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Title:
ELECTROMECHANICAL ACTUATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/149298
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electromechanical actuator (2), in particular a chassis actuator, for example an actuator of a roll stabilizer, for a motor vehicle, comprising a torque measuring arrangement (13) based on the inverse magnetostrictive principle, which has at least one electronic unit, wherein said electronic unit has a printed circuit board (14) which is at least indirectly connected to an actuator housing (9) by means of a rivet connection (20).

Inventors:
DÜRST, Kerstin (Würzburger Str. 16, Burghaslach, 96152, DE)
SCHMITT, Manuel (Eskilstunastr. 43, Erlangen, 91054, DE)
Application Number:
DE2018/100848
Publication Date:
August 08, 2019
Filing Date:
October 16, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG (Industriestraße 1-3, Herzogenaurach, 91074, DE)
International Classes:
B60G17/019; B60G21/055; G01L3/10
Foreign References:
DE102013219761B32015-01-15
DE102015203096A12016-08-25
DE102014203207A12015-08-27
DE102014212365A12015-12-31
DE102014221129A12016-04-21
DE102014222708A12016-05-12
DE102013219761B32015-01-15
DE102015222068A12017-05-11
DE102015209310A12016-11-24
DE3620412A11987-12-23
EP2013598B12012-02-29
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Claims:
Patentansprüche

1. Elektromechanischer Aktuator (2) für ein Kraftfahrzeug, mit einer auf dem in- vers-magnetostriktiven Prinzip beruhenden Drehmomentmessanordnung (13), welche mindestens eine Elektronikeinheit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit eine mittels Nietverbindung (20) zumindest indirekt mit einem Aktuatorgehäuse (9) verbundene Platine (14) aufweist.

2. Aktuator (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Nietverbin- dung (20) eine Anzahl Niete (16,17) umfasst, durch welche die Platine (14) an einem mit dem Aktuatorgehäuse (9) verbundenen, flächigen Trägerele- ment (15) befestigt ist.

3. Aktuator (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Platine (14) und dem Trägerelement (15) ein Spalt (Sp) gebildet ist.

4. Aktuator (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trä- gerelement (15) aus Kunststoff gefertigt ist.

5. Aktuator (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trä- gerelement (15) aus Metall gefertigt ist.

6. Aktuator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flächennormale der Platine (14) orthogonal zur Längsachse des Ak- tuatorgehäuses (9) ausgerichtet ist.

7. Aktuator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Fahrwerksaktuator ausgebildet ist.

8. Aktuator (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Teil eines Wankstabilisators ausgebildet ist.

9. Aktuator (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (14) zumindest größtenteils in einem im Vergleich zu einem mittleren Gehäusebe- reich (12) verjüngten Gehäusebereich (11 ) des Aktuatorgehäuses (9) angeord- net ist.

Description:
Elektromechanischer Aktuator

Die Erfindung betrifft einen für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug geeigneten elektromechanischen Aktuator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Aktuator ist beispielsweise aus der DE 10 2014 221 129 A1 bekannt. Der bekannte Aktuator ist Teil eines aktiven Wankstabilisators und weist eine Elektro- nikeinheit auf, die verschiedene Abschnitte umfasst. Hierbei stellt ein erster Abschnitt der Elektronikeinheit eine rotierende und ein zweiter Abschnitt eine nicht rotierende Komponente dar.

Ein aktiver Wankstabilisator, welcher mitrotierende Elektronikkomponenten aufweist, ist auch aus der DE 10 2014 222 708 A1 bekannt. In diesem Fall ist ein zum Messen eines Torsionsmoments vorgesehener Sensor an einer Planetenträgerwand eines Planetengetriebes angeordnet. Bei der Elektronik handelt es sich um eine Leiterplatte mit darauf angeordneten Magnetfeldsensoren.

Ein weiterer Wankstabilisator, welcher zum Messen eines Drehmoments den invers- magnetostriktiven Effekt nutzt, ist in der DE 10 2013 219 761 B3 offenbart. In diesem Fall werden zusätzlich zu einem Drehmoment auch Querkräfte, bezogen auf die Längsachse des Stabilisators, berücksichtigt.

Diverse Bauformen elektromechanischer Wankstabilisatoren für Kraftfahrzeuge sind des Weiteren in den Dokumenten DE 10 2015 222 068 A1 und DE 10 2015 209 310 A1 beschrieben.

Eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines magnetoelastischen Sensors ist in der DE 36 20 412 A1 beschrieben. Diese Schaltungsanordnung soll derart gestaltet sein, dass die Abhängigkeit eines Sensorsignals vom Abstand zwischen einer Sen- sorspule und einem Messobjekt weitgehend unterdrückt wird.

Aus der EP 2 013 598 B1 ist eine Kraftmessvorrichtung zur Messung der Kraft bei Festkörperaktoren bekannt. Diese Kraftmessvorrichtung umfasst eine piezoresistive, amorphe Kohlenstoffschicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromechanischen Aktuator, ins- besondere Aktuator eines aktiven Wankstabilisators, für ein Kraftfahrzeug gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere unter fertigungstechnischen Aspek- ten sowie unter dem Gesichtspunkt der Bauraumausnutzung weiterzuentwickeln.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Aktuator, beispielsweise Fahrwerksaktuator, insbesondere Aktuator eines Wankstabilisators, mit den Merkma- len des Anspruchs 1. Der Aktuator umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption ei- ne auf dem invers-magnetostriktiven Prinzip beruhende Drehmomentmessanordnung, welche mindestens eine Elektronikeinheit aufweist. Erfindungsgemäß weist die Elekt- ronikeinheit eine mittels Nietverbindung zumindest indirekt mit einem Aktuatorgehäuse des Aktuators verbundene Platine auf. Bei der Platine handelt es sich um eine Leiter- platte, welche mit elektronischen Bauteilen der Elektronikeinheit bestückt ist. Die Pla- tine stellt eine nicht rotierende Komponente des Aktuators dar.

Die Nietverbindung kann prinzipiell entweder durch Elemente, welche integrale Be- standteile eines Trägerelements sind, oder durch gesonderte Elemente, das heißt Nie- te, hergestellt sein. Im letztgenannten Fall handelt es sich bei dem Trägerelement vor- zugsweise um ein flächiges Element, welches fest im Aktuatorgehäuse angeordnet und durch eine Anzahl Niete mit der Platine verbunden ist. Auch eine Ausbildung des Trägerelements als integraler Bestandteil des Aktuatorgehäuses ist möglich. In die- sem Fall handelt es sich bei dem Trägerelement um ein Metallteil. Ansonsten kann das Trägerelement aus Metall oder aus Kunststoff gefertigt sein. Unabhängig von dem Werkstoff, aus dem das Trägerelement gefertigt ist, oder der Werkstoffkombination, aus welcher das Trägerelement aufgebaut ist, ist zwischen der Platine und dem Trägerelement in bevorzugter Ausgestaltung ein Spalt gebildet. Die- ser Spalt ist hinsichtlich der Kühlung der Platine von Vorteil. Zudem verbessert er die Möglichkeiten, Verformungen, welche beim Betrieb des Aktuators, insbesondere in- nerhalb eines Wankstabilisators oder sonstigen Fahrwerksaktuators, auftreten kön- nen, etwa durch mechanische Belastungen und/oder Temperatureinwirkungen, aufzu- nehmen.

Die Platine ist vorzugsweise derart im Aktuatorgehäuse aufgenommen, dass eine Flä- chennormale der Platine orthogonal zur Längsachse des Aktuators ausgerichtet ist. Dies bedeutet, dass die Mittelachse des Aktuatorgehäuses, welches eine zylindrische Grundform aufweist, parallel von der Platine beabstandet ist.

Der Aktuator ist besonders zur Verwendung als Fahrwerksaktuator, beispielsweise in einer Hinterachslenkung oder in einer Niveauverstellung, insbesondere Niveauregulie- rung, geeignet. In besonders bevorzugter Ausgestaltung handelt es sich bei dem Ak- tuator um einen Aktuator eines aktiven Wankstabilisators für ein Kraftfahrzeug.

In raumsparender Weise ist die Platine bei Ausbildung des Aktuators als Wankstabili- sator-Aktuator vorzugsweise in einem im Vergleich zu einem mittleren Gehäusebe- reich verjüngten Gehäusebereich des Aktuatorgehäuses angeordnet. Auf diese Weise steht praktisch der gesamte Durchmesser des mittleren, nicht verjüngten Gehäusebe- reiches für krafterzeugende und -übertragende Komponenten des Wankstabilisators zur Verfügung.

Als Elektromotor kommt im elektromechanischen Aktuator beispielsweise ein bürsten- loser Gleichstrommotor (BLDC-Motor) zum Einsatz. Als Untersetzungsgetriebe inner- halb des Aktuators ist zum Beispiel ein mehrstufiges Planetengetriebe oder ein Well- getriebe einsetzbar. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung nä- her erläutert. Hierin zeigen:

Fig. 1 einen elektromechanischen Wankstabilisator in Draufsicht,

Fig. 2 ausschnittsweise einen Aktuator des Wankstabilisators in einer Schnitt- darstellung,

Fig. 3 ein Detail der Anordnung nach Fig. 2.

Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Wankstabilisator ist zur Verwendung als Fahrwerksaktuator in einem Kraftfahrzeug bestimmt. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des Wankstabilisators 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.

Der Wankstabilisator 1 umfasst einen elektromechanischen Aktuator 2. Der Aktuator 2 hat die Grundform eines Zylinders, dessen Mittelachse im Wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsachse ausgerichtet ist. An den Aktuator 2 schließen zwei Stabilisator- hälften 3, 4 in Form von Drehstabfedern an, welche mit Hilfe von Lagerungen 5, 6 mit dem nicht dargestellten Fahrzeugaufbau gekoppelt sind. Der Begriff„ Stabilisatorhälf- te“ impliziert nicht, das beide Stabilisatorhälften 3, 4 gleich dimensioniert sein müssen. Vielmehr ist auch eine außermittige Anordnung des Aktuators 2 im Fahrwerk möglich. An den dem Aktuator 2 abgewandten Enden der Stabilisatorhälften 3, 4 sind Verbin- dungsstücke 7, 8 ausgebildet, welche der gelenkigen Verbindung mit Radträgern des Kraftfahrzeugs dienen.

Ein mit 9 bezeichnetes Aktuatorgehäuse des elektromechanischen Aktuators 2 weist auf seiner in Fig. 1 linken Seite einen Flansch 10 auf, welcher mit der Stabilisatorhälfte 3 verbunden ist. An den Flansch 10 schließt ein mittlerer, im Wesentlichen zylindri- scher Gehäusebereich 12 des Aktuatorgehäuses 9 an. Auf der, bezogen auf die An- ordnung nach Fig. 1 , rechten Seite des mittleren Gehäusebereichs 12 schließt an die- sen ein verjüngter, ebenfalls zylindrischer Gehäusebereich 11 an. Die Stabilisatorhälf- te 4 ist durch den verjüngten Gehäusebereich 11 hindurch in das Aktuatorgehäuse 9 eingeführt.

Innerhalb des verjüngten Gehäusebereichs 11 befindet sich eine Drehmoment- messanordnung 13, welche, basierende auf dem invers-magnetostriktiven Prinzip, ei- ne Information über ein innerhalb des Aktuators 2 wirkendes Drehmoment liefert.

Die Drehmomentmessanordnung 13 umfasst eine Platine 14, auf welcher nicht darge- stellte elektronische Bauelemente angeordnet sind, womit eine Elektronikeinheit ge- bildet ist. Die Platine 14 ist auf einem Trägerelement 15 mit Hilfe von Nieten 16, 17 befestigt. Zwischen dem Trägerelement 15 und der Platine 14 ist ein Spalt Sp gebil- det, so dass die Platine 14 größtenteils vom Trägerelement 15 abgehoben ist. An- sonsten, nämlich im Bereich um die Niete 16, 17, sind Auflagebereiche 18, 19 gege- ben, in welchen die Platine 14 das Trägerelement 15 kontaktiert.

Das flächige Trägerelement 15 ist fest im verjüngten Gehäusebereich 11 , innerhalb des mit IR bezeichneten Innenraums des Aktuators 2, angeordnet. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist die insgesamt mit 20 bezeichnete Nietverbindung, welche durch die Niete 16, 17 hergestellt ist, äußerst raumsparend, insbesondere in Richtung normal zu den flächigen Elementen 14, 15, das heißt in Radialrichtung des Aktuatorgehäuses 9, aufgebaut. Die Mittelachse des Aktuators 2, welche mit der Schwenkachse der Stabi- lisatorhälften 3, 4 zusammenfällt, ist von der Platine 14 sowie vom Trägerelement 15 parallel beabstandet. Die Platine 14 ragt nur zu einem geringen Teil in den mittleren Gehäusebereich 12 hinein. In diesem Gehäusebereich 12 befinden sich die nicht dar- gestellten elektromechanischen Komponenten, das heißt der Elektromotor sowie das Untersetzungsgetriebe, des Aktuators 2. Bezuqszeichenliste

1 Wankstabilisator

2 Aktuator

3 Stabilisatorhälfte

4 Stabilisatorhälfte

5 Lagerung

6 Lagerung

7 Verbindungsstück

8 Verbindungsstück

9 Aktuatorgehäuse

10 Flansch

11 verjüngter Gehäusebereich

12 mittlerer Gehäusebereich

13 Drehmomentmessanordnung

14 Platine

15 Trägerelement

16 Niet

17 Niet

18 Auflagebereich

19 Auflagebereich

20 Nietverbindung

IR Innenraum

Sp Spalt