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Die Erfindung betrifft eine elektronische Steuereinheit, insbesondere für einen Elektromotor zum Antrieb einer Kraftfahrzeugkomponente, mit einer Elektronik-Leiterplatte, die eine den Motorstrom führende Strombahn mit zwei zueinander beabstandeten Strombahnenden aufweist, die eine mittels einer Thermosicherung gebrückte Unterbrechungsstelle bilden, wobei die Thermosicherung eine mittels eines Federelements federbelastete Kontaktbrücke aufweist, die um eine zur Kontaktbrücke senkrecht orientierte Drehachse schwenkbar gehalten ist. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Elektromotor mit einer solchen Steuereinheit. Ein derartiger Elektromotor ist aus der
DE 10 2013 002 155 A1 bekannt.
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Elektromotorisch betriebene Verstellsysteme als Kraftfahrzeugkomponenten, wie beispielsweise Fensterheber, Sitzverstellungen, Tür- und Schiebedachantriebe oder Kühlerlüfterantriebe weisen typischerweise einen gesteuerten Elektromotor auf. Zum Beispiel sind hierfür bürstenlose Elektromotoren bekannt, bei denen ein gegenüber einem Stator drehbar gelagerter Rotor durch ein magnetisches Drehfeld angetrieben wird. Hierzu werden Phasenwicklungen des Stators mit einem entsprechenden elektrischen Dreh- oder Motorstrom beaufschlagt, welcher mittels einer (Motor-)Elektronik gesteuert und geregelt wird.
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Die Elektronik umfasst eine elektronische Steuereinheit, welche häufig eine federbelastete Thermosicherung in Form einer Lötstelle oder -verbindung als Überlastschutz aufweist. Bei einem über eine bestimmte Zeit fließenden Überlaststrom tritt eine Wärmeentwicklung an der Lötstelle auf. In der Folge wird das Lot der Lötstelle aufgeschmolzen, so dass aufgrund der Federspannung der Thermosicherung die Leiterbahn spontan unterbrochen wird.
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Bei dem aus der
DE 10 2013 002 155 A1 bekannten Elektromotor ist eine Unterbrechungsstelle zwischen zwei zueinander beabstandeten Strombahnenden einer den Motorstrom führenden Strombahn eines Stanzgitters mittels einer Kontaktbrücke überbrückt, die mittels Lötstellen mit den Strombahnenden kontaktiert ist. Die Kontaktbrücke ist mittels eines blattfederartigen Federelements federbelastet, dessen einer Federschenkel in einer Aufnahme einer Kunststoffumspritzung des Stanzgitters einliegt. Im Auslösefall der bekannten Thermosicherung schmelzen die Lötstellen auf, wodurch die Kontaktbrücke unter der Federwirkung rotatorisch verschwenkt und infolge dessen die Strombahnenden zwar sicher galvanisch voneinander getrennt werden. Allerdings sind bei der bekannten Thermosicherung deren Robustheit gegen betriebsbedingte Einflüsse, insbesondere bei in das Elektronikgehäuse des Elektromotors eindringenden Substanzen, wie beispielsweise Elektrolyte, und deren Montage aufwendig oder zumindest nur bedingt oder nur teilweise automatisierbar.
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Aus der
DE 10 2010 003 241 A1 ist eine Schaltung als elektronische Steuereinheit für einen bürstenlosen Elektromotor bekannt, welche eine Thermosicherung in Form einer vorgespannten Metallspange aufweist. Die Metallspange ist mittels zweier Schenkel an einer Leiterplatte befestigt. Im Auslösefall wird ein Schenkel der Metallspange aufgrund der Vorspannung von der Leiterplatte abgehoben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Steuereinheit mit einer besonders geeigneten und dabei insbesondere in einfacher Art und Weise montierbaren Thermosicherung anzugeben. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen mit einer derartigen Steuereinheit versehenen Elektromotor zum Antrieb einer Kraftfahrzeugkomponente anzugeben.
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Bezüglich der Steuereinheit wird die genannte Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1, und bezüglich des Elektromotors umfassend eine derartige Steuereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 13 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Die erfindungsgemäße elektronische Steuereinheit (Electronic Control Unit, ECU) ist vorzugsweise für einen Einsatz in einem Elektromotor vorgesehen und eingerichtet. Hierzu weist die Steuereinheit eine Leiterplatte mit einer den Motorstrom führenden Strombahn mit zwei zueinander beabstandeten Strombahnenden auf. Die Strombahn kann auch als ein umspritztes Stanzgitter oder als eine PCB-Platte (printed circuit board) ausgeführt sein. Bei dem Motorstrom handelt es sich vorzugsweise um einen für den Antrieb des Elektromotors geeigneten Drehstrom, jedoch ist die Steuereinheit prinzipiell auch für einen Einsatz in einem Gleichspannungskreis geeignet und eingerichtet. Vorzugsweise ist die Steuereinheit hierbei in einem Elektronikgehäuses einer (Motor-)Elektronik des Elektromotors angeordnet.
