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Die
Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit für ein Kraftfahrzeug,
mit einem Getriebe mit einem Getriebegehäuse, einem elektrischen
Aktuator zum Betätigen des Getriebes, der ein Aktuatorgehäuse
umfasst, und einer elektrischen Steuereinrichtung zur Steuerung
des Aktuators. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Aktuatoreinheit
für eine Getriebeeinheit, wobei die Aktuatoreinheit einen
elektrischen Aktuator mit einem Aktuatorgehäuse zur Betätigung
eines Getriebes und eine elektrische Steuereinrichtung zur Ansteuerung
des Aktuators aufweist.
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Getriebe
für Kraftfahrzeuge umfassen zum Beispiel das Fahrzeughauptgetriebe,
das als Automatik- oder Schaltgetriebe ausgestaltet sein kann. Das
Hauptgetriebe dient dazu, das Antriebsmoment des Motors mit unterschiedlichen Übersetzungen
an die Antriebsräder weiterzuleiten.
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Verteilergetriebe
kommen zum Beispiel bei allradgetriebenen Fahrzeugen zum Einsatz,
um das Antriebsmoment mit unterschiedlicher und einstellbarer Verteilung
auf unterschiedliche Achsen zu verteilen. Je nach Ausgestaltung
des Verteilergetriebes ist es dabei zum Beispiel möglich,
dass zusätzlich zu einer permanent angetriebenen Achse
(zum Beispiel der Hinterachse) eine weitere Achse (zum Beispiel die
Vorderachse) je nach Anforderung zugeschaltet werden kann. Neben
Verteilergetrieben, die auf diese Weise das Antriebsmoment in Längsrichtung
des Fahrzeugs verteilen, werden Verteilergetriebe eingesetzt, um
das Antriebsmoment in Querrichtung (torque-vectoring) zu verteilen.
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Um
in dem Getriebe zum Beispiel unterschiedliche Zahnräder
miteinander in Eingriff zu bringen bzw. um Übertragungskupplungen
zu schalten, werden Aktuatoren eingesetzt, die innerhalb des Getriebes
die entsprechenden Komponenten je nach Anforderung verschieben bzw.
in Eingriff bringen.
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Ein
solcher Aktuator kann zum Beispiel ein Elektromotor, umfassend einen
Rotor, einen Stator und eine Welle, sein. Die Drehbewegung der Abtriebswelle
eines derartigen Aktuators wird in eine Linearbewegung zur Verschiebung
eines Elements einer Kupplung umgewandelt. Zur Steuerung des Aktuators
wird bei bekannten Lösungen eine elektrische Steuereinrichtung
verwendet, die Drehmomentanforderungen in elektrische Steuersignale
für den Aktuator umsetzt, um diesen in Betrieb zu setzen
bzw. seine Geschwindigkeit zu steuern. Die Steuereinrichtung kann
hierfür verschiedene elektronische Bauelemente besitzen.
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Der
Aktuator und das Getriebe können aufgrund ihrer jeweiligen
Bewegung Abwärme erzeugen, die für den Betrieb
der Steuereinrichtung schädlich sein können. Es
ist zwar bekannt, die Steuereinrichtung in einer so genannten Wegbau-Anordnung entfernt
von dem Aktuator und dem Getriebe anzuordnen. Eine entfernt angeordnete
Steuereinheit birgt jedoch die Gefahr, dass äußere
elektromagnetische Störeinflüsse auf die dann
notwendigen langen Kabelverbindungen ungünstigen Einfluss
haben. Andererseits können die über die langen
Kabelverbindungen übertragenen Signale zur Ansteuerung
des Elektromotors andere elektronische Komponenten im Fahrzeug störend
beeinflussen, insbesondere wenn das zu übertragende Signal
ein pulsweitenmoduliertes Signal umfasst.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Getriebeeinheit
anzugeben, die einen kompakten Aufbau und eine hohe Zuverlässigkeit auf weist.
Diese Aufgabe wird durch eine Getriebeeinheit mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst. Eine für eine Getriebeeinheit
vorteilhaft einsetzbare Aktuatoreinheit ist Gegenstand des Anspruchs
14. Unteransprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen gerichtet.
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Eine
erfindungsgemäße Getriebeeinheit weist eine Wärmesenkeeinrichtung
auf, die mit der Steuereinrichtung wärmeleitend verbunden
ist. Zwischen dem Aktuatorgehäuse und der Wärmesenkeeinrichtung
ist eine Wärmeisolierschicht vorgesehen, die das Aktuatorgehäuse
und die Wärmesenkeeinrichtung thermisch voneinander isoliert.
Das Aktuatorgehäuse ist andererseits wärmeleitend
mit dem Getriebegehäuse verbunden oder als Teil des Getriebegehäuses
ausgestaltet.
