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Die
Erfindung bezieht sich auf eine elektromotorische Antriebseinrichtung,
insbesondere für ein Hilfsaggregat in einem Kraftfahrzeug,
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In
der
DE 100 06 350
A1 wird ein elektrischer Fensterheberantrieb für
ein Kraftfahrzeug beschrieben, der als Kommutatormotor mit einem
drehfest mit der Rotorwelle umlaufenden Kommutator und darauf aufliegenden
Kohlebürsten in einem Bürstenhalter ausgebildet
ist. Die im Stator des Motors umlaufende Rotorwelle ist mit einer
Ankerwicklung versehen, deren Stromzufuhr über die Kohlebürsten
erfolgt, indem die statorfesten Kohlebürsten durch Federkraft
radial auf den Umfang des fest mit der Rotorwelle verbundenen Kommutators
gepresst werden.
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Bei
derartigen Antriebseinrichtungen für Hilfsaggregate in
einem Kraftfahrzeug ist zum einen auf eine klein bauende Ausführung
bei zugleich hoher Stabilität zu achten, zum andern müssen üblicherweise
auch elektronische Bauteile zur Regelung bzw. Steuerung des elektrischen
Antriebs in die Antriebseinrichtung integriert werden, wobei bezüglich
der elektronischen Bauteile eine hohe Funktionssicherheit bei den
im regulären Betrieb auftretenden Belastungen gewährleistet
sein muss.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen
eine elek tromotorische Antriebseinrichtung zu schaffen, die einerseits
ein hohes Maß an konstruktiven Gestaltungsmöglichkeiten
bietet und andererseits auch erhöhten Belastungen standhält.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben
zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die
erfindungsgemäß elektromotorische Antriebseinrichtung
wird bevorzugt für ein Hilfsaggregat in einem Kraftfahrzeug
eingesetzt, beispielsweise als Schiebedachantrieb, Fensterheber,
Sitzverstellmotor, Wischermotor oder Ähnliches. Die elektromotorische
Antriebseinrichtung ist gegebenenfalls mit einem Getriebe gekoppelt,
beispielsweise mit einem Schneckengetriebe, das in einem Getriebegehäuse angeordnet
ist, welches bevorzugt mit dem Motorgehäuse verbunden ist.
Gegebenenfalls kommt auch eine einteilige Ausführung von
Getriebegehäuse und Motorgehäuse in Betracht.
In dem Getriebegehäuse bzw. dem Motorgehäuse können
zusätzliche Bauteile, insbesondere eine elektronische Leiterplatte
aufgenommen sein.
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Gemäß der
Erfindung ist vorgesehen, dass eine Stromübertragungseinrichtung,
welche zur Stromversorgung des elektrischen Antriebsmotors dient,
eine flexible Trägerfolie umfasst, auf die elektrische
Leiterbahnen aufgebracht sind. Diese elektrischen Leiterbahnen sind
mit einer Bürsteneinrichtung verbunden, über die
die Stromzufuhr zur Ankerwicklung auf den Rotor des Antriebsmotors
erfolgt.
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Die
Flexibilität der Trägerfolie ermöglicht
einen Bewegungsausgleich, insbesondere für den Fall, dass
der den Antriebsmotor enthaltende Teil der Antriebseinrichtung gegenüber
einem Bauteil, mit dem die Stromübertragungseinrichtung
verbunden ist, eine Relativbewegung ausführt. Dies ist
beispielsweise dann der Fall, wenn die Stromübertragungseinrichtung
die Bürsteneinrichtung mit einer Leiterplatte oder sonstigen
elektronischen Bauteilen verbindet, wobei die Leiterplatte bzw.
die Bauteile beispielsweise im Getriebegehäuse der Antriebseinrichtung
aufgenommen sind und das Getriebegehäuse bezogen auf den
Elektromotor eine Relativbewegung ausführen kann, die durch
Schwingungen verursacht wird. Aufgrund der Flexibilität
kann sich die Trägerfolie verwinden sowie einen Längenausgleich
in eine Raumrichtung oder in mehrere Raumrichtungen ausführen. Außerdem
erfolgt keine Übertragung der Schwingungen über
die Trägerfolie.