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Die beabstandeten Strombahnenden bilden eine mittels einer Thermosicherung gebrückte Unterbrechungsstelle, wobei die Thermosicherung eine mittels eines Federelements federbelastete Kontaktbrücke aufweist. Die Kontaktbrücke ist hierbei an den beiden Brückenenden mit jeweils einem Strombahnende elektrisch leitfähig verlötet. Damit ist an den beiden Brückenenden jeweils eine aufschmelzbare Lötstelle gebildet. Dadurch ist einerseits eine zuverlässige elektrische Leitfähigkeit der Kontaktbrücke gegeben. Andererseits ist die Kontaktbrücke im Normalbetrieb mechanisch zuverlässig an den Strombahnenden fixiert.
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Die Kontaktbrücke ist um eine zur Kontaktbrücke senkrecht orientierte Drehachse schwenkbar gehalten. Die Drehachse ist somit vorzugsweise senkrecht zu der Ebene der Leiterplatte orientiert. Das Federelement ist hierbei vorzugsweise eine aus Runddraht hergestellte Schenkelfeder mit einem beweglichen und mit der Kontaktbrücke wirkverbundenen Anlageschenkel sowie mit einem an der Leiterplatte festgelegten Federschenkel. Dadurch ist eine platzsparende und einfach montierbare Thermosicherung beziehungsweise Thermosicherungs-Baugruppe bereitgestellt. Bei einer Auslösung der Thermosicherung wird der Anlageschenkel gegenüber dem festgelegten Federschenkel verschwenkt, wodurch die Kontaktbrücke in eine nicht kontaktierende Stellung bewegt wird, und somit die Strombahn durch die Unterbrechungsstelle galvanisch unterbrochen ist.
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Wird während des Betriebs der Steuereinheit eine Auslösetemperatur der Thermosicherungs-Baugruppe beziehungsweise die Schmelztemperatur des Lotmaterials der Lötstelle überschritten, so werden die Lötstellen aufgeschmolzen und es erfolgt aufgrund der Federkraft eine dauerhafte Unterbrechung des durch die Kontaktbrücke verbundenen Stromkreises. Der Trennabstand zwischen der Kontaktbrücke und den Strombahnenden ist hierbei durch eine geeignete Dimensionierung der Unterbrechungsstelle und/oder des Verschwenkweges hinreichend groß skalierbar, sodass ein galvanisches Brückenwachstum, bei welchem ins Elektronikgehäuse des Elektromotors eindringende Elektrolyte eine Wiederverbindung der Trennstelle bewirken, im Wesentlichen ausgeschlossen ist.
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Im Betrieb fließt durch die Thermosicherung ein elektrischer Strom, wobei aufgrund des elektrischen Widerstandes der Kontaktbrücke eine joulesche Wärmeentwicklung auftritt. Durch eine geeignete Dimensionierung und Abmessung der Kontaktbrücke ist hierbei der elektrische Widerstand beziehungsweise die Stromtragfähigkeit der Thermosicherung skalierbar. Die Kontaktbrücke ist vorzugsweise ein Stanz-Biegeteil aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise aus einem Kupfer-, einem Aluminium- oder einem Widerstandsmaterial. Dadurch sind sowohl die gewünschten mechanischen als auch elektrischen Eigenschaften der Kontaktbrücke in einfacher Weise herstellbar. Insbesondere ist es dadurch möglich, die Kontaktbrücke an unterschiedliche Stromstärken zu adaptieren. Dies bedeutet, dass der im Betrieb fließende Strom skalierbar ist, wobei bei einem Überlaststrom eine entsprechend höhere Wärmeentwicklung auftritt, welche in der Folge die Thermosicherung auslöst.
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Mit anderen Worten ist es möglich, den Auslösestrom/Überlaststrom beziehungsweise die maximal zulässige Stromstärke durch eine einfache Skalierung der Abmessungen der Kontaktbrücke vorzugeben. In diesem Zusammenhang ist es ebenso denkbar, dass die Kontaktbrücke im Betrieb als ein Strommessshunt der (Motor-)Elektronik und/oder der Steuereinheit selbst verwendet wird. Dadurch ist eine besonders kostengünstige und flexible Thermosicherung bereitgestellt, die sich vorteilhaft auf die Herstellungskosten und Anwendbarkeit des Elektromotors überträgt.
