WO2022127972A1 - Sensorlager mit deckel sowie verfahren zur fertigung des sensorlagers - Google Patents

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WO2022127972A1
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circuit board
sensor
conductor arrangement
board carrier
cover
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Verena Arenz
Alexander Schamin
Lukas Kuhn
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/443—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed mounted in bearings
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    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2233/00—Monitoring condition, e.g. temperature, load, vibration

Definitions

  • the invention relates to a sensor bearing for detecting the angle of a shaft in a traction machine, having the features of the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a method for manufacturing the sensor bearing.
  • Document DE 10 2000 1831 254 A1 which probably represents the closest prior art, relates to an annular sensor unit with a sensor element and a connecting element.
  • the connecting element has an annular base with a peripheral outer wall, and the sensor element is inserted into the connecting element and overmoulded with a binding agent.
  • the sensor unit can be coupled to a roller bearing, so that the sensor unit can be assembled with the roller bearing as a structural unit.
  • the subject matter of the invention is a sensor bearing, in particular a ring-shaped one, which is suitable and/or designed for detecting the angle of a shaft in a traction machine.
  • the sensor bearing functions in particular as a resolver, in particular as an angle resolver.
  • the sensor bearing is particularly preferred designed to be able to perform an absolute angle detection of a rotation angle of the shaft.
  • the sensor bearing is configured to perform an incremental angle detection of an angle of rotation of the shaft.
  • a speed can be derived from the angle detection.
  • the traction machine is an electric drive from the vehicle.
  • the traction machine is particularly preferably used to provide a main torque for the vehicle.
  • the shaft can be any shaft in the drive train of the traction machine between the electric motor and the vehicle wheel.
  • the shaft is particularly preferably designed as a rotor shaft.
  • the shaft and/or the sensor bearing is arranged in a transmission chamber of the traction machine that is lubricated with transmission oil.
  • An optional subject matter of the invention is formed by a traction machine and/or a vehicle with the traction machine and with the sensor bearing.
  • the sensor bearing has a fixing sleeve.
  • the fixing sleeve is designed in particular as a metal component.
  • the basic shape of the fixing sleeve is ring-shaped and/or hollow-cylindrical.
  • the fixing sleeve is particularly preferably realized in one piece.
  • the fixing sleeve is implemented as a shaped sheet metal part.
  • the fixing sleeve has the function of enclosing components of the sensor bearing and, on the other hand, of creating a coupling with a roller bearing device.
  • the sensor bearing has this roller bearing device.
  • the rolling bearing device has an inner ring and an outer ring as well as a plurality of rolling elements rolling between the inner ring and the outer ring.
  • the rolling bodies are preferably implemented as balls.
  • the outer ring is in particular non-rotatably connected to the fixing sleeve.
  • the outer ring and the fixing sleeve preferably have the same outside diameter.
  • the outer ring is or can be arranged in the traction machine in a stationary and/or non-rotatable manner.
  • the inner ring on the other hand, can be connected, in particular connected, to the shaft. During operation, the inner ring thus rotates together with the shaft.
  • the roller bearing device is open to media, in particular open to transmission oil, and/or is oil-lubricated.
  • the rolling body space of the rolling bearing device is designed without a seal on at least one side and/or is open for lubrication with gear oil.
  • the sensor bearing has sensors for detecting the angle of the shaft and/or the inner ring. After the shaft and inner ring rotate together, their speed and/or angular position is the same.
  • the sensor system is preferably designed as an inductive sensor system.
  • the sensor system comprises a circuit board, with at least one sensor being arranged on the circuit board.
  • the sensor is preferably designed as an inductive sensor.
  • the sensor is formed, for example, by a transmitting and/or receiving antenna structure and a digital data processing device such as an ASIC.
  • the sensor bearing includes a sensor rotor which is non-rotatably connected to the shaft and/or to the inner ring, preferably to the inner ring, with the sensor and/or the sensor system being able to measure information from the sensor rotor, preferably inductively.
  • the sensor and/or the sensor system is designed as a capacitive sensor. In principle, it is also possible for the sensor and/or the sensor system to be based on a different measuring principle.
  • the sensor system has an interface device for electrical, in particular electronic, contacting of the circuit board.
  • digital and/or analog signals from the angle detection of the sensor are routed via the interface device.
  • the interface device is permanently arranged on the circuit board.
  • the interface device is preferably designed as a socket for a plug.
  • the sensors are arranged in the fixing sleeve. Viewed in the axial direction, the sensor system is preferably positioned adjacent to the roller bearing device.
  • the sensor bearing has a circuit board carrier, the circuit board carrier being arranged in the fixing sleeve.
  • the circuit board carrier accommodates the circuit board and thus the sensors.
  • the sensor bearing has a cover.
  • the cover and the circuit board carrier together form a receiving space for the circuit board with the sensor.
  • the receiving space is designed as an annular space.
  • the cover is arranged in a material-to-material connection on the circuit board carrier, so that the circuit board is protected in the accommodation space in a media-tight manner.
  • One consideration of the invention is that the combination of a circuit board carrier with a cover, with the cover sealing the circuit board carrier in a media-tight manner in order to form the receiving space for the circuit board with the sensor, provides a very reliable seal against inflowing media, such as Gear oil, is realized. Installation is also comparatively simple, since after the insertion of the circuit board carrier only installation and joining is required, but no more primary shaping work has to be done in the sensor bearing. A production-ready variant for the sensor bearing has thus been implemented.
  • the cover is particularly preferably attached to the circuit board carrier in a materially bonded manner using a welding process. This configuration takes into account that no further shapeless material has to be introduced into the sensor bearing during the joining process.
  • the cover is welded onto the circuit board carrier as the welding partner using a laser welding process.
  • the laser welding process has the manufacturing advantage that the weld seam can be positioned between the two welding partners.
  • the laser beam can be guided through the cover and the material can only be heated and welded there at the joint between the cover and the circuit board carrier.
  • a weld seam is closed all the way round in such a way that the entire receiving space is designed to be media-tight.
  • the circuit board carrier prefferably has a support contour for supporting the cover and for the cover to have a contact contour for supporting the circuit board support, the support contour and contact contour together forming an overlap joint which is designed specifically for laser welding of plastics.
  • the abutting surfaces of the support contour and the contact contour preferably lie in a common radial plane with respect to the main axis of rotation, so that the laser does not have to take any height offset into account during welding.
  • this design with support contour and contact contour for forming the overlap joint is also advantageous for other welding processes, such as ultrasonic welding, since it can be welded reliably.
  • the sensor bearing has a ladder arrangement.
  • the conductor arrangement preferably comprises a plurality of conductors arranged electrically in parallel.
  • the conductor arrangement comprises more than three, in particular more than five conductors arranged parallel to one another.
  • the conductor arrangement forms a contact of the interface device with an end section on the interface side.
  • the conductor arrangement forms the contacts in the interface device.
  • the conductor arrangement With the board-side end section, the conductor arrangement provides a press-fit interface for the board.
  • the conductor arrangement has a plurality of contact pins on the board-side end section as the press-fit interface.
  • a receptacle for a press-fit connection is preferably arranged in the circuit board.
  • a press-in technique is implemented, which is designed as a solder-free connection technique.
