Offenbarung der Erfindung

Titel

Montagebaugruppe, Verfahren zur Herstellung einer Montagebaugruppe und elektronisch kommutierter Motor mit Montagebaugruppe

Technischer Hintergrund

Die Erfindung betrifft eine Montagebaugruppe nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung einer Montagebaugruppe nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruch 7 sowie einen elektronisch kommutierten Motor nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 8.

Gattungsgemäße Montagebaugruppen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Zum Beispiel offenbart die DE 10 2020 204831 Al eine elektronisch kommutierte Maschine mit einer derartigen Montagebaugruppe, welche als Antriebsaggregat für einen Bremsdruckerzeuger einer elektronisch schlupfregelbaren Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist.

Bei dieser bekannten Maschine ist ein Signalgeber an einem der Enden einer Maschinenwelle drehfest verankert. Der mit der Maschinenwelle umlaufende Signalgeber bildet zusammen mit einem ortsfest an einem Gehäuseblock angeordneten Signalempfänger eine Sensorik zur Erfassung der Drehposition der Maschinenwelle. Das Positionssignal wird an ein elektronisches Steuergerät weitergeleitet und dort ausgewertet. Beispielsweise kann dieses Positionssignal zu einer bedarfsoptimierten elektrischen Ansteuerung eines Stators der elektrischen Maschine benutzt werden und/oder zur Bestimmung eines Betätigungswegs eines von der Maschinenwelle, ggf. über ein nachgeschaltetes Getriebe, angetriebenen Kolbens eines Druckerzeugers. Über den vom Kolben zurückgelegten Weg lässt sich das in einen angeschlossenen Bremskreis verdrängte Volumen an Bremsflüssigkeit bestimmen und daraus ein im Bremskreis zu erwartender Bremsdruck ermitteln. Zu einer dreh- und axialfesten Verbindung des Signalgebers mit der Maschinenwelle schlägt die DE 10 2020 204831 Al eine kraftschlüssige Wellen- Naben-Verbindung unter Einsatz eines Befestigungs- bzw. Toleranzrings vor. Dieser Toleranzring liegt in einem Ringspalt zwischen dem Außenumfang der Maschinenwelle und einem Innenumfang eines auf die Maschinenwelle aufgeschobenen Haltebechers des Signalgebers ein. Der Letztere trägt einen Magneten als Geberelement.

Vorteile der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bildet diese bekannte Montagegruppe weiter, indem der Toleranzring ergänzend dazu verwendet wird, um die Lagerringe eines Wälzlagers, das zur Lagerung der Maschinenwelle vorgesehen ist, axial gegeneinander vorzuspannen. Erfindungsgemäß steht der Befestigungs- bzw. Toleranzring dafür mit einem seiner Enden aus einem Befestigungsabschnitt des Haltebechers des Signalgebers axial vor und stützt sich mit diesem vorstehenden Ende am Innenring des Wälzlagers ab. Die Verspannkraft des Wälzlagers wird von einem Federelement bewirkt, das auf der gegenüberliegenden Seite des Wälzlagers angeordnet ist und den zugeordneten Außenring des Wälzlagers belastet.

Durch die vorgesehene Abstützung des Befestigungs- bzw. Toleranzrings am Innenring des Wälzlagers kann bei der Montage des Signalgebers auf eine axiale Abstützung des Befestigungs- bzw. Toleranzrings zwecks Vermeidung einer Bewegung relativ zur Maschinenwelle verzichtet werden. Letzteres ist von besonderem Vorteil, wenn der zur Verfügung stehende Bauraum, wie bei Komponenten für Kraftfahrzeuge üblich, den Einsatz eines Abstützwerkzeugs erschwert oder gar verhindert. Das Fügen des Signalgebers kann verdeckt erfolgen, d.h. ohne Maßnahmen zur Überwachung einer solchen unerwünschten Relativbewegung zwischen Toleranzring und Maschinenwelle. Das Wälzlager ist im montierten Zustand zwischen dem Befestigungs- bzw. Toleranzring und einer vorgesehenen Wellenschulter an der Maschinenwelle in Wellenlängsachsenrichtung, d.h. axial festgelegt. Zusätzlichen Bauteile, wie beispielsweise Seegerringe, sind hierfür nicht mehr notwendig.