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Die
Abwärme des Aktuators und des Getriebes selbst, die möglicherweise
höhere Temperaturen erzeugen können, als es für
die Elektronik der Steuereinrichtung verträglich wäre,
wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung über
das in der Regel metallische Getriebegehäuse abgeführt,
das allein aufgrund seiner Größe bereits eine
ausreichend große Wärmekapazität aufweist.
Die Wärmesenkeeinrichtung, die mit der Steuereinrichtung
wärmeleitend verbunden ist, dient andererseits als separate
Wärmesenke für die Steuerelektronik, so dass zwei
verschiedene Temperaturniveaus realisiert werden können.
Durch die Wärmeisolierschicht zwischen dem Aktuatorgehäuse
und der Wärmesenkeeinrichtung, die mit der Steuereinrichtung
wärmeleitend verbunden ist, ist dabei sichergestellt, dass
die Wärmesenkeeinrichtung wirksam von der Abwärme
des Aktuators und des Getriebes abgeschirmt wird. Der mögliche
Wärmeübertrag ist dabei zum Beispiel auf Verbindungselemente,
beispielsweise Befestigungsschrauben, beschränkt, mit denen
die Wärmesenkeeinrichtung und das Aktuatorgehäuse
gegebenenfalls mechanisch miteinander verbunden werden.
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Die
Wärmesenkeeinrichtung für die Steuereinrichtung
kann daher klein und kompakt ausgestaltet sein, da die von der Steuereinrichtung
abzuführende Wärme in der Regel geringer ist,
als die Abwärme des Aktuators.
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Die
erfindungsgemäße Getriebeeinheit ermöglicht
eine direkte Anordnung der Steuereinrichtung an dem Aktuator. Eine
Signalübertragung von der Steuereinrichtung an den Aktuator über
lange Kabel ist nicht notwendig, wodurch die elektromagnetische
Verträglichkeit verbessert wird. Außerdem ist eine
kompakte Einheit aus Getriebe, Aktuator und Steuergerät
möglich, die als Einheit geliefert und eingebaut werden
kann, so dass der Logistikaufwand und die Kosten verringert werden.
Fehler, die bei der Verkabelung zum Beispiel aufgrund der größeren
Anzahl notwendiger Steckverbindungen auftreten können,
werden durch die kompakte Einheit aus Getriebe, Aktuator und Steuereinrichtung
vermieden. Das Ergebnis einer eventuellen Klassierung des Getriebes
und/oder des Aktuators kann direkt in der Steuereinrichtung gespeichert
werden, da anders als bei einer Wegbau-Anordnung die Steuereinrichtung,
der Aktuator und das Getriebe eine feste Baueinheit bilden.
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Zur
optimalen Ableitung der Abwärme des Aktuators an das Getriebegehäuse
ist das Aktuatorgehäuse vorzugsweise zumindest in dem Bereich aus
Metall, in dem es mit dem Getriebegehäuse wärmeleitend
verbunden ist. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht vor,
dass das gesamte Aktuatorgehäuse aus Metall ist. Dadurch
wird auf einfache Weise sichergestellt, dass die Wärme
erzeugenden Teile des Aktuators, also z. B. der Anker, die erzeugte Wärme
wirksam an das Aktuatorgehäuse abgeben können,
das sie dann wiederum effektiv an das Getriebegehäuse weiterleiten
kann.
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Auf
einfache Weise lässt sich die wärmeleitende Verbindung
zwischen Aktuatorgehäuse und Getriebegehäuse erreichen,
wenn beide metallisch ausgestaltet sind und direkt miteinander verbunden werden.
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Die
Wärmesenkeeinrichtung, die mit der Steuereinrichtung zu
deren Kühlung wärmeleitend verbunden ist, umfasst
vorteilhafterweise einen metallischen Kühlkörper,
vorzugsweise eine Kühlrippenplatte.
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Wenn
die Steuereinrichtung eine Platine umfasst, an der zum Beispiel
elektronische Bauelemente bzw. Speicherelemente angeordnet sind,
wird diese vorteilhafterweise direkt mit der Wärmesenkeeinrichtung
wärmeleitend verbunden, beispielsweise durch eine metallische
mechanische Verbindung und/oder eine Wärmeleitfolie und/oder
mittels einer Wärmeleitpaste oder dergleichen. Besonders
wärmeintensive Elemente, zum Beispiel Leistungstransistoren,
können dabei zum Beispiel unter Verwendung von Wärmeleitpaste
besonders berücksichtigt werden.
