WO2022127974A1 - Sensorlager mit duroplastmantel für die winkelerfassung von einer welle sowie verfahren zur fertigung des sensorlagers - Google Patents

Sensorlager mit duroplastmantel für die winkelerfassung von einer welle sowie verfahren zur fertigung des sensorlagers Download PDF

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WO2022127974A1
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sensor
circuit board
fixing sleeve
bearing
duroplastic
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PCT/DE2021/100917
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Alexander Schamin
Verena Arenz
Lukas Kuhn
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F16C33/58—Raceways; Race rings
    • F16C33/583—Details of specific parts of races
    • F16C33/586—Details of specific parts of races outside the space between the races, e.g. end faces or bore of inner ring

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 preferably designed to be able to carry out 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. In particular, a speed can be derived from the angle detection.
  • the sensor bearing is suitable and/or designed for a traction machine of a vehicle.
  • 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/are arranged in a transmission chamber of the traction machine that is in particular 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 a 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 can be connected, in particular connected, to the shaft. During operation, the inner ring thus rotates together with the shaft.
  • 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, this speed is the same.
  • the sensor system comprises a circuit board, with at least one sensor being arranged on the circuit board.
  • the circuit board preferably has the shape of a circular ring.
  • 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 being able to measure information from the sensor rotor.
  • the sensor rotor is preferably arranged between the sensor system and the roller bearing device.
  • the sensor is designed as a capacitive sensor. In principle, it is also possible for the sensor 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 fixed on the board arranged.
  • 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 duroplastic jacket, with the duroplastic jacket covering the circuit board. Furthermore, the duroplast jacket connects the circuit board to the fixing sleeve in a materially bonded manner in the radial direction. Furthermore, the duroplast jacket connects the circuit board to the interface device, so that the circuit board is protected against media, in particular oil-tight. This makes it possible to arrange the sensor bearing in the traction machine.
  • the duroplast jacket has a first tool side.
  • the first tool side preferably lies in a radial plane relative to a main axis of rotation of the sensor bearing.
  • the first side of the tool is produced by an injection molding tool that provides the shape, in particular, with this type of production being recognizable on the upper side of the first side of the tool.
  • the first side of the tool is arranged on the side of the duroplastic casing facing away from the roller bearing device.
  • the fixing sleeve has a sufficient opening cross-section for accommodating the injection molding tool on the named side of the duroplastic casing, particularly in the basic form.
  • the cross-section of the opening is dimensioned such that the injection molding tool can be moved towards and/or away from the duroplastic casing.
  • the sensor system should be designed to be media-tight. Due to the fact that the duroplast jacket has the first side of the tool and is therefore produced over the entire surface of the injection molding tool on this side, the sensors on the first side of the tool can be protected in a particularly process-reliable, media-tight manner.
  • the duroplast jacket has a second tool side on the opposite side, the second tool side also being produced by the injection molding tool.
  • the duroplast jacket has in particular a ring shape, with the top and bottom being produced by the injection molding tool. This allows a particularly media-tight configuration of the sensor bearing.
  • the circuit board has a ring shape, with the duroplast jacket extending over the top, the bottom and the inner circumference of the ring shape.
  • the edge of the duroplast jacket is in contact with the fixing sleeve, so that a reliable seal is also provided in this radial direction.
  • 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 circuit board has projections and recesses on an outer circumference.
  • the circuit board can be centered by the projections in the fixing sleeve.
  • the duroplastic material can extend through the recesses, in particular this means that the duroplastic material can flow past the circuit board during production.
  • the recesses are preferably designed as edge recesses, so that intermediate spaces are formed between the circuit board and the fixing sleeve, which are filled with duroplastic material.
  • the fixing sleeve has deformed areas which are designed, for example, as indentations.
  • the board rests on the forming areas.
  • the boards are preferably on the Forming areas with the projections mentioned.
  • the fixing sleeve has three or four such deformation areas, so that the sensor system is not able to be over-defined. Because the deformed areas are molded into the fixing sleeve for axial contact with the circuit board, the circuit board and thus the sensor system can be positioned in a particularly cost-effective manner.
  • the deformed areas are designed as tongue sections.
  • the tongue section is preferably arranged in an axial intermediate area of the fixing sleeve and/or at a distance from an edge of the fixing sleeve.
  • the at least one tongue section is preferably designed as a cutout from the wall of the fixing sleeve.
  • the at least one tongue section is offset radially inward, preferably bent radially inward.
  • the fixing sleeve preferably has a plurality of tongue sections.
  • the outer ring is pushed into the fixing sleeve so that an overlapping area results, for example the outer ring can be arranged in the fixing sleeve in a clamped and/or pressed manner.
  • the outer ring is pushed into the fixing sleeve in an insertion direction.
  • the at least one tongue section forms an axial stop for the outer ring. The outer ring is thus pushed into the fixing sleeve in the direction of insertion until it hits the axial stop.
  • the tongue section has at least one side edge that faces in particular, with the side edge running in a radial plane to a main axis of rotation of the sensor bearing.
  • the side edge particularly preferably faces the outer ring and/or the outer ring lies on the side edge. Due to the fact that the side edge runs in the radial plane, the exact positioning of the outer ring on the side edge and/or on the tongue section is not relevant for the positioning of the outer ring relative to the Fixing sleeve in the axial direction. All side edges that face the outer ring and/or on which the outer ring rests preferably lie in a common radial plane.
  • a further side edge of the tongue section is arranged on the side facing away from the outer ring and lies in a further radial plane.
  • the circuit board preferably rests on the side edge of the tongue section that faces away. All side edges that face away from the outer ring and/or on which the circuit board rests preferably lie in a common radial plane, with the circuit board preferably resting on all side edges that face away.
