DE102009029235B4

DE102009029235B4 - Aktuator mit einem Elektromotor und einem Gehäuseteil

Info

Publication number: DE102009029235B4
Application number: DE102009029235.7A
Authority: DE
Inventors: Yvan Bourqui; Rolf Weber
Original assignee: Johnson Electric International AG
Current assignee: Johnson Electric International AG
Priority date: 2008-10-15
Filing date: 2009-09-07
Publication date: 2021-01-14
Anticipated expiration: 2029-09-08
Also published as: CH699672A1; DE102009029235A1

Abstract

Aktuator mit einem Elektromotor (20, 30), welcher mindestens eine Spule (23, 24) aufweist, die auf einem Spulenkörper (6) angeordnet ist, und mit einem Gehäuseteil (1), das als Träger für ein Getriebe (10) dient, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (1) zusammen mit dem Spulenkörper (6) einstückig ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Aktuator mit einem Elektromotor und einem Gehäuseteil gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Aktuator ist z.B. aus der europäischen Patentanmeldung EP 1 492 214 A2 oder dem deutschen Gebrauchsmuster DE 203 10 683 U1 bekannt.
Ein Aktuator mit den Merkmalen gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 10 2006 052 958 A1 bekannt.
Die bekannten Aktuatoren setzen sich aus mehreren Einzelteilen zusammen, was den Aufbau und die Herstellung relativ kompliziert macht.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Aktuator der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, dass Aufbau und Herstellung einfacher sind.
Ein Aktuator, der diese Aufgabe löst, ist im Anspruch 1 angegeben. Die weiteren Ansprüche geben bevorzugte Ausführungen an sowie ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemässen Aktuator.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Figuren erläutert. Es zeigen

1 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemässen Aktuators, wobei die Statorhülse abgezogen und der Gehäusedeckel weggelassen sind;
2 eine andere perspektivische Ansicht des Aktuators gemäss 1;
3 das Gehäuseteil des Aktuators gemäss 1 zusammen mit den angebrachten Stiften und Teilen des Stators in einer Draufsicht;
4 eine perspektivische Ansicht des Gehäuseteils gemäss 3 und des Gehäusedeckels;
5 eine Explosionsansicht des Aktuators gemäss 1, wobei das Getriebe weggelassen ist; und
6 eine perspektivische Ansicht des Aktuators gemäss 1 im zusammengesetzten Zustand von unten.

