DE102015002562B4

DE102015002562B4 - Elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102015002562B4
Application number: DE102015002562.7A
Authority: DE
Inventors: Stephan Roos
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2015-02-27
Publication date: 2019-02-14
Anticipated expiration: 2035-02-28
Also published as: US20160254731A1; US9954421B2; CN105932850A; CN105932850B; DE102015002562A1

Abstract

Elektrische Maschine (14), mit einem mittels einer Rotorwelle (32) drehbar gelagerten Rotor (34) sowie mit einem Positionsgeber (58) mit einer drehfesten Sensoreinheit (62) und mit einem wellenfesten Sensorgeber (60), wobei der Sensorgeber (60) als Kunststoffspritzteil mit einem einen Magnet (64) aufnehmenden Geberkopf (68) und mit einem Fügeschaft (70) ausgeführt oder zusammen mit dem geberkopfseitigen Magnet (64) unter Bildung des Fügeschaftes (70) mit einer Kunststoffumspritzung (72) versehen ist, dadurch gekennzeichnet,- dass der Fügeschaft (70) mit der Rotorwelle (32) stirnseitig eines Wellenendes (66) formschlüssig und unter Ausbildung eines Presssitzes oder einer Übermaßpassung gefügt ist, und- dass der Geberkopf (68) stirnseitig und/oder der Fügeschaft (70) freiendseitig eine Haltestruktur (74, 76) für eine Umspritzwerkzeug aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige elektrische Maschine ist aus der DE 10 2005 062 784 A1 bekannt. Sie betrifft weiter einen Getriebeaktuator eines Kraftfahrzeugs mit einer solchen elektrischen Maschine. Unter elektrischer Maschine wird hierbei insbesondere ein bürstenloser Elektromotor (Gleichstrommotor) oder eine Synchronmaschine, jedoch auch ein Generator verstanden.
Bei zumindest teilweise automatisierten Schaltgetrieben eines Kraftfahrzeugs werden die einzelnen Schaltstufen (Gänge) mittels eines Getriebeaktuators eingestellt. Hierfür weist der Getriebeaktuator einen sogenannten Schaltfinger und einen Elektromotor auf, wobei der Schaltfinger von dem Elektromotor verstellbar ist, und wobei die Position des Schaltfingers das gewünscht Übersetzungsverhältnis bestimmt.
Als Elektromotor wird üblicherweise ein bürstenloser Elektromotor mit einem permanenterregten Rotor und einem Stator verwendet, der mittels einer Elektronik bestromt wird. Die Elektronik umfasst eine Anzahl von Halbleiterbauelementen, die in einer Brückenschaltung verschalten sind. Die Brückenschaltung ist herkömmlicherweise eine B6-Schaltung und der Stator weist drei Feldwicklungen auf, die entweder in einer Dreiecks- oder Sternschaltung miteinander verschalten sind. Zur Abschirmung und Vermeidung von etwaigen Beschädigungen der Feldwicklungen ist der Stator in einem Statorgehäuse angeordnet.
Um eine ordnungsgemäße Funktion des Getriebeaktuators zu gewährleisten, ist es erforderlich, dass die Bestromung der Feldwicklungen exakt erfolgt. Hierfür ist die Kenntnis der Winkelposition des Rotors bezüglich des Stators notwendig. Üblicherweise wird nach Montage des Elektromotors auf ein Wellenende des Rotors ein Dipolmagnet geklebt. Hierbei müssen Toleranzen eingehalten und Platz bereitgehalten werden. Ferner müssen der Getriebeaktuator und folglich auch der Elektromotor frei von Fremdpartikeln, wie Kleberrückständen, sein. Daher wird der Elektromotor nach der Befestigung des Magneten gereinigt. Da der Magnet erst nach Abschluss der Montage des Elektromotors auf die Welle aufgeklebt werden kann, und eine gewisse Zeit zum Aushärten des Klebers erforderlich ist, ist eine vergleichsweise große Zeitspanne zur Erstellung des Getriebeaktuators erforderlich.
Ein aus der DE 10 2006 032 780 A1 bekannter Elektromotor weist ein statorseitig angeordnetes Drehgebersensorelement und einen rotorseitig angeordneten Drehgeber auf. Derartige Drehgeber/Drehgebersensorelemente sind beispielsweise Hall-Sensoren. Der Drehgeber ist in einer Öffnung in der Stirnseite der Rotorwelle angeordnet und mit dieser einstückig verbunden. Hierunter wird verstanden, dass der Permanentmagnet innerhalb der Öffnung erstellt wird. Die Öffnung ist als Sackloch ausgestaltet und befindet sich auf Seiten eines B-Lagerschilds des Elektromotors. In einer bevorzugten Ausführungsform ist innerhalb der Öffnung der Rotorwelle eine Hülse angeordnet, innerhalb derer wiederum sich der Permanentmagnet befindet.
