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Die Erfindung betrifft eine elektrische
Antriebseinheit, insbesondere zum Verstellen von beweglichen Teilen
im Kraftfahrzeug nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1.
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Mit der WO 01/61828 A1 ist eine elektrische Antriebseinheit
bekannt geworden, bei der eine Steuerelektronik eine rechteckförmige Leiterplatte
aufweist, die parallel zur Ankerwelle angeordnet ist und vom Getriebegehäuse aufgenommen
wird. Zum Schutz vor einer thermischen Überlastung eines solchen Antriebs
ist üblicherweise
ein Sicherungselement direkt auf dem Bürstenhalter angeordnet, um bei
einer Überhitzung
des Motors diesen abzuschalten, oder zumindest dessen Leistung zu
reduzieren. Die Montage dieses Sicherungsbauteils ist dabei sehr
aufwändig,
da ein zusätzliches
Bauteil auf dem Bürstenhalter
oder einer Trägerplatte
befestigt und elektrisch kontaktiert werden muss. Da das Sicherungsbauteil
zwecks einer guten Wärmeaufnahme
in der Nähe
des Kollektors angeordnet werden muss, führt dies zu Bauraumproblemen
in der unmittelbaren Umgebung des Kollektors.
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Die erfindungsgemäße elektrische Antriebseinheit
mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat den Vorteil,
dass durch die Anordnung des Bauelements zum Schutz vor thermischer Überlastung
in einer Aussparung der Leiterplatte kein zusätzlicher Bauraum benötigt wird. Das
thermsche Bauelement kann dadurch verfahrenstechnisch günstig zusammen
mit den anderen Bauteilen auf der Leiterplatte befestigt werden,
ohne dass dadurch der Abstand der Leiterplatte zum Kollektor vergrößert werden
muss.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der
im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. So ist es als Herstellungsverfahren
ist besonders günstig,
das Bauelement in einem Arbeitsgang mit anderen elektrischen Bauteilen
mittels dem standardisierten SMD (Surface Mounted Device) -Lötverfahren
auf der Leiterplatte zu befestigen. Dadurch entfällt die zusätzliche separate Montage des
thermischen Bauelements, wie dies beispielsweise bei der Anordnung
auf einem Bürstenhalter
oder einer Trägerplatte
der Fall ist.
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Für
einen zuverlässigen
Schutz vor Überhitzung
ist das thermische Bauelement als Thermoschalter ausgebildet, dessen
Oberfläche
die von dem Kollektor oder den Bürsten
abgestrahlte Wärme
detektiert. Dadurch wird direkt die für den Motor kritischste Temperatur
am Bürstenfeuer überwacht.
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Ist die Aussparung in der Leiterplatte
als fensterartiges Loch ausgebildet, steht auf beiden Seiten der
Leiterplatte ein Oberfläche
des thermische Bauelements zum Kontaktieren oder zum Detektieren
der Umgebungstemperatur zur Verfügung.
Dabei kann das thermische Bauelement derart positioniert werden,
dass dieses die Dicke der bestückten
Leiterplatte nicht überschreitet.
Weist das Fenster einen zum Rand der Leiterplatte hin offenen Rahmen
auf, kann solch ein Fenster günstiger
gefertigt werden. In die Aussparung können thermische Bauelemente verschiedener
Abmessung eingesetzt werden, ohne dass das Gesamt-Layout der Leiterplatte
oder deren Anordnung relativ zur Ankerwelle geändert werden muss.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn
das thermische Bauelement direkt mit den Störbauteilen verbunden ist, wobei
diese hierzu beispielsweise ebenfalls auf der Leiterplatte angeordnet
sind.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindung
weist eine Leiterplatte auf, die parallel zur Ankerwelle der Antriebseinheit
angeordnet ist. Bei dieser kompakten Bauweise steht eine tangentiale Fläche der
Leiterplatte in unmittelbarer Nähe
zum Kollektor zur Verfügung,
auf der das thermische Bauelement in einer Aussparung angeordnet
werden kann.
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Bei solch einer parallelen Anordnung
der Leiterplatte zur Ankerwelle kann der mindestens eine Hallsensor
verfahrenstechnisch günstig
ebenfalls auf der Leiterplatte gegenüber eines auf der Ankerwelle befestigten
Ringmagneten angeordnet werden. Hierzu eignet sich insbesondere
ein Hallsensor, der Bestandteil eines ASIC-Bauteils ist, das ebenfalls
in SMD-Technik auf der Leiterplatte fixiert ist.