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Die
Wärmeisolierschicht, die zwischen Aktuatorgehäuse
und Wärmesenkeeinrichtung vorgesehen ist, kann aus verschiedenen
wärmeisolierenden Materialien bestehen. Eine kostengünstige
und einfach herstellbare Ausführungsform sieht vor, dass
die Wärmeisolierschicht aus Kunststoff gefertigt ist. So ist
es außerdem möglich, dass die Wärmeisolierschicht
zum Beispiel im Spritzgießverfahren gefertigt wird, wodurch
sie optimal an die Geometrie der umliegenden Bauteile angepasst
werden kann und sehr flexibel in der Formgestaltung ist.
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Eine
besonders gute thermische Isolierwirkung wird erzielt, wenn die
Wärmeisolierschicht entlang der Verbindungsfläche
zwischen dem Aktuatorgehäuse und der Wärmesenkeeinrichtung
im Wesentlichen geschlossen ist, wobei die Wärmeisolierschicht
lediglich solche Durchbrechungen auf weist, die für die
elektrischen Verbindungen der Steuereinrichtung und für
die mechanische Befestigung der Wärmesenkeeinrichtung erforderlich
sind.
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Insbesondere
kann die Wärmeisolierschicht als Deckel für die
Steuereinrichtung ausgestaltet sein, der mit der Wärmesenkeeinrichtung
verbunden ist, die zum Beispiel als Kühlrippenplatte ausgestaltet ist,
wobei die Steuereinrichtung (beispielsweise eine Platine mit Steuerelementen)
von der Wärmesenkeeinrichtung und der als Deckel ausgestalteten
Wärmeisolierschicht umschlossen ist. Die Wärmeisolierschicht
kann in diesem Fall zugleich einen Deckel für einen offenen
Bereich des Aktuatorgehäuses bilden.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterentwicklung sind zumindest Teile der elektrischen
Steuereinrichtung in der Wärmeisolierschicht integriert.
Ist die Wärmeisolierschicht aus Kunststoff gebildet, können diese
Teile der Steuereinrichtung zum Beispiel in einem Spritzgießprozess
mit umspritzt werden. Auf diese Weise dient die Wärmeisolierschicht
zugleich als Trägereinrichtung. Insbesondere, wenn auf
diese Weise schwere Bauelemente (zum Beispiel ein Elektrolytkondensator
zum Stützen der Betriebsspannung) in die Wärmeisolierschicht
integriert werden, erfüllt die Wärmeisolierschicht
zusätzlich eine Schwingungsdämpfungsfunktion.
Besonders vorteilhaft ist es außerdem, wenn in die Wärmeisolierschicht
Steckerstifte oder sonstige elektrische Verbindungselemente integriert
sind, die die elektrische Verbindung zum Elektromotor des Aktuators
bzw. zu einem Anschlussstecker herstellen.
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Die
Wärmeisolierschicht und das Aktuatorgehäuse können
zum Beispiel miteinander verschraubt werden. Vorteilhafterweise
ist dabei zwischen der Wärmeisolierschicht und dem Aktuatorgehäuse
eine Dichtung vorgesehen, die eine Abdichtung nach außen
hin gewährleistet.
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Die
Steuereinrichtung kann über ein oder mehrere Kabel auf
herkömmliche Weise elektrisch kontaktiert werden. Eine
besonders bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass die Wärmeisolierschicht
einen integral angeformten Anschlussstecker zur elektrischen Kontaktierung
der Steuereinrichtung aufweist. Die gesamte Einheit aus Aktuator
und Steuereinheit kann dann nach dem Einbau mit einem einzigen Stecker
kontaktiert werden.
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Ist
das Aktuatorgehäuse in dem Bereich offen, mit dem es in
Richtung der Steuereinheit weist, ist es besonders vorteilhaft,
wenn die Wärmeisolierschicht in diesem Bereich einen wannenförmigen
Abschnitt aufweist. Dieser wannenförmige Abschnitt wirkt
wie eine Ölsammelwanne insbesondere in einem Fall, wenn
aus dem Getriebeinnenraum geringfügige Schmiermittelmengen
entlang der Aktuatorwelle in den Bereich des Aktuators gelangen.
Insbesondere wenn die Wärmeisolierschicht in einem Kunststoffspritzprozess
gefertigt wird, ist eine solche Ausgestaltung auf einfache Weise
realisierbar.
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Bei
einer solchen Ausgestaltung können zudem gegebenenfalls
elektrische Leitungszuführungen von der Steuereinheit zu
dem Aktuator durch einen Bereich der Wärmeisolierschicht
geführt werden, der sich nicht in dem wannenförmigen
Abschnitt befindet. Auf diese Weise wird zusätzlich wirksam
verhindert, dass sich Öl z. B. aus dem Getriebe entlang der
Leitungszuführungen bis zu der Steuereinrichtung ausbreitet.