  • the tongue sections can thus assume a dual function, with these, in particular the side edges facing the outer ring, forming an axial stop for the outer ring and these, in particular the side edges facing away from the outer ring, forming a support for the circuit board of the sensor system.
  • the at least one tongue section, in particular the facing side edge defines a second boundary surface of the second side of the tool for the thermoset jacket.
  • the tongue sections and in particular the facing side edges serve as a mechanical stop or as a mechanical marking for the injection molding tool.
  • the circuit board has a radial extension.
  • the radial extension extends in an angular range of less than 30°.
  • the interface device is arranged on the radial extension.
  • the radial extension has the advantage that the circuit board and thus the sensor system can also be positioned in a defined manner in the angular position about the main axis of rotation. It is provided that the duroplast jacket covers, in particular overmoulds, the radial extension and a transition between the circuit board and the interface device. This ensures that the area of the radial extension of the circuit board is protected against media.
  • the fixing sleeve has tabs protruding outwards, with the or a radial extension of the circuit board being arranged between the tabs.
  • the tabs and the radial extension prevent the sensor system from twisting during operation and simplify positioning during assembly.
  • the circuit board has at least one dummy component, with the dummy component defining a first interface for the thermoset jacket.
  • the dummy component is provided in particular as an electrical and/or electronic component or other component which is also fitted when the circuit board is fitted.
  • the dummy component is preferably arranged on the side of the circuit board on which the duroplast jacket has the first tool side. Provision is made for the injection mold to use the at least one dummy component as a stop or as a mechanical marker when it is moved together, so that the thickness of the duroplastic jacket is predetermined by the design.
  • the fixing sleeve with the sensor system is placed in one mold half of the injection mold, so that the position of the second mold side is already defined.
  • the injection molding tool is then closed, with the injection molding tool being moved in until the closing tool half contacts the at least one dummy component. In this way, the duroplast jacket can be produced in a process-reliable manner.
  • the interface device is connected to the circuit board via a press-fit connection.
  • a receptacle for the press-fit connection is preferably arranged in the circuit board.
  • a press-in technique is implemented, which is a solder-free connection technique is trained.
  • the circuit board has metallized holes, in particular designed as a through-plating, in which a contact pin of the interface device is pressed into the metallized hole.
  • the contact pin is preferably designed to be resilient in its radial direction, so that reliable contact is implemented.
  • the interface device can be reliably contacted in one operation via the press-fit connection. This enables a very efficient and at the same time process-reliable production of the sensor bearing.
  • the interface device is or will be connected to the circuit board via an SMD connection (surface mounted device).
  • SMD connection surface mounted device
  • the interface device can be implemented as a socket, for example. It is preferred that this is connected to the circuit board via the SMD connection.
  • the interface device can also be designed as a cable with a connection block, with the cable and the connection block already being connected to one another during assembly. In this configuration, it is preferred that the interface device is connected to the circuit board via the press-fit connection, since the handling of cables in SMD production is complicated or even impractical, whereas it is easy to implement with the press-fit connection.
  • the sensor bearing has the sensor rotor described above, the duroplastic casing, in particular the second tool side of the duroplastic casing, and the sensor rotor being arranged directly adjacent to one another. Since the second side of the tool is also manufactured using the 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 duroplastic casing and in this way the at least one sensor in the sensor system Sensor rotor can scan particularly accurately.
  • Another object of the invention relates to a method for manufacturing the sensor bearing with the features of claim 10, wherein the sensor system is arranged in the fixing sleeve, the injection molding tool is then closed and the circuit board is overmoulded with duroplast, so that at least the first tool side and preferably also the second tool side of the duroplastic shell is formed.
  • the roller bearing device and/or the sensor rotor is assembled.
  • 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 longitudinal section of the sensor bearing in FIG. 1;
  • FIG. 4 shows a schematic longitudinal sectional illustration of the sensor bearing in FIG. 1 without a duroplastic jacket
  • FIG. 6 shows a schematic three-dimensional representation of the sensor bearing of the preceding figures without a thermosetting plastic jacket
  • Figure 7a, b two alternatives for an interface device for the sensor bearing of the previous figures.
  • 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, the fixing sleeve 3 being shown in two different variants in FIGS. 5a, b.
  • the sensor bearing 1 has 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 connection block 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 clamped and/or pressed onto the Outer ring 6 can be arranged.
  • 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.
  • it can have recesses or a structure as sensor markings, with the sensor 15 detecting an angular position of the sensor rotor 14 on the basis of these sensor markings and thus being able to carry out an angle detection for the inner ring 5 and/or for the shaft.
  • the sensor bearing 1 has a duroplastic casing 16, the circuit board 13 with the sensor 15 and a transition section of the interface device 9 being overmoulded with duroplastic material.
  • the duroplast jacket 16 has a first tool side 17 and a second tool side 18 , the first tool side 17 facing away from the roller bearing device 4 and the second tool side facing the roller bearing device 4 .
  • the duroplast jacket 16 has an annular shape and/or the shape of a flat annular disk, with the first and the second tool side 17, 18 lying in a radial plane relative to the main axis of rotation H.
  • FIG. 3 shows a schematic longitudinal sectional representation of the sensor bearing 1, but in a three-dimensional view, with the duroplast jacket 16 being clearly visible again.
  • the duroplast jacket 16 extends over a front side and a back side of the circuit board 13. Furthermore, the duroplast jacket 16 encloses the inner circumference of the circuit board 13.
  • the circuit board 13 is on the outer circumference Duroplast jacket 16 is integrally connected to the inner circumference of the fixing sleeve 3 , so that the sensor system 8 is protected all around by the duroplast jacket 16 in a media-tight manner.
  • Figure 4 shows the sensor bearing 1 without the duroplast jacket 16. It can be seen from this illustration that the fixing sleeve 3 has deformed areas 19, which are designed as indentations, with the circuit board 13 of the sensor system 8 in the axial direction of the main axis of rotation H on the Forming areas 19 rests. When the sensor bearing 1 is being manufactured, the sensor system 8 is arranged in the fixing sleeve 3 so that it rests on the deformed areas 19 .
