Die Erfindung betrifft einen elektrischen Hohlwellenmotor mit einer rotierend antreibbaren Hohlwelle und einer Erfassungs- einrichtung, welche dazu eingerichtet ist, die Drehlage der Hohlwelle zu erfassen.

Ferner betrifft die Erfindung einen elektromotorisch betriebenen Hydraulikkolben mit einem Hohlwellenmotor, einer innerhalb der Hohlwelle des Hohlwellenmotors angeordneten Spindel und einer mit der Hohlwelle des Hohlwellenmotors verbundenen Spindel ^¬ mutter, welche dazu eingerichtet ist, die Spindel entlang ihrer Längsachse linear zu verschieben. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Bremssystem für ein Fahrzeug, mit einem elektromotorisch betriebenen Hydraulikkolben .

In einer Vielzahl von Anwendungsbereichen ergibt sich bei der Verwendung von Hohlwellenmotoren das konstruktionsbedingte

Problem, dass an den Wellenenden kein Magnet zur Erfassung der Drehlage der Hohlwelle angeordnet und befestigt werden kann.

Im Stand der Technik sind beispielsweise elektromotorisch betriebene Hydraulikkolben bekannt, bei welchen mittels eines Hohlwellenmotors eine Spindel entlang ihrer Längsachse ver ^¬ schoben werden kann. Aufgrund einer innerhalb des Motorenge ^¬ häuses angeordneten Verdrehsicherung ist es nicht möglich, am Wellenende des Hohlwellenmotors einen Magneten zur Erfassung der Drehlage anzuordnen.

Bekannte Lösungen zur Drehlagenerfassung bei elektrischen Hohlwellenmotoren haben außerdem regelmäßig den Nachteil, dass die Kalibrierung des Winkeloffsets erst nach Abschluss der Endmontage des Hohlwellenmotors möglich ist, wodurch sich eine zeit- und kostenaufwendige Alignment-Prozedur vor der Inbe ^¬ triebnahme entsprechender Geräte ergibt. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht somit darin, die Drehlagenerfassung bei elektrischen Hohlwellenmotoren zu vereinfachen und/oder zu verbessern, insbesondere derart, dass während der Herstellung des Hohlwellenmotors bereits eine Kalibrierung des Winkeloffsets möglich ist und somit der Zeit- und Kostenaufwand für die Endmontage des Hohlwellenmotors reduziert wird.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen elektrischen Hohlwellenmotor der eingangs genannten Art, wobei die Erfassungseinrichtung einen an der Hohlwelle angeordneten Magneten und einen innerhalb der Hohlwelle angeordneten feststehenden Magnetfeldsensor umfasst, wobei der Magnetfeldsensor dazu eingerichtet ist, ein von dem Magneten erzeugtes Magnetfeld zu erfassen.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass der von der Hohlwelle umschlossene Raum für einen Magnetfeldsensor genutzt werden kann, wenn der das auszuwertende Magnetfeld erzeugende Magnet an einer geeigneten Position an der Hohlwelle angeordnet wird. Durch die Rotation der Hohlwelle wird das von dem Magneten erzeugte Magnetfeld ebenfalls in Rotation versetzt, sodass zur Erfassung der Drehlage der Hohlwelle das sich mit der Hohlwelle gemeinsam drehende Magnetfeld des Magneten ausgewertet werden kann. Über die Erfassung der Drehlage der Hohlwelle kann eine präzise Kommutierung des Hohlwellenmotors erfolgen. Die Montage der Erfassungseinrichtung, d.h. die Befestigung des Magneten an der Hohlwelle und die Anordnung des Magnetfeldsensors, kann bereits während der Herstellung bzw. Produktion des Hohlwellenmotors erfolgen, sodass die notwendige Kalibrierung des Winkeloffsets bereits vor der Endmontage des elektrischen Hohlwellenmotors durchgeführt werden kann. Der für die Ka ^¬ librierung notwendige Zeit- und Kostenaufwand wird somit er ^¬ heblich reduziert. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Hohlwellenmotor eine Auswerteeinrichtung auf, welche signalleitend mit dem Magnetfeldsensor verbunden ist. Vorzugsweise ist die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet, die Signale des Magnetfeldsensors zur Erfassung der Drehlage der Hohlwelle auszuwerten. Vorzugsweise sind die rotierend antreibbare Hohlwelle, der an der Hohlwelle angeordnete Magnet und der Magnetfeldsensor innerhalb eines Motorengehäuses angeordnet. Die Auswerteeinrichtung kann innerhalb oder außerhalb des Motorengehäuses angeordnet sein.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst der erfindungsgemäße Hohlwellenmotor ein amagnetisches feststehendes Befesti ^¬ gungsteil, an welchem der Magnetfeldsensor angeordnet ist. Beispielsweise ist das Befestigungsteil zumindest teilweise innerhalb der Hohlwelle angeordnet und/oder an dem Motoren ^¬ gehäuse befestigt. Das Befestigungsteil kann insbesondere mittels Befestigungselementen, wie etwa Schrauben, an dem Motorengehäuse befestigt sein. Das Befestigungsteil kann beispielsweise aus Kunststoff ausgebildet sein. Alternativ kann das Befestigungsteil auch aus einem nicht-ferromagnetischen Metall oder einer nicht-ferromagnetischen Metalllegierung ausgebildet sein. Beispielsweise ist das Befestigungsteil aus Edelstahl ausgebildet. Insbesondere ist das Befestigungsteil nicht aus Nickel und/oder Cobalt ausgebildet. Vorzugsweise bildet das Befestigungsteil einen Abschnitt der Außenseite des Hohlwellenmotors aus. Vorzugsweise ist ein Abschnitt, insbe ^¬ sondere ein umlaufender Abschnitt des Befestigungsteils in einem Ringspalt zwischen dem Magneten und dem Magnetfeldsensor angeordnet .