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Ein
weiterer Vorteil der flexiblen Trägerfolie liegt in der
Möglichkeit eines Toleranzausgleiches, also im Unterschied
zum vorbeschriebenen Schwingungsausgleich nicht im Bereich einer
dynamischen Kompensation, sondern in einer statischen Überbrückung
von Bauteiltoleranzen bzw. Toleranzen, die durch den Zusammenbau
entstehen.
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Das
Aufbringen elektrischer Leiterbahnen auf die Trägerfolie
beeinträchtigt die Flexibilität der Trägerfolie
nicht bzw. nicht in signifikanter Weise. Zugleich ist die Grundfunktion
der elektrischen Signalübertragung bzw. Stromübertragung
zur Bürsteneinrichtung gewährleistet. Die elektrischen
Leiterbahnen sind beispielsweise als Kupferbahnen ausgeführt,
die auf die Trägerfolie aufgebracht werden. Die Kupferbahnen
werden bürstenseitig elektrisch mit den Bürsten
verbunden, in gleicher Weise erfolgt ein elektrischer Anschluss
auf der der Bürsteneinrichtung abgewandten Seite mit den
elektrischen bzw. elektronischen Bauteilen, welche sich insbesondere
auf der elektronischen Leiterplatte befinden. Die elektrische Verbindung
erfolgt beispielsweise durch Löten.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass
auf die flexible Trägerfolie elektronische SMD-Bauelemente
(Surface Mounted Device) und/oder bedrahtete elektronische Bauteile aufgebracht
sind. Bei den SMD-Bauteilen handelt es sich beispielsweise um Hall-Sensoren
oder Varistoren bzw. Kondensatoren. Diese elektronischen Bauteile
werden bevorzugt auf die Trägerfolie aufgelötet. Das
Aufbringen zusätzlicher elektronischer Bauelemente auf
die Trägerfolie erlaubt die Integration weiterer Funktionalitäten
in die Stromübertragungseinrichtung. Beispielsweise kann über
einen Hall-Sensor auf der Trägerfolie die aktuelle Rotorlage
des elektronischen Antriebsmotors bestimmt werden.
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Auf
der Bürstenseite kann die Trägerfolie je nach
Konfiguration der Bürsteneinrichtung eine unterschiedliche
konstruktive Gestalt aufweisen. Ein Abschnitt der Trägerfolie
ist auf einen Bürstenträger der Bürsteneinrichtung
aufgesetzt, auf dem die Bürsten aufgenommen sind, wobei
die Bürsten vorzugsweise durch Ausnehmungen in der Trägerfolie
hindurchragen und in der vorbeschriebenen Weise mit den elektrischen
Leiterbahnen auf der Trägerfolie elektrisch verbunden sind.
Im Falle einer axialen Anordnung des Bürstenträgers
am Stator des Elek tromotors wird vorzugsweise auch ein Abschnitt
der Trägerfolie axial auf den Bürstenträger
aufgesetzt. Der mit einem Grundkörper des Bürstenträgers
verbundene Abschnitt der Trägerfolie ist hierbei entweder
als geschlossener Ring oder teilkreisförmig ausgeführt.
Grundsätzlich möglich ist es aber auch, die Folie
abschnittsweise mit ihrer Kante bzw. Schmalseite auf den Bürstenträger-Grundkörper
aufzusetzen und mit den Bürsten elektrisch zu verbinden.
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Gemäß einer
alternativen Ausführung befindet sich der Bürstenträger
am Außenumfang des Stators, wobei in diesem Fall ein Abschnitt
der Trägerfolie radial auf die Außenseite des
Grundkörpers des Bürstenträgers aufgesetzt
und die Leiterbahnen auf der Trägerfolie mit den Bürsten
elektrisch verbunden sind.
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Die
aus flexiblem Material gefertigte Trägerfolie besteht beispielsweise
aus Polyimid (PI) oder Polypropylen (PP).
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und
den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer elektromotorischen Antriebseinrichtung,
bestehend aus einem Elektromotor und einem mit einem Poltopf des
Elektromotors verbundenen Getriebegehäuse, in welchem eine
elektronische Leiterplatte aufgenommen ist, wobei ein Bürstenträger
des Elektromotors über eine flexible Trägerfolie
mit der Leiterplatte verbunden ist,
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2 in
perspektivischer Ansicht die Stirnseite des Elektromotors mit einer
Darstellung des Bürstenträgers sowie der flexiblen
Trägerfolie zur elektrischen Verbindung der Bürsten
mit der elektronischen Leiterplatte,
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3 die
flexible Trägerfolie aus 2 in Einzeldarstellung,
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4 eine
perspektivische, stirnseitige Ansicht eines Bürstenträgers
mit einer flexiblen Trägerfolie in einer alternativen Ausführung,
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5 die
Trägerfolie aus 4 in Einzeldarstellung,
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6 ein
weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Trägerfolie
abschnittsweise mit ihrer Schmalseite auf die Stirnseite des Bürstenträgers aufgesetzt
ist,
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7 die
Trägerfolie aus 6 in Einzeldarstellung,
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8 ein
weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Trägerfolie
auf die radiale Außenseite des Bürstenträgers
aufgesetzt ist,
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9 die
Trägerfolie aus 8 in Einzeldarstellung.
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist
eine elektromotorische Antriebseinrichtung dargestellt, die zum
Antrieb eines Hilfsaggregates in einem Fahrzeug eingesetzt wird,
beispielsweise als Schiebedachantrieb, Fensterheber, Sitzverstellmotor
oder Wischermotor. Die Antriebseinrichtung 1 umfasst einen
Elektromotor 2, der als Innenläufer-Motor ausgebildet
ist und in einem Poltopf 3, der Teil des Stators ist, eine
um die Drehachse 4 umlaufende Rotorwelle aufweist. Der
Poltopf des Elektromotors 2 ist mit einem Getriebegehäuse 5 verbunden,
der ein Getriebe zur Unter- oder Übersetzung der Rotordrehzahl
aufnimmt. Poltopf 3 und Getriebegehäuse 5 bilden
separat voneinander ausgebildete, jedoch in der Montageposition
zusammenhängende Bauteile.
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Einteilig
mit dem Getriebegehäuse 5 ist eine Elektronikaufnahmeeinrichtung 6 ausgebildet,
die zur Aufnahme einer elektronischen Leiterplatte 7 dient. Die
elektrische Verbindung zwischen dem Elektromotor 2 und
der elektronischen Leiterplatte 7 erfolgt mithilfe einer
Stromübertragungseinrichtung, die eine flexible Trägerfolie 8 mit
darauf aufgebrachten elektrischen Leiterbahnen umfasst. Über
die Stromübertragungseinrichtung wird der Elektromotor 2 bestromt und
zugleich gesteuert bzw. geregelt. Die Trägerfolie 8 ist
flexibel ausgebildet, wodurch Schüttel- oder Schwingungsbeanspruchungen,
denen die Antriebseinrichtung 1 unterworfen ist und die
zu einer Relativbewegung zwischen dem Elektromotor 2 sowie
der Leiterplatte 7 im Getriebegehäuse 5 führen,
kompensiert werden können, und zwar ohne Beeinträchtigung
des elektrischen Kontaktes zwischen der Trägerfolie und
Bürsten am Elektromotor bzw. der elektronischen Leiterplatte 7.
Die Relativ bewegung zwischen Elektromotor 2 und Leiterplatte 7 kann
ein- oder mehrdimensional ausgeprägt sein und von der Trägerfolie 8 ausgeglichen
werden.
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In 2 ist
ein Bürstenträger 9 in perspektivischer
Einzeldarstellung gezeigt, einschließlich der axial stirnseitig
aufgebrachten Trägerfolie 8. Die Trägerfolie 8 ist
zudem in 3 in Einzeldarstellung gezeigt.
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Wie 2 in
Verbindung mit 3 zu entnehmen, weist die Trägerfolie 8 einen
zu einem Ring geformten Abschnitt 8a auf, der stirnseitig
axial auf dem Bürstenträger 9 aufliegt
und mit Ausnehmungen zur Aufnahme von Bürsten 10,
die mit einem mit der Rotorwelle verbundenen Kommutator in Kontakt
stehen, sowie von Drosseln 11 ausgebildet ist. Der Bürstenträger 9 und
die Bürsten 10, die insbesondere als Hammerbürsten
ausgeführt sind, bilden hierbei eine Bürsteneinrichtung, über
die eine Ankerwicklung auf der Rotorwelle des Elektromotors mit
Strom versorgt wird. Die Stromzufuhr erfolgt über elektrische
Leiterbahnen auf der Oberfläche der Trägerfolie 8,
die auf der dem Elektromotor abgewandten Seite mit ihrem freien
Abschnitt 8b mit der Leiterplatte (1) elektrisch
verbinden ist. Der Abschnitt 8b der Trägerfolie 8 ist
gegenüber der Ebene des ringförmigen Abschnittes 8a abgewinkelt
und im eingebauten Zustand gemäß 2 durch
einen Spalt in der Mantelfläche des Bürstenträgers 9 geführt,
wobei an dieser Stelle zusätzlich eine Abdichtung vorgesehen
sein kann.