Aus der DE 10 2004 059 181 A1 ist eine elektrische Maschine mit einem auf dem Hall-Prinzip basierenden Drehgeber bekannt, wobei ein Geberelement in einer stirnseitigen Aussparung einer Welle angeordnet ist. Die Aussparungen befinden sich auf der Seite eines B-seitigen Lagerschildes. Die Öffnung ist nach Art eines Sacklochs gestaltet.
Aus der DE 102 58 036 A1 ist ein Schneckengetriebe einer Scheibenwischvorrichtung mit einem Schneckenrad bekannt. Die Abtriebswelle des Schneckenrads weist eine schalenartige Aufnahme auf, innerhalb derer ein Positionsbestimmungselement heiß verprägt ist. Die Positionsbestimmung erfolgt vorzugsweise mittels eines Hall-Sensors. Zur Herstellung wird das Schneckenrad mit der Antriebswelle sowie mit der Aufnahme erstellt, in welche das Positionsbestimmungselement eingesetzt und dort befestigt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete elektrische Maschine, einen besonders geeigneten Getriebeaktuator und ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung der elektrischen Maschine anzugeben, bei denen die Herstellungszeit der elektrischen Maschine verkürzt ist.
Hinsichtlich der elektrischen Maschine wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des des Getriebeaktuators mit den Merkmalen des Anspruchs 9 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Hierzu weist die elektrische Maschine bzw. der Elektromotor eines Kraftfahrzeugs einen drehbar gelagerten und auf einer Rotorwelle wellenfesten Rotor sowie einen Positionsgeber mit einer drehfesten Sensoreinheit und mit einem wellenfest gefügten Sensorgeber auf, der als Kunststoffspritzteil mit einem einen Magnet, insbesondere einen Dipolmagnet, aufnehmenden Geberkopf und mit einem Fügeschaft ausgeführt oder zusammen mit dem geberkopfseitigen Magnet und im Bereich des Fügeschaftes mit einer Kunststoffumspritzung versehen ist, wobei der Fügeschaft mit der Rotorwelle stirnseitig eines Wellenendes, insbesondere des B-seitigen Wellenendes, formschlüssig und unter Ausbildung eines Presssitzes oder einer Übermaßpassung gefügt ist. Mit anderen Worten ist der Sensorgeber als Kunststoffspritzteil mit dem Magnet, insbesondere mit dem magnetischen Dipol, ausgeführt, und die Kunststoffumspritzung ist mit der Rotorwelle mittels einer formschlüssigen Verbindung in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung gefügt.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass über die Lebensdauer und unter Berücksichtigung des im Kraftfahrzeugbereich üblicherweise zu berücksichtigenden Temperaturbereichs (ca. -40°C bis 160°C) einerseits eine möglichst vollständig kleberfreie Halterung des Signalgebers und andererseits - bezogen auf die Rotorwelle (Maschinen-, Motor-, Rotorachse) - dessen sowohl axial als auch radial zuverlässiger sowie verdrehsicherer Halt an der bestimmungsgemäßen Stirnseiten der Rotorwelle sichergestellt werden kann, wenn sowohl eine formschlüssige als auch zusätzlich eine reibschlüssige Fügeverbindung unter Verwendung einer hierzu geeigneten Werkstoff- oder Materialkomponente des Sensorgebers mit dem entsprechenden Wellenende der Rotorwelle hergestellt wird. Dies wiederum kann in einfacher und somit insbesondre kostengünstiger Weise erreicht werden, wenn der Sensorgeber zumindest oberflächenseitig eine im Vergleich zum Werkstoff der Rotorwelle weiche bzw. elastische oder flexible Materialkomponente aufweist. Diesbezüglich ist insbesondere eine Kunststoffumspritzung eines entsprechenden Geberfügeteils inklusive des eigentlichen Gebers in Form eines Magneten (Dipolmagnet) besonders geeignet. Jedoch kann der Sensorgeber auch insgesamt als Kunststoffspitzteil mit eingebettetem Magnet ausgeführt sein.