  • the circuit board has, for example, metallized holes, in particular designed as a through-plating, in which a contact pin of the conductor arrangement is pressed into the metallized hole.
  • the contact pins are preferably designed to be resilient in their radial direction, so that reliable contacting is implemented.
  • the circuit board can be Connection can be reliably contacted in one operation. This enables a very efficient and at the same time process-reliable production of the sensor bearing.
  • the conductor assembly forms an electrical extension from the circuit board into the interface device.
  • the conductor arrangement is embedded in the circuit board carrier at least in sections.
  • the conductor arrangement is encased by a base material of the circuit board carrier, in particular in a media-tight manner.
  • An exit from the receiving space is thus formed via the conductor arrangement, since the conductor arrangement is embedded in the circuit board carrier, this exit is designed to be media-tight.
  • the proposed configuration of the conductor arrangement has a number of advantages: the contacting of the circuit board is simplified by the provision of the press-fit interface.
  • the circuit board can be contacted in parallel for all conductors by contacting with the press-fit interface. Due to the fact that the conductor arrangement is embedded in the circuit board carrier, the electrical signals are passed on media-tight to the interface device.
  • the embedding forms a kind of seal between the circuit board and the interior of the interface device.
  • the sensor bearing can be mounted particularly easily due to the preferred embodiment and saves on components such as seals.
  • the conductor arrangement is made from a pressed screen.
  • the stamped grid is designed as a sheet metal part that provides the plurality of conductors, but initially connects them to one another via webs.
  • the stamped grid is in particular a flat structure produced by stamping or subsequently a three-dimensional structure by bending.
  • the stamped grid can be produced particularly inexpensively.
  • the conductor arrangement is made from the stamped grid by this is first placed in the assembly position and / or end position and then the individual conductors by separating the Webs are electrically isolated from each other. In this way, the sensor bearing can be manufactured particularly easily and/or inexpensively.
  • the circuit board carrier with the conductor arrangement is injected into the fixing sleeve.
  • the fixing sleeve is thus placed in a shaping injection molding tool, the stamped grid or the individual conductors are positioned in the final position and the circuit board carrier is then injected.
  • This production has the advantage that the liquid plastic can be used to seal the conductor arrangement particularly easily during injection.
  • the plastic is preferably in the form of a thermoplastic.
  • the interface device is sprayed onto the conductor arrangement and/or the circuit board carrier.
  • the interface device is thus manufactured in a primary form by the injection molding process.
  • the electrical contacting of the interface device is provided by the conductor arrangement.
  • the conductor arrangement preferably has a plurality of connector pins, which form the contacting of the interface device.
  • the sensor bearing has the sensor rotor described above, with the circuit board carrier, in particular a base of the circuit board carrier, and the sensor rotor being arranged directly adjacent to one another.
  • the bottom of the circuit board carrier is also manufactured using the shaping injection molding tool, it can be manufactured with high precision and/or with only small tolerances, so that the sensor rotor can be positioned very close to the circuit board carrier and in this way the at least one sensor in the Sensor technology can scan the sensor rotor particularly precisely.
  • a further object of the invention relates to a method with the features of claim 9 for manufacturing the sensor bearing as described above, the cover being placed on the circuit board carrier and being bonded to it in order to protect the circuit board in a media-tight manner.
  • the circuit board carrier is preferably injected into the fixing sleeve together with the conductor arrangement.
  • a lead frame or the stamped grid is first placed in the fixing sleeve. Connecting webs of the stamped grid are then separated in order to form the conductor arrangement, with the conductor arrangement already being arranged in the end position. The circuit board carrier is injected together with the conductor arrangement.
  • the conductor arrangement can be inserted in one piece as a stamped grid into the fixing sleeve, with the various conductors only being separated from one another there to form the conductor arrangement.
  • the spraying process is implemented as a single-stage spraying process.
  • the stamped grid is placed in the injection mold. After the connecting webs have been separated and the conductors have been isolated from one another, they are overmoulded with plastic. Further components are then installed.
  • a preliminary product is formed first, the preliminary product being designed as a plastic body with the injected conductor arrangement.
  • the conductor arrangement is made from a stamped grid.
  • the precursor is then placed in the board carrier and injected.
  • the use of press fits as a connection to a plug is disclosed.
  • the circuit board carrier with the connector is injected onto the fixing sleeve as a thermoplastic part.
  • Embedded in the circuit board carrier is a stamped grid, which is designed as a press fit at one end and as a connector pin at the other.
  • the PCB/board is pressed onto the press-fits of the board carrier to achieve the contact.
  • a cover thermoplastic
  • the board carrier thermoplastic
  • a sensor bearing for the angle detection of the automotive traction machines is thus proposed as an option, the sensor system of which has a plug for which a circuit board carrier is molded with plug on a fixing sleeve as a plastic component.
  • the core of the connection is a stamped grid, which is designed as a press fit at one end and as a connector pin at the other end.
  • FIG. 1 shows a schematic three-dimensional representation of a sensor bearing as an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic longitudinal section of the sensor bearing in FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a schematic, three-dimensional representation of a stamped grid for the sensor bearing in FIG. 1;
  • FIG. 4 shows a schematic three-dimensional representation of the sensor bearing of the preceding figures without a cover
  • FIG. 5 shows a schematic, three-dimensional representation of the board carrier in the sensor bearing of the preceding figures with a modified interface device.
  • FIG. 1 shows, in a schematic three-dimensional representation, a sensor bearing 1 as an exemplary embodiment of the invention. It is used to capture the angle of a shaft in an automotive traction machine.
  • the sensor bearing 1 is designed as a self-retaining assembly.
  • the shaft can be passed through the sensor bearing 1 through a central passage opening 2 .
  • the shaft and/or the sensor bearing 1 defines a main axis of rotation H.
  • the sensor bearing 1 has a fixing sleeve 3 and a roller bearing device 4, in particular a radial roller bearing device with an inner ring 5 and an outer ring 6 and a plurality of rolling elements 7 rolling between the inner ring 5 and the outer ring 6 (FIG. 2).
  • the inner ring 5 can be connected to the shaft in a torque-proof manner.
  • the outer ring 6 is connected to the fixing sleeve 3 to form the self-retaining assembly.
  • the sensor bearing 1 has a sensor system 8 for detecting the angle of the shaft and/or the inner ring 5 .
  • the sensor system is designed, for example, as an inductive sensor system.
  • the sensor system 8 has an interface device 9, the interface device 9 being designed as a socket for a plug 10 with a cable 11 in this exemplary embodiment.
  • FIG. 2 shows a schematic longitudinal sectional representation of the sensor bearing 1 from FIG.
  • the fixing sleeve 3 is pushed onto the outer ring 6. This has a receiving shoulder 12 for this purpose.
  • the fixing sleeve 3 can be arranged in a clamped and/or pressed manner on the outer ring 6 .
  • the sensor system 8 has a circuit board 13 which is designed in the form of a closed ring.
  • the circuit board 13 is arranged adjacent to a sensor rotor 14 , the sensor rotor 14 being connected to the inner ring 5 in a torque-proof manner.
  • the circuit board 13 has at least one sensor 15, wherein the sensor 15 can have a transmitting and/or receiving antenna structure and an electrical data processing device, such as an ASIC.
  • the sensor 15 scans the sensor rotor 14 during operation.
