DE102021214753A1

DE102021214753A1 - Aktuatorvorrichtung

Info

Publication number: DE102021214753A1
Application number: DE102021214753.4A
Authority: DE
Inventors: Martin Steinau; Andreas Schulze; Patrick Hinze
Original assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2021-12-21
Filing date: 2021-12-21
Publication date: 2023-06-22
Also published as: WO2023117780A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aktuatorvorrichtung (10) mit einem Elektronikmodul (20) und einer Motorbaugruppe (30), die miteinander in Kontakt stehen. Das Elektronikmodul (20) umfasst eine Leiterplatte (60) mit einer elektrischen Schaltungsanordnung (70), einer Steckervorrichtung (90) und wenigstens einem Kontaktierungselement (140) zum elektrischen Kontakt mit der Motorbaugruppe (30). Die Motorbaugruppe (30) besteht aus einem Motorgehäuse (180), einem Stator (190), einem Rotor (200), einer Welle (210) sowie vom Stator (190) ausgehenden Kontaktelementen (160) zum elektronischen Kontakt mit dem Elektronikmodul (20). Das Elektronikmodul (20) weist auf der dem Motorbaugruppe (30) abgewandten Seite einen Moldgehäuse (100) auf, welches die Schaltungsanordnung (70) stoffschlüssig umgibt und in welchem die Steckervorrichtung (90) angeordnet ist. Das Motorgehäuse (180) ist an seiner dem Elektronikmodul (20) abgewandten Seite mit einer Platte (40) versehen, die an das Motorgehäuse (180) angeflanscht ist und auf der dem Elektronikmodul (20) zugewandten Seite wenigstens eine Öffnung (240) im Motorgehäuse (180) vorgesehen ist, wobei das Elektronikmodul (20) und die Motorbaugruppe (30) mechanisch verbunden sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aktuatorvorrichtung mit einem Elektronikmodul und einer Motorbaugruppe, die miteinander in Kontakt stehen. Das Elektronikmodul umfasst eine Leiterplatte mit einer elektrischen Schaltungsanordnung, eine Steckervorrichtung und Kontaktierungselemente zum elektrischen Kontakt mit der Motorbaugruppe.
Derartige Aktuatorvorrichtungen werden mit verschiedenen Aufbaukonzepten hergestellt. Die meisten davon bestehen aus einem BLDC-Motor, der über die Motorphasendrähte mit einer Elektronik verbunden ist. Dies geschieht in der Regel über Krimpen, Press-fit-, bzw. Schneid-Klemm-Kontakte. Die Elektronik ist dabei mit einem zusätzlichen Dichtelement, zum Beispiel Lagerschild/Dichtung, vom Motorraum getrennt, damit das Eindringen von Medien aus dem Motorraum in den Elektronikraum verhindert wird. Um die Wärmeabfuhr sicherzustellen, ist die Elektronik mit einem Wärmeleitmaterial auf einer Metallplatte verklebt. Das Wärmeleitmaterial hat in der Regel keine mechanische Funktion oder Dichtwirkung. Das Abdichten von Motorraum zu Elektronikraum ausschließlich mit der Leiterplatte ist ebenfalls nicht möglich, da die Leiterplatte keine ausreichende mechanische Stabilität hat, um den Gehäuseabschluss zum Motorraum zu bilden. Die Elektronik befindet sich daher beim Stand der Technik teilweise in einem separaten Gehäuse, welches über eine Steckverbindung mit dem Motor kontaktiert ist. Um eine zusätzliche Wärmeabfuhr sicherzustellen, werden häufig wärmeleitfähig Materialien auf die Oberseite der Elektronikkomponenten aufgebracht, welche eine thermische Verbindung zum Gehäuse herstellen, sogenannte Gap-Filler. Der Elektronikraum wird dann mit einem Deckel, der mechanisch mit dem Motorgehäuse befestigt wird, abgedichtet, zum Beispiel mittels Laserschweißen, Verkleben oder Verschrauben mit Dichtungen.