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

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung detailliert erläutert.

Die Zeichnung umfasst hierzu mehrere Figuren, von denen

Figur 1 die Montagebaugruppe im Längsschnitt zeigt und die

Figuren 2a -2k das Verfahren zur Herstellung dieser Montagebaugruppe anhand der aufeinanderfolgenden Prozessschritte veranschaulichen.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Gemäß Figur 1 umfasst eine erfindungsgemäße Montagebaugruppe (10) eine Maschinenwelle (12), welche in einer Wellenbohrung (14) eines Gehäuseblocks (16) drehbar gelagert ist. Die Lagerung erfolgt durch wenigstens zwei Wälzlager, von denen Fig.l lediglich eines, das sogenannte zweite Wälzlager (20), zeigt. Dieses zweite Wälzlager (20) ist beispielhaft als beidseitig abgedichtetes Kugellager ausgeführt und weist einen Innenring (22), einen Außenring (24) und zwischen den Ringen in Laufbahnabschnitten aufgenommene Kugeln (26) auf. Das zweite Wälzlager (20) ist in einem zylindrischen Abschnitt einer Lageraufnahme (30) des Gehäuseblocks (16) angeordnet, welche sich zum Ende der Maschinenwelle (12) hin konisch öffnet. An den Gehäuseblock (16) ist ein elektronisches Steuergerät (28) angebaut in welches sich das Ende der Maschinenwelle (12) hinein erstreckt. Im elektronischen Steuergerät (28) ist, der Öffnung der Wellenbohrung (14) gegenüberliegend, ein Signalempfänger (38) ortsfest angeordnet.

Auf einer der Öffnung gegenüberliegenden Seite endet die Lageraufnahme (30) in einer rechtwinklig zur Wellenlängsachse ausgeführten Stützschulter (32). Diese Stützschulter (32) dient einem Federelement (34), das beispielhaft als Wellfederscheibe ausgeführt ist, als erste axiale Abstützung. Eine zweite axiale Abstützung für das Federelement (34) bildet die Seitenflanke des Außenrings (24) des zweiten Wälzlagers (20). Das Federelement (34) ist im fertig montierten Zustand unter axialer Vorspannung zwischen den beiden erläuterten Abstützungen angeordnet.

Die Maschinenwelle (12) ist in ihrem Außendurchmesser einmal rechtwinklig abgestuft und bildet dementsprechend eine Wellenschulter (18) aus. Ein in seinem Außendurchmesser kleinerer ersten Wellenabschnitt ist am Ende der Maschinenwelle (12) ausgebildet. Ein demgegenüber im Außendurchmesser größerer zweiter Wellendurchmesser durchdringt das ringförmig ausgeführte Federelement (34) und erstreckt sich weiter in die Wellenbohrung (14) hinein. Auf dem durchmesserkleineren ersten Wellenabschnitt ist das zweite Wälzlager (20) mit dem Innendurchmesser seines Innenrings (22) aufgenommen. Dieses zweite Wälzlager (20) liegt mit der Seitenflanke seines Innenrings (22) an der Wellenschulter (18) an. Zwischen dem Innendurchmesser des Innenrings (22) des zweiten Wälzlagers (20) und dem Außendurchmesser der Maschinenwelle (12) besteht eine Spielpassung, ebenso wie zwischen dem Außendurchmesser des Außenrings (24) des zweiten Wälzlagers (20) und dem Innendurchmesser der Lageraufnahme (30). Damit ist das zweite Wälzlager (20) jeweils relativverschiebbar zur Maschinenwelle (12) und zum Gehäuseblock (16) in der Lageraufnahme (30) angeordnet.