  • the fixing sleeve 3 is arranged with the sensor system 8 in an injection molding tool, not shown.
  • the roller bearing device 4 is not installed until after the duroplast casing 16 has been manufactured.
  • the circuit board 13 also has some dummy components 20, the dummy components 20 supporting the positioning of the injection molding tool.
  • a mold half of the injection mold is placed on the side on which the rolling bearing device 4 is mounted.
  • the other tool half of the injection molding tool is arranged in the fixing sleeve 3 from the opposite side.
  • the dummy components 20 serve as a mechanical stop or mechanical marking for this tool half.
  • the fixing sleeve 3 has an opening cross section which allows access to the other half of the tool.
  • the opening cross section of the fixing sleeve 3 is always the same as or larger than the outer diameter of the duroplastic jacket 16.
  • the sensor rotor 14 is arranged directly adjacent to the second tool side 18 of the duroplastic casing 16 .
  • only one air gap is arranged between the sensor rotor 14 and the second tool side 18 .
  • the air gap can are designed to be particularly tight, since the second tool side 18 is manufactured with low tolerances by the injection molding tool.
  • the circuit board 13 has projections 21 on the outer circumference, which alternate with recesses 22, in particular peripheral recesses 22, the projections 21 rest on the forming areas 19. Between the recesses 22 and the fixing sleeve 3 there are gaps through which the duroplastic material can flow when the sensor system 8 is overmoulded, so that an adequate material distribution of the duroplastic material for the production of the duroplastic jacket 16 is ensured.
  • the duroplast jacket 16 thus results in an annular disk in the fixing sleeve 3 , the first tool side 17 being set back in the fixing sleeve 3 .
  • the first tool side 17 is arranged flush with the dummy components 20 .
  • Figures 5a, b show two different variants of the fixing sleeve 3, wherein in the variant in Figure 5a the deformed areas 19 are realized as indentations and in Figure 5b the deformed areas 19 are designed as tongue sections which are bent radially inwards ( Bending) are to form the axial supports for the plate 13.
  • the deformed areas 19 designed as tongue sections each have a facing side edge, which extends in a radial plane to the main axis of rotation H and which faces the rolling body device 4 and/or the outer ring 6, and a side edge that faces away, which lies in a radial plane to the Main axis of rotation H extends and which faces away from the rolling element device 4 and/or the outer ring 6 .
  • the fixing sleeve 3 there are openings in the form of rectangular windows, wherein the section separated from the opening in each case forms the tongue section. Furthermore, the openings 22 are filled with the duroplastic material, so that the duroplastic jacket 16 is also held in the fixing sleeve 3 in a form-fitting manner.
  • the facing side edge of the tongue section forms an axial stop for the outer ring 6. This is thus pushed into the fixing sleeve 3 in an insertion direction until the outer ring 6 meets the tongue section 19 with its end face.
  • the end face of the fixing sleeve 3 is spaced apart in the axial direction and/or arranged without a stop relative to the outer ring 6 . It is therefore only necessary to prepare the outer ring 6 in the axial overlapping area with the fixing sleeve 3 for production and, for example, to grind the corresponding lateral surface. On the other hand, it is not necessary to machine the receiving shoulder 12 on the end stop, since the outer ring 6 remains spaced from the corresponding stop.
  • the side edge of the tongue section facing away forms the abutment for the circuit board 13 so that it rests on the tongue sections, in particular on the side edges 27 facing away, in the axial direction relative to the main axis of rotation.
  • the tongue sections in particular the side edges facing the train, can serve as a mechanical stop or as a mechanical marking for the injection molding tool.
  • the duroplast jacket can be arranged flush with the facing side edges of the tongue sections.
  • the fixing sleeve 3 has two tabs 23 protruding outwards, the tabs 23 being aligned parallel to one another.
  • the circuit board 13 has an extension 24, as can be seen in FIG.
  • the extension 24 also has side edges running parallel to one another and/or to the protruding tabs 23 .
  • the extension 24 is arranged between the tabs 23 so that this one Angle definition and / or form an anti-rotation for the circuit board 13 in the fixing sleeve 3.
  • the interface device 9 is arranged on the extension 24 .
  • FIG. 7a shows an alternative for the interface device 9, this having the connection block 10 and the cable 11.
  • Contact pins are arranged on the connection block 10 .
  • the circuit board 13 provides a number of press-fit receptacles corresponding to the number of contact pins.
  • the press-fit recordings can be in the form of plated-through holes.
  • the contact pins can be designed to be flexible in the radial direction, so that they can be inserted into the press-fit receptacles under radial prestress, so that reliable contacting takes place. Contact is made in parallel for all contact pins of the connection block 10 in the press-fit receptacles.
  • FIG. 7b shows another alternative for the interface device 9, which is designed as an SMD component, in particular an SMD connector. This is also fitted as part of the assembly of the circuit board 13, so that this alternative can be implemented cost-effectively.
  • thermoset jacket 16 encloses the extension 24 and at least sections of the interface device 9, so that this section of the sensor system 8 is also enclosed by the thermoset jacket 16 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 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 (10) zur elektrischen Kontaktierung der Platine (13) aufweist, wobei die Sensorik (8) in der Fixierhülse (3) angeordnet ist, wobei das Sensorlager (1) einen Duroplastmantel (16) aufweist, wobei der Duroplastmantel (16) die Platine (13) bedeckt und die Platine (13) mit der Fixierhülse (3) und der Schnittstelleneinrichtung (10) verbindet, so dass die Platine (13) mediendicht geschützt ist, wobei der Duroplastmantel (16) eine erste Werkzeugseite (17) aufweist, wobei die erste Werkzeugseite (17) durch ein Spritzgusswerkzeug erzeugt ist und wobei die erste Werkzeugseite (17) auf der der Wälzlagereinrichtung (4) abgewandten Seite des Duroplastmantels (16) angeordnet ist und/oder dass die Fixierhülse (3) auf der der Wälzlagereinrichtung (4) abgewandten Seite des Duroplastmantels (16) einen Öffnungsquerschnitt zur Aufnahme des Spritzgusswerkzeugs aufweist.