Aus der WO2017/084949A1 ist ein Gehäusedeckel für eine elektrische Maschine bekannt. Der dort gezeigte Gehäusedeckel umfasst eine äußere Hülle aus thermoplastischem Werkstoff, und einen inneren Kern aus duroplastischem Werkstoff. In dem inneren Kern ist eine elektrische Schaltungsanordnung eingebettet, die über elektrische Verbindungselemente verbindbar ist. Der Gehäusedeckel ist derartig geformt, dass mit ihm eine stirnseitige Öffnung eines Gehäuses einer elektrischen Maschine dicht verschließbar ist. Derartige bekannte Konzepte benötigen viele Prozessschritte und Bauteile, um die Elektronik vom Motor mechanisch zu trennen und gleichzeitig einen elektrischen Kontakt zwischen den Komponenten herzustellen. Weiterhin bieten diese Konzepte nur eingeschränkten Schutz gegenüber Medien, Vibration und/oder Temperatur. Insbesondere hinsichtlich ihrer Einsatzbedingungen liegen Einschränkungen vor.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Aktuatorvorrichtung für Pumpen und mechanische Aktuatoren zu entwickeln, die sowohl außerhalb als auch innerhalb z. B. des Getrieberaums verbaut werden kann, und bei welcher der Motor sowohl in Luft (Trockenläufer) als auch in Öl laufen kann (Motorraum geflutet, Nassläufer). Dabei soll die Robustheit für einen weiten Temperaturbereich und Umgebungsbedingungen durch verschiedene Medien gewährleistet sein. Des Weiteren soll die Aktuatorvorrichtung für verschiedene Motoren und Leistungsklassen skalierbar sein und das Aufbaukonzept vereinfacht sein, um die mechanischen Bauteile und Schnittstellen/Dichtebenen zu reduzieren.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst mit einer Aktuatorvorrichtung umfassend ein Elektronikmodul und eine Motorbaugruppe, bei welcher die Motorbaugruppe umfasst ein Motorgehäuse, einen Stator, einen Rotor, eine Welle sowie vom Stator ausgehende Kontaktelemente zum elektrischen Kontakt mit dem Elektronikmodul, wobei das Elektronikmodul auf der der Motorbaugruppe abgewandten Seite ein Moldgehäuse aufweist, welches die Schaltungsanordnung stoffschlüssig umgibt und in welchem die Steckervorrichtung angeordnet ist, wobei das Motorgehäuse an seiner dem Elektronikmodul abgewandten Seite eine Platte aufweist, die an das Motorgehäuse angeflanscht ist und auf der, dem Elektronikmodul zugewandten Seite wenigstens eine Öffnung im Motorgehäuse vorgesehen ist, wobei das Elektronikmodul und die Motorbaugruppe mechanisch miteinander verbunden sind.
Bei einer derartigen Aktuatorvorrichtung ist zum einen das Elektronikmodul, gegenüber Medien, zum Beispiel Salzsprüh- und feuchte Einwirkungen, geschützt, zum anderen ist eine Kühlung desselben sichergestellt. Mittels der Öffnung im Motorgehäuse, über die auch die Kontaktierung der Elektronik mit dem Stator des Motors erfolgen kann, kann Öl, das zur Kühlung des Motors aus dem Pumpenraum in den Motor geleitet wird, gezielt die Kontaktelemente umspülen und zur Kühlung der Kontaktelemente beitragen. Hierdurch sind eine erhöhte Stromaufnahme bzw. Leistung des Motors gewährleistet. Durch den gezielten Öldurchfluss wird zudem eine Korrosion der Kontaktelemente verhindert, die beim Kontakt von unbewegtem Öl mit Kupferkontakten auftreten kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die elektrische Schaltungsanordnung und die Steckervorrichtung mit thermisch ausgehärtetem Kunststoff umhüllt. Dies kann beispielsweise mit einem Duroplast in einem Spritzgussverfahren (z.B. Transferpressen, Spritzgießen, Compression Molding) geschehen. Aufgrund der Festigkeit der Umhüllung des Moldmoduls, ist gewährleistet, dass das Elektronikmodul den Gegendruck durch das Öl im Motorraum abfangen kann, ohne sich zu verformen. Hierdurch kann die Schaltungsanordnung die Last direkt aufnehmen, ohne eine Trennung zum Motorraum zu benötigen.
Alternativ können die elektrische Schaltungsanordnung und die Steckervorrichtung auch werkzeuglos vergossen sein. Dies kann mittels Dam and Fill erfolgen.
Vorteilhafterweise ist, die der Motorbaugruppe abgewandten Seite der Leiterplatte umhüllt. Hiermit ist sichergestellt, dass kein Rand der Leiterplatte aus dem Gehäuse herausragt und diese vor Medien geschützt ist.
Es ist zweckmäßig, dass die der Motorbaugruppe abgewandten Seite der Leiterplatte und deren Seitenbereiche umhüllt sind, was den Schutz vor Medien weiter erhöht.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die der Motorbaugruppe zugewandte Seite der Leiterplatte wenigstens partielle Moldungen auf, zum Schutz der jeweiligen Stellen vor Medien und Spänen. Sind statt keinem, wenigstens partielle Moldbereiche vorgesehen, können damit Stellen, die vor Medien oder Spänen geschützt sein müssen, abgedeckt werden, des Weiteren schützen die Moldbereiche auf dieser Seite ggf. befindliche Komponenten, zum Beispiel Sensoren zur Bestimmung der Betriebszustände des Aktuators (Druck, Drehwinkel, Temperatur, etc.) oder weitere elektrische Baugruppen.
