DE102020110005A1

DE102020110005A1 - Verfahren zum Befestigen eines Elements an einem drehbaren Bauteil eines Elektromotors

Info

Publication number: DE102020110005A1
Application number: DE102020110005.1A
Authority: DE
Inventors: Felix Blaser; Uwe Schäfer; Helmut Schneider
Original assignee: MinebeaMitsumi Inc
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2020-04-09
Publication date: 2021-09-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen eines Elements an einem drehbaren Bauteil eines Elektromotors mittels eines Niederhalters, eine Anordnung mit einem Tragelement, einem zu fixierenden Element und einem Niederhalter sowie einen Niederhalter zur Fixierung zweier Elemente mittels Ultraschallschweißens. Bei dem Verfahren weist das drehbare Bauteil eine Aufnahmefläche auf, die sich senkrecht zu einer Drehachse des Bauteils um die Drehachse erstreckt und dazu eingerichtet ist, das Element aufzunehmen. Ferner weist bei dem Verfahren der Niederhalter einen ersten Energierichtungsgeber und einen zweiten Energierichtungsgeber auf, die aus einer Oberfläche des Niederhalters hervorstehen. Das drehbare Bauteil weist eine erste Auflagefläche auf, die sich entlang eines Randes der Aufnahmefläche erstreckt und dazu eingerichtet ist, den Niederhalter über den ersten Energierichtungsgeber in axialer Richtung abzustützen. Das Element weist eine zweite Auflagefläche auf, die dazu eingerichtet ist, den Niederhalter über den zweiten Energierichtungsgeber abzustützen. Das Verfahren umfasst das Anordnen des Elements auf der Aufnahmefläche sowie das Auflegen des Niederhalters auf die erste und die zweite Auflagefläche, so dass der erste Energierichtungsgeber in Kontakt mit der ersten Auflagefläche kommt und der zweite Energierichtungsgeber in Kontakt mit der zweiten Auflagefläche kommt. Anschließend wird ein Ultraschallschweißvorgang durchgeführt, um das Element mittels des Niederhalters an dem drehbaren Bauteil zu befestigen.

Description

GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen eines Elements an einem drehbaren Bauteil eines Elektromotors mittels eines Niederhalters. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung mit einem Tragelement, einem zu fixierenden Element und einem Niederhalter sowie einen Niederhalter zur Fixierung zweier Elemente mittels Ultraschallschweißen.
HINTERGRUND
Elektrische Kleinmotoren wie beispielsweise bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC-Motoren) kommen unter anderem im Automobilbereich und in der Automatisierungstechnik zur Anwendung, zum Beispiel als Servomotor, Lüftermotor oder Antrieb für Stellaktuatoren wie Klappensteller oder Ventile, beispielsweise Nadelventile. In solchen Elektromotoren müssen häufig Elemente an drehbaren Bauteilen wie beispielsweise Zahnrädern angebracht werden. Beispielsweise kann auf einem Abtriebsrad eines Elektromotors ein Magnet angeordnet sein, um mittels eine Hall-Sensors anhand des von dem Magneten erzeugten Magnetfelds die Stellung des Abtriebsrads zu ermitteln, zum Beispiel um die Stellung eines mit dem Abtriebsrad gekoppelten Stellglieds zu bestimmen.
Um den Magneten an dem Abtriebsrad zu befestigen, kann dieser mittels eines Spritzgussverfahrens umspritzt oder mit dem Abtriebsrad verklebt werden. Allerdings sind die zur Herstellung solcher Magnete verwendeten Materialien häufig sehr spröde. Dadurch besteht ein hohes Risiko, dass der Magnet bei direktem Umspritzen oder Verkleben beschädigt wird. Zudem kann beispielsweise eine Befestigung durch Verkleben in einer automatisierten Serienfertigung unpraktikabel sein.
ÜBERBLICK
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Befestigen eines Magneten an einem drehbaren Bauteil eines Elektromotors anzugeben, bei dem das Risiko einer Beschädigung des Magneten beim Durchführen des Verfahrens verringert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 sowie einen Niederhalter mit den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Es wird ein Verfahren zum Befestigen eines Elements an einem drehbaren Bauteil eines Elektromotors mittels eines Niederhalters vorgesehen. Dabei weist das drehbare Bauteil eine Aufnahmefläche auf, die dazu eingerichtet ist, das Element aufzunehmen. Die Aufnahmefläche erstreckt sich senkrecht zu einer Drehachse des Bauteils um die Drehachse. Der Niederhalter hat einen ersten Energierichtungsgeber und einen zweiten Energierichtungsgeber, die aus einer Oberfläche des Niederhalters hervorstehen. Das drehbare Bauteil weist eine erste Auflagefläche auf, die sich entlang eines Randes der Aufnahmefläche erstreckt und dazu eingerichtet ist, den Niederhalter über den ersten Energierichtungsgeber in axialer Richtung abzustützen. Das Element weist eine zweite Auflagefläche auf, die dazu eingerichtet ist, den Niederhalter über den zweiten Energierichtungsgeber abzustützen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst (1) das Anordnen des Elements auf der Aufnahmefläche; (2) das Auflegen des Niederhalters auf die erste und die zweite Auflagefläche, so dass der erste Energierichtungsgeber in Kontakt mit der ersten Auflagefläche kommt und der zweite Energierichtungsgeber in Kontakt mit der zweiten Auflagefläche kommt; sowie (3) das Durchführen eines Ultraschallschweißvorgangs, um das Element mittels des Niederhalters an dem drehbaren Bauteil zu befestigen. Die Nummerierung der Schritte dient ausschließlich der Klarheit und impliziert keinesfalls eine bestimmte Abfolge, in der die Schritte ausgeführt werden. Soweit technisch möglich, können Schritte vertauscht werden und das Verfahren und sämtliche weiteren Ausgestaltungen in einer beliebigen Abfolge ausgeführt werden. Insbesondere können einige Schritte zumindest zum Teil gleichzeitig ausgeführt werden.
Das zu befestigende Element kann zum Beispiel ein Magnet, insbesondere ein Seltenerdmagnet, zur Bestimmung der Stellung des drehbaren Bauteils sein. Der Magnet kann beispielsweise ringförmig oder scheibenförmig sein. Die Aufnahmefläche kann in ihren lateralen Ausdehnungen und/oder ihrem Höhenprofil passgenau an die Form des Elements angepasst sein. Bevorzugt ist die Aufnahmefläche eine ebene Fläche. Die Aufnahmefläche kann beispielsweise die Bodenfläche einer Vertiefung in dem drehbaren Bauteil sein. In einigen Ausgestaltungen ist die Aufnahmefläche auf der Drehachse des drehbaren Bauteils angeordnet, so dass sich die Drehachse durch die Aufnahmefläche und den darauf angeordneten Magneten hindurch erstreckt. In anderen Beispielen ist die Aufnahmefläche ringförmig und verläuft um die Drehachse herum.
Der Magnet kann zur Positionsbestimmung des drehbaren Elementes mit einer magnetisch sensitiven Sensoranordnung, insbesondere mit einem Hallsensor, zusammenwirken. Der Hallsensor kann zur Detektion einer oder mehrerer räumlicher Komponenten des Magnetfeldes ausgebildet sein. Aus dem Verlauf der registrierten magnetischen Feldstärke kann somit auf eine Drehwinkelstellung des drehbaren Elementes, beispielsweise eines Zahnrades, geschlossen werden. Insbesondere kann der Hallsensor in der Nähe des Magneten auf einer Leiterplatte angeordnet sein. Die Leiterplatte kann ferner weitere elektronische Komponenten, insbesondere einen Mikrocontroller zur Steuerung eines Elektromotors umfassen.
Die Form des Niederhalters ist bevorzugt ebenfalls an die Form der Aufnahmefläche und/oder des Magnets angepasst. In einigen Ausführungsformen ist die Form des Niederhalters so gewählt, dass sich der aufgelegte Niederhalter entlang eines Randes des Magneten und/oder eines Randes der Aufnahmefläche erstreckt. Die Energierichtungsgeber sind dazu eingerichtet, während des Ultraschallschweißvorganges ganz oder teilweise aufzuschmelzen, z.B. aufgrund der Reibung zwischen den Energierichtungsgebern und der jeweiligen Auflagefläche. Im Querschnitt senkrecht zur Oberfläche des Niederhalters können die Energierichtungsgeber beispielsweise eine Spitze an ihrem von der Oberfläche des Niederhalters abgewandten Ende aufweisen. In einigen Ausgestaltungen haben die Energierichtungsgeber eine dreieckige Querschnittsfläche. Der erste und/oder der zweite Energierichtungsgeber kann sich ebenfalls entlang eines Randes des Magneten und/oder eines Randes der Aufnahmefläche erstrecken. In manchen Beispielen sind der erste und/oder der zweite Energierichtungsgeber durchgehende Stege. Die durchgehenden Stege können sich jeweils entlang eines geschlossenen Pfads erstrecken.
