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Die vorliegende Erfindung betrifft die Kontaktierung eines elektrischen Elements in einem insbesondere flüssigkeitsgefüllten Gehäuse.
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Ein Getriebe ist in einem Gehäuse aufgenommen, das teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, beispielsweise einem Öl. Das Getriebe umfasst einen Aktuator, der eine elektrische Größe in eine mechanische umsetzt. So kann beispielsweise ein Getriebe, das zum Einsatz in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, einen elektrisch steuerbaren Aktuator wie ein Elektroventil oder einen Elektromotor umfassen. Der Aktuator kann die Funktion des Getriebes steuern und beispielsweise einen Gang einlegen oder auslegen.
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Zur Kontaktierung des Aktuators muss eine Zuleitung durch eine Aussparung des Getriebes geführt werden und die Zuleitung muss mit dem Aktuator elektrisch und mechanisch verbunden werden. Bei der Durchführung der Zuleitung ist darauf zu achten, dass das Gehäuse im Bereich der Aussparung flüssigkeitsdicht verschlossen ist. Die Zuleitung muss außerhalb des Gehäuses außerdem mit einer elektrischen Einrichtung elektrisch und mechanisch verbunden werden.
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Bekannte Lösungen für die Kontaktierung erfordern oft einen erheblichen Montageaufwand. Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht in der Angabe einer verbesserten Technik zur kostengünstigen Kontaktierung eines elektrischen Elements durch eine Gehäusewand. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Kontaktiermodul zur Anbringung an einem Gehäuse eine Trägerstruktur mit einem Abschnitt zum flüssigkeitsdichten Verschließen einer Aussparung in dem Gehäuse; ein elektrisches Kontaktelement, das im Bereich des Abschnitts flüssigkeitsdicht durch die Trägerstruktur geführt ist; und einen an der Trägerstruktur angebrachten und mit dem Kontaktelement verbundenen elektrischen Leiter; sodass ein erstes, im Gehäuse aufgenommenes elektrisches Element mittels des Kontaktelements und des Leiters mit einem zweiten, außerhalb des Gehäuses angebrachten elektrischen Element kontaktiert werden kann.
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Das Gehäuse kann eine Flüssigkeit aufnehmen, insbesondere ein Öl. Das Kontaktiermodul kann eine Öffnung im Gehäuse beziehungsweise in einer Wand des Gehäuses flüssigkeitsdicht verschließen, sodass ein Übertritt von Flüssigkeit verhindert sein kann. Das Kontaktiermodul kann einfach am Gehäuse angebracht werden, wobei ein elektrischer Kontakt mit dem ersten elektrischen Element automatisch hergestellt werden kann. Anschließend kann das Kontaktiermodul am Gehäuse mechanisch befestigt werden, beispielsweise mittels Schrauben, Bolzen und/oder Zentrierstiften.
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Das Kontaktelement ist bevorzugt dazu eingerichtet, einen elektrischen Kontakt zum ersten elektrischen Element durch Anlage herzustellen. Dazu kann das Kontaktelement stirnseitig am ersten elektrischen Element anliegen. Optional ist das Kontaktelement oder ein Kontakt des elektrischen Elements mittels eines elastischen Elements vorgespannt, um den Kontakt sicher zu halten. Alternativ kann das erste elektrische Element auch zangenförmig in das elektrische Element eingreifen, beispielsweise mittels einer Klemme oder eines Steckverbinders.
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Das erste elektrische Element kann einen elektrischen Aktuator des Getriebes und das zweite elektrische Element eine Steuervorrichtung für den Aktuator umfassen. Der Aktuator kann eine elektrisch angetriebene Pumpe umfassen. Die Pumpe kann zur Förderung von Flüssigkeit im Gehäuse, etwa zur Kühlung oder Schmierung, eingerichtet sein, oder zur Bereitstellung eines hydraulischen Drucks zur Betätigung eines Elements des Getriebes, beispielsweise einer hydraulisch gesteuerten Kupplung oder Bremse.
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Der Leiter ist bevorzugt stoffschlüssig mit dem Kontaktelement verbunden. Dazu kann insbesondere eine metallurgische Verbindung hergestellt werden, etwa mittels Löten oder Schweißen. Bevorzugt ist die Verbindung mittels Punktschweißen oder noch weiter bevorzugt Laser-Schweißen hergestellt.
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Der Leiter ist bevorzugt aus einem Blech herstellbar. Dabei kann der Leiter insbesondere durch Biegen und Stanzen aus einem ebenen Blech gewonnen werden. Der Leiter kann zur mechanischen Befestigung an der Trägerstruktur heißverstemmt sein. Dabei kann der Leiter eine Aussparung aufweisen, durch die ein Vorsprung der Trägerstruktur ragt, wenn der Leiter an ihr angebracht ist. Dann kann der Vorsprung heiß verformt werden, um den Leiter an der Trägerstruktur zu sichern. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Leiter S-förmig geschwungen, um mögliche Materialspannungen verbessert aufzunehmen.
