DE102015219149A1

DE102015219149A1 - Motorbaugruppe

Info

Publication number: DE102015219149A1
Application number: DE102015219149.4A
Authority: DE
Inventors: Martin Pondelek
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2015-09-04
Filing date: 2015-10-02
Publication date: 2017-03-09

Abstract

Motorbaugruppe (2) mit einem Elektromotor (12) umfassend ein Motorgehäuse (24), sowie mit einer Elektronikeinheit (8) umfassend, eine als Motorträger (14) ausgebildete erste Gehäuseschale, an der das Motorgehäuse (24) befestigt ist, eine als Kühldeckel (16) ausgebildete zweite Gehäuseschale, einen Elektronikträger (18), der sandwichartig zwischen dem Motorträger (14) und dem Kühldeckel (16) angeordnet ist, wobei der Kühldeckel (16) und der Motorträger (14) eine im Vergleich zum Elektronikträger (18) größere Wärmeleitfähigkeit aufweisen, und wobei der Kühldeckel (16) und der Motorträger (14) wärmeleittechnisch an mindestens einer Anlagefläche (72a) miteinander gekoppelt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Motorbaugruppe mit einem Elektromotor umfassend ein Motorgehäuse, sowie eine Elektronikeinheit. Sie betrifft weiterhin einen Aktuator, insbesondere einen Getriebeaktuator, für ein Kraftfahrzeug, mit einer derartigen Motorbaugruppe, sowie ein mit einem derartigen Aktuator versehenes Kraftfahrzeuggetriebe.
Aus der WO 2013/037454 A2 ist ein Elektromotor bekannt, der Bestandteil eines Aktuators für ein Kraftfahrzeuggetriebe, insbesondere für ein Direktschaltgetriebe (DSG), sein kann. Bei einem hydraulischen Aktuator kann der Elektromotor zum Antrieb einer Hydraulikpumpe dienen.
Der bekannte Elektromotor weist hierzu ein zylinderförmiges Motor- oder Statorgehäuse auf, in dem eine Statorbaugruppe mit einer Drehfeldwicklung gehäusefest und ein Rotor zusammen mit einer rotorfesten Rotorwelle drehbeweglich gelagert ist. Zur Ankopplung beispielsweise an die Hydraulikpumpe des Aktuators ist die Motorwelle unter Bildung eines Wellenzapfens auf einer Gehäuseseite des Elektromotors herausgeführt. Die gegenüberliegende Gehäuseseite weist einen Anschlussflansch zur Befestigung des Aktuators beispielsweise an eine Elektronikeinheit mit einem Elektronikgehäuse und einer Leistungs- oder Motorelektronik auf.
Im Betrieb eines solchen Elektromotors, insbesondere bei dessen Anwendung als Getriebeaktuator für ein DSG eines Kraftfahrzeugs, ist dieser häufig mit einer hydraulischen Ölpumpe innerhalb eines Ölsumpfs eines Getriebegehäuses antriebstechnisch gekoppelt. Zum Zwecke einer Kühlung der Drehfeldwicklung ist es hierbei bekannt, dass der Elektromotor zumindest teilweise innerhalb eines (Hydraulik-)Öls im Ölsumpf einliegt. Dadurch wird die durch eine Bestromung entstehende Wärme der Drehfeldwicklung zumindest teilweise an das Öl abgeführt.
Der Elektromotor beziehungsweise die zugeordnete Motorbaugruppe des Aktuators ist hierbei für einen relativ großen Temperaturbereich auszulegen beziehungsweise konstruktiv zu gestalten. Der zu beherrschende oder zu berücksichtigende Temperaturbereich im Ölsumpf liegt typischerweise zwischen beispielsweise –40°C und +130°C. Zweckdienlicherweise ist die Elektronikeinheit nahe dem Elektromotor verbaut, wobei sich insbesondere die im Betrieb auftretenden höheren Temperaturen schädigend auf elektronische Bauteile und die Funktion der Elektronikeinheit auswirken.
Aus der US 2009/0078489 A1 ist eine Motorbaugruppe für einen Getriebeaktuator bekannt, bei der das Motorgehäuse des Elektromotors wärmeleitend an ein Getriebegehäuse des Kraftfahrzeuggetriebes angebunden ist. Die große thermische Masse des Getriebegehäuses wirkt hierbei als eine effektive Wärmesenke für die Entwärmung des Elektromotors. Die zugeordnete Elektronikeinheit ist mittels einer wärmeisolierenden Schicht wärmeleittechnisch von dem Elektromotor entkoppelt und an einen Kühldeckel als separate Wärmesenke wärmeleitend kontaktiert. Dadurch werden zwei getrennte Temperaturbereiche der Motorbaugruppe gebildet.
