ELEKTRISCH ANSTEUERBARES AGGREGAT

Technischer Hintergrund

Die Erfindung betrifft ein elektrisch ansteuerbares Aggregat nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Derartige Aggregate werden bevorzugt in elektronisch schlupfregelbaren Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen zum Antrieb einer

Druckmittelfördereinrichtung eingesetzt. Mit dem geförderten Druckmittel wird in Radbremsen dieser Bremsanlagen ein Bremsdruck aufgebaut, dessen Höhe sich proportional zum geförderten Volumen an Druckmittel einstellt. Zur Berechnung des verdrängten Volumens an Druckmittel sind Sensoreinrichtungen vorhanden, welche den Drehwinkel eines Rotors des Aggregats erfassen und das erfasste Drehwinkelsignal einem elektronischen Steuergerät zur weiteren Auswertung zuführen.

Dieses Steuergerät ist zudem geeignet, den Bremsdruck radindividuell an die Schlupfverhältnisse anzupassen, welche aktuell an den jeweils zugeordneten Rädern des Fahrzeugs vorherrschen. Durchdrehende Räder eines Fahrzeugs lassen sich somit verhindern, die Fahrstabilität eines Fahrzeugs verbessern und letztlich können Bremsvorgänge in Abhängigkeit der momentanen Verkehrssituation unabhängig von einem vorliegenden Bremswunsch eines Fahrers durchgeführt werden.

Stand der Technik Ein elektrisch ansteuerbares Aggregat nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist beispielsweise in der älteren Patentanmeldung Nr.

DE 102018 222 842 offenbart.

Dieses bekannte Aggregat umfasst einen elektrisch kommutierten Motor mit einem Rotor sowie eine drehfest mit diesem Rotor verbundene Motorwelle. Der Rotor ist konventionell aufgebaut und weist ein Rotorpaket mit mehreren in Umfangsrichtung nebeneinanderliegend angeordneten Magneten auf. Diese Magnete wirken in bekannter Art und Weise mit Magneten eines Stators des Motors derart Zusammenwirken, dass Rotor und Motorwelle zu einer Rotationsbewegung angetrieben werden. Der Stator ist dazu in einem Motorgehäuse untergebracht, in dem auch die Motorwelle mit dem Rotor drehbar gelagert ist.

Zu einer quantitativen Erfassung der Drehbewegung des Rotors ist eine Sensoreinrichtung vorgesehen, die aus einem mit dem Rotor umlaufenden Signalgeber sowie einem zugeordneten und am Motorgehäuse ortsfest verankerten Signalempfänger aufgebaut ist. Der Signalgeber umfasst eine ringscheibenförmige Leiterplatte, die zur Ausbildung von durch den Signalempfänger detektierbaren elektrisch leitfähigen und elektrisch nicht leitfähigen Bereichen mit einer flügelförmig ausgebildeten Beschichtung versehen ist. Diese Leiterplatte ist am Rotor befestigt, beispielsweise durch Nieten oder andere mechanische Verbindungsmittel.

Signalempfänger und Signalgeber arbeiten nach einem induktiven Messprinzip miteinander zusammen. Hierfür umfasst der Signalempfänger einer Erregerspule und eine Detektorspule, welche bei einer Rotation des Signalgebers von den elektrisch leitfähigen Bereichen des Signalgebers im Wechsel mit den elektrisch nicht leitfähigen Bereichen des Signalgebers überstrichen werden. Dabei wird eine veränderliche Spannung in der Detektorspule induziert, welche die Rotationsbewegung des Signalgebers und damit die des Rotors charakterisiert. Vorteilhaft an einer derartigen unmittelbaren Anordnung des Signalgebers am Rotor ist die kurze Bauweise des Aggregats in Richtung einer Längsachse seiner Motorwelle. Zudem wird eine relativ präzise Erfassung des tatsächlichen Drehwinkels dieses Rotors ermöglicht, weil zwischen Signalgeber und Rotor nahezu keine trägheitsbedingte Torsion der Motorwelle aufgrund von am Rotor angreifenden Beschleunigungs- oder Verzögerungskräften auftritt.

