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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit insbesondere zur Betätigung von Fahrzeugeinrichtungen eines Kraftfahrzeugs mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse untergebrachten elektrischen Antrieb, einer Vorortelektronik mit zumindest einer bestückten Leiterplatte, einem elektrischen Stecker und einem zwischen dem Stecker und der zumindest einen Leiterplatte angeordneten Stanzgitter.
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Gattungsgemäße Antriebseinheiten sind insbesondere in Kraftfahrzeugen zur Betätigung von Parksperren, automatisierten Reibungskupplungen und dergleichen vorgesehen. Derartige Antriebseinheiten weisen ein Gehäuse auf, in dem ein Elektromotor und ein Getriebe zur Wandlung der Rotationsbewegung des Rotors des Elektromotors in eine Transversalbewegung sowie eine Vorortelektronik untergebracht sind. Die nicht vorveröffentlichte deutsche Patentenanmeldung Nr. 10 2017 114 672.5 beinhaltet beispielsweise eine gattungsgemäße Antriebseinheit zur Betätigung einer Parksperre mit einem Gehäuse, in dem eine Vorortelektronik zur Steuerung und Stromversorgung eines Elektromotors untergebracht ist.
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Die Druckschrift
WO 2015/144156 A1 offenbart eine Antriebseinheit zur Betätigung einer Reibungskupplung mit einem Gehäuse, in dem ein Elektromotor und eine Vorortelektronik zur Steuerung und Versorgung des Elektromotors untergebracht ist. Ein Stecker mit einem Stanzgitter zur Verbindung einer Leiterplatte der Vorortelektronik mit dem Stecker ist senkrecht zur Leiterplatte angeordnet. Aufgabe der dort offenbarten Erfindung ist die effektive Wärmeableitung der Vorortelektronik auf das Gehäuse.
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Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung einer gattungsgemäßen Antriebseinheit. Insbesondere soll eine Antriebseinheit vorgeschlagen werden, die eine bauraumoptimierte Form aufweist.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die von diesem abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1 wieder.
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Die vorgeschlagene Antriebseinheit dient insbesondere der Betätigung von Fahrzeugeinrichtungen eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise zur Aufbringung einer Kraft entlang eines Betätigungswegs. Beispielsweise kann mittels der Antriebseinheit eine Sperrklinke einer Parksperre in ein Sperrrad formschlüssig eingelegt werden, wobei die Sperrklinke selbst beispielsweise mittels einer Transversalbewegung um einen Drehpunkt verdrehbar oder in sonstiger Weise verlagerbar ausgebildet sein kann. Beispielsweise kann mittels der Antriebseinheit eine Reibungskupplung betätigt werden, wobei eine Teller- oder Hebelfeder einer Reibungskupplung von der Antriebseinheit verlagert wird. Beispielsweise kann eine Feststell- oder Betriebsbremse von der Antriebseinheit betätigt werden, wobei beispielsweise ein oder mehrere Bremsbeläge gegen eine Bremsscheibe gedrückt werden.
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Die Antriebseinheit enthält ein in bevorzugter Weise in erforderlichem Umfang abgedichtetes Gehäuse, in dem die einzelnen Funktionsteile der Antriebseinheit abgedichtet und bevorzugt elektrisch entstört untergebracht sind. Je nach Ausbildung der Antriebseinheit kann ein elektrischer Antrieb in Form eines bevorzugt bürstenlos elektronisch kommutierten Elektromotors und einem eine Rotorbewegung in eine Translationsbewegung wandelnden Getriebe, beispielsweise ein Kugelgewindetrieb, eine Spindel mit Spindelmutter oder dergleichen vorgesehen sein. Alternativ kann der elektrische Antrieb aus einem Hubmagneten, Piezoelementen oder dergleichen ausgebildet sein.