Die erste Auflagefläche erstreckt sich entlang eines Randes der Aufnahmefläche. In einigen Ausführungsformen kann die Auflagefläche beispielsweise eine entlang eines Randes der die Aufnahmefläche umfassenden Vertiefung verlaufende Oberfläche sein. Die erste Auflagefläche kann in einigen Beispielen parallel zur Aufnahmefläche und damit senkrecht zur Drehachse sein.
Die zweite Auflagefläche ist eine freiliegende Oberfläche des zu befestigenden Elements, beispielsweise eine von der Aufnahmefläche abgewandte Oberfläche oder eine seitliche Randfläche des Elements. Wenn der Magnet auf der Aufnahmefläche angeordnet ist, kann die zweite Auflagefläche in einigen Beispielen ebenfalls parallel zur Aufnahmefläche und damit senkrecht zur Drehachse sein.
Das Anordnen des Elements auf der Aufnahmefläche kann das Auflegen des Elements auf die Aufnahmefläche umfassen. In einigen Ausführungsformen kann das Anordnen des Elements zudem das Anpassen einer Position und/oder Orientierung des Elements umfassen. In einem Beispiel wird das Element so auf der Aufnahmefläche angeordnet, dass der Schwerpunkt des Elements auf der Drehachse zu liegen kommt. In einem anderen Beispiel ist das Element ein Magnet und der Magnet wird so auf der Aufnahmefläche angeordnet, dass die Verbindungslinie zwischen einem Nord- und einem Südpol des Magneten eine vordefinierte Orientierung relativ zur Drehachse und/oder relativ zu dem drehbaren Bauteil aufweist.
Das Auflegen des Niederhalters kann in einigen Ausführungsformen ebenfalls das Anpassen einer Position und/oder Orientierung des Niederhalters umfassen, z.B. so dass der Schwerpunkt des Niederhalters auf der Drehachse zu liegen kommt und/oder dass der Niederhalter eine vordefinierte Orientierung relativ zur Drehachse, zu dem drehbaren Bauteil und/oder zu dem Element aufweist.
Der Ultraschallschweißvorgang kann durchgeführt werden, indem eine hochfrequente mechanische Schwingung auf den Niederhalter, das Element und/oder das Bauteil übertragen wird. Die Frequenz der Schwingung kann beispielsweise im Bereich zwischen 20 kHz und 40 kHz liegen. Die Schwingung kann eine Relativbewegung zwischen den Energierichtungsgebern und der jeweiligen Auflagenfläche hervorrufen. Die daraus resultierende Reibung kann zu einer starken Erhitzung führen und dadurch die Energierichtungsgeber und/oder die jeweilige Auflagefläche ganz oder teilweise schmelzen. In einigen Ausführungsformen kann dadurch nach dem Abkühlen eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Energierichtungsgebern und der jeweiligen Auflagenfläche hergestellt werden. In manchen Ausgestaltungen wird eine Orientierung des drehbaren Bauteils während des Schweißvorgangs so gewählt, dass die Energierichtungsgeber und die jeweilige Auflagefläche durch die Gravitation gegeneinander gedrückt werden. In einigen Beispielen kann während des Schweißvorgangs zudem von außen Druck auf den Niederhalter, das Element und/oder das Bauteil ausgeübt werden, um die Energierichtungsgeber und die jeweilige Auflagefläche gegeneinander zu drücken.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der erste Energierichtungsgeber bei dem Ultraschallschweißvorgang mit der ersten Auflagefläche verschweißt wird, während der zweite Energierichtungsgeber zumindest teilweise geschmolzen wird, ohne dass der zweite Energierichtungsgeber mit der zweiten Auflagefläche verschweißt wird. Dies kann beispielsweise durch eine geeignete Materialwahl erreicht werden wie unten in Bezug auf die erfindungsgemäße Anordnung beschrieben. Somit kann eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Niederhalter und dem drehbaren Bauteil hergestellt werden. Gleichzeitig kann der Niederhalter nach dem Abkühlen mit dem zu befestigenden Element in direktem Kontakt sein ohne mit diesem stoffschlüssig verbunden zu sein. Dadurch kann das Element axial spielfrei auf der Aufnahmefläche fixiert werden ohne Verspannungen in dem Element hervorzurufen, die insbesondere bei sprödem Material zu Beschädigungen führen können.
In einer anderen Ausgestaltung wird sowohl der erste Energierichtungsgeber bei dem Ultraschallschweißvorgang mit der ersten Auflagefläche, als auch der zweite Energierichtungsgeber mit der zweiten Auflagefläche verschweißt. Dies kann wiederrum durch eine geeignete Materialwahl erreicht werden. Beispielsweise kann das Element ein Verbundmagnet umfassend einen thermoplastischen Verbundwerkstoff sein, während der Niederhalter aus einem thermoplastischen Material besteht.
In einigen Ausführungsformen weist einer der Energierichtungsgeber eine Anzahl hervorstehender Nasen auf, beispielsweise wie unten in Bezug auf die erfindungsgemäße Anordnung und den erfindungsgemäßen Niederhalter beschrieben. Die Nasen können voneinander beabstandet entlang eines Pfades auf der Oberfläche des Niederhalters angeordnet sein, wobei der Pfad in manchen Beispielen geschlossen sein kann, z.B. kreisförmig oder elliptisch. Die Anzahl der hervorstehenden Nasen kann beispielsweise zwischen 1 und 30 liegen, bevorzugt zwischen 3 und 15. Die zugehörige Auflagefläche kann eine durchgehende Auflagefläche sein, die keine Vertiefungen, Aussparungen oder Vorsprünge aufweist. Der Niederhalter kann so auf die Auflageflächen gelegt wird, dass die hervorstehenden Nasen in Kontakt mit der durchgehenden Auflagefläche kommen. Durch die Verwendung eines Energierichtungsgebers mit voneinander beabstandeten Nasen kann die zum Schmelzen des Energierichtungsgebers erforderliche Energie verringert werden und Verspannungen an der Grenzfläche verhindert werden. In einem Beispiel ist die zweite Auflagefläche eine durchgehende Auflagefläche und der zweite Energierichtungsgeber weist eine Anzahl hervorstehender Nasen auf.
In manchen Ausgestaltungen kann eine der Auflageflächen eine Vielzahl von Auflagerippen umfassen, beispielsweise wie unten in Bezug auf die erfindungsgemäße Anordnung beschrieben. Die Auflagerippen können voneinander beabstandet entlang eines Pfades auf dem Element oder dem Bauteil angeordnet sein, wobei der Pfad in manchen Beispielen geschlossen sein kann, z.B. kreisförmig oder elliptisch. Die Anzahl der Auflagerippen kann beispielsweise zwischen 1 und 30 liegen, bevorzugt zwischen 3 und 15. Der zugehörige Energierichtungsgeber kann einen durchgehenden Steg umfassen, der sich entlang eines Pfades auf der Oberfläche des Niederhalters erstreckt, wobei der Pfad in manchen Beispielen geschlossen sein kann, z.B. kreisförmig oder elliptisch. Der Niederhalter kann so auf die Auflageflächen gelegt werden, dass die Auflagerippen in Kontakt mit dem durchgehenden Steg kommen. Durch die Verwendung einer Auflagefläche mit voneinander beabstandeten Auflagerippen kann die zum Schmelzen des Energierichtungsgebers und/oder der Auflagerippen erforderliche Energie verringert werden und Verspannungen an der Grenzfläche verhindert werden.
Bevorzugt wird das Element auf der Aufnahmefläche drehfest angeordnet. Hierzu kann das Element beispielsweise eine Aussparung und/oder eine Ausbuchtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, mit einem entsprechenden Gegenstück auf dem drehbaren Bauteil ineinander zu greifen, z.B. wie im Folgenden in Bezug auf die erfindungsgemäße Anordnung beschrieben. Durch eine drehfeste Anordnung des Elements können die auf die Grenzflächen zwischen dem Niederhalter und dem Bauteil bzw. dem Element wirkenden Kräfte in Umfangsrichtung oder azimutaler Richtung verringert werden.
In einigen Ausgestaltungen ist der Niederhalter ringförmig ist und wird so auf die erste und die zweite Auflagefläche aufgelegt wird, dass die Drehachse des drehbaren Bauteils durch eine Öffnung des Niederhalters verläuft. In manchen Beispielen kann das Element ebenfalls ringförmig sein und so auf der Aufnahmefläche angeordnet werden, dass die Drehachse des drehbaren Bauteils durch eine Öffnung des Elements verläuft. Dadurch kann beispielsweise ein Schaft oder eine Welle, die mit dem drehbaren Bauteil gekoppelt ist, in der Öffnung des Niederhalters und/oder in der Öffnung des Elements angeordnet werden. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren das Aufstecken oder Überstülpen des Niederhalters und/oder des Elements auf den Schaft bzw. die Welle.
In einem Beispiel ist das drehbare Bauteil ein Zahnrad, insbesondere ein Abtriebsrad des Elektromotors. Das Verfahren kann weiterhin das mechanische Koppeln des Zahnrads mit einem Rotor des Elektromotors umfassen, beispielsweise durch mechanisches Koppeln des Zahnrads mit einem Getriebe oder mit einem mit dem Rotor verbundenen Zahnrad. In manchen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner das mechanische Koppeln des Abtriebsrads mit einem von dem Elektromotor anzutreibenden Stellglied umfassen.