Die Maschinenwelle (12) steht mit ihrem ersten, im Durchmesser kleineren Wellenabschnitt in Richtung der Öffnung der Wellenbohrung (14) aus dem zweiten Wälzlager (20) vor. Dieser vorstehende Wellenabschnitt der Maschinenwelle (12) bildet einen Befestigungsabschnitt (36) für einen an der Maschinenwelle (12) verankerten Signalgeber (40) aus. Dazu umfasst der Signalgeber (40) einen hülsenförmigen und über das Ende der Maschinenwelle hinausragenden Haltebecher (42) sowie einen vom Haltebecher (42) getragenen Magneten (44) als Geberelement. Der Signalgeber (40) wirkt mit dem Signalempfänger (38) im elektronischen Steuergerät (28) zusammen und bildet eine Sensorik zur Erfassung eines Drehwinkels der Maschinenwelle (12) aus.

Der Haltebecher (42) des Signalgebers (40) ist ein hülsenförmiges, beidseitig offenes Bauelement, das in einen Fixierabschnitt (46) am wälzlagerseitigen Stirnende und in eine Geberaufnahme (48) für den Magneten (44) am dazu gegenüberliegenden, steuergeräteseitigen Stirnende des Haltebechers (42) gegliedert ist. Im Bereich des Fixierabschnitts (46) weist der Haltebecher (42) einen kleineren Innendurchmesser auf als im Bereich der Geberaufnahme (48), so dass der von der Geberaufnahme (48) getragene Magnet (44) die Stirnfläche der Maschinenwelle (12) radial überragt. Der Magnet (44) liegt dem Signalempfänger (38) im elektronischen Steuergerät (38) unmittelbar gegenüber.

Am wälzlagerseitigen Ende ist an den Fixierabschnitt (36) des Haltebechers (42) ein umlaufender, rechtwinklig vom Haltebecher (42) nach außen abstehender Einpressbund (50) angeformt. In der gezeigten Endposition des Haltebechers (42) besteht zwischen diesem Einpressbund (50) und der zugewandten Seitenflanke des zweiten Wälzlagers (20) ein vorgegebener axialer Abstand, d.h. der Haltebecher (42) und zweites Wälzlager (20) berühren einander nicht.

Eine Verankerung des Signalgebers (40) an der Maschinenwelle (12) erfolgt mittels eines Befestigungsrings (52). Dieser Befestigungsring (52) liegt in einem Ringspalt zwischen dem Außendurchmesser des ersten, durchmesserkleineren Wellenabschnitts der Maschinenwelle (12) und einem Innendurchmesser des Fixierabschnitts (46) des Haltebechers (42) ein. Befestigungsringe (52) sind auch unter dem Begriff Toleranzringe bekannt und stehen als geschlossene oder als offene bzw. geschlitzte Ringe zur Verfügung.

Erfindungsgemäß steht der Befestigungsring (52) mit seinem dem zweiten Wälzlager (20) zugewandten Ende aus dem Fixierabschnitt (46) des Haltebechers (42) axial vor und stützt sich an der Seitenflanke des Innenrings (22) des zweiten Wälzlagers (20) axial ab.

Durch die Ausformung der Laufbahnabschnitte für die Wälzkörper/Kugeln (26) sowohl am Innenring (22) als auch am Außenring (24) des zweiten Wälzlagers (20) sind die beiden Lagerringe über die Kugeln (26) formschlüssig und aufgrund eines herstellungsbedingt unvermeidlichen Lagerspiels axial verschieblich miteinander gekoppelt. Das Federelement (34) beaufschlagt den Außenring (24) des Wälzlagers (20) mit einer Vorspannkraft und verspannt dadurch die beiden Lagerringe des Wälzlagers (20) gegeneinander. Mit einer verspannten Lagerung einer Maschinenwelle (12) in einem Gehäuseblock (16) wird ein besonders geräuscharmer und verschleißbeständiger Betrieb einer damit ausgestatteten Maschine geschaffen.