Dennoch ist die Leiterplatte mit ihrer flügelförmigen Beschichtung relativ teuer in der Herstellung und es sind zudem zusätzliche Arbeitsgänge zur Befestigung der Leiterplatte am Rotor notwendig. Werden als Verbindungsmittel Nieten oder Schrauben eingesetzt, so führt dies zu einer Erhöhung der Bauteileanzahl sowie des Gewichts und damit des Trägheitsmoments des Rotors. Schließlich sind bei der Montage der Leiterplatte an den Rotor relativ hohe Anforderungen hinsichtlich der Konzentrizität dieser Leiterplatte zu einer Längsachse der Motorwelle einzuhalten, um die Präzision der Drehwinkelerfassung nicht zu beeinträchtigen.

Vorteile der Erfindung

Ein elektrisch ansteuerbares Aggregat nach den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass der Signalgeber kostengünstiger als beim erläuterten Stand der Technik herstellbar ist. Zudem lässt sich der Signalgeber im Rahmen der Herstellung des Rotors am Rotorpaket befestigen und somit lassen sich Arbeitsgänge zu einer separaten Montage des Signalgebers einsparen. Eine Herstellung des Rotorpakets sowie die Befestigung des Signalgebers am Rotorpaket kann auf denselben bzw. auf gleichartigen Maschinen und Einrichtungen stattfinden. Insgesamt vereinfacht und verkürzt sich der Montagevorgang des Aggregats deutlich.

Die oben genannten Vorteile werden erfindungsgemäß durch einen Signalgeber erreicht, der wenigstens ein Blechformteil umfasst, das in seiner Umfangsrichtung mit Durchbrüchen versehen ist, welche die elektrisch nicht-leitfähigen Bereiche dieses Signalgebers ausbilden.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und/oder aus der nachfolgenden Beschreibung.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung weist der Signalgeber wenigstens eine Außenkontur auf, welche deckungsgleich ist mit der Außenkontur des Rotors. Dadurch lassen sich der Signalgeber und das Rotorpaket einfach aufeinanderstapeln und aneinander befestigen. Beide Arbeitsgänge lassen sich leicht automatisieren und damit schnell und kostengünstig durchführen.

Grundsätzlich sind mehrere Ausführungsbeispiele einer Baueinheit aus einem Rotorpaket und einem Signalgeber vorstellbar.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel ist der Signalgeber zusätzlich zum Rotorpaket ausgebildet und weist eine Nabe auf, welche die Maschinenwelle des Rotors umschließt.

Bei einer zweiten Ausführung ist der Signalgeber als funktionaler Bestandteil des Rotors ausgebildet und weist durchgehende Ausnehmungen auf, in welche die Magnete des Rotors hineinragen.

Vorteilhaft ist darüber hinaus, wenn das Blechformteil des Signalgebers mit einer Zentralausnehmung versehen werden kann, deren Durchmesser größer ist, als ein Außendurchmesser der Motorwelle im Bereich dieser Zentralausnehmung. Mittels einer derartigen Zentralausnehmung werden von dem Blechformteil des Signalgebers ausgehende Kerbwirkungen auf die Motorwelle vermieden und damit laufzeitbedingten Schäden am Aggregat entgegengewirkt. Mit der Zentralausnehmung wird zusätzlich Platz für die Anordnung eines Lagers geschaffen, mit dem der Rotor im Motorgehäuse drehbar aufgenommen ist. Letztlich wird damit eine Baulänge des Aggregats in Richtung der Längsachse der Motorwelle verkürzt.

Eine Verbindung der Elektrobleche eines Rotors über hohlzylindrische und gegenüber einer Vorderseite der Elektrobleche vorstehende Noppen hat sich in der Praxis vielfach bewährt. Durch die Umformung von Material bei einer Herstellung dieser Noppen lassen sich mehrere Elektrobleche flächenbündig aufeinander stapeln und umformtechnisch miteinander verbinden. Die in Fachkreisen unter den Begriffen Durchsetzfügen, Druckfügen, Clinchen oder Toxen bekannt Verbindungsmethode wird erfindungsgemäß zu einer Fixierung des Signalgebers am Rotor bzw. am Rotorpaket des Rotors eingesetzt. Weiterhin vorteilhaft für eine kompakte Bauweise des Aggregats ist eine flächenbündige Anlage des Blechformteils des Signalgebers am Rotor.