Die Erfindung stellt weiterhin eine Anordnung mit einem Tragelement, einem zu fixierenden Element und einem Niederhalter bereit. Der Niederhalter ist dazu eingerichtet ist, durch Ultraschallschweißen mit dem Tragelement verbunden zu werden, um das zu fixierende Element an dem Tragelement zu befestigen. Das Tragelement weist eine Vertiefung auf, die dazu eingerichtet ist, das zu fixierende Element aufzunehmen. Das Tragelement umfasst zudem eine erste Auflagefläche, die entlang eines Randes der Vertiefung angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, den Niederhalter abzustützen. Der Niederhalter weist einen ersten Energierichtungsgeber und einen zweiten Energierichtungsgeber auf, die aus einer Oberfläche des Niederhalters hervorstehen. Der erste Energierichtungsgeber ist dazu eingerichtet, mit der ersten Auflagefläche in Kontakt zu kommen, um der Niederhalter auf der ersten Auflagefläche abzustützen. Der zweite Energierichtungsgeber umfasst eine Anzahl von hervorstehenden Nasen, die jeweils dazu eingerichtet sind, mit dem zu fixierenden Element in Kontakt zu kommen, wenn das zu fixierende Element in der Vertiefung angeordnet ist und der Niederhalter auf der ersten Auflagefläche abgestützt wird.
In manchen Ausgestaltungen kann das Tragelement ein drehbares Bauteil eines Elektromotors sein, das dazu eingerichtet ist, sich um eine Drehachse zu drehen. Die Vertiefung kann an eine Form des zu fixierenden Elements angepasst sein. Beispielsweise können die lateralen Abmessungen der Vertiefung so gewählt sein, dass das zu fixierende Element passgenau in der Vertiefung angeordnet werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann eine Tiefe der Vertiefung an eine Dicke des zu fixierenden Elements angepasst sein, z.B. so dass das zu fixierenden Element bündig mit einer die Vertiefung umgebenden Oberfläche ist, wenn sich das zu fixierende Element in der Vertiefung befindet. Die Bodenfläche der Vertiefung kann im Folgenden auch als Aufnahmefläche bezeichnet werden. In einigen Beispielen ist die die Vertiefung umgebende Oberfläche die erste Auflagefläche.
In einigen Ausführungsformen ist der Niederhalter ähnlich oder identisch zu dem bei dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Niederhalter oder zu dem unten beschriebenen erfindungsgemäßen Niederhalter. Die Energierichtungsgeber sind dazu eingerichtet, während eines Ultraschallschweißvorgangs ganz oder teilweise aufzuschmelzen, z.B. aufgrund der Reibung zwischen den Energierichtungsgebern und der jeweiligen Auflagefläche. Der zweite Energierichtungsgeber kann beispielsweise zwischen 1 und 30 Nasen umfassen, bevorzugt zwischen 3 und 15 Nasen. Die Nasen sind voneinander beabstandet entlang eines Pfades auf der Oberfläche des Niederhalters angeordnet, in einigen Beispielen entlang eines geschlossenen Pfades. In manchen Ausgestaltungen umfasst der erste Energierichtungsgeber einen umlaufenden Steg, der aus der Oberfläche des Niederhalters hervorsteht. Der umlaufende Steg erstreckt sich entlang eines Pfades auf der Oberfläche des Niederhalters, in einigen Beispielen entlang eines geschlossenen Pfades.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Energierichtungsgeber dazu eingerichtet, mit der ersten Auflagefläche verschweißt zu werden, um den Niederhalter mit dem Trageelement zu verbinden. Hierzu können der erste Energierichtungsgeber und die erste Auflagefläche Materialen umfassen, die miteinander durch Ultraschallschweißen verschweißbar sind, z.B. ein geeignetes Metall und/oder einen geeigneten Kunststoff. In einigen Beispielen bestehen der erste Energierichtungsgeber und die erste Auflagefläche aus dem gleichen Material, z.B. aus Aluminium oder einem thermoplastischen Kunststoff.
Der zweite Energierichtungsgeber umfasst bevorzugt ein Material, das durch Ultraschallschweißen schmelzbar ist, aber nicht mit dem zu fixierenden Element durch Ultraschallschweißen verschweißbar ist. Dadurch kann der zweite Energierichtungsgeber auf der zweiten Oberfläche aufgeschmolzen werden, um einen spielfreien Kontakt zwischen dem Niederhalter und dem zu fixierenden Element herzustellen ohne dabei Verspannungen in dem zu fixierenden Element hervorzurufen. Alternativ kann der zweite Energierichtungsgeber ein Material umfassen, das mit dem zu fixierenden Element durch Ultraschallschweißen verschweißbar ist. In manchen Ausführungsformen bestehen der erste und der zweite Energierichtungsgeber oder der gesamte Niederhalter aus dem gleichen Material.
In einigen Ausgestaltungen umfasst die erste Auflagefläche eine Vielzahl von Auflagerippen. Die Auflagerippen können voneinander beabstandet entlang eines Pfades auf dem Tragelement angeordnet sein, wobei der Pfad in manchen Beispielen geschlossen sein kann, z.B. kreisförmig oder elliptisch. Die Auflagerippen können senkrecht zur Aufnahmefläche oder Bodenfläche der Vertiefung aus dem Tragelement hervorstehen. Im Querschnitt parallel zur Aufnahmefläche können die Auflagerippen eine längliche Form aufweisen, die sich senkrecht zu dem Pfad erstreckt. Die zur Aufnahmefläche parallelen Oberflächen der Auflagerrippen können die erste Auflagefläche bilden. Die Auflagerippen können in der Vertiefung entlang des Randes der Vertiefung angeordnet sein. In einem anderen Beispiel sind die Auflagerippen außerhalb der Vertiefung entlang des Randes der Vertiefung angeordnet.
Bevorzugt sind die Auflagerippen entlang des Randes der Vertiefung so angeordnet sind, dass das zu fixierende Element durch die Auflagerippen drehfest in der Vertiefung gehalten wird. Die erste Auflagefläche kann sich beispielsweise entlang eines Rings erstrecken, z.B. um die Drehachse des Tragelements. Ein Umfang, der durch die zum Rand der Vertiefung parallelen Seitenflächen der Auflagerippen definiert wird, kann zum Beispiel im Vergleich mit einer Kreisform eine Aussparung oder Ausbuchtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, mit einem entsprechenden Gegenstück auf dem zu fixierenden Element ineinander zu greifen, um das zu fixierende Element drehfest in der Vertiefung zu halten.
In manchen Ausführungsformen ist das Tragelement ein drehbares Bauteil, z.B. für einen Elektromotor, das dazu eingerichtet ist, sich um eine Drehachse zu drehen. Das Tragelement kann eine drehbare Welle oder einen drehbaren Schaft aufweisen, die/der sich z.B. entlang der Drehachse von einer Stirnseite des Tragelements weg erstreckt oder sich entlang der Drehachse durch das Tragelement erstreckt. Der Niederhalter kann dazu eingerichtet sein, das zu fixierende Element in axialer Richtung zu fixieren, d.h. eine Bewegung des zu fixierenden Elements entlang der Drehachse zu verhindern. In einigen Beispielen sind die erste und die zweite Auflagefläche und/oder die Aufnahmefläche senkrecht zur Drehachse des Tragelements.
In einem Beispiel ist oder umfasst das Tragelement ein Zahnrad, insbesondere ein Abtriebsrad eines Elektromotors. Das zu fixierende Element kann zum Beispiel ein Magnet zur Positionsbestimmung des Zahnrads sein, z.B. ein Seltenerdmagnet. Der Magnet kann beispielsweise ring- oder scheibenförmig sind und z.B. ein Dipol- oder Quadrupolmagnet sein.
In einigen Ausgestaltungen ist der Niederhalter durch Ultraschallschweißen mit dem Tragelement verbunden und fixiert das zu fixierende Element in der Vertiefung. Hierzu kann beispielsweise ein zum erfindungsgemäßen Verfahren ähnliches Verfahren mit der Anordnung durchgeführt worden sein. In anderen Beispielen ist ein solches Verfahren noch nicht durchgeführt worden und die Anordnung umfasst das Tragelement, das zu fixierende Element und den Niederhalter als separate Einzelteile.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Niederhalter zur Fixierung zweier Elemente mittels Ultraschallschweißens. Der erfindungsgemäße Niederhalter umfasst einen Ring, einen ersten Energierichtungsgeber und einen zweiten Energierichtungsgeber. Der erste Energierichtungsgeber umfasst einen umlaufenden Steg, der in axialer Richtung auf einer Stirnseite des Rings hervorsteht und sich in Umfangsrichtung entlang des Rings erstreckt. Der zweite Energierichtungsgeber umfasst eine Anzahl von Nasen, die in axialer Richtung auf der Stirnseite des Rings hervorstehen und in Umfangsrichtung entlang des Rings angeordnet sind.
