WO2023143891A1 - Aktuator - Google Patents

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Matthias Humpe
Jost Kleine-Weischede
Johannes Langkau
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HELLA GmbH & Co. KGaA
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    • B60Y2400/40—Actuators for moving a controlled member
    • B60Y2400/405—Electric motors actuators

Definitions

  • the invention relates to an actuator with an electric motor and a transmission, the electric motor having a stator, a rotor rotatably mounted in the stator and a printed circuit board with electrical and/or electronic components, the printed circuit board being electrically connectable to the stator, and a the drive-side end of the rotor is designed as a pinion, wherein the gear can be driven by the pinion, and wherein an output axis of the gear extends in an output area between a mounting side and a first axis of rotation and is at a distance from the first axis of rotation that is smaller than a first one Radius, and wherein the electric motor and the gearbox are arranged in a housing.
  • Such an actuator is described in the subsequently published DE 10 2021 125 218 A1. According to this publication, the disclosure content of which is explicitly included in the present application, it is possible to position the output in an edge area of a housing and thus enable a small distance between an output side of the housing and a device to be driven. In this way, a compact construction of the device with the actuator can be achieved.
  • actuators are generally known and are used in motor vehicles, for example, for various purposes.
  • the actuator of the invention is particularly suitable for driving flaps such as loading flaps, tank flaps or tailgates.
  • DE 10 2019 100 787 A1 discloses a device for opening and closing a flap, in which an actuator acts on a lever arrangement with at least two levers. In addition to being pivotable, one of the levers can be moved radially in order to protect against precipitation when the flap is open. Based on the subsequently published DE 10 2021 125 218 A1, the object of the invention is to create an actuator that is suitable for both left-hand and right-hand installation without complex changes during production.
  • the housing is designed in such a way that an output of the actuator can be mounted at two different positions in the housing.
  • This means that the actuator can be used in a variety of ways and that a compact design is achieved overall. It is suitable for both left-hand and right-hand installation. Only a single injection mold is required for the production of the housing, with only one insert in the injection mold having to be implemented accordingly for the two different installation positions if the housing is to be otherwise closed; alternatively, an unused opening can be sealed with a film, for example.
  • the output can be mounted to the left or right of a longitudinal axis of the housing, with the output gear wheel and thus the output area being arranged at an end of the housing remote from the electric motor.
  • the positions are therefore left and right of the longitudinal axis.
  • the actuator is particularly well suited for actuating the flaps of a motor vehicle.
  • the housing is closed at one of the positions which is not used. As a result, the housing is well protected against the ingress of dirt and liquid, so that the durability and reliability of the actuator is increased.
  • a holder has two bearing journals.
  • the covering means can be used for both positions without any changes. This simplifies warehousing and assembly, prevents errors and thus reduces production costs.
  • a trough of the housing is manufactured using a single injection mold. An opening for the output gear is created simply by inserting an insert into the mold at an appropriate position. The production of the trough and thus of the actuator becomes more economical and simpler.
  • Figure 1 is an exploded view of an actuator
  • FIG. 2 shows a perspective view from below of a trough from FIG.
  • Figure 3 is a longitudinal section through the actuator
  • FIG. 4 shows a cross section through the actuator in an output area.
  • an actuator comprises an electric motor 1, a circuit board 2, a gear 3 and a housing 4.
  • the electric motor 1 is preferably a brushless DC motor with a stator and a rotor 1 A and is electrically connected to the circuit board 2 .
  • the stator is fixed in the housing 4 and can be cast in this.
  • the rotor 1A has a drive pinion 5 for coupling to the gear 3 at its drive-side end.
  • the belonging to the electric motor 1 circuit board 2 includes a variety of electrical and / or electronic components and is used to control and / or regulation of the electric motor 1.
  • the circuit board 2 is electrically connected via a socket 6, which is formed on the housing 4, with a On-board electronics/on-board electronics can be connected.
  • the circuit board 2 is fixed in the case 4 between the stator and a cover 4B.
  • the transmission 3 consists of a large number of gear wheels for converting the input speed to an output speed of the actuator.
  • the gears are rotatably mounted in the housing 4 by means of axles or shafts. All axes and shafts are parallel.
