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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Servomotor für ein Lenksystem in einem Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Bekannt sind Lenksysteme für Fahrzeuge mit elektrischer Lenkunterstützung EPS (Electric Power Steering), beispielsweise aus der
DE 100 32 120 A1 , die einen elektrischen Servomotor zur Erzeugung eines die Lenkbewegung unterstützenden Servomoments aufweisen. Der Servomotor eines derartigen Lenksystems besitzt ein Motorgehäuse zur Aufnahme eines Rotors und einer Motorwelle, wobei die Ansteuerung des Servomotors über ein Motorsteuergerät mit einer Platine mit elektronischen Bauteilen wie einer Leistungselektronik und einer Steuerungselektronik erfolgt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in Lenksystemen für Fahrzeuge Störfrequenzen zu vermeiden, die von einem elektrischen Servomotor ausgehen.
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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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Der elektrische Servomotor kann in Lenksystemen in Fahrzeugen zur Erzeugung eines die Lenkbewegung unterstützenden Servomomentes eingesetzt werden. Bei dem Servomotor handelt es sich beispielsweise um einen permanenterregten oder fremderregten Sychronmotor, der mechanisch mit dem Lenksystem verbunden ist, beispielsweise über ein Lenkgetriebe, zur Einspeisung des gewünschten Servomoments. Der elektrische Servomotor weist ein Motorgehäuse auf, das aus einem elektrisch leitenden Material besteht, insbesondere aus Metall. Das Motorgehäuse nimmt einen Rotor mit einer Motorwelle auf, die mechanisch mit dem Lenksystem gekoppelt ist.
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Die Steuerung des elektrischen Servomotors erfolgt über ein Motorsteuergerät, das mit dem Motorgehäuse verbunden ist. Das Motorsteuergerät umfasst mindestens eine Platine, welche Träger von elektronischen Komponenten zur Steuerung des Servomotors ist. Bei den elektronischen Komponenten auf der Platine des Motorsteuergerätes handelt es sich um eine Leistungselektronik und/oder eine Steuerungslogik.
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Die Oberfläche des Motorgehäuses ist mit einer elektrisch nicht-leitenden Schicht versehen. Diese Schicht wird bei einem Aluminium-Motorgehäuse beispielsweise durch Eloxieren erzeugt, indem durch anodische Oxidation eine oxidische Schutzschicht auf dem Aluminium generiert wird. Die nicht-leitende Schicht kann aber auch als eine auf die Oberfläche des Motorgehäuses aufgebrachte Beschichtung aus nicht-leitendem Material bestehen, wobei die Beschichtung zum Beispiel im Wege eines galvanischen Überzugsverfahrens erzeugt wird.
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Um elektromagnetische Störungen in der Umgebung des Lenksystems zu vermeiden, welche sich im Hinblick auf die elektromagnetische Verträglichkeit durch Störungen in bestimmten Frequenzbändern äußern, ist der Kontaktbereich zwischen dem Motorgehäuse und dem Motorsteuergerät, insbesondere der Platine des Motorsteuergerätes, zumindest teilweise elektrisch leitend ausgeführt. Das Motorsteuergerät liegt mechanisch auf Kontakt mit dem Motorgehäuse, wobei der Kontaktbereich zumindest abschnittsweise elektrisch leitend ausgeführt ist, so dass eine elektrische Verbindung zwischen dem Motorgehäuse und dem Motorsteuergerät über den Kontaktbereich besteht. Elektromagnetische Störungen können somit über das Motorgehäuse auf das Motorsteuergerät übertragen werden, in welchem die Störungen beispielsweise über Kondensatoren abgeleitet werden. Hierdurch werden Störfrequenzen, die von dem elektrischen Servomotor ausgehen können, vermieden.
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Es genügt grundsätzlich, dass der Kontaktbereich zwischen Motorgehäuse und Motorsteuergerät nur teilweise elektrisch leitend ausgebildet ist, beispielsweise über einen oder mehrere punkt- bzw. kreisförmige, elektrisch leitende Flächen, die über den Umfang verteilt im Kontaktbereich angeordnet sind. Es ist aber auch eine Ausführung möglich, in der in ringförmiger Kontakt oder der gesamte Kontaktbereich zwischen Motorgehäuse und Motorsteuergerät elektrisch leitend ausgebildet ist.