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Die Auslösetemperatur der Thermosicherung ist im Wesentlichen durch die Wahl des Lotmaterials der Lötstellen einstellbar. Je nach Einbausituation wird die Thermosicherung hierbei nicht lediglich durch einen durch die Kontaktbrücke fließenden Überlaststrom ausgelöst, sondern ist auch aufgrund einer Überlast-Wärmeentwicklung benachbarter elektronischer Bauteile auf der Leiterplatte auslösbar.
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Bei einer Montage wird zunächst die Kontaktbrücke mit den Strombahnenden verlötet. Nach dem Lötprozess wird die Schenkelfeder eingebracht, sodass die Kontaktbrücke mechanisch vorgespannt ist. Die Federkraft der Schenkelfeder wirkt vorzugsweise scherend auf die Kontaktbrücke beziehungsweise die Lötstellen.
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Die elektronische Steuereinheit ist in einer bevorzugten Anwendung Teil einer Motor- oder Leistungselektronik und umfasst beispielsweise einen den Motorbetrieb steuernden und/oder regelnden Controller. Der Controller ist zumindest im Kern durch einen Mikrocontroller mit einem Prozessor und einem Datenspeicher gebildet, in dem die Funktionalität zur Steuerung und/oder Regelung des Motorbetriebs in Form einer Betriebssoftware (Firmware) programmtechnisch implementiert ist, sodass der Elektromotor – gegebenenfalls in Interaktion mit einem Benutzer – bei Ausführung der Betriebssoftware in dem Mikrocontroller automatisch betrieben wird.
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Der Controller ist in einer möglichen Ausführungsform im Rahmen der Erfindung alternativ aber auch durch programmierbare elektronische Bauteile, zum Beispiel einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) gebildet, in dem die Funktionalität zur Durchführung der Steuerung und/oder Regelung mit schaltungstechnischen Mitteln implementiert ist.
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Durch die Thermosicherung werden somit die vergleichsweise empfindlichen elektronischen Bauteile des Controllers vor einem Überstrom und/oder einer Überhitzung vorteilhaft und einfach geschützt. Insbesondere ist die Thermosicherung derart ausgelegt, dass sie auslöst, bevor eine Schädigung der elektronischen Bauteile auftritt. Dadurch ist es möglich, vergleichsweise kostengünstige Bauteile zu verwenden, was sich vorteilhaft auf die Herstellungskosten der Steuereinheit überträgt. Des Weiteren ist hierdurch eine bezüglich einer Wartung oder einer Reparatur besonders einfache elektronische Steuereinheit gebildet.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Kontaktbrücke im Auslösefall der Thermosicherung in der Folge der Federrückstellkraft des Federelements in einer Rotationsbewegung um die Drehachse verschwenkt. In einem derartigen Überhitzungsfall schmilzt das Lot der beiden kontaktierenden Lötstellen im Wesentlichen zeitgleich, sodass die Kontaktbrücke im Auslösefall ungehindert um die Schwenk- oder Drehachse verschwenkt wird. Die geschmolzenen Lötstellen werden durch das Verschwenken abgeschert, wodurch eine zuverlässige und betriebssichere Unterbrechung der mittels der Thermosicherung beziehungsweise der Kontaktbrücke gebrückten Unterbrechungsstelle sichergestellt ist.
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In einer geeigneten Ausführung sind der Anlageschenkel und der Federschenkel des Federelements im unausgelösten Zustand der Thermosicherung im Wesentlichen senkrecht zueinander orientiert. Dadurch wird die mechanische Vorspannung auf die Kontaktbrücke mittels der Schenkelfeder auf einfache und zuverlässige Art und Weise erzeugt.
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Der Angriffspunkt des Anlageschenkels der Schenkelfeder an der Kontaktbrücke ist im Wesentlichen beliebig. Zum Zwecke einer besonders zuverlässigen und betriebssicheren Auslösung ist es jedoch vorgesehen, dass der Anlageschenkel des Federelements in einer Aufnahme, insbesondere in mindestens einer brückenrandseitigen Aufnahmesicke, der Kontaktbrücke einliegt. Dadurch wird die Kontaktbrücke während des Verschwenkens sicher geführt, sodass sichergestellt ist, dass die Unterbrechungsstelle die Strombahnenden galvanisch trennt.
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Zusätzlich oder alternativ ist es ebenso zweckmäßig, dass der Anlageschenkel die Kontaktbrücke, insbesondere im Bereich der Unterbrechungsstelle, zumindest teilweise umgreift. Hierzu weist der Anlageschenkel vorzugsweise eine freiendseitige, im Wesentlichen U-förmige Kröpfung auf, wodurch ein etwa hakenförmiges Schenkelende gebildet ist, mit welchem die Kontaktbrücke zumindest abschnittsweise umgriffen wird.
