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Die
Erfindung betrifft einen Stellantrieb mit einer Motoreinheit und
einer Getriebeeinheit. Die Motoreinheit weist einen auf der Motorwelle
befestigten Kommutator auf. Die Getriebeeinheit weist ein Getriebegehäuse aus
Kunststoff auf, welches mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt
ist. Es ist ein Bürstensystem
zur Kontaktierung des Kommutators zwischen der Motoreinheit und
der Getriebeeinheit angeordnet. Die Erfindung betrifft zudem eine
Verwendung des Stellantriebes in einem Kraftfahrzeug.
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Stellantriebe,
wie z.B. Fensterheber-Antriebe oder Schiebedach-Antriebe, sind seit
langem bekannt. Üblicherweise
wird bei der Montage eines Stellantriebes ein Bürstengehäuse, welches das Bürstensystem
aufweist, auf die Motorwelle über
den Kommutator aufgeschoben und fest mit der Motoreinheit verbunden.
Im Bürstengehäuse kann
bereits ein Motorwellenlager aufgenommen sein, durch das die Motorwelle
geführt
ist. Zur Montage des Stellantriebes wird dann die Motoreinheit samt
Bürstengehäuse in eine
entsprechende Öffnung
im Getriebegehäuse
eingeschoben, so dass die Motorwelle zum Antreiben der Getriebeeinheit
in ein Zahnrad im Inneren der Getriebeeinheit eingreifen kann.
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Typischerweise
weist die Getriebeeinheit ein Schneckenrad auf, welches von einer
auf der Motorwelle sitzenden Schneckenwelle angetrieben wird. Alternativ
kann die Getriebeeinheit ein Stirnradgetriebe, ein Kegelradgetriebe
oder ein Planetengetriebe aufweisen.
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Die
Motoreinheit besteht üblicherweise
aus einem Motorgehäuse,
einem Bürstengehäuse und
einem Läufer.
Bekannte Bürstengehäuse weisen
ein aus Kunststoff bestehendes Gehäuse auf, in welchem weitere
Bauteile untergebracht sein können, wie
z.B. Stromführungen,
Kohlebürsten
oder Entstörelemente.
Der Läufer ist
vorzugsweise als Läuferpaket
mit einer Vielzahl von auf der Motorwelle befestigten Lamellen ausgebildet. Über einen
nach außen geführten Stecker
oder eine nach außengeführte Buchse
kann der Stellantrieb elektrisch angeschlossen werden.
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Die
derzeit bekannten Stellantriebe weisen üblicherweise drei bzw. vier
Hauptkomponenten auf, das heißt
die Motoreinheit, das Bürstensystem,
die Getriebeeinheit sowie gegebenenfalls eine Steuereinheit. Letztere
kann bei technisch einfacheren Stellantrieben entfallen. Die Steuereinheit
weist insbesondere elektrische und elektronische Bauelemente zur
Einstellung der Motordrehrichtung, wie z.B. ein Relais, oder Temperatursensoren
auf. Sie kann z.B. einen Mikrocontroller zur Steuerung und zur Überwachung
des Stellantriebes aufweisen.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Stellantrieb anzugeben, welcher
weniger Hauptkomponenten benötigt.
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Die
Aufgabe wird durch einen Stellantrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen genannt.
In einem nebengeordneten Anspruch ist eine geeignete Verwendung
des Stellantriebes in einem Kraftfahrzeug angegeben.
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Erfindungsgemäß ist das
Bürstensystem
im Spritzgießprozess
zur Herstellung des Getriebegehäuses
zumindest teilweise vom Kunststoff des Getriebegehäuses mit
umspritzt. Durch diese Integration des Bürstensystems in das Getriebegehäuse erhöht sich
vorteilhaft der Integrationsgrad eines derartigen Stellantriebes.
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Der
erfindungsgemäße Stellantrieb
besteht nur aus den beiden Hauptkomponenten Motoreinheit und Getriebe-/Bürsteneinheit.
Dadurch verringert sich vorteilhaft der Gesamtmontageaufwand für den Stellantrieb.
Es reduziert sich vorteilhaft die Baugröße des Getriebegehäuses bzw.
des Stellantriebes. Zudem reduziert sich das Gesamtgewicht des Stellantriebes.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform weist
der Stellantrieb eine mit dem Bürstensystem verbundene
Steuereinheit auf. Auch die Steuereinheit ist im Spritzgießprozess
zur Herstellung des Getriebegehäuses
teilweise oder vollständig
vom Kunststoff des Getriebegehäuses
mit umspritzt.
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Dadurch
vereinfacht sich der Montageaufwand für den Stellantrieb nochmals.