Der Aktuator, welcher in den 1 und 2 ohne Gehäusedeckel gezeigt ist, umfasst ein Gehäuseteil 1, welches als Träger für ein Getriebe 10 dient, einen Elektromotor mit Stator 20 und Rotor 30 und eine Steuerschaltung 40 zum Ansteuern des Elektromotors, welche dazu auf einer Leiterplatte angeordnete elektronische Bauelemente, wie z.B. ein Chipgehäuse mit einer integrierten Schaltung aufweist.
Das Getriebe 10, welches in üblicher Weise ausgebildet ist, enthält in Eingriff miteinander stehende Zahnräder.
Wie 3 zeigt, umfasst das Gehäuseteil 1 eine Grundplatte 2, von deren Rand sich eine Wandung 3 erhebt, ein Lagerelement 4, welches sich in Richtung der Rotationsachse 31 des Rotors erstreckt, und eine weitere Wandung 5, welche sich der Wandung 3 anschliesst.
Die Grundplatte 2 ist mit einer Öffnung 2a versehen, durch welche hindurch die Abtriebswelle des Getriebes 10 an die Komponente koppelbar ist, welche mit dem Aktuator bewegt werden soll und welche z.B. ein Teil eines Fahrzeugscheinwerfers wie Reflektor oder in einer Klima-, Heizungs- und/oder Lüftungsanlage ist.
Im vorliegenden Beispiel weist die Grundplatte 2 eine weitere Öffnung 2b auf, durch welche ein Fixationselement, z.B. eine Schraube führbar ist, um den Aktuator an der Einbaustelle zu montieren. Zur Lagerung der Getriebeglieder des Getriebes 10 ist die Grundplatte 2 mit in der 3 nicht dargestellten Lagerstellen versehen. Diese sind z.B. als Gleitlager ausgebildet, welche in die Grundplatte 2 gepresste Achsen aufweisen.
Das Lagerelement 4 umfasst endseitig eine Lagerstelle 4a zur Lagerung des Rotors 30 und ist seitlich mit einer Öffnung 4b versehen, welche eine Ankopplung des Rotors 30 an das Getriebe 10 ermöglicht (vgl. 1).
Die Wandung 5 ist mit Stiften 41, 42 versehen, welche zum Anschluss der Steuerschaltung 40 und der Spulen des Elektromotors 20, 30 dienen. Zur Bildung einer Steckverbindung ragen einzelne Stifte 42 so aus der Wandung 5 heraus, dass sie nach aussen gerichtet sind. An ihnen ist ein Kabel anschliessbar, um z.B. Signale auszutauschen und/oder Versorgungsenergie zuzuführen. Zur Bildung eines Steckergehäuses ist die Grundplatte 2 mit einer Erweiterung 2c versehen, oberhalb welcher die Stifte 42 verlaufen.
In 3 ist weiter ein Spulenkörper 6 gezeigt, welcher mit einer zylindrischen Ausnehmung versehen ist, in welcher das Antriebsende des Rotors 30 aufnehmbar ist. Der Spulenkörper 6 ragt seitlich aus der Wandung 3 des Gehäuseteils 1 heraus.
Die Grundplatte 2, die Wandungen 3 und 5, das Lagerelement 4 und der Spulenkörper 6 sind aus einem Stück gefertigt und bilden somit ein einstückig ausgebildetes Aktuatorteil.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Spulenkörper 6 als Träger für zwei Spulen ausgebildet, die jeweils um die Rotationsachse 31 verlaufen und axial, d.h. in Richtung der Rotationsachse 31 versetzt zueinander angeordnet sind. Im Spulenkörper 6 sind Statorelemente 21, 22 eingebettet, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel die beiden Spulen jeweils zwischen zwei Statorelementen 21 bzw. 22 zu liegen kommen.