  • the sensor bearing 1 has a circuit board support 16, the circuit board support 16 being designed as a plastic injection-molded part and being arranged in the fixing sleeve 3 and even injected.
  • the board carrier 16 has an annular base 17 with an extension 20 which are delimited by an inner wall 18 and an outer wall 19 .
  • the interface device 9 is arranged on the extension 20 .
  • the inner wall 18 extends on the inner circumference of the board carrier 16 and is circular.
  • the outer wall 19 rests against the fixing sleeve 3 and extends beyond the extension 20 from the bottom 17 of the circuit board carrier 16.
  • the bottom 17 of the circuit board carrier 16 is thus arranged set back and/or forms part of a receiving space 32.
  • the circuit board 13 is arranged with the sensor 15.
  • the circuit board carrier 16 is materially connected to the fixing sleeve 3 by injection molding the circuit board carrier 16 .
  • the fixing sleeve 3 has three recesses 21 in the form of rectangular windows, with the plastic of the circuit board carrier 16 also being arranged in the recesses 21 during injection, so that the circuit board carrier 16 is not only materially bonded but also positively locked in the fixing sleeve 3 is fixed.
  • a conductor arrangement 22 is injected at least in sections into the circuit board carrier 16 .
  • the conductor arrangement 22 has a plurality of contact pins as a press-fit interface 23 on one end section, which is positioned in the receiving space 32 of the board carrier 16 .
  • the circuit board 13 has a receptacle 24 for the contact pins of the press-fit interface 23, the receptacle 24 and the contact pins forming a press-fit connection, ie a solder-free electrical connection form.
  • the contact pins are designed to be flexible in the radial direction relative to their own main axis, so that they can be inserted into metallized holes as receptacles 24 in the circuit board 13 and contact each other automatically as a result of the expansion in the radial direction. As a result, the circuit board 13 can be reliably contacted in a simple operation. Contact is made in parallel for all contact pins of the conductor arrangement 22 in the press-fit receptacles 24.
  • the conductor arrangement 22 has a plurality of connector pins 25 which form the contacting of the interface device 9 .
  • a correspondingly complementary plug for contacting the sensor bearing 1 is plugged onto the plug pins 25 . Due to the fact that the conductor arrangement 22 is embedded at least in sections and in particular in an intermediate section completely between the two end sections, the electrical contacting of the circuit board 13 is guided out of the receiving space 32 of the circuit board carrier 16 in a media-tight manner.
  • Figure 3 shows a schematic three-dimensional representation of a preliminary product of the conductor arrangement 22, designed as a stamped grid 26.
  • the stamped grid already has the plug pins 25 on one end section and the contact pins of the press-fit interface 23 on the other end section, which are electrically connected to each other by a plurality of conductors 27 in this embodiment.
  • the stamped grid 26 and/or the conductor arrangement 22 is already in the form of a 3D component, with the contact pins extending perpendicularly to the connector pins 25 .
  • the stamped grid 26 and/or the conductor arrangement 22 can also be U-shaped or linear.
  • Arranged between the conductors 27 are webs 28 which mechanically and electrically connect the conductors 27 .
  • FIG. 4 shows the sensor bearing 1 without the cover 30, the contact pins of the press-fit interface 23 protruding through the circuit board 13 and the connector pins 25 arranged in the interface device 9 being visible.
  • FIG. 5 also shows a detailed excerpt in the area of the interface device 9, wherein it can be seen that the webs 28 are already separated and insulation contours in the form of cuboids made of plastic are even arranged between the conductors 27.
  • the interface device 9, in particular a housing of the interface device 9, is sprayed onto the conductor arrangement 22 and/or onto the circuit board carrier 16.
  • the production of the circuit board support 16 with the integrated conductor arrangement 22 and the interface device 9 takes place as a result of the injection molding process.
  • the sensor rotor 14 is arranged directly adjacent to the rear side of the circuit board carrier 16 , in particular to the bottom 17 of the circuit board carrier 16 .
  • only one air gap is arranged between the sensor rotor 14 and the base 17 .
  • the air gap can be designed to be particularly narrow, since the bottom 17 is manufactured with low tolerances by the injection molding tool that gives the shape.
  • the fixing sleeve 3 has two tabs 29 protruding outwards, with the tabs 29 being aligned parallel to one another.
  • the circuit board 13 has the extension 20 , the extension 20 likewise having side edges which run parallel to one another and/or to the protruding tabs 23 .
  • the extension 20 is arranged between the lugs 23 so that these form an angle definition and/or an anti-twist device for the circuit board 13 in the fixing sleeve 3 .
  • the sensor bearing 1 has a cover 30, the cover 30 being arranged on the circuit board carrier 16 and sealing off the receiving space 32 for the circuit board 13 in a media-tight manner.
  • the cover 30 is ring-shaped and has a cover extension 31, the ring-shaped section covering the ring-shaped section of the board carrier 16 and the cover extension 31 covering the extension 20 at least in sections.
  • the cover extension 31 extends to the interface device 9.
  • the circuit board 13 and the contact pins 23 of the conductor arrangement 22 are thus arranged in the receiving space 32 and protected in a media-tight manner.
  • the inner wall 18 and the outer wall 19 of the board carrier 16 each form a support contour 33 for the cover 30.
  • the cover 30 thus rests on the inner circumference of the circular, inner wall 18.
  • the support contour 33 for the cover 30 lies on the inner circumference and on the outer circumference in a common plane.
  • the cover 30 has a contact contour 34 which is designed to run parallel to the support contour 33 .
  • the cover 30 is laser-welded, with the laser being guided through the cover 30 to the joint formed by the contact contour 34 and the support contour 33 and the cover 30 being welded to the board carrier 16 .
  • a laser weld seam is thus located in the contact plane between the contact contour 34 and the support contour 33. In this way, the receiving space 32 can be sealed off in a media-tight manner.

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Abstract

Es wird ein Sensorlager (1) für die Winkelerfassung von einer Welle in einer Traktionsmaschine vorgeschlagen, mit einer Fixierhülse (3), mit einer Wälzlagereinrichtung (4), wobei die Wälzlagereinrichtung (4) einen Innenring (5) sowie einen Außenring (6) und eine Mehrzahl zwischen Innenring (5) und Außenring (6) abwälzende Wälzkörper (7) aufweist, wobei der Außenring (6) mit der Fixierhülse (3) verbunden ist und der Innenring (5) mit der Welle verbindbar ist, mit einem Sensorrotor (14), wobei der Sensorrotor (14) mit dem Innenring (5) drehfest verbunden ist, mit einer Sensorik (8) zur Winkelerfassung der Welle und/oder des Innenrings (5), wobei die Sensorik (8) eine Platine (13) mit mindestens einem Sensor (15) und eine Schnittstelleneinrichtung (9) zur elektrischen Kontaktierung der Platine (13) aufweist, und mit einem Platinenträger (16), wobei der Platinenträger (16) in der Fixierhülse (3) und die Platine (13) in dem Platinenträger (16) angeordnet ist, und mit einem Deckel (30), wobei der Deckel (30) auf dem Platinenträger (16) stoffschlüssig angeordnet ist, so dass die Platine (13) mediendicht geschützt ist.

