DE102017209519B4 - Elektronisches Bauteil und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

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Abstract

Elektrisches Bauteil (10), insbesondere für einen Kraftwagen, mit einer elektrischen Komponente (14) und einer elektronischen Steuereinrichtung (16), welche eine Kontaktleiste (18) als elektrischer Kontakt zwischen dem Bauteil (10) und externen Komponenten aufweist, wobei die Steuereinrichtung (16) und die elektrische Komponente (14) zumindest bereichsweise mit einem Kunststoff (32) umspritzt sind, welcher die elektrische Komponente (14) und die Steuereinrichtung (16) mechanisch verbindet und eine Buchse (21) um die Kontaktleiste (18) ausbildet, wobei die Steuereinrichtung (16) so umspritzt ist, dass der Kunststoff (32) die Steuereinrichtung (16) vollständig verkapselt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bauteil, insbesondere für einen Kraftwagen, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
  • In modernen Kraftwagen findet eine zunehmende Anzahl von elektrischen Bauteilen Verwendung. Besonders wichtig hierbei sind Elektromotoren, die als Stellmotoren für weitere Komponenten des Kraftwagens dienen. Beispielsweise werden solche Stellmotoren im Getriebe von Kraftwagen verbaut, wo sie einerseits der Bedienung der Kupplung dienen und andererseits als Gangsteller Verwendung finden können. Um eine Ansteuerung derartiger Bauteile zu erleichtern, sind solche Bauteile in der Regel direkt mit elektronischen Steuereinrichtungen verbunden, die über ein Bussystem des Kraftwagens abstrakte Steuerbefehle für die elektrische Komponente empfangen und diese in die konkrete Steuerung der Komponente umsetzen.
  • Gerade bei im Bereich des Getriebes verbauten Stellmotoren muss dabei die Kombination aus Stellmotor und elektronischer Steuereinrichtung oftmals hohen mechanischen und thermischen Belastungen standhalten können. Die elektrische Komponente und die Steuereinrichtung werden daher üblicherweise in einem Gehäuse verbaut, welches die elektrische Komponente und die Steuereinrichtung schützt und nach außen hin eine Buchse zur elektrischen Kontaktierung bereitstellt. Über diese Buchse kann die Steuereinrichtung Steuersignale empfangen sowie den nötigen Betriebsstrom für die elektrische Komponente erhalten.
  • Üblicherweise werden hierzu Gehäuse aus Kunststoff, aus Blech oder aus Aluminiumguss verwendet.
  • Bei der Montage der elektrischen Komponente und der elektronischen Steuereinheit sowie der Kontaktbuchse in ein solches Gehäuse entsteht dabei ein beträchtlicher Arbeitsaufwand, der die Herstellungskosten erhöht und zudem aufgrund der Komplexität zu Fehlmontagen und damit zu Ausschuss führen kann.
  • Aus der DE 10 2015 119 264 A1 ist ein Elektromotor mit einem Rotor, einem Stator, einem ersten Teilgehäuse und einer Steuervorrichtung mit einer Steuerelektronik bekannt. Das erste Teilgehäuse weist einen ersten Teilabschnitt und einen zweiten Teilabschnitt auf. Der zweite Teilabschnitt ist mit einem zweiten Gehäuseteil verbindbar, wobei der zweite Teilabschnitt und das zweite Gehäuseteil ein Steuervorrichtungsgehäuse bilden. Die Steuervorrichtung weist elektrische Leiter auf, welche einenends mit der Steuerelektronik und anderenends mit dem Stator und dem Rotor elektrisch leitend zu verbinden und zu positionieren sind. Das erste Teilgehäuse ist zur vorgegebenen Positionierung der elektrischen Leiter relativ zum Stator und Rotor bei einer Verbindung des zweiten Teilabschnitts mit dem zweiten Gehäuseteil ausgebildet.
  • Aus der DE 10 2015 217 020 A1 ist eine Motorbaugruppe bekannt mit einem Elektromotor umfassend ein Motorgehäuse, sowie mit einer Elektronikeinheit umfassend eine als Motorträger ausgebildete erste Gehäuseschale, an der das Motorgehäuse befestigt ist, eine als Kühldeckel ausgebildete zweite Gehäuseschale, und einen Elektronikträger, der sandwichartig zwischen dem Kühldeckel und dem Motorträger angeordnet ist. Ein Anschlusssteckverbinder ist einstückig an eine Stirnseite des Elektronikträgers angeformt.
