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Die Erfindung betrifft eine Motoranordnung mit einem elektrischen Motor, einer elektrischen Steuereinheit zur Steuerung des Motors und einem am Motor befestigten Gehäuse mit einem Aufnahmeraum, in dem die Steuereinheit vor Umgebungseinflüssen geschützt ist.
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Eine solche Motoranordnung ist z.B. aus der
US 9,997,980 B2 bekannt. Der Aufnahmeraum wird hier aus einem Unterteil in Form eines Verbindergehäuses und einem Deckelteil gebildet. Eine Dichtanordnung, umfassend eine Dichtnut und einen in dieser einliegenden Einlegeabschnitt dichtet Deckelteil und Verbindergehäuse gegeneinander ab. Hierzu ist ein Spalt zwischen Dichtnut und Einlegeabschnitt mit einem Dichtmaterial gefüllt.
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Derartige Motoren werden auch in widrigen Umgebungen eingesetzt. Die den Aufnahmeraum schützenden Materialien, also z.B. ein Gehäuse mit Deckel können dabei mit aggressiven Ölen in Verbindung kommen. So wird ein derartiger Motor z.B. dazu eingesetzt, in einem automatischen Getriebe eines Fahrzeugs zu arbeiten. Dabei steht der Motor mit Getriebeöl in Verbindung, welches auch die den Aufnahmeraum schützenden Materialien erreichen kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Verbesserungen hinsichtlich einer Motoranordnung vorzuschlagen.
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Die Aufgabe wird durch eine Motoranordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sowie anderer Erfindungskategorien ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Die Motoranordnung enthält einen elektrischen Motor und eine elektrische Steuereinheit für den Motor, die mit diesem elektrisch verbunden ist. Unter „Steuereinheit“ ist hier jede elektrische / elektronische Schaltung oder Verdrahtung zu verstehen, die zur Beschaltung des Motors dient. Im einfachsten Fall können dies z.B. auch zwei einfache elektrische Leiter sein, an denen z.B. ein Entstörkondensator, eine Verpolschutzdiode oder dergleichen angeschlossen ist. In der Regel wird es sich dabei allerdings um mindestens eine Steuerplatine für den Motor handeln, z.B. zu dessen Drehzahlsteuerung /-regelung oder dergleichen.
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Die Motoranordnung enthält ein Gehäuse, dieses enthält bzw. weist einen Motorabschnitt auf, in oder an dem der Motor angeordnet ist. Das Gehäuse weist auch einen Aufnahmeabschnitt auf. Dieser dient zur Aufnahme der Steuereinheit. Der Aufnahmeabschnitt enthält einen Aufnahmeraum für die Steuereinheit. Die Steuereinheit ist im Aufnahmeraum schützend eingeschlossen. Der Aufnahmeraum ist daher gegenüber dem Motorabschnitt und der Umgebung bzw. einem die Motoranordnung umgebenden Außenraum durch eine dem Gehäuse zugehörige dichte Wandung des Gehäuses abgedichtet. Die Abdichtung erfolgt vollständig umlaufend um den Aufnahmeraum. Insbesondere erfolgt die Abdichtung des Aufnahmeraums in einem ersten Bereich durch die Wandung des Gehäuses, insbesondere in Form eines wannenartigen Unterteils mit mindestens einer Öffnung, und im restlichen zweiten Abschnitt durch einen dicht am Gehäuse bzw. der Wandung angebrachten jeweiligen, die Öffnung verschließenden Deckel, der jedoch keinen Teil der Wandung darstellt. Zwar könnte der Deckel die Wandung in gewisser Weise auch fortsetzen und somit ebenfalls einen „Wandungsabschnitt“ enthalten. Dieser wäre jedoch dann nicht mit Dichtwannen ausgerüstet. Insofern erfolgt hier eine definitionsgemäße Trennung in „Wandung“ und „Deckel“.
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Das Gehäuse weist mindestens eine elektrische Schnittstelle auf. Diese Schnittstelle dient zur elektrischen Verbindung des Aufnahmeraums mit dem bzw. zum Motorabschnitt und/oder dem Außenraum. Die Schnittstelle durchsetzt die Wandung des Gehäuses. Jede der Schnittstellen enthält mindestens einen elektrischen Leiter, der die Wandung durchsetzt. Jeder der betreffenden Leiter steht auch in den Aufnahmeraum vor, d.h. ragt aus der Wandung heraus und in den Aufnahmeraum hinein. Insbesondere führen ansonsten keinerlei Durchbrechungen, Kanäle usw. durch die Wandung. Optional kann mindestens einer der Leiter von einer Ummantelung umgeben sein. Die Ummantelung ist dann wie der Leiter ebenfalls zumindest teilweise in die Wandung aufgenommen, insbesondere durchsetzt die Ummantelung die Wandung.
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Die Wandung weist an ihrer dem Aufnahmeraum zugewandten Innenseite zu jeder der Schnittstellen eine zum Aufnahmeraum hin offene Dichtwanne auf. Die jeweilige Dichtwanne weist einen Boden auf, der zumindest abschnittsweise dem Gehäuse und/oder, falls vorhanden, der Ummantelung zugehört, also eine Oberfläche der betreffenden Komponente ist. Dies bedeutet: Der Boden kann entweder vollständig (ein einziger Abschnitt) dem Gehäuse (also der Wandung) oder vollständig - falls vorhanden - der Ummantelung oder mit jeweiligen Abschnitten beiden Komponenten zugehören. Wobei die Summe aller Abschnitte den gesamten Boden bildet. Es wäre auch denkbar, dass zumindest ein Abschnitt des Bodens durch einen Teil eines Leiters gebildet ist.
