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Die
Erfindung betrifft ein Gehäuse für ein elektrisches
Gerät, beispielsweise für einen Elektromotor.
Derartige Geräte werden häufig mit Hilfe einer elektronischen
Baugruppe gesteuert oder betrieben, die aus Gründen, die
von der jeweiligen Geräteart oder von der Anwendung abhängen,
zusammen mit dem Gerät in einem Gehäuse untergebracht
werden soll.
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So
ist es beispielsweise im Fall eines Schrittmotors, der mit Hilfe
einer magnetischen Encoder-Scheibe gesteuert werden soll, die auf
der Motorenachse angebracht ist, zweckmäßig, in
unmittelbarer Nähe zu dieser Encoder-Scheibe eine elektronische
Baugruppe anzuordnen, auf der auch ein die Rotationsbewegung oder
die Winkelstellung der Encoder-Scheibe messender Sensor angeordnet
ist.
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Eine
derartige Anordnung ist beispielsweise in der
DE 195 27 981 A1 beschrieben,
die einen elektronisch kommutierten Elektromotor offenbart, der
mit Hilfe eines magnetischen Sensorsystems zur Kommutationssteuerung
betrieben wird.
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Eine ähnliche
Anordnung beschreibt beispielsweise die
DE 102 36 700 A1 in Gestalt
einer Vorrichtung zur Halterung und Fixierung einer Sensorvorrichtung
in einem Gleichstrommotor.
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In
solchen und anderen Fällen ist es wünschenswert,
die elektronische Baugruppe in einer Weise an dem Gerät
anzubringen, die einen ausreichenden Schutz der Baugruppe mit einer
möglichst einfachen Montage verbindet.
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Die
DE 39 30 144 A offenbart
einen elektrischen Motor, ein topfförmiges Motorgehäuse,
ein Getriebegehäuse, das mit einem Lagerschild eine Stirnseite
des Motorgehäuses verschließt, und das einen Getriebetopf
zur Aufnahme von Getriebeelementen und einen den Getriebetopf verschließenden
Deckel besitzt, und eine sich in einer Tasche des Getriebetopfes
befindende Halterung für ein elektrisches Bauteil, das
mit einer im Motorgehäuse angeordneten Schleifkohle leitend
verbunden ist.
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Die
DE 10 38 285 A1 beschreibt
eine elektrische Antriebseinrichtung mit einem Antriebsgehäuse,
mit einem an dem Antriebsgehäuse axial anzubringenden Gehäusedeckel,
mit einer Ankerwelle, mit Versorgungsmitteln, die die Antriebseinrichtung mit
elektrischem Strom versorgen, und mit Erfassungsmitteln, die insbesondere
die Drehzahl der Ankerwelle erfassen. Kennzeichnend für
diese Antriebseinrichtung ist, dass der Gehäusedeckel mindestens
eine Aussparung zur Aufnahme von Stecker- und/oder Haltegehäusen
vorsieht, die zum elektrischen Anschluss und/oder zur Halterung
der Versorgungs- und/oder Erfassungsmittel vorgesehen sind.
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Die
DE 196 37 192 C2 offenbart
einen Elektromotor mit integrierter, an die Ständerwicklung
angeschlossener Elektronikeinheit. An dem der geschlossenen Bodenseite
der Rotorglocke abgewandten stirnseitigen Ende eines Außenläufermotors
ist ein topfförmiges Gehäuse angeordnet, das mit
seinem Topfboden dem Elektromotor zugewandt und dessen offene Topfseite
axial außen mit einem Gehäusedeckel, z. B. durch
Bördeln, Verstemmen oder Verschrauben, abschließbar
ist. Das topfförmige Gehäuse ist mittels Befestigungsmitteln,
z. B. Schrauben am Stator, vorzugsweise an der speichenförmigen
Lagerung fixierbar und bildet ein tragendes Motor-Bauteil, insbesondere
in Form eines Flanschteils mit über den Umfang verteilten
Befestigungslaschen zur Halterung des Elektromotors in einer hier
nicht näher gezeigten Motoraufnahme. Innerhalb des Gehäuses,
vorzugsweise in der Nähe des Gehäusebodens ist
eine Leiterplatte zur Aufnahme einer Elektronikeinheit als Steuerungs-
bzw. Leistungsteil für den Elektromotor, z. B. über
Schrauben, gehaltert. Die Halbleiter-Bauelemente der Elektronikeinheit
sind mittels deckelseitiger Klemmfedern an Wandungen des Gehäuses
bei dessen Verschluss durch den Gehäusedeckel angedrückt.
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Diese
bekannten Lösungen sind – je nach den speziellen
Anforderungen des jeweiligen Anwendungsfalls – mit unterschiedlichen
Vor- und Nachteilen verbunden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gehäusebauweise
anzugeben, die den Anforderungen wenigstens einiger Anwendungen
besser genügt. Diese Aufgabe wird durch ein Gehäuse
nach Anspruch 1 gelöst.
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Dazu
ist ein Gehäuse für ein elektrisches Gerät
mit einem Hohlraum in einem Flansch des Gehäuses zur Aufnahme
einer elektronischen Baugruppe vorgesehen. Der Hohlraum weist Wände
mit je einer Vertiefung auf, die derart gestaltet sind, dass in
diese Vertiefungen elastisch verformbare Nasen eines den Hohlraum
nach außen wenigstens teilweise begrenzenden – beispielsweise
mit der Oberkante der Wände abschließenden oder
auf dieser Oberkante aufliegenden – Gehäusedeckels
einrasten können. Dabei haben nicht notwendig aber möglicherweise
alle Wände solche Vertiefungen.
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Im
Rahmen der Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll unter einem
Gehäuse eine feste Umhüllung verstanden werden,
die ein Gerät und eine mit diesem Gerät verwendete
oder zu diesem Gerät gehörende elektronische Baugruppe
und gegebenenfalls weitere Bauelemente schützend umgibt und gegebenenfalls
eine funktionsgerechte Anordnung dieser Bauelemente unterstützt.
Je nach den Stabilitätserfordernissen des konkreten Falles
können solche Gehäuse aus Werkstoffen entsprechender
Festigkeit, wie beispielsweise aus Metall, Kunststoff, oder ähnlichen
Materialien gefertigt werden.
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Im
Rahmen der Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll unter einem
elektrischen Gerät jede Vorrichtung verstanden werden,
die elektrische Energie aufnimmt, abgibt, speichert oder umwandelt. Beispiele
für elektrische Geräte sind Elektromotoren, Generatoren,
Transformatoren, Energiespeicher, signalverarbeitende Vorrichtungen,
informationsverarbeitende Vorrichtungen, oder andere Einrichtungen, die
die elektrische Energie aufnehmen, abgeben, speichern oder umwandeln.
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Im
Rahmen der Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll unter einem
Hohlraum ein Gebiet des dreidimensionalen Raumes verstanden werden, welches
wenigstens teilweise von Wänden oder von wenigstens einer
nicht ebenen Wand umgeben ist oder begrenzt wird. Dabei können
die Wände oder die Wand beliebig viele Ausnehmungen in
beliebiger Form und an beliebigen Stellen aufweisen. Beispiele für
einen Hohlraum in diesem Sinne sind neben einem Kasten oder einem
Fach auch eine hohle Halbkugel, ein Käfig oder eine Gitterkugel.
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Im
Rahmen der Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll unter einem
Flansch eines Gehäuses ein Teil eines Gehäuses
verstanden werden, welcher zur Verbindung oder Kupplung des Gehäuses mit
anderen konstruktiven Einheiten oder zur Abdichtung oder zum Verschließen
des Gehäuses dient. Der Begriff umfasst insbesondere die
(Rück- oder hinteren) Flanschteile eines Motorgehäuses,
in das eine Elektronik-Baugruppe eingebaut werden soll oder eingebaut
ist.
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Im
Rahmen der Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll unter einer
elektronischen Baugruppe eine konstruktive und häufig auch
funktionelle Einheit verstanden werden, die aus integrierten und/oder
diskreten, aktiven und/oder passiven Bauelementen gebildet wird,
die durch ein Leitungsnetz auf einem Verdrahtungsträger
elektrisch und mechanisch verbunden sind. Innerhalb eines elektronischen oder
elektrischen Gerätes bildet also die Baugruppe die nach
den elektronischen Bauelementen folgende Hierarchieebene. Wichtige
Beispiele für elektronische Baugruppen sind die sogenannten
elektronischen Flachbaugruppen. Unter einer elektronischen Flachbaugruppe
versteht man eine Baugruppe bestehend aus elektronischen Bauelementen,
mechanisch verbunden durch ein starres, in der Regel flaches und
isolierendes Substrat in Form einer sogenannten Platine, in oder
auf der Leiterbahnen zur elektrischen Verbindung der Bauelemente
angeordnet sind.
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Im
Rahmen der Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll unter einer
Vertiefung, insbesondere unter einer Vertiefung in einer Wand eines
Hohlraums, jede Formgestaltung eines ersten konstruktiven Elements
verstanden werden, die geeignet ist, einer elastisch verformbaren
Nase eines zweiten konstruktiven Elements, insbesondere einer elastisch
verformbaren Nase eines Gehäusedeckels, ein Einrasten in
diese Vertiefung zu ermöglichen. Das Einrasten der Nase
bewirkt dabei eine Einschränkung der Bewegungsmöglichkeiten
des mit dieser Nase ausgestatteten Elements. Beispiele für
solche Vertiefungen sind begrenzte Bereiche in einer Wand, die eine
geringere Materialstärke als die übrige Wand aufweisen.
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Im
Rahmen der Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll unter einer
elastisch verformbaren Nase ein Formelement verstanden werden, das
so ausgestaltet ist, dass es in eine Vertiefung, insbesondere in
eine Vertiefung in einer Wand eines Hohlraums einrasten kann. Das
Einrasten der Nase bewirkt dabei eine Einschränkung der
Bewegungsmöglichkeiten des mit dieser Nase ausgestatteten
Elements. Andere, dem Fachmann ebenfalls geläufige Bezeichnungen
für solche Formelemente sind beispielsweise Zunge, Blatt,
Schnapper, oder ähnliche Begriffe.
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Im
Rahmen der Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll unter einem
Gehäusedeckel ein Konstruktionselement eines Gehäuses
verstanden werden, das derart gestaltet ist, dass es geeignet ist, einen
Hohlraum in einem Gehäuse wenigstens teilweise nach außen
zu begrenzen, beispielsweise zu verschließen oder abzudecken.
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Alle
in dieser Beschreibung der vorliegenden Erfindung verwendeten Begriffe
sollen so verstanden werden, dass sie die üblichen Bedeutungen,
die der Fachmann mit diesen Begriffen üblicherweise verbindet,
mit umfassen.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung bilden den Gegenstand von Unteransprüchen.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
und mit Hilfe von Figuren näher beschrieben.
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Dabei
zeigt
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1 einen
Gehäuseflansch mit einem Hohlraum gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 einen
Gehäusedeckel gemäß einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
Explosionsdarstellung eines Gehäuseflansches eines Elektromotors
mit einem Gehäusedeckel und Einbauteilen gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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4 eine
schematische Darstellung einer elektronischen Baugruppe gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Wie
in den 1 bis 4 anhand einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung gezeigt wird, ist der Rück-Flanschteil 101, 311 – im
Folgenden auch einfach als Flansch bezeichnet – eines Elektromotors
so ausgebildet, dass in einen Hohlraum dieses Flansches eine elektronische
Baugruppe mit Bauelementen 405 eingebaut werden kann. Dazu
wird dieser Hohlraum motorseitig durch eine Bodenplatte 104 begrenzt,
die über mehrere Öffnungen für Kabel
oder Stecker und insbesondere über eine Öffnung 108 verfügen
kann, durch die die Motorwelle hindurch geführt wird.
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Zu
den Seiten wird dieser Hohlraum durch Wände 107 begrenzt,
in welche teilweise Vertiefungen 103, 310 eingelassen
sind. Diese Vertiefungen in den Wänden des Hohlraums sind
vorzugsweise als zylindersegmentförmige Ausdrehungen 103, 310 ausgestaltet
und werden in axialer Richtung durch eine obere Kante 102, 309 und
eine untere Kante 105 begrenzt, wobei die untere Kante
vorzugsweise einen umlaufenden Absatz 105 zur Auflage einer
elektronischen Baugruppe 304 bildet. In diesem Absatz befinden
sich vorzugsweise Ausnehmungen 106, die vorzugsweise als
kreissegmentförmige Ausdrehungen 106 ausgestaltet
sind.
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Zylindersegmentförmige
Ausdrehungen 103, 310 sind jedoch nur eine Möglichkeit
im Sinne einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Wird der Flansch beispielsweise mit einer Fräsmaschine statt
einer Drehbank nachbearbeitet, können auch andere Begrenzungsflächen
vorteilhaft sein, weil solche Gestaltungen es unter Umständen
entbehrlich machen, die Flachbaugruppe schräg einzufügen,
um mit der Sekante 402 an der oberen Wandkante 102 vorbeizukommen.
Dies wird insbesondere dann entbehrlich, wenn die obere Wandkante 102 leicht
nach außen versetzt wird.
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Durch
die Öffnung 108 in der Bodenplatte 104 wird
die Motorenachse 314 hindurch geführt. Das Lager
verbleibt dabei – anders als in der 3 dargestellt – üblicherweise
unterhalb der Bodenplatte. Durch weitere Öffnungen in der
Bodenplatte können Stecker 306 oder Verbinder 307 für
Kabel zum Anschluss der Motorwicklungsdrähte hindurch geführt
werden. Auf der Achse 314 dreht sich eine magnetische Encoder-Scheibe 305,
in deren Nähe eine elektronische Baugruppe 304 anzuordnen
ist, die einen Sensor zur Erfassung der Bewegungen und/oder der
Winkelstellung der Encoder-Scheibe umfasst.
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Diese
Baugruppe, welche zweckmäßig als sogenannte Flachbaugruppe 304 ausgeführt
wird, liegt auf dem Absatz 105 des Flansches 101, 311 auf. Wird
nun der Gehäusedeckel 301 in den Flansch gesteckt,
dann drücken die am Gehäusedeckel angebrachte
Stützen 202, 302 die auf dem Absatz aufliegende
elektronische Baugruppe 304 gegen den Absatz, wodurch die
auf diesem Absatz aufliegende elektronische Baugruppe 304 fixiert
wird, sobald die elastisch verformbaren Nasen 203, 303 des
Gehäusedeckels 201 in die Vertiefungen 103, 310 eingerastet
sind.
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Der
Gehäusedeckel wird vorzugsweise als Blech-Deckel ausgeführt,
der über Nasen 203 verfügt, die als Schnapper
in die Vertiefungen 103, 310 einrasten. In dieser
Ausführungsform der Erfindung sind somit keine Schrauben
zur Befestigung des Gehäusedeckels nötig. Die
Nasen 203 können dabei durch Einstanzen entsprechender
Kerben 204, 205, 206 erzeugt werden,
wobei die Nasen nach dem Einstanzen typischerweise geringfügig,
beispielsweise um einige Grad abgebogen und damit beispielsweise gegenüber
der Lasche abgewinkelt werden. Werden diese Kerben 206 geeignet – etwa
wie in 2 gezeigt – gestaltet, steht der Gehäusedeckel
nach dem Abbiegen der Nasen geringfügig über 207.
Diese Überstände 207 können,
sofern dies gewünscht ist, auf den Oberkanten 107 der
Wände aufliegen oder mit diesen abschließen.
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Für
die Herstellung des Flansches, vorzugsweise in Aluminium-Druckguss-Technik,
ist nur eine zusätzliche Einspannung auf einer Drehbank
nötig, also ein zusätzlicher Bearbeitungsschritt.
Der Flansch kann aber auch auf andere Weise, beispielsweise durch
Fräsen hergestellt werden.
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Motorenseitig
nimmt der Flansch das hintere Lager der Motorenachse auf und schließt
den Motorenraum nach außen ab. Auf der anderen Seite bildet der
Flansch einen Hohlraum, in dem Motor-Elektronik in Gestalt einer
elektronischen Flachbaugruppe untergebracht werden kann. Die Anschlüsse
der Motorenwicklung werden vorzugsweise durch Öffnungen
in der Bodenplatte 104 des Flansches geführt.
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Bevorzugte
Ausführungsformen der Erfindung, bei denen beispielsweise
die Vertiefungen in den Wänden des Hohlraums als zylindersegmentförmige
Ausdrehungen 103 ausgestaltet sind, oder bei denen beispielsweise
der umlaufende Absatz Ausnehmungen 106 zur Positionierung
einer entsprechend geformten elektronischen Baugruppe aufweist,
die als kreissegmentförmige Ausdrehungen 106 ausgestaltet
sind, sind mit verschiedenen Vorteilen verbunden. So kann ein so
gestalteter Flansch mit einer sehr geringen Zahl von Bearbeitungsschritten
und damit zu sehr geringen Kosten hergestellt werden, indem ein
zylindrischer Teil aus dem Guss herausgedreht wird. Dieser Schritt
erfordert lediglich eine Einspannung in eine Drehbank. Eine entsprechende
Ausgestaltung der elektronischen Flachbaugruppe mit an den Seiten
angebrachten Rundungen 315, die in die kreissegmentförmige
Ausdrehungen 106 eingreifen können, ermöglicht
eine Positionierung dieser Flachbaugruppe über diese Kreissegmente.
Diese Kreissegmente können in einfacher Weise mit Hilfe
einer Drehbank aus dem Gussteil, aus dem der Flansch hergestellt
wird, ausgedreht werden, was mit guter Genauigkeit machbar ist.
In axialer Richtung liegt die Flachbaugruppe 304 auf dem
umlaufenden Absatz 105 im Guss auf.
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Statt
nun die Flachbaugruppe in axialer Richtung festzuschrauben, wird
der Gehäusedeckel erfindungsgemäß vorzugsweise
als Feder mit einer Einrastung verwendet. Dabei drücken
am Gehäusedeckel angebrachte Stützen 202 die
Flachbaugruppe 304 gegen den Absatz 105, sobald
die elastisch verformbaren Nasen 203 des Gehäusedeckels 201 in die
Vertiefungen 103 eingerastet sind. Sofern der Absatz in
Bezug auf die Oberkante 107 der Wände oder in
Bezug auf die oberen Kanten 102, 309 der Vertiefungen 103, 310 entsprechend
angeordnet ist, wird eine auf diesem Absatz aufliegende elektronische Baugruppe 304 durch
diesen Druck der Stützen fixiert. Auf diese Weise kann
auch eine Dichtung realisiert werden, die beispielsweise einen optischen
Encoder-Sensor schützt, sofern nur die Flachbaugruppe rundum
bündig auf dem Absatz aufliegt.
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Somit
können alle Schrauben für die Flachbaugruppe und
auch für den Gehäusedeckel entfallen. Der Gehäusedeckel
selbst kann als einfaches Biegeteil aus Blech hergestellt werden.
Bevorzugt wird ein beispielsweise 0,5 mm dicker, rostfreier Stahl verwendet.
Die Einfederung beträgt vorzugsweise ca. 0,6 mm. Entsprechend
wird der Gehäusedeckel vorzugsweise etwas vertieft in den
Flansch eingesetzt, damit er im gespannten Zustand nicht über
den Flansch hinaus steht.
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Die
elektronische Flachbaugruppe wird vorzugsweise an ihren Rändern
mit kreissegmentförmigen Formen 315, 403, 404 ausgestattet,
in die kreissegmentförmigen Ausdrehungen 106 des
Flansches 101 passen. Dies erleichtert eine hochgenaue
Positionierung der Flachbaugruppe, die insbesondere bei Geräten
mit einem Winkelsensor erforderlich ist, damit dieser zuverlässig
und genau arbeiten kann. In diesen Fällen ist gerade eine
hochgenaue laterale Positionierung der Flachbaugruppe sehr wichtig,
wogegen eine Verdrehung dieser Baugruppe um die Drehachse des Motors
unwesentlich ist, solange sie nicht während des Betriebs
erfolgt. Um das Einsetzen der Flachbaugruppe in den Flansch zu erleichtern,
können einige dieser Kreislinien 403, 404 in Form
von Sekanten 312, 402 abgeschnitten sein.
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In
den Wänden 107 des Hohlraums können gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Bereich der
Vertiefungen 310 Schlitz- oder schartenförmige
Ausnehmungen 313 oder Bohrungen vorgesehen sein, die sich
von der Oberkante der jeweiligen Wand soweit in Richtung des Bodens 104 des
Hohlraums erstrecken, dass es durch Einführen eines schmalen
Gegenstandes möglich ist, die Nase 203, die in
diese Vertiefung eingerastet ist, so von der Vertiefung weg zu drücken,
dass sich der Gehäusedeckel entriegelt und somit entfernen
lässt.
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Eine
Encoderscheibe 305 beansprucht eine relativ große
Fläche, die für die Durchführung der Motorendrähte
zur Flachbaugruppe verloren ist. Eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung sieht daher vor, die Litzen der Motorenwicklungen
paarweise in zwei Ecken durch die Bodenplatte 104 hindurchzuführen.
Damit die Drähte kein Metall berühren, werden
sie vorzugsweise in einem Kunststoff-Spritzgussteil 306 oder
in einem isolierenden Schlauch geführt. Das Spritzgussteil
oder der Schlauch reichen vorzugsweise bis unter die Platine der
Flachbaugruppe, so dass die Platine einfach darauf gesteckt und die
Drähte direkt mit den Anschlussflächen auf der Leiterplatte – beispielsweise
manuell – verlötet werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19527981
A1 [0003]
- - DE 10236700 A1 [0004]
- - DE 3930144 A [0006]
- - DE 1038285 A1 [0007]
- - DE 19637192 C2 [0008]