Außerdem ist ein erfindungsgemäßer Hohlwellenmotor bevorzugt, bei welchem der Magnet ein Ringmagnet ist, welcher vorzugsweise an der Innenseite der Hohlwelle angeordnet ist. Vorzugsweise ist der als Ringmagnet ausgebildete Magnet formschlüssig, kraft ^¬ schlüssig und/oder Stoffschlüssig mit der Hohlwelle verbunden. Insbesondere ist der als Ringmagnet ausgebildete Magnet in einem stirnseitigen Endbereich der Hohlwelle an der Hohlwelle an- geordnet. Vorzugsweise entspricht der Außendurchmesser des als Ringmagnet ausgebildeten Magneten im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Hohlwelle. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlwellenmotors umgibt der Magnet einen Sensie- rungsbereich, wobei der Magnetfeldsensor innerhalb des Sen- sierungsbereichs angeordnet ist. Vorzugsweise erstreckt sich ein Abschnitt des amagnetischen feststehenden Befestigungsteils durch den Sensierungsbereich . Innerhalb des von dem Magneten umgebenden Sensierungsbereichs weist das von dem Magneten erzeugte Magnetfeld eine besonders große Feldstärke auf, sodass die Erfassung des Magnetfelds durch den Magnetfeldsensor vereinfacht ist und/oder mit einer höheren Präzision erfolgen kann .

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlwellenmotors weist der Magnet eine diametrale Magnetisierung auf. Ein diametral magnetisierter Magnet weist einen Nordpol und einen zu dem Nordpol gegenüberliegend an ^¬ geordneten Südpol auf. Wenn der Magnet als Ringmagnet ausgebildet ist, ist die eine Ringhälfte als Nordpol und die andere Ringhälfte als Südpol ausgebildet. Durch die Verwendung von Magneten mit einer diametralen Magnetisierung wird das Risiko eines Magnetisierungsfehlers im Vergleich zu Multipolmagneten erheblich reduziert. In einigen Anwendungsfällen kann es jedoch auch vorteilhaft sein, einen Magnet, insbesondere einen Ringmagnet, mit einer Multipolmagnetisierung zu verwenden.