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Durch die brückenrandseitige Aufnahmesicke, beziehungsweise durch das Umgreifen der Kontaktbrücke, ist ein besonders stabiler und betriebssicherer Halt des Anlageschenkels an der Kontaktbrücke realisiert, sodass die Thermosicherung stets zuverlässig auslöst. Dadurch wird beispielsweise verhindert, dass bei im Betrieb des Elektromotors auftretenden Erschütterungen die Wirkverbindung zwischen dem Anlageschenkel und der Kontaktbrücke gelöst wird.
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Ein anderer oder weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass der Federschenkel des Federelements freiendseitig in einer Aussparung der Leiterplatte einsitzt oder diese randseitig umgreift. Im Montagezustand ist der Federschenkel somit in der Aussparung gehalten, während der Anlageschenkel unter Federspannung an der Kontaktbrücke anliegt. Durch die Aussparung ist eine konstruktiv besonders einfache Festlegung des Federschenkels realisiert, wodurch eine sichere Hebelwirkung zur Auslösung des Thermosicherung ermöglicht ist. Der Federschenkel weist hierbei freiendseitig geeigneterweise eine Kröpfung auf, mit welcher in die Aussparung eingegriffen beziehungsweise die Aussparung umgriffen wird. Dadurch werden keine konstruktiv aufwendigen Haltekonturen auf der Leiterplatte benötigt, wodurch die Herstellung sowohl der Leiterplatte als auch der Thermosicherung vereinfacht werden. Hierdurch ist eine konstruktiv besonders einfache und kostengünstige Thermosicherung auf der Leiterplatte sichergestellt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Aussparung insbesondere im Bereich eines Plattenrandes der Leiterplatte angeordnet. Dadurch wird die Montage der Thermosicherung weiter vereinfacht, was sich vorteilhaft auf die Montagezeit und die Montagekosten überträgt.
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In einer bevorzugten Ausbildung weist das Federelement zwischen dem Federschenkel und dem Anlageschenkel eine Federwendel auf. Die Federwendel ist hierbei auf einem die Drehachse bildenden Tragzapfen aufgesetzt. Dadurch umgibt die Federwendel im Montagezustand die Drehachse koaxial. Damit ist in einfacher sowie zuverlässiger Art und Weise ein gemeinsames Verschwenken der Schenkelfeder beziehungsweise des Anlageschenkels und der Kontaktbrücke um die gleiche Drehachse ermöglicht. Der Tragzapfen weist in einer geeigneten Ausbildungsform eine außenumfangsseitige Gewinde- oder Rillenkontur auf, mit welcher die Windungen der Federwendel sicher gehalten sind.
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In einer alternativen Ausbildung ist es beispielsweise ebenso denkbar, dass die Schenkelfeder mittels einer angeformten Eintauchspitze, insbesondere im Bereich der Federwendel, in eine Aufnahme der Leiterplatte eingreift, sodass kein zusätzlicher Tragzapfen zur Generierung der Drehachse benötigt wird. Dadurch ist eine besonders bauteilreduzierte Thermosicherung realisiert. Des Weiteren ist es auch möglich, dass beispielsweise die Federwendel selbst innerhalb einer zylindrischen Aussparung der Leiterplatte zur Bildung der Dreh- oder Schwenkachse gehalten ist.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung sitzt der Tragzapfen in der Leiterplatte, insbesondere nach Art eines Pressfits, ein. Hierbei ist der Tragzapfen als ein Einpressstift in eine Aufnahme der Leiterplatte eingepresst. Die Ausdehnung der Einpresszone ist im Vergleich zur Aufnahme größer dimensioniert, wodurch der Tragzapfen durch den Einpressprozess zumindest teilweise plastisch verformt wird. Dadurch ist eine werkzeugreduzierte, besonders einfache und schnelle Montage unter gleichzeitiger Beibehaltung einer größtmöglichen mechanischen Stabilität realisiert. Für die Montage oder Herstellung des Tragzapfens werden somit keine zusätzlichen Befestigungsmittel wie etwa Klebemittel oder Schraubenelemente benötigt.
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In einer bevorzugten Ausbildung ist der Tragzapfen ein Bestandteil des die Leiterplatte beziehungsweise die Steuereinheit aufnehmenden Elektronikgehäuses. Der Tragzapfen ist hierbei vorzugsweise einstückig oder monolithisch an eine Innenseite des Elektronikgehäuses angeformt beziehungsweise in diese integriert. Insbesondere sind der Tragzapfen und das Elektronikgehäuse in einem gemeinsamen Spritzgussverfahren hergestellt. Dadurch ist eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung des Elektromotors ermöglicht.