In einer weiteren Ausführungsform weist die der Motorbaugruppe zugewandte Seite der Leiterplatte nahezu vollständig Moldbereiche auf, wobei maximal die elektronischen Kontaktierungszonen zum Stator, sowie Flächen zur thermischen Abfuhr elektrischer Verluste freigestellt sind.
Vorteilhafterweise ist die Steckervorrichtung vertikal auf der Leiterplatte angeordnet. Alternativ kann die Steckervorrichtung auch parallel zur Leiterplatte angeordnet sein. Dies bietet die Möglichkeit der jeweiligen Einbausituation im Fahrzeug gerecht zu werden.
Bevorzugt sind an dem Moldgehäuse Rippen vorgesehen. Mittels dieser Kühlrippen, die in der Umspritzung ausgeformt sind, ist ein zusätzlicher Entwärmungsbeitrag möglich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind auf der der Motorbaugruppe zugewandten Seite des Elektronikmoduls Kontaktierungselemente zum elektrischen Kontakt mit dem vom Stator ausgehenden wenigstens einen Kontaktelement angeordnet. Das Elektronikmodul kann auf diese Weise einfach auf das Motorgehäuse aufgesteckt werden und die elektrische Kontaktierung ist hergestellt (Toleranzausgleich/Blindmontage).
Günstig ist es, wenn die Kontaktierungselemente mittels Surface Mount Technology oder mit Reflow-Löten oder Throughole-Kontaktierungselemente mittels Selektivlöten aufgebracht sind. Die Anbringung der Kontaktierungselemente über SMT ohne Durchbrüche in der Leiterplatte gewährleistet, dass das Risiko einer Medienmigration zwischen Motorraum und Elektronik/Umwelt vermieden wird.
Vorzugsweise sind das Elektronikmodul und die Motorbaugruppe über Wärmeleitkleber miteinander verbunden. Alternativ können das Elektronikmodul und die Motorbaugruppe mittels einer Folie miteinander verbunden sein. Das Elektronikmodul kann so direkt auf dem Motorgehäuse befestigt und mittels der mediendichten Klebung fixiert werden. Der Wärmeleitkleber ist dabei so ausgelegt, dass er die unterschiedliche thermische Ausdehnung zwischen Motorgehäuse und Elektronikmodul ausgleichen kann. Eine aufwendige Überprüfung der Dichtigkeit des Elektronikmoduls entfällt in Folge der stoffschlüssigen Umhüllung der Elektronik. Die Festigkeit des Wärmeleitklebers ist dabei ausreichend, um die mechanische Fixierung ohne eine zusätzliche kraftschlüssige Verbindung zu gewährleisten.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das Elektronikmodul und die Motorbaugruppe über eine Schraubverbindung miteinander verbunden sind. Hierzu sind Anschraublöcher im Moldgehäuse des Elektronikmoduls vorgesehen. Mittels der Verschraubung erfolgt ein gezielter kraftschlüssiger Kontakt der unteren Metallisierung der Leiterplatte mit dem metallischen Motorgehäuse. Hierdurch erfolgt eine Verbindung der elektrischen Masse der elektrischen Schaltung mit dem Gehäuse oder die Wärmeabfuhr der elektrischen Verluste in das Motorgehäuse.
Erfindungsgemäß ist das Motorgehäuse aus einer Aluminiumlegierung oder einer Eisenlegierung gefertigt.
Vorteilhafterweise ist ein Lager für die Welle in der Platte vorgesehen, welche auf der dem Elektronikmodul abgewandten Seite an dem Motorgehäuse angeordnet ist. Das Motorgehäuse kann somit auf der dem Elektronikmodul abgewandten Seite komplett offen ausgeführt werden und der Motorraum kann mit der Platte abgeschlossen werden, die die Lageraufnahme für die Rotorwelle und eine Montagefläche für eine Pumpe oder sonstige Aktuatorik vorsieht.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist ein Gegenlager für die Welle in der dem Elektronikmodul zugewandten Seite des Motorgehäuses vorgesehen. Dies ist der Fall, wenn das Motorgehäuse auf dieser Seite mit partiellen Aussparungen ausgebildet ist.
Ist das Motorgehäuse zum Elektronikmodul hin vollständig geöffnet, ist vorteilhafterweise ein Gegenlager für die Welle auf der dem Motorgehäuse zugewandten Seite des Elektronikmoduls in einem Moldbereich angeordnet.