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Insbesondere
wenn der Aktuator als Elektromotor ausgestaltet ist, ist ihm in
der Regel ein Winkelpositionssensor zugeordnet, um die Aktuatorbewe gung
kontrollieren und/oder regeln zu können. Wenn der Gleichstrommotor
z. B. ein bürstenloser Motor (BLDC-Motor) ist, kann der
Winkelpositionssensor außerdem zur Kommutierung des Motors
eingesetzt werden.
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Als
Winkelpositionssensor umfasst der Rotor des Elektromotors z. B.
mehrere Sensorpermanentmagnete an einem mitrotierenden Sensorpolrad,
deren Positionen über einen oder mehrere Magnetsensoren
detektiert werden können. Als Magnetsensoren können
z. B. Hall-Sensoren eingesetzt werden. Bei einer anderen Ausgestaltung
ist ein einzelner Sensorchip (rotary position sensor) mit darauf
integrierten Hall-Sensoren vorgesehen.
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Die
Hall-Sensoren bzw. der Sensorchip können/kann in der Steuereinrichtung
angeordnet sein, zum Beispiel auf einer entsprechenden Platine.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Getriebeeinheit ist dabei vorgesehen, dass sich die Hall-Sensoren
bzw. der Sensorchip in der Steuereinrichtung oder einer dazugehörigen
Platine an einem Ort befinden/befindet, an dem zwischen den Hall-Sensoren
bzw. dem Sensorchip und den Sensorpermanentmagneten ein geschlossener
Abschnitt der Wärmeisolierschicht liegt. Eine solche Ausgestaltung
stellt sicher, dass die Hall-Sensoren bzw. der Sensorchip nicht
mit Getriebeschmiermittel in Berührung kommen können/kann,
das zum Beispiel entlang der Aktuatorwelle aus dem Getriebeinnenraum
leckt. Die gewünschte Positionsdetektion des Motors des
Aktuators ist also bei gleichzeitiger Abdichtung bezüglich
des Getriebeschmiermittels gewährleistet.
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Eine
besonders bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Getriebeeinheit sieht vor, dass die Steuereinrichtung eine Speichereinheit
zum Speichern von Daten über eine Klassierung des Getriebes
und/oder des Aktuators aufweist. Eine Klassierung umfasst die Korrektur
einer zum Beispiel in einer Software hinterlegten Getriebe- bzw.
Aktuatorkennlinie zur realen Kennlinie, die z. B. in einem Prüfstand
am Ende des Produktionsprozesses vermessen wird. Damit nämlich
eine Anforderung an das Getriebe von der Steuereinheit korrekt umgesetzt
werden kann, muss die Steuereinrichtung exakt darüber informiert
sein, mit welchem Getriebe bzw. Aktuator sie zusammenarbeitet. Das
Getriebe und/oder der Aktuator können durch werksseitige
Kalibriermessungen nach unterschiedlichen Toleranzklassen klassiert
werden. Bekannte Lösungen sehen dazu zum Beispiel vor,
dass an dem Aktuator unterschiedliche elektrische Widerstände
vorgesehen sind, die von einer entfernten Steuereinheit vermessen
werden, um die Getriebe-/Aktuatorklassierung zu kennen. So sieht
beispielsweise die
DE
10 33 651 A1 Codierstecker vor, die zwischen die Steuereinheit und
den Aktuator für das Getriebe geschaltet sind, um eine
entsprechende Anpassung der Steuereinrichtung an das jeweils vorhandene
Getriebe zu gewährleisten. Bei der bevorzugten Weiterbildung
der erfindungsgemäßen Getriebeeinheit, bei der
die Steuereinrichtung selbst eine Speichereinheit aufweist, sind
derartige Maßnahmen nicht notwendig, da die Klassierung
direkt in der Steuereinheit abgelegt sein kann. Durch die effektive
Kühlung der Steuereinrichtung durch die Wärmesenkeeinrichtung
und andererseits die verbesserte thermische Abschirmung gegenüber
der Abwärme des Aktuators und des Getriebes ist die direkte
Anordnung der Steuereinrichtung an dem Aktuator möglich,
so dass die Gefahr möglicher Übertragungsfehler
hinsichtlich der Klassierung verringert ist.