Die Energierichtungsgeber sind dazu eingerichtet, während eines Ultraschallschweißvorganges ganz oder teilweise aufzuschmelzen, z.B. aufgrund der Reibung zwischen den Energierichtungsgebern und einer Auflagefläche, mit der der entsprechende Energierichtungsgeber in Kontakt ist. Im Querschnitt senkrecht zur Stirnseite des Rings können die Energierichtungsgeber beispielsweise eine Spitze an ihrem von der Stirnseite abgewandten Ende aufweisen. In einigen Ausgestaltungen haben die Energierichtungsgeber eine dreieckige Querschnittsfläche. Die Energierichtungsgeber können z.B. entlang gegenüberliegenden Rändern der Stirnseite angeordnet sein, d.h. entlang eines Innen- bzw. eines Außenrandes des Rings.
In manchen Beispielen kann sich der umlaufende Steg des ersten Energierichtungsgebers in Umfangrichtung entlang des gesamten Rings erstrecken. Der umlaufende Steg kann sich z.B. entlang eines geschlossenen Pfades erstrecken, der beispielsweise kreisförmig oder elliptisch sein kann. In anderen Beispielen kann sich der umlaufende Steg des ersten Energierichtungsgebers in Umfangrichtung entlang eines Teils des Rings erstrecken. Der umlaufende Steg kann sich beispielsweise über eine Länge zwischen 75% und 100% eines entsprechenden Umfangs des Rings erstrecken, d.h. des Umfangs des Rings an der radialen Position des ersten Energierichtungsgebers.
In einigen Ausführungsformen ist der zweite Energierichtungsgeber in radialer Richtung außerhalb des ersten Energierichtungsgebers angeordnet ist. Der erste Energierichtungsgeber kann beispielsweise entlang eines inneren Randes der Stirnseite angeordnet sein und der zweite Energierichtungsgeber kann entlang eines äußeren Randes der Stirnseite angeordnet sein. In anderen Beispielen kann einer der Energierichtungsgeber zwischen dem inneren und dem äußeren Rand in der Mitte der Stirnseite angeordnet sein.
Der zweite Energierichtungsgeber kann in manchen Ausgestaltungen eine Vielzahl von Nasen umfassen, in einem Beispiel zwischen 3 und 15 Nasen. Die Nasen können in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen voneinander in Umfangsrichtung entlang des Rings angeordnet sein. Die Nasen können in Umfangrichtung über den gesamten Umfang des Rings oder einen Teil davon angeordnet sein. Der zweite Energierichtungsgeber kann sich beispielsweise über eine Länge zwischen 25% und 100% des entsprechenden Umfangs des Rings erstrecken, d.h. des Umfangs des Rings an der radialen Position des zweiten Energierichtungsgebers. In einem Beispiel sind die Nasen entlang eines geschlossenen Pfades angeordnet, z.B. entlang eines kreisförmigen oder elliptischen Pfades. Jede der Nase kann sich beispielsweise über eine Länge zwischen 2% und 20% des entsprechenden Umfanges des Rings erstrecken. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Nasen kann ebenfalls zwischen 2% und 20% des entsprechenden Umfanges des Rings betragen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der zweite Energierichtungsgeber eine Nut, die auf der Stirnseite des Rings neben einer der Nasen angeordnet ist. Die Nut kann dazu eingerichtet sein, geschmolzenes Material der Nase aufzunehmen. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn der zweite Energierichtungsgeber in Kontakt mit einer Auflagefläche geschmolzen wird, die ein Material umfasst, das nicht durch Ultraschallschweißen mit dem zweiten Energierichtungsgeber verschweißt werden kann. In manchen Ausgestaltungen ist auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Nase jeweils eine Nut angeordnet oder die Nut erstreckt sich um die gesamte Nase herum. In manchen Ausführungsformen kann der zweite Energierichtungsgeber eine Vielzahl von Nuten umfassen, die jeweils neben einer der Nasen angeordnet sind. In einem anderen Beispiel umfasst der zweite Energierichtungsgeber eine Nut, die sich in Umfangsrichtung entlang des gesamten zweiten Energierichtungsgebers an jeder der Nasen vorbei erstreckt, z.B. entlang des gesamten Rings.
In einigen Ausgestaltungen weist der Ring des Niederhalters eine Vielzahl von Vorsprüngen auf, die sich von dem Ring in radialer Richtung nach innen oder außen erstrecken. Einige oder alle Nasen des zweiten Energierichtungsgebers können jeweils auf einem der Vorsprünge angeordnet sein. Die Abmessungen der Vorsprünge, insbesondere ihre Länge in radialer Richtung und/oder ihre Querschnittsfläche senkrecht zur radialen Richtung, können so gewählt werden, dass der zweite Energierichtungsgeber eine vordefinierte Federkonstante aufweist, um eine bestimmte Kraft auf ein mittels des Niederhalters fixiertes Element auszuüben.
Figurenliste
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen in schematischer Darstellung:

1a: eine Anordnung mit einem Tragelement, einem zu fixierenden Element und einem Niederhalter gemäß einem Beispiel in Draufsicht;
1b: die Anordnung aus 1a nach dem Verschweißen in Draufsicht;
1c: die Anordnung aus 1b im Querschnitt;
2a: einen Niederhalter gemäß einem Beispiel in Draufsicht;
2b: den Niederhalter aus 2a im Querschnitt;
3a: eine Anordnung mit einem Zahnrad, einem zu fixierenden ringförmigen Magneten und einem Niederhalter gemäß einem Beispiel in einer Explosionsdarstellung;
3b: die Anordnung aus 3 nach dem Verschweißen im Querschnitt;
4: ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Befestigen eines Elements an einem drehbaren Bauteil eines Elektromotors gemäß einem Beispiel;
5a: eine Anordnung mit einem Zahnrad, einem zu fixierenden scheibenförmigen Magneten und einem Niederhalter gemäß einem Beispiel im Querschnitt;
5b: die Anordnung aus 5a in Draufsicht;
5c: die Anordnung aus 5a vor dem Zusammenbau in Draufsicht; und
6: eine Anordnung mit einem Zahnrad, einem zu fixierenden scheibenförmigen Magneten und einem Niederhalter mit radialen Vorsprüngen gemäß einem Beispiel in einer Explosionsdarstellung.

BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1a-1c zeigen eine erfindungsgemäße Anordnung 100 mit einem Tragelement 102, einem zu fixierenden Element 120 sowie einem Niederhalter 130 gemäß einem Beispiel. 1a zeigt die Komponenten 102, 120, 130 der Anordnung 100 als Einzelteile vor dem Verschweißen in Draufsicht. 1b und 1C zeigen die Anordnung nach dem Verschweißen in Draufsicht bzw. im Querschnitt.
In dem in 1a gezeigten Beispiel ist das Tragelement 102 ein Zahnrad, z.B. zur Verwendung in einem Elektromotor. In anderen Ausführungsformen kann das Tragelement z.B. ein anderes Bauteil eines Elektromotors sein, insbesondere ein drehbares Bauteil wie etwa ein Rotor, eine Welle oder ein mit dem Rotor mechanisch gekoppeltes Stellglied.
Das Zahnrad 102 weist an seinem äußeren Umfang einen Zahnkranz 104 und in seinem Zentrum eine Öffnung 106 auf, die sich entlang einer Drehachse 108 durch das Zahnrad 102 erstreckt. Das Zahnrad 102 ist dazu eingerichtet, sich um die Drehachse 108 zu drehen. Das Zahnrad 102 weist z.B. einen Durchmesser zwischen 10 mm und 100 mm auf, in einem Beispiel zwischen 20 mm und 50 mm. Das Zahnrad 102 kann beispielsweise aus Metall hergestellt sein, z.B. aus Stahl und/oder Aluminium, und/oder aus einem harten Kunststoff, insbesondere einem glasfaserverstärkten Kunststoff. Das Zahnrad 102 kann beispielsweise mittels eines Fräsverfahrens und/oder eines Gussverfahrens hergestellt worden sein. In manchen Ausgestaltungen ist das gesamte Zahnrad 102 einstückig hergestellt. In anderen Beispielen können einzelne Elemente nachträglich an dem Zahnrad 102 befestigt worden sein, z.B. mit diesem verklebt sein.
Das Zahnrad 102 umfasst ferner eine zylindrische Hohlwelle 110, die den Rand der Öffnung 108 bildet und sich über die Stirnflächen des Zahnrads 102 hinaus entlang der Drehachse 108 erstreckt. Die Hohlwelle 110 kann dazu eingerichtet sein, mit einer Achse 112 mechanisch gekoppelt zu werden, z.B. um das Zahnrad 102 mit einem anderen Element mechanisch zu koppeln. In einigen Ausführungsformen weist eine Innen- oder Außenseite der Hohlwelle 110 ein Mitnahmeprofil auf, z.B. ein polygonales Mitnahmeprofil wie etwa einen Innen- oder Außensechskant. In manchen Ausgestaltungen weist das Zahnrad keine Hohlwelle 110 und/oder keine Öffnung 106 auf.
