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Die Erfindung betrifft einen Aktuator, insbesondere einen Hydrostataktor, für ein Kraftfahrzeug mit einem Rotor und einem Stator mit wenigstens einer Wicklung und einer eine Bestromung der wenigstens einen Wicklung steuernden Platine und wenigstens einem Anschluss der wenigstens einen Wicklung an die Platine. Aktuatoren dienen in Kraftfahrzeugen zur mechanischen Verlagerung von Bauteilen gegeneinander. Diese Verlagerung wird mittels einer Steuerung vorgenommen. Ist der Aktuator elektrisch betrieben, ist außerdem eine Leistungselektronik vorgesehen, die eine oder mehrere Wicklungen eines Elektromotors gesteuert mit elektrischer Energie versorgt. Hierzu ist eine Kontaktierung der Anschlüsse der Wicklung(en) an die Platine nötig.
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Die
WO 2011/127 888 A2 offenbart einen Aktuator in Form eines sogenannten Hydrostataktors, bei dem ein Elektromotor mittels eines Getriebes wie beispielsweise eines Planetenwälzgetriebes einen Geberzylinder ansteuert, der über eine hydraulische Strecke einen Nehmerzylinder betätigt. Hierbei ist die Platine mit der Leistungselektronik an der Stirnseite des Gehäuses des Hydrostataktors angeordnet. Der Stator des Elektromotors weist drei Wicklungen auf, die mittels der Leistungselektronik der Platine gesteuert werden. Die Anschlüsse der Wicklungen sind mit der Platine verbunden. Die nicht vorveröffentlichte
deutsche Patentanmeldung Nr. 10 2014 210 973.3 zeigt eine präzisierte Anbindung der Anschlüsse eines Hydrostataktors an der Platine, indem die Anschlüsse zwischen dem Austreten aus den Wicklungen und der Platine eine gebogene Form aufweisen, um beispielsweise einen temperaturbedingten Längenausgleich zu gewährleisten.
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Aus der
DE 10 2004 027 653 A1 ist ein Elektromotor bekannt, bei dem Anschlüsse von Wicklungen an einem Klemmbrett des Gehäuses aufgenommen sind. Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Aktuators, insbesondere eines Hydrostataktors. Insbesondere ist Aufgabe der Erfindung, eine robuste und toleranzausgleichende Befestigung eines Anschlusses einer Wicklung des Aktuators an der Platine zu erzielen.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die von diesem abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1 wieder.
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Der vorgeschlagene Aktuator ist für ein Kraftfahrzeug vorgesehen und enthält einen Rotor und einen Stator mit wenigstens einer Wicklung und einer den Elektromotor steuernden Platine (PCB, printed circuit board). Der Aktuator kann als Hydrostataktor ausgebildet sein, dessen Rotor mittels eines Getriebes, beispielsweise eines Planetenwälzgetriebes einen Kolben eines Geberzylinders betätigt. Der Geberzylinder ist über eine hydrostatische Strecke mit einem Nehmerzylinder verbunden. Der Nehmerzylinder kann eine Reibungskupplung, eine Bremse oder dergleichen betätigen. Die Platine kann zur Steuerung des Elektromotors eine Leistungselektronik enthalten, wobei die Bestromung der Wicklung(en) anhand eines vorgegebenen Sollwerts erfolgen kann. Sind mehrere Wicklungen vorhanden, kann der Elektromotor elektronisch kommutiert sein. Die wenigstens eine Wicklung weist zwei Anschlüsse auf, wobei zumindest ein Anschluss mit der Platine aufgenommen ist und mittels der Leistungselektronik bestromt wird. Der andere Anschluss kann auf der Platine oder einem gemeinsamen Grund aufgenommen sein. Zur Aufnahme des wenigstens einen Anschlusses auf der Platine ist mit der Platine wenigstens ein Ausgleichselement verbunden. Das wenigstens eine Ausgleichselement weist einen Ausleger auf, der sich beispielsweise senkrecht zur Platinenoberfläche erstrecken kann. Der Anschluss ist beispielsweise durch eine Öffnung durch die Platine geführt. Der Verlauf des Auslegers folgt dabei entlang dem Verlauf des wenigstens einen Anschlusses. Der wenigstens eine Anschluss und der zugehörige Ausleger sind auf der der wenigstens einen Wicklung abgewandten Seite der Platine miteinander elektrisch verbunden.
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Es können beispielsweise zwei, drei oder mehrere Windungen in einem Stator vorgesehen sein. Beispielsweise können bei einem Stator mit drei Wicklungen drei jeweils um 120° versetzte Anschlüsse und zugehörige Ausgleichselemente vorgesehen sein. Nachfolgend betrifft die Beschreibung eines oder mehrerer Anschlusselemente, Anschlüsse und/oder Wicklungen jeweils das wenigstens eine Ausgleichselement, den wenigstens einen Anschluss und die wenigstens eine Wicklung.