Bei einer Herstellung der Montageeinheit kann auf eine Abstützwerkzeug verzichtet werden, das die Position des Befestigungs- bzw. Toleranzrings (52) auf der Maschinenwelle (12) bei der Montage des Signalgebers (40) absichert. Das Aufschieben des Haltebechers (42) des Signalgebers (40) auf den Befestigungsring (52) kann verdeckt durchgeführt werden, da aufgrund der axialen Anlage dieses Befestigungsrings (52) am Innenring (22) des zweiten Wälzlagers (20) keine Relativbewegung in Axial- bzw.

Wellenlängsachsenrichtung zwischen Befestigungsring (52) und Maschinenwelle (12) möglich ist.

Fig.2 veranschaulicht die Herstellung eines mit einer erfindungsgemäßen Montagebaugruppe (10) ausgestatteten Elektromotors. In den einzelnen Teilfiguren 2a-2k sind schematisch vereinfacht die einzelnen, aufeinanderfolgenden Montageschritte dargestellt. Einander entsprechende Bauteile sind in Fig.l wie auch in den Teilfiguren der Fig.2 durchgehend mit einheitlichen Bezugszeichen versehen.

Fig.2a zeigt den Ausgangszustand zu Beginn des Montageverfahrens. In diesem Ausgangszustand ist ein Gehäuseblock (16) bereitgestellt, an dem eine diesen Gehäuseblock (16) durchdringende Wellenbohrung (14) ausgebildet ist. Eine elektrische Maschine, im Beispiel ein Elektromotor, mit einem Statorgehäuse (60) ist an einer der Außenseiten dieses Gehäuseblocks (16) befestigt, bspw. durch nicht dargestellte Schraubverbindungen. Im Statorgehäuse (60) sind ein Stator (62) sowie ein drehbar im Inneren dieses Stators (62) aufgenommener Rotor (64) untergebracht. Dieser Rotor (64) ist fest mit der Maschinenwelle (12) verbunden, welche sich in die Wellenbohrung (14) hinein erstreckt. Auf der dem Rotor gegenüberliegenden Seite ragt die Maschinenwelle (12) aus dem Gehäuseblock (16) hinaus. Diese Seite des Gehäuseblocks (16) ist zur Befestigung eines elektronischen Steuergeräts (Pos. 28; Fig.l) vorgesehen.

Zur drehbaren Lagerung der Maschinenwelle (12) bzw. des damit fest verbundenen Rotors (64) im Gehäuseblock (16) ist ein erstes Wälz- bzw. Kugellagerlager (66) vorgesehen. Ein Innenring (68) dieses ersten Wälzlagers (66) ist fest auf die Maschinenwelle (12) aufgepresst, während ein Außenring (70) des ersten Wälzlagers (66) mit einem Abschnitt seines dem Rotor (64) zugewandten Endes umfangseitig in einem ersten Lagersitz (72) an einem Gehäusedeckel (74), welcher das Statorgehäuse (60) abdeckt und mit einem Abschnitt seines vom Rotor (64) abgewandten Endes ebenfalls umfangseitig in einem zweiten Lagersitz (76) an der Außenseite des Gehäuseblocks (16) fest eingepresst ist.

Ein im Inneren der Wellenbohrung (14) gelegener Abschnitt der Maschinenwelle

(12) ist mit einem Abtriebselement (78) bestückt. Dabei kann es sich um eine Spindelmutter, ein Zahnrad, einen Exzenter, Nocken oder dgl. handeln. Das Abtriebselement (78) und die Maschinenwelle (12) können in einem Stück hergestellt sein oder alternativ miteinander fest verbundene Einzelteile sein.

Das dem Statorgehäuse (60) gegenüberliegende Ende der Wellenbohrung (14) des Maschinengehäuses weist eine zur Öffnung dieser Wellenbohrung (14) hinweisende Stützschulter (32) auf.