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Der elektrisch leitende Kontakt zwischen Motorgehäuse und Motorsteuergerät wird dadurch hergestellt, dass der Kontaktbereich ohne die elektrisch leitende Schicht ausgeführt ist. Dies kann durch ein nachträgliches Entfernen der nicht-leitenden Schicht erfolgen. Es ist aber auch möglich, dass das Erzeugen bzw. Aufbringen der elektrisch nicht-leitenden Schicht auf die Oberfläche des Motorgehäuses nur außerhalb oder teilweise außerhalb des Kontaktbereichs erfolgt, so dass im Kontaktbereich zumindest teilweise die ursprüngliche Motorgehäuseoberfläche frei liegt, die elektrisch leitend ist. Das Freibleiben des Kontaktbereichs erfolgt beispielsweise dadurch, dass der Kontaktbereich während des Erzeugens der nicht-leitenden Schicht vollständig oder teilweise maskiert wird.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist das Motorgehäuse topfförmig bzw. hohlzylindrisch ausgeführt, wobei das Motorsteuergerät in das Motorgehäuse benachbart zur freien Stirnseite eingesetzt ist. Das Motorsteuergerät kann eine zentrale Ausnehmung aufweisen, durch die die Motorwelle des Servomotors hindurchgeführt ist. Der Kontaktbereich erstreckt sich entlang einer ringförmig umlaufenden Innenfläche an dem Motorgehäuse. Soweit nur teilweise ein elektrischer Kontakt im Kontaktbereich besteht, sind diese elektrisch leitenden Stellen vorteilhafterweise über den Innenumfang verteilt angeordnet.
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Bei dem Verfahren zur Herstellung der Verbindung zwischen dem elektrischen Servomotor und dem Motorsteuergerät wird die Oberfläche des Motorgehäuses mit einer elektrisch nicht-leitenden Schicht versehen, wobei während des Erzeugens der nicht-leitenden Schicht der Kontaktbereich am Motorgehäuse mit einer Maskierung versehen wird. Die Maskierung besteht beispielsweise aus einem Innenring, der in das topfförmige Motorgehäuse während des Erzeugens der Schicht an die Position eingebracht wird, welche den Kontaktbereich zum Motorsteuergerät darstellt. Nach dem Fertigstellen der elektrisch nicht-leitenden Schicht wird das maskierende Bauteil entfernt, so dass im Kontaktbereich eine elektrisch leitende Oberfläche des Motorgehäuses frei liegt und mit dem Einsetzen des Motorsteuergerätes in den Kontaktbereich eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Motorgehäuse und dem Motorsteuergerät hergestellt wird.
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Die Oberfläche des Motorgehäuses wird beispielsweise über ein Eloxal-Verfahren mit einer nicht-leitenden Schicht versehen. Es ist aber auch möglich, eine Beschichtung auf die Oberfläche des Motorgehäuses aufzubringen, die elektrisch nicht-leitend ausgeführt ist. In beiden Fällen wird der Kontaktbereich zweckmäßigerweise maskiert, wobei gegebenenfalls auch ein nachträgliches Entfernen der nicht-leitenden Schicht in Betracht kommt.
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Nachdem das Motorsteuergerät in das Motorgehäuse eingesetzt ist, erfolgt die mechanische Verbindung zwischen dem Motorsteuergerät und dem Motorgehäuse, beispielsweise im Wege eines Schrumpfprozesses.
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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 schematische Darstellung eines Lenksystems in einem Fahrzeug mit einem elektrischen Servomotor,
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2 der elektrische Servomotor mit einem Kontaktbereich an der Innenseite des Motorgehäuses zur Aufnahme eines Motorsteuergerätes, wobei der Kontaktbereich kreisförmige, elektrisch leitende Stellen aufweist,
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3 ein Motorgehäuse mit einem umlaufenden Kontaktbereich an der Innenseite, wobei der Kontaktbereich vollständig elektrisch-leitend ausgeführt ist.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein elektrisches Lenksystem 1 in einem Kraftfahrzeug gezeigt (Electric Power Steering – EPS), das ein Lenkrad 2, eine Lenkwelle 3, ein Lenkgetriebe mit Lenkgehäuse 4 und eine Zahnstange 5 sowie einen elektrischen Servomotor 7 aufweist. Über das Lenkrad 2 kann der Fahrer einen Lenkwinkel δL vorgeben, der über die Lenkwelle 3 und das Lenkgetriebe in eine Stellbewegung der Zahnstange 5 zur Übersetzung des Lenkwinkels δL in einen Radlenkwinkel δR an den lenkbaren Rädern 6 des Fahrzeuges umgesetzt wird. Der elektrische Servomotor 7 kann bedarfsweise ein unterstützendes Servomoment in das Lenksystem einspeisen. Der Servomotor 7 greift über das Lenkgetriebe in das Lenksystem ein. Der Servomotor 7 ist vorzugsweise als permanenterregter oder fremderregter Synchronmotor ausgeführt.