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Je nach Ausführung der bestückten Leiterplatte
kann die mindestens eine thermisch sensitive Oberfläche des
thermischen Bauelements beispielsweise etwa in einer Ebene mit der
ankerwellenseitigen Oberfläche
der Leiterplatte positioniert werden. Alternativ kann die Oberfläche des
thermischen Bauelements auch mit der die Dicke der bestückten Leiterplatte
bestimmenden Hallsensors oder eines anderen, den Abstand zur Ankerwelle
bestimmenden Bauteils bündig
angeordnet sein.
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Ein besonders zuverlässiger Schutz
vor Überhitzung
wird gewährleistet,
wenn die temperaturempfindliche Oberfläche des thermischen Bauelements
direkt gegenüber
des Kollektors bzw. des Kohlefeuers – in gleicher axialer Höhe mit den
Bürsten – angeordnet
ist. Dadurch kann das thermische Bauelement direkt und ohne wesentliche
Zeitverzögerung die
kritische Motortemperatur erfassen, worauf hin mittels der Elektronikeinheit
die erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet werden
können.
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Weist die elektrische Antriebseinheit
ein ringförmiges
Bürstenhalterelement
auf, das axial auf die Ankerwelle montiert wird, kann daran die
Leiterplatte günstig
derart angeordnet werden, dass diese tangential zur Ankerwelle verläuft. Erstreckt
sich die Leiterplatte in axialer Richtung über einen wesentlichen Teil
des Kollektors, kann das thermische Bauelement auf der Leiterplatte
in unmittelbarer Umgebung des Kollektors angeordnet sein. Erstreckt
sich die Leiterplatte des weiteren, ebenfalls über einen wesentlichen Teil
des Magneten, so kann neben dem thermischen Bauelement auch der
mindestens eine Hallsensor auf der Leiterplatte direkt gegenüber des
Magneten angeordnet werden.
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In der Zeichnung sind verschiedene
Ausführungsbeispiele
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt
und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße elektrische Antriebseinheit
ohne Getriebe und Getriebe-/Elektronikgehäuse,
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2 eine
vergrößerte Darstellung
eines Bürstenhalterelements
mit Elektronikeinheit gemäß 1,
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3 einen
axialen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer elektrischen
Antriebseinheit und
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4 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer Antriebseinheit gemäß 2.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Das in 1 dargestellte
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen elektrischen
Antriebseinheit 10 weist einen Poltopf 12 auf,
aus dem ein Ankerwelle 15 ragt. Senkrecht zur Ankerwelle 15 ist
ein Bürstenhalterelement 18 angeordnet,
das eine ringförmige
Ausformung 20 für
die Ankerwelle 15 und einen, mittels eines Stegs 26 verbundenen
Stecker 28 für
die elektrischen Anschlüsse
aufweist. Des weiteren sind am Bürstenhalter 18 zwei
Segmente 29 mit einer Lageraufnahme 32 für eine Lagerkalotte 37 angeformt.
Parallel zur Ankerwelle 15 ist eine Leiterplatte 13 angeordnet,
die Bestandteil einer Elektronikeinheit 14 der Antriebseinheit 10 ist.
Auf der Ankerwelle 15 ist ein Ringmagnet 35 angeordnet,
der mit einem magnetischen Sensor 36 wechselwirkt, wie
er in 2 dargestellt
ist. Die Ankerwelle 15 weist einen Kollektor 16 auf,
der mit Bürsten 22 zusammen
wirkt, die in 1 nicht
sichtbar sind.
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In 2 ist
das Bürstenhalterelement 18 mit der
Leiterplatte 13 in Vergrößerung ohne Ankerwelle 15 dargestellt.
Am Fuße
der Segmente 29 sind Bürstenträger 31 angeordnet,
die die Bürsten 22 aufnehmen
und diese gegen den Kollektor 16 pressen. In der Leiterplatte 13 ist
etwa in axialer Höhe
der Bürsten 22 als
Aussparung 40 ein Loch mit einem Rahmen 41 ausgeformt,
das ein Thermoschalter 43 als Bauteil 42 zum Schutz
vor Überhitzung
aufnimmt. Die Aussparung 40 ist hierbei als fensterartiger
Durchbruch ausgebildet, worin das thermische Bauelement 42 derart
angeordnet ist, dass eine temperaturempfindliche Oberfläche 44 des
Bauelements 42 zu den Bürsten 22 hin ausgerichtet
ist, und beispielsweise auf der der Ankerwelle 15 abgewandten
Seite 19 der Leiterplatte 13 im SMD-Verfahren
auf der Leiterplatte 13 fixiert ist.
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Wird der Bürstenhalter 18 auf
die Ankerwelle 15 montiert, befindet sich die temperaturempfindliche Oberfläche 44 direkt
gegenüber
des Kollektors 16 und der Bürsten 22, so dass
deren abgestrahlte Wärme
direkt detektiert wird. Axial versetzt ist auf der Leiterplatte 13 als
magnetischer Sensor 36 ein ASIC-Baustein 38 angeordnet,
in den zwei tangential versetzte Hausensoren integriert sind. Die
Hausensoren 36 sind direkt gegenüber dem Ringmagneten 35 angeordnet
und werten dessen magnetisches Signal zur Positionserfassung aus.
Der Abstand der Leiterplatte 13 zur Ankerwelle 15 wird
beispielsweise durch den optimalen Abstand der Hausensoren 36 zum
Ringmagnet 35 vorgegeben. Die Lage des thermischen Bauelements 42 innerhalb
der Aussparung 40 wird so angepasst, dass beispielsweise
die temperaturempfindliche Oberfläche 44 nicht über eine dem
Ringmagneten 35 zugewandte Oberfläche 33 der Magnetsensoren 36 ragt.
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In einem alternativen Ausführungsbeispiel
ist in 3 das thermische
Bauelement 42 innerhalb der Aussparung 40 derart
angeordnet, dass die Oberfläche 44 in
etwa in einer Ebene mit der der Ankerwelle 15 zugewandten
Seite 17 der Leiterplatte 13 liegt. Die elektrische
Kontaktierung des thermischen Bauelements 42 ist dabei
auf der der Ankerwelle 15 abgewandten Seite 19 der Leiterplatte
mittels SMD-Technik gelötet.
Hierzu sind an dem Thermoschalter 42 Kontaktfahnen 45 angeformt,
die aus der Aussparung 40 ragen und sich über die
Oberfläche der
Leiterplatte (13) erstrecken. In einer Variation ist das
thermische Bauelement 42 direkt mit Entstördrosseln 34 verbunden,
die mittels eines Halteglieds 30 vom Bürstenhalterelement 18 aufgenommen
werden.
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4 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel,
bei dem die Entstörglieder 34 direkt
auf der Leiterplatte 13 angeordnet sind. Dadurch können diese zusammen
mit dem thermischen Bauelement 42 und weiteren elektronischen
Bauteilen, wie beispielsweise dem Magnetsensor 36, in einem
Prozessschritt auf der Leiterplatte 13 montiert werden.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist die Aussparung 40 so angeordnet, dass diese zu einer
Kante 11 der Leiterplatte 13 hin offen ausgebildet
ist und somit keinen geschlossenen Rahmen 41 aufweist.
Die temperaturempfindliche Oberfläche 44 des Thermoschalters 43 befindet
sich dabei wieder auf gleicher axialer Höhe mit dem Kollektor 16 bzw.
den Bürsten 22.
Die Leiterplatte 13 ist in etwa senkrecht zum Bürstenhalterelement 18 an
diesen befestigt und mittels Verbindungsbrücken 39 mit dem Stecker 28 verbunden.
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Des weiteren umfasst die Endung auch
einzelne Merkmale der Ausführungsbeispiele
oder eine beliebige Kombination der Merkmale von unterschiedlichen
Ausführungsbeispielen.
Die Erfindung ist nicht auf die Anordnung von thermischen Bauelementen 42 in
einer Aussparung 40 der Leiterplatte 13 beschränkt, sondern
kann auch für
Bauteile angewandt werden, die bei geringem, zur Verfügung stehendem
Bauraum in unmittelbarer Nähe
des Kollektors 16 oder des Magnets 35 angeordnet
werden sollen. Dabei kann die Leiterplatte 13 auch als
Trägerplatte 13 bzw.
Stanzgitter 13 ausgeführt
sein. Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 10 zum
Verstellen von beweglichen Teilen im Kraftfahrzeug, beispielsweise
für Schiebedächer, Fensterheber,
Sitzverstellungen dergleichen eingesetzt.