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Das Kontaktiermodul kann außerdem eine Flüssigkeitsdichtung zur Anlage zwischen der Trägerstruktur und dem Gehäuse aufweisen. In einer Ausführungsform ist die Dichtung axial ausgeführt, beispielsweise als Flachdichtung, und liegt in einem Bereich der Trägerstruktur, welche die Aussparung umläuft.
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Die Trägerstruktur kann im Bereich der Aussparung einen Fortsatz zum Einstecken in die Aussparung aufweisen. So kann die Trägerstruktur beim Einsetzen in die Aussparung verbessert zentriert werden. Eine Kontaktierung des ersten elektrischen Elements kann sicherer hergestellt werden. In dieser Variante kann auch eine radiale Dichtung vorgesehen sein, die senkrecht zu einer Einsetzrichtung zwischen dem Kontaktiermodul und dem Gehäuse wirkt. Die radiale Dichtung kann beispielsweise einen O-Ring oder eine Profildichtung umfassen.
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In beiden Ausführungsformen kann die Dichtung aus einem Polymer oder Gummi herstellbar sein. Im Fall der Flachdichtung kann auch beispielsweise eine Metall- oder Papierdichtung verwendet werden. Andere Ausführungsformen sind ebenfalls möglich.
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Das Kontaktiermodul kann außerdem einen kontaktlosen Positionssensor im Bereich des Abschnitts aufweisen, der zur Bestimmung einer Position eines im Getriebe aufgenommenen Elements eingerichtet ist. Insbesondere kann der Positionssensor zur Bestimmung einer Position des ersten elektrischen Elements eingerichtet sein, wenn dieses einen Aktor umfasst. Beispielsweise kann eine Drehstellung eines Elektromotors mittels des Positionssensors bestimmt werden. Die kontaktlose Bestimmung kann beispielsweise auf magnetischem oder optischem Weg erfolgen. Der Positionssensor kann als Sensormodul ausgeführt sein, das einen Sensor, eine Leiterplatte, ein elektronisches Bauelement und/oder einen Steckverbinder aufweisen kann.
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An der Trägerstruktur kann eine Aufnahme für einen Schraubbolzen zur Kontaktierung des Leiters angebracht sein. Der Leiter kann so mittels des Schraubbolzens mechanisch und elektrisch hoch belastbar verbunden werden. Die Aufnahme umfasst bevorzugt ein Schraubgewinde und kann in einer ersten Ausführungsform unmittelbar im Material der Trägerstruktur ausgebildet sein. Dazu ist vorteilhaft, wenn dieses Material elektrisch isolierend ist. In einer anderen Ausführungsform kann eine Buchse mit einem Schraubgewinde in die Trägerstruktur eingesetzt sein, beispielsweise aus einem Metall.
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Die Trägerstruktur kann aus einem Kunststoff herstellbar sein, bevorzugt mittels Spritzguss. Die Trägerstruktur kann kostengünstig herstellbar, elektrisch isolierend, nicht magnetisch und/oder heiß verformbar sein. Im Spritzguss kann die Buchse zur Aufnahme des Schraubbolzens umspritzt werden.
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Weiter bevorzugt sind am Kontaktiermodul mehrere Kontaktelemente mit zugeordneten Leitern vorgesehen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kontaktiermodul dazu eingerichtet, eine elektrische Pumpe im Gehäuse zu kontaktieren, wofür drei Kontaktelemente mit zugeordneten Leitern bereitgestellt sein können. Die Kontaktelemente können auf einem Umkreis um eine Drehachse der Pumpe angeordnet sein, bevorzugt mit gleichen Abständen zwischen benachbarten Elementen. In einer noch weiter bevorzugten Ausführungsform sind zwei Pumpen mittels des Kontaktiermoduls kontaktierbar.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst ein Getriebe ein hierin beschriebenes Kontaktiermodul. Das Getriebe kann zum Einsatz in einem Antriebsstrang an Bord eines Kraftfahrzeugs eingerichtet sein. Gemäß noch eines anderen Aspekts der Erfindung umfasst ein Kraftfahrzeug einen Antriebsstrang mit einem hierin beschriebenen Getriebe.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
- 1 einen Schnitt durch ein Getriebe mit einem Kontaktiermodul;
- 2 einen Schnitt durch ein Kontaktiermodul; und
- 3 ein Kontaktiermodul für ein Getriebe;
darstellt.