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Der Anschluss einer Wicklung kann als Wicklungsdraht, als Stanzgitter oder dergleichen ausgebildet sein. Die elektrische Verbindung zwischen Anschluss und Ausleger kann beispielsweise durch Löten, Crimpen oder dergleichen erfolgen. Weiterhin kann eine mechanische und/oder elektrische Verbindung von Ausleger und Anschluss miteinander mittels eines Widerstandsschweißverfahrens vorgesehen sein. Um beispielsweise eine räumlich vorgegebene Schweißstelle zu erhalten, kann der Ausleger einen Schweißbuckel aufweisen. Unter Schweißbuckel ist eine an dem Ausleger hervorstehende, beispielsweise in diesem angeprägte, aus diesem ausgedrückte, ausgestellte oder in ähnlicher Weise hergestellte Erhebung gegenüber der restlichen Oberfläche zu verstehen.
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Das Ausgleichselement kann auf der der Wicklung zu- oder abgewandten Seite der Platine angeordnet sein. Das Ausgleichselement kann beispielsweise mit dieser Seite elektrisch und mechanisch verbunden, beispielsweise verlötet sein. Weiterhin kann das Ausgleichselement zumindest einen oder mehrere, beispielsweise drei Befestigungspins aufweisen, die entsprechende Öffnungen an der Platine durchgreifen. Eine Befestigung dieser Befestigungspins kann durch Löten, Crimpen, Verrasten, mittels einer Pressfit-Verbindung oder dergleichen erfolgen. Bei einer Verbindung des Ausgleichselements auf der der Wicklung zugewandten Seite der Platine können Befestigungspins und Ausleger in dieselbe Richtung ausgerichtet sein, wobei jeder Befestigungspin jeweils eine Öffnung der Platine und der Ausleger eine weitere Öffnung der Platine durchgreift. Für die Durchführung des Anschlusses einer Wicklung und des dazugehörigen Auslegers durch die Platine können unterschiedliche Öffnungen oder eine einzige Öffnung vorgesehen sein. Bei einer Befestigung des Ausgleichselements auf der der Windung abgewandten Seite der Platine weisen Befestigungspins und Ausleger in die entgegengesetzte Richtung, der Ausleger braucht nicht durch die Platine geführt zu werden. Der Anschluss ist durch eine Öffnung der Platine geführt.
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Die Anordnung mehrerer Befestigungspins kann gleichmäßig ausgebildet sein. Beispielsweise können drei Befestigungspins um einen gedachten Mittelpunkt gleichmäßig im Abstand von 120° angeordnet sein. Zwischen zwei Befestigungspins kann der Ausleger vorgesehen sein.
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Zwischen einem Befestigungspin und einem Zentralteil des Ausgleichselements kann ein toleranzausgleichendes Mittel, beispielsweise ein geschwungener Arm vorgesehen sein. Der Arm kann S-förmig geschwungen sein. Zwischen dem Befestigungspin und dem Zentralteil können materialschwächende Einschnitte zur Bildung eines Arms oder einer ähnlichen Verbindung vorgesehen sein. Der Ausleger kann an dem Zentralteil oder an einem Befestigungspin angeordnet sein.
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Das Ausgleichselement kann mittels eines Stanz- und Biegeverfahrens hergestellt sein. Das Ausgleichselement kann aus einem elektrisch gut leitenden Werkstoff, beispielsweise Kupfer, einer Kupfer-Zinn-Legierung oder dergleichen hergestellt sein. Die Oberfläche des Ausgleichselements kann zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit, des Korrosionsschutzes und/oder dergleichen galvanisch beschichtet sein.
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Zur Ausbildung eines Längenausgleichs insbesondere bei sich ändernden Temperaturen können die Anschlüsse zwischen Wicklungen und Platine mit einem Längenausgleich versehen sein. Beispielsweise können die Anschlüsse geschwungen, beispielsweise S-förmig ausgebildet sein.