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Die
Trägerfolie 8 wird zweckmäßigerweise aus
einer ebenen Folie ausgestanzt und in die gewünschte Form
gefaltet. In der ringförmigen Ausführung gemäß 2 und 3 sind
an der Ringinnenseite zusätzliche Kontaktabschnitte 8c ausgebildet, die
vorzugsweise zur Aufnahme eines zusätzlichen elektronischen
IC-Bauteiles dienen, beispielsweise eines Hall-Sensors.
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Im
Ausführungsbeispiel gemäß 4 und 5 ist
der Bürstenträger 9 ebenso wie im ersten Ausführungsbeispiel
bezogen auf die Rotorwelle axial angeordnet. Auch die Trägerfolie 8 ist
an der außen liegenden, axialen Stirnseite des Bürstenträgers 9 angeordnet.
Allerdings ist der flächig auf der Stirnseite des Bürstenträgers 9 aufliegende
Abschnitt 8a der Trägerfolie 8 lediglich
teilkreisförmig, im Ausführungsbeispiel etwa halbkreisförmig
ausgeführt. Der Verbindungsabschnitt 8b, über
den die Trägerfolie an die elektronische Leiterplatte angekoppelt
ist, ist gegenüber der Ebene des Abschnittes 8a winklig
abgebogen. Auf der radial innen liegenden Seite des teilkreisförmigen
Abschnittes 8a befinden sich die ebenfalls abgewinkelten
Kontaktabschnitte 8c; im Ausführungsbeispiel sind
zwei derartige Kontaktabschnitte 8c vorgesehen.
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An
der radialen Innenseite befindet sich an einem der Kontaktabschnitte 8c ein
Hall-Sensor 12, mit dem die aktuelle Rotorlage der Rotorwelle
bestimmt werden kann. Der Hall-Sensor 12 ist auf die Oberfläche
des Kontaktabschnittes 8c aufgebracht.
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Im
Ausführungsbeispiel gemäß 6 und 7 ist
der Bürstenträger 9 ebenfalls axial bezogen auf
die rotierende Rotorwelle im Elektromotor angeordnet. Die Trägerfolie 8 weist
einen an der axialen Stirnseite des Bürstenträgers 9 mit
der Schmalseite aufliegenden Abschnitt 8d auf, an den sich
stirnseitig jeweils die Abschnitte 8a anschließen,
welche mit den Bürsten 10 in elektrischem Kontakt
stehen. Die Abschnitte 8a liegen wie in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen
flächig auf der Stirnseite des Bürstenträgers 9 auf.
Der Abschnitt 8b zur Verbindung mit der Leiterplatte schließt
sich an einen der Abschnitte 8a an.
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Im
Ausführungsbeispiel gemäß den 8 und 9 umschließt
der Grundkörper des Bürstenträgers 9 die
Rotorwelle radial, so dass die Bürsten 10 in Radialrichtung
in Kontakt mit dem Kommutator der Rotorwelle liegen. Der Abschnitt 8a der
Trägerfolie 8 befindet sich an der radial außen
liegenden Außenseite des Bürstenträgers 9.
Die Bürsten 10 sind dementsprechend durch Ausnehmungen
in der Trägerfolie geführt und erstrecken sich
in Radialrichtung. An der radial innen liegenden Seite des Abschnittes 8a sind
die Kontaktabschnitte 8c ausgebildet (9),
die Träger von IC-Bauelementen sein können, beispielsweise
eines Hall-Sensors.
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Die
Bürsteneinrichtung umfasst in einer vortailhaft Ausführung
Hammerbürsten.
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Durch
die Kombination von der flexiblen Trägerfolie, den SMD-Bauteilen
und den Bürsten, insbesondere den Hammerbürsten,
kann eine signifikante Bauraumreduzierung erzielt werden.
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Die
flexible Trägerfolie muss nicht direkt mit der elektronischen
Leiterplatte verbunden sein, sondern kann auch mit einem elektrischen
Stecker verbunden werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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