DE102019215371A1

DE102019215371A1 - Elektrische Antriebseinheit mit einem Gehäuse

Info

Publication number: DE102019215371A1
Application number: DE102019215371.2A
Authority: DE
Inventors: Fengmei Cheng; Jan Wilhelm; Eric De La Chaux; Helmut Meier; Ulrich Luedtke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-10-08
Filing date: 2019-10-08
Publication date: 2021-04-08
Also published as: CN112636540A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinheit (10), insbesondere zum Verstellen beweglicher Teile im Kraftfahrzeug, mit einem Gehäuse (11), aufweisend ein metallenes Motorgehäuse (12), das einen Stator und einen Rotor (20) aufnimmt, und ein sich axial daran anschließendes Elektronikgehäuse (30), das eine Elektronikeinheit (89) aufnimmt, und einen offenen Flansch (22) des Motorgehäuses (12) abschließt, wobei das Elektronikgehäuse (30) ein erstes axiales Gehäuseteil (31) aus Kunststoff (122) aufweist, wobei im Kunststoff (122) mindestens ein Leiterstreifen (120) integriert ist, der eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Motorgehäuse (12) und dem Elektronikgehäuse (30) bildet, um eine Masseverbindung herzustellen, wobei die elektrisch leitende Verbindung mittels einer Schraube (38) hergestellt ist, die durch eine Aufnahme (118) im Flansch (22) hindurch in den Kunststoff (122) eingeschraubt ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinheit mit einem Motorgehäuse und einem Elektronikgehäuse nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Aus der DE 10 2012 222 683 A1 ist eine elektrische Maschine bekannt geworden, die einen Motorgehäuse aus Metall aufweist. Auf dem Motorgehäuse ist axial ein Steckerbauteil aus Kunststoff angeordnet, auf dem wiederum ein Deckel aus elektrisch leitfähigem Material angeordnet ist. Dabei wird der Deckel mit dem Motorgehäuse durch mehrere Stahlfederklammern verspannt, so dass die drei Bauteile gegeneinander fixiert sind. Dabei wirken die Stahlfederklammern mit dem Motorgehäuse und dem Metalldeckel als EMV-Abschirmung, die ein Ein- und Ausstrahlen von störenden elektromagnetischen Wellen abschirmt. Die Montage solcher äußerer Matallfedern ist relativ aufwendig und benötigt viel Bauraum. Außerdem besteht die Gefahr, dass diese Metallfeder korrodieren, wodurch deren Übergangswiderstand negativ beeinflusst wird. Zusätzlich kann um das Steckerbauteil ein Abschirmblech angeordnet werden, das elektrisch mit dem Deckel und/oder dem Motorgehäuse verbunden ist. Die Herstellung und Montage eines solchen Abschirmbleches stellt jedoch ebenfalls einen erheblichen Mehraufwand dar.
Des Weiteren ist aus der DE102017207165 ein Masse-Kontakt bekannt, der sich als federnde Lasche vom Elektronikgehäuse in den Motorgehäuse hinein erstreckt. Der Masse-Kontakt liegt dabei radial federnd an der Innenwand des Motorgehäuses an. Die Relativbewegung zwischen dem Masse-Pin und dem Motorgehäuse führt zu einem Verschleiß und zu einer Oxidbildung, die beide den Übergangswiderstand erhöhen. Dadurch wird die elektromagnetische Vertäglichkeit (EMV) und der Schutz gegen eine elektrostatische Aufladung reduziert.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße elektrische Antriebseinheit mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass durch die Integration von Leiterstreifen innerhalb des Kunststoffes des ersten axialen Elektronikgehäuseteils eine elektromagnetische Abschirmung für die Elektronik vollständig innerhalb des Kunststoffgehäuses realisiert werden kann. Dabei ist das Kunststoffgehäuse axial zwischen einem Motorgehäuse aus Metall und einem zweiten axialen Gehäuseteil angeordnet, das beispielweise als Kühldeckel aus Metall ausgebildet ist. Durch die Anordnung der Leiterstreifen im Inneren des ersten Gehäuseteils aus Kunststoff ist die Abschirmung vor äußeren Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit und einer damit verbundenen Korrosion geschützt. Durch die elektrische Kontaktierung der innenliegenden Leiterstreifen mit dem Motorgehäuse mittels einer Verbindungsschraube, die den Motorgehäuse fest am Elektronikgehäuse fixiert, ist für den Anschluss des Massekontakts kein zusätzlicher Prozess-Schritt notwendig. Durch die Schraubverbindung wird ein unbeweglicher Massekontakt zum Motorgehäuse geschaffen, so dass dessen Übergangswiderstand über die gesamte Lebensdauer zuverlässig konstant gering ausgebildet bleibt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale. So können die Kontaktelemente bevorzugt als gebogene Leiterstreifen ausgebildet werden, die beim Spritzgießen des ersten Gehäuseteils aus Kunststoff in die Werkzeugform eingelegt werden, um dann mit dem Kunststoff der Gehäusewand umspritzt zu werden. Dadurch bilden die gebogenen Leiterstreifen ein Labyinth im Kunststoff des ersten Gehäuseteils, wodurch verhindert wird, dass Feuchtigkeit entlang den Leiterstreifen in das Innere des Elektronikgehäuses gelangt. Dadurch werden die Leiterstreifen als Masse-Kontaktelemente in einem Arbeitsschritt mit dem Herstellen des ersten Gehäuseteils fest angeordnet, so dass diese anschließend direkt mittels der Verbindungsschrauben elektrisch kontaktiert werden können. Beispielweise können die gebogenen Leiterstreifen sehr kostengünstig als Biegestanzteile - insbesondere aus Kupfer - hergestellt und sehr flexibel geformt werden.
Bevorzugt ist der Leiterstreifen im Kunststoff wellen- oder schlangenförmig oder in Form von Mäandern ausgebildet. Dadurch wird die Kapillarwirkung in dem minimalen Spalt zwischen dem Leiterstreifen und dem diesen umgebenden Kunststoff unterdrückt. Somit kenn keine Feuchtigkeit entlang des Leiterstreifens in das Elektronikgehäuse eindringen. Vorzugsweise ist die Vorzugsrichtung des wellenförmigen Leiterstreifens in Axialrichtung ausgerichtet, um die Kunststoffwand des ersten Gehäuseteils zu durchdringen. Alternativ kann die Vorzugsrichtung des wellenförmigen Leiterstreifens aber auch in Radialrichtung ausgerichtet sein, um dann beispielsweise an einem radialen Rand axial das zweite Gehäuseteil zu kontaktieren.
Bei einer bevorzugten Ausführung weist der Leiterstreifen einen Lochbereich innerhalb des ersten Gehäuseteil aus Kunststoff auf, in den eine Schraube zur Herstellung des Masse-Kontakts eingeschraubt ist. Die Schraube ist besonders günstig als Verbindugnsschraube zwischen dem Flansch und dem Kunststoff-Gehäuseteil, so dass keine zusätzlichen Schrauben für die Massekontaktdirung eingedreht werden müssen. Da die Schrauben aus Metall hergestellt sind, wird durch diese der Leiterstreifen bevorzugt gut mit dem Flansch aus Metall elektrisch kontaktiert.
In einer ersten Ausführung ist der Lochbereich des Leiterstreifens vollständig innerhalb des Kuststoffs geführt. Der Lochbereich berührt den Flansch dabei nicht, sondern ist axial beabstandet zumMetallflansch angeordnet, so das zwischendem Lochberich und dem Flansch Kunststoff angeordnet ist. Die elektrische Kontaktierung des Leiterstreifens erfolgt dabei ausschließlich über die Metallschraube, die durch den Flansch in den Lochbereich des Leiterstreifens eingeschraubt ist. Der Schraubenkopf der schraube liegt dabei axial fest am Flansch an und bildet zu diesem einen guten elektrischen Kontakt. Dadurch ist der Leiterstreifen mitsamt seinem Lochbereich innerhalb des Kunststoffes noch besser vor Korrossion geschützt.
In einer weiteren Ausführung ist hingegen ein Kontaktbereich des Leiterstreifens man der Oberfläche derKunststoffwand zum Flansch hin angeordnet. Dabei wird der Flansch durch die Anpresskraft der Schraube axial fest gegen den Kontaktbereich gepresst, um einen guten Masse-Kontakt auszubilden. Dabei kann die Schraube entweder in ein Loch im Kontaktbereich eingedreht sein oder aternativ unmittelbar benachbart zum Kontaktbereich in den Kunststoff des ersten Gehäuseteils eingedreht sein. Der elektrische Kontakt wird hierbei mittelbar durch die Schraube ausgebildet, indem die Schraube den Kontaktbereich gegen den Flansch presst.
Bevorzugt ist als Elektronikeinheit mindestens eine Elektronikplatine mit verschiedenen elektronischen Bauteilen angeordnet. Diese Elektronikeinheit wird durch die erfindungsgemäßen Leiterstreifen, die ienen Masse-Kontakt bilden, innerhalb des ersten Gehäuseteils aus Kunststoff vor unerwünschter elektromagnetischer Störstrahlung geschützt. Gleichzeitig wird verhindert, dass die Elektronikeinheit störende elektromagnetische Strahlung an die Umgebung abgibt. Dazu verbinden die Leiterstreifen das Motorgehäuse aus Metall elektrisch mit der Elektronikplatine. Die Elektronikplatine ist weiterhin mit dem zweiten axialen Gehäuseteil aus Metall elektrisch leitend verbunden. Durch diese Massekontaktierung des Motorgehäuses sowohl mit der Leiterplatte und/oder auch mit dem metallenen Gehäusedeckel wird praktisch ein Faraday'scher Käfig geschaffen, der die Elektronikplatine gegenüber EMV abschirmt. Die Kontaktierung des Leiterstreifens kann dabei mit der Montage der Leiterplatte blind über Federkontakte oder Schneid-Klemm-Verbindugen oder Presskontakte ausgebidlet werden. Alternativ kann die Kintaktierung auch über die Montageöffnung zum zwitengehäuseteil mittels Löten, Schweißen oder Bonden erfolgen.
In einer weiteren Ausführung kann der Leiterstreifen auch das Motorgehäuse unmittelbar mit dem zweiten Gehäuseteil aus Metall verbinden, ohne dabei mit der Elektronikplatine oder weiteren elektronischen Bauteilen kontaktiert zu sein. Dadurch wird ein Massekontakt zwischen den beiden Gehäusen aus Metall hergestellt, zwischen denen das erste Gehäuseteil aus Kunststoff angeordnet ist. Dadurch liegt vorteilhafter Weise der gesamte Gehäusedeckel aus Metall auf Masse, so dass beliebige elektronische Bauteile oder die elektronische Leiterplatte direkt elektrisch mit dem Gehäusedeckel aus Metall verbunden werden können, um einen Massekontakt zu realisieren.
Besonders günstig kann der Leitersteifen aus einem elektrisch leitenden blech ausgestanzt und anschließend umgebogen werden. Dabei kann in einfacher Weise der Kontaktbereich und/oder der Lochbereich des Leiterstreifens breiter ausgeschnitten werden als der Bereich des Leiterstreifens, der anschließend wellen- oder schlangen- oder mäanderförmig umgebogen wird. Dadurch kann inbesondere eine genügend große Fläche am Leiterstreifen für das Einschrauben der Schraube - vorzugsweise in ein zuvor ausgebildetes Loch - zur Verfügung gestellt werden.
Die Schraube für die Massekontaktierung kann bevorzugt auch gleichzeitig zum Verbinden des Motorgehäuses mit dem ersten elektronikgehäuseteil verwendet werden. Das Gewinde der Schraube weist dabei beispielsweise einen Außendurchmesser von 1,0 bis 3,0 mm auf. Entsprechend wird eine dazu korrespondierende Bohrung im Lochbereich ausgebildet.
Die Aufnahme im Flansch ist besonders einfach als Durchgangsöffnung ausgebildet, deren Durchmesser geringfügig größer ist, als der Außendurchmesser des Gewindes. Der elektrische Kontakt zwischen der Schraube und dem Flansch wird dabei mittels dem Schraubkopf hergestellt, der nach dem vollständigen eindrehen der Schraube in das Elektronikgehäuse axial fest am Flasnch anliegt.
Ist das zweite Gehäuseteil als Kühlkörper für die elektrische Antriebseinheit ausgebildet, so können elektronische Bauteile im Inneren des ersten Gehäuseteils direkt im thermischen Kontakt zur Innenseite des Gehäusedeckels (als zweites axiales Gehäuseteil) angeordnet werden. Der Gehäusedeckel ist dabei beispielweise aus Aluminium gegossen, oder als Metallblech tiefgezogen. Über die an der Außenseite angeformten Kühlrippen kann die durch die Elektronik erzeugte Wärme schnell abgegeben werden. Das erste Gehäuseteil aus Kunststoff ist dabei gemäß einer Sandwich-Bauweise zwischen dem Gehäusedeckel und dem Motorgehäuse aus Metall angeordnet. Dabei erstreckt sich dessen Anschlussstecker bevorzugt in Radialrichtung von der Rotorwelle weg. Der Massekontakt zwischen dem Metalldeckel und dem Motorgehäuse wird einerseits durch den Leitersteifen, der unmittelbar von der Gehäusewand des ersten Gehäuseteils das zweite Gehäuseteil kontaktiert, hergestellt, und/oder andererseits durch eine Kontaktfeder zwischen der Elektronikplatine und dem Metalldeckel.
Zur Verbindung des Motorgehäuses mit dem ersten Gehäuseteil weist letzteres eine kreisförmige Umfangswand auf, die sich in Axialrichtung erstreckt. Diese zylindrische Umfangswand greift axial in den offenen Rand des Motorgehäuses ein. Hierzu ist an der Mantelwand des Motorgehäuses eine radiale Stufe ausgebildet, an deren radialen Innenwand die Umfangswand radial anliegt. Besonders vorteilhaft können mittels der Schrauben gleichzeitig auch über eine Ringdichtung zwischen dem Motorgehäuse und dem ersten Gehäuseteil diese beiden Beuteile axial gegeneinander abgedichtet werden.
Durch die Anordnung der Elektronikeinheit axial unmittelbar über dem Elektromotor, kann an einem Ende der Rotorwelle vorteilhaft ein Signalgeber angeordnet werden, der mit einem entsprechenden Sensor der Elektronikeinheit zusammenwirkt. Auf diese Weise kann die Rotorlage von der Elektronikeinheit erfasst werden, beispielsweise um die elektronische Kommutierung des Elektromotors zu steuern oder die Drehgeschwindigkeit der Rotorwelle oder die Position von einem durch die Rotorwelle angetriebenen Teil zu bestimmen. Auf der offenen Seite des Motorgehäuss ist bevorzugt ein Lagerschild angeordnet, in dem die Rotorwelle beispielsweise mittels eines Wälzlagers gelagert ist. Das Lagerschild ist insbesondere Bestandteil des ersten Gehäuseteils und ist somit aus Kunststoff ausgebildet. Dabei tritt die Rotorwelle durch das Lagerschild hindurch und ragt in das Elektronikgehäuse hinein, wobei der Signalgeber bevorzugt am freien Ende der Rotorwelle angeordnet ist. Besonders günstig ist es, wenn der Signalgeber in Axialrichtung Signale abgibt, die ein axial unmittelbar gegenüberliegendes Sensorelement erfassen kann. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn das Sensorelement direkt auf der Leiterplatte angeordnet ist, wobei dieses beispielsweise die Orientierung eines Magnetfelds erfassen kann. Durch die Anordnung des Elektronikgehäuses an der axial offenen Seite des Motorgehäuss kann an der gegenüberliegenden Seite des Motorgehäuss eine Durchgangsöffnung im Boden des Motorgehäuss ausgebildet werden, durch den die Rotorwelle nach außen ragt. Dadurch kann an dem zweiten freien axialen Ende der Rotorwelle ein Abtriebselement angeformt oder angeordnet werden, das beispielsweise ein bewegliches Teil im Kraftfahrzeug verstellt oder eine Pumpe oder Gebläse antreibt. Durch die metallene Bodenfläche des Motorgehäuses und die metallene Umfangswand, die insbesondere gleichzeitig den magnetischen Rückschluss für die Statorspulen darstellen kann, ist die Antriebseinheit zusammen mit den metallenen Gehäusedeckel und den diese vebindenden Kontaktelementen praktisch komplett von einem Faraday'schen Käfig umschlossen. Dadurch kann weder elektromagnetische Störstrahlung aus der Antriebseinheit austreten, noch in diese eindringen.
Figurenliste
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ausführungen der Beschreibung und der Zeichnung, wie diese in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der Erfindung beschrieben sind. Es zeigt:

1 eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinheit,
2 eine Detailansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels, und
3 eine Detailansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels.

In 1 ist eine elektrische Antriebseinheit 10 dargestellt, die als Elektromotor 9 mit einem Gehäuse 11 ausgebildet ist. In einem Motorgehäuse 12 des Gehäuses 11 ist ein mehrere Statorpole aufweisender Stator 60 angeordnet, der mit einem auf einer Rotorachse 20 angeordneten Rotor 62 zusammenwirkt. Der Rotor 62 weist eine Rotorwelle 64 auf, auf der ein Rotorkörper 66 angeordnet ist, der vorzugsweise aus einzelnen Blechlamellen 67 zusammengesetzt ist. Die Rotorwelle 64 ist im Ausführungsbeispiel mittels eines ersten Lagers 68 am Boden 14 des Motorgehäuses 12 gelagert. Hierzu weist das Motorgehäuse 12 einen axialen Fortsatz 16 auf, der als Lagersitz für das erste Lager 68 ausgebildet ist. Das Motorgehäuse 12 ist als Potopf 13 ausgebildet, der beispielsweise als Tiefziehteil hergestellt ist. Die Rotorwelle 64 ragt mit einem zweiten axialen Ende 63 durch einen Durchbruch 70 des Motorgehäuses 12 aus diesem heraus, um ein Drehmoment des Elektromotors 9 auf ein nicht näher dargestelltes Getriebe oder Pumpe oder Gebläse zu übertragen. Dabei ist der Durchbruch 70 am axialen Fortsatz 16 ausgebildet, wobei außerhalb des Motorgehäuses 12 an der Rotorwelle 64 ein Abtriebselement 74 angeordnet, beziehungsweise an der Rotorwelle 64 ausgeformt ist. Das Motorgehäuse 12 besteht aus Metall und ist optional als magnetischer Rückschluss für die elektromagnetischen Pole des Stators 60 ausgebildet. Bei der Ausbildung des Elektromotors 9 als EC-Motor 8 sind im Stator 60 im radialen äußeren Bereich des Motorgehäuses 12 elektrische Spulen 76 auf Statorzähnen 61 angeordnet, die ein Magnetfeld erzeugen, um im Rotor 62 angeordnete Permanentmagnete 78 in Drehung zu versetzen. Das Motorgehäuse 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel als näherungsweise zylindrischer Poltopf 13 ausgebildet, der axial offen ausgebildet ist. An der axialen Öffnung 80 des Motorgehäuses 12 ist ein Lagerschild 50 angeordnet, in dem ein zweites Lager 58 der Rotorwelle 64 befestigt ist. Das Lagerschild 50 ist beispielsweise Bestandteil eines ersten axialen Gehäuseteils 31 eines Elektronikgehäuses 30 aus Kunststoff. Das erste Gehäuseteil 31 ist mit dem Lagerschild 50 am offenen Rand 81 des Motorgehäuses 12 axial eingefügt. Durch das zweite Lager 58 hindurch ragt ein, dem Abtriebselement 74 gegenüberliegendes erstes freies Ende 65 der Rotorwelle 64, auf dem ein Signalgeber 83 zur Rotorlageerfassung angeordnet ist. Im ersten Gehäuseteil 31 ist eine Verschaltungsvorrichtung 77 angeordnet, die die einzelnen Spulen 76 mit ihren Spulendrahtrenden 79 untereinander verbindet und elektrische Phasenanschlüsse 75 axial aus dem Inneren des Motorgehäuses 12 in das Elektronikgehäuse 30 führt. Das Motorgehäuse 12 mit dem darin vollständig gelagerten Rotor 62 stellt eine vormontierte Baueinheit 18 dar, an die axial unterschiedliche Gehäusebauteile angeflanscht werden können. Dazu ist am offenen Rand 81 des Motorgehäuses 12 ein Flansch 22 angeformt, an dem im Ausführungsbeispiel axial ein Elektronikgehäuse 30 anliegt, das aus dem ersten axialen Gehäuseteil 31 und einem zweiten axialen Gehäuseteil 32 zusammengesetzt ist. Das Motorgehäuse 12 und das Elektronikgehäuse 30 bilden zusammen das Gehäuse 11 der Antriebseinheit 10.
Das erste axiale Gehäuseteil 31 liegt axial am Motorgehäuse 12 an. Hierzu weist das erste axiale Gehäuseteil 31 eine zylindrische Umfangswand 23 auf, die axial in das Motorgehäuse 12 eingreift. Dabei ist am offenen Rand 81 des Motorgehäuses 12 eine erste radiale Stufe 108 mit einem axialen Ringbund ausgebildet, gegen den die Umfangswand 23 sich abstützt. Zwischen dem axialen Ringbund und einer axialen Stirnfläche der Umfangswand 23 ist ein Dichtring 24 angeordnet, der das Motorgehäuse 12 gegen das Elektronikgehäuse 30 abdichtet. Der Flansch 22 und die Umfangswand 23 sind näherungsweise kreisförmig ausgebildet, wobei die Grundfläche des ersten axialen Gehäuseteils 31 in der Draufsicht in 1 von oben näherungsweise beispielsweise rechteckig ausgebildet ist, und das Motorgehäuse 12 radial überragt. Das erste axiale Gehäuseteil 31 weist an der axial vom Motorgehäuse 12 abgewandten Seite eine Montageöffnung 40 auf, die von dem zweiten axialen Gehäuseteil 32 vollständig verschlossen wird. Das bedeutet, dass das Elektronikgehäuse 30 eine Trennebene 34 quer zur Rotorachse 20 aufweist, an dem die beiden axialen Gehäuseteile 31, 32 miteinander verbunden sind. Gemäß der Ausführung in 1 weist hierzu das erste axiale Gehäuseteil 31 axial gegenüberliegend zur Umfangswand 23 eine axiale Anlagefläche 35 auf, die an einer Gegenfläche 36 des zweiten Gehäuseteils 32 anliegt. Zwischen der Anlagefläche 35 und der Gegenfläche 36 ist bevorzugt ein umlaufendes Dichtelement 39 angeordnet. Das zweite Gehäuseteil 32 wird beispielsweise mittels Klemmbügeln 48 mit dem ersten Gehäuseteil 31 verbunden. Zur Zentrierung des zweiten Gehäuseteils 32 gegenüber dem ersten Gehäuseteil 31 sind Zentrierstifte 33 angeordnet, die in entsprechende Zentrieraufnahmen 37 eingreifen. Das erste Gehäuseteil 31 ist mittels Schrauben 38 mit dem Flansch 22 des Motorgehäuses 12 verbunden. Die Montageöffnung 40 in der Trennebene 34 ist näherungsweise rechteckig ausgebildet. Die Anlagefläche 35 und die Gegenfläche 36 umschließen die Montageöffnung 40 und sind daher ebenfalls näherungsweise rechteckig ausgebildet. Das zweite Gehäuseteil 32 ist hingegen zur besseren Wärmeabführung aus Aluminium oder aus Stahlblech hergestellt. Beispielsweise wird dieses Aluminium-Gehäuseteil mittels Spritz- oder Druckguss-Verfahren hergestellt. Dabei sind an der Außenwand des zweiten Gehäuseteils 32 Wärmeleitelemente 28 angeformt, die beispielsweise als Kühlrippen 29 oder Kühlnoppen ausgebildet sind. Im ersten Gehäuseteil 31 sind Kontaktelemente 100 integriert, die eine leitfähige Verbindung zwischen dem Motorgehäuse 12 und dem zweiten Gehäuseteil aus Metall herstellen. Dazu sind im Ausführungsbeispiel die Kontaktelemente 100 als Leiterstreifen 120 ausgebildet, die beim Spritzgießen des ersten Gehäuseteils 31 von diesem mit Kunststoff 122 umspritzt werden. Die Leiterstreifen 120 sind an einem ersten Ende 102 elektrisch mit dem Flansch 22 des Motorgehäuses 12 verbunden.
In einer ersten Variante, die in 1 rechts dargestellt ist, weist der Leiterstreifen 120 innerhlab des Kunststoffes 122 des ersten Gehäuseteils 31 ein Loch 124 auf, in das die Schraube 38 eingedreht ist. Dabei furcht sich ein Gewinde 125 der Schraube 38 beim Befestigen des Motorgehäuses 12 am ersten Gehäuseteil 31 derart in das Loch 124 des Leiterstreifens, dass die Schraube 38 einen guten elektrischen Kontakt zum Leiterstreifen 120 bildet. Ein zweites Ende 104 des Leiterstreifens 120 ist bei dieser Ausführung nicht elektrisch mit der Leiterplatte 88 verbunden, sondern direkt mit dem zweiten Gehäuseteil 32, das hier aus Metall hergestellt ist. Dabei verläuft der Leiterstreifen 120 innerhalb der Kunststoffwand 49 des ersten Gehäuseteils 31 direkt bis zur Innenseite des zweiten Gehäuseteils 32. Das zweite Ende 104 tritt aus der Kunststoffwand des ersten Gehäuseteils 31 aus und kontaktiert das zweite Gehäuseteils 32 unmittelbar. Dabei kann das zweite Ende 104 federnd direkt an der Innenwand des zweiten Gehäuseteils 32 anliegen, oder mittels eines Speednut-Elements 112 kontaktiert sein.
In einer zweiten Variante auf der linken Seite der 1 ist der Leiterstreifen 120 an der Oberfläche des Kunststoffes 122 zum Flansch 22 hin angeordnet, so dass ein Kontaktabschnitt 126 des Leiterstreifens 120 den Flansch 22 direkt elektrisch kontaktiert. Dazu wird der Flansch 22 mittels der Schraube 38 gegen das erste Gehäuseteil 31 gepresst, wobei das Gewinde 125 in den Kunststoff 122 eingedreht ist. Bei dieser Auführung herrührt die Schraube 38 den Leiterstreifen 120 nicht direkt, sondern presst ihn über die Verschraubung mit dem Kunststoff 122 axial gegen den Flansch, so dass hierdurch ein fester unveränderlicher Massekontakt gebildet wird. Beispielsweise ist hier die Schraube 38 nah benachbart zum Kontaktabschnitt 126 in den Kunststoff 122 eingedreht, kann aber alternativ auch direkt in den Kontaktabschnitt 126 eingedreht sein. Ein zweites Ende 104 des Leiterstreifens 120 ist bei dieser Ausführung elektrisch unmittelbar mit der Leiterplatine 88 verbunden, beispielsweise mit dieser verlötet oder verschweißt. Dazu ragt das zweite Ende 104 ebenfalls aus der Kunststoffwand des ersten Gehäuseteils 31 heraus und beispielsweise in eine Bohrung in der Leiterplatte 88 hinein. Die Leiterplatine 88 ist mittels einer Kontaktfeder 110 elektrisch mit dem zweiten Gehäuseteil 32 aus Metall verbunden, wodurch eine Masseverbindung zu der Innenseite des zweiten Gehäuseteils 32 ausbildet wird. So ist die Masseverbindung mittels der Schraube 38 zwischen dem Motorgehäuse 12 und dem zweiten Gehäuseteil 32, und über den Leiterstreifen 120, die Leiterplatte 88 und die Kontaktfeder 110 vollständig innerhalb des Gehäuses 11 ausgebildet.
Bevorzugt sind innerhalb des ersten Gehäuseteils 31 genau drei Leiterstreifen 120 eingefügt, die an drei unterschiedlichen Stellen mit der Leiterplatte 88 oder dem zweiten Gehäuseteil 32 verbunden sind. Entsprechend sind in unmittelbarer Nähe zu den zweiten Enden 104, die mit der Leiterplatte 88 verbunden sind, bevorzugt Kontaktfedern 110 elektrisch leitend zwischen der Leiterplatte 88 und der Innenseite des zweiten Gehäuseteils 32 angeordnet. Zur Montage der elektrischen Antriebseinheit 10 wird bevorzugt zuerst die vorgefertigte Baueinheit 18 des Stators 60 und Rotors 62 mit dem ersten axialen Gehäuseteil 31 verbunden. Beim Festschrauben des Flansches 22 an das erste Gehäuseteils 31 mittels der Schrauben 38 werden gleichzeitig die ersten Enden 102 der Leiterstreifen 120 elektrisch mit dem Motorgehäuse 12 kontaktiert. In diesem Zustand kann das erste Gehäuseteil 31 über die Montageöffnung 40 axial mit der Leiterplatte 88 und optional mit weiteren Bauteilen bestückt werden. Die Leiterplatte 88 kann in das Elektronikgehäuse 30 eingeschraubt oder eingeklipst werden, oder an dem zweiten Gehäuseteil 32 befestigt werden. Zum Schutz vor Erschütterungen kann die Leiterplatte 88 auch schwimmend oder mittels Federelementen dämpfend gelagert werden. Dabei können auch die zweiten Enden 104 der Kontaktelemente 100 mit der Leiterplatte 88 elektrisch verbunden - insbesondere verlötet - werden. Ebenso kann das zweite Gehäuseteil 32, bevor dieses auf das erste Gehäuseteil 31 aufgesetzt wird, mit entsprechenden Bauteilen bestückt werden. Im Ausführungsbeispiel ist am ersten Gehäuseteil 31 ein Anschluss-Stecker 42 zur elektrischen Kontaktierung der Antriebseinheit 10 einstückig angeformt. Der Anschluss-Stecker 42 weist einen Steckerkragen 45 auf, in dem die einzelnen Pins 46 für die Stromversorgung und die Sensorsignale angeordnet sind. Der Steckerkragen 45 steht radial nach außen vom ersten Gehäuseteil 31 weg. Im Inneren des Elektronikgehäuses 30 ist an der Leiterplatte 88 ein erstes Entstörelement 52 angeordnet, das beispielsweise eine Entstörkondensator 53 aufweist. Bei der Montage der Leiterplatte 88 im ersten Gehäuseteil 31 wird eine elektrische Verbindung der Phasenanschlüssen 75 und der Pins 46 mit der Leiterplatte 88 hergestellt. Diese elektrische Verbindung kann über das Entstörelement 52 realisiert werden, das beispielsweise einen ELCO und/oder eine Entstördrossel aufweit. Auf der Leiterplatte 88 ist auf der der Baueinheit 18 zugewandten Seite ein Sensorelement 94 angeordnet, das die Signale des Signalgebers 83 auswerten kann. Beispielsweise ist der Signalgeber 83 als Sensormagnet 84 ausgebildet, dessen axiales Magnetfeld von einem als Magnetsensor 95 ausgebildeten Sensorelement 94 detektierbar ist. Dieses kann beispielsweise als GMR- oder GMX-Sensor ausgebildet sein, der direkt die Drehlage des Sensormagneten 84 erfassen kann. Die Elektronikeinheit 89 kann dieses Signal auswerten, um hiermit beispielsweise die elektronische Kommutierung des EC-Motors 8 anzusteuern. Außerdem kann das Drehlagesignal auch für die Bewegung des Abtriebselements 74 für verschiedene Anwendungsfälle genutzt werden.
2 zeigt eine weitere Ausführung mit einem Kontaktabschnitt 126 entsprechend der linken seite von 1. Hierbei ist der Leiterstreifen 120 wellenförmig ausgebildet. Das erste Ende 102 ist als Kontaktabschnitt 126 ausgebildet, der direkt axial am Flansch 22 anliegt. Die Schraube 38 ragt durch die Aufnahme 118 im Flansch 22 hindurch und durchdringt den Kontaktabschnittt 126 axial vollständig. Das Gewinde 125 der Schraube 38 ist des Weitern in den Kunststoff 122 des ersten Gehäuseteils 31 eingedreht, so dass dieses axial gegen den Flansch 22 gepresst wird. Dabei ist sowohl ein elektrischer Kontakt zwischen dem Kontaktabschnitt 126 und dem Flansch 22, als auch zwischen der Schraube 38 und dem Kontaktabschnitt 126 ausgebildet. Ausgehend vom Kontaktabschnitt 126 erstreckt sich der Leiterstreifen 120 mit einem schlangen- oder mäanderförmigen Bereich 140 in Axialrichtung 25, bis das zweite Ende 104 aus der Kuststoff122 des ersten gehäuseteils 31 heraustritt. Axial über dem Kunststoff 122 ist die Leiterplatte 88 angeordnet, mit der das Ende 104 des Leiterstreifens 120 elektrisch kontaktiert ist, hier mittels einer Löt- oder Schweißverbindung 130. Die Leiterplatte 88 ist beispielsweise mittels Abstandshaltern 128 an der Gehäusewand 49 des ersten Gehäuseteils 31 fixiert. Die wellen-oder schlangenförmige Ausbildung des Leiterstreifens 120 bildet in Labyrinth im Kunststoff des ersten Gehäuseteils 31, so dass keine Flüssigkeit entlang dem Leiterstreifen in das Innere des Elektronikgehäuses 30 gelangen kann. Der Leiterstreifen ist hier - bevorzugt als Kupfer aufweisendes - Stanz-Biegeteil ausgebildet, das in vom Kuststoff 122 des ersten Gehäuseteils 31 umspritzt ist.
3 zeigt eine weitere Ausführung mit einem Loch 124 am ersten Ende 102 des Leiterstreifens 120 entsprechend der rechten Seite von 1. Hierbei ist der Leiterstreifen 120 wieder wellen- oder schlangenförmig ausgebildet. Das erste Ende 102 weist das Loch 124 auf und berührt den Flansch 22 nicht, sondernist vollständig vom Kunststoff 122 umgeben. Die Schraube 38 ragt auch hier durch die Aufnahme 118 im Flansch 22 hindurch und ist in den Kunststoff 122 des ersten Gehäuseteils 31 eingedreht. Das Gewinde 125 der Schraube 38 ist des Weitern in das Loch 124 des Leiterstreifens 120 eingedreht, so dass dieses axial vollständig von der Schraube 38 durchdrungen wird. Dabei ist der elektrische Kontakt direkt zwischen der Schraube 38 und dem ersten Ende 102 des Leiterstreifens 120 als auch zwischen dem Flansch 22 und einem Schraubkopf 119 der Schraube 38 ausgebildet. Ausgehend vom Lochbereich 123 mit dem darin ausgebildeten Loch 124 erstreckt sich der Leiterstreifen 120 schlangen- oder mäanderförmig in Radialrichtung 27, bis das zweite Ende 104 aus der Kuststoff 122 des ersten Gehäuseteils 31 heraustritt. Axial über dem Kunststoff 122 ist wieder die Leiterplatte 88 oder das zweite axiale Gehäuseteil 32 angeordnet, mit der das zweite Ende 104 des Leiterstreifens 120 elektrisch kontaktiert ist. Der wellen-oder schlangenförmige Bereich 140 des Leiterstreifens 120 bildet auch hier ein Labyrinth in horizontaler Richtung 27 im Kunststoff 122 des ersten Gehäuseteils 31, so dass keine Flüssigkeit entlang dem Leiterstreifen 120 in das Innere des Elektronikgehäuses 30 gelangen kann. Der Leiterstreifen 120 ist auch hier bevorzugt als Stanz-Biegeteil ausgebildet, das vom Kuststoff 122 des ersten Gehäuseteils 31 umspritzt ist.
Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. Auch kann die Ausführung der beiden Gehäuseteile 31, 32 von einer Rechteckform abweichen, und beispielsweise ebenfalls - wie des Motorgehäuse 12 - rund, oder auch oval ausgebildet sein. Der im Kunststoff 122 des ersten Gehäuseteils 31 integrierte Leiterstereifen 120 kann entweder direkt mit der Leiterplatte 88 oder unmittelbar mit dem zweiten Gehäuseteil 32 verbunden sein. Je nach Ausführung der Antriebseinheit 10 kann das Elektronikgehäuse 30 unterschiedliche elektronische Funktionsgruppen, wie die Sensorik 94, 83, die Entstörelemente 52, 54 und die EC-Motoransteuerung 90 aufnehmen, wobei immer mindestens die elektrische Kontaktierung der Spulen 76 realisiert sein muss. Die erfinderische Antriebseinheit 10 eignet sich besonders als Ausführung eines EC-Motors 8 zur Verstellung beweglicher Komponenten oder für Rotationsantriebe im Kraftfahrzeug. Dabei kann ein solcher erfindungsgemäßer Elektromotor 9 besonders günstig im Außenbereich, wie beispielsweise im Motorraum eingesetzt werden, wo er extremen Witterungsbedingungen und Erschütterungen ausgesetzt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012222683 A1 [0002]
DE 102017207165 [0003]

Claims

Elektrische Antriebseinheit (10), insbesondere zum Verstellen beweglicher Teile im Kraftfahrzeug, mit einem Gehäuse (11), aufweisend ein metallenes Motorgehäuse (12), das einen Stator und einen Rotor (20) aufnimmt, und ein sich axial daran anschließendes Elektronikgehäuse (30), das eine Elektronikeinheit (89) aufnimmt, und einen offenen Flansch (22) des Motorgehäuses (12) abschließt, wobei das Elektronikgehäuse (30) ein erstes axiales Gehäuseteil (31) aus Kunststoff (122) aufweist, wobei im Kunststoff (122) mindestens ein Leiterstreifen (120) integriert ist, der eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Motorgehäuse (12) und dem Elektronikgehäuse (30) bildet, um eine Masseverbindung herzustellen, wobei die elektrisch leitende Verbindung mittels einer Schraube (38) hergestellt ist, die durch eine Aufnahme (118) im Flansch (22) hindurch in den Kunststoff (122) eingeschraubt ist.
Elektrische Antriebseinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Leiterstreifen (120) im Kunststoff (122) ein Labyrinth bildet, um ein Eindringen von Medien entlang des Leiterstreifens (120) in das Elektronikgehäuse (30) zu verhindern - wobei insbesondere der Leiterstreifen (120) von dem Kunststoff (122) des ersten Gehäuseteils (31) umspritzt ist.
Elektrische Antriebseinheit (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterstreifen (120) im Kunststoff (122) mäanderförmig oder wellenförmig ausgebildet ist, und sich überwiegend in Axialrichtung (25) oder überwiegend in Radialrichtung (27) erstreckt.
Elektrische Antriebseinheit (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Leiterstreifen (120) an einem Lochbereich (123) ein Loch (124) in Axialrichtung (25) ausgebildet ist, in das die Schraube (38) elektrisch kontaktierend eingedreht ist - wobei die Schraube (38) elektrisch leitend ausgebildet ist.
Elektrische Antriebseinheit (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Leiterstreifen (120) innerhalb des Kunststoffes (122) vollständig axial beabstandet zum Flansch (22) angeordnet ist und diesen nicht berührt, wobei die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Leiterstreifen (120) und dem Flansch (22) ausschließlich über die Schraube (38) erfolgt.
Elektrische Antriebseinheit (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Leiterstreifen (120) axial unmittelbar am Flansch (22) anliegt und durch die Schraube (38) elektrisch leitend gegen den Flansch (22) gepresst ist - wobei sich insbesondere ein Kontaktabschnitt (126) des Leiterstreifens (120) parallel zum Flansch (22) erstreckt.
Elektrische Antriebseinheit (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten axialen Gehäuseteil (31) als Elektronikeinheit (89) eine Leiterplatte (88) angeordnet ist, und der mindestens eine Leiterstreifen (120) die Leiterplatte (88) unmittelbar mit dem Motorgehäuse (12) leitend verbindet - und insbesondere mittels Löten oder Schweißen oder Bonden oder mittels einer Pressfit-Verbindung oder einem Federkontakt mit der Leiterplatte (88) kontaktiert ist.
Elektrische Antriebseinheit (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine axial offene - vom Motorgehäuse (12) abgewandte - Seite (40) des ersten axialen Gehäuseteils (31) von einem zweiten axialen Gehäuseteil (32) aus Metall verschlossen ist, und der mindestens ein Leiterstreifen (120) das Motorgehäuse (12) direkt mit dem zweiten axialen Gehäuseteil (32) leitend verbindet - insbesondere ohne dabei elektrische oder elektronische Bauteile (88, 90) elektrisch zu kontaktieren - und vorzugsweise die Leiterplatte (88) auch mit dem zweiten Gehäuseteil (32) leitend verbunden ist.
Elektrische Antriebseinheit (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterstreifen (120) als Biege-Stanzteil ausgebildet ist, und der Kontaktabschnitt (126) oder der Lochbereich (123) breiter ausgebildet ist, als eine Breite eines mäanderförmigen oder wellenförmigen Bereichs (140) des Leiterstreifens (120).
Elektrische Antriebseinheit (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gewinde (125) der Schraube (38) und insbesondere auch das Loch (124) im Leiterstreifen (120) einen Durchmesser von 1,0 bis 3,0 mm - vorzugsweise etwa 1,5 bis 2,0 mm - aufweist.
Elektrische Antriebseinheit (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (118) als Durchgangsbohrungen (118) im Flansch (22) für die Schrauben (38) ausgebildet sind, die mit einem Schraubkopf (119) am Flansch (22) anliegen und durch die Durchgangsbohrung (118) in den Kunststoff (122) eingeschraubt sind, um das Elektronikgehäuse (30) mechanisch mit dem Motorgehäuse (12) zu verbinden.
Elektrische Antriebseinheit (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste axiale Gehäuseteil (31) einen sich quer zur Rotorwelle (20) erstreckenden Anschluss-Stecker (42) aufweist, und das zweite axiale Gehäuseteil (32) als Gehäusedeckel ausgebildet ist, der aus Aluminium oder als tiefgezogenes Stahlblech hergestellt ist - wobei insbesondere Wärmeleitelemente (28, 29) außen am Gehäusedeckel (32) angeformt sind.
Elektrische Antriebseinheit (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am offenen Flansch (22) des Motorgehäuses (12) eine erste radiale Stufe (108) ausgeformt ist, in die eine zylindrische Umfangswand (23) des ersten Gehäuseteils (31) axial eingreift, die vorzugsweise mittels einem umlaufenden Dichtring (24) gegenüber dem Motorgehäuse (12) abgedichtet ist.
Elektrische Antriebseinheit (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Motorgehäuse (12) elektrische Spulen (76) zum Antrieb des Rotors (62) angeordnet sind, der auf einer Rotorwelle (64) entlang der Rotorachse (20) gelagert ist, und an einem axialen Ende (65) der Rotorwelle (64) ein Signalgeber (83) angeordnet ist, der mit einer Drehlagen-Sensorik (94) der Elektronikeinheit (89) zusammenwirkt, wobei das axiale Ende (65) der Rotorwelle (64) durch ein Lagerschild (50) des Rotors (62) hindurch axial in das Elektronikgehäuse (30) ragt - und insbesondere an der dem Elektronikgehäuse (30) abgewandten Seite des Motorgehäuses (12) eine Durchgangsöffnung (70) ausgebildet ist, durch die ein ein Abtriebselement (74) aufweisendes zweites Ende (63) der Rotorwelle (64) aus dem Motorgehäuse (12) ragt.