Das Zahnrad 102 weist an einer Stirnseite eine Vertiefung 114 auf, die dazu eingerichtet ist, das zu fixierende Element 120 aufzunehmen. Im Beispiel der 1a umfasst das zu fixierende Element 120 einen Ring 122, der eine Öffnung 124 umgibt. Entsprechend ist auch die Vertiefung 114 ringförmig und erstreckt sich in Umfangsrichtung um die Öffnung 106 und die Drehachse 108 des Zahnrads 102. Eine Bodenfläche der Vertiefung 114 kann senkrecht zur Drehachse 108 sein. Ein Außendurchmesser der Vertiefung 114 ist geringfügig größer als ein Außendurchmesser des Elements 120, so dass das Element 120 radial spielfrei in der Vertiefung 114 angeordnet werden kann. Eine Tiefe der Vertiefung 114 in Richtung der Drehachse 108 kann einer Dicke des Element 120 entsprechen, so dass eine freiliegende Oberfläche des Elements 120 bündig mit einer Oberfläche auf der Stirnseite des Zahnrads 102 ist, wenn das Element 120 sich in der Vertiefung 114 befindet.
Entlang des Innenrandes der Vertiefung 114 ist eine Vielzahl von Auflagerippen 116 angeordnet. Im Beispiel der 1a umfasst das Zahnrad 102 zwölf Auflagerippen, die kreisförmig um die Drehachse 108 angeordnet sind. Die zur Drehachse 108 senkrechten Oberflächen der Auflagenrippen 116 bilden eine erste Auflagefläche für den Niederhalter 130. Die Auflagerippen 116 stehen von der Bodenfläche der Vertiefung 114 parallel zu der Drehachse 108 hervor. Die Höhe der Auflagerippen 116 in Richtung der Drehachse kann wie in 1a gezeigt der Tiefe der Vertiefung 114 entsprechen, so dass die erste Auflagefläche bündig mit einer an den Zahnkranz 104 angrenzenden Oberfläche des Zahnrads 102 ist. Die Auflagerippen 116 erstrecken sich von einem äußeren Rand der Hohlwelle 110 senkrecht zur Drehachse in radialer Richtung in die Vertiefung 114 hinein, wobei die Länge der Auflagerippen 116 in radialer Richtung beispielsweise zwischen 1 mm und 6 mm betragen kann. Die Dicke der Auflagerippen 116 entlang der Umfangrichtung kann zum Beispiel zwischen 0.3 mm und 3 mm betragen.
Die Auflagerippen 116 sind entlang des von der Außenfläche der Hohlwelle 110 gebildeten inneren Randes der Vertiefung 114 so angeordnet, dass das zu fixierende Element 120 durch die Auflagerippen 116 drehfest in der Vertiefung 114 gehalten wird. Hierzu weist ein Umfang, der durch die parallel zur Drehachse 108 verlaufenden freistehenden Endflächen der Auflagerippen 116 definiert wird, im Vergleich zu einer durch die gestrichelte Linie in 1a angedeuteten Kreisform eine Aussparung 116A auf, die beispielsweise die Form eines Kreissegmentes haben kann. Hierzu kann beispielsweise die radiale Länge der Auflagerippen 116 unterschiedlich sein und/oder eine Außenwand der Hohlwelle 110 eine entsprechende Aussparung aufweisen wie in 1a gezeigt. Die Aussparung 116A ist dazu eingerichtet, mit einer Ausbuchtung 122A an einer Innenseite des Rings 122 des Elements 120 ineinander zu greifen, um eine Drehung des Elements 120 in der Vertiefung zu verhindern. In anderen Ausführungsformen können die Auflagerippen 116 entlang des Umfangs alternativ oder zusätzlich eine Ausbuchtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, mit einer Aussparung in dem Ring 122 ineinander zu greifen.
Die Anordnung 100 umfasst weiterhin einen Niederhalter 130, der dazu eingerichtet ist, durch Ultraschallschweißen mit dem Zahnrad 102 verbunden zu werden, um das zu fixierende Element 120 an dem Zahnrad 102 zu befestigen. Der Niederhalter 130 umfasst einen Ring 132, der sich in Umfangsrichtung um eine Öffnung 134 erstreckt. Die Form des Niederhalters 130 ist so gewählt, dass der Niederhalter 130 sich entlang eines Randes des Elements 120 erstreckt. In einigen Ausführungsformen ist der Niederhalter 130 einstückig aus einem Material hergestellt, z.B. aus Aluminium oder einem thermoplastischen Kunststoff. In manchen Ausgestaltungen kann der Niederhalter 130 ähnlich oder identisch zu dem in 2a, 2b dargestellten Niederhalter sein.
Der Niederhalter 130 weist an einer Stirnseite des Rings, in Beispiel der 1C an einer Unterseite des Rings 132, einen inneren ersten Energierichtungsgeber 136 und einen äußeren zweiten Energierichtungsgeber 138 auf. Die Energierichtungsgeber 136, 138 ragen aus der Stirnseite des Rings 132 hervor und haben einen dreieckigen Querschnitt mit einer von dem Ring 132 wegzeigenden Spitze. Die Seitenflächen der Energierichtungsgeber 136, 138 können an der Spitze beispielsweise einen Winkel zwischen 30° und 90° einschließen und eine Höhe der Energierichtungsgeber 136, 138 senkrecht zur Stirnseite des Rings 132 kann zum Beispiel zwischen 0.1 mm und 0.7 mm betragen. Die Spitzen der Energierichtungsgeber 136, 138 können jeweils dazu eingerichtet sein, während eines Ultraschallschweißvorgangs eine gezielte und lokal begrenzte Energiezuführung an einer Kontaktfläche zwischen der Spitze des Energierichtungsgebers 136, 138 und der jeweiligen Auflagefläche zu erreichen und durch die entstehende Reibung den Energierichtungsgeber 136, 138 und/oder die jeweilige Auflagefläche aufzuschmelzen.
Wird der Niederhalter 130 auf das Zahnrad 102 und das in der Vertiefung 114 befindliche Element 120 aufgelegt, kommt der erste Energierichtungsgeber 136 mit der ersten Auflagefläche auf den Oberseiten der Auflagerippen 116 in Kontakt und der zweite Energierichtungsgeber 138 mit einer zweiten Auflagefläche auf der freiliegenden Stirnseite des Rings 122 des Elements 120. Die Energierichtungsgeber 136, 138 sind dazu eingerichtet, während eines Ultraschallschweißvorganges ganz oder teilweise aufzuschmelzen. Die Materialien der Auflagerippen 116, des Elements 120 und des Niederhalters 130 können beispielsweise so gewählt werden, dass eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Niederhalter 130 und dem Zahnrad 102 sowie in manchen Ausführungsformen zudem eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Niederhalter 130 und Element 120 entsteht, z.B. wie unten für das Verfahren 400 aus 4 beschrieben. Ist der Niederhalter 130 mit dem Zahnrad 102 fest verbunden, fixeren der Ring 132 und der zweite Energierichtungsgeber 136 das Element 120 in axialer Richtung in der Vertiefung 112.
2a zeigt eine Draufsicht auf die Unterseite eines erfindungsgemäßen Niederhalters 130 gemäß einem Beispiel. In 2b ist ein Querschnitt durch den Niederhalter 130 entlang der Linie X-X in 2a dargestellt. Der Niederhalter 130 aus 2a, 2b kann beispielsweise als Niederhalter für die Anordnung 100 aus 1a-1c verwendet werden. Der Niederhalter 130 umfasst einen Ring 132, der eine Öffnung 134 umgibt, sowie einen ersten Energierichtungsgeber 136 und einen zweiten Energierichtungsgeber 138. Der Niederhalter 130 kann zum Beispiel aus einem Metall wie Aluminium und/oder aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt sein.
In dem Beispiel aus 2a, 2b ist der erste Energierichtungsgeber 136 ein kreisförmiger umlaufender Steg, der sich auf der Unterseite des Rings 132 in Umfangsrichtung entlang des gesamten inneren Randes des Rings 132 erstreckt. Wird der Niederhalter 130 auf die erste Auflagefläche des Zahnrads 102 gelegt, so kommen Abschnitten des umlaufenden Stegs jeweils mit einer der Auflagerippen 116 in Kontakt.
Der zweite Energierichtungsgeber 138 umfasst eine Vielzahl von Nasen 138A, in diesem Beispiel acht Nasen, die auf der Unterseite des Ringes 132 entlang eines äußeren Randes des Rings 132 angeordnet sind. Jede der Nasen 138A erstreckt sich in Umfangsrichtung entlang eines Kreisbogens, wobei ein Öffnungswinkel des Kreisbogens beispielsweise zwischen 5° und 30° betragen kann. Wird der Niederhalter 130 auf das Element 120 gelegt, so kommt jede der Nasen 138A mit der zweiten Auflagefläche auf der Oberseite des Elements 120 in Kontakt.
Der zweite Energierichtungsgeber 138 umfasst weiterhin eine innere und eine äußere Nut 138B, die jeweils durch eine ringförmige Vertiefung in der Unterseite des Rings 132 gebildet werden. Die innere Nut 138B verläuft in Umfangsrichtung entlang des gesamten Rings 132 auf einer Innenseite der Nasen 138A. Die äußere Nut 138B verläuft in Umfangsrichtung entlang des gesamten Rings 132 auf einer Außenseite der Nasen 138A. Die Nuten 138B sind dazu eingerichtet, geschmolzenes Material von den Nasen 138A aufzunehmen. Eine Querschnittsfläche der Nuten 138B kann beispielsweise so gewählt werden, dass das gesamte Material der Nasen 138A von den Nuten 138B aufgenommen werden kann. In anderen Beispielen kann der erste Energierichtungsgeber 136 ebenfalls eine entsprechende Nut aufweisen.