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Die Dichtwanne weist außerdem eine zum Aufnahmeraum hin bzw. in diesen hinein vorstehende, den Boden umringende Seitenwand auf, die insbesondere vollständig dem Gehäuse zugehört. Doch auch die Seitenwand kann gegebenenfalls wie der Boden zu Teilen dem Gehäuse und der Ummantelung zugehören. Diese Variante erscheint jedoch in der Praxis eher unwahrscheinlich, da die Schnittstelle zwischen Ummantelung und Gehäuse durch Verguss mit abgedichtet und somit abgedeckt sein soll. Die Seitenwand umringt bzw. umgrenzt den Boden und damit auch sämtliche Leiter der betreffenden Schnittstelle, siehe unten.
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Insbesondere verläuft die Seitenwand in Umfangsrichtung um die Leiter herum nach Art eines Vierecks, insbesondere Rechtecks mit ungleich langen Seiten, mit jeweils abgerundeten Ecken, insbesondere in Form eines jeweiligen Viertelkreises.
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Jeder der Leiter durchsetzt bezüglich einer Innenfläche der Dichtwanne ausschließlich den jeweiligen Boden der zugehörigen Dichtwanne, steht also nur aus diesem vor und ragt von dort aus in den Aufnahmeraum hinein. Die Ausschließlichkeit bezieht sich hier nur auf den Durchtritt durch die Oberfläche bzw. Innenfläche der Dichtwanne. Selbstverständlich kann der Leiter in seinem weiteren Verlauf auch andere Objekte durchsetzen. Sämtliche Leiter sind also von der Seitenwand seitlich beabstandet, befinden sich also freistehend am Boden der Dichtwanne. Sie befinden sich also nicht am Rand, sondern im Inneren des Bodens.
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Die Dichtwanne ist zumindest teilweise, d.h. vom Boden bis zu einer vorgebbaren Füllhöhe, mit einem Dichtmittel verfüllt. Die Füllhöhe muss dabei nicht bis zum oberen Rand der Dichtwanne reichen. Die Verfüllung ist derart, dass der Boden der Dichtwanne vollständig mit Dichtmittel bedeckt ist. Außerdem sind alle elektrischen Leiter und die Seitenwand in einem an den Boden angrenzenden und damit ebenfalls vorgebbaren Höhenabschnitt bis zur Füllhöhe vom Dichtmittel bedeckt. Die in der Dichtwanne freistehenden Leiter sind daher von Dichtmittel umschlossen.
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Der Boden ist also vollständig mit Dichtmittel bedeckt, die Seitenwand und die Leiter sind - vom Boden aus betrachtet - bis auf zumindest einen Teil ihrer Höhe mit Dichtmittel bedeckt. Insbesondere liegt eine gleichmäßige Befüllung der Dichtwanne vor, d.h. deren Oberfläche ist eben. Dies stellt sich insbesondere dann ein, wenn das Dichtmittel bei der Einbringung in die Dichtwanne eine ausreichend kleine Viskosität aufweist, so dass dieses flüssig ist und erst später ausgehärtet wird. Als Dichtmittel wird daher insbesondere ein Kunststoffmaterial mit hoher Temperaturstabilität (insbesondere im weiter unten genannten Temperaturbereich von Getriebeölen usw.) verwendet, dessen niedrige Viskosität es erlaubt durch Kapillareffekte auch in schmale Spalte zwischen Materialien, insbesondere zwischen Gehäuse und Ummantelung einzudringen, und das flexibel ist um Belastungen durch thermischen Schocks zu widerstehen.
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Im gesamten mit Dichtmittel verfüllten Bereich gilt: Die dem Gehäuse zugehörige Innenfläche der Dichtwanne bildet eine erste Dichtfläche. Diese enthält also - je nach Zugehörigkeit zum Gehäuse oder zur Ummantelung. Die gesamte oder einen Teil der Seitenwand und ggf. zusätzlich den gesamten oder einen Teil des Bodens. Die den Leitern und gegebenenfalls der Ummantelung zugehörige Innenfläche der Leiter bildet eine zweite Dichtfläche. Diese umfasst die von Dichtmittel bedeckte Oberfläche der Leiter und gegebenenfalls die von Dichtmittel bedeckte Oberfläche der Ummantelung. Die Vereinigungsmenge der Dichtflächen stellt also den gesamten mit Dichtmittel verfüllten Bereich der Oberflächen / Innenfläche dar.
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Die erste Dichtfläche weist ausschließlich einen ebenen oder runden Verlauf auf. Im gesamten mit Dichtmittel verfüllten - also mit diesem in Berührung stehenden - Bereich der ersten Dichtfläche weist die Innenfläche, also die dem Aufnahmeraum zugewandte Oberfläche, der Dichtwanne bzw. des Gehäuses einen ausschließlich ebenen oder runden Verlauf auf. Die gesamte erste Dichtfläche ist also ohne Knicke, Kanten, Ecken usw. ausgeführt. Diese erste Dichtfläche enthält also nur ebene oder runde (im Sinne von „rund gekrümmte“), insbesondere oval oder kreisförmig gekrümmte Flächenabschnitte (Oval- oder Kreissegmente) auf. Zwischen den jeweiligen Flächenabschnitten bestehen keinerlei Kanten oder Knicke, d.h. die Flächenabschnitte gehen jeweils glatt, also mit gleichen Tangentialebenen ineinander über. Dies gilt in der Dichtwanne also zumindest für diejenigen Flächenbereiche des Gehäuses, die mit einem Dichtmittel in Berührung stehen.
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Außerdem geht die erste Dichtfläche und die zweite Dichtfläche glatt ineinander über. „Glatt“ bedeutet hier „eben oder rund (gekrümmt)“, jedenfalls ohne Knick oder Kante, allenfalls befindet sich ein minimaler Spalt (Kapillarwirkung, siehe unten) zwischen erster und zweiter Dichtfläche, also zwischen Gehäuse und Ummantelung / Leiter. Insbesondere weisen also erste und zweite Dichtfläche an deren Übergang die selben Tangentialebenen auf. Insbesondere sind erste und zweite Dichtfläche am Übergang bzw. in angrenzenden Flächenbereichen beide eben, so dass sich ein durchgehend ebener Flächenübergang zwischen erster und zweiter Dichtfläche ergibt. Erste und zweite Dichtfläche weisen also einen durchgehend glatten, insbesondere ebenen Übergangsbereich zueinander auf. Der Übergang zwischen Ummantelung und Leiter ist dagegen in der Regel schwieriger „rund“ ausführbar. Dieser Übergang ist jedoch bereits durch den Vorgang der Ummantelung dicht genug ausgeführt, um die geforderte Dichtheit aufzuweisen.