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Der elektrische Antrieb wird von einer in dem Gehäuse untergebrachten Vorortelektronik gesteuert und mit elektrischer Energie versorgt. Weiterhin kann die Vorortelektronik gegebenenfalls Messgrößen, beispielsweise Temperatur, Druck oder dergleichen erfassen, auswerten, der Steuerung des elektrischen Antriebs zugrunde legen und/oder an ein äußeres Steuergerät übertragen. Die Vorortelektronik enthält zumindest eine mit elektronischen, passiven und/oder aktiven Bauelementen und/oder elektrischen Bauelementen bestückte Leiterplatte, auf der entsprechende Schaltkreise zur Versorgung und/oder Steuerung des elektrischen Antriebs beziehungsweise Erfassung von Messwerten ausgebildet sind. Je nach zur Verfügung stehendem Bauraum im Gehäuse, elektromagnetischer Verträglichkeit, elektrischer Funktion und/oder dergleichen können eine einzige Leiterplatte oder in mehreren Ebenen angeordnete Leiterplatten vorgesehen sein. Die zumindest eine Leiterplatte kann der Bauform des Gehäuses und/oder des elektrischen Antriebs angepasst sein. Geometrische Formen des elektrischen Antriebs und der Vorortelektronik können sich geometrisch überlagern oder überschneiden.
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Das Gehäuse enthält einen elektrischen Stecker, über den elektrische Energie von einem Bordspannungsnetz des Kraftfahrzeugs auf die Vorortelektronik übertragen wird und Daten zwischen einem äußeren Steuergerät des Kraftfahrzeugs beispielsweise über ein Datenbussystem, beispielsweise CAN-Bus (controller area network) ausgetauscht werden. Zur elektrischen Verbindung zwischen dem elektrischen Stecker und der zumindest einen Leiterplatte ist ein sogenanntes Stanzgitter vorgesehen, welches am elektrischen Stecker mehrere Kontaktstifte für eine komplementäre Buchse bereithält und an dem gegenseitigen Ende mittels entsprechender Kontaktstifte mit der zumindest einen Leiterplatte beispielsweise verlötet, verrastet oder in anderer Weise elektrisch und mechanisch fest verbunden ist.
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Um den Bauraum im Gehäuse optimal zu nutzen beziehungsweise das Gehäuse aufgrund eines optimierten Bauraums kleiner ausführen zu können und damit die Antriebseinheit in engen Bauräumen des Kraftfahrzeugs geeignet unterbringen zu können, sind die von dem Stanzgitter gebildeten Kontaktstifte des Steckers in einer ersten Ebene parallel zu einer zweiten Ebene der zumindest einen Leiterplatte angeordnet und das Stanzgitter ist um zumindest ein auf der Leiterplatte bestücktes Bauteil gelenkt. Dies bedeutet, dass Stecker und zumindest eine Leitplatte parallel zueinander ausgebildet sind und zumindest ein in einer direkten Linie des Stanzgitters angeordnetes voluminöses Bauteil der Leiterplatte in nicht störender Weise umgangen werden kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine Auslegung des Layouts der Leiterplatine aus Gründen der elektromagnetischen Verträglichkeit oder anderen Funktionszusammenhängen eine Platzierung des zumindest einen Bauteils an einer Stelle zwischen den Kontaktstiften an der zumindest einen Leiterplatte und den Kontaktstiften des Steckers notwendig oder vorteilhaft ist.
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Beispielsweise kann das zumindest eine Bauteil ein von dem Stanzgitter unmittelbar umschlossener Elektrolytkondensator sein, der beispielsweise der Entstörung der Vorortelektronik in Richtung Bordnetz des Kraftfahrzeugs dient. Der Elektrolytkondensator kann dabei einen runden Querschnitt aufweisen und bezüglich seiner Längsachse quer zu den Kontaktstiften, also liegend auf der zumindest einen Leiterplatte angeordnet sein. Durch die liegende Aufnahme des Elektrolytkondensators auf der zumindest einen Leiterplatte kann zudem eine geringe Vibrationsempfindlichkeit der zumindest einen Leiterplatte und es Elektrolytkondensators erzielt werden.
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Das Stanzgitter umgreift das zumindest eine Bauteil in besonders vorteilhafter Weise, wenn die endseitigen, den Kontaktstiften des Steckers gegenüberliegenden Kontaktstifte senkrecht zur zweiten Ebene mit der zumindest einen Leiterplatte verbunden, das heißt senkrecht zur zumindest einen Leiterplatte angeordnet sind.
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Insbesondere zur weiteren Bauraumeinsparung und zur Isolierung des Stanzgitters kann das Stanzgitter zumindest teilweise in das Gehäuse integriert sein. Beispielsweise kann das Gehäuse hierzu eine komplementär zur Form des zumindest einen Bauteils ausgebildete Tasche aufweisen, in die das zumindest eine Bauteil eingreift. Das Stanzgitter ist dabei zumindest im Bereich dieser Taschen oder außerhalb der Kontaktstifte in dem Gehäuse aufgenommen.
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Das Gehäuse kann dabei zumindest ein mittels eines Spritzgießverfahrens hergestelltes erstes Gehäuseteil aufweisen, wobei das Stanzgitter in dieses Gehäuseteil eingegossen ist. In bevorzugter Weise ist das Gehäuse aus zumindest zwei mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellten Gehäuseteilen gebildet. Das erste Gehäuseteil kann eine Führung des Steckers bilden. Dies bedeutet, dass der Stecker vollständig in dem ersten Gehäuseteil ausgebildet ist. Die Kontaktstifte des in einem Gehäuseteil aufgenommenen wie integrierten Stanzgitters können aus entsprechenden Öffnungen des Gehäuseteils herausgeführt sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Antriebseinheit enthält daher das erste Gehäuseteil das Stanzgitter und die zumindest eine Leiterplatte. Hierzu können an dem ersten Gehäuseteil entsprechende Aufnahmeelemente, beispielsweise Führungen, Anlagefläche, Nuten und/oder dergleichen angespritzt sein. Das zweite Gehäuseteil dient dabei im Wesentlichen als Deckelteil. Während einer Montage der Antriebseinheit wird die Leiterplatte durch Verlöten oder kalte Verbindung der Kontaktstifte mit der Leiterplatte in dem ersten Gehäuseteil aufgenommen und mittels entsprechender Fügemittel befestigt. Anschließend wird das zweite Gehäuseteil unter Abdichtung gefügt. Während der Fügung der Leiterplatte in das erste Gehäuseteil erstreckt sich das zumindest eine Bauteil teilweise in eine durch das Gehäuseteil und das entsprechend vorgeformte, in das Gehäuseteil eingespritzte Stanzgitter gebildete Tasche.
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Mit anderen Worten enthält das Elektronikmodul als Teil der Antriebseinheit mit einem elektrisch kommutierten Motor (BLDC) zur Entstörung in Richtung Bordnetz des Kraftfahrzeugs eine L/C-Gruppe enthaltend Induktivität und einen Kondensator. Durch das üblich große Volumen des Kondensators, beispielsweise einem Elektrolytkondensator wird dieses Bauteil oft liegend auf die Leiterplatte (PCB, printed circuit board) integriert, damit das Elektronikmodul hohe Robustheit gegenüber Vibrationsbelastungen aufweist. Hierzu wird in der Geometrie des Gehäuses wie Kunststoffgehäuses eine sogenannte Tasche vorgesehen, damit das Elektronikmodul in dem Kunststoffgehäuse platzsparend untergebracht werden kann. Bei einer entsprechenden Anordnung des Steckers des Elektronikmoduls in der Nähe des Kondensators, was aus Gründen der elektromagnetischen Verträglichkeit angezeigt ist, wird das Stanzgitter direkt in die Geometrie der Tasche des Kunststoffgehäuses im Bereich des Kondensators eingelegt und umspritzt. Daraus ergibt sich eine mechanisch robuste und gleichzeitig platzsparende Anordnung des Stanzgitters. Weiterhin verbessert sich auch die Dichtfunktion der Umspritzung des Stanzgitters, so dass die Pfadlänge des Stanzgitters eine untergeordnete Rolle spielt.