Gemäß Fig.2b ist in die Wellenbohrung (14) das ringförmige und die Maschinenwelle (12) umschließende Federelement (34) eingelegt worden. Im montierten Zustand liegt dieses Federelement (34) an der im Inneren der Wellenbohrung (14) ausgebildeten Stützschulter (32) auf.

Fig. 2c zeigt das zweites Wälz- bzw. Kugellager (20), das mit seinem Innenring (22) auf die Maschinenwelle (12) aufgeschoben worden wird bis es gemäß Fig. 2d mit der vorauseilenden Seitenflanke seines Außenrings (24) am Federelement (32) aufliegt. Umfangseitig liegt das zweite Wälzlager (20) an der Wandung der Lageraufnahme (30) an. Nicht in den Fig. 2c, 2d erkennbar sind eine zwischen dem Innenring (22) des zweiten Wälzlagers (20) und der Maschinenwelle (12) bestehende erste Spielpassung bzw. eine zwischen dem Außenring (24) des zweiten Wälzlagers (20) und der Wandung der Lageraufnahme (30) bestehende zweite Spielpassung.

Im Schritt nach Fig.2e findet die Montage des Befestigungs- bzw. Toleranzrings (52) auf der Maschinenwelle (12) statt. Zunächst wird dazu dieser Befestigungsring (52) auf das freie Ende der Maschinenwelle (12) aufgefädelt und anschließend entlang des Wellenumfangs verschoben, bis ein vorauseilendes Ende den Innenring (22) des zweiten Wälzlagers (20) berührt. Dazu muss in Richtung der Wellenlängsachse wenig axiale Kraft aufgebracht werden, weil eine Passung zwischen dem Befestigungsring (52) und der Maschinenwelle (12) als Spiel- oder Übergangspassung ausgelegt ist.

Gemäß Fig. 2f wird daran anschließend ein Magnet (44) des Signalgebers (40) in die dafür vorgesehene Geberaufnahme (48) des Haltebechers (42) eingelegt und befestigt, beispielsweise durch Einkleben oder durch Verstemmen mit dem Haltebecher (42). Anschließend wird diese vormontierte Einheit aus Haltebecher (42) und Magnet (44) am Außenumfang des Befestigungsrings (52) zentriert und mit Hilfe eines Aufpresswerkzeugs (80) zumindest abschnittsweise auf den Befestigungs- bzw. Toleranzring (52) aufgepresst (Fig. 2g). Das Aufpresswerkzeug (80) greift dazu an der in Einpressrichtung gesehenen Rückseite des dem vom Haltebecher (42) radial abstehenden Einpressbunds (50) an.

Mit beginnender Überdeckung des Haltebechers (42) mit dem Befestigungsring (52) steigen die Aufpresskräfte an und das zwischen der Stützschulter (32) des Gehäuseblocks (16) und dem Außenring (24) des zweiten Wälzlagers (20) einliegende Federelement (34) wird vorgespannt, da aufgrund der Aufpresskräfte der Befestigungsring (52) eine in das Innere der Wellenbohrung (14) hinein gerichtete Bewegung relativ zur Maschinenwelle (12) ausführt und dabei das anliegende zweite Wälzlager (20) vor sich her treibt. Mit der mechanischen Anlage einer Seitenflanke des Innenrings (22) dieses zweiten Wälzlagers (20) an der Wellenschulter (18) der Maschinenwelle (12) hat das zweite Wälzlager (20) seine Endposition erreicht (Fig. 2h).

Die Einheit aus Haltebecher (42) und Magnet (44) wird nun, gemäß Fig. 2i, von den unverändert weiterwirkenden Aufpresskräften relativ zum Befestigungsring (52) weiterbewegt, bis zwischen diesem Haltebecher (42) und dem Befestigungsring (52) eine maximale Überdeckung erreicht ist. Damit endet der Aufpressvorgang des Signalgebers (40). Der Befestigungsring (52) ist nunmehr durch den Haltebecher (42) radial vorgespannt und aufgrund dieser Vorspannung fest auf der Maschinenwelle (12) verankert.