Bevorzugt ist außerdem ein erfindungsgemäßer Hohlwellenmotor, bei welchem eine Messoberfläche des Magnetfeldsensors im We ^¬ sentlichen koplanar zu dem von dem Magneten erzeugten Magnetfeld ausgerichtet ist. Wenn der Magnet als Ringmagnet ausgebildet ist, ist es bevorzugt, dass der Magnetfeldsensor im Zentrum des Ringes angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Magnetfeldsensor derart angeordnet, dass die Mittelachse des als Ringmagneten ausge ^¬ bildeten Magneten den Magnetfeldsensor schneidet. Der Magnetfeldsensor kann beispielsweise ein Hall-Effekt-Sensor, ein AMR- (anisotroper magnetoresistiver) Effekt-Sensor, ein

GMR- (giant magneto-resistive) -Sensor oder ein TMR- (tunnel magneto resistance) -Sensor sein. Außerdem ist ein erfindungsgemäßer Hohlwellenmotor bevorzugt, bei welchem ein Teil der Hohlwelle oder ein mit der Hohlwelle verbundenes Ringelement als äußerer magnetischer Rückschluss für den Magneten ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Teil der Hohlwelle oder das mit der Hohlwelle verbundene Ringelement aus ferromagnetischem Material ausgebildet. Durch den Rückschluss wird die Stärke des von dem Magnetfeldsensor zu erfassenden Magnetfeldes im Bereich des Magnetfeldsensors weiter erhöht, sodass die Erfassung der Drehlage vereinfacht ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner durch einen elektromotorisch betriebenen Hydraulikkolben der eingangs genannten Art gelöst, wobei der Hohlwellenmotor des elektromotorisch betriebenen Hydraulikkolbens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet ist. Hinsichtlich der Vorteile und Modifikationen des erfindungsgemäßen Hydraulikkolbens wird zunächst auf die Vorteile und Modifikationen des erfindungsgemäßen Hohlwellenmotors verwiesen. Vorzugsweise sind der Magnetfeldsensor und der Magnet innerhalb einer orthogonal zu der Längsachse der Spindel verlaufenden Ebene angeordnet. Ferner ist der Magnetfeldsensor vorzugsweise auf einer Verlängerung der Längsachse der Spindel angeordnet. Über die Erfassung des Magnetfeldes kann wieder die Drehlage der Hohlwelle bestimmt werden, welche eine präzise Kommutierung des Hohlwellenmotors erlaubt. Durch die präzise Kommutierung des Hohlwellenmotors kann die Linearbewegung der Spindel gesteuert werden, wodurch ein präzises Einstellen eines Hydraulikdrucks ermöglicht ist.

Außerdem ist ein erfindungsgemäßer Hydraulikkolben bevorzugt, welcher eine Verdrehsicherung aufweist. Die Verdrehsicherung ist dazu eingerichtet, eine Verdrehung der Spindel um ihre Längsachse zu verhindern, wobei der Magnetfeldsensor an der Verdrehsi- cherung angeordnet ist. Vorzugsweise umfasst die Verdrehsi ^¬ cherung das amagnetische feststehende Befestigungsteil. Vor ^¬ zugsweise ist die Verdrehsicherung aus einem amagnetischen Material ausgebildet, wie beispielsweise Kunststoff, einem nicht-ferromagnetischen Metall oder einer

nicht-ferromagnetischen Metalllegierung. Vorzugsweise erstreckt sich die Verdrehsicherung durch einen Ringabschnitt zwischen dem Magnetfeldsensor und dem Magneten, sodass das Magnetfeld durch die Verdrehsicherung hindurchtritt.

Insbesondere kann der Magnetfeldsensor in einen Teil der Verdrehsicherung integriert sein. Insbesondere ist zwischen der dem Magnetfeldsensor zugewandten Stirnseite der Spindel und dem Magnetfeldsensor ein Abschnitt der Verdrehsicherung angeordnet. Vorzugsweise ist der Magnetfeldsensor an einem Abschnitt der Verdrehsicherung angeordnet , welcher im Wesentlichen parallel zu der dem Magnetfeldsensor zugewandten Stirnseite der Spindel verläuft. Die Verdrehsicherung verhindert, dass eine Drehbe- wegung der mit der Hohlwelle verbundenen Spindelmutter eine Drehbewegung der Spindel verursacht. Aufgrund der Verdrehsi ^¬ cherung wird eine Drehbewegung der Spindelmutter in eine Linearbewegung der Spindel umgesetzt. Die Verdrehsicherung ist vorzugsweise als formschlüssige Verdrehsicherung ausgebildet.