Zu diesem Zwecke weist die bekannte Motorbaugruppe ein Elektronikgehäuse auf, wobei eine Gehäuseschale als der Kühldeckel ausgebildet ist. Eine zweite Gehäuseschale ist aus einem schlecht wärmeleitenden Kunststoffmaterial hergestellt und als ein Motorträger zur Befestigung des Elektromotors ausgestaltet. Ein die Motorelektronik aufweisender Elektronikträger ist innerhalb des durch den Kühldeckel und den Motorträger gebildeten Gehäuses angeordnet. Der Motorträger isoliert somit den Elektronikträger wärmeleittechnisch gegenüber dem Elektromotor und dem Getriebegehäuse, sodass sich die auf dem Elektronikträger angeordnete Motorelektronik im Wesentlichen lediglich über den Kühldeckel entwärmen kann.
In einer Einbausituation, bei der die Motorbaugruppe, insbesondere der Kühldeckel, nahe eines weiteren wärmeabgebenden Bauteils angeordnet ist, tritt hierbei das Problem auf, dass der Kühldeckel sich nicht mittels Wärmekonvektion an die Umgebung entwärmen kann. Dadurch wird die Wärmeabfuhr der Motorelektronik verhindert, wodurch sie sich im Betrieb erhitzen beziehungsweise überhitzen kann, was mitunter irreparable Schäden der elektronischen Bauteile bewirkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Motorbaugruppe anzugeben, bei der eine effektive Wärmeableitung einer Elektronikeinheit auch in einer Einbausituation nahe eines wärmeabgebenden Bauteils sichergestellt sein soll. Des Weiteren sollen ein Aktuator für ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Motorbaugruppe sowie ein Kraftfahrzeuggetriebe mit einem derartigen Aktuator angegeben werden.
Bezüglich der Motorbaugruppe wird die genannte Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1, bezüglich eines die Motorbaugruppe umfassenden Aktuators mit den Merkmalen des Anspruchs 9, und bezüglich eines Kraftfahrzeuggetriebes mit einem derartigen Aktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Motorbaugruppe weist einen Elektromotor mit einem Motorgehäuse sowie eine Elektronikeinheit auf. Die Elektronikeinheit umfasst eine als Motorträger ausgebildete erste Gehäuseschale, an der das Motorgehäuse befestigt ist. Die Elektronikeinheit umfasst weiterhin eine zweite Gehäuseschale die als ein Kühldeckel ausgebildet ist, sowie einen Elektronikträger, wobei der Elektronikträger sandwichartig zwischen dem Motorträger und dem Kühldeckel angeordnet ist. Der Kühldeckel, der Elektronikträger, und der Motorträger bilden somit ein im Wesentlichen geschlossenes Elektronikgehäuse, wobei der Elektronikträger zumindest teilweise eine an einem Außenumfang verlaufende Gehäusewand bildet. Der Kühldeckel und der Motorträger weisen im Vergleich zum Elektronikträger eine größere Wärmeleitfähigkeit auf, wobei der Kühldeckel und der Motorträger wärmeleittechnisch an mindestens einer Anlagefläche miteinander gekoppelt sind.
Zur Bildung der Anlagefläche wird der Elektronikträger an seinem Außenumfang somit zumindest abschnittsweise von dem Kühldeckel und/oder von dem Motorträger umgriffen, wobei der Kühldeckel und der Motorträger zum Zwecke einer Wärmeüberleitung zwischen den Gehäuseschalen aneinander anliegen. Unter Wärmeüberleitung ist in diesem Zusammenhang insbesondere eine Wärmeleitung von dem Kühldeckel zum Motorträger zu verstehen.
Im Gegensatz zum Stand der Technik werden somit keine zwei getrennten Temperaturbereiche zwischen dem Elektromotor und der Elektronikeinheit bereitgestellt. Durch die Anlagefläche(n) wird vielmehr ein gemeinsames Entwärmen des Elektromotors und der Elektronikeinheit an einer Wärmesenke ermöglicht. In einer bevorzugten Einbausituation ist es dadurch möglich, dass sowohl der Elektromotor als auch die Elektronikeinheit über eine gemeinsame Wärmesenke, wie beispielsweise einem Getriebegehäuse, entwärmt werden. Das heißt, dass eine im Betrieb der Motorbaugruppe entstehende (Ab-)Wärme des Elektronikträgers an den Kühldeckel abgegeben wird, wobei der Kühldeckel die aufgenommene Wärme über die Anlagefläche(n) an den Motorträger ableitet, der zur Kühlung oder Entwärmung vorzugsweise an eine große thermische Masse als Wärmesenke wärmeleittechnisch angeschlossen ist. Mit anderen Worten ist der Kühldeckel somit geeignet und eingerichtet, sich einerseits über Konvektion an seine Umgebung und andererseits über die Anlagefläche(n) an den Motorträger zu entwärmen. Insbesondere wird hierdurch eine betriebssichere Entwärmung der Elektronikeinheit, auch in einer Einbausituation bei welcher der Kühldeckel nahe einem weiteren wärmeabgebenden Bauteil angeordnet ist, sichergestellt.