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Insbesondere sind alle Rundungen zwischen Boden und Seitenwand konkav bezüglich des Aufnahmeraums ausgeführt. Insbesondere enthalten die Leiter oder sind die Leiter ein elektrisches Leitelement aus einer Kupferlegierung.
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Die glatte Innenfläche bzw. erste Dichtfläche der Dichtwanne, z.B. an Seitenwand und Boden und am Übergang zwischen erster und zweiter Dichtfläche verhindert eine Blasenbildung im Dichtmittel, was zu einer verbesserten Dichtheit des Aufnahmeraums im Bereich der Schnittstellen führt.
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Die optional vorhandene Ummantelung kann einen Leiter alleine oder auch mehrere Leiter gemeinsam einschließen. Alle Ausführungsformen mit Ummantelung gehen davon aus, dass für die geforderte Dichtheit des Aufnahmeraums die Ummantelung hinreichend zum Leiter hin abgedichtet ist. Die Ummantelung ist insbesondere in das Gehäuse eingebettet, insbesondere von diesem umgossen oder umspritzt. Insbesondere durchsetzt auch die Ummantelung die Wandung bzw. das Gehäuse vollständig.
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Leiter und Ummantelung können insbesondere Teil eines Wicklungsanschlusses „Busbar“ des Motors sein, insbesondere z.B. einen Phasenanschluss eines Motors darstellen. Leitelement und Ummantelung können aber auch einen - insbesondere bei mehreren elektrisch voneinander isolierten Leitern in gemeinsamer Ummantelung - einpoligen oder mehrpoligen Anschlusskontakt (z.B. eines Steckers / Buchse) der Motoranordnung darstellen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Dichtfläche an jeder Stelle entweder eben oder weist in den runden Abschnitten eine Krümmung mit einem Krümmungsradius von mindestens 0,5mm auf. Insbesondere beträgt der Mindest-Krümmungsradius 1 mm, insbesondere beträgt der Radius genau 1 mm. Insbesondere weisen alle Krümmungen eine Kreisform mit Radius zwischen 0,5 und 1,5mm, insb. 1 mm auf. Sämtliche Dimensions-, Mengen, Maßangaben etc. verstehen sich vorliegend - wenn nichts anderes angegeben ist - immer mit einer gewissen fachüblich zulässigen Toleranz, die der Fachmann also situationsangepasst nach seinem liquiden Fachwissen wählt, z.B. also 0,5mm +/- 10% für Fertigungstoleranzen. Erlaubte Toleranzen sind hier insbesondere maximal 20%, maximal 15%, maximal 10%, maximal 5%, maximal 3%, maximal 2% maximal 1 %, maximal 0,1%.
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Derartige Krümmungsradien ergeben in Verbindung mit entsprechenden Dichtmitteln besonders gute Abdichtungs-Ergebnisse.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dichtwanne bis zu einem vom Boden beabstandeten Höhenabschnitt bzw. einer entsprechenden Füllhöhe von mindestens 1,5mm mit Dichtmittel verfüllt. Insbesondere beträgt die Füllhöhe mindestens oder genau 2mm. Eine derartige Höhe an Dichtmittel (also vom Boden bis zur Oberfläche des Dichtmittels) führt zu einer ausreichenden Abdichtung der (metallischen) Leiter bzw. Ummantelung und andererseits zu einer ausreichenden Oberfläche in Form der ersten und zweiten Dichtfläche, um die gewünschte Dichtigkeit zu erhalten. Bei einer derartigen Füllhöhe ergibt sich eine besonders zuverlässige Abdichtung der Leiter innerhalb der Dichtwanne.
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In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt ein seitlicher Abstand zwischen jedem der Leiter und der jeweils umgebenden Seitenwand mindestens 1,5mm beträgt. Der Abstand beträgt insbesondere mindestens 2mm oder auch lotrecht zur Seitenwand hin genau 2mm (mit Ausnahme einer Ausbuchtung, siehe unten). Bei derartigen Abständen kann das Dichtmittel (insbesondere in Verbindung mit der vorzugsweise gewählten Viskosität) ausreichend gut zwischen Seitenwand und Leitern fließen, um sich gut auf den Dichtflächen zu verteilen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Seitenwand mindestens eine seitliche - also von den Leiter wegführende - Ausbuchtung auf. Insbesondere gilt dies, wenn ansonsten um die Leiter umlaufend überall der o.g. konstante Abstandswert zwischen Leitern und Seitenwand eingehalten ist (gemeint ist insbesondere: zumindest auf in Umfangsrichtung gerade verlaufenden Seitenwandabschnitten; gerundete „Ecken“ der Seitenwand ausgenommen). Insbesondere ist für jede der Dichtwannen genau eine Ausbuchtung vorgesehen. Die Ausbuchtung wird insbesondere für Dichtwannen für Schnittstellen mit einem oder mit zwei oder mit drei Leitern vorgesehen. Die Ausbuchtung bietet Platz für zusätzliches Dichtmittel und/oder für das statische Platzieren einer Dosiereinrichtung für das Dichtmittel, zum Beispiel einer Dosiernadel zum und beim Befüllen der Dichtwanne. Die Ausbuchtung erhöht dabei die Menge des Dichtmittels, welches in die Dichtwanne eindosiert wird, was zu mehr Prozessstabilität führt, da Toleranzen in der eingefüllten Dichtmittelmenge hinsichtlich der gewünschten Füllhöhe besser kompensiert werden. Denn bei erhöhtem Füllvolumen (dank der Ausbuchtung gegenüber einer Dichtwanne ohne Ausbuchtung) schwankt die Füllhöhe weniger stark bei den gleichen Toleranzen in der Füllmenge. Alternativ oder zusätzlich könnten auch die Seitenwände der Dichtwanne schräg (konisch) nach außen verlaufen; dabei nimmt dann die Oberfläche mit der Füllhöhe zu und die Dosierung auf eine bestimmte Füllhöhe wird ebenfalls bzw. zusätzlich erleichtert.
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Insbesondere befindet sich die Ausbuchtung bei den oben genannten Vierecken in einer gerade verlaufenden Seite, insbesondere in einer längeren Seite eines Rechtecks mit ungleichen Seitenlängen.
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Auch bei Vorhandensein einer Ausbuchtung wird diese zusammen mit der restlichen Dichtwanne bestimmungsgemäß mit Dichtmittel verfüllt, das heißt bis zu einer bestimmungsgemäßen Füllhöhe. Die Ausbuchtung ist daher keinesfalls ein Reserveraum für mehr oder weniger eingebrachtes Dichtmittel in dem Sinne, dass nur eventuell überschüssiges Dichtmittel in die Ausbuchtung eindringt. Vielmehr vergrößert die Ausbuchtung das Volumen der gesamten Dichtwanne, sodass auch das bestimmungsgemäß einzuführende Dichtmittelvolumen steigt. Bei Schwankungen in der tatsächlich ein gefüllten Dichtmittel Menge ergibt sich somit eine vergleichsweise weniger schwankende Füllhöhe als ohne Ausbuchtung. Dies gilt insbesondere für Schwankungen im Milliliter-Bereich, nicht unbedingt im Prozentbereich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Seitenwand oder zumindest der zum Gehäuse gehörende Teil dieser und gegebenenfalls auch der Boden oder dessen zum Gehäuse gehörender Teil einstückig mit dem Wandungsteil des Gehäuses, insbesondere dem restlichen Gehäuse ausgeführt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest die Wandung aus einem Polyphthalamid-Material gefertigt. Insbesondere ist das gesamte Gehäuse, z.B. außer dem oben genannten Deckel aus diesem Material gefertigt. Das Material ist insbesondere glasfaserverstärkt, insbesondere mit einem Gewichtsanteil von 20% bis 40%, insbesondere von 30% bis 33% Glasfasern. Das entsprechende Material ist besonders widerstandsfähig gegen die oben genannten aggressiven Öle und weist außerdem einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der (mit ausreichender Toleranz) demjenigen von Aluminium entspricht (insbesondere Fertigungsmaterial für den Deckel).
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In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Dichtmittel aus einem Polyacrylat-Material. „Besteht“ ist dabei so zu verstehen, dass für Dichtmittel fach- bzw. handelsübliche Zusätze zu Polyacrylat im Material enthalten sein können. Das entsprechende Material ist insbesondere das Produkt „Loctite AA 5831 M“ oder vergleichbare Konkurrenzprodukte. Derartige Dichtungen werden vorliegend insbesondere in einer Atmosphäre mit Luftfeuchtigkeit von max. 70% und/oder bei einer Temperatur von 40°C und/oder bei einer Temperatur unter 65 °C ausgehärtet. So wird vermieden, dass in dem Material enthaltenes Methanol zu kochen beginnt, was zu einer nachteiligen Blasenbildung im Dichtmittel führen könnte. Somit ergeben sich besonders hochwertige Dichtungen aus dem betreffenden Dichtmittel. Das entsprechende Dichtmittel ist flexibel genug um jede Bewegung, die durch thermischen Stress oder Vibrationen (NVH - Noise Vibration Harshness) erzeugt wird, zu absorbieren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform enthält mindestens einer der elektrischen Leiter eine diesen vollständig umlaufende Ummantelung und zumindest ein Teil der Ummantelung rings um den Leiter bildet einen Teilabschnitt des Bodens, der die Ummantelung umlaufend begrenzt. So kann der Übergang zwischen erstem und zweitem Dichtbereich besonders einfach und zuverlässig glatt ausgeführt werden.
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In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist der Teilabschnitt des Bodens eben. So bildet eine Ebene den Übergang zwischen erstem und zweitem Dichtbereich. Die Grenze des ersten Dichtbereiches kann dann in besonders einfacher Weise ebenfalls mit einer einzigen selben Tangentialebene wie der Teilabschnitt ausgeführt werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 10 zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Motoranordnung. Bei dem Verfahren wird die Dichtwanne mit dem Dichtmittel befüllt und das Dichtmittel anschließend ausgehärtet.