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Grundsätzlich
lässt sich die erfindungsgemäße Anordnung
mit einer Wärmesenkeeinrichtung für die Steuereinrichtung,
einer Wärmeisolierschicht zwischen Aktuatorgehäuse
und Wärmesenkeeinrichtung und einer wärmeleitenden
Verbindung zwischen Aktuatorgehäuse und Getriebegehäuse
bei allen Arten von Getrieben einsetzen. Besonders vorteilhaft ist
jedoch eine solche erfindungsgemäße Getriebeeinheit,
bei der das Getriebe ein Verteilergetriebe zur Verteilung des Antriebsmoments
in Längsrich tung (zwischen Vorder- und Hinterachse) oder
in Querrichtung (Differentialgetriebe) umfasst. Gerade bei solchen
Getriebeeinheiten, die zusätzlich zum Fahrzeughauptgetriebe
vorgesehen sind, ist der kompakte Aufbau von besonderem Vorteil.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf eine Aktuatoreinheit zum Einsatz
mit einer Getriebeeinheit der vorstehend erläuterten Art.
Die erfindungsgemäße Aktuatoreinheit zeichnet
sich durch eine Wärmesenkeeinrichtung, die mit der Steuereinrichtung
wärmeleitend verbunden ist, und eine Wärmeisolierschicht
zwischen dem Aktuatorgehäuse und der Wärmesenkeeinrichtung
zur gegenseitigen thermischen Isolierung des Aktuatorgehäuses
und der Wärmesenkeeinrichtung aus.
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Die
Vorteile einer erfindungsgemäßen Aktuatoreinheit,
insbesondere der Wärmesenkeeinrichtung, die mit der Steuereinrichtung
wärmeleitend verbunden ist, und der zwischen Aktuatorgehäuse
und Wärmesenkeeinrichtung vorgesehenen Wärmeisolierschicht,
ergeben sich in analoger Weise aus der obigen Schilderung der Vorteile
einer erfindungsgemäßen Getriebeeinheit. Besonders
bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Aktuatoreinheit und deren Vorteile ergeben sich in analoger Weise
aus den oben geschilderten besonderen Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Getriebeeinheit.
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Um
die Abwärme des Aktuators effektiv abzuleiten, ohne dass
die Wärmesenkeeinrichtung der Steuereinrichtung dadurch
belastet wird, ist vorteilhafterweise eine Verbindungseinrichtung
zur Verbindung des Aktuatorgehäuses mit dem Gehäuse
des Getriebes vorgesehen, die wärmeleitend ausgestaltet
ist, also zum Beispiel zur Verwirklichung einer Metall/Metall-Verbindung.
Insbesondere kann dazu das Aktuatorgehäuse aus Metall bestehen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren, die erfindungsgemäße
Ausführungsformen zeigen, beispielhaft erläutert.
Dabei zeigen
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1 eine
seitliche Draufsicht auf eine Aktuatoreinheit gemäß der
Erfindung,
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2 eine
seitliche Schnittansicht einer Aktuatoreinheit gemäß der
Erfindung, wobei einzelne Elemente beabstandet zueinander dargestellt
sind, und
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3 eine
perspektivische Explosionszeichnung einer Aktuatoreinheit gemäß der
Erfindung.
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1 zeigt
als Übersicht eine seitliche Draufsicht auf eine Aktuatoreinheit 100 gemäß der Erfindung.
Der Aktuator 10 umfasst ein metallisches Aktuatorgehäuse 12,
das einen in 1 nicht sichtbaren Elektromotor
enthält, der in an sich bekannter Weise einen Rotor und
einen Stator aufweist. Der Rotor treibt die Abtriebswelle 14 an,
die zum Beispiel als Zweiflach ausgestaltet sein kann und zum Betätigen
eines Getriebes dient, an dem das Aktuatorgehäuse 12 in
nicht gezeigter Weise fest angeflanscht ist.
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Das
Aktuatorgehäuse 12 sitzt abgedichtet durch eine
Dichtung 43 (2) in einem Ansatz 44 eines
Kunststoffspritzgussteils 20, das als Wärmeisolierschicht
dient und die Abwärme des Aktuators 10 von einer
in der Figur unterhalb der Wärmeisolierschicht angeordneten
und in 1 nicht sichtbaren Steuereinrichtung abhält.
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An
dieser Wärmeisolierschicht 20 ist das Kunststoffgehäuse
eines Anschlusssteckers 22 integral angeformt.
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Auf
der dem Aktuator 10 abgewandten Seite der Wärmeisolierschicht 20 befindet
sich eine metallische Kühlrippenplatte 24, die
mit der in 1 nicht sichtbaren Steuereinrichtung
wärmeleitend verbunden ist.
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Die
Kühlrippen der Kühlrippenplatte 24 dienen
zum einen dazu, Wärme optimal abzuführen, und
zum anderen kann durch die Ausgestaltung der Form der Kühlrippen
die mechanische Stabilität zur Dämpfung von Schwingungen
gesteigert werden, um die Gefährdung von Bauteilen und
Steckverbindern zu verringern.