Der Motorträger und der Kühldeckel sind zum Zwecke einer möglichst hohen Wärmeleitfähigkeit geeigneterweise aus einem Metallmaterial gefertigt. In einer bevorzugten Ausgestaltung sind der Motorträger und der Kühldeckel insbesondere als Druckgrußteile aus einem Aluminiummaterial hergestellt, wobei der Elektronikträger vorzugsweise als ein Spritzgussteil aus einem schlecht wärmeleitenden Kunststoffmaterial hergestellt ist. Dadurch ist eine besonders einfache, gewichtssparende und kostengünstige Herstellung der Motorbaugruppe ermöglicht. Des Weiteren ist durch eine Anlagefläche mit einer direkten Aluminiummaterialauf-Aluminiummaterial-Verbindung eine besonders effektive Wärmekontaktfläche zur Wärmeübertragung realisiert.
In einer vorteilhaften Weiterbildung sind der Motorträger und der Kühldeckel miteinander verschraubt. Bevorzugterweise sind der Motorträger und der Kühldeckel miteinander im Bereich der Anlageflächen schraubbefestigt, wobei vorzugsweise mehrere Anlageflächen in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind. Durch die Verschraubung im Bereich der Anlageflächen ist eine besonders flächige Anlage des Kühldeckels an dem Motorträger (beziehungsweise umgekehrt) sichergestellt, da im Bereich der Verschraubung unmittelbar eine Anpresskraft zwischen dem Kühldeckel und dem Motorträger wirkt. Die dadurch verbesserte An- oder Auflage wirkt sich vorteilhaft auf die Wärmeüberleitung zwischen den Gehäuseschalen aus, sodass eine besonders betriebssichere Entwärmung des Elektronikträger beziehungsweise einer von ihm getragenen (Motor-)Elektronik sichergestellt ist.
Zum Zwecke einer besonders effektiven Wärmeleitungskopplung werden der Motorträger und der Kühldeckel in einer bevorzugten Weiterbildungsform insbesondere mittels Befestigungsschrauben aus einem Aluminiummaterial miteinander verschraubt.
In einer geeigneten Ausbildung trägt der Elektronikträger eine elektronische Umrichterschaltung mit einem Zwischenkreiskondensator, wobei der Zwischenkreiskondensator innerhalb einer wannenförmigen Ausbuchtung des Motorträgers angeordnet ist. Vorzugsweise sind weitere passive Bauteile der Umrichterschaltung, wie beispielsweise eine zugeordnete Drosselspule, innerhalb der Ausbuchtung angeordnet. Dadurch sind der Zwischenkreiskondensator sowie beispielsweise die Drosselspule in einer geeigneten Einbausituation direkt an den Motorträger sowie die damit wärmeleittechnisch gekoppelte Wärmesenke entwärmt.
Weiterhin ist durch die Anordnung der vergleichsweise großen elektronischen Bauteile innerhalb der Ausbuchtung ein besonders flacher und somit bauraumkompakter Kühldeckel für den Elektronikträger ermöglicht. Des Weiteren ist eine Schalt- oder Leistungselektronik der Umrichterschaltung beispielsweise auf der zum Zwischenkondensator gegenüberliegenden Elektronikträgerseite angeordnet, sodass sich die aktiven und passiven elektronischen Bauteile im Betrieb nicht direkt gegenseitig erwärmen, was sich vorteilhaft auf die Langlebigkeit der Umrichterschaltung überträgt.
In einer zweckmäßigen Ausbildung sind der Zwischenkreiskondensator – sowie gegebenenfalls weitere passive Bauteile wie die Drosselspule – zum Schutz gegen Vibrationen innerhalb der Ausbuchtung mit einem dämpfenden Kunststoffmaterial vergossen. Dadurch wird die Langlebigkeit der passiven Bauteile und somit der Umrichterschaltung vorteilhaft und konstruktiv einfach erhöht.
In einer bevorzugten Ausführung ist die Umrichterschaltung mittels einer wärmeleitenden Schicht wärmeleittechnisch mit dem Kühldeckel gekoppelt. Dadurch wird die Wärmeableitung in den Kühldeckel verbessert, was sich vorteilhaft auf die Langlebigkeit der elektronischen Bauteile auswirkt. Als wärmeleitende Schicht ist beispielsweise ein Wärmeleitkleber oder ein wärmeleitendes Polymermaterial, wie beispielsweise ein Harz oder ein Epoxid, einsetzbar.
Zum Zwecke einer besonders effektiven Kühlung mittels Wärmekonvektion weist der Kühldeckel in einer geeigneten Weiterbildung eine Anzahl an Kühlrippen auf.
In einer bevorzugten Ausbildung weist der Motorträger mindestens eine wärmeleitende Befestigungsfläche zur Schraubbefestigung der Motorbaugruppe an einer Wärmesenke auf. Die vorzugsweise möglichst großflächige Befestigungsfläche dient als eine Wärmekontaktfläche zu einer Wärmesenke und somit – in einer Einbausituation – dem Entwärmen der Motorbaugruppe.