Vorzugsweise sind die Hohlwelle und die Spindelmutter torsi ^¬ onssteif, aber axial zueinander beweglich miteinander verbunden . Durch die axiale Beweglichkeit der Hohlwelle und der Spin ^¬ delmutter können zwei Festlager eingesetzt werden, um die Rotoreinheit, welche die Hohlwelle und die Spindelmutter um- fasst, gegenüber dem Motorengehäuse abzustützen. Vorzugsweise ist ein erstes Festlager an der Spindelmutter und ein zweites Festlager an der Hohlwelle angeordnet. Die Kupplungsstelle zwischen der Hohlwelle und der Spindelmutter ist vorzugsweise dazu eingerichtet, reversibel und zerstörungsfrei gelöst zu werden. Somit kann die Spindel von dem Hohlwellenmotor gelöst werden, beispielsweise um während der Produktion Testroutinen durchführen zu können und/oder Rework-Arbeiten ausführen zu können .

Vorzugsweise sind zwischen der Spindelmutter und der Spindel mehrere Kugeln angeordnet, sodass die Spindelmutter, die Spindel und die Kugeln einen Kugelgewindetrieb ausbilden. Dies führt zu einer verringerten Reibung und zu einem verminderten Verschleiß der Verbindung zwischen der Spindelmutter und der Spindel, sodass die Lebensdauer des Hydraulikkolbens erhöht und das Ausfall ^¬ risiko reduziert wird.

Außerdem kann der erfindungsgemäße Hohlwellenmotor auch als Spaltrohrmotor eingesetzt werden, beispielsweise zum Antrieb einer Pumpe.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner durch ein Bremssystem der eingangs genannten Art gelöst, wobei der Hydraulikkolben des Bremssystems nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet ist. Hinsichtlich der Vorteile und Modifikationen des erfindungsgemäßen Bremssystems wird auf die Vorteile und Modifikationen des erfin ^¬ dungsgemäßen Hohlwellenmotors sowie auf die Vorteile und Mo ^¬ difikationen des erfindungsgemäßen Hydraulikkolbens verwiesen.

Insbesondere ist der Hydraulikkolben dazu eingerichtet, einer oder mehreren hydraulischen Radbremseinheiten einen geeigneten Hydraulikdruck zur Ausführung eines Bremsvorgangs zur Verfügung zu stellen. Ferner ist es bevorzugt, dass der Hohlwellenmotor mit einer Auswerteeinrichtung eines Bremszylinders verbunden ist, wobei der Bremszylinder mit einem Bremspedal gekoppelt ist und die Auswerteeinrichtung auf Grundlage des Zustands des

Bremszylinders Informationen zu dem Bremswunsch eines Fahrers ableitet. Diese Informationen werden dann zur Steuerung des Hohlwellenmotors und somit auch zur Betätigung der einen oder der mehreren Radbremseinheiten verwendet.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert und beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elekt ^¬ romotorisch betriebenen Hydraulikkolbens in einer schematischen Darstellung. Die Fig. 1 zeigt einen elektromotorisch betriebenen Hydraulikkolben 100 mit einem Hohlwellenmotor 10, einer Spindelmutter 102, einer Spindel 104 und einer Verdrehsicherung 108a, 108b. Der elektrische Hohlwellenmotor 10 umfasst eine rotierend antreibbare und aus einem ferromagnetischen Material ausge ^¬ bildete Hohlwelle 14 und eine Erfassungseinrichtung 16, welche dazu eingerichtet ist, die Drehlage der Hohlwelle 14 zu erfassen. Die Erfassungseinrichtung 16 weist einen an der Hohlwelle 14 angeordneten Magneten 18 und einen innerhalb der Hohlwelle 14 angeordneten feststehenden Magnetfeldsensor 20 auf.

Der Magnet 18 ist ein Ringmagnet und weist eine diametrale Magnetisierung auf. Außerdem ist der Magnet 18 an einer In- nenseite der Hohlwelle 14 angeordnet und umgibt einen Sen- sierungsbereich, wobei der Magnetfeldsensor 20 innerhalb des Sensierungsbereichs angeordnet ist. Ein Teil der Hohlwelle 14 ist als äußerer magnetischer Rückschluss für den Magneten 18 ausgebildet .