Eine günstige Lösung sieht vor, dass die Platte eine Montagefläche für eine Pumpe/oder sonstige Aktuatorik aufweist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Kontaktelemente des Stators als Flachkontakte ausgebildet sind zur Kontaktierung mit den Kontaktierungselementen des Elektronikmoduls. Hierdurch ist es möglich, das Elektronikmodul auf einfache Weise auf das Motorgehäuse, in dem sich der Stator befindet, aufzustecken.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben. Dabei zeigen:

1 eine Schnittansicht einer Aktuatorvorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
2 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Aktuatorvorrichtung; und
3 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aktuatorvorrichtung.

1 zeigt ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Aktuatorvorrichtung 1 in Schnittansicht. Die Aktuatorvorrichtung 1 umfasst eine Motorbaugruppe 2 und ein Elektronikgehäuse 3, welches aus Kunststoff oder Metall gefertigt sein kann, mit einer darin angeordneten Steckervorrichtung 4, welche aus dem Elektronikgehäuse 3 zur Peripherie herausragt. Die Motorbaugruppe 2 umfasst ein Motorgehäuse 5, in welchem eine Welle 6, ein Rotor 7 und ein Stator 8 angeordnet sind. Das Motorgehäuse 5 weist eine zylindrische Form auf und ist in Richtung des Elektronikgehäuses 3 offen. Auf der dem Elektronikgehäuse 3 abgewandten Seite ist in dem Motorgehäuse 5 eine Lagervorrichtung 9a vorgesehen, in welcher die Welle 6 gelagert ist, die das Motorgehäuse 5 zu der dem Elektronikgehäuse 3 abgewandten Seite durchdringt. Auf der dem Elektronikgehäuse 3 zugewandten Seite ist das Motorgehäuse 5 durch das Elektronikgehäuse 3 abgeschlossen. Des Weiteren ist ein Lagerschild 11 vorgesehen, in welchem eine zweite Lagervorrichtung 9b für die Welle 6 angeordnet ist. Aus dem Stator 8 ragen Motorphasendrähte 12 heraus, die das Lagerschild 11 durchdringen und in Kontakt mit weiter unten beschriebenen Durchsteckkontakten 13 stehen.
Das Elektronikgehäuse 3 ist als ein separates Gehäuse ausgebildet, und mit einer Gehäusedichtung 14 mechanisch auf dem Motorgehäuse 5 befestigt und abgedichtet. Letzteres kann beispielsweise mit Laserschweißung, Verkleben oder Verschrauben mit Dichtung erfolgen.
In dem Elektronikgehäuse 3 ist eine Leiterplatte 15 an der dem Motorgehäuse 5 zugewandten Seite des Elektronikgehäuses 3, innerhalb desselben angeordnet, auf welcher auf ihrer dem Motorgehäuse 5 abgewandten Seite die Durchsteckkontakte 13 für Schneid-/Klemmverbindungen zu den Motorphasendrähten 12 sowie Schaltungsanordnungen 16 und die Steckervorrichtung 4 angeordnet sind. Auf der Oberseite der Schaltungsanordnungen 16 (Elektronikkomponenten) sind wärmeleitfähige Materialien 17 (hier nur eins gezeigt) aufgebracht, die zur Erzielung einer zusätzlichen Wärmeabfuhr eine thermische Verbindung zum Elektronikgehäuse 3 herstellen, sogenannte Gapfiller.
Es sind weitere derartige Aktuatorvorrichtungen mit verschiedenen Aufbaukonzepten bekannt. Eine große Anzahl von diesen bestehen aus einem BLDC-Motor, der über die Motorphasendrähte mit einer Elektronik verbunden ist. Dies erfolgt in der Regel über Crimpen, Pressfit-, bzw. Schneid-Klemmen - Kontakte, Selektivlöten oder einer Kombination daraus. Auch bei diesen ist die Elektronik mit einem zusätzlichen Dichtelement vom Motorraum getrennt, um Eindringen von Medien aus dem Motorraum in den Elektronikraum zu verhindern. Zur Entwärmung ist die Elektronik mit einem Wärmeleitmaterial (WLM) auf einer Metallplatte verklebt. Das WLM hat in der Regel keine mechanische Funktion oder Dichtwirkung. Das Abdichten von Motor- zu Elektronikraum lediglich mit der Leiterplatte ist ebenfalls nicht möglich, da nur diese allein keine ausreichende mechanische Stabilität aufweist, um den Motorgehäuseabschluss zu bilden. Teilweise befindet sich die Elektronik deshalb in einem separaten Elektronikgehäuse, welches über eine Steckverbindung mit dem Motor kontaktiert ist. Zur Erzielung einer zusätzlichen Wärmeabfuhr werden hier häufig wärmeleitfähige Materialien auf die Oberseiten der Elektronikkomponenten aufgebracht, die eine thermische Verbindung zum Elektronikgehäuse herstellen, sogenannte Gapfiller. Der Elektronikraum wird dann mit einem Deckel, der mechanisch mit dem Motorgehäuse befestigt wird, abgedichtet.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Aktuatorvorrichtung 10, welche nachfolgend beschrieben wird. Die Aktuatorvorrichtung 10 umfasst ein Elektronikmodul 20 und eine Motorbaugruppe 30, sowie eine Platte 40 mit einer daran angeordneten Anbaugruppe 50, welche beispielsweise eine Pumpe oder ein Aktuator sein kann.
Das Elektronikmodul 20 umfasst eine Leiterplatte 60 mit einer elektronischen Schaltungsanordnung 70 zur Steuerung des Motors und einer Steckervorrichtung 90. Die Steckervorrichtung 90 ist auf der Leiterplatte 60 mechanisch befestigt. Diese Baugruppe, bestehend aus Leiterplatte 60, Schaltungsanordnung 70 und Steckervorrichtung 90 ist mit einem thermisch aushärtendem Kunststoff (Duroplast) in einem Spritzgussverfahren, bei welchem es sich z. B. um Transferpressen, Spritzgießen oder Compression Molding handeln kann, vollständig umhüllt und bildet ein Moldgehäuse 100. Alternativ kann diese Baugruppe aber auch werkzeuglos vergossen werden (z. B. Dam and Fill). Die Umhüllung, das Moldgehäuse 100 bedeckt die der Motorbaugruppe 30 abgewandte Seite der Leiterplatte 60 und Seiten 110 der Leiterplatte 60.
Das Umhüllen geschieht wie folgt: Die Leiterplatte 60 wird im Werkzeug mittels Niederhaltern derart geklemmt, dass sie auf einer Seite des Werkzeugs angedrückt wird, im vorliegenden Fall ist das die der Motorbaugruppe 30 zugewandte Seite 120 der Leiterplatte 60. Hierdurch bleibt diese Seite 120 frei von Moldmaterial. Bei der Ausführungsform gemäß 2 ist eine partielle Moldung 130 auf der der Motorbaugruppe 30 zugewandten Seite 120 angeordnet, nämlich an der Stelle, an der die Steckervorrichtung 90 vorgesehen ist, um diese vor Medien oder Spänen zu schützen. Es ist aber auch möglich, wenn auch nicht gezeigt, dass die Seite 120 der Leiterplatte 60 nahezu vollständig mit Moldmaterial bedeckt ist und lediglich elektronische Kontaktierungszonen zur Motorbaugruppe 190 sowie Flächen zur thermischen Abfuhr elektrischer Verluste freibleiben. Letztere Umhüllung schützt auf dieser Seite 120 ggf. angeordnete Komponenten, z. B. Sensoren zur Bestimmung der Betriebszustände des Aktuators (Druck, Drehwinkel, Temperatur etc.) oder weitere elektrische Baugruppen.
Bei dem Elektronikmodul 20 der 2, welches einseitigen umhüllt ist, ist das Kunststoffmaterial so angepasst, dass es nach dem Aushärten mit der Leiterplatte 60 der Elektronik ein bei Raumtemperatur ebenes Modul darstellt. Die thermische Dehnung und Steifigkeit der Komponenten liegt dabei bevorzugt in folgenden Bereichen (Moldmaterial 9-14 ppm/K, E-Modul 10-16 GPa, Leiterplatte 15-18 ppm/K) und das Material weist eine geringe Vernetzungsschwindung auf (<0.5%). Die vor dem Duroplastmoldvorgang montierte Steckervorrichtung 90 ist auf ihrer Rückseite (Bereich zwischen Steckergehäuse und Befestigung auf der Leiterplatte 60) mit Duroplast verkapselt, wodurch die Kontakte zur Leiterplatte 60 mit Duroplast mediendicht umhüllt und geschützt werden. Der Steckervorrichtung 90 ist in 2 vertikal zur Leiterplatte 60 ausgerichtet und beinhaltet mindestens eine Fläche, die beim Moldvorgang eine Dichtfläche zum Umspritzungswerkzeug bildet.