Bevorzugterweise ist die mindestens eine Befestigungsfläche gleichzeitig eine flanschartige Anlagefläche zwischen dem Motorträger und dem Kühldeckel, wobei vorzugsweise der Kühldeckel und der Motorträger gemeinsam an der Wärmesenke schraubbefestigt werden. Dadurch sind einerseits die Wärmeüberleitung und Entwärmung des Kühldeckls verbessert. Andererseits ist hierdurch eine besonders betriebssichere Montage sowie Ausrichtbarkeit der Motorbaugruppe in einem vorgesehenen Bauraum realisiert.
In einer bevorzugten Anwendung ist die Motorbaugruppe in einem Aktuator, insbesondere einem Getriebeaktuator, für ein Kraftfahrzeug eingesetzt.
In der bevorzugten Einbausituation ist der Aktuator in einem Kraftfahrzeuggetriebe beispielsweise zum Schalten eines Direktschalt- oder Doppelkupplungsgetriebes angeordnet.
In einer geeigneten Weiterbildung ist der Motorträger der Motorbaugruppe hierzu insbesondere mittels mindestens einer Befestigungsfläche an einem Getriebegehäuse entwärmt. In einer ebenso geeigneten Weiterbildung liegt der Elektromotor zumindest teilweise in einem Ölsumpf ein. Dadurch ist ein konstruktiv besonders vorteilhaftes Entwärmungskonzept der Motorbaugruppe realisiert.
Im Betrieb der Motorbaugruppe treten im Wesentlichen zwei Wärmequellen auf, einerseits erwärmt sich eine Drehfeldwicklung des Elektromotors aufgrund des durchflossenen elektrischen Stroms, andererseits erwärmen sich die aktiven elektronischen Schaltelemente der Umrichterschaltung beziehungsweise der Motorelektronik Die Motorelektronik gibt eine Betriebswärme an den Kühldeckel ab. Der Kühldeckel ist einerseits mittels Wärmekonvektion gekühlt, wobei zusätzlich eine Wärmeübertragung durch die Anlageflächen vom Kühldeckel in den Motorträger, sowie mittels der Befestigungsflächen in das Getriebegehäuse erfolgt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Elektromotor antriebstechnisch mit einer vorzugsweise im Ölsumpf einliegenden Ölpumpe gekoppelt. Das Motorgehäuse weist ölpumpenseitig ein Wälzlager für eine Rotorwelle sowie eine Anzahl an Aussparungen auf. Im Betrieb der Ölpumpe wird Öl aus dem Ölsumpf durch das Wälzlager in das Innere des Motorgehäuses gepumpt, wobei das Öl aufgrund der Schwerkraft über die Aussparungen zurück in den Ölsumpf abfließt. Dadurch findet ein aktiver Öl-Austausch zwischen dem Kraftfahrzeuggetriebe und der Motorbaugruppe statt. Durch das Wälzlager und die Aussparungen umfließt das Öl des Ölsumpfes somit die Drehfeldwicklung des Elektromotors, wodurch die Drehfeldwicklung im Betrieb gekühlt wird.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 in einer perspektivischen Darstellung eine Motorbaugruppe für einen Getriebeaktuator eines Kraftfahrzeuggetriebes, umfassend einen Elektromotor und eine Elektronikeinheit,
2 in einer perspektivischen Darstellung einen Motorträger der Elektronikeinheit mit dem Elektromotor,
3 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung die Motorbaugruppe,
4 in einer perspektivischen Darstellung die Elektronikeinheit mit Blick auf einen Kühldeckel,
5 in einer perspektivischen Darstellung die Elektronikeinheit mit Blick auf den Motorträger, und
6 in einer schematischen Schnittdarstellung den Getriebeaktuator in einer Einbausituation an einem Getriebegehäuse des Kraftfahrzeuggetriebes.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine Motorbaugruppe 2 für einen Aktuator 4 eines Kraftfahrzeuggetriebes 6, insbesondere eines Direktschaltgetriebes, dargestellt. Die Motorbaugruppe 2 des nachfolgend auch als ein Getriebeaktuator bezeichneten Aktuators 4 umfasst eine längliche Elektronikeinheit 8 mit einem schmalseitig überstehenden Anschlusssteckverbinder 10, und einen an die Elektronikeinheit 8 befestigten Elektromotor 12.
Die Elektronikeinheit 8 umfasst eine als ein Motorträger 14 ausgebildete erste Gehäuseschale, eine als Kühldeckel 16 ausgebildete zweite Gehäuseschale, sowie einen zwischen dem Motorträger 14 und dem Kühldeckel 16 sandwichartig angeordneten Elektronikträger 18. Der Anschlusssteckverbinder 10 ist hierbei einstückig an eine Stirnseite des Elektronikträgers 18 angeformt. Mittels des Anschlusssteckverbinders 10 ist eine Umrichterschaltung 20 des Elektronikträgers 18 elektrisch leitfähig an eine nicht näher dargestellte Kraftfahrzeugelektronik oder an einen Kraftfahrzeugstrang zur Bestromung und zum Betrieb des Elektromotors 12 gekoppelt.