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In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist die Drehachse, insbesondere der Tragzapfen, außerhalb eines von der Kontaktbrücke und den Strombahnenden gebildeten Kontaktbereichs der Thermosicherung auf der Leiterplatte positioniert. Dadurch wird sichergestellt, dass beide Kontaktstellen der Kontaktbrücke, nach einem Verschwenken im Auslösefall, möglichst weit von den jeweiligen Strombahnenden entfernt sind. Auf diese Weise wird einer galvanischen Brückenbildung sicher entgegengewirkt. Des Weiteren ist hierdurch eine günstige und praktikable Anordnung der Drehachse beziehungsweise des Tragzapfens umgesetzt, welche auch eine einfache Handhabung in der Zusammenführung und Montage der (Thermosicherungs-)Bauteile ermöglicht.
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In einer vorteilhaften Ausführung ist die Unterbrechungsstelle zwischen den Strombahnenden durch eine Aussparung der Leiterplatte gebildet. Die Aussparung ist im unausgelösten Zustand der Thermosicherung von der Kontaktbrücke übergriffen. Dadurch ist eine hinsichtlich einer galvanischen Überbrückung sehr robuste Unterbrechungsstelle ausgebildet. Des Weiteren verbessert die Aussparung die Migrationssicherheit der Kontaktbrücke im Auslösefall, das bedeutet, dass die Kontaktbrücke zuverlässig in eine Stellung bewegt wird, in welcher die Strombahnenden sicher galvanisch getrennt sind.
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Der erfindungsgemäße Elektromotor weist in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung eine Thermosicherung auf, bei welcher die Kontaktbrücke zusammen mit dem Federelement als ein oberflächenmontierbares Bauelement (SMD, surface-mount device), insbesondere als eine SMD-Thermosicherung ausgebildet ist. Die Bauteile der Thermosicherung sind hierbei einzeln oder in einem gemeinsamen Vormontagezustand auf die Leiterplatte oberflächenmontierbar, wobei das Federelement vorzugsweise nach dem Löten der SMD-Bauteile eingebracht wird. Dadurch ist eine besonders kostengünstige Thermosicherung realisiert, welche insbesondere hinsichtlich eines automatisierten Herstellungsprozesses besonders geeignet ist. Des Weiteren ist die Ausgestaltung mittels SMD-Technologie einer Reduzierung der Baugröße und des Baugewichts der Thermosicherung zuträglich, wodurch die Herstellungskosten weiter reduziert werden.
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In einer bevorzugten Anwendung ist die Steuereinheit als Teil einer (Motor-)Elektronik eines Elektromotors vorgesehen. Der erfindungsgemäße Elektromotor weist hierbei einen gegenüber einem Stator drehbar gelagerten Rotor auf. Der Rotor ist geeigneterweise mittels einer Abtriebswelle antriebstechnisch mit einer Kraftfahrzeugkomponente, wie beispielsweise einem Verstellsystem (Fensterheber etc.), gekoppelt. Zur Bestromung einer Drehfeldwicklung des Stators ist die Motorelektronik vorgesehen, welche zur Überwachung und Schutz vor einem Überstrom mit der Steuereinheit ausgestattet ist.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in schematischen und vereinfachten Darstellungen:
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1 in Draufsicht eine Leiterplatte eines Elektromotors mit einer Thermosicherung umfassend eine zwei Strombahnenden überbrückende Kontaktbrücke,
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2a in Draufsicht eine erste alternative Ausgestaltungsform der Kontaktbrücke,
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2b in Draufsicht eine zweite alternative Ausgestaltungsform der Kontaktbrücke,
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3 in Perspektive ein erstes alternatives Ausführungsbeispiel der Thermosicherung mit der Kontaktbrücke und einer brückenrandseitigen Aufnahmesicke für einen Anlageschenkel einer Schenkelfeder,
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4 in Perspektive ein zweites alternatives Ausführungsbeispiel der Thermosicherung bei welchem die Kontaktbrücke von dem Anlageschenkel umgriffen wird,
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5 in Seitenansicht die Thermosicherung gemäß 4, und
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6 in Perspektive die Thermosicherung gemäß 4 oder 5 mit verschwenkter Kontaktbrücke.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt ausschnittsweise eine elektronische Steuereinheit 2 eines nicht näher dargestellten Elektromotors für einen Verstellantrieb eines Kraftfahrzeugs. Die nachfolgend auch als (Motor-)Elektronik bezeichnete Steuereinheit 2 umfasst eine umspritzte Strombahn oder Stanzgitter 4 und eine mit elektrischen Bauteilen bestückte Platine oder Leiterplatte 6. Das Stanzgitter 4 ist hierbei beispielsweise auch als eine PCB-Platte ausführbar. Der Elektromotor wird von einer Brückenschaltung der Elektronik 2 betrieben, welche in das umspritzte Stanzgitter 4 integriert ist. Das Stanzgitter 4 weist weiterhin eine Thermosicherung 8 auf. Die Thermosicherung 8 schützt den Elektromotor vor Überhitzung und Brandgefahr. Überhitzt der Elektromotor, so wird die Thermosicherung 8 ausgelöst und somit der Stromfluss zum Elektromotor unterbrochen.