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Die Erfindung wird anhand des in den 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 einen Teilschnitt durch einen Aktuator,
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2 eine Ansicht auf das Gehäuse des Aktuators der 1 mit Blick auf die Platine,
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3 eine 3D-Ansicht eines Ausgleichselements,
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4 eine 3D-Ansicht des Ausgleichselements der 3 aus einem geänderten Blickwinkel,
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5 ein gegenüber den Befestigungspins des Ausgleichselements der 3 und 4 abgeänderter Befestigungspin
und
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6 eine Draufsicht auf das geöffnete Gehäuse mit Platine eines gegenden Aktuatoren 1, 1a der 1 und 2 geänderten Aktuators
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1 zeigt einen Teilschnitt durch den Aktuator
1, der beispielsweise ähnlich dem Hydrostataktor entsprechend der
WO 2011/127 888 A2 ausgebildet sein kann. Der Aktuator
1 weist den Elektromotor
2 mit dem Rotor
3 und dem Stator
4 auf, der in dem Gehäuse
5 untergebracht ist. An der Stirnseite des Elektromotors
2 ist in dem Gehäuse
5 die Platine
6 mit dem Anschlussstecker
7. Die Platine
6 übernimmt die Bestromung und Steuerung des Elektromotors
2. Hierzu werden die einzelnen Wicklungen
8 des Stators
4 bestromt. Die hier in der Anzahl drei vorgesehenen Wicklungen
8 weisen jeweils Anschlüsse
9 auf. Die Anschlüsse
9 durchgreifen an Öffnungen
10 die Platine
6. Zur platzsparenden und toleranzausgleichenden Befestigung der Anschlüsse
9 an der Platine
6 sind auf der Platine
6 für jeweils einen Anschluss
9 Ausgleichselemente
11 befestigt, die einen Ausleger
12 aufweisen, der sich im Wesentlichen senkrecht zur Platine
6 erstreckt. Die ebenfalls im Wesentlichen senkrecht zur Platine
6 durch diese erstreckten Anschlüsse
9 sind mit den Auslegern
12 mechanisch und elektrisch leitend verbunden. Die Anschlüsse
9 können durch beispielsweise geschwungene oder gebogene Führung zwischen den Wicklungen
8 und der Platine
6 spannungsentlastet sein.
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2 zeigt einen leicht abgeänderten Aktuator 1a mit der leicht veränderten Platine 6a. Der Aktuator 1a ist als Doppelaktuator, beispielsweise zur Betätigung von zwei Reibungskupplungen einer Doppelkupplung vorgesehen, wobei zwei einzelne – an sich im Wesentlichen gleiche – Aktuatorbaueinheiten in einem gemeinsamen Gehäuse 5a aufgenommen. Entsprechend dem Aktuator 1 der 1 weist der Aktuator 1a beziehungsweise jede der Aktuatorbaueinheiten einen Elektromotor mit einem Stator mit drei Wicklungen auf, deren Anschlüsse 9 an Öffnungen 10a die Platine 6a durchgreifen und mit den Auslegern 12 mechanisch und elektrisch verbunden sind. Die Ausleger 12 der Ausgleichselemente 11 durchgreifen dieselben Öffnungen 10a der Platine 6a. Die Ausgleichselemente 11 sind mittels der Befestigungspins 13 auf der Rückseite, also an der den Wicklungen zugwandten Seite an der Platine 6a aufgenommen, beispielsweise mittels der Befestigungspins 13 mit der Platine 6a verlötet oder mittels einer Pressfit-Verbindung verbunden. Die Befestigungspins 13 durchgreifen dabei Öffnungen 14 der Platine 6a.
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Die 3 und 4 zeigen das Ausgleichselement 11 der 1 und 2 in 3D-Ansicht aus verschiedenen Blickwinkeln. Das Ausgleichselement 11 weist ein plattenförmiges Zentralteil 15 auf, mit dem das Ausgleichselement 11 an der Platine aufgelegt werden kann. Um einen Mittelpunkt des Zentralteils 15, beispielsweise um die Öffnung 16, sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel über den Umfang gleichmäßig in einem Winkel von 120° die Befestigungspins 13 verteilt. Die Befestigungspins 13 können beispielsweise im Sinne von Lötnägeln durch Öffnungen 14 (2) gebracht und an einer oder mehreren Lagen der Platine elektrisch leitend verbunden, beispielsweise verlötet sein, wobei durch den an der Oberfläche der Platine entstehenden Lötpunkt eine mechanische Befestigung an der Platine erfolgt. Zwischen den Befestigungspins 13 und dem Zentralteil 15 sind jeweils geschwungene Arme 17 ausgebildet, die einen Toleranzausgleich beispielsweise bei sich ändernden Temperaturen während des Betriebs oder während des Fügens erlauben.