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Das Verfahren und zumindest ein Teil dessen möglicher Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Motoranordnung erläutert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Dichtwanne dadurch mit Dichtmittel befüllt, dass eine Dosiereinrichtung entlang der Seitenwand um alle, also den oder die Leiter der Schnittstelle herumgeführt wird und dabei das Dichtmittel aus der Dosiereinrichtung abgegeben wird. Die Dosiereinrichtung ist insbesondere eine Dosiernadel; insbesondere wird diese also nicht zwischen Leitern hindurchgeführt. So ergibt sich eine besonders einfache Bewegung für die Dosiernadel. Durch die Bewegung ergibt sich eine gleichmäßige Dosierung des Dichtmittels in der gesamten Dichtwanne.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird insbesondere alternativ zur eben genannten Ausführungsform (Herumführen der Dosiereinrichtung um die Leiter) durchgeführt. Diese Ausführungsform des Verfahrens bezieht sich auf eine Motoranordnung in der Ausführungsform mit der oben genannten Ausbuchtung. Bei dieser Ausführungsform wird die Dichtwanne dadurch befüllt, dass eine Dosiereinrichtung in die Ausbuchtung eingeführt wird und das Dichtmittel dort bei ruhender Dosiereinrichtung in die Dichtwanne gefüllt wird. Auch hier ist die Dosiereinrichtung insbesondere eine Dosiernadel. Diese Vorgehensweise bietet den Vorteil, dass die Dosiernadel in die - im Vergleich zum Spalt zwischen Leitern und Seitenwand große - Ausbuchtung besonders einfach eingeführt bzw. eingesetzt werden kann. Denn insbesondere wird die Ausbuchtung oft mit einer Schnittstelle mit vergleichsweise wenig Leitern (insbesondere ein einziger oder höchstens zwei oder höchstens drei) vorgesehen, bei der die Dichtwanne ansonsten - ohne Ausbuchtung - vergleichsweise klein ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird die zumindest teilweise Aushärtung des Dichtmittels vermittels Bestrahlung mit ultraviolettem Licht durchgeführt. Dabei wird das Licht nacheinander aus mindestens zwei unterschiedlichen Raumrichtungen auf das Dichtmittel gerichtet. Dies verhindert Abschattungen, zum Beispiel durch aus dem Dichtmittel hervorstehende Leiter oder die Seitenwände. Insbesondere unterscheiden sich die Raumrichtungen um 90°. Mit anderen Worten wird also entweder bei festgehaltener Motoranordnung die Lichtquelle verschwenkt und/oder bei festgehaltener Lichtquelle wird die Motoranordnung um einen bestimmten Drehwinkel gedreht, verkippt usw. Die Lichtquelle ist dabei insbesondere schräg in die Öffnung der Dichtwanne einstrahlend platziert. Insbesondere falls die UV-Aushärtung nur zu einer Teilaushärtung des Dichtmittels führt, kann eine Nachaushärtung erfolgen, in dem das Dichtmittel einer Atmosphäre mit bestimmter Luftfeuchtigkeit, insbesondere maximal 70%, ausgesetzt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird vor dem Einbringen des Dichtmittels in die Dichtwanne diese zumindest in dem Bereich, der mit Dichtmittel in Berührung kommt, also der ersten und zweiten Dichtfläche, mit Hilfe eines Plasmas gereinigt und/oder für das Dichtmittel aktiviert (Kunststoff, insbesondere die gesamten Dichtflächen, auch die Leiter). Dabei wird Plasma mit einer Oberflächenenergie von mindestens 30 mN/m, insbesondere mindestens 36mN/m insbesondere mindestens 40mN/m, insbesondere mindestens 58 mN/m angewendet. Insbesondere in Verbindung mit den oben genannten Materialien führt die Plasmabehandlung zu einer besonders hochwertigen Dichtwirkung. Optional wird zusätzlich eine Laser-Reinigung der Leiter (insbesondere Kupferlegierung) vorgenommen. Dadurch wird die Anhaftung des Dichtmittels am Gehäuse, an der Ummantelung (falls vorhanden) und am Leiter verbessert. Die Plasma-Behandlung verhindert Lücken zwischen dem Material von Gehäuse, Ummantelung, Leiter einerseits und dem Dichtmittel andererseits.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens geht von einer Motoranordnung mit Leiter und Ummantelung, wie oben beschrieben, aus. Gemäß dieser Ausführungsform des Verfahrens wird mindestens einer der Leiter vor dem Einbringen in die Wandung mit einer Ummantelung ummantelt. So wird also ein bereits ummanteltes Leitelement in die Wandung eingebracht, insbesondere mit Gehäusematerial umgossen bzw. umspritzt.
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Die Erfindung geht insbesondere von einer Anwendung der Motoranordnung aus, bei der sich diese innerhalb eines Getriebegehäuses befindet. Dabei gelangt sie in Kontakt mit Automatikgetriebeöl, z.B. dem Produkt „Shell ATF 818“. Die Motoranordnung kann dabei Umgebungstemperaturen von -40°C bis 150°C ausgesetzt sein, z.B. in Form der Ölsu mpftem peratu r.
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Die Erfindung geht insbesondere von folgender Motoranordnung aus (insbesondere Gesamtkombination, aber Unterkombinationen der Einzelaspekte sind möglich): der Aufnahmeraum weist ein Volumen von 25 Kubikzentimetern auf, das Gehäusematerial (Wandung oder ganzes Gehäuse) ist PPA GF 33 und das Material des Dichtmittels ist Polyacrylat. Der Aufnahmeraum bzw. dessen Wandung weisen allenfalls Durchführungen für die elektrischen Leiter in Form elektrischer Anschlussterminals auf, die in das Gehäuse eingegossen sind. Diese dienen z.B. der Leistungsversorgung und/oder der Kommunikation (elektrische Signale) des Aufnahmeraums als „Trockenraum“ mit einem „Nassraum“, also dem Motorabschnitt bzw. der Umgebung / Außenraum. Das Kunststoffmaterial für das Gehäuse (z.B. PPA GF 30) ist ein Hochleistungskunststoff, welcher eine hohe thermische Stabilität sicherstellt, speziell bei hohen Temperaturen. Der Kunststoff anstelle von Aluminium kann insbesondere auch einen Stator des Motors einkapseln (Stator im Gehäuse vergossen). So kann durch Umgießen des Stators das Gehäuse besonders effektiv am Motor befestigt werden.
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Ein Leiter- bzw. Kontaktmaterial in Form einer Kupferlegierung weist besonders gute elektrische Leistungsfähigkeit auf.
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Die Motoranordnung soll insbesondere nach den im Automotive üblichen Standards getestet werden.
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Gemäß der Erfindung ergibt sich insbesondere die ausreichende Abdichtung zwischen Unterteil und Deckel bei den oben genannten Randbedingungen.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die meiste Ursache für Blasen im Dichtmittel Methanol ist, das bei der Aushärtung des Dichtmittels entsteht. Die Methanolblasen sollen verhindert werden, das Methanol soll beim Aushärten entweichen können. Bevorzugt wird eine Aushärtung des Dichtmittels bei ca. 40°C / 70% relativer Luftfeuchtigkeit durchgeführt, um die Aushärtung zu verbessern. Anschließend wird bei erhöhter Temperatur (z.B. 60°C in trockener Luft) das Abtrocknen des Methanols verbessert.
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Die Erfindung beruht auf der Überlegung, ein Dichtmittel mit vergleichsweise ausreichend hoher Viskosität im Bereich zwischen 2000mPas und 8000mPas, insbesondere zwischen 2500mPas und 7000mPas zu verwenden; gleichsam ist das Dichtmittel flexibel genug, um Materialstress aufgrund von thermischen Schocks aufzufangen. Durch den Reinigungs- / Plasmaprozess werden Reste aus den vorherigen Fertigungsprozessen entfernt und die Oberfläche der Materialien (Unterteil und Deckel) aktiviert.
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Die ebene und/oder runde Form bzw. die entsprechende Krümmung der ersten Dichtfläche erleichtert die Dosierung des flüssigen Dichtmittels und verhindert durch den vollständigen Verzicht auf Kanten etc. die Bildung von Luftblasen an solchen Kanten usw. während der Dosierung.
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Das Gehäuse, zumindest die Wandung ist vorzugsweise aus einem Polyphthalamid-Material gefertigt. Insbesondere ist das gesamte Gehäuse aus diesem Material gefertigt. Das Material ist insbesondere glasfaserverstärkt, insbesondere mit einem Gewichtsanteil von 20% bis 40%, insbesondere von 30% bis 33% Glasfasern. Das entsprechende Material ist besonders widerstandsfähig gegen die oben genannten aggressiven Öle.
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Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
- 1 eine stark schematisierte erfindungsgemäße Motoranordnung im Seitenschnitt,
- 2 eine Dichtwanne aus 1 schematisch im Detail,
- 3 einen Ausschnitt eines konkreten Aufnahmeraums einer Motoranordnung gemäß 1 mit einem mehrpoligen Anschlussverbinder in einer perspektivischen Schrägansicht,
- 4 einen alternativen Ausschnitt des Aufnahmeraums aus 2 mit einpoligen Phasendurchführungen.
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1 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung eine erfindungsgemäße Motoranordnung 2. Diese enthält einen elektrischen Motor 4 und eine elektrische Steuereinheit 6 zur Steuerung des Motors 4, hier eine Motor Control Unit MCU in Platinenform. Die Motoranordnung 2 ist insgesamt in einem hier vollständig einstückig ausgeführten Gehäuse 8 untergebracht bzw. weist ein solches auf. Im Beispiel besteht das Gehäuse aus Polyphthalamid. Das Gehäuse 8 enthält einen Motorabschnitt 10, in dem der Motor 4 untergebracht ist, sowie einen Aufnahmeabschnitt 12 mit einem Aufnahmeraum 14 für die Steuereinheit 6. Der Aufnahmeraum 14 ist gegenüber dem Motorabschnitt 10 sowie im Außenraum 16 bzw. der Umgebung der Motoranordnung 2 abgedichtet. Im Außenraum 16 befindet sich hier nicht dargestelltes Getriebeöl. In der Figur ist der Motor 4 nur schematisch mit einer Wicklung im Gehäuse 8 und einem im Gehäuse 8 drehbaren Rotor angedeutet.
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Der Aufnahmeabschnitt 12 enthält eine Wandung 18, die den Aufnahmeraum 14 so weit umgrenzt, dass lediglich eine Öffnung 20 frei bleibt, durch welche bei der Montage der Motoranordnung 2 die Steuereinheit 6 in den Aufnahmeraum 14 eingebracht wird. Am Aufnahmeabschnitt 12 ist ein nicht zum Gehäuse 8 gehörender Deckel 22 der Motoranordnung 2 vorgesehen, im Beispiel aus Aluminium, der die Öffnung 20 entlang einer gedachten Randlinie 24 mit Hilfe einer hier nur angedeuteten Dichtanordnung dicht verschließt und auf die Wandung 18 aufsetzbar sowie von dieser abnehmbar ist, um zum Beispiel Servicearbeiten an der Steuereinheit 6 durchzuführen. Die Randlinie 24 umläuft bzw. umringt die gesamte Öffnung 20 und deutet auch symbolisch die nicht näher erläuterte Dichtanordnung an, welche z.B. eine Dichtnut und eine darin einliegende Dichtlippe und ein, einen Spalt zwischen diesen abdichtendes Dichtmittel umfasst.
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Die Wandung 18 dichtet also, zusammen mit dem Deckel 22 und der Dichtanordnung, den Aufnahmeraum 14 gegenüber dem Motorabschnitt 10 und dem Außenraum 16 ab.
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Das Gehäuse 8, hier dessen Wandung 18 weist eine erste elektrische Schnittstelle 26a zum Motorabschnitt 10 und eine zweite elektrische Schnittstelle 26b zum Außenraum 16 hin auf. Die ein- oder mehrpoligen elektrischen Schnittstellen 26a,b sind jeweils Teil entsprechender elektrischer Leitungen 27a,b, die z.B. elektrische Leistungs- oder Signalleitungen sein bzw. beinhalten können.
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Die Wandung 18 weist eine dem Aufnahmeraum 14 zugewandte Innenseite 28 auf. Zu jeder der Schnittstellen 26a,b ist an der Wandung 18 bzw. deren Innenseite 28 eine zum Aufnahmeraum 14 hin offene Dichtwanne 30a,b vorgesehen.
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2 zeigt in Zusammenschau mit 1 exemplarisch und stellvertretend in einer schematisierten Darstellung die Schnittstelle 26a im Detail.
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Jede der Dichtwannen 30a,b weist einen Boden 32 und eine Seitenwand 34 auf. Jede der Dichtwannen 30a,b weist die Höhenrichtung 36 auf, in welcher die Seitenwand 34 zumindest tendenziell (Richtungskomponente) vom sonstigen Gehäuse 8 in den Aufnahmeraum 14 hinein hervorsteht. Jede der Dichtwannen 30a,b ist in der Höhenrichtung 36 zumindest teilweise, im Beispiel zu etwa dreiviertel, bestimmungsgemäß bis zu einer Füllhöhe 48 mit einem Dichtmittel 38 (gestrichelt angedeutet) verfüllt.
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Die elektrische Leitung 27a,b enthält als Teil der Schnittstelle 26a,b einen jeweiligen elektrischen Leiter 40a,b, hier einen Kontaktpin, der durch einen nicht näher dargestellten Gegenkontakt 42a,b kontaktiert ist, um die elektrische Leitung 27a,b in den Aufnahmeraum 14 hinein fortzusetzen. Im Beispiel ist der Leiter 40a,b als mechanisch stabiler Kontaktpin einer Steckverbindung ausgeführt. Der Leiter 40a,b ist als jeweiliger Teil der Leitung 27a,b durch die Wandung 18 bzw. das Gehäuse 8 vollständig hindurch geführt wird von dort in nur symbolisch angedeuteter Weise als Leitung 27a,b weitergeführt, zum Beispiel - nicht dargestellt - über eine weitere, Steckverbindung und ein weiterführendes elektrisches Kabel. Der jeweilige Leiter 40a,b durchsetzt also jeweils (egal, ob einstückig oder mehrstückig) die Wandung 18 und steht in den Aufnahmeraum 14 vor, hier ebenfalls in Höhenrichtung36, also parallel zur Seitenwand 34. Die Leiter 40a,b durchsetzen jeweils ausschließlich den Boden 32 der Dichtwanne 30a,b, stehen aus diesem hervor und ragen in den Aufnahmeraum 14 hinein.
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Die Dichtwanne 30a,b ist mit dem Dichtmittel 38 derart verfüllt, dass der Boden 32 vollständig bedeckt ist. Der elektrische Leiter 40a,b und die Seitenwand 34 sind in einem an den Boden 32 angrenzenden vorgebbaren Höhenabschnitt 44 von hier 2mm Höhe vom Dichtmittel 38 bis zur Füllhöhe 48 bedeckt.
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Der jeweils mit Dichtmittel 38 verfüllte, das heißt mit diesem in Berührung stehende Flächenbereich einer Innenfläche 45 der Dichtwanne 30a,b, der zum Gehäuse 8 gehört stellt eine jeweilige erste Dichtfläche 46a dar, was in 2 durch eine Schraffierung angedeutet ist. Die Dichtfläche 46 beinhaltet damit sowohl Abschnitte des Bodens 32 und der Seitenwand 34.
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Der Leiter 40a,b ist jeweils mit einer diesen vollständig umlaufenden Ummantelung 52 in das Gehäuse 8 bzw. die Wandung 18 eingebracht.
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Die mit Dichtmittel 38 in Berührung stehende Innenfläche 45 der Dichtwanne 30a,b, die zur Ummantelung 52 und den Leitern 40a,b gehört, bildet eine jeweilige zweite Dichtfläche 46b, in 2 durch eine alternative Schraffierung angedeutet.
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2 deutet schematisch an, dass eine Aushärtung des eingefüllten Dichtmittels 38 mittels ultraviolettem Licht 64 erfolgt, das zunächst aus einer ersten Richtung bzw. Raumrichtung 60a (durch einen Pfeil veranschaulicht) schräg von oben in die Dichtwanne 30a angestrahlt wird. Sodann wird die eine entsprechende Lichtquelle oder in einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform die Dichtwanne 30a um die Drehachse 62 um hier 180° rotiert, und das Licht 64 fortan aus der zweiten Raumrichtung 60b eingestrahlt. Ein alternativer, hier nicht dargestellter Drehwinkel beträgt dabei 90°.
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Die 1 und 2 dienen der Veranschaulichung der Flächenzugehörigkeiten usw., und zur prinzipiellen Formerläuterung der Dichtwannen 30a,b.
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Die 3 und 4 zeigen eine konkrete bzw. realistische Ausführungsform eines Aufnahmeraumes 14, jedoch ohne die Steuereinheit 6. Sie zeigen alternative Ansichten des Aufnahmeraums 14, welcher durch die Wandung 18 des Gehäuses 8 teilweise umgrenzt ist. Ein nicht dargestellter Deckel 22 ist abgenommen. Der Deckel 22 würde die Wandung 18 bzw. den Aufnahmeraum 14 entlang einer Randlinie 24 abdichten, die hier exemplarisch am äußeren Rand einer nicht näher erläuterten Dichtnut verläuft.
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3 zeigt eine erfindungsgemäße Schnittstelle 26a mit drei elektrischen Leitern 40a-c, die gemeinsam, jedoch elektrisch voneinander isoliert, von einer elektrisch isolierenden Ummantelung 52 jeweils vollständig umgeben sind. Die Ummantelung 52 ist in der 3 und 4 jeweils schraffiert dargestellt. Die Schnittstelle 26a enthält eine Dichtwanne 30a. Die Dichtwanne 30a ist nahezu vollständig, d.h. bis zu einer Höhenlinie 48 mit einem der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten Dichtmittel 38 verfüllt. Die erste Dichtfläche 46a ist der dem Gehäuse 8 zugehörige Bereich der Innenfläche 45 der Dichtwanne 30a. Die Dichtfläche 46a erstreckt sich daher die Seitenwand 34 abwärts von der Höhenlinie 48 bis zum schraffierten Bereich der Ummantelung 52. Die zweite Dichtfläche 46b ist der im Gegensatz hierzu nicht dem Gehäuse 8, sondern der Ummantelung 52 und den Leitern 40a-c zugehörige Bereich der Innenfläche 45.
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In 3 ist zu erkennen, dass die gesamte erste Dichtfläche 46a ausschließlich einen ebenen oder runden (also rund gekrümmten) Verlauf ohne Ecken, Knicke oder Kanten aufweist. Die erste Dichtfläche 46a und die zweite Dichtfläche 46b gehen außerdem glatt, d.h. mit gleichen Tangentialebenen ineinander über, da die Seitenwand 34 ausschließlich eben auf Höhe des Bodens 32 endet oder der dem Gehäuse 8 zugehörende Boden 32 eben ausgeführt ist. Im Ergebnis ergibt sich von der Höhenlinie 48 bis in die Ummantelung 52 hinein, also über die erste Dichtfläche 46a hinweg bis in die zweite Dichtfläche 46b hinein eine vollständig glatte Anlagefläche für das Dichtmittel 38 ohne Knicke, Kanten, Ecken usw.
