Aktuator und

Aktuator mit einem Elektromotor und einer Magnetsensorvorrichtung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum justierten Befestigen einer Magnetsensorvorrichtung an einem Aktuator, die Magnetsensorvorrichtung aufweisend ein Gebermodul mit wenigstens einem Permanentmagnet sowie ein Sensormodul mit einem ersten Sensor zur Drehwinkelmessung und einem zweiten Sensor zur Umdrehungszählung, der Aktuator aufweisend einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor. Außerdem betrifft die Erfindung einen Aktuator mit einem Elektromotor und einer Magnetsensorvorrichtung, der Elektromotor aufweisend einen Stator und einen Rotor, die Magnetsensorvorrichtung aufweisend ein Gebermodul mit wenigstens einem Permanentmagnet sowie ein Sensormodul mit einem ersten Sensor zur Drehwinkelmessung und einem zweiten Sensor zur Umdrehungszählung.

Aus der DE 10 201 1 014 574 A1 ist ein Linearwegmesssystem bekannt mit einer Sensoreinrichtung und mit einem Magneten, der mechanisch an einen Kolben angebunden ist, um eine axiale Position des Kolbens zu erfassen, bei dem der Magnet über ein Gelenk an den Kolben angebunden ist.

Aus der DE 10 2013 222 366 A1 ist ein Verfahren bekannt zur Bestimmung und/oder Ansteuerung einer Position eines Elektromotors, insbesondere in einem Kupplungsbe- tätigungssystem eines Kraftfahrzeuges, bei welchem die Position eines Rotors des Elektromotors von einer, außerhalb einer Drehachse des Elektromotors an einem Stator des Elektromotors angeordneten Sensorik abgenommen wird, wobei das von der Sensorik abgenommene Positionssignal von einer Auswerteeinheit ausgewertet wird, wobei das Positionssignal in Abhängigkeit von einer Übertragungsentfernung zwischen Sensorik und Auswerteeinheit bei kurzen Übertragungsentfernungen mittels ei- nes SPI-Protokoll- Signals und/oder bei längeren Übertragungsentfernungen mittels eines PWM-Signals übertragen wird. Aus der DE 10 2014 21 1 146 A1 ist eine Kolben-Zylinder-Anordnung bekannt, insbesondere für ein Ausrücksystem in einem Kraftfahrzeug, mit einem als Gehäuse ausgebildeten Zylinder, in welchem ein Kolben axial beweglich gelagert ist und zur Wegmessung des Kolbens ein Schaltpunktsensor an dem Gehäuse befestigt ist, welcher mit einem, am Kolben angeordneten, einen Schaltpunkt des Schaltpunktsensors aktivierenden Bauteil in einer Wirkverbindung steht, bei der der Schaltpunktsensor als Hall-Sensor ausgebildet ist, welchem zur Einstellung eines vorgegebenen magnetischen Flusses ein Dauermagnet zugeordnet ist, und das den Schaltpunkt des Hall- Sensors aktivierende Bauteil ferromagnetisch ausgebildet ist, wodurch sich bei Annä- herung des, das ferromagnetische Bauteil tragenden Kolbens an den Hall-Sensor der durch den Dauermagneten vorgegebene magnetische Fluss ändert.

Aus der am 12.12.2014 angemeldeten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2014 225 658.5 ist ein Verfahren bekannt zur Sensierung einer Linear-und einer Drehbewegung in einem Schaltaktor, vorzugsweise einem Getriebeaktor, bei welchem eine Bewegung eines Aktorelements durch ein sich änderndes Magnetfeld erfasst wird, was von einer Sensoreinheit detektiert wird, wobei eine überlagerte Dreh- und Linearbewegung aus dem inhomogenen Magnetfeld erfasst wird, wobei aus dem Sensorsignal der einen Sensoreinheit alle drei Magnetfeldkomponenten ausgewertet werden und daraus Informationen über eine Drehrichtung und eine Linearbewegung des Aktorelements ermittelt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen eingangs ge- nannten Aktuator baulich und/oder funktional zu verbessern.

Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zum justierten Befestigen einer Magnetsensorvorrichtung an einem Aktuator, die Magnetsensorvorrichtung aufweisend ein Gebermodul mit wenigstens einem Permanentmagnet sowie ein Sensormodul mit ei- nem ersten Sensor zur Drehwinkelmessung und einem zweiten Sensor zur Umdrehungszählung, der Aktuator aufweisend einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, wobei folgende Schritte durchgeführt werden: Beaufschlagen des Sensormoduls mit einem vorgegebenen Einstellmagnetfeld; Verdrehen des Einstellmag- netfelds und des Sensormoduls relativ zueinander in einer ersten Verdrehrichtung, bis ein Umdrehungszählbereich des zweiten Sensors verlassen wird; Verdrehen des Einstellmagnetfelds und des Sensormoduls relativ zueinander in einer der ersten Verdrehrichtung entgegengesetzten zweiten Verdrehrichtung um eine vorgegebene Um- drehungszahl, um den zweiten Sensor auf einen vorgegebenen Umdrehungszählwert einzustellen; Speichern einer Orientierung des Einstellmagnetfelds und Beenden der Beaufschlagung des Sensormoduls mit dem Einstellmagnetfeld; mechanisches Einstellen des Aktuators entsprechend dem vorgegebenen Umdrehungszählwert; rotor- seitiges Befestigen des Gebermoduls und statorseitiges Befestigen des Sensormo- duls.

Die Magnetsensorvorrichtung kann an dem Aktuator derart justiert befestigt werden, dass ein sicheres Erfassen eines Drehwinkels und eine sichere Umdrehungszählung ermöglicht wird. Die Magnetsensorvorrichtung kann an dem Aktuator derart justiert be- festigt werden, dass ein Erfassungsbereich des zweiten Sensors und ein Aktuator- wegbereich miteinander korreliert werden. Die Magnetsensorvorrichtung kann an dem Aktuator derart justiert befestigt werden, dass Toleranzfehler kompensiert werden.

Das Verfahren kann mithilfe einer Justiervorrichtung durchgeführt werden. Die Justier- Vorrichtung kann wenigstens einen Einstellmagnet aufweisen. Der Einstellmagnet kann dazu dienen, das Sensormodul mit dem vorgegebenen Einstellmagnetfeld zu beaufschlagen. Der Einstellmagnet kann axial an das Sensormodul herangestellt werden. Der Einstellmagnet kann drehbar sein. Das Einstellmagnetfeld kann relativ zu dem Sensormodul verdreht werden. Das Einstellmagnetfeld kann verdreht werden, während das Sensormodul fixiert ist. Während eines Verdrehens des Einstellmagnetfelds und des Sensormoduls relativ zueinander kann eine Magnetfeldstärkeninformation des ersten Sensors (1 14) und/oder des zweiten Sensors erfasst und gespeichert werden. Der Einstellmagnet kann von dem Sensormodul entfernt werden, um die Beaufschlagung des Sensormoduls mit dem Einstellmagnetfeld zu beenden.

Das Gebermodul und das Sensormodul können mit einem vorgegebenen Abstand zueinander befestigt werden, wobei eine Magnetfeldstärkeninformation des ersten Sensors (1 14) und/oder des zweiten Sensors erfasst und der Abstand unter Berücksichti- gung der erfassten sowie der zuvor gespeicherten Magnetfeldstärkeninformation eingestellt wird.

Zum Befestigen des Gebermoduls und des Sensormoduls mit einem vorgegebenen Abstand zueinander kann der wenigstens eine Permanentmagnet in einer vorgegebenen Position eingepresst werden. Ein Abstand zwischen dem wenigstens einen Permanentmagnet und dem Sensormodul kann verringert werden, wenn eine Magnetfelderfassung ein zu schwaches Signal liefert. Ein Abstand zwischen dem wenigstens einen Permanentmagnet und dem Sensormodul kann vergrößert werden, wenn eine Magnetfelderfassung ein zu starkes Signal liefert. Toleranzfehler des Sensormoduls können kompensiert werden.

Zum mechanischen Einstellen des Aktuators entsprechend dem vorgegebenen Umdrehungszählwert kann eine Einstellmesseinrichtung verwendet werden. Die Justier- Vorrichtung kann eine Einstellmesseinrichtung zum mechanischen Einstellen des Aktuators aufweisen.

Nach dem rotorseitigen Befestigen des Gebermoduls und dem statorseitigen Befestigen des Sensormoduls kann eine Aktuatormechanik komplettiert werden. Die Aktua- tormechanik kann ein Aktuatorgetriebe umfassen.

Außerdem wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst mit einem Aktuator mit einem Elektromotor und einer Magnetsensorvorrichtung, der Elektromotor aufweisend einen Stator und einen Rotor, die Magnetsensorvorrichtung aufweisend ein Gebermodul mit wenigstens einem Permanentmagnet sowie ein Sensormodul mit einem ersten Sensor zur Drehwinkelmessung und einem zweiten Sensor zur Umdrehungszählung, bei dem die Magnetsensorvorrichtung an dem Aktuator gemäß eines derartigen Verfahrens justiert befestigt ist. Der Aktuator kann zur Betätigung einer Reibungskupplungsvorrichtung dienen. Der Aktuator kann zum Beaufschlagen eines Geberzylinders einer hydrostatischen Betätigungsvorrichtung einer Reibungskupplungsvorrichtung dienen. Die hydrostatische Betätigungsvorrichtung kann eine hydraulische Strecke aufweisen. Die hydrostatische Betätigungsvorrichtung kann einen Nehmerzylinder aufweisen. Der Nehmerzylinder kann der Reibungskupplungsvorrichtung zugeordnet sein.

Der Aktuator kann mithilfe einer elektrischen Kontrollvorrichtung kontrollierbar sein. Die elektrische Kontrollvorrichtung kann ein Steuergerät sein. Die elektrische Kontrollvorrichtung kann ein lokales Aktuatorsteuergerät sein. Die elektrische Kontrollvorrichtung kann eine Rechenvorrichtung aufweisen. Die elektrische Kontrollvorrichtung kann eine Speichervorrichtung aufweisen. Die elektrische Kontrollvorrichtung kann wenigstens einen elektrischen Signaleingang aufweisen. Die elektrische Kontrollvorrichtung kann wenigstens einen elektrischen Signalausgang aufweisen. Die elektrische Kontrollvorrichtung kann baulich und/oder funktional mit wenigstens einer weiteren elektrischen Kontrollvorrichtung signalleitend verbunden sein. Zur signalleitenden Verbindung kann ein Bussystem, wie CAN-Bus, dienen. Die Reibungskupplungseinrichtung kann zur Anordnung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs dienen. Der Antriebsstrang kann eine Antriebsmaschine aufweisen. Die Antriebsmaschine kann eine Brennkraftmaschine sein. Der Antriebsstrang kann eine Reibungskupplungseinrichtung aufweisen. Der Antriebsstrang kann ein Getriebe aufweisen. Das Getriebe kann ein Schaltgetriebe sein. Der Antriebsstrang kann we- nigstens ein antreibbares Fahrzeugrad aufweisen.

Das Gebermodul kann an dem Aktuator rotorseitig befestigt sein. Das Sensormodul kann an dem Aktuator statorseitig befestigt sein. Das Gebermodul und das Sensormodul können einen Messspalt zur berührungslosen Drehwinkelmessung und Umdre- hungszählung begrenzen.

Der erste Sensor kann einen Messbereich von ca. 360° aufweisen. Der erste Sensor kann wenigstens ein Hall-Element aufweisen. Der erste Sensor kann mehrere in Um- fangsrichtung des ersten Sensors verteilt angeordnete Hall-Elemente aufweisen. Der zweite Sensor kann ein GMR-Sensor (Giant-Magneto-Resistance-Sensor) sein. Ein GMR-Sensor ist ein Sensor, der auf dem Giant-Magneto-Resistance-Effekt basiert. Ein GMR-Sensor kann eine Spirale aufweisen. Die Spirale kann Spiralarme aufweisen. Die Spirale kann rautenförmig angeordnet sein. Ein GMR-Sensor kann einen GMR-Schichtstapel aufweisen. Ein GMR-Sensor kann eine Referenzschicht und eine Sensorschicht aufweisen. Ein Magnetisierungszustand der Sensorschicht kann veränderbar sein. Ein GMR-Sensor kann einen Domänenwandgenerator aufweisen. Der Domänenwandgenerator kann an einem Ende der Spirale angeordnet sein. In dem Domänenwandgenerator können 180°-Domänen erzeugbar sein. Die Domänen können in die Spirale injizierbar und/oder wieder löschbar sein. Ein Magnetisierungszustand der Spiralarme kann unter Einfluss eines bewegten Magnetfelds veränderbar sein. Ein Magnetisierungszustand der Spiralarme kann veränderbar sein durch Drehen eines Magnetfelds und der Spirale relativ zueinander. Eine Umdrehungsanzahl kann magnetisch speicherbar sein. Eine Drehbewegung kann auch ohne elektrische Spannungsversorgung erfassbar sein. Eine Drehbewegung kann auch ohne elektrische Spannungsversorgung speicherbar sein. Ein elektrischer Widerstandswert der Spirale kann von einem Magnetisierungszustand abhängig sein. Der erste Sensor und der zweite Sensor können auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sein.

Der Aktuator kann ein Aktuatorgehäuse aufweisen. Der Stator kann gehäusefest angeordnet sein. Der Rotor kann in dem Gehäuse drehbar gelagert sein. Der Aktuator kann ein Aktuatorgetriebe aufweisen. Das Aktuatorgetriebe kann zum Wandeln einer rotatorischen Bewegung in eine lineare Bewegung dienen. Das Getriebe kann ein Schraubengetriebe sein. Das Getriebe kann eine Gewindespindel aufweisen. Das Getriebe kann eine Spindelmutter aufweisen. Die Gewindespindel kann mit dem Rotor drehfest verbunden sein. Die Spindelmutter kann mit einem Geberzylinder axialbewe- gungsübertragend verbindbar sein. Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem ein Verfahren zur Inbetriebnahme und Kalibration eines Multi- turn-Sensors. Das Verfahren kann zum Eliminieren einer B-Feld-Toleranzanfälligkeit dienen. Eine Multiturn-Sensorinformation kann mit einer zu messenden Wegachse abgeglichen werden.

Eine Prozedur kann sich auf ein (Weg)-Messsystem beziehen, welches einen magnetischen 360°-Winkelsensor beinhaltet, der in der Lage ist, ein B-Feld in seiner Stärke in allen drei Raumrichtungen zu erfassen. Daneben kann ein Multiturn-Sensor beste- hen, welcher in der Lage ist, durch einen GMR-Effekt aufgrund magnetischer Domänenübergänge ganze Umdrehungen der Wegachse auszugeben, wobei diese Information auch nach einem Versorgungsspannungsverlust bestehen bleibt. Beide Sensoren können eine Winkellage eines Sensormagneten durch eine Orientation dessen B-Feldes zu diesen Sensoren detektieren. Ein Apparat, an welchem der Wegsensor zur Anwendung kommt, kann bestehen aus ein Platine, welche die Sensoren beinhaltet, und einem mechanischen Teil, dessen Spindelumdrehung bzw. dessen Hubinformation erfasst werden soll. Bei einem initialen Zusammenfügen beider Module soll einmalig der Sensor auf eine Weginformation einer Mechanik abgeglichen werden. Die Wegachse soll kleiner als ein Überdeckungsbereich des Sensors sein, damit es während eines Betriebs nicht zu Verstellvorgängen zwischen Sensor und Wegstrecke (Gesamtdrehwinkel) der Mechanik kommen kann. Dies wäre der Fall, wenn der Ge- samterfassungswinkel des Multiturn-Sensors überfahren wird, so dass, je nachdem wie viele Umdrehungen der Sensor in eine Drehrichtung überfahren wird, bei einer anschließenden Richtungsumkehr der Drehrichtung der Punkt ab der Umkehr als neuer Nullpunkt interpretiert würde, sodass eine Ursprungskalibration der Wegachse verstellt wäre. Hieraus würden sich beim Betrieb des Apparats Verstellvorgänge ergeben, die vom Sensor hinsichtlich eines Gesamthubes falsch interpretiert werden (zu kleiner oder zu großer Hub als tatsächlich vorhanden).

Sensor und Mechanik können folgendermaßen zueinander kalibriert/ausgelegt werden:

Ein vorrichtungsgebundener Sensoreinstellmagnet bekannter Magnetstärke kann gegen ein definiertes, einer Auslegung entsprechendes bekanntes Axialmaß an beide Sensoren herangestellt werden.

Der Sensor kann in eine Richtung verdreht werden, um eine Verdrehungszahl, die größer als ein Gesamtverdrehwinkelerfassungsbereich des Multiturn-

Sensors ist.

Die Drehrichtung kann umgekehrt und es kann auf eine bestimmte Anzahl von Umdrehungen gefahren werden.

Während dieses Einstellvorgangs kann eine Magnetfeldstärkeninformation des Drehwinkel-Sensors und/oder des Multiturn-Sensors ausgelesen und abgespeichert werden. Der Magnet kann von dem Sensor axial weg gefahren werden, wobei die Magnetfeldorientierung entsprechend des zuletzt eingestellten Winkels no- tiert/erfasst werden kann.

Eine eingespeicherte Gesamtumdrehungszahl des Sensors kann auf eine me- chanische Wegachse übertragen werden, die zu diesem Zeitpunkt noch nicht an den Sensor angebracht ist.

Hierzu kann ein externes Wegmesssystem dienen, welches die Lage der Mechanik erfassen kann.

Die Mechanik kann nun so verstellt werden, dass das externe Wegmesssystem der Umdrehungszahl des Sensors entspricht.

Der Sensormagnet des Apparats kann nun auf ein errechnetes axiales Abstandsmaß zum Sensor eingepresst werden. Hierzu kann die abgespeicherte Information des Singleturnsensors verwendet und auch die Magnetfeldstärke des einzupressenden Sensors erfasst werden. War das erfasste Magnetfeld zu schwach, kann ein Abstand zum Sensor entsprechend einer Nominalauslegung verringert und im umgekehrten Fall vergrößert werden. Aus der abgespeicherten Information des Singleturn-Sensors kann auf dieses Einstellmaß auch eine evtl. sonst nicht erfassbare Axialtoleranz des Sensormoduls berücksichtigt werden.

- Die Mechanik wird nun an den Sensor gebaut, hierbei ist zu beachten, dass der Drehwinkel des Sensors derer des ursprünglichen Einstellsensors entspricht.

Mit der Erfindung wird ein justiertes Befestigen einer Magnetsensorvorrichtung an einem Aktuator ermöglicht. Eine Inbetriebnahme wird ermöglicht. In initiales Zusammen- fügen einer Magnetsensorvorrichtung und eines Aktuators wird ermöglicht. Ein Abgleichen einer Magnetsensorvorrichtung auf eine Weginformation einer Mechanik wird ermöglicht. Ein unbeabsichtigtes Verstellen während eines Betriebs wird verhindert. Eine Fehlinterpretation einer Aktuatorbewegung wird verhindert. Ein einwandfreies Feststellen eines Drehwinkels und eine einwandfreie Umdrehungszählung werden gewährleistet.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Konkrete Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen verbundene Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können auch einzelne Merkmale der Erfindung darstellen. Fig. 1 zeigt schematisch und beispielhaft einen Aktuator mit einem Elektromotor und einem Aktuatorgetriebe sowie einer justiert an dem Aktuator befestigten Magnetsensorvorrichtung mit einem Gebermodul und einem Sensormodul.