3a und 3b zeigen eine erfindungsgemäße Anordnung 300 gemäß einem weiteren Beispiel. Die Anordnung 300 ist ähnlich der Anordnung 100 und umfasst ebenfalls ein Zahnrad 102 als Tragelement, ein zu fixierendes Element 120 sowie einen Niederhalter 130, der dazu eingerichtet ist, durch Ultraschallschweißen mit dem Zahnrad 102 verbunden zu werden, um das zu fixierende Element 120 an dem Zahnrad 102 zu befestigen. 3a zeigt die Bestandteile der Anordnung 300 in einer Explosionsdarstellung, während 3b einen Querschnitt durch die Anordnung 300 nach dem Verschweißen darstellt.
In diesem Beispiel ist das Zahnrad 102 ein Abtriebsrad zur Verwendung in einem Elektromotor (nicht gezeigt), das beispielsweise dazu eingerichtet ist, den Elektromotor mit einem Stellglied (nicht gezeigt) mechanisch zu koppeln. Das zu fixierende Element 120 kann beispielsweise ein ringförmiger Magnet sein, z.B. ein Neodym-Eisen-Bor-Magnet (NdFeB), der zur Bestimmung der Stellung des Abtriebsrads 102 mittels eines Magnetfeldsensors (nicht gezeigt) verwendet wird. Im Gegensatz zu dem Zahnrad der Anordnung 100 aus 1a-1c weist das Abtriebsrad 102 statt der Hohlwelle 110 einen ersten Schaft 302A und einen zweiten Schaft 302B auf, die sich von gegenüberliegenden Stirnseiten des Abtriebsrads 102 aus in entgegengesetzte Richtungen entlang der Drehachse 108 erstrecken. Der erste Schaft 302A hat eine zylindrische Form und kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, drehbar in einer passenden Führung für das Abtriebsrad 102 aufgenommen zu werden. Um die Anordnung zusammenzubauen, werden der Magnet 102 sowie der Niederhalter 130 auf den ersten Schaft 302A aufgesteckt und anschließend ein Ultraschallschweißvorgang durchgeführt. Eine innere Randfläche des Niederhalters 130 kann mit einer Außenfläche des ersten Schafts 302A in Kontakt sein.
Der zweite Schaft 302B weist ebenfalls eine zylindrische Außenfläche auf. In einer freistehenden Endfläche des zweiten Schafts 302B befindet sich eine Vertiefung, die sich entlang der Drehachse 108 in den zweiten Schaft 302B hinein erstreckt. Die Vertiefung weist an ihrem Rand ein Mitnahmeprofil 304 auf, das dazu eingerichtet ist, ein Stellglied (nicht gezeigt) mechanisch mit dem Abtriebsrad 102 zu koppeln. Das Mitnahmeprofil 304 kann beispielsweise ein Innensechskantprofil oder ein Innenachtkantprofil sein.
4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 400 zum Befestigen eines Elements an einem drehbaren Bauteil eines Elektromotors gemäß einem Beispiel. Das Verfahren 400 wird im Folgenden bespielhaft anhand der Anordnung 100 aus 1a-1c und dem Niederhalter 130 aus 2a, 2b beschrieben, wobei das Zahnrad 102 als Beispiel für ein drehbares Bauteil dient. Das Verfahren 400 ist aber nicht auf diese Anwendung beschränkt und kann auch zur Befestigung anderer Elemente an einem Zahnrad oder an einem anderen drehbar gelagerten Element in einem Elektromotor verwendet werden, z.B. für die Anordnung 300 aus 3a, 3b, die Anordnung 500 aus 5a-5C oder die Anordnung 600 aus 6. Des Weiteren ist die Ausführung des Verfahrens 400 nicht auf die von dem Flussdiagramm in 4 angedeutete Reihenfolge beschränkt. Soweit technisch möglich, können die Schritte des Verfahrens 400 in einer beliebigen Reihenfolge ausgeführt werden und insbesondere zumindest teilweise gleichzeitig ausgeführt werden.
Das Verfahren 400 umfasst das Anordnen des Elements 120 auf einer Aufnahmefläche des Zahnrads 102 in Schritt 402. Im Beispiel der Anordnung 100 ist die Aufnahmefläche die Bodenfläche der Vertiefung 114. In Schritt 402 wird der Ring 122 des Elements 120 auf die Hohlwelle 110 aufgesteckt, so dass die Drehachse 108 des Zahnrads 102 durch die Öffnung 124 verläuft. Das Element 120 und/oder das Zahnrad 102 werden zudem in Umfangsrichtung so gedreht, dass die Ausbuchtung 122A des Rings 122 über der Aussparung 116A der Auflagerippen 116 zu liegen kommt. Anschließend wird das Element 120 in die Vertiefung 114 eingelassen, so dass eine Stirnseite des Rings 122 mit der Aufnahmefläche in Kontakt kommt und die Aussparung 116A mit der Ausbuchtung 122 ineinander greift, um das Element 120 drehfest in der Vertiefung 114 zu halten.
In Schritt 404 wird der Niederhalter 130 auf das Zahnrad 102 und das Element 120 gelegt. Hierzu wird der Ring 132 auf die Hohlwelle 110 aufgesteckt, so dass die Drehachse 108 des Zahnrads 102 durch die Öffnung 134 verläuft. Anschließend wird der Niederhalter 130 so auf dem Zahnrad 102 angeordnet, dass der erste Energierichtungsgeber 136 in Kontakt mit der ersten Auflagefläche kommt, d.h. dass der durchgehende Steg des ersten Energierichtungsgebers 136 auf den Oberseiten der Auflagerippen 116 aufliegt. Der Niederhalter 130 wird zudem so auf dem Element 120 angeordnet, dass der zweite Energierichtungsgeber 138 in Kontakt mit der zweiten Auflagefläche kommt, d.h. dass die hervorstehenden Nasen 138A auf der freiliegenden Oberseite des Elements 120 aufliegen. Der Niederhalter 130 wird somit über die Energierichtungsgeber 136, 138 durch die Auflagerippen 116 bzw. die freiliegende Oberfläche des Elements 120 abgestützt.
Anschließend wird in Schritt 406 ein Ultraschallschweißvorgang durchgeführt, um das Element 120 mittels des Niederhalters 130 an dem Zahnrad 102 zu befestigen. Hierzu kann eine hochfrequente mechanische Schwingung auf den Niederhalter 130, das Element 120 und/oder das Zahnrad 102 übertragen werden. In einem Beispiel wird die Schwingung über eine flächige Sonotrode in axialer oder radialer Richtung großflächig auf den gesamten Niederhalter 130 übertragen. In einem anderen Beispiel wird die Schwingung über eine punktförmige Sonotrode auf einen begrenzten Abschnitt des Niederhalters 130 übertragen und die Sonotrode im Verlauf des Ultraschallschweißvorgangs in Umfangsrichtung entlang des Niederhalters 130 bewegt. Die Frequenz der Schwingung kann beispielsweise im Bereich zwischen 20 kHz und 40 kHz liegen. Die Dauer des Ultraschallschweißvorgangs kann beispielsweise zwischen 100 ms und 2 s betragen. Der Schritt 406 kann zudem einen Abkühlvorgang umfassen, damit sich während des Ultraschallschweißvorgangs verflüssigtes Material wieder verfestigt. Die Dauer des Abkühlvorgangs kann beispielsweise zwischen 300 ms und 3 s betragen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfassen der erste Energierichtungsgeber 136 und die Auflagerippen 116 Materialen, die miteinander durch Ultraschallschweißen verschweißbar sind. Der erste Energierichtungsgeber 136 und die Auflagerippen 116 können beispielsweise aus dem gleichen Metall oder thermoplastischen Kunststoff bestehen und jeweils während des Ultraschallschweißvorgangs zumindest teilweise schmelzen. Entsprechend kann während des Ultraschallschweißvorgangs der erste Energierichtungsgeber 136 mit den Auflagenrippen 116 verschweißt werden und so eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Niederhalter 120 und dem Zahnrad 102 hergestellt werden.