Bei beiden Varianten, nämlich der Kunststoffumspritzung- und der Kunststoffspritzteil-Variante, sind ein den Magnet enthaltender Geberkopf und ein mit diesem stoffschlüssig verbundener bzw. an diesen angeformter Fügeschaft hergestellt, der aufgrund dessen wenigstens geringfügiger Verformbarkeit zumindest dessen Oberfläche zur Herstellung eine zur formschlüssigen Verbindung zusätzliche Fügepassung in Form oder nach Art eines Presssitzes ermöglicht.
Der Fügeschaft des Signalgebers kann bezogen auf das den Fügepartner darstellende Wellenende der Rotorwelle als Einsteckformteil, als Austeckformteil oder als kombiniertes Ein- und Aufsteckformteil ausgeführt sein. Als Einsteckformteil eignet sich vorteilhaft eine Stufenkontur mit einem vergleichsweise großen und einem vergleichsweise kleinen Außendurchmesser zweier axial an den Geberkopf anschließender Schaftabschnitte des Fügeschaftes. Bei dieser Variante ist geeigneterweise wellenendseitig in die Rotorwelle eine Stufenbohrung mit zumindest zwei unterschiedlichen Innendurchmessern eingebracht.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieser Einsteck-Variante sieht vor, dass der Fügeschaft im Schaftbereich mit dem vergleichsweise großen Außendurchmesser außenseitig verformbare Rippen zur Herstellung des Presssitzes innerhalb des korrespondierenden Bohrungsabschnitts der wellenseitigen Stufenbohrung aufweist. Alternativ kann in diesem Bereich auch eine innenwandseitig in die Stufenbohrung eine Rändelung eingebracht sein, welche in der Fügeverbindung zumindest geringfügig in die Kunststoffoberfläche des sensorseitigen Fügeschaftes eindringt.
Gemäß einer Weiterbildung der Einsteck-Variante ist eine nachfolgend auch als Krallscheibe bezeichnete Ringscheibe mit einer Innenöffnung vorgesehen, die im Fügezustand vom Schaftbereich des Fügeschaftes mit dem vergleichsweise kleinen Außendurchmesser durchsetzt ist. Aufgrund des vergleichsweise weichen, d. h. gegenüber der Rotorwelle und der Ringscheibe verformbaren Kunststoffmaterials des Sensorgebers im Bereich des Fügeschaftes verkrallt sich die Ringscheibe in dem entsprechenden Schaftabschnitt des sensorseitigen Fügeschaftes, so dass der Sensorgeber gegenüber der Ringscheibe verdrehsicher ist.
In Verbindung mit einer vorzugsweise definiert rauen Innenoberfläche der wellenseitigen Stufenbohrung sitzt die Ringscheibe innerhalb der Stufenbohrung sowie der Fügeschaft des Sensorgebers innerhalb der Ringscheibe verdrehsicher ein, so dass der Sensorgeber in der Fügeverbindung verdrehsicher gehalten ist. Zusätzlich kann der geberseitige Fügeschaft im Stufenbereich mit dem vergleichsweise großen Außendurchmesser mit verformbaren Radialrippen versehen sein, um den verdrehsicher Passungssitz des Sensorgebers in der Stufenbohrung zu verbessern.
Bei der Aufsteck-Variante weist der Fügeschaft des Sensorgebers zweckmäßigerweise eine das Wellenende der Rotorwelle kappenartig umgreifende Fügehülse mit einer dem Geberkopf abgewandten Fügeöffnung und mit innenseitig einer Anzahl von verformbaren Radiallippen auf.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Aufsteck-Variante sind eine wellenendseitige Fügekontur in Form einer Einfach-Bohrung und ein sensorseitiger Fügezapfen innerhalb der Fügehülse vorgesehen, so dass innerhalb der Fügehülse des sensorseitige Fügeschafts ein Ringraum gebildet ist. Hierdurch ist eine besonders geeignete kombinierte Einsteck- und Aufsteck-Variante bereitgestellt.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der kombinierten Einsteck- und Aufsteck-Variante sieht vor, dass der Fügezapfen des sensorseitigen Fügeschaftes umfangsseitig verformbare und sich in den Ringraum zur Fügehülse hin erstreckende Radialrippen aufweist. Zusätzlich oder alternativ kann das Wellenende außenumfangsseitig eine Rändelung tragen. Die Radialrippen erhöhen zusätzlich zur Presssitzbildung die Konzentrizität des Sensorgebers zur Wellenachse (Wellenmitte) der Rotorwelle bei der Herstellung der Fügeverbindung und erhalten diese über die Lebensdauer.