Description

Sensorlager mit Deckel sowie Verfahren zur Fertigung des Sensorlaqers
Die Erfindung betrifft ein Sensorlager für die Winkelerfassung von einer Welle in einer Traktionsmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Fertigung des Sensorlagers.
Bei Elektroantrieben für Fahrzeuge wird aus verschiedenen Gründen eine Winkelmessung von mindestens einer Welle, meist der Rotorwelle, benötigt. Bislang erfolgte die Winkelmessung oftmals über eine separate Sensoreinrichtung, welche zusätzlich zu etwaigen Lagern auf die Welle aufgesetzt war. Dies erforderte umfangreiche Montagearbeiten.
Die Druckschrift DE 10 2000 1831 2 5 4 A1, die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, betrifft eine ringförmige Sensoreinheit mit einem Sensorelement und einem Verbindungselement. Das Verbindungselement weist einen ringförmigen Boden mit einer umlaufenden Außenwand auf und das Sensorelement ist in das Verbindungselement eingelegt und mit einem Bindemittel umspritzt. Die Sensoreinheit ist mit einem Wälzlager koppelbar, so dass die Sensoreinheit mit dem Wälzlager als eine Baueinheit montiert werden kann.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine fertigungsgerechte Variante für ein derartiges Sensorlager zu finden. Diese Aufgabe wird durch ein Sensorlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Fertigung des Sensorlagers mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Gegenstand der Erfindung ist ein insbesondere ringförmiges Sensorlager, welches für eine Winkelerfassung von einer Welle in einer Traktionsmaschine geeignet und/oder ausgebildet ist. Das Sensorlager funktioniert insbesondere als ein Resolver, insbesondere als ein Winkelresolver. Besonders bevorzugt ist das Sensorlager ausgebildet, eine absolute Winkelerfassung von einem Drehwinkel der Welle durchführen zu können. Bei weniger bevorzugten Ausführungsbeispielen ist das Sensorlager ausgebildet, eine inkrementelle Winkelerfassung von einem Drehwinkel der Welle durchzuführen. Insbesondere kann aus der Winkelerfassung eine Drehzahl abgeleitet werden.
Insbesondere ist die Traktionsmaschine ein Elektroantrieb von dem Fahrzeug. Besonders bevorzugt dient die Traktionsmaschine dazu, ein Hauptdrehmoment für das Fahrzeug bereitzustellen. Bei der Welle kann es sich prinzipiell um eine beliebige Welle in dem Antriebsstrang der Traktionsmaschine zwischen Elektromotor und Fahrzeugrad handeln. Besonders bevorzugt ist die Welle jedoch als eine Rotorwelle ausgebildet. Insbesondere ist die Welle und/oder das Sensorlager in einem getriebeölgeschmierten Getrieberaum der Traktionsmaschine angeordnet. Ein optionaler Gegenstand der Erfindung wird durch eine Traktionsmaschine und/oder ein Fahrzeug mit der Traktionsmaschine und mit dem Sensorlager gebildet.
Das Sensorlager weist eine Fixierhülse auf. Die Fixierhülse ist insbesondere als ein Metallbauteil ausgebildet. Die Fixierhülse ist in der Grundform ringförmig und/oder hohlzylinderförmig ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Fixierhülse einstückig realisiert. Beispielsweise ist die Fixierhülse als ein Blechformteil realisiert. Die Fixierhülse hat zum einen die Funktion Komponenten des Sensorlagers zu umschließen und zum anderen eine Kopplung mit einer Wälzlagereinrichtung zu schaffen.
Das Sensorlager weist diese Wälzlagereinrichtung auf. Die Wälzlagereinrichtung weist einen Innenring und einen Außenring sowie eine Mehrzahl zwischen Innenring und Außenring abwälzende Wälzkörper auf. Bevorzugt sind die Wälzkörper als Kugeln realisiert. Der Außenring ist mit der Fixierhülse insbesondere drehfest verbunden. Bevorzugt weisen der Außenring und die Fixierhülse einen gleichen Außendurchmesser auf. Besonders bevorzugt ist der Außenring in der Traktionsmaschine stationär und/oder drehfest angeordnet bzw. anordbar. Der Innenring ist dagegen mit der Welle verbindbar, insbesondere verbunden. Im Betrieb rotiert somit der Innenring gemeinsam mit der Welle. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wälzlagereinrichtung medienoffen, insbesondere getriebeöloffen, ausgebildet und/oder ölgeschmiert ist. Beispielsweise ist der Wälzkörperraum der Wälzlagereinrichtung auf mindestens einer Seite dichtungsfrei ausgebildet und/oder zur Schmierung mit Getriebeöl geöffnet.
Das Sensorlager weist eine Sensorik zur Winkelerfassung der Welle und/oder des Innenrings auf. Nachdem Welle und Innenring gemeinsam rotieren ist deren Drehzahl und/oder Winkelstellung gleich. Bevorzugt ist die Sensorik als eine induktive Sensorik ausgebildet. Die Sensorik umfasst eine Platine, wobei auf der Platine mindestens ein Sensor angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Sensor als ein induktiver Sensor ausgebildet. Der Sensor wird beispielsweise durch eine Sende- und/oder Empfangsantennenstruktur und einer digitalen Datenverarbeitungseinrichtung, wie z.B. einem ASIC gebildet. Beispielsweise umfasst das Sensorlager einen Sensorrotor, welcher mit der Welle und/oder mit dem Innenring, bevorzugt mit dem Innenring, drehfest verbunden ist, wobei der Sensor und/oder die Sensorik eine Information des Sensorrotors bevorzugt induktiv messen kann. Bei alternativen Ausgestaltungen der Erfindung ist der Sensor und/oder die Sensorik als kapazitiver Sensor ausgebildet. Prinzipiell ist es auch möglich, dass der Sensor und/oder die Sensorik auf einem anderen Meßprinzip basiert.
Ferner weist die Sensorik eine Schnittstelleneinrichtung zur elektrischen, insbesondere elektronischen Kontaktierung der Platine auf. Insbesondere werden über die Schnittstelleneinrichtung digitale und/oder analoge Signale von der Winkelerfassung des Sensors geleitet. Die Schnittstelleneinrichtung ist fest auf der Platine angeordnet. Bevorzugt ist die Schnittstelleneinrichtung als eine Buchse für einen Stecker ausgebildet. Die Sensorik ist in der Fixierhülse angeordnet. Bevorzugt ist die Sensorik in axialer Richtung betrachtet benachbart zu der Wälzlagereinrichtung positioniert. Das Sensorlager weist eine Platinenträger auf, wobei der Platinenträger in der Fixierhülse angeordnet ist. Der Platinenträger nimmt die Platine und damit die Sensorik auf.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Sensorlager einen Deckel aufweist. Der Deckel und der Platinenträger bilden gemeinsam einen Aufnahmeraum für die Platine mit dem Sensor. Insbesondere ist der Aufnahmeraum als ein Ringraum ausgebildet. Der Deckel ist auf dem Platinenträger stoffschlüssig angeordnet, so dass die Platine mediendicht in dem Aufnahmeraum geschützt ist.
Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass durch die Kombination von einem Platinenträger mit einem Deckel, wobei der Deckel dem Platinenträger mediendicht abschließt, um den Aufnahmeraum für die Platine mit dem Sensor zu bilden, eine sehr zuverlässige Abdichtung gegen anströmende Medien, wie zu Beispiel Getriebeöl, realisiert wird. Auch die Montage ist vergleichsweise einfach, da nach dem Einbringen des Platinenträgers nur noch montiert und gefügt, jedoch nicht mehr urformend in dem Sensorlager gearbeitet werden muss. Damit ist eine fertigungsgerechte Variante für das Sensorlager umgesetzt.
Besonders bevorzugt wird der Deckel über ein Schweißverfahren auf dem Platinenträger stoffschlüssig befestigt. Diese Ausgestaltung berücksichtigt, dass auch beim Fügevorgang kein weiterer formloser Werkstoff in das Sensorlager eingebracht werden muss.
Bei einer bevorzugten fertigungstechnischen Realisierung der Erfindung ist der Deckel über ein Laserschweißverfahren auf dem Platinenträger als Schweißpartner aufgeschweißt. Das Laserschweißverfahren hat den fertigungstechnischen Vorteil, dass die Schweißnaht zwischen den zwei Schweißpartnern positioniert werden kann. Somit kann bei entsprechender Wahl des Grundmaterials von dem Deckel der Laserstrahl durch den Deckel durchgeführt werden und erst bei dem Stoß zwischen Deckel und Platinenträger das Material erwärmen und dort verschweißen. Insbesondere verläuft eine Schweißnaht derart umlaufend geschlossen, dass der gesamte Aufnahmeraum mediendicht ausgebildet ist.
Es ist bevorzugt, dass der Platinenträger eine Auflagekontur zur Auflage des Deckels und der Deckel eine Anlagekontur zur Auflage des Platinenträgers aufweist, wobei die Auflagekontur und Anlagekontur gemeinsam einen Überlappstoß bilden, der insbesondere für das Kunststoffschweißen mit dem Laser fertigungsgerecht ausgebildet ist. Vorzugsweise liegen die Stossflächen von Auflagekontur und Anlagekontur in einer gemeinsamen Radialebene zu der Hauptdrehachse, so dass der Laser keinen Höhenversatz beim Schweißen berücksichtigen muss. Aber auch bei anderen Schweißverfahren, wie z.B. dem Ultraschallschweißen ist diese Ausbeildung mit Auflagekontur und Anlagekontur zur Bildung des Überlappstoßes vorteilhaft, da diese prozesssicher verschweißt werden kann.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass das Sensorlager eine Leiteranordnung aufweist. Die Leiteranordnung umfasst bevorzugt eine Mehrzahl von elektrisch parallel angeordneten Leiter. Beispielsweise umfasst die Leiteranordnung mehr als drei, insbesondere mehr als fünf parallel zueinander angeordnete Leiter. Die Leiteranordnung bildet mit einem schnittstellenseitigen Endabschnitt eine Kontaktierung der Schnittstelleneinrichtung. Insbesondere bildet die Leiteranordnung die Kontakte in der Schnittstelleneinrichtung. Mit dem platinenseitigen Endabschnitt stellt die Leiteranordnung eine Press-Fit-Schnittstelle für die Platine bereit. Insbesondere weist die Leiteranordnung eine Mehrzahl von Kontaktstiften an dem platinenseitigen Endabschnitt als die Press-Fit-Schnittstelle auf. Vorzugsweise ist in der Platine eine Aufnahme für eine Pressfit-Verbindung angeordnet. Bei der Pressfit- Verbindung wird eine Einpresstechnik umgesetzt, welche als eine lötfreie Verbindungstechnik ausgebildet ist. Die Platine weist z.B. metallisierte Löcher, insbesondere ausgebildet als eine Durchkontaktierung, auf, bei der jeweils ein Kontaktstift der Leiteranordnung in das metallisierte Loch gedrückt wird. Vorzugsweise sind die Kontaktstifte jeweils in deren radialen Richtung federnd ausgebildet, so dass eine sichere Kontaktierung umgesetzt wird. Die Platine kann über die Pressfit- Verbindung in einem Arbeitsgang prozesssicher kontaktiert werden. Damit ist eine sehr effiziente und zugleich prozesssichere Fertigung des Sensorlagers möglich. Zusammenfassend bildet die Leiteranordnung eine elektrische Verlängerung von der Platine in die Schnittstelleneinrichtung.
Es ist vorgesehen, dass die Leiteranordnung zumindest abschnittsweise in dem Platinenträger eingebettet ist. Somit ist die Leiteranordnung zumindest in dem eingebetteten Abschnitt von einem Grundmaterial des Platinenträger, insbesondere mediendichtend umhüllt. Ein Ausgang aus dem Aufnahmeraum ist somit zwar über die Leiteranordnung gebildet, da die Leiteranordnung in dem Platinenträger eingebettet ist, ist dieser Ausgang mediendicht ausgebildet.
Die vorgeschlagene Ausbildung der Leiteranordnung weist eine Vielzahl von Vorteilen auf: So wird die Kontaktierung der Platine durch die Bereitstellung der Press-Fit- Schnittstelle vereinfacht. Die Platine kann parallel für alle Leiter durch das Kontaktieren mit der Press-Fit-Schnittstelle prozesssicher kontaktiert werden. Dadurch, dass die Leiteranordnung in dem Platinenträger eingebettet ist, werden die elektrischen Signale mediendicht zu der Schnittstelleneinrichtung weitergeführt. Die Einbettung bildet quasi eine Dichtung zwischen der Platine und dem Inneren der Schnittstelleneinrichtung. Im Ergebnis kann das Sensorlager durch die bevorzugte Ausgestaltung besonders einfach montiert werden und spart Komponenten, wie zum Beispiel Dichtungen, ein.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Leiteranordnung aus einem Stanzgitter gefertigt. Das Stanzgitter ist als ein Blechteil ausgebildet, welches die Mehrzahl von Leiter bereitstellt, jedoch diese zunächst untereinander über Stege miteinander verbindet. Das Stanzgitter ist insbesondere eine durch Stanzen erzeugte flache Struktur oder nachfolgend durch Biegen dreidimensionale Struktur. Das Stanzgitter ist besonders kostengünstig herzustellen. Die Leiteranordnung wird aus dem Stanzgitter gefertigt, indem dieses zunächst in die Montageposition und/oder Endposition gelegt wird und nachfolgend die einzelnen Leiter durch Auftrennen der Stege voneinander elektrisch isoliert werden. Auf diese Weise ist das Sensorlager besonders einfach und/oder kostengünstig zu fertigen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Platinenträger mit der Leiteranordnung in die Fixierhülse eingespritzt. Somit wird die Fixierhülse in ein formgebendes Spritzgusswerkzeug eingelegt, das Stanzgitter oder die einzelnen Leiter in die Endposition positioniert und nachfolgend der Platinenträger eingespritzt. Diese Herstellung hat den Vorteil, dass die Abdichtung der Leiteranordnung durch den flüssigen Kunststoff beim Einspritzen besonders einfach umsetzbar ist. Bevorzugt ist der Kunststoff als ein Thermoplast ausgebildet.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Schnittstelleneinrichtung auf die Leiteranordnung und/oder den Platinenträger aufgespritzt. Die Schnittstelleneinrichtung wird somit urformend durch den Spritzvorgang gefertigt. Die elektrische Kontaktierung der Schnittstelleneinrichtung wird durch die Leiteranordnung bereitgestellt. Bevorzugt weist die Leiteranordnung eine Mehrzahl von Steckerpins auf, welche die Kontaktierung der Schnittstelleneinrichtung bilden.
Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung weist das Sensorlager den zuvor beschriebenen Sensorrotor auf, wobei der Platinenträger, insbesondere ein Boden des Platinenträgers, und der Sensorrotor unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind. Dadurch, dass auch der Boden des Platinenträgers durch das formgebende Spritzgusswerkzeug gefertigt ist, kann dieser hochpräzise und/oder mit nur geringen Toleranzen gefertigt werden, so dass der Sensorrotor sehr eng zu dem Platinenträger positioniert werden kann und auf diese Weise der mindestens eine Sensor in der Sensorik den Sensorrotor besonders genau abtasten kann.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 zur Fertigung des Sensorlagers wie dieser zuvor beschrieben wurde, wobei der Deckel auf den Platinenträger aufgesetzt wird und mit diesem stoffschlüssig verbunden wird, um die Platine mediendicht zu schützen. Bevorzugt wird in einem Vorschritt der Platinenträger gemeinsam mit der Leiteranordnung in die Fixierhülse eingespritzt. Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird zunächst ein bzw. das Stanzgitter in die Fixierhülse eingelegt. Nachfolgend werden Verbindungsstege des Stanzgitters getrennt um die Leiteranordnung zu bilden, wobei die Leiteranordnung bereits in der Endposition angeordnet ist. Der Platinenträger wird gemeinsam mit der Leiteranordnung eingespritzt. Durch diese bevorzugte Weiterbildung kann die Leiteranordnung als Stanzgitter einstückig in die Fixierhülse eingelegt werden, wobei erst dort die verschiedenen Leiter zur Bildung der Leiteranordnung voneinander getrennt werden. Insbesondere ist der Spritzprozess als ein einstufiger Spritzprozess umgesetzt. Das Stanzgitter wird in die Spritzgießform eingelegt. Nachdem die Verbindungsstege getrennt, und die Leiter damit gegeneinander isoliert wurden, werden sie mit Kunststoff umspritzt. Nachfolgend werden weitere Komponenten montiert.
Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird zunächst ein Vorprodukt gebildet wird, wobei das Vorprodukt als ein Kunststoffkörper mit der eingespritzten Leiteranordnung ausgebildet ist. Die Leiteranordnung ist aus einem Stanzgitter gefertigt. Das Vorprodukt wird dann in dem Platinenträger angeordnet und eingespritzt.
Insbesondere wird die Verwendung von Pressfits als Anbindung auf einen Stecker offenbart. Hierfür wird der Platinenträger mit Stecker an die Fixierhülse als Thermoplast-Teil gespritzt. In den Platinenträger eingebettet befindet sich ein Stanzgitter, das an einem Ende als Pressfit und am anderen als Steckerpin ausgeführt ist. Die PCB/Platine wird auf die Pressfits des Platinenträgers gepresst, um die Kontaktierung zu erreichen. Damit die PCB von äußeren Umwelteinflüssen geschützt ist, wird auf den Platinenträger (Thermoplast) ein Deckel (Thermoplast) durch Kunststoffschweißen gesetzt, damit das Gehäuse geschlossen ist. Damit wird optional ein Sensorlager für die Winkelerfassung der Automotiven Traktionsmaschinen vorgeschlagen, dessen Sensorik einen Stecker aufweist, für welche ein Platinenträger mit Stecker an eine Fixierhülse als Kunststoffbauteil angespritzt ist. Kern der Verbindung ist ein Stanzgitter, welches an einem Ende als Pressfit ausgeführt ist und an einem anderen Ende als Steckerpin ausgeführt ist.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Diese zeigen:
Figur 1 eine schematische dreidimensionale Darstellung von einem Sensorlager als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2 eine schematische Längsschnittdarstellung von dem Sensorlager in der Figur 1 ;
Figur 3 eine schematische, dreidimensionale Darstellung von einem Stanzgitter für das Sensorlager in der Figur 1 ;
Figur 4 eine schematische dreidimensionale Darstellung von dem Sensorlager der vorhergehenden Figuren ohne Deckel;
Figur 5 eine schematische, dreidimensionale Darstellung von dem Platinenträger in dem Sensorlager der vorhergehenden Figuren mit einer geänderten Schnittstelleneinrichtung.
Die Figur 1 zeigt in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung ein Sensorlager 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es dient zur Winkelerfassung von einer Welle in einer automotiven Traktionsmaschine. Das Sensorlager 1 ist als eine selbsthaltende Baugruppe ausgebildet. Die Welle kann durch eine zentrale Durchgangsöffnung 2 durch das Sensorlager 1 durchgeführt werden. Die Welle und/oder das Sensorlager 1 definiert eine Hauptdrehachse H. Das Sensorlager 1 weist eine Fixierhülse 3 sowie eine Wälzlagereinrichtung 4 auf, insbesondere Radialwälzlagereinrichtung mit einem Innenring 5 und einem Außenring 6 sowie eine Mehrzahl zwischen Innenring 5 und Außenring 6 abwälzenden Wälzkörpern 7 (Figur 2) auf. Der Innenring 5 kann drehfest mit der Welle verbunden werden. Der Außenring 6 ist mit der Fixierhülse 3 verbunden, um die selbsthaltende Baugruppe zu bilden.
Das Sensorlager 1 weist eine Sensorik 8 zur Winkelerfassung der Welle und/oder des Innenrings 5 auf. Die Sensorik ist beispielsweise als eine induktive Sensorik ausgebildet. Die Sensorik 8 weist eine Schnittstelleneinrichtung 9 auf, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel die Schnittstelleneinrichtung 9 als eine Buchse für einen Stecker 10 mit einem Kabel 11 ausgebildet ist.
Die Figur 2 zeigt eine schematische Längsschnittdarstellung das Sensorlager 1 aus der Figur 1. In dieser Darstellung ist die Wälzlagereinrichtung 4 mit dem Innenring 5, dem Außenring 6 und den Wälzkörpern 7 besser zu erkennen. Die Fixierhülse 3 ist auf den Außenring 6 aufgeschoben. Hierfür weist dieser eine Aufnahmeschulter 12 auf. Beispielsweise kann die Fixierhülse 3 klemmend und/oder aufgepresst auf dem Außenring 6 angeordnet sein.
Wie sich aus dem Längsschnitt ergibt, weist die Sensorik 8 eine Platine 13 auf, welche in einer geschlossenen Ringform ausgebildet ist. Die Platine 13 ist benachbart zu einem Sensorrotor 14 angeordnet, wobei der Sensorrotor 14 drehfest mit dem Innenring 5 verbunden ist. Die Platine 13 weist mindestens einen Sensor 15 auf, wobei der Sensor 15 eine Sende- und/oder Empfangsantennenstruktur und eine elektrische Datenverarbeitungseinrichtung, wie z.B. einen ASIC aufweisen kann. Der Sensor 15 tastet im Betrieb den Sensorrotor 14 ab. Beispielsweise kann dieser Aussparungen oder eine Strukturierung als Sensormarkierungen tragen, wobei der Sensor 15 auf Basis dieser Sensormarkierungen eine Winkelposition des Sensorrotors 14 erfassen und damit eine Winkelerfassung für den Innenring 5 und/oder für die Welle durchführen kann. Wie sich aus den Figuren, 2 und 5 ergibt, weist das Sensorlager 1 einen Platinenträger 16 auf, wobei der Platinenträger 16 als ein Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist und in der Fixierhülse 3 angeordnet und sogar eingespritzt ist. Der Platinenträger 16 weist einen kreisringförmigen Boden 17 mit einem Fortsatz 20 auf, welche durch eine innere Wand 18 und eine äußere Wand 19 begrenzt sind. Auf dem Fortsatz 20 ist die Schnittstelleneinrichtung 9 angeordnet.
