Titel

Antriebseinrichtung, für eine Bremsvorrichtung, eines Kraftfahrzeugs

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für eine Bremsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, mit einer ein Gehäuse aufweisenden elektrischen Maschine, die einen in dem Gehäuse drehbar gelagerten Rotor aufweist, und mit einer Rotorlagesensoreinrichtung, die eine Leiterplatte mit zumindest einem dem Rotor zugeordneten Sensorelement aufweist, wobei die Leiterplatte kreisringscheibenförmig ausgebildet und koaxial zu einer Rotationsachse des Rotors angeordnet ist.

Stand der Technik

Für die präzise Ansteuerung von elektrischen Maschinen, die elektrisch kommutiert werden, ist es notwendig, jederzeit die Rotorwinkellage des Rotors der elektrischen Maschine feststellen zu können, um in Abhängigkeit von der aktuellen Rotorwinkellage eine oder mehrere Phasen einer Antriebswicklung anzusteuern. Eine lagerichtige, lebensdauerfeste Fixierung eines Sensorelements, mithilfe dessen die Rotorwinkellage erfasst werden soll, ist daher notwendig. Beim Einsatz von induktiven Sensorelementen, wie sie beispielsweise in Resolvern genutzt werden, ist die Verwendung von metallisch leitenden Befestigungselementen unvorteilhaft, weil diese einen negativen Einfluss auf Funktionen und Winkelgenauigkeit des Sensorelements verursachen können. Darüber hinaus kommt es in der Umgebung der elektrischen Maschine bei deren Betrieb zum Teil zu großen Temperaturschwankungen, die sich auf das Material auswirken, was zu einer Verformung des Rotorwinkellagesensors führen kann, wenn die Einzelteile des Sensors aus Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten gefertigt sind. Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass auf kostengünstige und vorteilhafte Art und Weise eine besonders einfache Montage des Rotorlagenwinkelsensors an der elektrischen Maschine bereitgestellt wird, die außerdem auch die Kompensation von unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten auf einfache Art und Weise ermöglicht. Erfindungsgemäß ist die Leiterplatte der Antriebseinrichtung durch zumindest eine insbesondere Kunststoff aufweisende Rastverbindung in oder an der elektrischen Maschine befestigt. Durch die Rastverbindung ist eine besonders einfache Montage der Leiterplatte an der Antriebseinrichtung beziehungsweise der elektrischen Maschine möglich, die bei Bedarf auch lösbar ist. Insbesondere ist die Rastverbindung als zerstörungsfrei lösbare Rastverbindung ausgebildet. Alternativ ist die Rastverbindung als nur durch Zerstörung lösbare Rastverbindung ausgebildet, die eine besonders hohe Sicherheit gegenüber einem ungewollten Lösen gewährleistet. Durch die Rastverbindung ist zwischen der Leiterplatte und der elektrischen Maschine vorzugsweise ein Bewegungsspiel geschaffen, das gewährleistet, dass bei Temperaturschwankungen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten entstehende Längenänderungen nicht zu mechanischen Spannungen in der elektrischen Maschine führen.

Vorzugsweise ist dazu die Leiterplatte an einem kreisringförmigen Trägerelement vormontiert und das Trägerelement bildet die Rastverbindung zusammen mit der elektrischen Maschine aus. Durch die Vormontage ist eine einfache und sichere Befestigung der Leiterplatte an dem Trägerelement und durch die Rastverbindung eine einfache Montage des Trägerelements mit der Leiterplatte in oder an der elektrischen Maschine ermöglicht. Bei der Vormontage ist die Leiterplatte beispielsweise an dem Trägerelement verschraubt, verklebt oder verklemmt, was insbesondere außerhalb der elektrischen Maschine erfolgt, wodurch die Montage weiter vereinfacht wird.

Vorzugsweise weist das Trägerelement zumindest eine axial vorstehende und elastisch verformbare Rastnase auf, die im montierten Zustand einen Halteabschnitt der elektrischen Maschine hintergreift. Bei der Montage wird die Rastnase durch eine Öffnung des Halteabschnitts unter elastischer Verformung der Rastnase geschoben, sodass diese nach Durchdringen der Öffnung aufgrund ihrer Eigenelastizität in ihre Ausgangsform zurück gelangt und dadurch den Halteabschnitt der elektrischen Maschine hintergreift, wodurch das Trägerelement formschlüssig an der elektrischen Maschine befestigt ist.