Die so verkapselte Elektronik bildet das Elektronikmodul 20 und ist aufgrund seiner hohen mechanischen Stabilität ohne weitere Gehäuseteile direkt auf der Motorbaugruppe 30, genauer auf einem Motorgehäuse 100 der Motorbaugruppe 30 angeordnet. In Folge der stoffschlüssigen Verbindung des Kapselmaterials mit den elektronischen Komponenten kann eine zusätzliche Wärmespreizung und Erhöhung der thermischen Kapazität erfolgen, die zur Reduzierung von Temperaturspitzen im Bereich von Leistungsbauteilen führt. An dem Elektronikmodul 20 können zusätzlich Kühlrippen vorgesehen sein, die zu einer zusätzlichen Kühlung der Elektronik beitragen.
Auf der der Motorbaugruppe 30 zugewandten Seite 120 des Elektronikmoduls 20, welche partiell umhüllt ist, sind elektrische Kontaktierungselemente 140 vorgesehen, auf die Stanzgitter-Bauteile 150 mittels Surface Mount Technologie und Reflow-Löten (bevorzugt) aufgebracht sind. Zur Anbringung der SMT- Kontakte 150 auf der Leiterplatte 60 befinden sich dort Landeflächen, die so ausgeformt sind, dass sich die Kontakte 150 während dem Lötvorgang in ihrer Position einschwimmen und am Ende eine Positionstoleranz <+/-0,1 mm erreichen. Die SMT-Kontakte 150 sind Teil eines zweiteiligen Kontaktierungssystems. Der zweite Teil des Kontaktsystems 150 stellen bevorzugt Flachkontakte 160 dar, die vom Stator 190 der Motorbaugruppe 30 herausragen. Die Kontaktierung erfolgt durch das Aufstecken des Elektronikmoduls 20 auf das Motorgehäuse 180 der Motorbaugruppe 30, in dem der Stator 190 angeordnet ist. Das Kontaktierungssystem erlaubt durch seine Flexibilität Montagetoleranzen in allen Raumrichtungen auszugleichen und Montageverspannungen aufzunehmen, ohne diese an die Lötstellen auf der Leiterplatte 60 weiterzugeben.
Die Motorbaugruppe 30 umfasst das Motorgehäuse 180, den Stator 190, einen Rotor 200, eine Welle 210 sowie die vom Stator 190 in Richtung des Elektronikmoduls 20 weisenden Flachkontakte 160. Das Motorgehäuse 180 ist bevorzugt aus einer Aluminium- oder einer Eisenlegierung gefertigt.
Das Motorgehäuse 180 weist eine zylindrische Form auf und ist auf der dem Elektronikmodul 20 abgewandten Seite 220 vollständig offen. Auf dieser Seite 220 ist eine Platte 40 angeflanscht, die das Motorgehäuse 180 und damit den Motorraum abschließt. Mittig ist an der Platte 40 eine Lageraufnahme 230 angeordnet, in der die Welle 210 derart gelagert ist, dass sie sich zentral durch das Motorgehäuse 180 erstreckt. In bekannter Weise sind der Rotor 200 und der Stator 190 um die Welle 210 angeordnet. Des Weiteren stellt die Platte 40 auf ihrer der Motorbaugruppe 30 abgewandten Seite eine Montagefläche für eine Pumpe oder sonstige Aktuatorik (z. b. Zahnradgetriebe) 50 dar.
Auf der dem Elektronikmodul 20 zugewandten Seite weist das Motorgehäuse 180 Öffnungen 240 auf, durch die die Kontaktierung des Elektronikmoduls 20 mit dem Stator 190 des Motors erfolgt. In 2 sind in den Öffnungen 240 die Flachkontakte 160 des Stators 170 angeordnet, die mit den SMT- Kontakten 150 der Leiterplatte 60 in elektrischem Kontakt sind.
Durch die Öffnungen 240 kann Öl, das zur Kühlung der Motorbaugruppe 30 aus dem Pumpenraum in den Motorraum geleitet wird, gezielt die Kontakte 150, 160 umspülen. Hierdurch wird eine erhöhte Stromaufnahme bzw. Leistung der Motorbaugruppe 30 gewährleistet. Durch den gezielten Öldurchfluss wird zudem eine Korrosion der Kontakte 150, 160 verhindert, die beim Kontakt von unbewegtem Öl mit Cu-Kontakten auftreten kann. Die Öffnungen 240 können partiell im Motorgehäuse 180 sein, oder über den gesamten Durchmesser des Stators 190 ausgedehnt sein, sodass die Elektronik nur im Randbereich mit dem Motor verbunden ist.
Bei der Ausgestaltung der Öffnungen 240 in 2 ist auf der dem Elektronikmodul 20 zugewandten Seite des Motorgehäuse 180, in der zur Leiterplatte 60 parallelen Fläche ein Gegenlagerträger 250 angeordnet, in dem die Welle 210 des Rotors 200 aufgenommen ist. (Im Falle einer kompletten Öffnung des Motorgehäuses 180 zur Elektronik kann an der Unterseite der Leiterplatte 60 ein Lagerschild aus der Kapselmasse angespritzt sein, die das Lager aufnimmt, 3).