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Die Thermosicherung 8 verbindet den Motorstrom führende Strombahnenden 4a, 4b über eine Unterbrechungsstelle 10 des Stanzgitters 4 miteinander. In dem Ausführungsbeispiel der 1 ist die Unterbrechungsstelle 10 insbesondere durch eine etwa rechteckige Aussparung 12 der Leiterplatte 6 realisiert. Die Thermosicherung 8 ist aus einer etwa rechteckigen Kontaktbrücke 14 gebildet, die mit den Strombahnenden 4a und 4b kontaktierbar ist. Hierzu weist die Kontaktbrücke 14 zwei schmalseitig angeordnete, laschenartige, Kontaktstellen 14a und 14b als Brückenenden auf, welche im Montagezustand mittels jeweils einer Lötverbindung mit den Strombahnenden 4a beziehungsweise 4b verbunden sind. Die dadurch gebildeten Lötstellen kontaktieren die Strombahnenden 4a und 4b elektrisch über die Kontaktbrücke 14 miteinander und verbinden die Kontaktbrücke 14 mechanisch mit der Leiterplatte 6.
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Die Kontaktbrücke 14 ist als ein Stanz-Biegeteil aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt. Die Dimensionierung der Kontaktbrücke 14 ist hierbei an die im Normalbetrieb auftretende Stromstärke des Motorstroms angepasst. Das bedeutet, dass die joulesche Wärmeentwicklung der Kontaktbrücke 14 im Normalbetrieb nicht ausreichend ist, um die Lötstellen zwischen dem Strombahnende 4a beziehungsweise 4b und der Kontaktstelle 14a beziehungsweise 14b aufzuschmelzen.
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Zur Realisierung der Sicherungsfunktion der Thermosicherung 8 ist beispielsweise eine aus Runddraht gebogene Schenkelfeder 16 vorgesehen, die mit einem ersten Feder- oder Anlageschenkel 18 die Kontaktbrücke 14 vorspannt und mit einem zweiten Federschenkel 20 an der Leiterplatte 6 festgelegt ist. Im Montagezustand ist die Schenkelfeder 16 derart verformt, dass der Anlageschenkel 18 und der Federschenkel 20 im Wesentlichen im rechten Winkel zueinander angeordnet sind. Beide Federschenkel 18 und 20 sind über eine Federwendel 22 miteinander verbunden.
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Die Schenkelfeder 16 und die Kontaktbrücke 14 sind weiterhin drehbar um eine Drehachse 24 gelagert, die senkrecht zu der Ebene der Leiterplatte 6 orientiert ist. Die Drehachse 24 ist als ein Dreh-, Schwenk- oder Tragzapfen 26 ausgebildet, auf welchen die Federwendel 22 koaxial aufgesetzt ist. Die Kontaktbrücke 4 weist hierbei eine Bohrung oder Aussparung 28 auf, welche im Montagezustand mit dem Tragzapfen 26 durchsetzt ist.
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Die Thermosicherung 8 löst insbesondere bei einem Fehler oder einer im Überlastfall auftretenden Übertemperatur aus, indem das Lot der Lötstellen schmilzt und die Kontaktbrücke 14 in Folge der Federkraft mit dem Anlageschenkel 18 durch eine kombinierte Rotations- und Scherbewegung verschwenkt wird. Dadurch wird die durch die vorgespannte Kontaktbrücke 14 überbrückte Unterbrechungsstelle 10 galvanisch unterbrochen, sodass kein Motorstrom fließt. Die Kontaktbrücke 14 verschwenkt im Auslösefall von einer ersten Position (Kontaktposition) in eine zweite Position (Auslöseposition), wobei die Schwenkbewegung um die Schwenkachse 24 und in einer Ebene parallel zur Oberfläche der Leiterplatte erfolgt.