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1 zeigt ein Getriebe 100 in einer Schnittansicht. Das Getriebe 100, von dem nur ein Abschnitt dargestellt ist, kann bevorzugt zur Übermittlung von Drehmoment in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Das Getriebe 100 umfasst ein Gehäuse 105, das üblicherweise aus einem Leichtmetall hergestellt ist, einen Aktuator 110 und eine Steuervorrichtung 115. Der Aktuator 110 umfasst einen Elektromotor, der eine Drehachse 120 aufweist, und der bevorzugt eine elektrische Flüssigkeitspumpe antreibt. Das Gehäuse 105 weist im Bereich des Aktuators 110 eine Aussparung 125 auf.
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Zur elektrischen Verbindung zwischen dem Aktuator 110 und der Steuervorrichtung 115 ist ein Kontaktiermodul 130 vorgesehen, das am Gehäuse 105 angebracht und bevorzugt mittels einer Abdeckung 135 abgedeckt ist. Das Kontaktiermodul 130 umfasst eine Trägerstruktur 140, die insbesondere aus einem Kunststoff gebildet sein kann. Ein Abschnitt 145 der Trägerstruktur 140 kann dazu ausgebildet sein, von außen - in der Darstellung von 1 von oben - in die Aussparung 125 eingeschoben oder eingesteckt zu werden.
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Dabei verschließt das Kontaktiermodul 130 die Aussparung 125 des Gehäuses 105 bevorzugt flüssigkeitsdicht. In der dargestellten Ausführungsform ist eine radial wirkende Dichtung 150 vorgesehen, die beispielsweise als umlaufendes Profil aus einem Polymer gebildet sein kann. Um eine Position des Kontaktiermoduls 130 in horizontaler Richtung zu sichern, kann ein Zentrierstift 155 vorgesehen sein, der durch eine Aussparung in der Trägerstruktur 140 geführt ist und in eine korrespondierende Aussparung am Getriebe eingreifen kann. Diese Aussparung verläuft bevorzugt nicht durch das Gehäuse 105, um in diesem Bereich keine Undichtigkeit zu erzeugen.
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Das Kontaktiermodul 130 kann mittels eines Schraubbolzens 160 mit der Steuervorrichtung 115 verbunden sein. Der Schraubbolzen 160 kann in eine Aufnahme 165 eingedreht werden, die ein Gewinde aufweist und an der Trägerstruktur 140 vorgesehen ist. Die Aufnahme 165 kann eine Buchse umfassen oder aus dem Material der Trägerstruktur 140 geformt sein.
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Zur Kontaktierung des Aktuators 110 ist ein Kontaktelement 170 vorgesehen, das durch eine Aussparung in der Trägerstruktur 140 führt und gegenüber dieser mittels einer Dichtung 175 flüssigkeitsdicht abgedichtet ist. Die Dichtung 175 kann beispielsweise einen O-Ring umfassen. Alternativ kann das Kontaktelement 170 stoffschlüssig und flüssigkeitsdicht mit der Trägerstruktur 140 verbunden sein, beispielsweise mittels Einspritzen der Trägerstruktur 140 um das Kontaktelement 170. Das Kontaktelement 170 ist bevorzugt rotationssymmetrisch ausgeführt und weist weiter bevorzugt eine Schulter auf, an der es sich gegenüber der Trägerstruktur 140 in vertikaler Richtung abstützt, wenn die Trägerstruktur 140 das Kontaktelement 170 gegen den Aktuator 110 presst.
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Auf der vom Getriebe 100 abgewandten Seite ist an der Trägerstruktur 140 ein Leiter 180 angebracht, der streifenförmig sein kann und weiter bevorzugt aus einem Blech herstellbar ist. An einem ersten Ende liegt der Leiter 180 im Bereich der Aufnahme 165, sodass er mittels des Schraubbolzens 160 kontaktiert oder gegen eine elektrische Anlagefläche gepresst werden kann. An einem zweiten Ende ist der Leiter 180 mit dem Kontaktelement 170 verbunden. Die Verbindung ist bevorzugt stoffschlüssig und kann mittels Schweißen, bevorzugt mittels Laserschweißen, hergestellt werden.
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Ein optionaler Positionssensor 185 ist ebenfalls an der Trägerstruktur 140 im Bereich des Abschnitts 145 angebracht. Der Positionssensor 185 ist dazu eingerichtet, eine Position oder Stellung eines Elements im Gehäuse 105 kontaktlos zu bestimmen. Beispielsweise kann eine Stellung eines Rotors eines Elektromotors des Aktors 110 erfasst werden. Die Erfassung kann magnetisch erfolgen, wobei am Elektromotor ein Magnet ausgebildet ist und der Positionssensor 185 einen Magnetfeldsensor, beispielsweise auf der Basis des Hall-Effekts, umfasst. Der Positionssensor 185 kann auf einer Platine montiert sein, die an der Trägerstruktur 140 angebracht sein kann.
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2 zeigt einen Schnitt durch ein Kontaktiermodul 130 entsprechend der Ausführungsform von 1, aber ohne das Getriebe 100. In dieser Ansicht wird deutlicher, dass mehrere Kontaktelemente 170 vorgesehen sind, denen jeweils ein Leiter 180 und eine Aufnahme 165 zugeordnet ist. In der beispielhaft dargestellten Ausführungsform sind drei Kontaktelemente 170 zur Kontaktierung eines Elektromotors des Aktors 110 sichtbar. Die Kontaktelemente 170 können gleichmäßig auf einem Umfang um die Drehachse 120 verteilt sein. Ein Radius des Umfangs kann dabei möglichst klein gewählt sein.
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Der Positionssensor 185 umfasst vorliegend einen integrierten Schaltkreis 205, der auf einer Leiterplatte 210 angebracht ist, die ihrerseits an der Trägerstruktur 140 befestigt ist. Der Schaltkreis 205 ist an einer Oberfläche der Leiterplatte 210 angebracht, die dem Getriebe 105 zugewandt ist. Im Bereich des Schaltkreises 205 kann die Trägerstruktur 140 eine korrespondierende Vertiefung aufweisen. Auf einer vom Schaltkreis 205 abgewandten Seite der Leiterplatte 210 kann ein Steckverbinder 215 vorgesehen sein. Die Leiterplatte 210 kann mittels eines oder mehrerer an der Trägerstruktur 140 ausgebildeten Zentrierstiften 220 positioniert sein.
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Optional kann ein Zentrierstift 220 nach dem Durchführen durch eine Aussparung der Leiterplatte 210 verformt werden, beispielsweise mittels heißverstemmen, um die Leiterplatte 210 an der Trägerstruktur 140 zu sichern. Ein weiterer Zentrierstift 220 an der Trägerstruktur 140 kann vorgesehen sein, um den Leiter 180 in entsprechender Weise zu sichern.
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3 zeigt ein Kontaktiermodul 130 für ein Getriebe 100 in einer weiteren Ansicht. Es ist zu erkennen, dass die Leiter 180 als Stanz-Biege-Teile ausgeführt sind, die aus einem ebenen Blech herstellbar sein können. Zwischen ihren Enden kann an den Leitern 180 jeweils ein mäanderförmiger oder S-förmiger Abschnitt vorgesehen sein, um eine elastische Wirkung zwischen dem an der Aufnahme 165 befestigten und dem am Kontaktelement 170 angebrachten Ende zu ermöglichen. In der dargestellten Ausführungsform ist dies an vier von sechs Leitern 180 so vorgesehen.
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Das dargestellte Kontaktiermodul 130 ist dazu eingerichtet, zwei Aktuatoren 110 eines Getriebes mit einer Steuervorrichtung 110 zu kontaktieren. Jedem Aktuator 110 sind drei Kontaktelemente 170 zugeordnet, die jeweils auf einem Umfang um eine zugeordnete Drehachse 125 des Aktuators 110 angeordnet sein können. Für jeden Aktuator 110 ist ferner ein Sensormodul 185 vorgesehen, um eine Stellung des Aktuators 110 um die Drehachse 125 zu bestimmen. Der bestimmte Drehwinkel kann elektrisch über den Steckverbinder 215 übermittelt werden, beispielsweise an die Steuervorrichtung 110. Die Steuervorrichtung 110 kann in Abhängigkeit eines bestimmten Drehwinkels einen Aktuator 110 über die zugeordneten Leiter 180 so mit Strömen versorgen, dass sich am Aktuator 110 eine vorbestimmte Drehzahl oder eine vorbestimmte Stellung ergibt. In einer Ausführungsform umfasst ein Elektromotor eines Aktuators einen bürstenlosen Gleichstrommotor (BLDC) oder eine permanenterregte Synchronmaschine (PSM).
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Das Kontaktiermodul 130 kann mittels Schrauben 305 am Getriebe 100 angebracht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Getriebe
- 105
- Gehäuse
- 110
- Aktuator
- 115
- Steuervorrichtung
- 120
- Drehachse
- 125
- Aussparung
- 130
- Kontaktiermodul
- 135
- Abdeckung
- 140
- Trägerstruktur
- 145
- Abschnitt
- 150
- Dichtung
- 155
- Zentrierstift
- 160
- Schraubbolzen
- 165
- Aufnahme
- 170
- Kontaktelement
- 175
- Dichtung
- 180
- Leiter
- 185
- Positionssensor
- 205
- integrierter Schaltkreis
- 210
- Leiterplatte
- 215
- Steckverbinder
- 220
- Zentrierstift
- 305
- Schraube