Vorzugsweise weist die elektrische Maschine ein Lagerschild auf, durch welches der Rotor der elektrischen Maschine drehbar in dem Gehäuse gelagert ist, und welches den Halteabschnitt bildet. Um eine Anordnung eines Drehlagers für die Welle der elektrischen Maschine, insbesondere für die Rotorwelle der elektrischen Maschine zu bieten, ist es bekannt, ein oder mehrere Lagerschilder einzusetzen. Diese werden im Gehäuse der elektrischen Maschine befestigt, beispielsweise verspannt oder verschraubt, und erzeugen dadurch eine Wand in dem Gehäuse, die insbesondere senkrecht zur Rotationsachse des Rotors ausgerichtet ist. In dem Lagerschild ist insbesondere eine Öffnung ausgebildet, durch welche die Rotorwelle hindurchgeführt wird, und in welcher üblicherweise Wälzkörperlager gehalten ist, dessen Innenring mit der Rotorwelle drehfest und dessen Außenring gehäusefest an dem Lagerschild gehalten ist. Der Halteabschnitt ist vorliegend bevorzugt in einen solchen Lagerschild integriert ausgebildet, sodass die Rastverbindung zwischen Trägerelement und dem Lagerschild wirkt. Dadurch ist eine vorteilhafte Anordnung der Rotorlagesensoreinrichtung nahe zur elektrischen Maschine direkt an dem Lagerschild ermöglicht.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Trägerelement drei Rastnasen auf, die gleichmäßig über den Umfang des Trägerelements verteilt angeordnet sind, wobei der Lagerschild drei Halteabschnitte aufweist, die mit den Rastnasen Zusammenwirken. Insbesondere weist der jeweilige Halteabschnitt für die jeweiligen Rastnasen eine Vertiefung oder eine Aussparung auf, in welche die Rastnase unter elastischer Verformung eingeführt werden kann, um den jeweiligen Halteabschnitt zu hintergreifen. Bevorzugt weist das Trägerelement nur drei Rastnasen auf, die gleichmäßig über den Umfang des Trägerelements verteilt angeordnet sind. Optional weist das Trägerelement mehr als drei Rastnasen auf. Vorzugsweise sind die Rastnasen an dem jeweiligen Halteabschnitt, insbesondere jeweils in einer Aussparung des jeweiligen Halteabschnitts, radial - bezogen auf die Rotationsachse des Rotors - verschiebbar gelagert. Damit sind die Rastnasen radial in dem Lagerschild, das koaxial zu der Rotorwelle angeordnet ist, verschiebbar. Durch diese Verschiebung ist es möglich, dass temperaturbedingte Längenunterschiede bei Temperaturschwankungen nicht dazu führen, dass das Trägerelement und der Lagerschild mechanisch verspannt oder überspannt werden. Vielmehr kann die jeweilige Rastnase radial nach außen ausweichen, wenn beispielsweise das Material des Trägerelements aufgrund des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Trägerelements eine stärkere Größenzunahme erfährt als der Lagerschild. Dadurch, dass die Verlagerung radial erfolgt, ist gewährleistet, dass die Rotorlagesensoreinrichtung weiterhin zentral oder zentriert auf dem Lagerschild angeordnet verbleibt. Die Rastnasen und Halteabschnitte sind dabei gleichmäßig über den Lagerschild beziehungsweise das Trägerelement verteilt angeordnet, sodass sie jeweils in einem Winkel von 120° zueinander ausgerichtet sind. Das Trägerelement kann somit eine Durchmesservergrößerung oder Veränderung erfahren, ohne dass es sich dadurch in Umfangsrichtung gesehen verschiebt oder verdreht. Dadurch bleibt die Rotorlagesensoreinrichtung stets optimal ausgerichtet bezogen auf den Rotor der elektrischen Maschine.

Vorzugsweise weist der jeweilige Halteabschnitt dazu eine jeweils langlochförmig ausgebildete Aussparung auf, die sich in ihrer Längserstreckung radial erstreckt beziehungsweise radial ausgerichtet ist. Es ergeben sich dadurch die oben genannten Vorteile. Durch die Langlochform sind die Rastnasen radial verschiebbar geführt. Insbesondere wird durch die radiale Führung gewährleistet, dass ein Verdrehen oder Verkippen des Trägerelements und damit der Rotorlagesensoreinrichtung sicher verhindert ist.