Der Aktuator 100 dient zum Beaufschlagen eines Geberzylinders einer hydrostati- sehen Betätigungsvorrichtung einer Reibungskupplungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs. Der Aktuator 100 weist ein Gehäuse 102 auf. Der Elektromotor weist einen Stator und einen Rotor 104 auf. Der Stator ist gehäusefest angeordnet. Der Rotor 104 ist in dem Gehäuse 102 drehbar gelagert. Der Aktuator 100 weist einen Spindeltrieb mit einer Spindelmutter 106 und einer Spindelstange 108 auf. Der Spindeltrieb dient zum Wandeln einer rotatorischen Bewegung des Rotors 104 in eine lineare Bewegung der Spindelstange 108. Die Spindelstange 108 ist mit einem Kolben 1 10 des hier nicht näher dargestellten Geberzylinders axialbewegungsübertragend verbunden.

Das Gebermodul der Magnetsensorvorrichtung weist Permanentmagnete 1 12 auf und ist an dem Rotor 104 des Elektromotors fest angeordnet. Vorliegend sind die Permanentmagnete 1 12 eingepresst. Das Sensormodul der Magnetsensorvorrichtung ist gehäusefest angeordnet. Das Sensormodul weist einen ersten Sensor 1 14 zur Drehwinkelmessung und einen zweiten Sensor 1 16 zur Umdrehungszählung auf. Der erste Sensor 1 14 weist Hall-Elemente auf und kann Drehwinkel bis 360° sowie eine Stärke eines B-Felds erfassen. Der zweite Sensor 1 16 ist ein GMR-Sensor mit Zählfunktion. Die Sensoren 1 14, 1 16 sind auf einer gemeinsamen Leiterplatte 1 18 angeordnet.

Zum justierten Befestigen der Magnetsensorvorrichtung an dem Aktuator 100 wird zunächst das Sensormodul mithilfe eines Einstellmagnets mit einem vorgegebenen Ein- Stellmagnetfeld beaufschlagt und der Einstellmagnet relativ zu dem Sensormodul verdreht, bis ein Umdrehungszählbereich des zweiten Sensors 1 16 verlassen wird. Nachfolgend wird der Einstellmagnet relativ zu dem Sensormodul in einer entgegengesetzten Drehrichtung verdreht, um den zweiten Sensor 1 16 auf einen vorgegebenen Um- drehungszählwert einzustellen. Während des Verdrehens des Einstellmagnets wird eine Magnetfeldstärkeninformation des zweiten Sensors 1 16 erfasst und gespeichert. Nachfolgend wird eine Orientierung des Einstellmagnetfelds gespeichert und der Einstellmagnet wird entfernt. Nachfolgend wird der Aktuator 100 entsprechend dem vor- gegebenen Umdrehungszählwert eingestellt, die Permanentmagnete 1 12 werden an dem Rotor 104 eingepresst und das Sensormodul wird gehäuseseitig fest angeordnet. Dabei werden das Gebermodul und das Sensormodul mit einem vorgegebenen Abstand a zueinander befestigt, wobei eine Magnetfeldstärkeninformation des zweiten Sensors 1 16 erfasst und der Abstand a unter Berücksichtigung der erfassten sowie der zuvor gespeicherten Magnetfeldstärkeninformation eingestellt wird.

Die Magnetsensorvorrichtung ist damit an dem Aktuator 100 derart justiert befestigt, dass ein Aktuatorweg 120 innerhalb eines Messbereichs 122 des zweiten Sensors 1 16 liegt und der Messbereichs 122 auch in den Endpositionen 124, 126 des Aktua- tors 100 nicht verlassen wird.

Bezuqszeichenliste

100 Aktuator

102 Gehäuse

104 Rotor

106 Spindelmutter

108 Spindelstange

1 10 Kolben

1 12 Permanentmagnet

1 14 erster Sensor

1 16 zweiter Sensor

1 18 Leiterplatte

120 Aktuatorweg

122 Messbereich

124 Endposition

126 Endposition