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Die Erfindung wird anhand des in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine 3D-Ansicht einer Antriebseinheit,
- 2 eine geschnittene 3D-Ansicht der Antriebseinheit der 1,
- 3 den oberen Teil der Antriebseinheit der 1 und 2 im Schnitt
und
- 4 ein Detail der Antriebseinheit der 1 bis 3 in geschnittener 3D-Ansicht.
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Die 1 bis 4 zeigen in der Zusammenschau die Antriebseinheit 1 mit den dem aus den aufeinander gefügten Gehäuseteilen 3, 4 gebildeten Gehäuse 2. In dem Gehäuse sind der elektrische Antrieb 5, das Getriebe 6 und die Vorortelektronik 7 aufgenommen. Der elektrische Antrieb 5 ist als Elektromotor 8 ausgebildet, dessen Rotorbewegungen mittels des Getriebes 6 in eine Transversalbewegung des Betätigungsglieds 9 gewandelt werden.
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Die Vorortelektronik 7 steuert den elektrischen Antrieb 5 und versorgt diesen mit der nötigen elektrischen Energie und enthält hierzu die Leiterplatte 10 mit den beispielsweise dargestellten bestückten Bauteilen 11, 12. Die Leiterplatte 10 ist in dem Gehäuseteil 3 aufgenommen. Das Gehäuseteil 4 verschließt die Antriebseinheit 1.
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Das Gehäuseteil 3 ist bevorzugt mittels eines Spritzgießverfahrens hergestellt und enthält den bevorzugt einteilig angespritzten Stecker 13 mit der Führung 14 und den dazwischen angeordneten Kontaktstiften 15. Die Kontaktstifte 15 sind in Linie und damit in einer ersten Ebene E1 angeordnet, die parallel zu einer zweiten Ebene E2 der Leitplatte 10 ausgebildet ist. Die Kontaktstifte 15 sind einteilig aus dem Stanzgitter 16 gebildet, welches an dem anderen Ende die Kontaktstifte 17 enthält, die senkrecht zur Ebene E2 mit der Leiterplatte 10 verbunden, bevorzugt verlötet sind.
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Das Stanzgitter 16 ist in das erste Gehäuseteil 3 eingespritzt und damit zwischen den Kontaktstiften 15, 17 isoliert. Das Stanzgitter 16 umschließt das Bauteil 11, so dass Bauraum gespart und eine vorteilhafte Anordnung des Bauteils 11 ermöglicht wird. Das Stanzgitter 16 und das Gehäuseteil 3 weisen im Bereich des Bauteils 11 die Tasche 18, in die sich das Bauteil 11 erstreckt, auf. Das Bauteil 11 ist als Elektrolytkondensator 19 ausgebildet, der im Querschnitt rund ausgebildet ist und entlang seiner Längsachse a quer zu den Kontaktstiften 15, 17 liegend auf der Leiterplatte 10 aufgenommen ist. Durch die Lage des Elektrolytkondensators 19 zwischen den Kontaktstiften 15, 17 ist eine besonders vorteilhafte Platzierung des Elektrolytkondensators 19 zur Abschirmung von elektromagnetischen Störungen aus dem mittels des Steckers 13 verbundenen Bordnetz möglich. Durch die liegende Anordnung des Elektrolytkondensators 19 wird die Robustheit der Leiterplatte 10 und damit der Antriebseinheit verbessert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebseinheit
- 2
- Gehäuse
- 3
- Gehäuseteil
- 4
- Gehäuseteil
- 5
- elektrischer Antrieb
- 6
- Getriebe
- 7
- Vorortelektronik
- 8
- Elektromotor
- 9
- Betätigungsglied
- 10
- Leiterplatte
- 11
- Bauteil
- 12
- Bauteil
- 13
- Stecker
- 14
- Führung
- 15
- Kontaktstift
- 16
- Stanzgitter
- 17
- Kontaktstift
- 18
- Tasche
- 19
- Elektrolytkondensator
- a
- Längsachse
- E1
- Ebene
- E2
- Ebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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