  • An output gear wheel 7 is arranged in the housing 4 so that it is accessible from the outside in such a way that an element to be driven by the actuator (e.g. for a tank flap or a charging flap) can be connected.
  • the driven gear wheel 7 is mounted on the one hand on an assigned opening 8 in an assigned guide of a trough 4A of the housing 4 and on the other hand on an assigned pin 9A of a holder 9 .
  • the trough 4A and the holder 9 are designed in such a way that the output gear 7 can basically be arranged in two different positions 10, namely to the left or to the right of a longitudinal axis of the housing 4.
  • the trough 4A is designed with mirror symmetry in the area of the output gear 7 , here with the exception that the opening 8 is formed only on the left or only on the right.
  • a seal 15 is arranged on the output gear wheel 7 in axial proximity to the opening 8 in such a way that it rests sealingly against the guide. In this way, the penetration of liquid and/or dirt into the housing 4 is prevented at this point.
  • a first axis of rotation 11 which is assigned to a gear combination 12 immediately upstream of the output gear 7 , is located on an axis of symmetry of the area assigned to the output gear 7 . This makes it possible to use the output gear 7 without any significant changes according to the requirement in one of the two positions 10; only the opening 8 is to be arranged accordingly in the manufacture of the trough 4A.
  • the plate-like holder 9 is arranged axially between the output gear 7 and the upstream gear combination 12 .
  • This has the two pins 9a, which protrude into the trough 4A when the holder is inserted into the latter.
  • the pins 9A are arranged so that they are axially aligned with the positions 10.
  • FIG. Furthermore, the holder 9 has a multiplicity of here four detent springs 9B for fastening in the trough 4A.
  • the holder 9 as a whole serves to support the output gear 7 and its axial separation from a larger gear of the gear combination 12, which has a first radius.
  • the housing 4 is formed in two parts from the trough-like trough 4A and the cover 4B and is shaped to accommodate the electric motor 1 , the printed circuit board 2 and the gear 3 .
  • the trough 4A and the cover 4B are preferably made of plastic separately by injection molding and are attached to one another in a sealed manner in the finished actuator, for example by means of welding.
  • the housing 4 has a mounting side 13 which can be oriented to a predetermined part of a motor vehicle for mounting the actuator.
  • An axis of the output gear wheel 7 extends in an output area between the mounting side 13 and the first axis of rotation 11 and is at a distance from this which is smaller than the first radius of the larger gear wheel of the gear wheel combination 12. This enables optimal positioning of the actuator relative to allows the predetermined part.
  • Fastening elements 14 are arranged on the outside of the trough 4A, by means of which the actuator can be fastened on or in the motor vehicle.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator mit einem Elektromotor (1) und einem Getriebe (3), wobei der Elektromotor (1) einen Stator, einen in dem Stator drehbar gelagerten Rotor (1 A) sowie eine Leiterplatte (2) mit elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen aufweist, wobei die Leiterplatte (2) mit dem Stator elektrisch verbindbar ist, und wobei ein antriebseitiges Ende des Rotors (1A) als Antriebsritzel (5) ausgebildet ist, wobei das Getriebe (3) von dem Antriebsritzel (5) antreibbar ist, und wobei sich eine Achse eines Abtriebszahnrads (7) des Getriebes (3) in einem Abtriebsbereich zwischen einer Montageseite (13) und einer ersten Drehachse (11) erstreckt und einen Abstand zur ersten Drehachse (11) aufweist, der kleiner ist als ein erster Radius, und wobei der Elektromotor (1) und das Getriebe (3) in einem Gehäuse (4) angeordnet sind. Der Aktuator soll so verbessert werden, dass er vielseitig, insbesondere sowohl für einen Linkseinbau als auch für einen Rechtseinbau, eingesetzt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass das Gehäuse (4) derart ausgebildet ist, dass das Abtriebszahnrad (7) des Aktuators an zwei unterschiedlichen Positionen (10) in dem Gehäuse (4) lagerbar ist.