Vorzugsweise weisen die Rastnasen einen rechteckförmigen oder kreisförmigen Querschnitt zur radialen Verschiebung an der jeweiligen Aussparung auf, wobei der Querschnitt eine lange Seite und eine kurze Seite aufweist, und wobei die lange Seite parallel zu einer Radialen ausgerichtet ist. Damit wirken die Rastnasen mit den Aussparungen als Zentriereinrichtung zusammen, die ein radiales Spiel aufweist. Somit kann sich der Durchmesser des Trägerelements verändern, ohne dass dadurch die Ausrichtung des Rotorlagesensors zu der elektrischen Maschine verändert.

Vorzugsweise ist das Trägerelement aus Kunststoff gefertigt. Dadurch ist eine kostengünstige Realisierung des Trägerelements ermöglicht, die insbesondere eine einstückige Ausbildung der Rastnasen mit dem Trägerelement erlaubt und dadurch die Montage weiter vereinfacht. Vorzugsweise ist der jeweilige Halteabschnitt des Lagerschilds, insbesondere das Lagerschild insgesamt, aus Metall gefertigt, um eine besonders robuste Ausbildung zu gewährleisten.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist außerdem vorgesehen, dass die jeweilige Rastnase in ihrer radialen Längserstreckung geschlitzt ausgebildet ist, sodass jede Rastnase zwei Rastnasenabschnitte aufweist, die beim Einfügen in den Halteabschnitt unter elastischer Verformung aufeinander zu bewegbar sind. Dadurch stützen sich die Rastnasenabschnitte aneinander ab, wodurch eine besonders sichere Rastverbindung gewährleistet ist. Insbesondere ist jede Rastnase dadurch selbsttragend an dem jeweils zugeordneten Halteabschnitt gehalten.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigen

Figur 1 eine vereinfachte Darstellung einer vorteilhaften

Antriebseinrichtung für eine Bremsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs,

Figur 2 einen Lagerschild der Antriebseinrichtung mit einem Trägerelement in einer perspektivischen Explosionsdarstellung,

Figur 3 eine Detailansicht von Lagerschild und Trägerelement und

Figur 4 eine schematische Draufsicht auf den Lagerschild.

Figur 1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung eine vorteilhafte Antriebseinrichtung 1 für einen hier nicht näher dargestellten Verbraucher einer Bremsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs. Bei der Bremsvorrichtung handelt es sich beispielsweise um eine Parkbremse des Kraftfahrzeugs und bei dem Verbraucher um einen axial verlagerbaren Bremskolben, der mit einer Bremsscheibe eines Rads des Kraftfahrzeugs zusammenwirkt.

Die Antriebseinrichtung 1 weist zum Betreiben des Verbrauchers eine elektrische Maschine 2 mit einer Antriebswelle 3 auf, wobei auf der Antriebswelle ein Rotor 4 drehfest angeordnet und die Antriebswelle 3 drehbar in einem hier nur angedeuteten Gehäuse 5 drehbar gelagert ist. Dem Rotor 4 ist ein Stator 6 zugeordnet, der gehäusefest angeordnet ist. Stator 6 oder Rotor 5 weisen eine insbesondere mehrphasige Antriebswicklung auf, die durch eine hier nicht dargestellte Leistungselektronik mit einer elektrischen Spannung beaufschlagbar ist, um ein Drehmagnetfeld zu erzeugen, durch welches die elektrische Maschine 2 ein Drehmoment erzeugt, das von der Antriebswelle 3 auf den Verbraucher 2 übertragen wird. Dazu ist die Antriebswelle 3 mit dem Verbraucher beispielsweise dauerhaft gekoppelt oder für einen gewünschten Zeitraum koppelbar.