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass zusätzlich zur zuverlässig und einfach herstellbaren Fügeverbindung des kunststoffteiligen oder kunststoffumspritzten Sensorgebers stirnseitig des bestimmungsgemäßen Wellenendes mit dem der Rotorwelle deren axiale Fertigungstoleranzen einfach und zuverlässig ausgeglichen werden können. Hierzu wird der Sensorgeber bzw. dessen Fügeschaft nicht bis auf Anschlag an die Wellenstirnseite ein- oder aufgeschoben, sondern kann aufgrund der Gebergestaltung unter Herstellung der zuverlässigen und sicheren Fügeverbindung unter Berücksichtigung des geforderten axialen Wellenmasses ohne wellenseitigen Anschlag axial an das Wellenende der Rotorwelle stirnseitig herangeschoben werden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 schematisch vereinfacht einen Antriebstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem Getriebeaktuator,
2 einen Elektromotor in einer Schnittdarstellung mit einem wellenendseitig mit einer Motorwelle gefügten Sensorgeber,
3 eine perspektivische Ansicht des Elektromotors mit Blick in dessen B-seitige Lagerschale auf den wellenstirnseitig gefügten Sensorgeber,
4 in perspektivischer Darstellung eine Ausführungsform eines geberseitigen Fügeschaftes des Sensorgebers als kombinierte Auf- und Einsteck-Fügeteil mit Kunststoffumspritzung,
5 einen Ausschnitt V aus 2 in größerem Maßstab mit wellenendseitig gefügtem Sensorgeber,
6 in perspektivischer Darstellung den Rotor des Elektromotors mit wellenstirnseitig gefügtem Sensorgeber als Aufsteck-Fügeteil mit Kunststoffumspritzung,
7 perspektivisch das Wellenende der Motorwelle mit umfangseitiger Rändelung,
8 und 9 in perspektivischer Darstellung den Sensorgeber als Austeck-Fügeteil mit Blick in bzw. auf dessen als Fügehülse ausgeführten Fügeschaft,
11 und 11 in perspektivischer Darstellung den Sensorgeber als Einsteck-Fügeteil mit zweistufigem Fügeschaft und rechteckigem bzw. rundem Geberkopf,
12 und 13 in perspektivischer Explosionsdarstellung bzw. in einem Längsschnitt das Wellenende mit einer Stufenbohrung und den Sensorgeber gemäß 11 inklusive einer Ringscheibe, und
14 in perspektivischer Darstellung eine Elektronik-Gehäuseschale des Getriebeaktuators mit normal zur Schalenebene verlaufender Rotorwelle inklusive wellenendseitig gefügtem Sensorgeber.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch ein Antriebsstrang 2 eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Eine Verbrennungskraftmaschine 4 steht über eine erste Welle 6, ein Getriebe 8, eine zweite Welle 10 und ein nicht gezeigtes Differential mit Antriebsrädern 12 in Wirkverbindung. Hierbei wird die Rotationsbewegung der direkt von der Verbrennungskraftmaschine 4 angetriebenen ersten Welle 6 in eine Rotationsbewegung der Antriebsräder 12 umgewandelt, wobei sich sowohl die Drehrichtung als auch die Rotationsgeschwindigkeiten der beiden unterscheiden. Aufgrund des Differentials erfolgt die Rotationsbewegung im Wesentlichen in einem rechten Winkel zu der Rotationsbewegung der zweiten Welle 10.
Mittels des Getriebes 8 wird ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis zwischen der ersten Welle 6 und der zweiten Welle 10 bestimmt. Ferner wird die Drehrichtung der zweiten Welle 10 mittels des Getriebes 8 eingestellt. Hierfür weist das Getriebe 8 eine Anzahl von sogenannten Schaltstufen auf, die mittels eines einen Elektromotor 14 umfassenden Getriebeaktuators 16 ausgewählt werden. Der Elektromotor 14 treibt hierfür ein Verstellteil des Getriebeaktuators 16 an, das wiederum in einer Wirkverbindung mit einem Auswahlmechanismus des Getriebes 8 steht. Der Getriebeaktuator 16 weist ferner eine nicht gezeigte, nachfolgend als Elektronik bezeichnete Steuerelektronik auf, die den Elektromotor 14 steuert und über eine Datenleitung 18, beispielsweise einem CAN-Bus, von einem Wählhebel 20 eingestellt wird. Mittels des Wählhebels 20 kann ein Fahrer die Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs auswählen.