  • Aus der DE 10 2007 063 694 A1 ist ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug bekannt mit einem Getriebegehäuse, einem elektrischen Aktuator zum Betätigen des Getriebes und einer elektrischen Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Aktuators. Das Getriebe besitzt eine Wärmesenkeeinrichtung, die mit der Steuereinrichtung wärmeleitend verbunden ist, und eine Wärmeisolierschicht zwischen einem Gehäuse des Aktuators und der Wärmesenkeeinrichtung zur thermischen Isolierung des Aktuatorgehäuses und der Wärmesenkeeinrichtung, wobei das Aktuatorgehäuse wärmeleitend mit dem Getriebegehäuse verbunden oder Teil des Getriebegehäuses ist.
  • Aus der EP 1 422 809 B1 ist ein Elektromotor für einen Pumpenantrieb mit einem Stator und einem Rotor zum Antreiben eines Pumpenrades bekannt. Der Stator ist in einen Kunststoffkörper eingebettet und der Kunststoffkörper bildet zusammen mit dem Stator einen Raum, in dem der Rotor aufgenommen ist.
  • Aus der DE 101 61 366 A1 ist eine elektrische Antriebseinheit bekannt. Ein elektronisches Steuermodul der Antriebseinheit wird direkt auf der Unterseite eines zur Aufnahme des Stators vorgesehenen Motorträgers aufgebracht. Die elektrische Verbindung zwischen dem elektronischen Steuermodul und dem Stator erfolgt über durch Durchführungen im Motorträger hindurchgeführte Verbindungselemente.
  • Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein elektrisches Bauteil sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen, die eine besonders einfache Montage des Bauteils ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein elektrisches Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst.
  • Ein solches elektrisches Bauteil, insbesondere für einen Kraftwagen, umfasst eine elektrische Komponente und eine elektronische Steuereinrichtung, welche eine Kontaktleiste als elektrischen Kontakt zwischen dem Bauteil und externen Komponenten aufweist. Es ist dabei vorgesehen, dass die Steuereinrichtung und die elektrische Komponente zumindest bereichsweise mit einem Kunststoff umspritzt sind, welcher die elektrische Komponente und die Steuereinrichtung mechanisch verbindet und eine Buchse um die Kontaktleiste ausbildet.
  • Anstelle einer komplexen Montage mit einer Vielzahl von Arbeitsschritten kann somit durch das Umspritzen mit dem Kunststoff sowohl ein mechanisch stabiles Gehäuse geschaffen werden, als auch die Verbindung der elektrischen Komponente und der elektronischen Steuereinrichtung geschaffen werden. Gleichzeitig bildet sich beim Umspritzen die gewünschte Geometrie der Buchse um die Kontaktleiste aus, sodass auf das Bereitstellen eines einzelnen Bauteils für die Buchse verzichtet werden kann. Auch hierdurch entfällt ein Vormontageschritt.
  • Da auf ein separates Bauteil für die Buchse verzichtet werden kann, entfallen auch Berührungsstellen zwischen Buchse und Gehäuse, durch die Medien wie Wasser oder Getriebefluid in das Gehäuse eindringen könnten. Damit wird ein besonders dickes und somit langlebiges Bauteil erhalten.
  • Insgesamt wird so ein elektrisches Bauteil geschaffen, welches besonders schnell und einfach herstellbar ist, wodurch sowohl die Herstellungskosten als auch der Ausschuss reduziert werden können.
  • Es ist dabei bevorzugt, wenn die Kontaktleiste ein metallischer Kontaktkamm ist. Dieser kann besonders einfach auf der elektronischen Steuereinrichtung montiert werden, die beispielsweise als gedruckte Leiterplatte ausgebildet sein kann.
  • Es ist ferner vorteilhaft, wenn die Kontaktleiste einen Grundkörper aus einem Kunststoff aufweist.