Der Magnetfeldsensor 20 und der Magnet 18 sind innerhalb einer orthogonal zu der Längsachse 106 der Spindel 104 verlaufenden Ebene angeordnet, wobei der Magnetfeldsensor 20 ferner auf einer Verlängerung der Längsachse 106 der Spindel 104 angeordnet ist. Eine Messoberfläche des Magnetfeldsensors 20 ist im Wesentlichen koplanar zu dem von dem Magneten 18 erzeugten Magnetfeld ausgerichtet, wobei der Magnetfeldsensor 20 dazu eingerichtet ist, ein von dem Magneten 18 erzeugtes Magnetfeld zu erfassen. Außerdem weist die Erfassungseinrichtung 16 eine Auswerteeinrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, die Signale des Magnetfeldsensors 20 zur Bestimmung der Drehlage der Hohlwelle 14 auszuwerten. Die Spindel 104 ist innerhalb der Hohlwelle 14 des Hohlwel ^¬ lenmotors 10 angeordnet. Die Spindelmutter 102 ist torsionssteif und axial beweglich mit der Hohlwelle 14 verbunden. Aufgrund der axialen Beweglichkeit können die Spindelmutter 102 und die Hohlwelle 14 jeweils mittels Festlagern 24, 26 abgestützt werden. Zwischen der Spindelmutter 102 und der Spindel 104 sind mehrere Kugeln 112 angeordnet, sodass die Spindelmutter 102, die Spindel 104 und die Kugeln 112 einen Kugelgewindetrieb ausbilden.

Die Spindelmutter 102 und die Hohlwelle 14 bilden zusammen eine Rotoreinheit 12 aus. Die Verbindung zwischen der Spindelmutter 102 und der Hohlwelle ist reversibel und zerstörungsfrei lösbar. Durch eine Rotation der Spindelmutter 102 wird die Spindel 104 entlang ihrer Längsachse 106 linear verschoben.

An Hohlwelle 14 ist eine Spule 30 angeordnet, welche mit der Spule 32 des Stators 28 des Hohlwellenmotors 10 zusammenwirkt, um die Hohlwelle 14 rotierend anzutreiben.

Die Verdrehsicherung 108a, 108b ist dazu eingerichtet, eine Verdrehung der Spindel 104 um ihre Längsachse 106 zu verhindern. Der Magnetfeldsensor 20 ist an einem aus Kunststoff ausgebildeten, amagnetischen feststehenden Befestigungsteil 38 angeordnet, wobei das Befestigungsteil 38 innerhalb der

Hohlwelle 14 angeordnet und ein Bestandteil der Verdrehsicherung 108a, 108b ist.

Die Verdrehsicherung 108a, 108b ist zweiteilig ausgebildet, wobei ein erster feststehender Teil 108a sich abschnittsweise entlang der Spindel 104 und durch einen Ringspalt zwischen dem Magneten 18 und dem Magnetfeldsensor 20 erstreckt. Ein zweiter Teil 108b ist an der Spindel 104 angeordnet und gemeinsam mit der Spindel 104 linear beweglich.

Der Teil der Verdrehsicherung 108a, an welchem der Magnetfeldsensor 20 befestigt ist, ist mittels Befestigungselementen 34a, 34b mit dem Motorengehäuse 22 verbunden. Die Befesti ^¬ gungselemente 34a, 34b sind als Schrauben ausgebildet. An dem Motorengehäuse 22 ist ferner eine Hydraulikeinheit 110 ange ^¬ ordnet. Die Hydraulikeinheit 110 ist mittels als Schrauben ausgebildeten Befestigungselementen 36a, 36b an dem Motorengehäuse 22 befestigt und dazu eingerichtet, einer oder mehreren Radbremseinheiten zur Ausführung eines Bremsvorgangs einen geeigneten Hydraulikdruck bereitzustellen.

Bezugs zeichenliste

10 Hohlwellenmotor

12 Rotoreinheit

14 Hohlwelle

16 Erfassungseinrichtung

18 Magnet

20 Magnetfeldsensor

22 Motorengehäuse

24 Lager

26 Lager

28 Stator

30 Spule

32 Spule

34a, 34b Befestigungselemente

36a, 36b Befestigungselemente

38 Befestigungsteil

100 Hydraulikkolben

102 Spindelmutter

104 Spindel

106 Längsachse

108a, 108b Verdrehsicherung

110 Hydraulikeinheit 112 Kugeln