In 2 ist der Elektromotor 14 in einer Schnittdarstellung entlang dessen Motor- bzw. Rotorachse 22 dargestellt. Der Elektromotor 14 weist ein topfförmiges Gehäuse 24 auf, dessen Topfboden einen B-Lagerschild 26 bildet. Das Gehäuse 24 ist mittels eines A-Lagerschilds 28 verschlossen, wobei an den beiden Lagerschilden 26, 28 jeweils mittig ein Kugellager 30 eingebracht ist. Mittels der Lager 30 ist eine Welle (Motorwelle) 32 eines Rotors 34 um die Rotorachse 22 drehbar gelagert. Der Rotor 32 weist ein Rotorpaket 36 auf, das innerhalb des Gehäuses 24 angeordnet und an der Welle 32 angebunden ist. Das Rotorpaket 36 umfasst eine Anzahl von Permanentmagneten 38, die innerhalb eines Blechpakets 40 symmetrisch bezüglich der Rotorachse 22 positioniert sind. Hierfür weist das aus einzelnen gegeneinander elektrisch isolierten und in axialer Richtung A aufeinander gestapelten Blechen erstellte Blechpaket 40 entsprechende Aufnahmen (Magnettaschen) auf, die sich in axialer Richtung A, also parallel zur Rotorachse 22 erstrecken.
Umfangsseitig umgibt das Rotorpaket 36 ein Stator 42, wobei diese beiden mittels eines Luftspalts 44 voneinander beabstandet sind. Der Stator 42 weist eine Anzahl von Elektromagneten 46 auf, die an der Innenwand des Gehäuses 24 befestigt sind. Die Elektromagneten 46 selbst werden mittels der nicht näher dargestellten Steuerungselektronik betrieben, die an dem B-Lagerschild 26 angebunden ist. An dem A-Lagerschild 28 ist ein Gehäuse des Getriebes 8 angebunden, innerhalb dessen die einzelnen Schaltstufen angeordnet sind.
Das Rotorpaket 36 weist eine zentrale Aussparung 47 auf, innerhalb derer ein Anlagebereich 48 der Welle 32 eingepresst ist. Das Rotorpaket 36 liegt an dem Anlagebereich 48 an, der aus einem ersten Abschnitt 50 und einem zweiten Abschnitt 52 besteht. Der erste Abschnitt 40 bildet hierbei das dem A-Lagerschild 28 zugewandte Ende des Anlagebereichs 28, wohingegen der zweite Abschnitt 52 das dem B-Lagerschild 26 zugewandten Ende des Anlagebereichs 28 bildet. Das Rotorpaket 36 ist lediglich mit dem Anlagebereich 48 der Welle 32 in direktem mechanischem Kontakt.
Die Welle 32 ist im Wesentlichen zylinderförmige ausgestaltet. Der erste Abschnitt 50 weist einen ersten Außendurchmesser 54 und der zweite Abschnitt 52 weist einen zweiten Außendurchmesser 56 auf. Der erste Außendurchmesser 54 entspricht dem zweiten Außendurchmesser 56, wobei der zweite Außendurchmesser auch dem Innendurchmesser des zweiten Abschnitts 52 entspricht. Mit anderen Worten ist die Oberfläche des zweiten Abschnitts 52 glatt und strukturlos. Auch ist der Querschnitt des zweiten Abschnitts 52 senkrecht zur Rotorachse 22 ein Kreis, dessen Mittelpunkt auf der Rotorachse 22 liegt. Der erste Abschnitt 50 ist gerändelt, sodass dessen Innendurchmesser kleiner als der erste Außendurchmesser 54 ist. In Folge dessen ist der Umfang des ersten Abschnitts 50 vergrößert. Die Länge des ersten Abschnitts 50 in axialer Richtung A beträgt einem Drittel der Länge des zweiten Abschnitts 52 in axialer Richtung A. Mit anderen Worten ist der zweite Abschnitt 52 in axialer Richtung A dreimal so lang wie der an diesen angrenzende erste Abschnitt 50.
Der Elektromotor 14 umfasst ferner einen Positionsgeber 58 mit einem Sensorgeber 60 und mit einer Sensoreinheit 62. Die Sensoreinheit 62 ist drehfest an dem B-Lagerschild 26 oder an einem Elektronik-Gehäuseteil (14) angebunden und weist einen Hall-Sensor zur Messung eines veränderlichen magnetischen Feldes auf. Hierfür ist der Hall-Sensor als Sensoreinheit 62 mit der Elektronik signaltechnisch gekoppelt und wird mittels dieser bestromt.