Der Motorträger 14 und der Kühldeckel 16 sind mit sechs umfangsseitig verteilten Befestigungsschrauben 22 miteinander verschraubt, wobei der Elektronikträger 18 zwischen dem Motorträger 14 und dem Kühldeckel 16 geklemmt gehalten beziehungsweise klemmfixiert ist. Wie insbesondere in 2 ersichtlich ist an den Motorträger 14 ein zylinderförmiges Motorgehäuse 24 des vorzugsweise bürstenlosen Elektromotors 12 schraubbefestigt.
3 zeigt die Motorbaugruppe 2 anhand einer Explosionsdarstellung in einem auseinandergenommenen Zustand.
Das zylinderförmige Motorgehäuse 24 des dargestellten Elektromotors 12 ist im Wesentlichen durch eine erste topfartige Gehäusehälfte 26a und eine zweite topfartige Gehäusehälfte 26b gebildet, wobei die Gehäusehälfte 26a bezogen auf eine Axialrichtung A mit einer etwa doppelt so hohen Gehäusehöhe wie die Gehäusehälfte 26b bemessen sein kann. Die Gehäusehälfte 26a ist im Montagezustand an dem Motorträger 14 mittels drei Schraubbolzen 28 befestigt, die etwa gleichmäßig um 120° zueinander versetzt stirnseitig auf der dem Motorträger 14 zugewandten Fläche angeordnet sind. Im Montagezustand sind die Schraubbolzen 28 – wie insbesondere in 2 erkenntlich – von der Innenseite des Motorträgers 14 her mittels jeweils einer Sechskantmutter 30 an dem Motorträger 14 im Bereich einer zylindrischen Ausbuchtung 32 schraubbefestigt.
Durch die Gehäusehälfte 26a ragt im Montagezustand zentral eine Rotorwelle 34 eines damit antriebstechnisch gekoppelten Rotors des Elektromotors 12 hinaus. An der motorträgerseitigen Stirnseite der Rotorwelle 34 ist eine magnetische Kappe 36 als magnetischer Dipolgeber drehfest angebracht. Die Kappe 36 weist eine Anzahl an Permanentmagneten auf, und liegt im Montagezustand in einer nicht näher dargestellten Aufnahme des Elektronikträgers 18 ein. Im Bereich der Aufnahme ist ein Sensorelement angeordnet, das im Betrieb der Motorbaugruppe 2 eine Motordrehzahl des Elektromotors 12 durch das magnetische Wechselfeld der rotierenden Kappe 36 überwacht.
Der Elektromotor 12 weist stirnseitig drei aus der Gehäusehälfte 26a überstehende Klemmkontakte (Schneidklemmkontakte) 38 auf, die mit Phasenwicklungen einer nicht näher dargestellten dreiphasigen Drehfeldwicklung einer Statorbaugruppe elektrisch leitfähig gekoppelt sind. Die Schneidklemmkontakte 38 sind im Montagezustand mit jeweils einem motorseitigen Messerkontakt 40 des Elektronikträgers 18 zur Bestromung der Drehfeldwicklung kontaktiert.
Die elektronische Umrichterschaltung 20 des Elektronikträgers 18 umfasst eine Leiterplatte 42 mit einer Anzahl an nicht näher bezeichneten Schaltelementen, sowie eine passive Bauteilgruppe 44. Die Bauteilgruppe 44 umfasst im Wesentlichen einen Kreiskondensator (Zwischenkreiskondensator) 46, eine Drosselspule 48, sowie eine Schutzsicherung 50. Die Leiterplatte 42 ist auf einer dem Kühldeckel 16 zugewandten Seite – nachfolgend auch als Oberseite bezeichnet – des Elektronikträgers 18 angeordnet. Die Bauteilgruppe 44 ist auf der gegenüberliegenden, dem Motorträger 14 zugewandten Planseite – entsprechend im Nachfolgenden auch als Unterseite bezeichnet – des Elektronikträgers 18 angeordnet.
Zur Kontaktierung der Leiterplatte 42 mit der Bauteilgruppe 44 weist der Elektronikträger 18 ein integriertes (umspritztes) Stanzgitter 52 auf, das die einzelnen elektronischen Bauteile mittels einer Anzahl an nicht näher bezeichneten Kontakten elektrisch leitfähig koppelt. Das Stanzgitter 52 ist zweckmäßigerweise weiterhin elektrisch leitfähig mit dem Anschlusssteckverbinder 10 gekoppelt.
Die Bauteilgruppe 44 ist im Montagezustand innerhalb einer wannenartigen Ausbuchtung 54 des Motorträgers 14 angeordnet. Zum Schutz gegen Vibrationen ist die Bauteilgruppe 44 mit einem Gussteil 56 aus einem dämpfenden Kunststoffmaterial innerhalb der Ausbuchtung 54 zumindest teilweise umgossen.