Description

Sensorlaqer mit Duroplastmantel für die Winkelerfassung von einer Welle sowie Verfahren zur Fertigung des Sensorlagers
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 ins 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 10 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.
Das Sensorlager ist für eine Traktionsmaschine von einem Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet. 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 insbesondere 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 eine 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.
Das Sensorlager weist eine Sensorik zur Winkelerfassung der Welle und/oder des Innenrings auf. Nachdem Welle und Innenring gemeinsam rotieren ist diese Drehzahl gleich. Die Sensorik umfasst eine Platine, wobei auf der Platine mindestens ein Sensor angeordnet ist. Die Platine weist bevorzugt eine Kreisringform auf. 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 eine Information des Sensorrotors messen kann. Vorzugsweise ist der Sensorrotor zwischen der Sensorik und der Wälzlagereinrichtung angeordnet. Bei alternativen Ausgestaltungen der Erfindung ist der Sensor als ein kapazitiver Sensor ausgebildet. Prinzipiell ist es auch möglich, dass der Sensor 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. Die Sensorik ist in der Fixierhülse angeordnet. Bevorzugt ist die Sensorik in axialer Richtung betrachtet benachbart zu der Wälzlagereinrichtung positioniert.
Das Sensorlager weist einen Duroplastmantel auf, wobei der Duroplastmantel die Platine bedeckt. Ferner verbindet der Duroplastmantel die Platine in radialer Richtung mit der Fixierhülse stoffschlüssig. Ferner verbindet der Duroplastmantel die Platine mit der Schnittstelleneinrichtung, so dass die Platine mediendicht, insbesondere öldicht, geschützt ist. Dadurch wird es ermöglicht, das Sensorlager in der Traktionsmaschine anzuordnen.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Duroplastmantel eine erste Werkzeugseite aufweist. Vorzugsweise liegt die erste Werkzeugseite in einer Radialebene zu einer Hauptdrehachse des Sensorlagers. Die erste Werkzeugseite ist durch ein insbesondere formgebendes Spritzgusswerkzeug erzeugt, wobei diese Fertigungsart an der Oberseite der ersten Werkzeugseite erkennbar ist. Die erste Werkzeugseite ist auf der der Wälzlagereinrichtung abgewandten Seite des Duroplastmantels angeordnet.
Alternativ oder ergänzend weist die Fixierhülse auf der genannten Seite des Duroplastmantels insbesondere in der Grundform einen ausreichenden Öffnungsquerschnitt zur Aufnahme des Spritzgusswerkzeugs auf. Insbesondere ist der Öffnungsquerschnitt so bemessen, dass das Spritzgusswerkzeug zu dem Duroplastmantel hin und/oder weggefahren werden kann.
Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass die Sensorik mediendicht ausgebildet sein soll. Dadurch, dass der Duroplastmantel die erste Werkzeugseite aufweist und somit auf dieser Seite vollflächig über das Spritzgusswerkzeug erzeugt ist, kann die Sensorik auf der ersten Werkzeugseite besonders prozesssicher mediendicht geschützt werden. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Duroplastmantel eine zweite Werkzeugseite auf der gegenüberliegenden Seite auf, wobei die zweite Werkzeugseite ebenfalls durch das Spritzgusswerkzeug erzeugt ist. Der Duroplastmantel weist insbesondere eine Ringform auf, wobei die Oberseite und die Unterseite durch das Spritzgusswerkzeug erzeugt sind. Dies erlaubt eine besonders mediendichte Ausgestaltung des Sensorlagers. Insbesondere weist die Platine eine Ringform auf, wobei sich der Duroplastmantel über die Oberseite, die Unterseite und den Innenumfang der Ringform erstreckt. Randseitig liegt der Duroplastmantel an der Fixierhülse an, so das auch in dieser radialen Richtung eine sichere Abdichtung gegeben ist.
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.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung weist die Platine an einem Außenumfang Vorsprünge und Aussparungen auf. Die Platine kann durch die Vorsprünge in der Fixierhülse zentriert werden. Das Duroplastmaterial kann sich durch die Aussparungen erstrecken, insbesondere wird dadurch erreicht, dass das Duroplastmaterial bei der Fertigung an der Platine vorbeifließen kann. Bevorzugt sind die Aussparungen als Randaussparungen ausgebildet, so dass Zwischenräume zwischen der Platine und der Fixierhülse gebildet sind, welche mit Duroplastmaterial ausgefüllt sind.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Fixierhülse Umformbereiche auf, welche beispielsweise als Eindrückungen ausgebildet sind. Die Platine liegt auf den Umformbereichen auf. Bevorzugt liegt die Platinen auf den Umformbereichen mit den genannten Vorsprünge auf. Beispielsweise weist die Fixierhülse drei oder vier derartige Umformbereiche auf, so dass die Sensorik nicht überdefiniert in der Lage ist. Dadurch, dass die Umformbereiche in die Fixierhülse zur axialen Anlage der Platine eingeformt sind, ist eine besonders kostengünstige Positionierung der Platine und damit der Sensorik möglich.
Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung sind die Umformbereiche als Zungenabschnitte ausgebildet. Bevorzugt ist der Zungenabschnitt in einem axialen Zwischenbereich der Fixierhülse und/oder beabstandet von einem Rand der Fixierhülse angeordnet. Bevorzugt ist der mindestens eine Zungenabschnitt als ein Ausschnitt aus der Wandung der Fixierhülse ausgebildet. Insbesondere ist der mindestens eine Zungenabschnitt radial nach innen versetzt angeordnet, bevorzugt radial nach innen gebogen. Vorzugsweise weist die Fixierhülse mehrere Zungenabschnitte auf.
Der Außenring ist in die Fixierhülse eingeschoben, so dass sich ein Überlappbereich ergibt, beispielsweise kann der Außenring in der Fixierhülse klemmend und/oder aufgepresst angeordnet sein. Insbesondere ist der Außenring in einer Einschubrichtung in die Fixierhülse eingeschoben. Es ist optional vorgesehen, dass der mindestens eine Zungenabschnitt einen Axialanschlag für den Außenring bildet. Somit wird der Außenring in der Einschubrichtung so weit in die Fixierhülse eingeschoben bis dieser an dem Axialanschlag anschlägt.
Es ist bevorzugt, dass der Zungenabschnitt mindestens eine insbesondere zugewandte Seitenkante aufweist wobei die Seitenkante in einer Radialebene zu einer Hauptdrehachse des Sensorlagers verläuft. Besonders bevorzugt ist die Seitenkante dem Außenring zugewandt und/oder der Außenring liegt auf der Seitenkante auf. Dadurch, dass die Seitenkante in der Radialebene verläuft, ist die genaue Positionierung des Außenrings auf der Seitenkante und/oder auf dem Zungenabschnitt nicht relevant für die Positionierung des Außenrings relativ zu der Fixierhülse in axialer Richtung. Vorzugsweise liegen alle Seitenkanten, die dem Außenring zugewandt sind und/oder auf denen der Außenring aufliegt, in einer gemeinsamen Radialebene.
Optional ergänzend ist eine weitere Seitenkante des Zungenabschnitts auf der dem Außenring abgewandten Seite angeordnet und liegt in einer weiteren Radialebene. Vorzugsweise liegt die Platine auf der abgewandten Seitenkante des Zungenabschnitts auf. Vorzugsweise liegen alle Seitenkanten, die dem Außenring abgewandt sind und/oder auf denen die Platine aufliegt, in einer gemeinsamen Radialebene, wobei die Platine bevorzugt auf allen abgewandten Seitenkanten aufliegt.
Somit können die Zungenabschnitte eine Doppelfunktion einnehmen, wobei diese, insbesondere die dem Außenring zugewandten Seitenkanten, einen Axialanschlag für den Außenring bilden und diese, insbesondere die dem Außenring abgewandten Seitenkanten, eine Auflage für die Platine der Sensorik bilden. Alternativ oder ergänzend definiert der mindestens eine Zungenabschnitt, insbesondere die zugewandte Seitenkante eine zweite Grenzfläche der zweiten Werkzeugseite für den Duroplastmantel. Insbesondere dienen die Zungenabschnitte und insbesondere die zugewandten Seitenkanten als mechanischer Anschlag oder als mechanische Markierung für das Spritzgusswerkzeug.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung weist die Platine einen radialen Fortsatz auf. Beispielsweise erstreckt sich der radiale Fortsatz in einen Winkelbereich von kleiner als 30°. Die Schnittstelleneinrichtung ist auf dem radialen Fortsatz angeordnet. Der radiale Fortsatz hat den Vorteil, dass die Platine und damit die Sensorik in der Winkellage um die Hauptdrehachse ebenfalls definiert positioniert werden kann. Es ist vorgesehen, dass der Duroplastmantel den radialen Fortsatz sowie einen Übergang zwischen der Platine und der Schnittstelleneinrichtung bedeckt, insbesondere umspritzt. Dadurch wird erreicht, dass auch der Bereich des radialen Fortsatzes der Platine mediendicht geschützt ist.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Fixierhülse nach außen abstehende Laschen auf, wobei der oder ein radialer Fortsatz der Platine zwischen den Laschen angeordnet ist. Durch die Laschen und den radialen Fortsatz ergibt sich eine Verdrehsicherung der Sensorik im Betrieb und eine vereinfachte Positionierung bei der Montage.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Platine mindestens ein Blindbauteil auf, wobei das Blindbauteil eine erste Grenzfläche für den Duroplastmantel definiert. Das Blindbauteil ist insbesondere als ein elektrisches und/oder elektronisches Bauteil oder sonstiges Bauteil vorgesehen, welches bei der Bestückung der Platine mitbestückt wird. Vorzugsweise ist das Blindbauteil auf der Seite der Platine angeordnet, auf der der Duroplastmantel die erste Werkzeugseite aufweist. Es ist vorgesehen, dass das Spritzgusswerkzeug beim Zusammenfahren das mindestens eine Blindbauteil als einen Anschlag oder als eine mechanische Markierung verwendet, so dass die Dicke des Duroplastmantel konstruktiv vorgegeben ist.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Fixierhülse mit der Sensorik in eine Werkzeughälfte des Spritzgusswerkzeugs eingelegt wird, so dass die Position der zweiten Werkzeugseite bereits definiert ist. Nachfolgend wird das Spritzgusswerkzeug geschlossen, wobei das Spritzgusswerkzeug so weit zu gefahren wird bis die zufahrende Werkzeughälfte das mindestens eine Blindbauteil kontaktiert. Auf diese Weise kann der Duroplastmantel prozesssicher hergestellt werden.
Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung ist die Schnittstelleneinrichtung über eine Pressfit-Verbindung mit der Platine verbunden. Vorzugsweise ist in der Platine eine Aufnahme für die Pressfit-Verbindung angeordnet. Bei der Pressfit-Verbindung wird eine Einpresstechnik umgesetzt, welche als eine lötfreie Verbindungstechnik ausgebildet ist. Die Platine weist metallisierte Löcher, insbesondere ausgebildet als eine Durchkontaktierung auf, bei der jeweils ein Kontaktstift der Schnittstelleneinrichtung in das metallisierte Loch gedrückt wird. Vorzugsweise ist der Kontaktstift in seiner radialen Richtung federnd ausgebildet, so dass eine sichere Kontaktierung umgesetzt wird. Die Schnittstelleneinrichtung kann über die Pressfit- Verbindung in einem Arbeitsgang prozesssicher kontaktiert werden. Damit ist eine sehr effiziente und zugleich prozesssichere Fertigung des Sensorlagers möglich.
Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist oder wird die Schnittstelleneinrichtung über eine SMD-Verbindung (surface mounted device) mit der Platine verbunden. Die SMD-Technologie stark ausgereift, so dass auch hier eine sichere Verbindung und Kontaktierung erfolgt.
Die Schnittstelleneinrichtung kann beispielsweise als eine Buchse realisiert sein. Hierbei ist es bevorzugt, dass diese über die SMD-Verbindung mit der Platine verbunden ist. Alternativ hierzu kann die Schnittstelleneinrichtung auch als ein Kabel mit einem Anschlussblock ausgebildet sein, wobei das Kabel und der Anschlussblock bereits bei der Montage miteinander verbunden sind. Bei dieser Ausgestaltung ist es bevorzugt, dass die Schnittstelleneinrichtung über die Pressfit-Verbindung mit der Platine verbunden ist, da das Handling von Kabeln bei SMD-Fertigung aufwendig oder sogar unpraktikabel ist, dagegen bei der Pressfit-Verbindung einfach umsetzbar ist.
Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung weist das Sensorlager den zuvor beschriebenen Sensorrotor auf, wobei der Duroplastmantel, insbesondere die zweite Werkzeugseite des Duroplastmantels, und der Sensorrotor unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind. Dadurch, dass auch die zweite Werkzeugseite durch das Spritzgusswerkzeug gefertigt ist, kann dieses hochpräzise und/oder mit nur geringen Toleranzen gefertigt werden, so dass der Sensorrotor sehr eng zu dem Duroplastmantel 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 zur Fertigung des Sensorlagers mit den Merkmalen des Anspruchs 10, wobei die Sensorik in der Fixierhülse angeordnet wird, nachfolgend das Spritzwerkzeug geschlossen wird und die Platine mit Duroplast umspritzt wird, so dass mindestens die erste Werkzeugseite und vorzugsweise auch die zweite Werkzeugseite des Duroplastmantels gebildet ist. In den nachfolgenden Schritten wird die Wälzlagereinrichtung und/oder der Sensorrotor montiert.
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 Längsschnittdarstellung von dem Sensorlager in der Figur 1 ;
Figur 4 eine schematische Längsschnittdarstellung von dem Sensorlager in der Figur 1 ohne Duroplastmantel;
Figur 5a, b zwei Alternativen für eine Fixierhülse für das Sensorlager der vorhergehenden Figuren;
Figur 6 eine schematische dreidimensionale Darstellung von dem Sensorlager der vorhergehenden Figuren ohne Duroplastmantel; Figur 7a, b zwei Alternativen für eine Schnittstelleneinrichtung für das Sensorlager der vorhergehenden Figuren.
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 auf, wobei die Fixierhülse 3 in den Figuren 5a, b in zwei verschiedenen Varianten gezeigt ist. Das Sensorlager 1 weist eine Wälzlagereinrichtung 4, 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 ein Anschlussblock 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 einer Zusammenschau der Figur 1 und der Figur 2 ergibt, weist das Sensorlager 1 einen Duroplastmantel 16 auf, wobei die Platine 13 mit dem Sensor 15 und einem Übergangsabschnitt der Schnittstelleneinrichtung 9 mit Duroplastmaterial umspritzt ist. Genauer betrachtet weist der Duroplastmantel 16 eine erste Werkzeugseite 17 und eine zweite Werkzeugseite 18 auf, wobei die erste Werkzeugseite 17 von der Wälzlagereinrichtung 4 abgewandt und die zweite Werkzeugseite der Wälzlagereinrichtung 4 zugewandt ist. Der Duroplastmantel 16 weist eine Ringform und/oder die Form einer flachen Ringscheibe auf, wobei die erste und die zweite Werkzeugseite 17, 18 in einer radialen Ebene zu der Hauptdrehachse H liegen.
Die Figur 3 zeigt eine schematische Längsschnittdarstellung des Sensorlagers 1 , allerdings in einer dreidimensionalen Ansicht, wobei der Duroplastmantel 16 nochmals deutlich zu erkennen ist. Der Duroplastmantel 16 erstreckt sich über eine Vorderseite und eine Rückseite der Platine 13. Ferner umschließt der Duroplastmantel 16 den Innenumfang der Platine 13. Am Außenumfang ist die Platine 13 über den Duroplastmantel 16 mit dem Innenumfang der Fixierhülse 3 stoffschlüssig verbunden, so dass die Sensorik 8 umlaufend mediendicht durch den Duroplastmantel 16 geschützt ist.
Die Figur 4 zeigt das Sensorlager 1 ohne den Duroplastmantel 16. Aus dieser Darstellung ist zu entnehmen, dass die Fixierhülse 3 Umformbereiche 19, welche als Eindrückungen ausgebildet sind, aufweist, wobei die Platine 13 der Sensorik 8 in axialer Richtung zu der Hauptdrehachse H auf den Umformbereichen 19 aufliegt. Bei der Fertigung des Sensorlagers 1 ist die Sensorik 8 in der Fixierhülse 3 angeordnet, so dass diese auf den Umformbereichen 19 aufliegt.