Der Sensorgeber 60 weist einen nachfolgend als Magnet oder Dipolmagnet 64 bezeichneten magnetischen Dipol auf, dessen Magnetfeld mittels der Sensoreinheit 62 erfasst wird. Der Dipolmagnet 64 ist an einem Wellenende 66 der Motorwelle 32 strinseitig mit dieser formschlüssig und nach Art einer Übermaßpassung oder eines Presssitzes gefügt, so dass der Sensorgeber 60 mit der Welle 32 wellenfest (rotationsfest) verbunden ist. Mittels der Sensoreinheit 62 wird die Winkelstellung des Sensorgebers 64 bezüglich der Rotorachse 22 ermittelt und an die Elektronik übermittelt. Die erfasste Position wird zur Ermittlung der Winkelstellung der Welle 32 und folglich auch der Position der rotorseitigen Permanentmagnete 38 ermittelt. Anhand der Positionsdaten werden die statorseitigen Elektromagnete 46 bestromt. Auf diese Weise wird ein vergleichsweise ruhiger Lauf des Elektromotors 14 erreicht.
3 zeigt den Elektromotor 14 mit Blick in das B-seitige Lagerschild 26 sowie auf den dort axial hineinragenden Sensorgeber 60. Im Bereich des Geberkopfes 68 wird der vorzugsweise unrunde magnetische Dipol 64 von der Kunststoffumspritzung 72 formschlüssig und drehfest gehalten, indem die Umspritzung 72 den magnetischen Dipol 64 stirnseitig kragenartig umschließt. Dort sind stirnseitig in die Umspritzung 72 drei Nuten oder Sicken 74 als Haltestruktur in die Umspritzung 72 eingebracht. Zusammen mit einer in den 4 und 5 erkennbaren mittleren, axialen Öffnung (Loch) 76 als weitere Haltestruktur in einem Füge- oder Zentrierzapfen 78 des Fügeschaftes 70 kann der magnetische Dipol 64 im Kunststoffspritzwerkzeug gehalten werden.
Wie aus den 4 und 5 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, weist der Fügeschaft 70 des Sensorgebers 60 eine kappenartige Fügehülse 80 auf, innerhalb derer der Fügezapfen 78 unter Bildung eines Ringraums 82 angeformt ist. Der Fügezapfen 78 weist umfangsseitig verformbare und sich in den Ringraum 82 erstreckende Radialrippen 84 auf.
Im Montagezustand greift der Füge- oder Zentrierzapfen 78 des Sensorgebers 60 in eine axiale Wellenbohrung (Axialbohrung) 86 ein, die stirnseitig in das Wellenende 66 der Rotorwelle 32 eingebracht ist. Gleichzeitig umschließt die Fügehülse 80 kappenartig den Bohrungsrand 88 des Wellenendes 66, sodass der Sensorgeber 60 stirnseitig der Rotorwelle 32 auf dem Wellenende 66 mit dem Fügeschaft 78 formschlüssig einsitzt und mit der Fügehülse 80 formschlüssig aufsitzt. Vorzugsweise ist der Zentrierzapfen 78 massiver ausgeführt als die Fügehülse 80, sodass der Füge- oder Zentrierzapfen 78 eindeutig die Zentrierrichtung vorgibt. Mittels der Radialrippen 84 des Fügezapfens 78 bildet die formschlüssige Fügeverbindung zudem einen Presssitz aus und lässt beim Einpressen ein axiales Einpressmaß zu. Zudem ist geeigneterweise das Wellenende 66 umfangsseitig mit einer Rändelung 90, vorzugsweise einem Kreuzrendel, versehen.
Im Zuge der Montage des als Ein- und Aufsteck-Variante ausgeführten Sensorgebers 60 wird die als Kunststoffumspritzung 72 ausgeführte Fügehülse 80 auf die Rändelung 90 des Wellenendes 6 aufgeschoben und dort geeigneterweise radial warmverpresst. Zudem wird beim Warmpressen Kunststoff- oder Umspritzungsmaterial in die Rändelung 90 gedrückt, wodurch eine axial formschlüssige Fügeverbindung des Sensorgebers 60 mit dem Wellenende 66 hergestellt ist. Zudem kann Material im Zuge der Warmverpressung der Umspritzung 72 axial hinter die Rändelung 90 fließen, was die axial formschlüssige Fügeverbindung zusätzlich verbessert.
Die 6 bis 9 zeigen eine reine Aufsteck-Variante des Sensorgebers 60. Dabei zeigt 6 den Rotor 34 mit auf das Wellenende 66 der Rotorwelle 32 formschlüssig und unter Ausbildung eines Presssitzes aufgestecktem Sensorgeber 60. Dessen wiederum als Fügehülse 80 ausgebildeter Fügeschaft 70 ist als Kunststoffspritzteil in Form der Kunststoffumspritzung 72 des magnetischen Dipols 64 innerhalb des Sensorkopfes 68 ausgeführt.