Die innere Wand 18 erstreckt sich am Innenumfang des Platinenträgers 16 und ist kreisrund ausgebildet. Die äußere Wand 19 liegt an der Fixierhülse 3 an und erstreckt sich bis über den Fortsatz 20 von dem Boden 17 des Platinenträgers 16. Der Boden 17 des Platinenträger 16 ist somit zurückgesetzt angeordnet und/oder bildet einen Teil von einem Aufnahmeraum 32. In dem Platinenträger 16, insbesondere in dem Aufnahmeraum 32 des Platinenträgers 16, ist die Platine 13 mit dem Sensor 15 angeordnet.
Der Platinenträger 16 ist durch ein Einspritzen des Platinenträgers 16 stoffschlüssig mit der Fixierhülse 3 verbunden. Zur Verbesserung der mechanischen Ankopplung weist die Fixierhülse 3 drei Aussparungen 21 in Form von rechteckigen Fenstern auf, wobei der Kunststoff des Platinenträgers 16 beim Einspritzen auch in den Aussparungen 21 angeordnet wird, so dass der Platinenträger 16 nicht nur stoffschlüssig, sondern auch formschlüssig in der Fixierhülse 3 fixiert ist.
In dem Platinenträger 16 ist eine Leiteranordnung 22 zumindest abschnittsweise eingespritzt.
Die Leiteranordnung 22 weist an dem einen Endabschnitt, welcher in dem Aufnahmeraum 32 des Platinenträger 16 positioniert ist, eine Mehrzahl von Kontaktstiften als Press-Fit-Schnittstelle 23 auf. Die Platine 13 weist eine Aufnahme 24 für die Kontaktstifte der Press-Fit-Schnittstelle 23 auf, wobei die Aufnahme 24 und die Kontaktstifte eine Press-Fit-Verbindung, also eine lötfreie, elektrische Verbindung bilden. Beispielsweise sind die Kontaktstifte in radialer Richtung zu der eigenen Hauptachse nachgiebig ausgebildet, so dass diese in metallisierte Löcher als Aufnahme 24 in der Platine 13 eingeführt werden können und sich durch die Expansion in radialer Richtung selbsttätig kontaktieren. Dadurch kann die Platine 13 in einem einfachen Arbeitsgang prozesssicher kontaktiert werden. Die Kontaktierung erfolgt parallel für alle Kontaktstifte der Leiteranordnung 22 in den Pressfit-Aufnahmen 24.
An dem anderen Endabschnitt, welcher in der Schnittstelleneinrichtung 9 positioniert ist, weist die Leiteranordnung 22 eine Mehrzahl von Steckerpins 25 auf, welche die Kontaktierung der Schnittstelleneinrichtung 9 bilden. Auf die Steckerpins 25 wird ein entsprechend komplementär ausgebildeter Stecker zur Kontaktierung des Sensorlagers 1 aufgesteckt. Dadurch, dass die Leiteranordnung 22 zumindest abschnittsweise und insbesondere in einem Zwischenabschnitt vollständig zwischen den beiden Endabschnitten eingebettet ist, wird die elektrische Kontaktierung der Platine 13 mediendicht aus dem Aufnahmeraum 32 des Platinenträgers 16 herausgeführt.
Die Figur 3 zeigt in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung ein Vorprodukt der Leiteranordnung 22, ausgebildet als ein Stanzgitter 26. Das Stanzgitter weist bereits an dem einen Endabschnitt die Steckerpins 25 und an dem anderen Endabschnitt die Kontaktstifte der Press-Fit-Schnittstelle 23 auf, welche bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine Mehrzahl von Leiter 27 miteinander elektrisch verbunden sind. Das Stanzgitter 26 und/oder die Leiteranordnung 22 ist bereits als ein 3-D-Bauteil ausgebildet, wobei sich die Kontaktstifte senkrecht zu den Steckerpins 25 erstrecken. Bei abgewandelten Ausführungsformen kann das Stanzgitter 26 und/oder die Leiteranordnung 22 auch U-förmig oder geradlinig ausgebildet sein. Zwischen den Leitern 27 sind Stege 28 angeordnet, welche die Leiter 27 mechanisch und elektrisch verbinden. Bei der Fertigung wird das Stanzgitter 26 in seiner Endposition eingelegt, wobei in der Endposition vor oder während des Spritzvorgangs die Stege 28 getrennt werden, um die Leiter 27 voneinander elektrisch zu isolieren. Die Figur 4 zeigt das Sensorlager 1 ohne den Deckel 30, wobei die durch die Platine 13 ragenden Kontaktstifte der Press-Fit-Schnittstelle 23 sowie die in der Schnittstelleneinrichtung 9 angeordneten Steckerpins 25 zu erkennen sind.
Die Figur 5 zeigt auch einen Detailausschnitt im Bereich der Schnittstelleneinrichtung 9, wobei zu erkennen ist, dass die Stege 28 bereits getrennt sind und zwischen den Leitern 27 sogar Isolationskonturen in Form von Quadern aus Kunststoff angeordnet sind.
Die Schnittstelleneinrichtung 9, insbesondere ein Gehäuse der Schnittstelleneinrichtung 9, ist auf die Leiteranordnung 22 und/oder auf dem Platinenträger 16 aufgespritzt. Damit erfolgt durch den Spritzgussvorgang urformend die Fertigung des Platinenträger 16 mit integrierter Leiteranordnung 22 sowie der Schnittstelleneinrichtung 9. Das Innere der Schnittstelleneinrichtung 9 mit den Steckerpins 25 ist durch das Einspritzen mediendicht von dem Aufnahmeraum 32 für die Platine 13 in dem Platinenträger 16 getrennt.
Der Sensorrotor 14 ist unmittelbar benachbart zu der Rückseite des Platinenträgers 16, insbesondere zu dem Boden 17 des Platinenträgers 16 angeordnet. Insbesondere ist zwischen dem Sensorrotor 14 und dem Boden 17 nur ein Luftspalt angeordnet. Der Luftspalt kann besonders eng ausgelegt werden, da der Boden 17 toleranzarm durch das formgebende Spritzwerkzeug gefertigt ist.