Zur Fertigung des Duroplastmantels 16 ist die Fixierhülse 3 mit der Sensorik 8 in einem nicht dargestellten Spritzgusswerkzeug angeordnet. Die Wälzlagereinrichtung 4 wird erst nach der Fertigung des Duroplastmantels 16 montiert. Die Platine 13 weist neben den funktionsbedingten Bauteilen auch einige Blindbauteile 20 auf, wobei die Blindbauteile 20 die Positionierung des Spritzgusswerkzeugs unterstützen. Eine Werkzeughälfte des Spritzgusswerkzeugs wird auf der Seite angeordnet, auf der die Wälzlagereinrichtung 4 montiert wird. Die andere Werkzeughälfte des Spritzgusswerkzeugs wird von der gegenüberliegenden Seite in der Fixierhülse 3 angeordnet. Dabei dienen die Blindbauteile 20 als mechanischer Anschlag oder mechanische Markierung für diese Werkzeughälfte.
Die Fixierhülse 3 weist einen Öffnungsquerschnitt auf, welcher den Zugang der anderen Werkzeughälfte ermöglicht. Insbesondere ist der Öffnungsquerschnitt der Fixierhülse 3 stets gleich oder größer wie der Außendurchmesser des Duroplastmantels 16.
Der Sensorrotor 14 ist unmittelbar benachbart zu der zweiten Werkzeugseite 18 des Duroplastmantels 16 angeordnet. Insbesondere ist zwischen dem Sensorrotor 14 und der zweiten Werkzeugseite 18 nur ein Luftspalt angeordnet. Der Luftspalt kann besonders eng ausgelegt werden, da die zweite Werkzeugseite 18 toleranzarm durch das Spritzwerkzeug gefertigt ist.
Wie sich aus der Figur 6 ergibt, die eine schematische dreidimensionale Darstellung in Schrägansicht des Sensorlagers 1 ohne den Duroplastmantel 16 bildet, weist die Platine 13 am Außenumfang Vorsprünge 21 auf, welche sich mit Aussparungen 22, insbesondere randseitigen Aussparungen 22, abwechseln, wobei die Vorsprünge 21 auf den Umformbereichen 19 aufliegen. Zwischen den Aussparungen 22 und der Fixierhülse 3 ergeben sich Zwischenräume, durch die das Duroplastmaterial beim Umspritzen der Sensorik 8 fließen kann, so dass eine ausreichende Materialverteilung des Duroplastmaterials zur Fertigung des Duroplastmantels 16 gesichert ist.
Der Duroplastmantel 16 ergibt somit eine Ringsscheibe in der Fixierhülse 3, wobei die erste Werkzeugseite 17 zurückgesetzt in der Fixierhülse 3 angeordnet ist. Die erste Werkzeugseite 17 ist bündig mit den Blindbauteilen 20 angeordnet.
Die Figuren 5 a, b zeigen zwei unterschiedliche Varianten der Fixierhülse 3, wobei bei der Variante in der Figur 5 a die Umformbereiche 19 als Eindrückungen realisiert sind und bei der Figur 5 b die Umformbereiche 19 als Zungenabschnitte ausgebildet sind, welche radial nach innen umgebogen (Biegeumformen) sind, um die axialen Auflagen für die Platine 13 zu bilden.
Die als Zungenabschnitte ausgebildeten Umformbereiche 19 weisen jeweils eine zugewandte Seitenkante auf, welche sich in einer Radialebene zu der Hauptdrehachse H erstreckt und welche der Wälzkörpereinrichtung 4 und/oder dem Außenring 6 zugewandt ist, sowie eine abgewandte Seitenkante auf, welche sich in einer Radialebene zu der Hauptdrehachse H erstreckt und welche der Wälzkörpereinrichtung 4 und/oder dem Außenring 6 abgewandt ist.
In der Fixierhülse 3 sind Öffnungen in Form von rechteckigen Fenstern eingebracht, wobei der jeweils aus der Öffnung ausgetrennte Abschnitt den Zungenabschnitt bildet. Ferner sind die Öffnungen 22 mit dem Duroplastmaterial ausgefüllt, so dass der Duroplastmantel 16 auch formschlüssig in der Fixierhülse 3 gehalten ist.
Die zugewandte Seitenkante des Zungenabschnitts bildet einen Axialanschlag für den Außenring 6. Diese wird somit in einer Einschubrichtung so weit in die Fixierhülse 3 eingeschoben bis der Außenring 6 mit seiner Stirnseite auf den Zungenabschnitt 19 trifft. Die Stirnseite von der Fixierhülse 3 ist dagegen in axialer Richtung beabstandet und/oder anschlagsfrei zu dem Außenring 6 angeordnet. Damit ist es nur notwendig, den Außenring 6 im axialen Überlappbereich mit der Fixierhülse 3 fertigungsgerecht vorzubereiten und beispielsweise die entsprechende Mantelfläche zu schleifen. Es ist dagegen nicht notwendig, die Aufnahmeschulter 12 am endseitigen Anschlag zu bearbeiten, da der Außenring 6 beabstandet von dem entsprechenden Anschlag bleibt.
Die abgewandte Seitenkante des Zungenabschnitts bildet die Anlage für die Platine 13, so dass diese in axialer Richtung zu der Hauptdrehachse auf den Zungenabschnitten, insbesondere auf den abgewandten Seitenkanten 27 aufliegt.
Bei der Fertigung des Duroplastmantels 16 können die Zungenabschnitte, insbesondere die zugwandten Seitenkanten als mechanischer Anschlag oder als mechanische Markierung für das Spritzgusswerkzeug dienen. Insbesondere kann der Duroplastmantel bündig mit den zugewandten Seitenkanten der Zungenabschnitte angeordnet sein.