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Die Thermosicherung 8 ist vorzugsweise als SMD-Bauteil (surface-mounted device) ausgeführt, und als solches auf der Oberfläche der Leiterplatte 6 im Bereich der Unterbrechungsstelle 10 montiert beziehungsweise gelötet. Hierzu wird nach einer Lötung der Kontaktbrücke 14 die Schenkelfeder 16 in einem Vormontagezustand als eine SMD-Thermosicherung 8 befestigt.
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Die 1, 2a und 2b zeigen Ausführungsbeispiele der Thermosicherung 8, bei welchen der Tragzapfen 26 außerhalb der Kontaktstellen 14a und 14b angeordnet ist. Mit anderen Worten ist der Tragzapfen 26 außerhalb eines von der Kontaktbrücke 14 und den Strombahnenden 4a und 4b gebildeten Kontaktbereichs auf der Leiterplatte 6 positioniert. Dadurch wird im Auslösefall im Wesentlichen die komplette Kontaktbrücke 14 verschwenkt, sodass die Unterbrechungsstelle 10 an beiden Strombahnenden 4a und 4b freigegeben wird. In den dargestellten Ausführungsbeispielen weist die Kontaktbrücke 14 zu diesem Zweck im Wesentlichen eine rechtwinkelige L-Form auf. Alternativ ist die Kontaktbrücke 14 beispielsweise kreisbogenförmig verlaufend ausgeformt.
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In der 1 und der 2a erstreckt sich der vertikale L-Schenkel zwischen den Kontaktstellen 14a und 14b der Kontaktbrücke 14, wobei der Tragzapfen 26 beziehungsweise die den Tragzapfen 26 aufnehmende Aussparung 28 am Ende des vertikalen L-Schenkels positioniert ist. Der vertikale L-Schenkel schließt sich hierbei an die Kontaktstelle 14b an, welche in diesen Ausführungsbeispielen insbesondere den Eckbereich der L-förmigen Kontaktbrücke 14 bildet. In der 2b ist der Tragzapfen 26 in einem derartigen Eckbereich angeordnet, wobei die Kontaktstellen 14a und 14b hierbei an dem jeweiligen Schenkelende des vertikalen beziehungsweise des horizontalen L-Schenkels angeordnet sind.
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In den Ausführungsbeispielen der 3 bis 6 ist der Tragzapfen 26 im Bereich der Kontaktstelle 14b angeordnet, wobei die Kontaktbrücke 14 eine gerade Form aufweist. Dies bedeutet, dass bei einer Auslösung der Thermosicherung 8 lediglich der Kontaktbereich zwischen der Kontaktstelle 14a und dem Strombahnende 4a dauerhaft galvanisch getrennt wird.
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Die Thermosicherung 8 der 3 zeigt die Kontaktbrücke 14 in der Kontaktposition. Der Federschenkel 20 der Schenkelfeder 16 weist freiendseitig eine Kröpfung 20a auf, sodass der Federschenkel 20 in diesem Bereich eine etwa L-förmige Geometrie aufweist. Die Kröpfung 20a wird zur Festlegung des Federschenkels 20 in eine zylindrische Aussparung 30 der Leiterplatte 6 eingehängt oder eingesetzt.
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Der Tragzapfen 26 ist mittels eines Pressfits im Bereich der Kontaktstelle 14a in der Leiterplatte 6 befestigt. Der Tragzapfen 26 weist an dem der Leiterplatte 6 abgewandten Ende eine Rillen- oder Gewindekontur 32 auf, mit welcher die Federwendel 22 betriebssicher gehalten ist. Des Weiteren ist der Tragzapfen 26 in diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise einstückig an ein nicht näher dargestelltes Elektronikgehäuse angeformt. Das Elektronikgehäuse schützt die Elektronik 2 im Montagezustand vor dem Eindringen von Substanzen und Fluiden wie etwa einem Motoröl.
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Wie in der 3 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, weist die Kontaktbrücke 14 zwischen den Kontaktstellen 14a und 14b einen hierzu erhabenen Mittelbereich 14c auf. Der Mittelbereich 14c übergreift in der Kontaktposition die Unterbrechungsstelle 10. Zwischen dem Mittelbereich 14c und den Kontaktstellen 14a und 14b ist jeweils ein stufenartiger Absatz 14d gebildet, der zum seitlichen Brückenrand hin jeweils eine Aufnahme 34, insbesondere in Form einer Aufnahmesicke, für den Anlageschenkel 18 der Schenkelfeder 16 aufweist. Der gerade Anlageschenkel 18 ist somit im Wesentlichen parallel zur Kontaktbrücke 14 orientiert und erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Länge der Kontaktbrücke 14.