Neben der elektrischen Verbindung über das Kontaktierungssystem 150, 160 ist das Elektronikmodul 20 mechanisch mit der Motorbaugruppe 30 verbunden. Hierzu sind das Elektronikmodul 20 und das Motorgehäuse 180 mittels einer thermisch leitfähigen und medienbeständigen Masse (Wärmeleitkleber) 260 verklebt. Alternativ kann auch eine Verklebung mittels einer Folie erfolgen. Das Wärmeleitmaterial 260 ist bevorzugt auf Epoxidbasis und mit keramischen Partikeln gefüllt, die gut Wärme, jedoch keinen Strom leiten. Alternativ können auch andere Materialien z.B. auf Acrylat Basis verwendet werden. Durch die Eigenschaften des Wärmeleitklebers 260 ist sowohl die Dichtheit als auch der Wärmeübergang gewährleistet. Die Eigenschaften des Klebers sind dabei so ausgelegt, dass diese den Unterschied der thermischen Dehnung zwischen dem gemoldeten Elektronikmodul 20 und dem Motorgehäuse 180 ausgleichen können. Die Festigkeit des Klebers ist zudem ausreichend, um die mechanische Fixierung ohne eine zusätzliche kraftschlüssige Verbindung (Schrauben) zu benötigen. Zusätzlich zur Verklebung können aber noch Anschraublöcher im Elektronikmodul 20 vorgesehen sein, die beim Spritzgussprozess im Werkzeug ausgeformt werden. Durch eine Verschraubung wird gezielt ein kraftschlüssiger Kontakt der unteren Metallisierung des Substrates mit dem metallischen Motorgehäuse 180 erzielt. Dies kann zu einer Verbindung der elektrischen Masse der elektrischen Schaltung mit dem Gehäuse, oder zur Wärmeabfuhr der elektrischen Verluste in das Motorgehäuse 180 genutzt werden.
In 3 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aktuatorvorrichtung 10 gezeigt. Gleich Teile sind dort mit gleichen Bezugszeichen versehen, wobei hierzu auf die Beschreibung zu 2 verwiesen wird. Die Beschreibung erfolgt lediglich für die in den 2 und 3 unterschiedlichen Teile.
Die zur Peripherie führende Steckervorrichtung 90 der 3 ist, im Gegensatz zu der der 2, parallel zur Leiterplatte 60 angeordnet. Die Befestigung der Steckervorrichtung 90 gemäß 3 erfolgt analog zu der bei der Ausführungsform nach 2.
Des Weiteren unterscheidet sich die Ausführungsform nach 3 dadurch, dass das Motorgehäuse 180 auf der dem Elektronikmodul 20 zugewandten Seite eine vollständige Öffnung 240 aufweist. Ein Gegenlagerträger 250 zur Aufnahme der Welle 210 ist auf der der Motorbaugruppe 30 zugewandten Seite an der Leiterplatte 60 angeordnet. Dieser Gegenlagerträger 250 kann dabei vor dem Molding auf der Leiterplatte 60 montiert werden.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, wie in den Ansprüchen definiert.