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Es verbleibt allenfalls ein minimaler Spalt im Bereich zwischen Gehäuse 8 und Ummantelung 52, der jedoch durch Kapillareffekte mit Dichtmittels 38 zumindest teilweise gefüllt wird, was zu einer entsprechend ausreichenden Abdichtung des Aufnahmeraums 14 führt. Knicke bzw. Kanten an der Innenfläche 45 treten erst am Rand des Bodens 32 beim Übergang zu den Leitern 40a-c und an der Oberfläche der Leiter 40a-c selbst auf. Die Erfindung geht jedoch hierbei davon aus, dass die gemeinsame Anordnung aus Leitern 40a-c einschließlich ihrer Ummantelung 52 ausreichend dicht ausgeführt ist, so dass hier keine Dichtheitseinbußen hinsichtlich des Aufnahmeraums 14 zu erwarten sind.
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3 zeigt auch einen Abschnitt einer weiteren Schnittstelle 26b im Aufnahmeraum 14, welche im Zusammenhang mit 4 erläutert wird.
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4 zeigt einen alternativen Ausschnitt des Aufnahmeraums 14 bzw. der Motoranordnung 2 aus 3.
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4 zeigt insgesamt vier Schnittstellen 26b-e. Die Ausführungen zu 3 gelten sinngemäß auch für 4 mit folgenden Ausnahmen: jede der Schnittstellen 26b-e enthält lediglich einen einzigen Leiter 40d-g, der jedoch auch jeweils von einer Ummantelung 52 vollständig umgeben ist. Auch hier sind die Ummantelungen 52 wieder schraffiert dargestellt. In der Motoranordnung 2 sind die jeweils mit drei Kontaktpins ausgeführten Leiter 40e-g Phasenanschlüsse des Motors 4, welche zur Steuereinheit 6 geführt werden. Der mit einem Kontaktpin ausgeführte Leiter 40c stellt eine zusätzliche elektrische Verbindung dar.
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Im Unterschied zu 3 weisen hier die jeweiligen Seitenwände 34 eine jeweilige seitliche Ausbuchtung 54 auf. Auch hier sind die Dichtwannen 30b-e wieder bis zur Höhenlinie 48 mit nicht dargestelltem (daher in Klammern bezeichnet) Dichtmittel 38 verfüllt. Die ersten Dichtflächen 46a erstrecken sich jeweils wieder von den Höhenlinien 48 abwärts bis zu der jeweiligen Ummantelung 52 und schließen hier auch die Innenflächen 45 der Ausbuchtungen 54 mit ein. Die zweiten Dichtflächen 46b werden jeweils wieder durch die Innenflächen 45 der Ummantelungen 52 und der Leiter 40b-e gebildet.
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Auch hier sind in allen Schnittstellen 26b-e die jeweiligen Übergänge zwischen ersten Dichtflächen 46a und zweiten Dichtflächen 46b glatt ausgeführt. Insbesondere ist dies gut an den jeweiligen Abschnitten der ebenen Böden 32 zu erkennen, welche als Teil der ersten Dichtflächen 46a dem Gehäuse 8 zugehören und in die jeweilige Ausbuchtung 54 hineinragen. Diese werden eben durch anschließende Teilabschnitte 56 des Bodens 32 fortgesetzt bzw. gehen eben in diese über. Die Teilabschnitte 56 gehören dabei der Ummantelung 52 und damit der zweiten Dichtfläche 46b an.
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Die in 3 und 4 beispielhaft eingezeichneten Krümmungsradien R der meist viertelkreisförmigen oder einer achtel Kugeloberfläche entsprechenden runden Flächenabschnitte der ersten Dichtflächen 46a betragen im Beispiel jeweils 1mm. Die Füllhöhe 48 beträgt in Bezug auf den Boden 32 jeweils 2 mm. Ein Abstand A zwischen den Leitern40a-g und den Seitenwänden 34 - lotrecht auf diese gemessen, beträgt jeweils 2 mm.
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4 zeigt auch symbolisch eine Dosiereinrichtung 58 in Form einer Nadel, die statisch in die Ausbuchtung 54 eingeführt ist und dort ruht, zumindest solange sie Dichtmittel 38 abgibt, um die jeweilige Dichtwanne 30a-e zu befüllen.
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Die 3 und 4 verdeutlichen, dass die Seitenwand 34 jeweils in Umfangsrichtung um die Leiter 40a-g herum nach Art eines Rechtecks mit ungleich langen Seiten und mit als Viertelkreis abgerundeten Ecken verläuft. In 4 befindet sich die Ausbuchtung 54 jeweils innerhalb bzw. in einer der beiden gerade verlaufenden längeren Seitenwände, also einer jeweiligen längeren Seite des Rechtecks.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Motoranordnung
- 4
- Motor
- 6
- Steuereinheit
- 8
- Gehäuse
- 10
- Motorabschnitt
- 12
- Aufnahmeabschnitt
- 14
- Aufnahmeraum
- 16
- Außenraum
- 18
- Wandung
- 20
- Öffnung
- 22
- Deckel
- 24
- Randlinie
- 26a-e
- Schnittstelle
- 27a,b
- elektrische Leitung
- 28
- Innenseite
- 30a-e
- Dichtwanne
- 32
- Boden
- 34
- Seitenwand
- 36
- Höhenrichtung
- 38
- Dichtmittel
- 40a-g
- Leiter
- 42a,b
- Gegenkontakt
- 44
- Höhenabschnitt
- 45
- Innenfläche
- 46a
- erste Dichtfläche
- 46b
- zweite Dichtfläche
- 48
- Füllhöhe
- 52
- Ummantelung
- 54
- Ausbuchtung
- 56
- Teilabschnitt
- 58
- Dosiereinrichtung
- 60a,b
- Raumrichtung
- 62
- Drehachse
- 64
- Licht
- R
- Krümmungsradius
- A
- Abstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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