Die Fixierhülse 3 weist zwei nach außen abstehende Laschen 23 auf, wobei die Laschen 23 parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Platine 13 weist einen Fortsatz 24 auf, wie in der Figur 6 erkennbar ist. Der Fortsatz 24 weist ebenfalls zueinander und/oder zu den abstehende Laschen 23 parallel verlaufende Seitenkanten auf. Der Fortsatz 24 ist zwischen den Laschen 23 angeordnet, so dass diese eine Winkeldefinition und/oder eine Verdrehsicherung für die Platine 13 in der Fixierhülse 3 bilden.
Auf dem Fortsatz 24 ist die Schnittstelleneinrichtung 9 angeordnet. Die Figur 7 a zeigt eine Alternative für die Schnittstelleneinrichtung 9, wobei diese den Anschlussblock 10 das Kabel 11 aufweist. An dem Anschlussblock 10 sind Kontaktstifte angeordnet. Die Platine 13 stellt im Bereich des Fortsatzes 24 eine der Anzahl der Kontaktstifte entsprechende Anzahl von Pressfit-Aufnahmen zur Verfügung. Beispielsweise können die Pressfit-Aufnahmen als durchkontaktierte Löcher ausgebildet sein. Die Kontaktstifte können in radialer Richtung nachgiebig ausgebildet sein, so dass diese in den Pressfit-Aufnahmen unter radialer Vorspannung eingeführt werden können, so dass eine sichere Kontaktierung erfolgt. Die Kontaktierung erfolgt parallel für alle Kontaktstifte des Anschlussblocks 10 in den Pressfit-Aufnahmen.
Die Figur 7 b zeigt eine andere Alternative für die Schnittstelleneinrichtung 9, wobei diese als ein SMD-Bauteil, insbesondere SMD-Stecker, ausgebildet ist. Dieser wird im Rahmen der Bestückung der Platine 13 mitbestückt, so dass diese Alternative kostengünstig umsetzbar ist.
Beide Alternativen weisen Vorteile gegenüber einem Verlöten der Schnittstelleneinrichtung 9 auf der Platine 13 hinsichtlich Schnelligkeit und Prozesssicherheit auf.
Wie sich insbesondere in einer Zusammenschau der Figuren 2, 3, 6 und 7a ergibt, umschließt der Duroplastmantel 16 den Fortsatz 24 und zumindest abschnittsweise die Schnittstelleneinrichtung 9, so dass auch dieser Abschnitt der Sensorik 8 mediendicht durch den Duroplastmantel 16 umschlossen ist. Bezuqszeichenliste
Sensorlager
Durchgangsöffnung Fixierhülse
Wälzlagereinrichtung Innenring
Außenring Wälzkörper Sensorik
Schnittstelleneinrichtung Anschlussblock
Kabel
Aufnahmeschulter Platine
Sensorrotor Sensor
Duroplastmantel erste Werkzeugseite zweite Werkzeugseite Umformbereiche Blindbauteil Vorsprünge Aussparungen Laschen Fortsatz

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 (10) zur elektrischen Kontaktierung der Platine (13) aufweist, wobei die Sensorik (8) in der Fixierhülse (3) angeordnet ist, wobei das Sensorlager (1 ) einen Duroplastmantel (16) aufweist, wobei der Duroplastmantel (16) die Platine (13) bedeckt und die Platine (13) mit der Fixierhülse (3) und der Schnittstelleneinrichtung (10) verbindet, so dass die Platine (13) mediendicht geschützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Duroplastmantel (16) eine erste Werkzeugseite (17) aufweist, wobei die erste Werkzeugseite (17) durch ein Spritzgusswerkzeug erzeugt ist und wobei die erste Werkzeugseite (17) auf der der Wälzlagereinrichtung (4) abgewandten Seite des Duroplastmantels (16) angeordnet ist und/oder dass die Fixierhülse (3) auf der der Wälzlagereinrichtung (4) abgewandten Seite des Duroplastmantels (16) einen Öffnungsquerschnitt zur Aufnahme des Spritzgusswerkzeugs aufweist.
2. Sensorlager (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlagereinrichtung (4) medienoffen ausgebildet und/oder ölgeschmiert ist.
3. Sensorlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (13) an einem Außenumfang Vorsprünge (21 ) und Aussparungen (22) aufweist, wobei die Platine (13) durch die Vorsprünge (21 ) in der Fixierhülse (3) zentriert ist und wobei sich der Duroplastmantel (16) durch die Aussparungen (22) erstreckt.
4. Sensorlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierhülse (3) Umformbereiche (19) aufweist, wobei die Platine (13) auf den Umformbereichen (19) aufliegt.
5. Sensorlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (13) einen radialen Fortsatz (24) aufweist, wobei die Schnittstelleneinrichtung (10) auf dem radialen Fortsatz (24) angeordnet ist, wobei der Duroplastmantel (16) den radialen Fortsatz (24) und einen Übergang zwischen der Platine (13) und der Schnittstelleneinrichtung (10) bedeckt.
6. Sensorlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (13) mindestens ein Blindbauteil (20) aufweist, wobei das Blindbauteil (20) eine Grenzfläche für den Duroplastmantel (16) definiert.
7. Sensorlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelleneinrichtung (10) über eine Pressfit-Verbindung mit der Platine (13) verbunden ist.
8. Sensorlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelleneinrichtung (10) über eine SMD-Verbindung mit der Platine (13) verbunden ist.
9. Sensorlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses einen Sensorrotor (14) aufweist, wobei der Sensorrotor (14) mit dem Innenring (5) drehtest verbunden ist und wobei der Duroplastmantel (16) und der Sensorrotor (14) unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind.
10. Verfahren zur Fertigung des Sensorlagers (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (8) in der Fixierhülse (2) angeordnet wird und mit einem Duroplastmaterial zur Bildung des Duroplastmantels
(16) umspritzt wird, wobei durch das Spritzgusswerkzeug die erste Werkzeugseite
(17) des Duroplastmantels (16) erzeugt wird.
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