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In 2 ist
die Einheit 100 in einer seitlichen Schnittansicht gezeigt,
wobei die einzelnen Elemente beabstandet zueinander und in größerem
Detail gezeichnet sind.
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In
den umlaufenden Vorsprung 25 der Kühlrippenplatte 24 ist
die Platine 26 der Steuereinrichtung 28 eingelegt
und durch flächigen Kontakt wärmeleitend damit
verbunden. An der Platine 26 befinden sich für
die Steuerung des Aktuators 10 notwendige elektrische und
elektronische Bauteile 30, 31, die hier nur beispielhaft
und schematisch gezeigt sind. Insbesondere ist eine Speichereinrichtung 30 vorgesehen,
in der Klassierungsdaten des Aktuators und/oder des mit ihm verbundenen
Getriebes abgelegt werden. Bei der Speichereinheit kann es sich
z. B. um ein EEPROM-Element handeln. Bei einer hier nicht dargestellten
anderen Ausführungsform befindet sich die Speichereinheit
an der Unterseite der Platine.
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Außerdem
sind auf der Platine 26 drei Hall-Sensoren 32 vorgesehen,
die in noch zu beschreibender Weise die Stellung des Aktuators auswerten können.
Bei einer anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsform
sind nicht drei Hall-Sensoren 32 vorgesehen, sondern ein
Sensorchip, in dem Hall-Sensoren integriert sind (rotary position
sensor).
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Die
thermische Ankopplung der Steuereinrichtung 28 mit der
Kühlrippenplatte 24 wird z. B. mit Hilfe von Wärmeleitfolie
oder Wärmeleitpaste realisiert.
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Besonders
berücksichtigt werden können dabei Wärme
erzeugende Bauteile, also z. B. Leistungshalbleiter wie Feldeffekttransistoren 31,
wozu in deren Bereich eine besonders gute Wärmeleitung
z. B. durch entsprechende Positionierung von Wärmeleitpaste
vorgenommen werden kann, was in den nur schematischen Figuren nicht
dargestellt ist.
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Abgedeckt
wird die Platine 26 der Steuereinrichtung 28 von
der Kunststoffwärmeisolierschicht 20, die in Form
eines Deckels ausgeformt ist. In die Wärmeisolierschicht 20 sind
elektrische Anschlüsse 34 eingegossen, die über
den Anschlussstecker 22 von außen kontaktiert
werden können, um zum Beispiel eine Spannungsversorgung
zur Verfügung zu stellen und Steuersignale zu übertragen.
Im montierten Zustand sind die Anschlüsse 34 mit
den Kontaktflächen 33 auf der Platine 26 in
Kontakt, die mit den entsprechenden Bauteilen 30, 31, 32 auf
der Platine in elektrischer Verbindung stehen.
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Im
Bereich des Aktuatorgehäuses 12, das nach unten
hin offen ist, befindet sich ein wannenförmiger Rücksprung 36 in
der Wärmeisolierschicht 20.
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Die
von der Steuereinrichtung 28 erzeugten Leistungssignale
werden über die Leistungsanschlüsse 38 an
den Aktuator 10 übermittelt, die in einem Ansatz 37 der
Wärmeisolierschicht 20 eingebettet sind, der z.
B. während der Spritzgießprozesses zur Herstellung
der Kunststoffwärmeisolierschicht 20 derart miterzeugt
wird, dass die Leistungsanschlüsse 38 umspritzt
werden. In dem Aktuatorgehäuse 12 befinden sich
in an sich bekannter Weise der Rotor 40 und der Stator 42 eines
Elektromotors zum Antrieb der Abtriebswelle 14, wobei die übrigen
Elemente des Elektromotors in 2 der Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellt ist. Die Abtriebswelle 14 ist über Rotorlagerungen 15 in
dem Aktuatorgehäuse 12 drehbar gelagert. Unterhalb
des Rotors ist ein mitrotierendes Sensorpolrad 41 angeordnet,
das Sensorpermanentmagnete umfasst, deren Bewegung mit den Hall-Sensoren 32 detektiert
werden kann.
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Nur
schematisch ist in 2 das Getriebe 200 mit
einem metallischen Getriebegehäuse 201 dargestellt.
Durch die Abtriebswellendurchführung 202 hindurch
kann die Abtriebswelle 14 des Aktuators 10 in
an sich bekannter Weise an das Getriebe angeschlossen werden, um
das Getriebe zu betätigen. In der auseinander gezogenen
Darstellung der 2 ist das Getriebe getrennt
vom Aktuatorgehäuse angedeutet. Im tatsächlichen
Einsatz ist Aktuatorgehäuse 12 direkt an das Gehäuse 201 des
Getriebes 200 angeflanscht und mit der Dichtung 45 abgedichtet.