Die Leiterplatte 42 ist mittels einer wärmeleitenden Schicht 58, beispielsweise in Form eines Wärmeleitklebers, wärmeleitend an den Kühldeckel 16 gekoppelt. Der Kühldeckel 16 weist an seiner Außenfläche, das heißt an der dem Elektronikträger 18 abgewandten Kühldeckelseite, eine Anzahl an angeformten Kühlrippen 60 auf. Beispielhaft ist in den Figuren lediglich eine Kühlrippe 60 mit einem Bezugszeichen versehen.
Im Bereich der Kühlrippen 60 ist eine Aussparung 62 angeordnet, die im Montagezustand einen Luftaustausch von der Leiterplatte 42 zu einem Bereich außerhalb des Kühldeckes 16 ermöglicht. Die Aussparung 62 ist im Montagezustand mit einer luftdurchlässigen, semi-permeablen Membran 64 wasserdicht abgedeckt. Durch die Membran 64 ist somit einerseits ein Luftaustausch zu Kühlungszwecken ermöglicht, und andererseits ist ein Eindringen von Wasser oder Feuchtigkeit zum Schutz der Umrichterschaltung 20 verhindert. Die Kühlrippen 60 und die Membran 64 sind im Montagezustand von einer gemeinsamen Abdeckung 66 verdeckt.
Im Betrieb der Motorbaugruppe 2 kommt es einerseits zu einer Wärmeentwicklung der Leiterplatte 42, aufgrund des Schaltens der aktiven elektronischen Bauelemente, sowie andererseits zu einer Wärmeentwicklung der bestromten Drehfeldwicklungen des Elektromotors 12. Anhand der 4 bis 6 ist nachfolgend ein Entwärmungskonzept der Motorbaugruppe 2 zur Abführung der entstehenden Wärme in das Kraftfahrzeuggetriebe 6 als Wärmesenke erläutert.
Im Montagezustand ist zwischen dem Elektronikträger 18 und dem Kühldeckel 16 ein oberseitiger Gehäuseraum 68 gebildet. Der Gehäuseraum 68 ist zumindest teilweise – wie in insbesondere in 6 ersichtlich – mit der Schicht 58 aufgefüllt, und mittels des Elektronikträgers 18 fluiddicht von einem unterseitigen Gehäuseraum 70 zwischen dem Elektronikträger 18 und dem Motorträger 14 getrennt. Der Gehäuseraum 70 ist im Wesentlichen durch die von den Ausbuchtungen 32 und 54 definierten Teilbereiche 70a, 70b gebildet. Im Nachfolgenden ist der Teilbereich 70a der Ausbuchtung 32 auch als ein Anschlussbereich 70a, und der Teilbereich 70b der Ausbuchtung 54 als ein Schaltungsbereich 70b bezeichnet.
Im Betrieb entwärmt sich die Leiterplatte 42 mittels der Schicht 58 an den Kühldeckel 16. Der Kühldeckel 16 ist vorzugsweise als ein Druckgussteil aus einem Aluminiummaterial hergestellt. Weiterhin wird die Schicht 58 und die Leiterplatte 42 zumindest teilweise von Luft umströmt. Die Luft führt zumindest einen Teil der entstehenden Wärme der Leiterplatte 42 über die Aussparung 62 aus dem Gehäuseraum 68 ab. Die aufgewärmte Luft scheidet sich unter Kondensation von Feuchtigkeit zumindest teilweise an den Kühlrippen 60 ab, wobei die Membran 64 verhindert, dass die Feuchtigkeit in den Gehäuseraum 68 eintritt.
Der Kühldeckel 16 gibt die (Ab-)Wärme der Leiterplatte 42 einerseits mittels (Wärme-)Konvektion an einen Umgebungsbereich ab, und andererseits mittels wärmeleitenden Wärmekontaktflächen 72a, 72b an den Motorträger 14. Der Motorträger 14 ist zum Zwecke einer verbesserten Wärmeleitung ähnlich zum Kühldeckel 16 insbesondere als ein Druckgussteil aus einem Aluminiummaterial hergestellt. Der Elektronikträger 18 ist als ein Spritzgussteil aus einem schlecht wärmeleitenden Kunststoffmaterial hergestellt, sodass eine Wärmeüberleitung im Wesentlichen lediglich an den Wärmekontaktflächen 72a, 72b stattfindet. Hierzu wird der Elektronikträger 18 umfangsseitig zumindest abschnittsweise von den Wärmekontaktflächen 72a, 72b umgriffen.
Die Wärmekontaktflächen 72a sind im Nachfolgenden auch als Anlagefläche des Kühldeckels 16 am Motorträger 14 bezeichnet, und können im Wesentlichen durch drei Abstandselemente 74 gebildet sein, die den Elektronikträger 18 im Wesentlichen im Bereich der Befestigungsschrauben 22 im Anschlussbereich 70a des Motorträgers 14 umgreifen. Die Abstandselemente 74 sind im Bereich eines Kontaktrands zwischen dem Kühldeckel 16 und dem Elektronikträger 18 an den Kühldeckel 16 angeformt, und stehen dem Kühldeckel 16 in Richtung des Motorträgers 14 über. Die Abstandselemente 74 sind hierbei etwa so groß bemessen wie die Dicke des Elektronikträgers 18.