Die Statorelemente 21, 22 sind jeweils in Form eines Ringes mit abgebogenen Polzähnen ausgebildet. In 4 sind die Polzähne 21a der beiden Statorelemente 21 sowie die Polzähne 22a der beiden Statorelemente 22 zu sehen. Es ist auch die Lagerstelle 4a sichtbar, welche eine Vertiefung aufweist, die ein Gleitlager für den Rotor bildet.
Wie 4 weiter zeigt, ist das Gehäuseteil 1 mit einem Gehäusedeckel 15 verschliessbar, welcher im vorliegenden Ausführungsbeispiel einteilig angeformte Seitenwände 15a aufweist, die zusammen mit der Erweiterung 2c des Gehäuseteils 1 das Steckergehäuse für die Stifte 42 bilden, sowie eine Öffnung 15b, welche zusammen mit der Öffnung 2b in der Grundplatte 1 zur Montage des Aktuators dient.
Die Wandung 3 ist im Bereich des Spulenkörpers 6 mit einem Flansch versehen, der radial nach aussen weisende Fortsätze 7 aufweist, die einteilig am Gehäuseteil 1 angeformt sind und zum Halten einer Statorhülse 25 dienen, wie sie in 5 gezeigt ist.
Die Statorhülse 25 ist in Form eines Topfes ausgebildet, welcher im zusammengesetzten Zustand die Statorelemente 21, 22 an ihren ringförmigen Enden kontaktiert, und weist am Rand Laschen auf, welche zur Befestigung an den Fortsätzen 7 dient.
In 5 sind ebenfalls die auf dem Spulenkörper 6 aufgenommenen Spulen 23 und 24 eingezeichnet. Wird die jeweilige Spule 23, 24 bestromt, baut sich ein magnetischer Kreis auf, der über die Statorhülse 25 geschlossen wird. Im Weiteren ist sie Teil des Gehäuses zum Schutz des Elektromotors vor äusseren Einflüssen.
5 zeigt weiter den Rotor 30, welcher eine Rotorwelle 31 umfasst, auf der ein Rotormagnet 32 und eine Schnecke 33 angeordnet sind. Der Rotormagnet 32 ist permanentmagnetisch und weist dementsprechend magnetische Nord- und Südpole aufweist. Zur Lagerung der Rotorwelle 31 dient die Lagerstelle 4a sowie eine in der Statorhülse 25 aufgenommene Lagerscheibe 26 mit einer Vertiefung, in welche das Ende der Rotorwelle 31 greift.
Im zusammengesetzten Zustand ist der Rotormagnet 32 von den Polzähnen 21a, 22a umgeben, welche mittels der Spulen 23, 24 magnetisierbar sind, um den Rotor 30 in Drehung zu versetzen. Die Bewegung wird dabei mittels der Schnecke 33, welche via die Öffnung 4b im Lagerelement 4 in Eingriff mit dem Getriebe 10 steht, an dieses übertragen.
6 zeigt den Aktuator im zusammengesetzten Zustand. Wie ersichtlich ist über die Öffnung 2a im Gehäuseteil 1 eine zu bewegende Komponente an die Abtriebswelle des Getriebes 10 ankoppelbar, und an das Steckergehäuse 2c, 15a ist ein Kabel mit einem Stecker anschliessbar.
Der Aktuator ist wie folgt fertigbar:

Die Statorelemente 21, 22 werden in der gewünschten Form aus einem weichmagnetischen Blech, z.B. einem Stahlblech gestanzt, gebogen und in ein Spritzgiesswerkzeug eingefügt. Anschliessend werden sie mit Kunststoff, z.B. einem Thermoplast umspritzt, sodass das einstückige Aktuatorteil mit den Elementen 1-7 entsteht. In der Wandung 5 werden dabei Öffnungen vorgesehen, in welche nach dem Spritzgiessen die Stifte 41, 42 getrieben werden. Alternativ ist es denkbar, die Stifte 41, 42 vorgängig im Spritzgiesswerkzeug einzulegen und zur Bildung der Wandung 5 mit Kunststoff zu umspritzen.

Zu Bildung von Lagern für die Getriebeglieder des Getriebes 10 werden Achsen an vordefinierten Stellen in die Grundplatte 2 gepresst.
Zur Bildung der Spulen 23, 24 wird der Spulenkörper 6 mit dem Spulendraht bewickelt. Die Spulenenden der Spulen 23, 24 werden dabei direkt, d.h. ohne Verwendung eines Zwischenstücks mit den in der Wandung 5 angebrachten Stiften 41 verbunden. Anschliessend wird die Steuerschaltung 40 an der Wandung 5 befestigt, sodass sie die Stifte 41, 42 kontaktiert.
Der Rotor 30 wird angebracht, indem die Schnecke 33 durch die Ausnehmung im Spulenkörper 6 hindurchgeführt wird. Die Statorhülse 25 wird über den Spulenkörper 6 geschoben und an den Fortsätzen 7 befestigt. Die Enden der Rotorwelle 31 kommen dabei in den Lagerstellen des Lagerelements 4 und der in der Statorhülse 25 eingelassenen Lagerscheibe 26 zu liegen. Anschliessend werden die Getriebeglieder des Getriebes 10 im Gehäuseteil 1 eingefügt und dieses mit dem Gehäusedeckel 15 verschlossen.
Der Aktuator ist an der Einbaustelle mittels eines einzigen Fixationselements, z.B. einer Schraube montierbar, indem dieses durch die Öffnungen 2b, 15b hindurchgesteckt wird.
Das einstückige Aktuatorteil 1-7 übernimmt mehrere Funktionen gleichzeitig: es dient zum Schutz der Komponenten des Aktuators sowie als Träger für das Getriebe 10, die Stifte 41, 42 und die Elemente 21-26 des Stators 20 und bildet ein Lager 4a für den Rotor 30.
Durch die einstückige Ausführung der Elemente 1-7 kann die relative Lage der einzelnen Aktuatorkomponenten zueinander präzise definiert werden. So sind z.B. die bewegbaren Komponenten 10, 30 präzise in Bezug auf den Stator 20 als stehende Komponente anbringbar, wodurch eine zuverlässige Erzeugung und Übertragung der Bewegung gewährleistet werden kann.
Der Aktuator hat den Vorteil, dass sein Aufbau durch das Vorsehen eines einteiligen Aktuatorteils einfacher und kompakter gestaltet werden kann. Insbesondere ist der Aufbau vereinfacht durch die einteilige Ausführung des Spulenkörpers und des Trägers für das Getriebe. Im Weiteren ist aufgrund des verbesserten Aufbaus die Fertigung des Aktuators einfacher, zuverlässiger und kostengünstiger.
Aus der vorangehenden Beschreibung sind dem Fachmann zahlreiche Abwandlungen zugänglich, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, der durch die Ansprüche definiert ist.
Das einteilige Aktuatorteil ist so auslegbar, dass es mehrere Funktionen übernimmt. Es brauchen jedoch nicht unbedingt alle Elemente 1-7 ein einstückiges Aktuatorteil zu bilden. Es ist z.B. denkbar anstelle des einteilig angeformten Lagerelements 4b ein separates Lager für den Rotor 30 vorzusehen, welches auf der Grundplatte 2 befestigt wird.
Entsprechend dem Anwendungszweck des Aktuators ist es im Weiteren denkbar, anstelle des in den Figuren gezeigten Drehantriebs 20, 30 einen Linearantrieb als Elektromotor vorzusehen.
Auch ist die Anzahl der Spulen an die Auslegung des Elektromotors anpassbar und kann eins, zwei oder mehr betragen.

Claims

Aktuator mit einem Elektromotor (20, 30), welcher mindestens eine Spule (23, 24) aufweist, die auf einem Spulenkörper (6) angeordnet ist, und mit einem Gehäuseteil (1), das als Träger für ein Getriebe (10) dient, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (1) zusammen mit dem Spulenkörper (6) einstückig ausgebildet ist.
Aktuator nach Anspruch 1, wobei der Spulenkörper (6) seitlich aus einer Wandung (3) des Gehäuseteils (1) auskragt.
Aktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, welcher im Spulenkörper (6) eingebettete Statorelemente (21, 22) mit Polzähnen (21a, 22a) aufweist.
Aktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer einstückig mit dem Gehäuseteil (1) ausgebildeten Lagerstelle (4a) für den Rotor (30).
Aktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gehäuseteil (1) eine einstückig angeformte Wandung (5) aufweist, welche mit mindestens einem Stift (41, 42) versehen ist, der mit der Spule (23, 24) und/oder einer Steuerschaltung (40) zum Ansteuern des Elektromotors (20, 30) verbunden ist.
Aktuator nach Anspruch 5, wobei die Wandung (5) mit Stiften (42) zur Bildung einer Steckverbindung versehen ist.
Aktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Hülse (25), welche endseitig verschlossen ist und über den Spulenkörper (6) geschoben ist.
Aktuator nach Anspruch 7, wobei in der Hülse (25) eine Lagerstelle (26) für den Rotor (30) angeordnet ist.
Aktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Rotor (30) eine Welle (31) aufweist, die an das Getriebe (10) gekoppelt ist.
Aktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gehäuseteil aus Kunststoff gefertigt ist.
Kraftfahrzeug mit einem Aktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche.