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Die Erfindung betrifft eine Systemkomponente für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eine Pumpenkomponente für eine Pumpe eines Kühlkreislaufs des Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung eine Pumpe, insbesondere eine Kühlkreislaufpumpe, für ein Kraftfahrzeug.
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Stand der Technik
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Bei der Konstruktion und Auslegung von Systemkomponenten, wie z. B. einer Kühlkreislaufpumpe für ein Kraftfahrzeug, sind die im Betrieb des Kraftfahrzeugs zu erwartenden dynamischen Belastungen der Bauteile der Systemkomponenten, insbesondere der Leiterplatten und Pin-Verbindungen, eine Herausforderung für die Entwickler in Bezug auf Dauerhaltbarkeit. Oftmals führen die hohen Lastenheftanforderungen, die engen Bauräume und der Kostendruck zu einer Unterdimensionierung kritischer Bauteile, welche zum Versagen einer Systemkomponente und somit auch des Erzeugnisses führen können.
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Beispielhaft seien hier Anforderungen an die Schüttelbelastbarkeit des Erzeugnisses bei einem Anbau an einen Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs genannt. Die daraus resultierenden dynamischen Beanspruchungen der Erzeugnisse liegen oft weit oberhalb der zulässigen Beanspruchbarkeit. Fehlende oder ungenügende Werkstoffdämpfungen verursachen oftmals bei Schüttelbelastungen kritische Resonanzfrequenzen mit bis zu 20-facher Überhöhung der Anregung und beeinträchtigen somit die gewünschte Lebensdauer des Erzeugnisses stark. Hierbei hängt die Übertragungsintensität der Schwingungsenergie vom Schwingungserreger, also dem Verbrennungsmotor, an das daran befestigte Erzeugnis bis hin zu den Einzelteilen stark von der Verbindungsart der Bauteile und deren Materialdämpfungen ab.
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Die Lebensdauer eines Erzeugnisses ist umgekehrt proportional zu dessen Belastungen, wobei die Beanspruchungen mittels einer Dämpfung entscheidend minimiert werden können. Hierzu eigenen sich hoch dämpfende Elastomerpuffer, z. B. aus EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk), welche die Schwingungsenergie absorbieren und diese in innere Reibung umwandeln; es entsteht Wärme, die der Elastomerwerkstoff nach außen abstrahlt.
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Hierbei wird das Dämpfungselement typischerweise als ein Halter-/Entkopplungselement zwischen dem Erzeugnis und dem Schwingungserreger montiert. Dies ist hinsichtlich Dämpfung eine effiziente Lösung, die jedoch aufgrund der geringen Steifigkeit des Elastomerhalters unerwünscht große Auslenkungen des Erzeugnisses verursacht und zu einer Kollision von Aggregaten führen kann. Problematisch sind insbesondere auch Anschlüsse am Erzeugnis bzw. einem daran angeschlossenem Aggregat. Ferner ist eine solche Lösung zum Einen mit einem zusätzlichen Einbauraum und Gewicht verbunden und zum anderen bietet sie einen beschränkten Einsatz durch vordefinierte Verschraubungsstifte (keine Verschraubungsvarianz möglich). Um die Gefahr eines Losrüttelns des Erzeugnisses aus der Elastomerhalterung auszuschließen, ist oftmals ein zusätzliches Halteblech notwendig.
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Aufgabenstellung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Systemkomponente für ein Kraftfahrzeug anzugeben. Hierbei sollen die dynamischen Belastungen, insbesondere in Bezug auf eine Schüttelbelastbarkeit der Bauteile der Systemkomponenten, insbesondere der Leiterplatten und Pin-Verbindungen minimiert sein. Hierbei soll kein oder nur möglichst wenig zusätzlicher Einbauraum benötigt werden und ein Gewicht der Systemkomponente soll sich nicht oder nur geringfügig erhöhen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung wird mittels einer Systemkomponente für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einer Pumpenkomponente für eine Pumpe eines Kühlkreislaufs des Kraftfahrzeugs, gemäß Anspruch 1; und eine Pumpe, insbesondere eine Kühlkreislaufpumpe, für ein Kraftfahrzeug, gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die erfindungemäße Systemkomponente weist ein Gehäuse und eine am/im Gehäuse montierte Leiterplatte auf, wobei gemäß der Erfindung zwischen der Leiterplatte und dem Gehäuse ein Dämpfungselement vorgesehen ist. D. h. gemäß der Erfindung gibt es nun keinen direkten mechanischen Kontakt zwischen dem Gehäuse und der Leiterplatte mehr, sondern nur noch einen mittelbaren über das Dämpfungselement. Mittels des Dämpfungselements ist die Leiterplatte im Gehäuse montiert, wobei das Dämpfungselement die Leiterplatte haltert. Hierfür weist das Dämpfungselement eine Rasteinrichtung, insbesondere einen Zapfen, auf, die zu einer Rasteinrichtung, insbesondere einer Montagebohrung, der Leiterplatte korrespondierend ausgebildet ist, wodurch die Leiterplatte am Dämpfungselement montierbar ist.
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Gemäß der Erfindung erfolgt primär eine mechanische Entkopplung zwischen der Leiterplatte und dem Gehäuse der Systemkomponente. Schwingungen des Gehäuses werden zunächst durch das Dämpfungselement empfangen und zu einem größten Teil in innere Reibung umgewandelt, wodurch die Leiterplatte nur noch zu einem weit geringeren Teil zu Schwingungen oder anderen mechanischen Belastungen angeregt wird. Gemäß der Erfindung werden dynamische Belastungen, insbesondere Schüttelbelastungen, der Leiterplatte und der Pin-Verbindungen der Leiterplatte minimiert. Hierbei kann das Gehäuse außerhalb der Leiterplatte um diese herum schwingen.
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Ein mit dem Gehäuse stofflich einstückig ausgebildeter Rasthaken und ein ebenfalls mit dem Gehäuse stofflich einstückig ausgebildeter Anschlag für die Leiterplatte können gemäß der Erfindung entfallen, wobei der frei gewordene Platz für das Dämpfungselement verwendet werden kann. Hierdurch wird Bauraum und Gewicht eingespart. Ferner ist durch die Erfindung keine Neukonstruktion einer Kundenschnittstelle oder ein Anpassen des Erzeugnisses bzw. der Systemkomponente an die Kundenschnittstelle notwendig, da die Dämpfung nun nicht mehr außerhalb, zwischen dem Erzeugnis bzw. der Systemkomponente und der Kundenschnittstelle erfolgt, sondern erfindungsgemäß innerhalb des Erzeugnisses bzw. der Systemkomponente. Ein Dämpfungselement zwischen dem Erzeugnis bzw. der Systemkomponente und der Kundenschnittstelle ist natürlich weiterhin anwendbar.
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In Ausführungsformen der Erfindung sind die Geometrien der zueinander korrespondierenden Rasteinrichtungen des Dämpfungselements und der Leiterplatte gegenseitig derart gewählt, dass axiale und/oder radiale Freiheitsgrade und/oder Toleranzen mittels axialer und/oder radialer Vorspannung zwischen dem Dämpfungselement und der Leiterplatte eliminiert sind. Hierbei ist bevorzugt die Rasteinrichtung des Dämpfungselements entsprechend ausgestaltet. Dies kann z. B derart erfolgen, dass in einem nicht montierten Zustand der Leiterplatte am Dämpfungselement ein Montagebereich des Dämpfungselements für die Leiterplatte enger ausgebildet ist, als ein dazu korrespondierender Montagebereich der Leiterplatte. Durch eine Verformung der Rasteinrichtung bzw. der Rasteinrichtungen des Dämpfungselements bei der Montage der Leiterplatte werden dann die axialen und/oder radialen Freiheitsgrade und/oder Toleranzen ausgeglichen.
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Im nicht montierten Zustand der Leiterplatte am Dämpfungselement kann eine Höhe eines gebundenen Längsendabschnitts des Zapfens geringer sein, als eine Dicke der Leiterplatte in deren betreffenden Montagebereich. Ferner kann ebenfalls im nicht montierten Zustand der Leiterplatte am Dämpfungselement eine Außenabmessung des gebundenen Längsendabschnitts des Zapfens größer sein, als eine Innenabmessung der Montagebohrung der Leiterplatte. Hierbei ist der gebundene Längsendabschnitt des Zapfens bevorzugt von einer Rastvorrichtung des Zapfens, insbesondere einem Rasthaken, begrenzt.
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In Ausführungsformen der Erfindung sitzt das Dämpfungselement ferner an einem Stanzgitter der Systemkomponente an. Hierbei kann das Dämpfungselement das Stanzgitter gegen einen Spulenkörper oder einen anderen Anschlag der Systemkomponente drücken. Bevorzugt ist das Dämpfungselement ein Elastomerelement, insbesondere ein Elastomerpuffer, das manuell am/im Gehäuse vorsehen oder mittels eines Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahrens zusammen mit dem Gehäuse herstellbar ist. Ferner kann das Dämpfungselement eine Zentriereinrichtung, insbesondere einen Zentriervorsprung, aufweisen, die zusammen mit einer Zentriereinrichtung, insbesondere einer Zentrierausnehmung, des Gehäuses das Dämpfungselement am/im Gehäuse positioniert.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. In der schematischen Zeichnung zeigen:
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1 eine geschnittene und weggebrochene zweidimensionale Seitenansicht einer Systemkomponente gemäß dem Stand der Technik;
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2 in einer geschnittenen und weggebrochenen zweidimensionalen Seitenansicht eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Systemkomponente;
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3 eine Ansicht analog 2, die eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Systemkomponente darstellt;
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4 eine Darstellung gemäß 2 eines erfindungsgemäßen Dämpfungselements und eines Montagebereichs einer Leiterplatte zeitlich vor einer Montage der Leiterplatte am bzw. auf dem Dämpfungselement; und
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5 eine Montageposition der Leiterplatte am bzw. auf dem erfindungsgemäßen Dämpfungselement.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die 1 zeigt einen Ausschnitt einer Kühlkreislaufpumpe 1 gemäß dem Stand der Technik für ein Kraftfahrzeug, wobei eine Leiterplatte 30 direkt und fest mit einem Gehäuse 10 der Kühlkreislaufpumpe 1 verbunden ist. Hierbei wird die Leiterplatte 30 von einem Rasthaken 11 und einem Anschlag 12 gehaltert, die beide integral mit dem Gehäuse 10 verbunden sind. Aufgrund der geringen mechanischen Dämpfung des Gehäuses 10 und einer vergleichsweise starren Verbindung zum Schwingungserreger, insbesondere einem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs, wird die Leiterplatte 30 stark zum Schwingen angeregt, was zu den Eingangs genannten Problemen führt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer als Kühlkreislaufpumpe 1 ausgebildeten Systemkomponente 1 für ein Kraftfahrzeug näher erläutert. Hierbei soll unter einer Systemkomponente 1 nicht nur eine Kühlkreislaufpumpe 1 verstanden werden, sondern ganz allgemein eine Baugruppe 1, ein Bauteil 1 oder ein Erzeugnis 1. So kann die Systemkomponente 1 z. B. auch eine Pumpenkomponente 1 der Kühlkreislaufpumpe 1 sein. Hierbei umfasst diese Pumpenkomponente 1 dann wenigstens ein Gehäuse 10 mit einem daran vorgesehenem Dämpfungselement 20 an/auf welchem dann eine Leiterplatte 30 bzw. eine Platine 30 montierbar ist. Hierbei kann ggf. ein Stanzgitter 40 am/im Gehäuse 10 vorgesehen sein.
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Gemäß der Erfindung erfolgt eine mechanische Entkopplung der Leiterplatte 30 vom Gehäuse 10, was die Schwingungsamplituden der Leiterplatte 30 wesentlich reduziert und somit die Lebensdauer der Systemkomponente 1 erhöht. Gemäß der Erfindung wird ein Gehäuse 10 bereitgestellt, das ein Dämpfungselement 20 aufweist, an/auf welchem eine Leiterplatte 30 montierbar ist. D. h im montierten Zustand der Leiterplatte 30 am/im Gehäuse 10, ist zwischen der Leiterplatte 30 und dem Gehäuse 10 das Dämpfungselement 20 vorgesehen. Hierbei zeigen die 2 und 3 jeweils eine erfindungsgemäße Ausführungsform.
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In der Ausführungsform der 2 wird mittels eines Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahrens das Gehäuse 10 zusammen mit dem Dämpfungselement 20 ausgebildet. Hierbei kann ein Stanzgitter 40 zwischen dem Gehäuse 10 und dem Dämpfungselement 20 eingegossen werden. Wie in der 2 dargestellt liegt das Dämpfungselement 20 auf einem inneren Gehäusevorsprung 13 bzw. einem innerhalb des Gehäuses 10 wenigstens teilweise umlaufenden Bund 13 auf. Ferner kann das Dämpfungselement 20 an einer Gehäusewandung 14 anliegen.
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Der Gehäusevorsprung 13 bzw. der Bund 13 dient ferner als eine Anlage für einen Spulenkörper 50 der Kühlkreislaufpumpe 1, wobei in einem Abschnitt des Gehäusevorsprungs 13 bzw. des Bunds 13 eine Ausnehmung für das Stanzgitter 40 vorgesehen ist. Zur Zentrierung weist das Stanzgitter 40 wenigstens einen Zentrierdom 42 auf, der in den Gehäusevorsprung 13 bzw. den Bund 13 eingreift. Zur axialen Befestigung des Stanzgitters 40 und des Spulenkörpers 50 weist das Stanzgitter 40 gegenüber dem Gehäusevorsprung 13 bzw. dem Bund 13 ein axiales Übermaß 41 zum Dämpfungselement 20 auf, was zu einer Verformung des Dämpfungselements 20 und einer Vorspannung auf das Stanzgitter 40 und des Spulenkörpers 50 führt, wobei sich der Spulenkörper 50 an einer dieser gegenüberliegenden Seite am/im Gehäuse 10 abstützt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Dämpfungselement 20 ein oder eine Mehrzahl von Elastomerelementen 20 bzw. Elastomerpuffer 20. Kommen eine Mehrzahl von Elastomerpuffer 20 zur Anwendung, so sind diese bevorzugt regelmäßig an einem Umfang des Gehäuses 10 verteilt; kommt nur ein einzelnes Dämpfungselement 20 zur Anwendung, so ist dieses bevorzugt kreisringförmig innerhalb des Gehäuses 10 angeordnet. Ferner kann das Gehäuse 10 an einer dem Gehäusevorsprung 13 bzw. dem Bund 13 abgewandten Seite des Dämpfungselements 20 mit einem Deckel 60 verschlossen sein.
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Eine Alternative zum Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren ist in der 3 dargestellt. Hierbei wird das Dämpfungselement 20 manuell am/im Gehäuse auf dem Gehäusevorsprung 13 bzw. dem Bund 13 vorgesehen. Hierzu sind zu einander korrespondierende Zentriereinrichtungen 15, 25 vorgesehen. Bevorzugt ist am Dämpfungselement 20 ein Zentriervorsprung 25 vorgesehen, der in eine Zentrierausnehmung 15 des Gehäuses 10, insbesondere dem Gehäusevorsprung 13 bzw. dem Bund 13, eingreift. Dies kann natürlich auch statisch umgekehrt ausgeführt sein.
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Eine Befestigung der Leiterplatte 30 an/auf dem Dämpfungselement 20 erfolgt bevorzugt durch eine Rastverbindung mittels zweier Rasteinrichtungen 21, 31 zwischen diesen beiden Partnern 20, 30. Hierfür sind die Rasteinrichtungen 21, 31 zueinander korrespondierend aufgebaut und verrasten in einem Montagezustand der Leiterplatte 30 am/auf dem Dämpfungselement 20. Hierfür weist bevorzugt das Dämpfungselement 20 einen integralen Zapfen 21 und die Leiterplatte 30 eine Montagebohrung 31 auf, die bevorzugt als eine Durchgangsbohrung ausgebildet ist.
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Eine Geometrie der jeweilig zueinander korrespondierenden Rasteinrichtungen 21, 31 ist derart gewählt, dass in einem montierten Zustand der Leiterplatte 30 an/auf dem Dämpfungselement 20, die axialen und radialen Freiheitsgrade der Leiterplatte 30 durch eine axiale und radiale Vorspannung eliminiert werden, was in der 5 am Besten zu erkennen ist. Entsprechende Übermaße Üaxial, Üradial sind derart gewählt, dass bei allen Toleranzlagen der Leiterplatte 30 und der Dämpfungselemente 20 eine Vorspannung und somit ein fester Halt der Leiterplatte 30 an/auf dem Dämpfungselement 20 gegeben ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt der Zapfen 21 drei Abschnitte 22, 23, 24, wobei zwischen einem freien Längsendabschnitt 22 und einem gebundenen Längsendabschnitt 24 eine Rastvorrichtung 23 vorgesehen ist, die bevorzugt als ein vorstehender, bevorzugt vollständig umlaufender Rasthaken 23 ausgebildet ist. Ein Bereich zwischen einem Grundkörper 27 des Dämpfungselements 20, dem gebundenen Längsendabschnitt 24 des Zapfens 21 und einem Bund der Rastvorrichtung 23, welcher dem Grundkörper 27 des Dämpfungselements 20 zugewandt ist, ist als ein Montagebereich 26 des Dämpfungselements 20 für die Leiterplatte 30 ausgebildet. Korrespondierend dazu weist die Leiterplatte 30 einen Montagebereich 36 für das Dämpfungselement 20 auf, der bevorzugt als ein Rand oder Eckbereich der Leiterplatte 30 ausgebildet ist.
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Eine Geometrie der jeweiligen Rasteinrichtungen 21, 31 bzw. der jeweiligen Montagebereiche 26, 36 ist den 4 und 5 zu entnehmen. Hierbei bezeichnet D1 eine Innenabmessung D1 bzw. einen Innendurchmesser D1 der Rasteinrichtung 31 in der Leiterplatte 30, sowie eine ungefähre Außenabmessung D1 bzw. einen ungefähren Außendurchmesser D1 des freien Längsendabschnitts 22 des Zapfens 21. D2 bezeichnet eine Außenabmessung D2 bzw. einen Außendurchmesser D2 des gebundnen Längsendabschnitts 24 des Zapfens 21. Hierbei gilt: D1 < D2. Ferner bezeichnet H1 eine Dicke H1 bzw. eine Höhe H1 der Leiterplatte 30 im Montagebereich 36, und H2 bezeichnet eine Höhe H2 des gebundnen Längsendabschnitts 24 des Zapfens 21 im nicht montierten Zustand der Leiterplatte 30. Hierbei gilt H1 > H2.
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Durch ein radiales Übermaß Üradial = (D2 – D1)/2) und ein axiales Übermaß Üaxial = (H1 – H2) ist die Leiterplatte 30 statisch überbestimmt, wodurch die Leiterplatte 30 zu jeder Zeit fest und sicher mit dem Dämpfungselement 20 verbunden ist. Hierbei dienen der oder die Zapfen 21, mit bevorzugt ca. 80 Shore, als Dämpfungskissen und ermöglichen eine wirksame mechanische Entkopplung zwischen dem Gehäuse 10 und der Leiterplatte 30.