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Die Absätze 14d bilden mit der jeweilig zugeordneten Kontaktstelle 14a, 14b jeweils einen Gull-Wing-artigen Lotanschluss für den Mittelbereich 14c, mit welchen die Kontaktbrücke 14 nach Art eines SMD-Bauteils mit den Strombahnenden 4a und 4b verlötbar ist.
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Bei einem Auslösen der Thermosicherung 8 wird die Kontaktbrücke 14 vom Anlageschenkel 18 in Richtung des Federschenkels 20 verschwenkt. Die Kröpfung 20a innerhalb der Aussparung 30 wirkt in diesem Ausführungsbeispiel als ein Anschlag- oder Endpunkt für die Auslöseposition. Mit anderen Worten ist die Kontaktbrücke 14 in der Auslöseposition zwischen dem Anlageschenkel 18 und der Kröpfung 20a des Federschenkels 20 betriebssicher gehalten. Dadurch wird verhindert, dass die Kontaktbrücke 14 nach dem Auslösen ohne weiteres zurück in die Kontaktposition bewegt wird. Durch den vergleichsweise großen Abstand zwischen der Kontaktposition und der Auslöseposition ist ein galvanisches Brückenwachstum aufgrund von in das Elektronikgehäuse eindringenden elektrolytischen Substanzen im Wesentlichen ausgeschlossen.
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Das in den 4 bis 6 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Thermosicherung 8, bei welcher der Anlageschenkel 18 freiendseitig eine etwa U-förmige Kröpfung 18a aufweist. Mit der etwa hakenartigen Kröpfung 18a wird – wie insbesondere in der 4 ersichtlich – die Kontaktbrücke 14 im Mittelbereich 14c zumindest teilweise umgriffen. Die 4 zeigt die Kontaktbrücke 14 in der Kontaktposition und die 6 stellt die Kontaktbrücke 14 in der Auslöseposition dar, wobei der Anlageschenkel 18 der Schenkelfeder 16 stets in der Stellung der Kontaktposition gezeigt ist.
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Wie in der 4 gezeigt, ist der Anlageschenkel 18 in der Kontaktposition im Wesentlichen entlang der Kontaktbrücke 14 orientiert und oberhalb etwa mittig des Mittelbereichs 14c geführt. Wie in der 5 zu sehen ist, verläuft der Anlageschenkel 18 von der Federwendel 22 ausgehend unter einem Neigungswinkel zur Kontaktbrücke 14. Die Kröpfung 18a ist etwa senkrecht zum Anlageschenkel 18 sowie zur Längsrichtung des Mittelbereichs 14c angeformt. Durch die hakenähnliche Form der Kröpfung 18a wird der Mittelbereich 14c an dem Brückenrand zumindest teilweise hintergriffen.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist der Anschlag- oder Endpunkt der Auslöseposition durch einen zum Tragzapfen 26 beabstandeten Anschlagzapfen 36 realisiert (6). Der Anschlagzapfen 36 begrenzt den Dreh- beziehungsweise Verschwenkweg der Kontaktbrücke 14 während des Auslösevorgangs, wobei die Kontaktbrücke 14 in der Auslöseposition somit zwischen dem Anschlagzapfen 36 und dem Anlageschenkel 18 sicher gehalten ist.
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Wie insbesondere in der 5 ersichtlich, sind der Tragzapfen 26 und der Anschlagzapfen 36 einstückig mittels eines U-Bogens 38 miteinander verbunden. Im Montagezustand ist der U-Bogen 38 unterhalb der Leiterplatte 6 geführt, das bedeutet, dass der U-Bogen 38 auf der der Thermosicherung 8 gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 6 angeordnet ist. Dadurch ist eine besonders stabile Anordnung des Tragzapfens 26 und des Anschlagzapfens 36 realisiert, was insbesondere in Hinblick auf einen Auslösefall der Thermosicherung 8 vorteilhaft ist.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Steuereinheit/Elektronik
- 4
- Stanzgitter/Strombahn
- 4a, 4b
- Strombahnende
- 6
- Leiterplatte
- 8
- Thermosicherung
- 10
- Unterbrechungsstelle
- 12
- Aussparung
- 14
- Kontaktbrücke
- 14a, 14b
- Kontaktstelle
- 14c
- Mittelbereich
- 14d
- Absatz
- 16
- Schenkelfeder
- 18
- Anlageschenkel/Federschenkel
- 18a
- Kröpfung
- 20
- Federschenkel
- 20a
- Kröpfung
- 22
- Federwendel
- 24
- Drehachse/Schwenkachse
- 26
- Tragzapfen
- 28
- Aussparung
- 30
- Aussparung
- 32
- Gewindekontur/Rillenkontur
- 34
- Aufnahme/Aufnahmesicke
- 36
- Anschlagzapfen
- 38
- U-Bogen