Während 7 das wiederum mit einer Rändelung 90 versehene Wellenende 66 der Rotorwelle 32 zeigt, ist in den 8 und 9 der Sensorgeber 60 mit Blick in die Fügehülse 80 des Fügeschaftes 70 und in 9 mit Blick auf den kreuzförmigen Sensorkopf 68 gezeigt. Die kreuzförmige Umspritzung 72 des magentischen Dipols 64 lässt diesen an den Übergängen der Kreuzform des Geberkopfes 68 frei.
An die Innenwandung 92 der Fügehülse 80 des Fügeschaftes 70 sind wiederum Radialrippen 94 angeformt. Diese verformen sich im Zuge des Fügevorgangs und Warmverpressung des Sensorgebers 60 mit der Rändelung 90 des Wellenendes 66, sodass wiederum eine radial und axial formschlüssige sowie eine eindeutig zentrierte Positionierung des Sensorgebers 60 in der Fügeverbindung mit dem Wellenende 66 hergestellt ist.
Die 10 und 11 zeigen eine Einsteck-Variante des Sensorgebers 60 mit einem eckigen - hier quadratischen - beziehungsweise mit einem runden oder zylindrischen Geberkopf 68. Bei beiden Ausführungsformen gemäß den 10 und 11 weist der Fügeschaft 70 eine Stufenkontur mit einem vergleichsweise kleinen Außendurchmesser d₁ und mit einem vergleichsweise großen Außendurchmesser d₂ zweier axialer Schaftabschnitte 70a beziehungsweise 70b auf. Stirnseitige Aussparungen 74 in Verbindung wiederum mit einer mittleren axialen Öffnung 76 dienen wiederum zur Halterung des magnetischen Dipols 64 im Umspritzwerkzeug.
Gemäß den 12 und 13, welche die runde Ausführungsform des Geberkopfes 68 des Sensorgebers 60 darstellen, weißt das Wellenende 66 eine axiale Stufenbohrung 96 mit in Axialrichtung A, 22 zwei unterschiedlichen Innendurchmessern d₃ und d₄ auf. Dabei ist der vergleichsweise große Innendurchmesser d₄ zur Ausbildung einer Übermaßpassung des Schaftabschnittes 70b des Fügeschaftes 70 des Sensorgebers 60 mit dem vergleichsweise großen Außendurchmesser d₂ bemessen. Die axial formschlüssige und insbesondere verdrehsichere Fügeverbindung des Sensorgebers 60 wird einerseits durch umfangsseitige Radialrippen 98 am Schaftabschnitt 70b mit dem vergleichsweise großen Außendurchmesser d₂ erreicht.
Zudem ist bei dieser Ausführungsform vorzugsweise eine nachfolgend als Krallscheibe 100 bezeichnete Ringscheibe vorgesehen, die in der Stufenbohrung 96 der Rotorwelle 32 auf Anschlag einsitzt, wie dies in 13 erkennbar ist. Die beispielsweise als Metallring ausgebildete Krallscheibe 100 weist am Öffnungsrand der zentralen Durchtrittsöffnung 102 als auch am Außenumfang verformbare Rippen oder Krallen 104 auf. Im Zuge des Einpressvorgangs des mit der Kunststoffumspritzung 72 versehenen Sensorgebers 60 in die wellenendseitige Stufenbohrung 96 wird die formschlüssige Fügeverbindung inklusive Verdrehsicherung durch ein Verkrallen der Ringscheibe 100 in der Stufenbohrung 96 einerseits und durch ein Verkrallen der Kunststoffumspritzung 72 in der Ringscheibe 100 andererseits sichergestellt.
14 zeigt eine Elektronik-Gehäuseschale 106, die auf das B-seitige Lagerschild 26 aufgesetzt wird. Erkennbar ragt der stirnseitig mit der Rotorwelle 32 gefügte Sensorgeber 60 in diese Elektronik-Gehäuseschale 106 radial beabstandet zur orts- und drehfesten Sensoreinheit 62 hinein. Aus Gründen der besseren Übersicht ist die Rotorwelle 32 ohne Rotor 34 dargestellt.
Bezugszeichenliste

2: Antriebsstrang
4: Verbrennungskraftmaschine
6: erste Welle
8: Getriebe
10: zweite Welle
12: Antriebsräder
14: Elektromotor
16: Getriebeaktuator
18: Datenleitung
20: Wählhebel
22: Rotorachse
24: Gehäuse
26: B-Lagerschild
28: A-Lagerschild
30: Lager
32: Rotorwelle
34: Rotor
36: Rotorpaket
38: Permanentmagnet
40: Blechpaket
42: Stator
44: Luftspalt
46: Elektromagnet
47: Aussparung
48: Anlagebereich
50: erster Abschnitt
52: zweiter Abschnitt
54: erster Außendurchmesser
56: zweiter Außendurchmesser
58: Positionsgeber
60: Sensorgeber
62: Sensoreinheit
64: magnetischer Dipol
66: Wellenende
68: Geberkopf
70: Fügeschaft
70a,b: Schaftabschnitt
72: Kunststoffumspritzung
74: Haltestruktur/Nut/Sicke
76: Haltestruktur/Öffnung/Loch
78: Fügezapfen
80: Fügehülse
82: Ringraum
84: Radialrippe
86: Wellen-/Axialbohrung
88: Bohrungsrand
90: Rändelung
92: Innenwandung
94: Radialrippe
96: Stufenbohrung
98: Radialrippe
100: Krall-/Ringscheibe
102: Durchtrittsöffnung
104: Rippe/Kralle
106: Elektronik-Gehäuseschale
A: Axialrichtung
d_1,2: Außendurchmesser
d_3,4: Innendurchmesser

Claims

Elektrische Maschine (14), mit einem mittels einer Rotorwelle (32) drehbar gelagerten Rotor (34) sowie mit einem Positionsgeber (58) mit einer drehfesten Sensoreinheit (62) und mit einem wellenfesten Sensorgeber (60), wobei der Sensorgeber (60) als Kunststoffspritzteil mit einem einen Magnet (64) aufnehmenden Geberkopf (68) und mit einem Fügeschaft (70) ausgeführt oder zusammen mit dem geberkopfseitigen Magnet (64) unter Bildung des Fügeschaftes (70) mit einer Kunststoffumspritzung (72) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, - dass der Fügeschaft (70) mit der Rotorwelle (32) stirnseitig eines Wellenendes (66) formschlüssig und unter Ausbildung eines Presssitzes oder einer Übermaßpassung gefügt ist, und - dass der Geberkopf (68) stirnseitig und/oder der Fügeschaft (70) freiendseitig eine Haltestruktur (74, 76) für eine Umspritzwerkzeug aufweist.
Elektrische Maschine (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der sensorseitige Fügeschaft (70) eine Stufenkontur mit einem ersten Außendurchmesser (d₁) und einem im Vergleich zum ersten Außendurchmesser (d₁) großen zweiten Außendurchmesser (d₂) sowie das Wellenende (66) eine axiale Stufenbohrung (96) mit in Axialrichtung (A) zumindest zwei unterschiedlichen Innendurchmessern (d₃, d₄) aufweist.
Elektrische Maschine (14) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügeschaft (70) im Schaftbereich (70b) mit dem zweiten Außendurchmesser (d₁) außenseitig verformbare Radialrippen (98) zur Herstellung des Presssitzes oder der Übermaßpassung innerhalb des korrespondierenden wellenseitigen Bohrungsabschnitts der Stufenbohrung (96) aufweist.
Elektrische Maschine (14) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der geberseitige Fügeschaft (70) mittels einer mit Rippen (104) versehenen und vom Schaftbereich (70a) mit dem ersten Außendurchmesser (d₁) durchsetzten Ringscheibe (100) in der Stufenbohrung (96) verdrehsicher einsitzt.
Elektrische Maschine (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der geberseitige Fügeschaft (70) eine das Wellenende (66) kappenartig umgreifenden Fügehülse (80) mit innenseitig einer Anzahl von verformbaren Radiallippen (94) aufweist.
Elektrische Maschine (14) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der geberseitige Fügeschaft (70) einen innerhalb der Fügehülse (80) unter Bildung eines Ringraumes (82) angeformten Fügezapfen (78) aufweist, der in der Fügeverbindung in einer wellenendseitigen Axialbohrung (86) der Rotorwelle (32) einsitzt.
Elektrische Maschine (14) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügezapfen (78) umfangsseitig verformbare und sich in den Ringraum (82) erstreckende Radialrippen (84) aufweist.
Elektrische Maschine (14) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenende (66) der Rotorwelle (32) außenumfangsseitig eine Rändelung (90) trägt.
Getriebeaktuator (16) eines Kraftfahrzeugs mit einer elektrischen Maschine (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.