Verfahrens nach einem der
vorangehenden Ansprüche hergestellt ist, wobei das Bauteil bevorzugt eine Welle, eine Spindel oder ein Lagerbauteil ist.
10. Kupplungsaktor (10) mit einem Bauteil (12), welches unter Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt ist, wobei das Bauteil (12) bevorzugt eine Welle, eine Spindel oder ein Lagerbauteil ist.
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