Beim Aufpressvorgang des Signalgebers (40) auf den Befestigungsring (52) wirken die Aufpresskräfte über den Befestigungsring (52) auf den Innenring (22) des zweiten Wälzlagers (20) ein. Der zugeordnete Außenring (24) dieses zweiten Wälzlagers (20) wird dabei von dem an der Stützschulter (32) des Gehäuseblocks (16) abgestützten Federelement (34) in dazu entgegengesetzter Axialrichtung kraftbeaufschlagt. Diese entgegengesetzt zueinander wirkenden Kräfte auf die jeweiligen Lagerringe des zweiten Wälzlagers (20) verspannen die Lagerringe gegeneinander, wodurch sich ein ursprünglich vorhandenes Lagerspiel, also das Spiel der Wälzkörper bzw. Kugeln (26) in ihren Laufbahnabschnitten am Innenring (22) bzw. am Außenring (24) wenigstens annähernd auf null reduziert. Der Innenring (22) des zweiten Wälzlagers (20) steht dabei gegenüber dem Außenring (24) weiter in das Innere der Wellenbohrung (14) hinein vor.

In dem mit Fig. 2k veranschaulichten Schritt ist der Aufpressvorgang des Signalgebers (40) auf den Befestigungsring (52) abgeschlossen. Das Aufpresswerkzeug (80) wurde entlastet und vom Haltebecher (42) entfernt. Dabei entspannt sich das vorgespannte und den Außenring (24) des zweiten Wälzlagers (20) belastende Federelement (34). Folglich bewegt sich der Außenring (24) des zweiten Wälzlagers (20) innerhalb der zugeordneten Lageraufnahme (30) in Richtung der Öffnung der Wellenbohrung (14) und nimmt dabei unter Aufrechthaltung der bestehenden gegenseitigen Verspannung der Lagerringe den zugeordneten Innenring (22) mit.

Letzterer ist zwischen dem Befestigungsring (52) und der Wellenschulter (18) an der Maschinenwelle (12) fest eingespannt, so dass die erläuterte Axialbewegung des Außenrings (24) letztlich auf die gesamte Maschinenwelle (20) übertragen wird.

Da der Innenring (68) des rotorseitig angeordneten ersten Wälzlagers (66), wie dargelegt fest auf der Maschinenwelle (12) aufgepresst ist, folgt auch dieser Innenring (68) der Axialbewegung der Maschinenwelle (12) und bewegt sich damit relativ zu dem in den Lagersitzen (72, 74) ebenfalls fest aufgenommen Außenring (70).

Im Ergebnis wird damit eine Lagerung für die Maschinenwelle (12) geschaffen, bei der die Lagerringe (22, 24; 68, 70) beider Wälzlager (20; 66) jeweils gegeneinander verspannt sind. Eine derartige verspannte Lagerung einer Maschinenwelle (12) in einem Gehäuseblock (16) zeichnet sich insbesondere durch ein geringes Betriebsgeräusch sowie eine hohe Verschleißfestigkeit einer mit dieser Montageeinheit (10) ausgestatteten Maschine aus.

Selbstverständlich sind Änderungen oder Ergänzungen gegenüber dem erläuterten Ausführungsbeispiel denkbar, ohne vom dem mit den unabhängigen Ansprüchen beanspruchten Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.

In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf eine Anwendung in Fahrzeugbremsanlagen eingeschränkt ist, sondern generell bei jedweder Art von Maschinen, Motoren oder Generatoren, umgesetzt werden kann. Während mit einem Motor bekanntlich eine dem Stator (62) zugeführte elektrische Energie in ein mechanisches Drehmoment wandelbar ist, mit dem ein Verbraucher über das Abtriebselement (78) von der Maschinenwelle (12) antreibbar ist, wird im Falle eines Generators eine der Maschinenwelle (12) aufgezwungene Rotationsbewegung zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt.