Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Aktuator mit Elektromotor und Ansteuerungselektronik gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Ansteuerungselektronik derartiger Aktuatoren umfasst eine integrierte Schaltung, welche z.B. folgende Funktionen unterstützt bzw. folgende Elemente enthält:
<tb>-<sep>Verwaltung des Daten- und Informationsaustausches mit einer zentralen Steuereinheit über einen Bus,
<tb>-<sep>Treiber für den Elektromotor z.B. in Form einer H-Brücke und
<tb>-<sep>Mikrocontroller zur Umsetzung der Daten bzw. Informationen in entsprechende Ansteuerungsbefehle für den Elektromotor. Der Mikrocontroller kann auch zum Ausführen von Algorithmen dienen, um das vom Elektromotor erzeugte Moment zu regeln und/oder um eine Anschlagsposition des Rotors zu erkennen.
Es ist bekannt, eine Leiterplatte ("printed circuit board") als Träger für die Kontaktstifte sowie für die integrierte Schaltung mit Gehäuse und Kontaktbeinchen (IC-Bauelement) zu verwenden. Die Leiterplatte umfasst Leiterbahnen, über welche der elektrische Kontakt zwischen den Kontaktbeinchen und den Kontaktstiften erfolgt. Die Verwendung derartiger Leiterplatten hat jedoch eine relativ aufwändige und teure Herstellung eines Aktuators zur Folge.
Aus der US-5 629 574 ist ein Aktuator bekannt, bei welchem die integrierte Schaltung mit einem leitenden, die externen sowie internen Anschlüsse enthaltenden Rahmen verbunden und mit Kunststoff umspritzt ist. Die Herstellung eines derartigen Aktuators ist jedoch aufwändig und kostenintensiv, da insbesondere die Fertigungskette an die gewählte Art der integrierten Schaltung angepasst ist. Soll eine andere integrierte Schaltung verwendet werden, muss die Fertigungskette entsprechend geändert werden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Aktuator der eingangs erwähnten Gattung anzugeben, welcher einfacher und kostengünstiger in der Herstellung ist.
Ein Aktuator, der diese Aufgabe löst, ist im Anspruch 1 angegeben. Die weiteren Ansprüche geben bevorzugte Ausführungen an.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren erläutert. Es zeigen
<tb>Fig. 1<sep>ein perspektivische Ansicht eines erfindungsgemässen Aktuators, wobei das Gehäuse und das Getriebe nicht dargestellt sind;
<tb>Fig.2<sep>eine Teilansicht des Aktuators gemäss Fig.1;
<tb>Fig. 3<sep>die Ansicht gemäss Fig. 2vor Anschluss des IC-Bauelements;
<tb>Fig. 4<sep>eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des Anschlusskörpers von hinten;
<tb>Fig. 5<sep>eine perspektivische Ansicht des Anschlusskörpers gemäss Fig. 4 von vorne; und
<tb>Fig. 6<sep>die perspektivische Ansicht gemäss Fig. 5, wobei von aussen unsichtbare Linien ebenfalls dargestellt sind.
Der in Fig. 1 gezeigte Aktuator umfasst einen Elektromotor 1 mit Rotor 2 sowie Stator 3 und eine Ansteuerungselektronik 5, welcher an einem Anschlusskörper 10 mit Kontaktstiften 11 und 12 angebracht ist.
Der Rotor 2 enthält einen mit einer Rotorachse versehenen Magneten, welcher in einem Käfig drehend angeordnet ist, der durch Zähne des Stators 3 gebildet ist. Zwischen den Statorplatten 3a und 3b des Stators ist ein Spulenkörper 8 angeordnet, welcher mit den Spulen 7 bewickelt ist.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Ansteuerungselektronik 5 als IC-Bauelement in Form eines Gehäuses 15 mit Kontaktbeinchen 16 ausgebildet, wobei im Gehäuse 15 eine integrierte Schaltung angeordnet ist. Das IC-Bauelement 5 ist vorfabriziert und z.B. von Philips, beispielsweise in Form eines "package" der SO-Familie erhältlich. Es kann dasselbe IC-Bauelement verwendet werden wie bei den üblichen Aktuatoren, bei welchen das IC-Bauelement 5 auf einer Leiterplatte montierbar ist.
Die Ansteuerungselektronik 5 dient u.a. dazu, Signale mit einer zentralen Steuereinheit (nicht dargestellt) auszutauschen und entsprechende Ansteuerungssignale zu erzeugen, um die Spulen 7 des Elektromotors 1 zeitlich koordiniert zu bestromen und dadurch den Rotor 2 in Drehung zu versetzen. Zur Verarbeitung sowie Erzeugung von Signalen kann die integrierte Schaltung eine zentrale Rechnereinheit und eine Speichereinheit und/oder einen Mikrocontroller umfassen.
Der Aktuator mit der Ansteuerungselektronik 5 ist u.a. dazu geeignet, eine bewegliche Komponente in einem Kraftfahrzeug gesteuert zu bewegen, beispielsweise eine Lüftungsklappe in der Heizungs-, Lüftungs- und/oder Klimaanlage, einen Scheinwerfer oder eine Scheinwerferkomponente.
Wie Fig. 2 weiter zeigt, haben die Kontaktstifte 11 und 12 einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt und sind an der Vorderseite sowie Rückseite des Anschlusskörpers 10 derart eingelassen, dass die Oberseite 11a bzw. 11b der Kontaktstifte 11 bzw. 12 im Wesentlichen in derselben Ebene liegt wie die Oberseite 10a des Anschlusskörpers 10. Ein Teil eines jeweiligen Kontaktstifts 11, 12 ist mittels Presssitz im Anschlusskörper 10 gehalten, sodass ein sicherer Halt gewährleistet ist. Dies kann auch dadurch erzielt werden, indem die Oberfläche der Kontaktstifte 11, 12 mit Rillen versehen wird.
Die hinteren Kontaktstifte 11 sind jeweils mit einem Wicklungsende 9 der Spulen 7 des Elektromotors 1 verbunden. Die vorderen Kontaktstifte 12 dienen zum Anschluss eines Kabels, dessen Ende mit einem geeigneten Steckerteil versehen ist. Der Aktuator kann in einem Gehäuse mit einem Steckerkragen (nicht dargestellt) angeordnet sein, welcher die vorderen Kontaktstifte 12 umgibt und zum Halten des Steckerteils des Kabels geeignet ist. Das Kabel dient zur Energierversorgung der Ansteuerungselektronik 5 und zum Signalaustausch mit der zentralen Steuereinheit und/oder einem anderen Aktuator.
Der Anschlusskörper 10 ist einteilig mit dem Spulenkörper 8 aus einem elektrisch isolierenden Material, z.B. Kunststoff, ausgebildet. Es ist denkbar, wenn auch etwas kostspieliger, den Anschlusskörper 10 als separates Teil auszubilden und mit üblichen Verbindungsmitteln, z.B. mit einer Steckverbindung, am Elektromotor 1 oder einem Gehäuse für den Elektromotor 1 zu befestigten. Die Kontaktstifte 11 und 12 sind aus einem elektrisch leitenden Material, vorzugsweise Metall.
Das Gehäuse 15 des IC-Bauelements 5 liegt mit seiner Unterseite auf der Oberseite 10a des Anschlusskörpers 10 auf, sodass jeweils die Oberseite 11a bzw. 12a eines Kontaktstiftes 11 bzw. 12 direkt mittels einer stoffschlüssigen Verbindung mit einem Kontaktbeinchen 16 in elektrischem Kontakt steht.
Bei der Herstellung des Aktuators wird der Spulenkörper 8 sowie der Anschlusskörper 10 aus Kunststoff z.B. durch Spritzgiessen fabriziert und die Kontaktstifte 11 und 12 im Anschlusskörper 10 eingelassen, sodass die Oberseite 11a und 12a der Kontaktstifte 11 bzw. 12 im Wesentlichen planparallel mit der Oberseite 10a des Anschlusskörpers 10 zu liegen kommt. Bei der Bewicklung des Spulenkörpers 8 werden die Wicklungsenden 9 der Spulen 7 um die hinteren Kontaktstifte 11 gewickelt.
Ist dieser in Fig. 3gezeigte Herstellungszustand erreicht, werden die Wicklungsenden 9 und die Kontaktstifte 11 durch Löten und/oder Hitzeeinwirkung wie Lichtbogenschweissen stoffschlüssig verbunden. Anschliessend wird das IC-Bauelement 5 an der Oberseite 10a des Anschlusskörpers 10 z.B. mittels Kleber oder mittels am Anschlusskörper 10 angebrachten Schnappern (nicht dargestellt) derart befestigt, dass die Enden der zu kontaktierenden Kontaktbeinchen 16 auf der Oberfläche 11a, 12a der Kontaktstifte 11, 12 zu liegen kommen. Die Kontaktbeinchen 16 und Kontaktstifte 11 und 12 werden dann stoffschlüssig miteinander verbunden. Geeignete Verfahren zur Erzeugung der stoffschlüssigen Verbindung sind: Löten - beispielsweise Reflow-Löten, Wellenlöten, Laserstrahl-Löten oder induktives Löten - oder Schweissen, z.B. Laser-Schweissen.
Das in den Fig. 1-3 gezeigte IC-Bauelement 5 ist für die Montage auf einer Oberfläche ausgelegt ("surface mount package"), wozu die Enden der Kontaktbeinchen 16 abgewinkelt ausgebildet sind. Es sind auch IC-Bauelemente bekannt (z.B. aus der MIL-Familie von Philips), deren Kontaktbeinchen gerade Enden haben, um sie durch ein Loch führen und elektrisch kontaktieren zu können("through-hole mount package").
In den Fig. 4-6 ist eine zweite Ausführungsform des Anschlusskörpers 20 gezeigt, welcher für den elektrischen Anschluss eines derartigen "through-hole mount package" geeignet ist.
Der Anschlusskörper 20 hat einen im Wesentlichen reckteckigen Grundriss und einen abgestuften Seitenriss. Bei der Stufe sind die Kontaktstifte 13 angeordnet, welche mit den Spulen 7 verbunden werden. Die Kontaktstifte 13 sind endseitig vom Anschlusskörper 20 gehalten und verlaufen im Wesentlichen rechtwinklig zur Oberseite 20a des Anschlusskörpers 20 nach oben. Sie sind mit Kontaktbeinchen 26 des IC-Bauelements stoffschlüssig verbunden, um einen elektrischen Kontakt herzustellen.
Gegenüberliegend zu den Kontaktstiften 13 sind die Kontaktstifte 14 angeordnet, an welche ein Kabel anschliessbar ist. Wie insbesondere Fig. 6 zeigt, sind sie L-förmig ausgebildet, wobei der jeweilige mittlere Teil 14b im Anschlusskörper 20 verläuft. Die einen Enden 14a der Kontaktstifte 14 verlaufen im Wesentlichen parallel zu den Kontaktstiften 13 nach oben und sind jeweils mit einem Kontaktbeinchen 26 stoffschlüssig verbunden. Die anderen Enden 14c der Kontaktstifte 14 verlaufen im Wesentlichen rechtwinklig zu den Enden 14a und ragen aus der Rückseite des Anschlusskörpers 20 heraus.
Wie weiter aus Fig. 6ersichtlich, weist der Anschlusskörper 20 eine Mulde 27 auf, in welche das Gehäuse 25 des IC-Bauelements zumindest teilweise aufgenommen ist. An zwei gegenüberliegenden Seiten der Mulde 27 ist jeweils ein Schnappelement 28 angeordnet zum Halten des IC-Bauelements. Die Schnappelemente 28 sind vorzugsweise einteilig mit dem Anschlusskörper 20 ausgebildet.
Der Anschlusskörper 20 besteht aus einem isolierenden Material wie Kunststoff. Zur Herstellung werden die Kontaktstifte 13 und 14 in den vorgefertigten Anschlusskörper 20 eingepresst oder mit Kunststoff umspritzt, sodass der Anschlusskörper 20 die gewünschte Form erhält. Die Länge der Kontaktstifte 13 und 14, ihre genaue Anordnung sowie die Abmessungen der Mulde 27 sind entsprechend den Abmessungen des verwendeten IC-Bauelements angepasst. Der Anschlusskörper 20 kann als separates Teil oder einteilig mit dem Spulenkörper 8 ausgebildet sein.
Nachdem die Wicklungsenden 9 mit den Kontaktstiften 13 verbunden worden sind, wird das IC-Bauelement mit der Oberseite nach unten in die Mulde 27 eingefügt und durch Einrasten der Schnappelemente 28 festgehalten. Die Kontaktbeinchen 26 des IC-Bauelements sind nicht genau rechtwinklig zum Gehäuse 25 angeordnet, sondern verlaufen standardmässig ein wenig nach aussen hin. Sie treffen somit unter einem spitzen Winkel auf die nach oben ragenden Enden der Kontaktstifte 13 bzw. 14 und können so mit diesen mittels einem der oben erwähnten Verfahren stoffschlüssig verbunden werden, um einen elektrischen Kontakt herzustellen.
Der erfindungsgemässe Aktuator weist u.a. folgende Vorteile auf:
<tb>-<sep>Der Anschlusskörper erlaubt einen einfachen und kostengünstigen Anschluss der Ansteuerungselektronik an die Kontaktstifte. Die Verwendung einer Leiterplatte ist nicht mehr erforderlich. Dabei können Standard-IC-Gehäuse verwendet werden, ohne dass diese baulich modifiziert zu werden brauchen.
<tb>-<sep>Die Kontaktbeinchen des IC-Bauelements und die Kontaktstifte befinden sich in unmittelbarer Nähe, sodass sie direkt miteinander elektrisch verbunden werden können. Dadurch entfallen zusätzliche elektrische Leitungen - wie Leiterbahnen oder Drähte - zwischen Kontaktbeinchen und Kontaktstiften. Dadurch ist die Gefahr eines Unterbruchs des elektrischen Kontakts und somit eines Ausfalls des Aktuators reduziert.
Aus der vorangehenden Beschreibung sind dem Fachmann zahlreiche Abwandlungen zugänglich, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, der durch die Ansprüche definiert ist.
So können der Anschlusskörper 10 bzw. 20 und die Kontaktstifte 11, 12 bzw. 13, 14 derart ausgebildet sein, dass auch zwei oder mehr IC-Bauelemente der Ansteuerungselektronik angeschlossen werden können.
Der Elektromotor braucht nicht so ausgeführt zu sein, wie in den Figuren dargestellt, sondern ist entsprechend dem Anwendungszweck angepasst. Der Elektromotor ist z.B. als Schrittmotor, bürstenloser Gleichstrommotor oder Reluktanzschrittmotor ausgebildet.
Die Anzahl der Kontaktstifte braucht nicht der in den Figuren gezeigten Anzahl zu entsprechen, sondern ist an die Art des verwendeten Elektromotors angepasst.