Dem Rotor 4 der elektrischen Maschine 2 ist eine Rotorlagesensoreinrichtung 7 zugeordnet, die mittels Induktion eine Rotorwinkellage des Rotors 4 im Betrieb laufend überwacht. Dazu weist die Rotorlagesensoreinrichtung 7 eine Leiterplatte 8 auf, die gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kreisringscheibenförmig ausgebildet und koaxial zu der Antriebswelle 3 einer Stirnseite des Rotors 4 zugeordnet ist. Die Leiterplatte 8 trägt auf ihrer dem Rotor 4 zugewandten Vorderseite 9 einen Rotorwinkellagesensor 12. Dieser weist vorzugsweise einen oder mehrere Senderspulen und Empfängerspulen auf, sowie eine insbesondere auf einer von der Vorderseite 9 abgewandten Rückseite 10 der Leiterplatte 8 angeordnete Steuer- oder Recheneinheit, insbesondere eine elektronische Auswerteeinheit 11, wie beispielsweise ein analoger ASIC, welche die Spulen betreibt. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinheit 11 jedoch ebenfalls auf der dem Rotor 4 zugewandten Vorderseite 9 der Leiterplatte 8 neben den Spulen des Rotorwinkellagesensors 12 angeordnet. Insbesondere wird die Senderspule mit einem modulierten Signal beaufschlagt, das in den Rotor 4 induziert und von dem Rotor 4 zu der Empfängerspule zurück geleitet wird. Das empfangene Signal wird durch die Auswerteeinheit 11 demoduliert und ausgewertet, um eine aktuelle Rotorwinkellage zu ermitteln. Der Rotorlagesensor 8 ist somit in der Art eines Resolvers ausgebildet.

Die Leiterplatte 8 ist an einem Trägerelement 13 befestigt, das kreisringförmig ausgebildet ist. Das Trägerelement 13 ist koaxial zu der Antriebswelle 3 einer Stirnseite des Rotors 4 zugeordnet und an einem Lagerschild 14 gehalten. Der Lagerschild 14 erstreckt sich von einer Gehäusemantelwand 15 des Gehäuses 5 radial nach innen in Richtung der Antriebswelle 3. Zwischen der Antriebswelle 3 und dem Lagerschild 14 ist zumindest ein Drehlager 16, vorliegend in Form eines Wälzkörperlagers angeordnet, dessen Innenring an der Antriebswelle 3 anliegt und dessen Außenring an dem Lagerschild 14 befestigt ist. Hierdurch ist die Antriebswelle 3 vorteilhaft an dem Gehäuse 5 drehbar gelagert.

Das Trägerelement 13 ist an dem Lagerschild 14 befestigt. Dazu sind mehrere Rastverbindungen 17 vorhanden, die mit Bezug auf Figuren 3 bis 4 im Folgenden näher erläutert werden sollen.

Figur 2 zeigt dazu in einer perspektivischen Explosionsdarstellung den Lagerschild 14 sowie das Trägerelement 13. Das Trägerelement 13 weist an seiner dem Lagerschild 14 zugewandten Stirnfläche 3 gleichmäßig über den Umfang des Trägerelements 13 beabstandet angeordnete axial vorstehende Rastnasen 18 auf. Das Lagerschild 14 weist in einer Stirnseite 19 drei Halteabschnitte 20 auf, die korrespondierend zu den Rastnasen 18 in dem Lagerschild 14 ausgebildet sind. In jedem Halteabschnitt 20 ist eine Aussparung 21 ausgebildet, die zur Aufnahme jeweils einer der Rastnasen 18 dient.