Description

Aktuator
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Aktuator mit einem Elektromotor und einem Getriebe, wobei der Elektromotor einen Stator, einen in dem Stator drehbar gelagerten Rotor sowie eine Leiterplatte mit elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen aufweist, wobei die Leiterplatte mit dem Stator elektrisch verbindbar ist, und wobei ein antriebseitiges Ende des Rotors als Ritzel ausgebildet ist, wobei das Getriebe von dem Ritzel antreibbar ist, und wobei sich eine Abtriebsachse des Getriebes in einem Abtriebsbereich zwischen einer Montageseite und einer ersten Drehachse erstreckt und einen Abstand zur ersten Drehachse aufweist, der kleiner ist als ein erster Radius, und wobei der Elektromotor und das Getriebe in einem Gehäuse angeordnet sind.
Ein solcher Aktuator ist in der nachveröffentlichten DE 10 2021 125 218 A1 beschrieben. Nach dieser Veröffentlichung, deren Offenbarungsgehalt explizit in die vorliegende Anmeldung aufgenommen ist, ist es möglich, den Abtrieb in einem Randbereich eines Gehäuses zu positionieren und so einen geringen Abstand zwischen einer Abtriebseite des Gehäuses und einer anzutreibenden Vorrichtung zu ermöglichen. Auf diese Weise kann eine kompakte Bauweise der Vorrichtung mit dem Aktuator erzielt werden.
Aktuatoren sind in unterschiedlichen Ausführungen allgemein bekannt und werden z.B. in Kraftfahrzeugen vielfach für unterschiedliche Zwecke eingesetzt. Der Aktuator der Erfindung eignet sich besonders für den Antrieb von Klappen wie z.B. Ladeklappen, Tankklappen oder Heckklappen.
Aus der DE 10 2019 100 787 A1 ist eine Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Klappe bekannt, bei der ein Aktuator auf eine Hebelanordnung mit mindestens zwei Hebeln wirkt. Einer der Hebel ist zusätzlich zur Verschwenkbarkeit radial verlagerbar, um bei geöffneter Klappe einen Schutz vor Niederschlag zu bewirken. Ausgehend von der nachveröffentlichten DE 10 2021 125 218 A1 ist es die Aufgabe der Erfindung, einen Aktuator zu schaffen, der ohne aufwendige Änderungen bei der Fertigung sowohl für einen Linkseinbau als auch für einen Rechtseinbau geeignet ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst: Das Gehäuse ist derart ausgebildet, dass ein Abtrieb des Aktuators an zwei unterschiedlichen Positionen in dem Gehäuse lagerbar ist. Dies bewirkt, dass der Aktuator vielseitig einsetzbar ist und hierbei insgesamt eine kompakte Bauweise erzielt wird. Er ist sowohl für einen Linkseinbau als auch für einen Rechtseinbau geeignet. Für die Fertigung des Gehäuses ist nur eine einzige Spritzform erforderlich, wobei für die beiden unterschiedlichen Einbaulagen lediglich ein Einsatz in der Spritzform entsprechend umzusetzen ist, wenn das Gehäuse ansonsten geschlossen sein soll; alternativ kann eine ungenutzte Öffnung z.B. mittels einer Folie verschlossen sein.
Die Unteransprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.
In einer Ausgestaltung ist der Abtrieb links oder rechts von einer Längsachse des Gehäuses lagerbar, wobei das Abtriebszahnrad und somit der Abtriebsbereich an einem dem Elektromotor entfernten Ende des Gehäuses angeordnet ist. Die Positionen sind also links und rechts der Längsachse. Hierdurch ist der Aktuator besonders gut für die Betätigung von Klappen eines Kraftfahrzeugs geeignet.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Gehäuse an einer nicht genutzten der Positionen geschlossen. Hierdurch ist das Gehäuse gut gegen Eindringen von Schmutz und Flüssigkeit geschützt, so dass die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit des Aktuators erhöht ist.
In einer weiteren Ausgestaltung weist eine Halterung zwei Lagerzapfen auf. Hierdurch ist das Abdeckmittel für beide Positionen ohne Änderungen einsetzbar. Dies erleichtert Lagerhaltung und die Montage, verhindert hierbei Fehler und vermindert so die Produktionskosten. In einer weiteren Ausgestaltung erfolgt die Fertigung eines Trogs des Gehäuses mittels einer einzigen Spritzform. Eine Öffnung für das Abtriebszahnrad wird einfach durch Einsetzen eines Einsatzes in die Spritzform an einer entsprechenden Position geschaffen. Die Produktion des Trogs und damit des Aktuators wird wirtschaftlicher und einfacher.