  • Hierdurch wird der Kontaktleiste eine zusätzliche mechanische Stabilität gegeben, sodass eine Verformung beim Umspritzen vermieden werden kann. Es ist dabei auch möglich, dass der Grundkörper beim Umspritzen angeschmolzen wird und somit eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Kunststoff der Umspritzung eingeht, sodass ein besonders stabiles elektrisches Bauteil geschaffen wird.
  • Erfindungsgemäß verkapselt der Kunststoff die Steuereinrichtung vollständig. Damit werden die empfindlichen elektronischen Komponenten der elektronischen Steuereinrichtung zuverlässig vor Umwelteinflüssen geschützt.
  • Es ist ferner bevorzugt, wenn die elektrische Komponente des elektrischen Bauteils als Elektromotor, insbesondere als elektrischer Stellmotor für einen Kraftwagen, ausgebildet ist.
  • Hierdurch werden gerade solche Komponenten, die im Betrieb des Kraftwagens hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, auf besonders einfache Weise zuverlässig und stabil ausgeführt und so vor den Betriebsbelastungen geschützt.
  • Es ist weiter bevorzugt, wenn die Buchse als Buchse für ein Bussystem, insbesondere für einen CAN- oder LIN-Bus ausgebildet ist.
  • Damit wird sichergestellt, dass ein derartiges elektrisches Bauteil auf standardisierte Weise mit weiteren Komponenten des Kraftwagens verbunden werden kann, ohne dass Adapter oder dergleichen notwendig sind.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kunststoff ein Duroplast. Solche Kunststoffe sind sowohl mechanisch als auch thermisch besonders stabil.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Bauteils, bei welchem eine Kontaktleiste und eine elektrische Komponente mit einer elektronischen Steuereinrichtung vormontiert und gemeinsam mit dieser in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt werden. Im Spritzgusswerkzeug werden die genannten Teile zumindest bereichsweise mit einem Kunststoff umspritzt, welcher die elektrische Komponente mechanisch mit der elektronischen Steuereinrichtung verbindet und eine Buchse um die Kontaktleiste ausbildet.
  • Wie bereits anhand des erfindungsgemäßen elektrischen Bauteils erläutert, wird so ein besonders einfaches Herstellungsverfahren mit wenigen Herstellungsschritten geschaffen, welches gleichzeitig die mechanische Verbindung der einzelnen Bestandteile des Bauteils ermöglicht, den empfindlichen elektronischen Komponenten Schutz gewährt und dabei gleichzeitig eine Buchse für die elektrische Kontaktierung des elektrischen Bauteils ausformt, sodass ein separates Bauteil für diese entfallen kann.
  • Es ist dabei bevorzugt, wenn als Kontaktleiste ein metallischer Kontaktkamm verwendet wird, der mit der elektronischen Steuereinrichtung galvanisch verbunden wird. Die galvanische Verbindung kann dabei beispielsweise durch Löten, Crimpen, Pressschweißen oder dergleichen erzeugt werden.
  • So wird ein besonders stabiler elektrischer Kontakt zwischen dem Bauteil und externen Komponenten gewährleistet, der auch unter den anspruchsvollen Betriebsbedingungen in einem Kraftwagen stabil bleibt.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Kontaktleiste vor dem Verbinden mit der elektronischen Steuereinrichtung teilweise mit einem Grundkörper aus Kunststoff, insbesondere einem thermoplastischen Kunststoff, umspritzt.
  • Dies verleiht der Kontaktleiste zusätzliche mechanische Stabilität. Der Grundkörper kann sich beim Umspritzen der elektronischen Steuereinrichtung ferner mit dem Kunststoff verbinden, der in diesem Spritzgussschritt verwendet wird, sodass die mechanische Stabilität zusätzlich verbessert wird.
  • Es ist ferner bevorzugt, wenn die Steuereinrichtung so umspritzt wird, dass der Kunststoff die Steuereinrichtung vollständig verkapselt.
  • Hierdurch wird in einem einzigen Verfahrensschritt ein vollständiges Gehäuse für die Steuereinrichtung geschaffen, welches diese zuverlässig vor Umwelteinflüssen schützen kann.
  • Es ist ferner bevorzugt, wenn als elektrische Komponente ein Elektromotor, insbesondere ein elektrischer Stellmotor für einen Kraftwagen, verwendet wird.
  • Gerade bei Komponenten wie Elektromotoren ist eine sichere Verkapselung der elektronischen Steuereinrichtung besonders vorteilhaft, da diese oft besonders hohen Belastungen ausgesetzt sind.
  • Es ist ferner bevorzugt, wenn die Buchse als Buchse für ein Bussystem, insbesondere für einen CAN- oder LIN-Bus ausgeformt wird.
  • Wie bereits erläutert, wird so eine standardisierte Kontaktierung für das elektrische Bauteil geschaffen, sodass dieses problemlos in einer Vielzahl unterschiedlicher Kraftwagen Anwendung finden kann.
  • Es ist weiter bevorzugt, wenn als Kunststoff ein Duroplast verwendet wird.
  • Duroplasten sind mechanisch und thermisch besonders stabil, sodass das elektrische Bauteil besonders gut geschützt wird.
  • Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 eine vormontierte Anordnung aus einem elektrischen Stellmotor, einer Platine einer elektronischen Steuereinrichtung und einer Kontaktleiste für diese vor dem Umspritzen; und
    • 2 das durch teilweises Umspritzen der Anordnung aus 1 erhaltene Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen Bauteils.
  • Um eine in 2 dargestellte und im Ganzen mit 10 bezeichnete Stellmotoreinheit mit integrierter Steuereinrichtung zu fertigen, wird zunächst die in 1 dargestellte und im Ganzen mit 12 bezeichnete Vormontageanordnung bereitgestellt. Hierzu wird ein elektrischer Motor 14 an eine Platine 16 der elektronischen Steuereinrichtung angesetzt. Auf die Platine 16 wird ferner eine Kontaktleiste 18 montiert, die später die elektrischen Kontakte für eine Buchse 21 bildet.
  • Die Kontaktleiste 18 weist mehrere elektrische Kontakte 20 auf, die der Übersichtlichkeit halber nicht alle bezeichnet sind, und die in einen Grundkörper 22 aus Kunststoff gehalten sind. Dieser kann durch Anspritzen an die elektrischen Kontakte 20 der Kontaktleiste 18, bevorzugt aus einem Thermoplasten, gefertigt werden.
  • Zum Verbinden der Kontaktleiste 18 mit der Platine 16 können übliche Verbindungsverfahren, wie beispielsweise Löten, Crimpen oder dergleichen Anwendungen finden. Auf der Platine 16 sind ferner noch elektronische Komponenten 24 vormontiert, die ebenfalls der Übersichtlichkeit halber nicht alle bezeichnet sind und die die Funktionen für die Steuerung des Motors 14 bereitstellen.
  • Ein Gehäuse 26 des Motors 14 weist eine Mehrzahl von axial abragenden Laschen 28 auf, die gegenüber eines Abtriebs 30 des Motors 14 angeordnet sind und die Platine 16 in ihrem Kontaktbereich mit dem Motor umgreifen und so in der gezeigten Vormontageanordnung 12 halten.
  • Die Vormontageanordnung 12 wird in der Folge in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt und bereichsweise mit einem Kunststoffkörper 32 umspritzt. Dieser besteht bevorzugt aus einem Duroplasten, der den mechanischen Anforderungen, denen der Stellmotor 16 im Betrieb unterliegt, besonders gut standhalten kann. Der Kunststoffkörper 32 verkapselt die Platine 16 vollständig, sodass die elektronischen Komponenten 24 sowie die aufgedruckten Leiterbahnen der Platine 16 geschützt werden. Gleichzeitig umgibt der Kunststoffkörper 32 die Laschen 28 des Gehäuses 26 des Motors 14, sodass eine feste mechanische Verbindung zwischen der Platine 16 und dem Motor 14 geschaffen wird.
  • Beim Spritzgießen des Kunststoffkörpers 32 wird gleichzeitig um die Kontaktleiste 18 die Hülse 34 der Buchse 21 ausgeformt, sodass auf die Vorfertigung einer separaten Buchse verzichtet werden kann. Dabei kann sich der angespritzte Kunststoff mit dem Grundkörper 22 der Kontaktleiste 18 verbinden, so dass keine Lücken oder Spalten verbleiben, durch die später Feuchtigkeit in den Kunststoffkörper 32 eindringen könnte.
  • Hierdurch ergibt sich eine besonders stabile und gleichzeitig einfach zu fertigende Stellmotoreinheit 10, die beispielsweise als Kupplungs- oder Gangsteller in einem automatischen Getriebe eines Kraftwagens Anwendung finden kann.

Claims (14)

  1. Elektrisches Bauteil (10), insbesondere für einen Kraftwagen, mit einer elektrischen Komponente (14) und einer elektronischen Steuereinrichtung (16), welche eine Kontaktleiste (18) als elektrischer Kontakt zwischen dem Bauteil (10) und externen Komponenten aufweist, wobei die Steuereinrichtung (16) und die elektrische Komponente (14) zumindest bereichsweise mit einem Kunststoff (32) umspritzt sind, welcher die elektrische Komponente (14) und die Steuereinrichtung (16) mechanisch verbindet und eine Buchse (21) um die Kontaktleiste (18) ausbildet, wobei die Steuereinrichtung (16) so umspritzt ist, dass der Kunststoff (32) die Steuereinrichtung (16) vollständig verkapselt.
  2. Elektrisches Bauteil (10) nach Anspruch 1, bei welchem die Kontaktleiste (18) ein metallischer Kontaktkamm ist.
  3. Elektrisches Bauteil (10) nach Anspruch 2, bei welchem die Kontaktleiste (18) einen Grundkörper (22) aus einem Kunststoff aufweist.
  4. Elektrisches Bauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Steuereinrichtung (16) eine Platine mit elektronischen Komponenten (24) und aufgedruckten Leiterbahnen aufweist und der Kunststoff (32)die Platine vollständig verkapselt, sodass die elektronischen Komponenten (24) sowie die aufgedruckten Leiterbahnen der Platine geschützt werden.
  5. Elektrisches Bauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die elektrische Komponente (14) als Elektromotor, insbesondere als elektrischer Stellmotor für einen Kraftwagen, ausgebildet ist.
  6. Elektrisches Bauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Buchse (21) als Buchse (21) für ein Bussystem, insbesondere für einen CAN- oder LIN-Bus, ausgebildet ist.
  7. Elektrisches Bauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Kunststoff ein Duroplast ist.
  8. Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Bauteils (10) , bei welchem eine Kontaktleiste (18), als elektrischer Kontakt zwischen dem Bauteil (10) und externen Komponenten, und eine elektrische Komponente (14) mit einer elektronischen Steuereinrichtung (16) vormontiert werden, gemeinsam mit dieser in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt werden und zumindest bereichsweise mit einem Kunststoff (32) umspritzt werden, welcher die elektrische Komponente (14) mechanisch mit der elektronischen Steuereinrichtung (16) verbindet und eine Buchse (21) um die Kontaktleiste (18) ausbildet, wobei die Steuereinrichtung (16) so umspritzt wird, dass der Kunststoff (32) die Steuereinrichtung (16) vollständig verkapselt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem als Kontaktleiste (18) ein metallischer Kontaktkamm verwendet wird, der mit der elektronischen Steuereinrichtung (16) galvanisch verbunden wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem die Kontaktleiste (18) vor dem Verbinden mit der elektronischen Steuereinrichtung (16) teilweise mit einem Grundkörper (22) aus einem Kunststoff, insbesondere einem thermoplastischen Kunststoff, umspritzt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei welchem die Steuereinrichtung (16) eine Platine mit elektronischen Komponenten (24) und aufgedruckten Leiterbahnen umfasst und die Steuereinrichtung (16) so umspritzt wird, dass der Kunststoff (32) die Platine (16) vollständig verkapselt, sodass die elektronischen Komponenten (24) sowie die aufgedruckten Leiterbahnen der Platine (16) geschützt werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei welchem als elektrische Komponente (14) ein Elektromotor, insbesondere ein elektrischer Stellmotor für einen Kraftwagen, verwendet wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei welchem die Buchse (21) als Buchse (21) für ein Bussystem, insbesondere für einen CAN- oder LIN-Bus, ausgeformt wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, bei welchem als Kunststoff (32) ein Duroplast verwendet wird.
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