Mit fensterartig ausgebildeten Durchbrüchen am Blechformteil des Signalgebers wird dessen Formstabilität begünstigt sowie einer mechanischen Verbiegung bspw. infolge eines Verhakens der Einzelteile in der Fertigung vor ihrer Montage entgegengewirkt. Gleichzeitig wird eine automatisierte Montage des Aggregats erleichtert.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung detailliert erläutert.

Die Zeichnung umfasst insgesamt 3 Figuren, welche jeweils ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen.

In den Figuren ist dazu jeweils ein mit einem Signalgeber ausgestatteter Rotor einer elektrischen Maschine in einer perspektivischen Ansicht dargestellt.

Für einander entsprechende Bauteile bzw. Bauteilabschnitte sind in den Figuren einheitliche Bezugszeichen verwendet worden.

Beschreibung der Figuren

Der in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Rotor 10 einer elektrischen Maschine umfasst jeweils ein Rotorpaket 12, mehrere Magnete 14, welche entlang eines äußeren Umfangs, nebeneinanderliegend am Rotorpaket 12 angeordnet sind, einen an einer ersten Stirnseite des Rotorpakets 12 platzierten Signalgeber 16 einer Sensoreinrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels des Rotors 10 sowie eine Maschinenwelle 18, welche das Rotorpaket 12 mit seinen Magneten 14 trägt und welche durch eine zugeordnete Wellenöffnung 30 am Signalgeber 16 hindurchragt. Die Maschinenwelle 18 und der Rotor 10 sind drehfest miteinander verbunden. Davon abgesehen ist der Signalgeber 16 am Rotorpaket 12 befestigt und kann bei Bedarf mit der Maschinenwelle 18 eine zusätzliche kraftschlüssige Verbindung eingehen, welche vorzugsweise als Pressverbindung ausgebildet ist.

Das Rotorpaket 12 ist aus einer Mehrzahl von aufeinander gestapelten und aneinander befestigten Rotorblechen aufgebaut. Bei diesen Rotorblechen handelt es sich um im Wesentlichen ebene, weitgehend kreisrund ausgebildete Formteile aus einem weichmagnetischen Werkstoff, sogenanntem Elektroblech. Die einzelnen Rotorbleche haben eine zueinander deckungsgleiche Außenkontur und sind mit durchgehenden Aussparungen 22 versehen, in welchen die Magnete 14 des Rotors 10 aufgenommen sind.

Die Verbindung und Befestigung mehrerer Rotorbleche untereinander erfolgt durch ein Verfahren, das unter den Begriffen Durchsetzfügen, Druckfügen, Clinchen oder Toxen bekannt ist. Bei diesem Verfahren werden mittels eines Stempels und einer Matrize an den jeweiligen Rotorblechen hohlzylindrisch ausgestaltete Noppen angeformt, welche über eine Seite der Rotorbleche axial vorstehen und auf der anderen Seite der Rotorbleche eine becherförmige Aussparung ausbilden. Die Noppen eines Rotorblechs werden bei diesem Verfahren mit ihrem axial vorstehenden Bereich in die zugeordnete becherförmige Aussparung eines Noppens eines anderen Rotorblechs derart eingedrückt, dass die beiden Rotorbleche nahezu flächenbündig aneinander anliegend auf engstem Raum zu einem Paket stapelbar sind und dabei gleichzeitig kraft- und formschlüssig miteinander verbunden werden. Üblicherweise sind pro Rotorblech mehrere solcher Verbindungsstellen vorgesehen, die auf der Fläche des Rotorblechs verteilt angeordnet sind.

Prinzipiell haben alle Rotorbleche eines Rotorpakets 12 einen geometrisch einheitlichen Blechzuschnitt. Lediglich das dem Signalgeber 16 zugewandte Rotorblech 20 an der Stirnseite kann davon abweichen, beispielsweise indem es mit mehreren Durchbrüchen versehen ist, die in Umfangsrichtung der Blechplatine zu einem geschlossenen Ring aneinandergereiht sind. Die Durchbrüche umschließen einen Nabenbereich des Rotorblechs mit einer in dessen Zentrum ausgebildeten Nabe zur Befestigung des Rotors 10 auf der Maschinenwelle 18. Der Signalgeber 16 nach Figur 1 ist erfindungsgemäß ebenfalls als Blechformteil ausgeführt. Jenes besteht aus einem metallischen Material, insbesondere aus demselben Material wie die Rotorbleche des Rotors 10 und weist im Bereich entlang seines Außenumfangs mehrere Aussparungen 32 auf, welche jeweils durch flügelfömige Abschnitte 34 voneinander beabstandet sind. Die Aussparungen 32 bilden elektrisch nicht-leitfähige Bereiche und die flügelförmigen Abschnitte 34 elektrisch leitfähige Bereiche des Signalgebers 16 aus. Die Aussparungen 32 sind zum Umfang des Blechformteils hin offen; ihre geometrische Form entspricht beispielhaft weitgehend der geometrischen Form der flügelförmigen Abschnitte 34.

Nach radial innen schließt sich an die Aussparungen 32 bzw. an die flügelförmigen Abschnitte 34 des Signalgebers 16 ein Ringbereich mit in Umfangsrichtung aneinandergereihten Durchbrüchen 26 an. Die Durchbrüche 26 des Signalgebers 16 fluchten mit den Durchbrüchen am stirnseitigen Elektroblech 20 des Rotorpakets 12, zudem sind die Durchbrüche beider Bauteile gleichartig geformt und dimensioniert.

Die einzelnen Durchbrüche 26 des Signalgebers 16 sind durch Radialstege 38 voneinander getrennt, wobei an denjenigen Stellen an denen diese Radialstege 38 in den radial äußeren Rand des Ringbereichs übergehen, Verbindungsstellen 40 vorgesehen sind, durch welche das Blechformteil des Signalgebers 16 am stirnseitigen Rotorblech des Rotors 10 verankert ist. Die Durchbrüche 26 umschließen einen Nabenbereich 28 des Signalgebers 16 mit einer im Zentrum ausgebildeten Wellenöffnung 30 zur Durchführung der Maschinenwelle 18.

Eine Befestigung des Signalgebers 16 am Rotorpaket 12 erfolgt mittels demselben Verfahren, d.h. einem Durchsetzfügen, Druckfügen, Clinchen oder Toxen, mit dem auch die Rotorbleche des Rotorpakets 12 untereinander verbunden sind. Es wird demnach eine Baueinheit aus Rotorpaket 12 und Signalgeber 16 geschaffen, die kostengünstig auf denselben bzw. auf gleichartigen Einrichtungen herstellbar ist, welche auch zur Herstellung von Rotorpaketen 12 aus Rotorblechen verwendet werden. Bei Bedarf kann der Signalgeber 16 zusätzlich zu seiner Befestigung am Rotorpaket 12 mit der Maschinenwelle 18 drehfest verbunden werden. Diese Verbindung kann durch eine konstruktive Abstimmung der Wellenöffnung 30 im Nabenbereich 28 des Signalgebers 16 auf den Außendurchmesser der Maschinenwelle 18 vorgegeben und beispielsweise als Pressverbindung ausgeführt werden.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 sind die Aussparungen 32 zur Ausbildung der elektrisch nicht-leitfähigen Bereiche des Signalgebers 16 im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach Figur 1 fensterartig ausgeführt und dementsprechend nach radial außen geschlossen. Zwischen zwei Aussparungen 32 befindet sich auch hier ein flügelförmiger, elektrisch leitfähiger Abschnitt 34 des Signalgebers 16.