Anhand der beigefügten schematischen Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine Explosionsansicht eines Aktuators,
Figur 2 eine perspektivische Unteransicht auf einen Trog der Figur 1 mit zusätzlich dargestelltem Abtriebszahnrad und Halterung,
Figur 3 einen Längsschnitt durch den Aktuator und
Figur 4 einen Querschnitt durch den Aktuator in einem Abtriebsbereich.
Wie aus den Figuren 1 bis 4 ersichtlich ist, umfasst ein Aktuator einen Elektromotor 1, eine Leiterplatte 2, ein Getriebe 3 und ein Gehäuse 4.
Der Elektromotor 1 ist vorzugsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor mit einem Stator und einem Rotor 1 A und ist elektrisch an die Leiterplatte 2 angeschlossen. Der Stator ist in dem Gehäuse 4 befestigt und kann in dieses eingegossen sein. Der Rotor 1 A weist an seinem antriebseitigem Ende ein Antriebsritzel 5 zur Koppelung an das Getriebe 3 auf.
Die zu dem Elektromotor 1 gehörige Leiterplatte 2 umfasst eine Vielzahl von elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen und dient der Ansteuerung und/oder Regelung des Elektromotors 1. Die Leiterplatte 2 ist elektrisch über eine Steckbuchse 6, die an dem Gehäuse 4 gebildet ist, mit einer Bordelektronik/Bordelektrik verbindbar. Die Leiterplatte 2 ist in dem Gehäuse 4 zwischen dem Stator und einem Deckel 4B befestigt. Das Getriebe 3 besteht wie üblich aus einer Vielzahl von Zahnrädern zum Übersetzen der Antriebsdrehzahl zu einer Abtriebsdrehzahl des Aktuators. Die Zahnräder sind mittels Achsen oder Wellen drehbar in dem Gehäuse 4 gelagert. Alle Achsen und Wellen verlaufen parallel.
Ein Abtriebszahnrad 7 ist so von außen zugänglich in dem Gehäuse 4 angeordnet, dass ein von dem Aktuator anzutreibendes Element (für z.B eine Tankklappe oder eine Ladeklappe) anschließbar ist. Das Abtriebszahnrad 7 ist einerseits an einer zugeordneten Öffnung 8 in einer zugeordneten Führung eines Troges 4A des Gehäuses 4 und andererseits an einem zugeordneten Zapfen 9A einer Halterung 9 gelagert. Hierbei sind der Trog 4A und die Halterung 9 derart ausgebildet, dass das Abtriebszahnrad 7 grundsätzlich in zwei unterschiedlichen Positionen 10 angeordnet sein kann, nämlich links oder rechts von einer Längsachse des Gehäuses 4. Hierfür ist der Trog 4A entsprechend im Bereich des Abtriebszahnrads 7 spiegelsymmetrisch ausgebildet, hier mit der Ausnahme, dass die Öffnung 8 nur links oder nur rechts gebildet ist. An dem Abtriebszahnrad 7 ist in axialer Nähe zu der Öffnung 8 eine Dichtung 15 so angeordnet, dass sie dichtend an der Führung anliegt. Auf diese Weise wird an dieser Stelle das Eindringen von Flüssigkeit und/oder Schmutz in das Gehäuse 4 verhindert.
Eine erste Drehachse 11 , die einer dem Abtriebszahnrad 7 unmittelbar vorgeschalteten Zahnradkombination 12 zugeordnet ist, befindet sich auf einer Symmetrieachse des dem Abtriebszahnrad 7 zugeordneten Bereichs. Hierdurch ist es möglich, das Abtriebszahnrad 7 ohne wesentliche Änderungen beliebig entsprechend der Anforderung in eine der beiden Positionen 10 einzusetzen; lediglich die Öffnung 8 ist bei der Fertigung des Trogs 4A entsprechend anzuordnen.
Axial zwischen dem Abtriebszahnrad 7 und der vorgeschalteten Zahnradkombination 12 ist die plattenartige Halterung 9 angeordnet. Diese weist die zwei Zapfen 9a auf, die bei der in den Trog 4A eingesetzten Halterung in diesen hineinragen. Die Zapfen 9A sind derart angeordnet, dass sie axial mit den Positionen 10 fluchten. Weiterhin weist die Halterung 9 eine Vielzahl von hier vier Rastfedern 9B zur Befestigung in dem Trog 4A auf. Die Halterung 9 insgesamt dient einer Lagerung des Abtriebszahnrads 7 sowie dessen axialer Trennung von einem größeren Zahnrad der Zahnradkombination 12, das einen ersten Radius aufweist. Das Gehäuse 4 ist zweiteilig aus dem wannenartigen Trog 4A und dem Deckel 4B gebildet und zur Aufnahme des Elektromotors 1 , der Leiterplatte 2, und des Getriebes 3 geformt. Der Trog 4A und der Deckel 4B sind vorzugsweise aus Kunststoff separat im Spritzguss gefertigt und bei dem fertigen Aktuator dichtend aneinander befestigt, z.B. mittels Schweißen.
Das Gehäuse 4 weist eine Montageseite 13 auf, die zur Montage des Aktuators zu einem vorbestimmten Teil eines Kraftfahrzeugs orientierbar ist. Eine Achse des Abtriebszahnrads 7 erstreckt sich in einem Abtriebsbereich zwischen der Montageseite 13 und der ersten Drehachse 11 und weist einen Abstand zu dieser auf, der kleiner ist als der erste Radius des größeren Zahnrads der Zahnradkombination 12. Hierdurch ist eine optimale Positionierung des Aktuators relativ an dem vorbestimmten Teil ermöglicht.
Außen an dem Trog 4A sind Befestigungselemente 14 angeordnet, mittels derer eine Befestigung des Aktuators an oder in dem Kraftfahrzeug ermöglicht ist.
Bezugszeichenliste
1 Elektromotor
1A Rotor Leiterplatte
3 Getriebe
4 Gehäuse
4A Trog
4B Deckel
5 Antriebsritzel
6 Steckbuchse
7 Abtriebszahnrad
8 Öffnung
9 Halterung
9A Zapfen
9B Rastfeder
10 Position
11 erste Drehachse
12 Zahnradkombination
13 Montageseite
14 Befestigungselement
15 Dichtung

Claims

Aktuator Patentansprüche
1. Aktuator mit einem Elektromotor (1) und einem Getriebe (3), wobei der Elektromotor (1) einen Stator, einen in dem Stator drehbar gelagerten Rotor (1A) sowie eine Leiterplatte (2) mit elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen aufweist, wobei die Leiterplatte (2) mit dem Stator elektrisch verbindbar ist, und wobei ein antriebseitiges Ende des Rotors (1A) als Antriebsritzel (5) ausgebildet ist, wobei das Getriebe (3) von dem Antriebsritzel (5) antreibbar ist, und wobei sich eine Achse eines Abtriebszahnrads (7) des Getriebes (3) in einem Abtriebsbereich zwischen einer Montageseite (13) und einer ersten Drehachse (11) erstreckt und einen Abstand zur ersten Drehachse (11) aufweist, der kleiner ist als ein erster Radius, und wobei der Elektromotor (1) und das Getriebe (3) in einem Gehäuse (4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) derart ausgebildet ist, dass das Abtriebszahnrad (7) des Aktuators an zwei unterschiedlichen Positionen (10) in dem Gehäuse (4) lagerbar ist.
2. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebszahnrad (7) links oder rechts von einer Längsachse des Gehäuses (4) lagerbar ist, wobei das Abtriebszahnrad (7) an einem dem Elektromotor (1) entfernten Ende des Gehäuses (4) angeordnet ist.
3. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) an einer nicht genutzten der Positionen (10) geschlossen ist.
4. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Halterung (9) angeordnet ist, die zwei Lagerzapfen (9a) aufweist. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigung eines Trogs (4A) des Gehäuses (4) mittels einer einzigen Spritzform erfolgt.
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