Bevorzugt umfassen zudem der zweite Energierichtungsgeber 138 und die freiliegende Oberfläche des Elements 120 Materialien, die nicht durch Ultraschallschweißen miteinander verschweißbar sind. Beispielsweise kann der zweite Energierichtungsgeber 138 aus einem Metall oder thermoplastischen Kunststoff bestehen, das/der während des Ultraschallschweißvorgangs zumindest teilweise schmilzt, während die freiliegende Oberfläche des Elements 120 aus einem Metall oder Kunststoff mit einem wesentlich höheren Schmelzpunkt besteht und während des Ultraschallschweißvorgangs nicht schmilzt. In einem Beispiel besteht die freiliegende Oberfläche des Elements 120 aus einer ferromagnetischen Legierung, z.B. aus einer NdFeB-Legierung. Der zweite Energierichtungsgeber 138 kann während des Ultraschallschweißvorgangs und/oder des Abkühlvorgangs durch das Eigengewicht des Niederhalters 130 und/oder durch einen von außen ausgeübten Druck in Kontakt mit dem Element 120 gehalten werden, so dass der Niederhalter 130 nach Abschluss des Verfahrens 400 das Element 120 axial spielfrei in der Vertiefung 114 hält. Geschmolzenes Material von den Nasen 138A kann in den Nuten 138B aufgefangen werden, um eine klar definierte Kontaktfläche zu erzeugen.
In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 400 weiterhin den Einbau des Zahnrads 102 in einen Elektromotor umfassen. Das Verfahren 400 kann insbesondere das mechanische Koppeln des Zahnrads 102 mit einem Rotor des Elektromotors umfassen, beispielsweise indem der Zahnkranz 104 des Zahnrads 102 in Kontakt mit einem Zahnrad eines mit dem Rotor mechanisch gekoppelten Getriebes gebracht wird. In einigen Ausgestaltungen ist das Zahnrad 102 ein Abtriebsrad und das Verfahren kann zudem das mechanische Koppeln des Abtriebsrads mit einem Stellglied umfassen.
5a, 5b und 5c zeigen eine erfindungsgemäße Anordnung 500 mit einem Zahnrad 102 als Tragelement, einem an dem Zahnrad 102 zu fixierenden Magneten 120 und einem Niederhalter 130 gemäß einem weiteren Beispiel. 5a und 5b zeigen die Anordnung nach dem Zusammenbau im Querschnitt bzw. in Draufsicht. 5c zeigt das Zahnrad 102, den Magneten 120 und den Niederhalter 130 als separate Einzelteile in Draufsicht.
Das Zahnrad 102 der Anordnung 500 kann ähnlich dem Zahnrad der Anordnung 100 aus 1a-1c sein. Allerdings weist das Zahnrad 102 der Anordnung 500 keine Öffnung 106 entlang seiner Drehachse 108 auf, sondern hat durchgehende Stirnseiten, die sich zwischen den Zähnen des Zahnkranzes 104 erstrecken. Anstelle der Hohlwelle 110 weist das Zahnrad 102 einen zylindrischen Schaft 502 auf, der sich von einer der Vertiefung 114 gegenüberliegenden Stirnseite des Zahnrads 102 entlang der Drehachse 108 erstreckt.
Im Beispiel der Anordnung 500 ist der zu befestigende Magnet 120 eine durchgehende Scheibe, die keine Öffnung aufweist. Die Vertiefung 114 befindet sich auf der Drehachse 108 im Zentrum des Zahnrads 102, so dass sich die Drehachse 108 durch den Körper des Magneten 120 erstreckt, wenn der Magnet 120 in der Vertiefung 114 angeordnet ist. Das Zahnrad 102 weist zudem eine ringförmige Vertiefung 504 auf, die sich in Umfangsrichtung um die Drehachse 108 und die zentrale Vertiefung 114 erstreckt. Zwischen der zentralen Vertiefung 114 und der äußeren ringförmigen Vertiefung 504 befindet sich ein umlaufender Steg 506, dessen zur Drehachse 108 senkrechte Oberfläche bündig mit einer freiliegenden Oberfläche des Magneten 120 ist und die erste Auflagefläche für den Niederhalter 130 bildet. Die ringförmige Vertiefung 504 kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, eine zylindrische Führung oder Führungsrippen 508 aufzunehmen, die in Kontakt mit einer inneren oder äußeren Randfläche der ringförmigen Vertiefung 504 sein können, um das Zahnrad 102 zu führen. An seiner inneren Umrandung weist der Steg 506 eine Ausbuchtung 506A auf, die dazu eingerichtet ist, mit einer Aussparung 120A am Umfang des Magneten 120 ineinander zu greifen, um den Magneten 120 drehfest in der zentralen Vertiefung 114 zu halten.
Der Niederhalter 130 kann ähnlich zu dem oben beschriebenen Niederhalter aus 2a, 2b sein, wobei aber der erste Energierichtungsgeber 136 radial außerhalb des zweiten Energierichtungsgebers 138 angeordnet ist, so dass der erste Energierichtungsgeber 136 mit der Oberfläche des Stegs 506 in Kontakt kommt bzw. mit dieser verschweißt ist.
6 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung 600 mit einem Abtriebsrad 102 als Tragelement, einem an dem Abtriebsrad 102 zu fixierenden scheibenförmigen Magneten 120 und einem Niederhalter 130 gemäß einem weiteren Beispiel in einer Explosionsdarstellung. Das Abtriebsrad 102 und der Magnet 120 sind ähnlich dem Zahnrad bzw. Magneten der Anordnung 500. Der Schaft 502 des Abtriebsrads 102 kann ähnlich dem Schaft 302B des Abtriebsrads aus 3a, 3b dazu eingerichtet sein, das Abtriebsrad 102 mit einem Stellglied (nicht gezeigt) mechanisch zu koppeln.
Der Niederhalter 130 der Anordnung 600 ist ähnlich dem Niederhalter der Anordnung 500. Der erste Energierichtungsgeber 136 ist ein umlaufender Steg, der aus einer Unterseite eines Rings 132 hervorsteht und sich in Umfangsrichtung entlang des gesamten Rings 132 erstreckt. Der Niederhalter 130 der Anordnung 600 weist zudem mehrere Vorsprünge 602 auf, die sich von einer inneren Randfläche des Rings 132 radial nach innen erstrecken. Im Beispiel der 6 weist der Niederhalter 130 vier Vorsprünge 602, die in gleichmäßigen Abständen entlang des Rings 132 angeordnet sind. Der zweite Energierichtungsgeber 138 umfasst eine Vielzahl von hervorstehenden Nasen, wobei jeweils eine Nase auf einer Unterseite eines Vorsprungs 602 angeordnet ist, z.B. an einem freiliegenden Ende des jeweiligen Vorsprungs 602. Wird der Niederhalter 130 auf das Abtriebsrad 102 und den Magneten 120 gelegt, kommt der umlaufende Steg des ersten Energierichtungsgebers 136 in Kontakt mit der Oberseite des Stegs 506 auf dem Abtriebsrad 102 und die Nasen 138A des zweiten Energierichtungsgebers 138 in Kontakt mit der freiliegenden Oberfläche des scheibenförmigen Magneten 120.
Durch die Anordnung der Nasen 138A auf den Vorsprüngen 602 statt auf dem Ring 132 kann die von dem zweiten Energierichtungsgeber 138 auf den Magneten 120 ausgeübte Kraft besser dosiert werden, z.B. um eine ausreichende axiale Fixierung zu gewährleisten ohne den Magneten 120 zu beschädigen. Um die auf den Magneten 120 wirkende Kraft zu verringern, kann beispielsweise eine Länge der Vorsprünge 602 in radialer Richtung vergrößert werden und/oder eine Querschnittsfläche der Vorsprünge 602 senkrecht zur radialen Richtung verkleinert werden. In einem Beispiel beträgt eine radiale Länge der Vorsprünge zwischen 1 mm und 5 mm und eine Querschnittsfläche zwischen 0.5 mm² und 5 mm². In einigen Ausführungsformen können sich die Vorsprünge 602 in radialer Richtung verjüngen und an einer freiliegenden Endfläche eine kleinere Querschnittsfläche aufweisen als an der inneren Randfläche des Rings 132. In einem Beispiel kann die von dem Niederhalter 130 auf den Magneten 120 ausgeübte Kraft nach dem Verschweißen der Anordnung 600 zwischen o N und 5 N betragen. Eine maximale Rückstellkraft des Niederhalters 130 auf den Magneten 120, d.h. die Kraft, die ausgeübt werden muss, um den Magneten 120 aus der Vertiefung 114 zu lösen, kann beispielsweise zwischen 50 N und 150 N betragen.
Die beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen und die Figuren dienen nur zur rein beispielhaften Illustration. Die Erfindung kann in ihrer Gestalt variieren, ohne dass sich das zugrundeliegende Funktionsprinzip ändert. Der Schutzumfang des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich allein aus den folgenden Ansprüchen.