Bezugszeichenliste

1: Aktuatorvorrichtung
2: Motorbaugruppe
3: Elektronikgehäuse
4: Steckervorrichtung
5: Motorgehäuse
6: Welle
7: Rotor
8: Stator
9 a, b: Lagervorrichtung
10: Aktuatorvorrichtung
11: Lagerschild
12: Motorphasendrähte
13: Durchsteckkontakt
14: Gehäusedichtung
15: Leiterplatte
16: Schaltungsanordnung
17: wärmeleitfähige Materialien (Gap Filler)
20: Elektronikmodul
30: Motorbaugruppe
40: Platte
50: Anbaugruppe
60: Leiterplatte
70: elektrische Schaltungsanordnung
80: Motor
90: Steckervorrichtung
100: Moldgehäuse
110: Seiten der Leiterplatte
120: Motorbaugruppe zugewandte Seite
130: partielle Moldung
140: elektrische Kontaktierungselemente
150: Stanzgitter Bauteile
160: Flachkontakte
180: Motorgehäuse
190: Stator
200: Rotor
210: Welle
220: dem Elektronikmodul abgewandte Seite
230: Lageraufnahme
240: Öffnungen
250: Gegenlagerträger
260: Wärmeleitkleber

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2017084949 A1 [0003]

Claims

Aktuatorvorrichtung (10) umfassend ein Elektronikmodul (20) und eine Motorbaugruppe (30), welche miteinander in Kontakt stehen, das Elektronikmodul (20) umfassend eine Leiterplatte (60) mit einer elektrischen Schaltungsanordnung (70), einer Steckervorrichtung (90) und wenigstens einem Kontaktierungselement (150) zum elektrischen Kontakt mit der Motorbaugruppe (30), wobei die Motorbaugruppe (30) umfasst ein Motorgehäuse (180), einen Stator (190), einen Rotor (200), eine Welle (210) sowie vom Stator (190) ausgehende Kontaktelemente (160) zum elektrischen Kontakt mit dem Elektronikmodul (20), wobei das Elektronikmodul (20) auf der der Motorbaugruppe (30) abgewandten Seite ein Moldgehäuse (100) aufweist, welches die Schaltungsanordnung (70) stoffschlüssig umgibt und in welchem die Steckervorrichtung (90) angeordnet ist, wobei das Motorgehäuse (180) an seiner dem Elektronikmodul (20) abgewandten Seite (220) eine Platte (40) aufweist, die an das Motorgehäuse (180) angeflanscht ist und auf der dem Elektronikmodul (20) zugewandten Seite wenigstens eine Öffnung (240) im Motorgehäuse (180) vorgesehen ist, wobei das Elektronikmodul (20) und die Motorbaugruppe (30) mechanisch miteinander verbunden sind.
Aktuatorvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die elektrische Schaltungsanordnung (70) und die Steckervorrichtung (90) mit thermisch ausgehärtetem Kunststoff umhüllt sind.
Aktuatorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die elektrische Schaltungsanordnung (70) und die Steckervorrichtung (90) werkzeuglos vergossen sind.
Aktuatorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die der Motorbaugruppe (30) abgewandte Seite der Leiterplatte (60) umhüllt ist.
Aktuatorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die der Motorbaugruppe (30) abgewandte Seite der Leiterplatte (60) und deren Seitenbereiche (110) umhüllt sind.
Aktuatorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die der Motorbaugruppe (30) zugewandte Seite (120) der Leiterplatte (60) wenigstens partielle Moldbereiche (130) aufweist.
Aktuatorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die der Motorbaugruppe (30) zugewandte Seite der Leiterplatte (60) nahezu vollständig Moldbereiche (130) aufweist.
Aktuatorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steckervorrichtung (90) vertikal auf der Leiterplatte (60) angeordnet ist.
Aktuatorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steckervorrichtung (90) parallel zur Leiterplatte (60) angeordnet ist.
Aktuatorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei an dem Moldgehäuse (100) Rippen vorgesehen sind.
Aktuatorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Kontaktierungselemente (150) zum elektrischen Kontakt mit dem vom Stator (190) ausgehenden, wenigstens einen Kontaktelement (160) auf der der Motorbaugruppe (30) zugewandten Seite (120) des Elektronikmoduls (20) angeordnet sind.
Aktuatorvorrichtung (10) nach Anspruch 11, wobei die Kontaktierungselemente (140) mittels Surface Mount Technology oder mit Reflow-Löten oder Throughole-Kontaktierungselemente mittels Selektivlöten aufgebracht sind.
Aktuatorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Elektronikmodul (20) und die Motorbaugruppe (30) über Wärmeleitkleber (260) miteinander verbunden sind.
Aktuatorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Elektronikmodul (20) und die Motorbaugruppe (30) mittels einer Folie miteinander verbunden sind.
Aktuatorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Elektronikmodul (20) und die Motorbaugruppe (30) über eine Schraubverbindung miteinander verbunden sind.
Aktuatorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Motorgehäuse (180) aus einer Aluminiumlegierung oder einer Eisenlegierung besteht.
Aktuatorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei ein Lager (230) für die Welle (210) in der Platte (40) vorgesehen ist, welche auf der dem Elektronikmodul (20) abgewandten Seite (220) an dem Motorgehäuse (180) angeordnet ist.
Aktuatorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei ein Gegenlager (250) für die Welle (210) in der dem Elektronikmodul (20) zugewandten Seite des Motorgehäuses (180) vorgesehen ist.
Aktuatorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei ein Gegenlager für die Welle (210) auf der dem Motorgehäuse (180) zugewandten Seite des Elektronikmoduls (20) angeordnet ist und in einem Moldbereich angeordnet ist.
Aktuatorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Platte (40) eine Montagefläche für eine Pump- oder sonstige Aktuatorik aufweist.
Aktuatorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei die Kontaktelemente des Stators (190) als Flachkontakte (160) ausgebildet sind zur Kontaktierung mit den Kontaktierungselementen (140) des Elektronikmoduls (20).