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Zwischen zwei Befestigungspins 13 ist der Ausleger 12 angeordnet. Zur Befestigung der Ausgleichselemente 11 auf der Rückseite der Platine sind die Befestigungspins 13 und der Ausleger 12 im Wesentlichen senkrecht in dieselbe Richtung umgelegt und durchgreifen entsprechend ausgebildete Öffnungen 10, 14 der Platine 6a (2). Der Ausleger 12 weist im Bereich seiner Längserstreckung bevorzugt im Bereich seines freien Endes den Schweißbuckel 18 auf, der eine definierte Anlagefläche wie Schweißfläche gegenüber dem Anschluss 9 (2) aufweist. Auf diese Weise kann beispielsweise mittels eines Widerstandsschweißverfahrens eine im Wesentlichen auf den Schweißbuckel 18 begrenzte Verbindung wie Verschweißung oder Verlötung des Auslegers 12 mit dem Anschluss 9 (2) erzielt werden.
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Die Herstellung des Ausgleichselements 11 erfolgt aus geeignetem Blech, beispielsweise aus Kupfer oder dessen Legierungen, insbesondere einer Kupfer/Zinn-Legierung (Cu-Sn). Zur Herstellung einer für Elektronikanwendungen geeigneten Oberfläche können die Ausgleichselemente zusätzlich beispielsweise galvanisch beschichtet sein. Die gebogenen oder geschwungenen Arme 17 sind durch Ausklinken entsprechender Schlitze 19, 20 hergestellt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein dem Zentralteil 15 naher Schlitz 19 und ein dem Befestigungspin naher Schlitz 20 vorgesehen, so dass eine im Wesentlichen S-förmige Ausbildung der Arme 17 resultiert. Der Schweißbuckel 18 wird beispielsweise durch Anprägen oder Ausstellen eines Bereiches des Blechs hergestellt. Die Befestigungspins 13 und der Ausleger 12 sind gegenüber dem Zentralteil 15 aus dem zuvor bevorzugt planen Blechteil umgelegt.
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Die 5 zeigt ein Detail eines gegenüber dem Ausgleichselement 11 der 3 und 4 abgeänderten Ausgleichselements 11a. Im Unterschied zu dem Ausgleichselement 11 sind die Befestigungspins 13a des Ausgleichselements 11a als Pressfit-Verbindungen 21a ausgebildet. Beispielsweise ist in der 5 ein Befestigungspin 13a eines ansonsten dem Ausgleichselement 11 entsprechenden Ausgleichselements 11a dargestellt. Die Pressfit-Verbindung 21a enthält zwei bauchförmige, im Wesentlichen senkrecht auf den Armen 17a angeordnete Spreizelemente 22a die durch elastisches Zusammenpressen durch eine entsprechend ausgebildete Öffnung der Platine gedrückt werden und sich anschließend wieder erweitern, so dass eine Verrastung mit der Platine jeweils an den Befestigungspins 13a erfolgt.
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Die 6 zeigt eine weitere, gegenüber den Aktuatoren 1, 1a der 1 und 2 abgeänderte Variante in Form des Aktuators 1b mit Blick auf das geöffnete Gehäuse 5b mit der an diesem befestigten Platine 6b und bei noch nicht gefügtem Elektromotor. Auf der Platine 6b sind bezogen auf den Mittelpunkt M drei über den Umfang im Winkel von 120° verteilte Ausgleichselemente 11 vorgesehen. Zur Darstellung der Anordnung dieser sind die an sich durch die Platine 6b verdeckten, da an der abgewandten Seite der einsehbaren Seite der Platine 6b angeordnet, durchgezeichnet dargestellt. Im Bereich der Ausleger 12 sind die Öffnungen 10b angeordnet, durch die einerseits die Ausleger 12 in Richtung der einsehbaren Seite der Platine 6b und andererseits die nicht dargestellten Anschlüsse der Wicklungen ragen. Anschlüsse und die Schweißbuckel 18 (3 und 4) sind dabei in dargestellter Weise miteinander elektrisch verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aktuator
- 1a
- Aktuator
- 1b
- Aktuator
- 2
- Elektromotor
- 3
- Rotor
- 4
- Stator
- 5
- Gehäuse
- 5a
- Gehäuse
- 5b
- Gehäuse
- 6
- Platine
- 6a
- Platine
- 6b
- Platine
- 7
- Anschlussstecker
- 8
- Wicklung
- 9
- Anschluss
- 10
- Öffnung
- 10a
- Öffnung
- 10b
- Öffnung
- 11
- Ausgleichselement
- 11a
- Ausgleichselement
- 12
- Ausleger
- 13
- Befestigungspin
- 13a
- Befestigungspin
- 14
- Öffnung
- 15
- Zentralteil
- 16
- Öffnung
- 17
- Arm
- 17a
- Arm
- 18
- Schweißbuckel
- 19
- Schlitz
- 20
- Schlitz
- 21a
- Pressfit-Verbindung
- 22a
- Spreizelement
- M
- Mittelpunkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2011/127888 A2 [0002, 0020]
- DE 102014210973 [0002]
- DE 102004027653 A1 [0003]