Bezugszeichenliste

100: Anordnung
102: Tragelement
104: Zahnkranz
106: Öffnung
108: Drehachse
110: Hohlwelle
112: Achse
114: Vertiefung
116: Auflagerippe
116A: Aussparung
120: zu fixierendes Element
120A: Aussparung
122: Ring
122A: Ausbuchtung
124: Öffnung
130: Niederhalter
132: Ring
134: Öffnung
136: erster Energierichtungsgeber
138: zweiter Energierichtungsgeber
138A: Nase
138B: Nut
300: Anordnung
302A: erster Schaft
302B: zweiter Schaft
304: Mitnahmeprofil
400: Verfahren zum Befestigen eines Elements an einem drehbaren Bauteil
402: Anordnen des Elements
404: Auflegen des Niederhalters
406: Ultraschallschweißen
500: Anordnung
502: Schaft
504: ringförmige Vertiefung
506: Steg
506A: Ausbuchtung
508: Führungsrippe
600: Anordnung
602: radialer Vorsprung

Claims

Verfahren (400) zum Befestigen eines Elements (120) an einem drehbaren Bauteil (102) eines Elektromotors mittels eines Niederhalters (130), wobei: das drehbare Bauteil (102) eine Aufnahmefläche aufweist, die sich senkrecht zu einer Drehachse (108) des Bauteils (102) um die Drehachse (108) erstreckt und dazu eingerichtet ist, das Element (120) aufzunehmen; der Niederhalter (130) einen ersten Energierichtungsgeber (136) und einen zweiten Energierichtungsgeber (138) aufweist, die aus einer Oberfläche des Niederhalters (130) hervorstehen; das drehbare Bauteil (102) eine erste Auflagefläche aufweist, die sich entlang eines Randes der Aufnahmefläche erstreckt und dazu eingerichtet ist, den Niederhalter (130) über den ersten Energierichtungsgeber (136) in axialer Richtung abzustützen; und das Element (120) eine zweite Auflagefläche aufweist, die dazu eingerichtet ist, den Niederhalter (130) über den zweiten Energierichtungsgeber (138) abzustützen; das Verfahren umfassend: Anordnen des Elements (120) auf der Aufnahmefläche; Auflegen des Niederhalters (130) auf die erste und die zweite Auflagefläche, so dass der erste Energierichtungsgeber (136) in Kontakt mit der ersten Auflagefläche kommt und der zweite Energierichtungsgeber (138) in Kontakt mit der zweiten Auflagefläche kommt; und Durchführen eines Ultraschallschweißvorgangs, um das Element (120) mittels des Niederhalters (130) an dem drehbaren Bauteil (102) zu befestigen.
Verfahren (400) nach Anspruch 1, wobei bei dem Ultraschallschweißvorgang: der erste Energierichtungsgeber (136) mit der ersten Auflagefläche verschweißt wird; und der zweite Energierichtungsgeber (138) zumindest teilweise geschmolzen wird, um das Element (120) axial spielfrei auf der Aufnahmefläche zu fixieren.
Verfahren (400) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Energierichtungsgeber (138) zumindest teilweise geschmolzen wird, ohne dass der zweite Energierichtungsgeber (138) mit der zweiten Auflagefläche verschweißt wird.
Verfahren (400) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Energierichtungsgeber (138) zumindest teilweise geschmolzen wird und wobei der zweite Energierichtungsgeber (138) mit der zweiten Auflagefläche verschweißt wird.
Verfahren (400) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: einer der Energierichtungsgeber (138) eine Anzahl hervorstehender Nasen (138A) aufweist und eine der Auflageflächen eine durchgehende Auflagefläche ist; und der Niederhalter (130) so auf die Auflageflächen gelegt wird, dass die hervorstehenden Nasen (138A) in Kontakt mit der durchgehenden Auflagefläche kommen.
Verfahren (400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: eine der Auflageflächen eine Vielzahl von Auflagerippen (116) umfasst und einer der Energierichtungsgeber (136) einen durchgehenden Steg umfasst; und der Niederhalter (130) so auf die Auflageflächen gelegt wird, dass die Auflagerippen (116) in Kontakt mit dem durchgehenden Steg kommen.
Verfahren (400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Element (120) auf der Aufnahmefläche drehfest angeordnet wird.
Verfahren (400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Niederhalter (130) ringförmig ist und so auf die erste und die zweite Auflagefläche aufgelegt wird, dass die Drehachse (108) des drehbaren Bauteils (102) durch eine Öffnung (134) des Niederhalters (130) verläuft.
Verfahren (400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das drehbare Bauteil (102) ein Zahnrad ist und das Verfahren weiterhin das mechanische Koppeln des Zahnrads (102) mit einem Rotor des Elektromotors umfasst.
Anordnung (100, 300, 500, 600) mit einem Tragelement (102), einem zu fixierenden Element (120) und einem Niederhalter (130), der dazu eingerichtet ist, durch Ultraschallschweißen mit dem Tragelement (102) verbunden zu werden, um das zu fixierende Element (120) an dem Tragelement (102) zu befestigen, wobei: das Tragelement (102) eine Vertiefung (114) aufweist, die dazu eingerichtet ist, das zu fixierende Element (120) aufzunehmen; das Tragelement (102) eine erste Auflagefläche umfasst, die entlang eines Randes der Vertiefung (114) angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, den Niederhalter (130) abzustützen; der Niederhalter (130) einen ersten Energierichtungsgeber (136) und einen zweiten Energierichtungsgeber (138) aufweist, die aus einer Oberfläche des Niederhalters (130) hervorstehen; der erste Energierichtungsgeber (136) dazu eingerichtet ist, mit der ersten Auflagefläche in Kontakt zu kommen, um den Niederhalter (130) auf der ersten Auflagefläche abzustützen; und der zweite Energierichtungsgeber (138) eine Anzahl von hervorstehenden Nasen (138A) umfasst, die jeweils dazu eingerichtet sind, mit dem zu fixierenden Element (120) in Kontakt zu kommen, wenn das zu fixierende Element (120) in der Vertiefung (114) angeordnet ist und der Niederhalter (130) auf der ersten Auflagefläche abgestützt wird.
Die Anordnung (100, 300, 500, 600) nach Anspruch 10, wobei der erste Energierichtungsgeber (136) einen umlaufenden Steg umfasst, der aus der Oberfläche des Niederhalters (130) hervorsteht.
Die Anordnung (100, 300, 500, 600) nach Anspruch 10 oder 11, wobei: der erste Energierichtungsgeber (136) und die erste Auflagefläche Materialen umfassen, die miteinander durch Ultraschallschweißen verschweißbar sind; und der zweite Energierichtungsgeber (138) ein Material umfasst, das durch Ultraschallschweißen schmelzbar ist.
Die Anordnung (100, 300) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Material des zweiten Energierichtungsgebers (138) mit dem zu fixierenden Element (120) durch Ultraschallschweißen verschweißbar ist.
Die Anordnung (100, 300) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Material des zweiten Energierichtungsgebers (138) nicht mit dem zu fixierenden Element (120) durch Ultraschallschweißen verschweißbar ist.
Die Anordnung (100, 300) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die erste Auflagefläche eine Vielzahl von Auflagerippen (116) umfasst, die in der Vertiefung (114) entlang des Randes der Vertiefung (114) angeordnet sind.
Die Anordnung (100, 300) nach Anspruch 15, wobei die Auflagerippen (116) entlang des Randes der Vertiefung (114) so angeordnet sind, dass das zu fixierende Element (120) durch die Auflagerippen (116) drehfest in der Vertiefung (114) gehalten wird.
Die Anordnung (100, 300, 500, 600) nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei das Tragelement (102) eine drehbare Welle (110, 302A, 302B, 502) aufweist und der Niederhalter (130) dazu eingerichtet ist, das zu fixierende Element (120) in axialer Richtung zu fixieren.
Die Anordnung (100, 300, 500, 600) nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei das Tragelement (102) ein Zahnrad umfasst und das zu fixierende Element (120) ein Magnet zur Positionsbestimmung des Zahnrads (102) ist.
Die Anordnung (100, 300, 500, 600) nach einem der der Ansprüche 10 bis 18, wobei der Niederhalter (130) durch Ultraschallschweißen mit dem Tragelement (102) verbunden ist und das zu fixierende Element (120) in der Vertiefung (114) fixiert.
Niederhalter (130) zur Fixierung zweier Elemente (102, 120) mittels Ultraschallschweißens, umfassend einen Ring (132), einen ersten Energierichtungsgeber (136) und einen zweiten Energierichtungsgeber (138), wobei: der erste Energierichtungsgeber (136) einen umlaufenden Steg umfasst, der in axialer Richtung auf einer Stirnseite des Rings (132) hervorsteht und sich in Umfangsrichtung entlang des Rings (132) erstreckt; und der zweite Energierichtungsgeber (138) eine Anzahl von Nasen (138A) umfasst, die in axialer Richtung auf der Stirnseite des Rings (132) hervorstehen und in Umfangsrichtung entlang des Rings (132) angeordnet sind.
Niederhalter (130) nach Anspruch 20, wobei der zweite Energierichtungsgeber (138) in radialer Richtung außerhalb des ersten Energierichtungsgebers (136) angeordnet ist.
Niederhalter (130) nach Anspruch 20 oder 21, wobei der zweite Energierichtungsgeber (138) zwischen 3 und 15 Nasen (138A) umfasst.
Niederhalter (130) nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei der zweite Energierichtungsgeber (138) eine Nut (138B) umfasst, die auf der Stirnseite des Rings (132) neben einer der Nasen (138A) angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, geschmolzenes Material der Nase (138A) aufzunehmen.
Niederhalter (130) nach einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei der Ring (132) eine Vielzahl von Vorsprüngen (602) aufweist, die sich von dem Ring (132) in radialer Richtung nach innen oder außen erstrecken und jede der Nasen (308A) auf einem der Vorsprünge (602) angeordnet ist.