Die als O-Ring ausgestaltete Dichtung 45 sorgt für
die Dichtheit nach außen hin. Um zu gewährleisten,
dass kein Öl aus dem Getriebe 200 in den integrierten
Aktuator 10 eindringen kann, befindet sich in der Abtriebswellendurchführung 202 eine Radialwellendichtung 203.
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Durch
das metallische Gehäuse 12 des Aktuators 10 und
das metallische Gehäuse 201 des Getriebes 200 ist
gewährleistet, dass über den Metal/Metall-Kontakt
ein optimaler Wärmeübertrag stattfinden kann,
um die Abwärme des Aktuators an das Getriebegehäuse 201 abzuleiten.
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3 zeigt
eine Aktuatoreinheit 100 in einer perspektivischen Explosionszeichnung.
Gleiche Elemente wie in 1 oder 2 oder Elemente
mit dem gleichen Zweck wie in 1 oder 2 sind auch
mit den gleichen Bezugsziffern wie in 1 oder 2 bezeichnet.
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Insbesondere
ist in 3 der in dem Aktuatorgehäuse 12 vorgesehene
Aktuator 10 in größerem Detail erkennbar.
An der Abtriebswelle 14 befindet sich der einen Permanentmagnet
umfassende Rotor 40, der in den feststehenden Spulen des
Stators 42 läuft.
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Außerdem
ist in 3 der Ansatz 44 an der Wärmeisolierschicht 20 gut
zu sehen, in dem das Aktuatorgehäuse 12 angeordnet
ist. Nicht dargestellt ist in 3 die in
dem Ansatz 44 vorgesehene Dichtung 43 zwischen
dem Aktuatorgehäuse 12 und der Wärmeisolierschicht 20.
Im Bereich des Aktuatorgehäuses 12 befindet sich
innerhalb dieses Ansatzes 44 der wannenförmige
Rücksprung 36 in der Wärmeisolierschicht 20.
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Auf
der Platine 26 sind die Hall-Sensoren 32 und andere
elektrische und elektronische Elemente 46 erkennbar, die
insbesondere auch die Leistungshalbleiter 31 umfassen.
Außerdem ist auf der Platine 26 ein Elektrolytkondensator 47 zum
Stützen der Betriebsspannung vorgesehen. Bei der in 3 dargestellten
Ausführungsform ist für dieses große
und relativ schwere Bauteil eine gesonderte Aufnahme 23 in
der Wärmeisolierschicht 20 vorgesehen, so dass der
Elektrolytkondensator 47 in der Wärmeisolierschicht 20 aufgenommen
und integriert ist. Auf diese Weise kann die Wärmeisolierschicht 20 zusätzlich eine
Schwingungsdämpfungsfunkion erfüllen.
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Bei
einer nicht dargestellten Ausgestaltung sind in der Wärmeisolierschicht 20 einzelne
Bauelemente der Steuereinrichtung 28, zum Beispiel der Elektrolytkondensator 47,
direkt eingegossen, wodurch die zusätzliche Trägerfunktion
und die Funktion der Schwingungsdämpfung der Wärmeisolierschicht 20 noch
verbessert werden. Der Kontakt zwischen den eingegossenen Bauelementen
und der Platine 26 kann ähnlich erfolgen, wie
der Kontakt zwischen den Anschlüssen 34 des Steckers 22 und
den Kontaktflächen 33 der Platine.
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Mit
Bezugsziffer 48 ist schließlich ein optionales
Dichtelement bezeichnet, mit dem die Kühlrippenplatte 24 an
der Wärmeisolierschicht 20 anliegt.
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Wie
mit Bezug zu 2 bereits erläutert,
ist das Aktuatorgehäuse 12 an dem in 3 nicht
gezeigten Getriebegehäuse 201 angeflanscht, wobei eine
dichtende Verbindung durch die Dichtung 45 gewährleistet
wird.
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Die
Aktuatoreinheit 100 wird wie folgt montiert und eingesetzt.
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Das
Aktuatorgehäuse 12 mit dem darin befindlichen
Aktuator 10 wird in den Ansatz 44 an der Wärmeisolierschicht 20 eingesetzt.
Im Anschluss wird die Steuereinrichtung 28 komplett von
unten in die Wärmeisolierschicht 20 eingelegt.