Die Fixierhülse 3 weist zwei nach außen abstehende Laschen 29 auf, wobei die Laschen 29 parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Platine 13 weist den Fortsatz 20 auf, wobei der Fortsatz 20 ebenfalls zueinander und/oder zu den abstehenden Laschen 23 parallel verlaufende Seitenkanten hat. Der Fortsatz 20 ist zwischen den Laschen 23 angeordnet, so dass diese eine Winkeldefinition und/oder eine Verdrehsicherung für die Platine 13 in der Fixierhülse 3 bilden. Das Sensorlager 1 weist einen Deckel 30 auf, wobei der Deckel 30 auf dem Platinenträger 16 angeordnet ist und den Aufnahmeraum 32 für die Platine 13 mediendicht abschließt. Der Deckel 30 ist ringförmig ausgebildet und weist einen Deckelfortsatz 31 auf, wobei der ringförmige Abschnitt den ringförmigen Abschnitt des Platinenträger 16 und der Deckelfortsatz 31 den Fortsatz 20 zumindest abschnittsweise abdeckt. Insbesondere erstreckt sich der Deckelfortsatz 31 bis zur Schnittstelleneinrichtung 9. In dem Aufnahmeraum 32 sind somit die Platine 13 sowie die Kontaktstifte 23 der Leiteranordnung 22 angeordnet und mediendicht geschützt.
Die innere Wand 18 und die äußere Wand 19 des Platinenträger 16 bilden jeweils eine Auflagekontur 33 für den Deckel 30. Somit liegt der Deckel 30 am Innenumfang auf der kreisrunden, inneren Wand 18 auf. Am Außenumfang liegt der Deckel 30 auf der äußeren Wand 19 auf, welche sich größtenteils kreisrund und/oder gleichlaufend zu der Fixierhülse 3 erstreckt, beim Fortsatz 20 bildet die äußere Wand 19 ein zu dem Aufnahmeraum 32 geöffnetes Rechteck. Die Auflagekontur 33 für den Deckel 30 liegt am Innenumfang und am Außenumfang in einer gemeinsamen Ebene. Der Deckel 30 weist eine Anlagekontur 34 auf, welche gleichlaufend zu der Auflagekontur 33 ausgebildet ist. Nach der Bestückung des Platinenträgers 16 mit der Platine 13 wird der Deckel 30 auf den Platinenträger 16 aufgelegt und mit diesem stoffschlüssig verbunden. Prinzipiell kann der Platinenträger 16 mit dem Deckel 30 verklebt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Deckel 30 lasergeschweißt, wobei der Laser durch den Deckel 30 hindurch zu dem Stoß, gebildet aus der Anlagekontur 34 und der Auflagekontur 33, geführt wird und den Deckel 30 mit dem Platinenträger 16 verschweißt. Somit liegt eine Laserschweißnaht in der Kontaktebene zwischen der Anlagekontur 34 der Auflagekontur 33. Auf diese Weise kann der Aufnahmeraum 32 mediendicht abgeschlossen werden. Bezuqszeichenliste
1 Sensorlager
2 Durchgangsöffnung
3 Fixierhülse
4 Wälzlagereinrichtung
5 Innenring
6 Außenring
7 Wälzkörper
8 Sensorik
9 Schnittstelleneinrichtung
10 Stecker
11 Kabel
12 Aufnahmeschulter
13 Platine
14 Sensorrotor
15 Sensor
16 Platinenträger
17 Boden des Platinenträgers
18 innere Wand
19 äussere Wand
20 Fortsatz
21 Aussparungen
22 Leiteranordnung
23 Press-Fit-Schnittstelle
24 Aufnahme
25 Steckerpins
26 Stanzgitter
27 Leiter
28 Stege
29 Laschen 30 Deckel
31 Deckelfortsatz
32 Aufnahmeraum
33 Auflagekontur 34 Anlagekontur

Claims

Patentansprüche
1. Sensorlager (1 ) für die Winkelerfassung von einer Welle in einer Traktionsmaschine, mit einer Fixierhülse (3), mit einer Wälzlagereinrichtung (4), wobei die Wälzlagereinrichtung (4) einen Innenring (5) sowie einen Außenring (6) und eine Mehrzahl zwischen Innenring (5) und Außenring (6) abwälzende Wälzkörper (7) aufweist, wobei der Außenring (6) mit der Fixierhülse (3) verbunden ist und der Innenring (5) mit der Welle verbindbar ist, mit einer Sensorik (8) zur Winkelerfassung der Welle und/oder des Innenrings (5), wobei die Sensorik (8) eine Platine (13) mit mindestens einem Sensor (15) und eine Schnittstelleneinrichtung (9) zur elektrischen Kontaktierung der Platine (13) aufweist, und mit einem Platinenträger (16), wobei der Platinenträger (16) in der Fixierhülse (3) und die Platine (13) in dem Platinenträger (16) angeordnet ist, gekennzeichnet durch durch einen Deckel (30), wobei der Deckel (30) auf dem Platinenträger (16) stoffschlüssig angeordnet ist, so dass die Platine (13) mediendicht geschützt ist.
2. Sensorlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (30) über ein Schweißverfahren auf dem Platinenträger (16) aufgeschweißt ist.
3. Sensorlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Platinenträger (16) eine Auflagekontur (33) zur Auflage des Deckels (30) und der Deckel (30) eine Anlagekontur (34) zur Anlage des Platinenträgers (16) aufweist, wobei die Auflagekontur (33) und die Anlagekontur (34) einen Überlappstoß in einer gemeinsamen Radialebene zu einer Hauptdrehachse (H) des Sensorlagers (1 ) bilden.
4. Sensorlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Leiteranordnung (22), wobei die Leiteranordnung (22) in dem Platinenträger (16) eingebettet ist und einerseits eine Kontaktierung der Schnittstelleneinrichtung (9) und andererseits eine Press-Fit-Schnittstelle (23) für die Platine (13) bildet.
5. Sensorlager (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteranordnung (22) aus einem Stanzgitter (26) gefertigt ist.
6. Sensorlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Platinenträger (16) mit der Leiteranordnung (22) in die Fixierhülse (3) eingespritzt ist.
7. Sensorlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelleneinrichtung (9) auf die Leiteranordnung (22) aufgespritzt ist.
8. Sensorlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Sensorrotor (14), wobei der Sensorrotor (14) mit dem Innenring (5) drehfest verbunden ist, wobei ein Boden (17) des Platinenträgers (16) und der Sensorrotor (14) unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind.
9. Verfahren zur Fertigung des Sensorlagers (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (30) auf den Platinenträger (16) aufgesetzt wird und mit diesem stoffschlüssig verbunden wird, um die Platine (13) mediendicht zu schützen. - 19 -
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Vorschrift der Platinenträger (16) gemeinsam mit der Leiteranordnung (22) in die Fixierhülse eingespritzt wird, wobei zunächst ein Stanzgitter (26) in die Fixierhülse (3) eingelegt wird, nachfolgend Stege (28) des Stanzgitters (26) getrennt werden, um die Leiteranordnung (22) zu bilden, wobei die Leiteranordnung (22) in den Platinenträger
(16) eingespritzt wird und/oder dass zunächst ein Vorprodukt gebildet wird, wobei das Vorprodukt als ein Kunststoffkörper mit der eingespritzten Leiteranordnung (22) ausgebildet ist, wobei die Leiteranordnung (22) aus einem Stanzgitter (26) gefertigt ist und wobei das Vorprodukt in den Platinenträger (16) eingespritzt wird.
PCT/DE2021/100915 2020-12-15 2021-11-19 Sensorlager mit deckel sowie verfahren zur fertigung des sensorlagers WO2022127972A1 (de)

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DE102020133458 2020-12-15
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