Die Wärmekontaktflächen 72b werden im Wesentlichen zwischen vier umfangsseitig überstehenden Auskragungen 76a des Kühldeckels 16 und vier komplementären Auskragungen 76b des Motorträgers 14 gebildet, wobei die Auskragungen 76a, 76b im Montagezustand fluchtend aufeinander angeordnet sind. Die Auskragungen 76a können eine größere Dicke im Vergleich zu den Auskragungen 76b aufweisen, wobei die Auskragungen 76a – ähnlich zu den Abstandselementen 74 – den Elektronikträger 18 im Montagezustand zur Bildung der Wärmekontaktflächen 72b zumindest abschnittsweise umgreifen. Nahe dem Anschlussbereich 70a sind die Auskragungen 76a, 76b etwa ösenartig an den Motorträger 14 und den Kühldeckel 16 angeformt, wobei die Auskragungen 76a, 76b um den Schaltungsbereich 70b herum als längliche Laschen ausgestaltet sind.
Die Auskragungen 76a, 76b weisen fünf Schraubenlöcher 78 auf, die in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind. Wie insbesondere in 6 ersichtlich ist im Montagezustand des Getriebeaktuators 4 an einem Kraftfahrzeuggetriebe 6 innerhalb der Schraubenlöcher 78 jeweils eine Befestigungsschraube 80 zur Schraubbefestigung des Getriebeaktuators 4 an einem Getriebegehäuse 82 des Kraftfahrzeuggetriebes 6 angeordnet. Die Wärmekontaktflächen 72b werden nachfolgend auch als Befestigungsflächen bezeichnet. Das Getriebegehäuse 82 weist eine große thermische Masse auf, und dient im Montagezustand als eine Wärmesenke für die Motorbaugruppe 2, insbesondere für die elektronische Bauteilgruppe 44.
Der Kühldeckel 16 ist somit durch die Anlageflächen 72a und Befestigungsflächen 72b über den Motorträger 14 an das Getriebegehäuse 82 entwärmt. Zum Zwecke einer besonders effektiven Wärmeüberleitung sind die Befestigungsschrauben 22 und 80 vorzugsweise aus einem wärmeleitenden Material, insbesondere aus einem Aluminiummaterial hergestellt. Zusätzlich weist der Kühldeckel 16 in den in 1 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen im Bereich einer der laschenartigen Befestigungsflächen 72b drei senkenartige Vertiefungen 84 als Kühlrippen zur zusätzlichen Entwärmung der Auskragung 76a mittels Konvektion auf.
Im Betrieb der Motorbaugruppe 2 entwärmen sich die passiven Bauelemente der Bauteilgruppe 44 über den Motorträger 14 an das Getriebegehäuse 82. Der Elektromotor 12 ist im Montagezustand des Getriebeaktuators 4 an eine nicht näher dargestellte Ölpumpe 86 antriebstechnisch gekoppelt, und liegt zumindest teilweise in einem Öl eines Ölsumpfs 88 ein. Zur fluiddichten Abdichtung des Ölsumpfs 88 ist zwischen der Ausbuchtung 32 und dem Getriebegehäuse 82 ein Dichtungsring 90 angeordnet. Die Gehäusehälfte 26b weist eine Anzahl an kreisrunden Aussparungen 92 auf, sodass Öl zur Kühlung der Drehfeldwicklung aus dem Ölsumpf 88 in das Innere des Motorgehäuses 24 fließt. Beispielhaft ist in den Figuren lediglich jeweils eine Aussparung 92 mit einem Bezugszeichen versehen. Im Betrieb des Elektromotors 12 entwärmt sich die bestromte Drehfeldwicklung somit über das Öl in den Ölsumpf 88, sowie zumindest teilweise über den Motorträger 14 in das Getriebegehäuse 82.
Die elektromotorische Ölpumpe 86 erzeugt vorzugsweise einen Überdruck des Öls vor einem Wälzlager 94 des Elektromotors 12. Dadurch gelangt das Öl aus einem Pumpenbereich des Ölsumpfs 88 durch das Wälzlager 94 in das Innere des Motorgehäuses 24. Durch Einwirkung der Schwerkraft fließt das Öl durch die Aussparungen 92 zurück in den Ölsumpf 88. Mit anderen Worten fördert die Ölpumpe 86 im Betrieb eine Öl-Leckage in den Elektromotor 12, sodass ein zusätzlicher Ölstrom 96 in den Elektromotor 12 erzeugt wird. Der Ölstrom 96 ist in der 6 schematisch mittels gestrichelten Linien angedeutet.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2: Motorbaugruppe
4: Getriebeaktuator / Aktuator
6: Kraftfahrzeuggetriebe
8: Elektronikeinheit
10: Anschlusssteckverbinder
12: Elektromotor
14: Motorträger / Gehäuseschale
16: Kühldeckel / Gehäuseschale
18: Elektronikträger
20: Umrichterschaltung
22: Befestigungsschrauben
24: Motorgehäuse
26a, 26b: Gehäusehälfte
28: Schraubbolzen
30: Sechskantmutter
32: Ausbuchtung
34: Rotorwelle
36: Kappe
38: Klemmkontakt / Schneidklemmkontakt
40: Messerkontakt
42: Leiterplatte
44: Bauteilgruppe
46: Kreiskondensator / Zwischenkreiskondensator
48: Drosselspule
50: Schutzsicherung
52: Stanzgitter
54: Ausbuchtung
56: Gussteil
58: Schicht
60: Kühlrippe
62: Aussparung
64: Membran
66: Abdeckung
68: Gehäuseraum
70: Gehäuseraum
70a: Teilbereich / Anschlussbereich
70b: Teilbereich / Schaltungsbereich
72a: Wärmekontaktfläche / Anlagefläche
72b: Wärmekontaktfläche / Befestigungsfläche
74: Abstandselemente
76a, 76b: Auskragung
78: Schraubenloch
80: Befestigungsschraube
82: Getriebegehäuse / Wärmesenke
84: Vertiefung / Kühlrippe
86: Ölpumpe
88: Ölsumpf
90: Dichtungsring
92: Aussparung
94: Wälzlager
96: Ölstrom
A: Axialrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2013/037454 A2 [0002]
US 2009/0078489 A1 [0006]

Claims

Motorbaugruppe (2) mit einem Elektromotor (12) umfassend ein Motorgehäuse (24), sowie mit einer Elektronikeinheit (8) umfassend, – eine als Motorträger (14) ausgebildete erste Gehäuseschale, an der das Motorgehäuse (24) befestigt ist, – eine als Kühldeckel (16) ausgebildete zweite Gehäuseschale, – einen Elektronikträger (18), der sandwichartig zwischen dem Motorträger (14) und dem Kühldeckel (16) angeordnet ist, wobei der Kühldeckel (16) und der Motorträger (14) eine im Vergleich zum Elektronikträger (18) größere Wärmeleitfähigkeit aufweisen, und wobei der Kühldeckel (16) und der Motorträger (14) wärmeleittechnisch an mindestens einer Anlagefläche (72a) miteinander gekoppelt sind.
Motorbaugruppe (2) nach Anspruch 1, wobei der Motorträger (14) und der Kühldeckel (16) aus einem Aluminiummaterial gefertigt sind, und wobei der Elektronikträger (18) aus einem Kunststoffmaterial gefertigt ist.
Motorbaugruppe (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Motorträger (14) und der Kühldeckel (16) miteinander verschraubt sind.
Motorbaugruppe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Elektronikträger (18) eine elektronische Umrichterschaltung (20) mit einem Zwischenkreiskondensator (46) trägt, und wobei der Zwischenkreiskondensator (46) innerhalb einer wannenförmigen Ausbuchtung (54) des Motorträgers (14) angeordnet ist.
Motorbaugruppe (2) nach Anspruch 4, wobei die der Zwischenkreiskondensator (46) innerhalb der Ausbuchtung (54) vergossen ist.
Motorbaugruppe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Umrichterschaltung (20) mittels einer wärmeleitenden Schicht (58) wärmeleittechnisch mit Kühldeckel (16) gekoppelt ist.
Motorbaugruppe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Kühldeckel (16) eine Anzahl an Kühlrippen (60, 84) aufweist.
Motorbaugruppe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Motorträger (14) mindestens eine wärmeleitende Befestigungsfläche (72b) zur Schraubbefestigung der Motorbaugruppe (2) an einer Wärmesenke (82) aufweist.
Aktuator (4), insbesondere Getriebeaktuator, für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Motorbaugruppe (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
Kraftfahrzeuggetriebe (6) mit einem Aktuator (4) gemäß Anspruch 9.
Kraftfahrzeuggetriebe (6) nach Anspruch 10, wobei der Motorträger (14) mittels mindestens einer Befestigungsfläche (72b) an einem Getriebegehäuse (82) entwärmt ist.
Kraftfahrzeuggetriebe (6) nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Elektromotor (12) zumindest teilweise in einem Ölsumpf (88) einliegt.
Kraftfahrzeuggetriebe (6) nach Anspruch 12, wobei der Elektromotor (12) antriebstechnisch mit einer Ölpumpe (86) gekoppelt ist, wobei das Motorgehäuse (24) ölpumpenseitig ein Wälzlager (94) für eine Rotorwelle (34) sowie eine Anzahl an Aussparungen (92) aufweist, und wobei die Ölpumpe (86) im Betrieb Öl aus dem Ölsumpf (88) durch das Wälzlager (94) in das Innere des Motorgehäuses (24) fördert, das über die Aussparungen (92) zurück in den Ölsumpf (88) abfließt.