Figur 3 zeigt dazu in einer vereinfachten Detailansicht das Wirkprinzip der jeweiligen Rastverbindung 17. Dabei zeigt Figur 3 eine Schnittdarstellung einer der Rastverbindungen 17 im noch nicht verbundenen Zustand. Jede Rastnase 18 des Trägerelements 13 weist hierbei einen rechteckförmigen Querschnitt auf und an seiner freien Endseite zwei seitlich vorstehende Rastvorsprünge 22. Die jeweilige Rastnase 18 ist geschlitzt ausgebildet, sodass ein Längsschnitt 23 zwischen den Rastvorsprüngen 22 liegt. Dieser Schlitz 23 ist derart breit ausgebildet, dass die durch den Schlitz 23 entstehenden Rastnasenabschnitte aufeinander zu bewegbar sind, wie durch Pfeile 24 in Figur 3 gezeigt. Der Abstand der Rastvorsprünge 22 zueinander ist dabei größer als die lichte Weite der jeweiligen Aussparung 21 in dem Lagerschild 14. Wird nunmehr eine Rastnase 18 in die zugehörige Aussparung 21 eingeschoben, werden die Rastvorsprünge 22 durch ihre jeweilige Anlaufschräge 25, die auf den Halteabschnitt 20 des Lagerschilds 14 trifft, unter elastischer Verformung aufeinander zu bewegt, sodass die Rastnase 18 vollständig in die Aussparung 21 eindringen kann, bis die Rastvorsprünge 22 die Aussparung 21 vollständig durchdrungen haben, um dahinter wieder radial nach außen zu federn, wodurch der Lagerschild 14 an dem Halteabschnitt 20 durch die jeweilige Rastnase 18 formschlüssig hintergriffen ist. Alternativ zu einer Ausbildung der Rastnasen 18 mit einem rechteckförmigen Querschnitt, ist es gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, wie in Figur 2 gezeigt, vorgesehen, dass die Rastnasen einen kreisförmigen Querschnitt beziehungsweise eine kreisförmige Kontur aufweisen.

Figur 4 zeigt eine Draufsicht auf den Lagerschild 14, und zwar auf die von dem Trägerelement 13 abgewandte Stirnseite. Dabei ist zu erkennen, dass die Aussparungen 21 jeweils langlochförmig oder rechteckförmig ausgebildet sind, wobei sich ihre Längserstreckung radial zum Zentrum Z des Lagerschilds 14 beziehungsweise zur Drehachse der Antriebswelle 3 erstrecken. Weil auch die Aussparung 21 gleichmäßig über den Umfang der Stirnseite des Lagerschilds 14 verteilt angeordnet sind, liegen sie jeweils in einem Winkel von 120° zueinander, korrespondierend zu den Rastvorsprüngen 18.

Durch den rechteckförmigen Querschnitt der Rastvorsprünge 18, wie er in Figur 4 ebenfalls gut erkennbar ist, und die langlochförmige Ausbildung der Aussparungen 21, ist hierbei die Rastnase 18 in der zugehörigen Aussparung 21 radial verschiebbar gelagert, wie durch Doppelpfeile 26 in Figur 4 angezeigt. Damit ist selbst im verrasteten Zustand des Trägerelements 18 an dem Lagerschild 14 ein radiales Spiel vorhanden, durch welches sich trotz unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten von Trägerelement 13 und Lagerschild 14 die Orientierung des Trägerelements 13 an dem Lagerschild 14 nicht verändert. Insbesondere wird ein Verdrehen um das Zentrum Z herum durch die vorteilhafte Rastvorrichtung in vorteilhafter Weise vermieden. Durch die Verwendung der beschriebenen vorteilhaften Rastgeometrie wird der Rotorlagesensor 8 derart in Position gehalten, dass er dauerhaft eine stabile und positionsgenaue Lage bezüglich der elektrischen Maschine 2 aufweist und ein ausreichender Toleranzausgleich in radiale Richtung gewährleistet ist. Vorzugsweise ist das Trägerelement 13 aus Kunststoff und das Lagerschild 14 aus Metall gefertigt, wobei durch das Kunststoff-Trägerelement 13 eine elektrisch leitfähige Verbindung an dem Rotorlagesensor zu dem Lagerschild 14 sicher verhindert ist. Die Rastvorrichtung bietet darüber hinaus einen dauerhaften Festsitz über die gesamte Lebensdauer der Antriebseinrichtung 1 bei unterschiedlichsten Temperaturverhältnissen. Durch die vorteilhafte Ausrichtung der Aussparungen 21 und Rastvorsprünge 18 ist gewährleistet, dass das Trägerelement 13 über den gesamten Temperaturbereich im Rotationszentrum der Antriebswelle 3 beziehungsweise des Rotors 3 gehalten ist. Die Montage der Antriebseinrichtung 1 erfolgt einfach durch ein Zusammenführen des Trägerelements 18 an den Lagerschild 14 unter elastischer Verformung der

Rastvorsprünge. Durch die Rastnasen 18 wird erreicht, dass bei unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen der verwendeten Materialien ein geringfügiges radiales Gleiten der Rastnasen 18 in der jeweiligen Aussparung 21 ermöglicht ist.