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In 2 ist das Motorgehäuse 8 des Servomotors 7 dargestellt. Das Motorgehäuse 8 ist topfförmig ausgeführt und nimmt einen Rotor mit einer Motorwelle 9 auf. Benachbart zur offenen Stirnseite befindet sich an der Innenseite des Motorgehäuses 8 ein ringförmig umlaufender Kontaktbereich 15 zur Aufnahme eines Motorsteuergerätes 10, das eine scheibenförmige Platine 11 aufweist, die in das Motorgehäuse 8 in Höhe des Kontaktbereiches 15 eingesetzt wird. Die Platine 11 ist mit einer zentralen Ausnehmung 12 für die Motorwelle 9 versehen und ist Träger von elektronischen Komponenten 13, 14, bei denen es sich beispielsweise um eine Leistungselektronik und eine Steuerungslogik für die Ansteuerung und Stromversorgung des Servomotors 7 handelt.
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Das Motorgehäuse 8 besteht aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise Aluminium, und ist im Wege eines Eloxal-Verfahrens mit einer oxidischen Schutzschicht auf der Oberfläche versehen, welche elektrisch nicht-leitend ist. In den ringförmigen Kontaktbereich 15 an der Innenseite des Motorgehäuses 8 sind über den Umfang verteilt mehrere kreisförmige Stellen 16 vorhanden, die im Unterschied zu den umgebenden Bereichen elektrisch leitend ausgeführt sind. Mit dem Einsetzen des Motorsteuergerätes 10 in den Kontaktbereich 15 des Motorgehäuses 8 gelangt der Randbereich der Platine 11 in Kontakt mit den leitenden Stellen 16, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen dem Motorgehäuse 8 und der ebenfalls elektrisch leitenden Platine 11 hergestellt wird. Der elektrisch leitende Kontakt besteht nur im Bereich der kreisförmigen, leitenden Stellen 16, was jedoch grundsätzlich ausreicht für die elektrische Verbindung zwischen Motorsteuergerät und Motorgehäuse. Über den Umfang verteilt sind mehrere kreisförmige Stellen 16 im Kontaktbereich 15 angeordnet, beispielsweise vier leitende Stellen 16.
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Die kreisförmigen, elektrisch leitenden Stellen 16 werden beispielsweise dadurch erzeugt, dass während des Eloxierens des Motorgehäuses 8 die Stellen 16 maskiert werden, so dass an diesen Stellen kein Eloxieren stattfindet und das elektrisch leitende Material des Motorgehäuses frei von der Eloxierschicht bleibt.
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Nach dem Eloxieren wird das Motorsteuergerät 10 in Höhe des Kontaktbereiches 15 in das Motorgehäuse 8 eingesetzt, das anschließend einem Schrumpfungsprozess unterzogen wird, wodurch eine kraft- bzw. formschlüssige Verbindung zwischen dem Motorgehäuse 8 und dem Motorsteuergerät 10 hergestellt wird.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist der gesamte ringförmige Kontaktbereich 15 frei von der eloxierten Schicht und somit als ringförmige, elektrisch leitende Stelle 16 ausgeführt. Dementsprechend ist auch der gesamte Randbereich der Platine 11 des Motorsteuergerätes 10 in Kontakt mit der ringförmig ausgeführten, leitenden Stelle 16. Ggf. genügt es, dass die ringförmige, elektrisch leitende Stelle 16 eine geringere axiale Höhe aufweist als der Kontaktbereich 15, an dem der Umfang der Platine anliegt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenksystem
- 2
- Lenkrad
- 3
- Lenkwelle
- 4
- Lenkgehäuse
- 5
- Zahnstange
- 6
- Rad
- 7
- Servomotor
- 8
- Motorgehäuse
- 9
- Motorwelle
- 10
- Motorsteuergerät
- 11
- Platine
- 12
- Ausnehmung
- 13
- elektrische Komponente
- 14
- elektrische Komponente
- 15
- Kontaktbereich
- 16
- leitende Stelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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