Dabei kommen die Leistungsanschlüsse 38 und die
Anschlüsse 34 in dem Anschlussstecker 22 mit
entsprechend angeordneten Kontaktflächen 33, 39 auf
der Platine 26 der Steuereinrichtung 28 in Kontakt,
um elektrische Verbindungen zur Verfügung zu stellen. Die
Kühlrippenplatte 24 wird dann mit dem Aktuatorgehäuse 12 mit Hilfe
nicht gezeigter Befestigungsschrauben verschraubt. Auf diese Weise
entsteht eine kompakte Einheit, wobei die Wärmeisolierschicht 20 zwischen dem
Aktuatorgehäuse 12 und der Kühlrippenplatte 24 gefangen
ist und die Steuereinrichtung 28 wiederum zwischen der
Wärmeisolierschicht 20 und der Kühlrippenplatte 24 gehalten
wird. Die so gebildete Aktuatoreinheit 100 wird dann an
dem metallischen Gehäuse 201 des Getriebes 200 befestigt,
das mit Hilfe des Aktuators 10 betätigt werden
soll. Die Befestigung geschieht zum Beispiel durch Verschraubung über
die Schraubösen 50, die an dem Aktuatorgehäuse 12 vorgesehen
sind (3). Auf diese Weise kommt das metallische Aktuatorgehäuse 12 in
feste flächige Verbindung mit dem metallischen Getriebegehäuse 201.
Die im Detail beschriebene Aktuatoreinheit 100 zusammen
mit dem angeflanschten Getriebe 200 bildet eine erfindungsgemäße
Getriebeeinheit, wobei Klassierungsdaten über den Aktuator 10 und/oder
das Getriebe 200 direkt in der Speichereinrichtung 30 der
Steuereinrichtung 28 abgelegt werden können.
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Während
des Betriebes wird die Kühlung der Steuereinrichtung 28 durch
die Kühlrippenplatte 24 sichergestellt. Die Abwärme
des Aktuators 10 wird jedoch nicht über die Kühlrippenplatte 24 abgeführt,
da er durch die Wärmeisolierschicht 20 von der
Steuereinrichtung 28 und der Kühlrippenplatte 24 thermisch nahezu
vollständig isoliert ist. Der Wärmefluss zwischen
dem Aktuator 10 bzw. dem Aktuatorgehäuse 12 einerseits
und der Kühlrippenplatte 24 andererseits ist auf
die vorgenannten Befestigungsschrauben beschränkt, mit
denen die Kühlrippenplatte 24 am Aktuatorgehäuse 12 befestigt
ist.
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Die
Abwärme des Aktuators 10 wird andererseits effektiv über
das metallische Aktuatorgehäuse 12 an das metallische
Getriebegehäuse 201 abgeleitet, an dem das Aktuatorgehäuse 12 direkt
angeflanscht ist.
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Insbesondere,
wenn die gezeigte Ausführungsform in der in den Figuren
dargestellten räumlichen Ausrichtung verbaut wird, kann
Getriebeschmiermittel, das gegebenenfalls trotz der Radialwellendichtung 203 entlang
der Aktuatorwelle 14 in den Aktuator gelangt, nicht bis
zur Steuereinrichtung 28 vordringen, da es in dem wannenförmigen
Rücksprung 36 der Wärmeisolierschicht 20 gefangen
wird. Insbesondere wird es von den Hall-Sensoren 32 ferngehalten,
die im Zusammenwirken mit den Sensorpermanentmagneten zur Winkelpositionsbestimmung
des Rotors 40 des Aktuators dienen.
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Durch
die räumliche Nähe der Steuereinrichtung 28 ist
eine hohe Stellgenauigkeit des Aktuators 10 gewährleistet,
wobei insbesondere keine langen Kabelbaumverbindungen zwischen der
Steuereinrichtung 28 und dem Aktuator 10 notwendig
sind.
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- 10
- Aktuator
- 12
- Aktuatorgehäuse
- 14
- Abtriebswelle
- 15
- Rotorlagerung
- 20
- Wärmeisolierschicht
- 22
- Anschlussstecker
- 23
- Aufnahme
- 24
- Kühlrippenplatte
- 25
- Vorsprung
- 26
- Platine
- 28
- Steuereinrichtung
- 30
- Speicher
- 31
- Leistungshalbleiter
- 32
- Hall-Sensoren
- 33
- Kontaktfläche
- 34
- Anschlüsse
- 36
- wannenförmiger
Rücksprung
- 37
- Ansatz
- 38
- Leistungsanschlüsse
- 39
- Kontaktfläche
- 40
- Rotor
des Aktuators
- 41
- Sensorpolrad
- 42
- Stator
des Aktuators
- 43
- Dichtring
- 44
- Ansatz
- 45
- Dichtung
- 46
- Elektronik-
und Speicherelemente
- 47
- Elektrolytkondensator
- 48
- Dichtung
- 50
- Schrauböse
- 100
- Aktuatoreinheit
- 200
- Getriebe
- 201
- Getriebegehäuse
- 202
- Abtriebswellendurchführung
- 203
- Radialwellendichtring
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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