Zudem verfügt diese Bauform eines Signalgebers 16 über eine Zentralausnehmung 42, deren Durchmesser deutlich größer ist als der Außendurchmesser der durch diese Zentralausnehmung 42 hindurchragenden Maschinenwelle 18. In der Zentralausnehmung 42 des Signalgebers 16 kann ein Lager für die Maschinenwelle 18 zur drehbaren Anordnung des Rotors 10 in einem Motorgehäuse angeordnet werden, wodurch eine vorteilhafte Verkürzung der Baulänge des Rotors 10 in Richtung einer Längsachse der Maschinenwelle 18 erzielbar ist. Zudem werden Kerbwirkungen zwischen Signalgeber 16 und Maschinenwelle 18 vermeiden, welche ggf. die Lebensdauer des Aggregats beeinflussen können. Die Verbindungsstellen 40 zur Befestigung des Signalgebers 16 am stirnseitigen Rotorblech des Rotorpakets 12 sind auch bei diesem Ausführungsbeispiel durch die oben erläuterte Durchsetz- Verbindungstechnik (Druckfügen, Clinchen, Toxen) hergestellt. Sie sind entlang eines Ringbereichs 36 des Signalgebers 16 angeordnet, welcher sich zwischen der Zentralausnehmung 42 und den Aussparungen 32 befindet.

Dementsprechend begrenzt der Ringbereich 36 einerseits die Zentralausnehmung 42 des Signalgebers 16 nach radial außen und andererseits die fensterartigen Aussparungen 32 dieses Signalgebers 16 nach radial innen, d.h. in Richtung des Zentrums des vorgesehenen Blechformteils. Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 bildet das Blechformteil des Signalgebers 16 kein am Rotorpaket 12 zu befestigendes separates Bauteil, sondern ist als Bauteil dieses Rotorpakets 12 ausgeführt. Dementsprechend ersetzt das Blechformteil des Signalgebers 16 das stirnseitige, dem Signalgeber 16 zugewandte Rotorblech und weist nunmehr Durchbrüche auf, in welche die Magnete 14 des Rotors 10 hineinragen. Am Signalgeber 16 sind im Umfangsrichtung wiederum mehrere elektrisch leitfähige flügelförmige Abschnitte 34 im Wechsel mit elektrisch nicht-leitfähigen Aussparungen 32 vorhanden. Diese Abschnitte befinden sich bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils zwischen dem Nabenbereich 28 dieses Signalgebers 16 und den am Rotorpaket 12 angeordneten Magneten 14. Dementsprechend sind die von den Aussparungen 32 gebildeten Abschnitte des Signalgebers 16 wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 nach radial außen geschlossen.

Der Signalgeber 16 nach Figur 3 hat eine nach außen und nach innen geschlossenen Kontur und ist damit besonders formstabil ausgebildet. Aufgrund seiner geschlossenen Ringform ist der Signalgeber 16 leicht maschinell handhabbar und daher besonders gut für eine automatisierte Fertigung eines Rotors 10 geeignet. Zudem sind die Aussparungen 32 des Signalgebers 16 mit den in Radialrichtung nach innen folgenden Durchbrüchen 26 des Ringbereichs verbunden. Sie nehmen dadurch eine größere Fläche ein und sind in der Folge unter Betriebsbedingungen leichter vom Sensorempfänger detektierbar.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Verbindungsstellen 40 zwischen Signalgeber 16 und Rotorpaket 12 durch das erläuterte Durchsetz- Fügeverfahren (Druckfügen, Clinchen oder Toxen) hergestellt. Sie sind in einem Übergangsbereich des Signalgebers 16 angeordnet, welcher sich zwischen dem Nabenbereich 28 und den elektrisch leitfähigen bzw. den elektrisch nicht leitfähigen Abschnitten 34, 32 des Signalgebers 16 befindet.

Selbstverständlich sind Änderungen oder Ergänzungen an den beschriebenen Ausführungsbeispielen denkbar, ohne vom eingangs dargelegten Grundgedanken der Erfindung nach den Merkmalen des Anspruchs 1 abzuweichen.