Ein Anschrauben der Steuereinheit an einen am Getriebegehäuse ausgebildeten
Flansch – wie
dies beim Stand der Technik der Fall ist – erübrigt sich. Ein weiterer Vorteil ist,
dass die umspritzten Komponenten und Bauelemente des Bürstensystems
und gegebenenfalls der Steuereinheit wirksam vor Umwelteinflüssen, wie Staub
und Feuchtigkeit, geschützt
sind. Gesonderte Abdichtungsmaßnahmen
insbesondere der Steuereinheit gegenüber Umwelteinflüssen können entfallen
bzw. reduziert werden.
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Die
Komponenten des Bürstensystems
und die Bauelemente der Steuereinheit, bzw. zumindest ein Teil der
Komponenten und Bauelemente, werden dabei in das Spritzwerkzeug
für das
Getriebegehäuse
eingelegt und während
des Spritzgießens
mit Formmasse, insbesondere Kunststoff, umspritzt. Bauelemente oder
Komponenten, die nicht umspritzt werden sollen, wie z.B. die Kohlebürsten des
Bürstensystems,
können
durch entsprechende, in der Spritzform vorgesehene Trennwände oder
Trennkammern von der Formmasse freigehalten werden. Die Formmasse
ist typischerweise ein thermoplastischer Kunststoff, wie z.B. Polyethylen
oder Polyamid.
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Durch
die Integration des Bürstensystems und
der Steuereinheit auf einer Leiterplatte verringert sich vorteilhaft
die Anzahl der Kontaktstellen. Die Zuverlässigkeit des Stellantriebes
erhöht
sich.
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Die
Steuereinheit kann alternativ dazu in einer entsprechenden Aussparung
bzw. in einem entsprechenden Hohlraum im Getriebegehäuse des Stellantriebes
eingesetzt werden. Die Aussparung bzw. der Hohlraum kann bei der
Formgebung des Spritz- Werkzeuges
bzw. der Spritzform des Getriebegehäuses berücksichtigt werden. Insbesondere
können
während
des Spritzgießens
des Getriebegehäuses
Stege, Rahmen oder Aufnahmeöffnungen
zur Aufnahme und Fixierung der zuvor genannten Komponenten und Bauelemente
ausgeformt sein.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
sind zumindest ein Teil der Komponenten des Bürstensystems und zumindest
ein Teil der Bauelemente der Steuereinheit auf einer gemeinsamen
Leiterplatte angeordnet. Es ist zumindest ein Teil der Leiterplatte beim
Spritzgießen
des Getriebegehäuses
mit umspritzbar.
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Die
Leiterplatte dient vorteilhaft als Träger der zuvor genannten Komponenten
und Bauelemente. Zudem dient die Leiterplatte, insbesondere bei technisch
anspruchsvolleren Steuereinheiten, zur elektrischen Verbindung der
Komponenten und Bauelemente untereinander. Vorzugsweise sind die Stromführungen
des Bürstensystems
auf der Leiterplatte angebracht und dort verlötet. An dem jeweiligen freien
Ende der Stromführungen
ist je eine Bürste,
insbesondere eine Kohlebürste,
zur Kontaktierung des Kommutators angebracht. Die Stromführungen können über weiterführende Leiterbahnen
mit Entstörelementen,
wie Drosseln oder Kondensatoren, die gleichfalls auf der Leiterplatte
angeordnet sind, leitend verbunden sein. Die Stromführungen
können ferner
mit einem Relais zur Umschaltung der Drehrichtung des Motors oder
mit einem Leistungsausgang eines Schalttransistors oder eines Mikrocontrollers
leitend verbunden sein.
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Im
Besonderen wird zumindest ein Teil der bestückten Leiterplatte, vorzugsweise
jedoch die gesamte Leiterplatte, beim Spritzgießen des Getriebegehäuses mit
umspritzt. Bereiche der Leiterplatte, die nicht umspritzt werden
sollen, wie z.B. der Kontaktierungsbereich zum Kommutator der Motoreinheit
hin, können
durch entsprechende, in der Spritzform vorgesehene Trennwände oder
Trennkammern von der Formmasse freigehalten werden.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
ist das Getriebegehäuse
zumindest zweiteilig ausgeführt. Zwischen
den Gehäuseteilen
des Getriebegehäuses ist
zumindest ein Zahnrad aufgenommen. Das Bürstensystem und gegebenenfalls
die Steuereinheit können
beim Spritzgießen
eines der Gehäuseteile
des Getriebegehäuses
mit umspritzt werden.
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Die
insbesondere zweiteilige Ausführung des
Getriebegehäuses
ermöglicht
in einfacher Weise die Aufnahme der Getriebekomponenten der Getriebeeinheit,
wie z.B. ein Zahnrad, ein Schneckenrad, eine Kalotte oder ein Topflager.
Die beiden Gehäuseteile
des Getriebegehäuses
können
so ausgeformt sein, dass diese nach Aufnahme der Getriebekomponenten
mittels Verrastungen oder Klipse dauerhaft aneinandergefügt werden
können.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann das Bürstensystem
und gegebenenfalls die Steuereinheit mittels eines Lead-Frame-Verfahrens beim Spritzgießen des
Getriebegehäuses
mit eingespritzt werden. Dabei wird ein so genannter „Lead Frame" (leitfähiges Stanzteil)
in das Spritzwerkzeug eingelegt. Auf dem als Rahmen ausgeführten Lead
Frame werden die Komponenten und Bauelemente des Bürstengehäuses und
der Steuereinheit platziert und danach mit umspritzt. Das Lead-Frame-Verfahren
kann alternativ oder zusätzlich
zur Platzierung der Komponenten und Bauelemente auf der Leiterplatte
verwendet werden.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
kann ein Anschlussstecker oder eine Anschlussbuchse beim Spritzguss
des Getriebegehäuses
mit angespritzt werden. Dadurch wird der Integrationsgrad des Stellantriebes
weiter erhöht.
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Im
einfachsten Fall kann nur ein Grundkörper des Anschlusssteckers
oder der Anschlussbuchse, in welchem bzw. in welcher die elektrischen
Anschlusskontakte aufgenommen sind, in die Spritzform mit eingelegt
werden. Entsprechende Haltestege oder Halterahmen in der Spritzform
können
den Grundkörper
fixieren. Mit dem Einspritzen der Formmasse kann dann der Grundkörper zur
Ausbildung des kompletten Anschlusssteckers bzw. der kompletten
Anschlussbuchse mit Formmasse umspritzt werden. Alternativ zum Grundkörper können die
Anschlussstifte oder die Anschlusskontakte des Steckers oder der Buchse
Teil des zuvor beschriebenen Lead Frames sein.
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Für den Fall,
dass der Stellantrieb keine Steuereinheit aufweist, sind die Stromführungen
des mit eingespritzten Bürstensystems
direkt mit den Anschlusskontakten des Anschlusssteckers bzw. der Anschlussbuchse
elektrisch verbunden. Die elektrischen Verbindungen können z.B.
elektrische Leitungen, Drähte
oder leitende Rahmenteile des Lead Frames sein.
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Für den Fall,
dass der Stellantrieb eine Steuereinheit aufweist, sind die Stromführungen
mit entsprechenden Eingängen
auf der Leiterplatte der Steuereinheit verbunden.
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Der
erfindungsgemäße Stellantrieb
kann in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Personenkraftwagen
oder einem Lastkraftwagen, verwendet werden. Insbesondere dient
der Stellantrieb als Antriebseinheit für Kraftfahrzeug-Fensterheber oder zum Öffnen- und
Schließen
eines Kraftfahrzeug-Schiebedaches.
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Die
Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der Erfindung werden
im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen
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1 beispielhaft
einen Stellantrieb nach dem Stand der Technik in einer perspektivischen
Darstellung,
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2 beispielhaft
einen erfindungsgemäßen Stellantrieb
in einer perspektivischen Darstellung im Aufriss und
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3 den
Stellantrieb gemäß 2 in
einer weiteren perspektivischen Darstellung.
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1 zeigt
beispielhaft einen Stellantrieb 1 nach dem Stand der Technik
in einer perspektivischen Darstellung.
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Im
Beispiel der 1 weist der Stellantrieb 1 eine
Motoreinheit 2 und eine Getriebeeinheit 3 auf. Die
Motorwelle und ein auf der Motorwelle befestigter Kommutator sind
in dieser Darstellung nicht erkennbar. Die Getriebeeinheit 3 weist
ein Getriebegehäuse 6 aus
Kunststoff auf, welches mittels eines Spritzgießverfahrens hergestellt ist.
In der Mitte der Getriebeeinheit 3 ist ein Abtrieb 14 zu
sehen, welcher z.B. zum Antrieb einer Fensterhebemechanik eines
Kraftfahrzeuges dienen kann. Mit dem Bezugszeichen 15 sind
Befestigungsöffnungen
zum Befestigen des Stellantriebes 1 an Karosserieteilen
des Kraftfahrzeuges erkennbar.
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Das
in 1 gezeigte Getriebegehäuse 6 bildet in etwa
der Bildmitte einen getriebeseitigen Anschlussflansch 12 aus.
An diesen ist ein mit dem Bezugszeichen 13 bezeichneter
Motoranschlussflansch der Motoreinheit 2 befestigt. Im
Beispiel der 1 ist die Motoreinheit 2 mittels
der gezeigten Befestigungsschrauben 16 fest an das Getriebegehäuse 6 angeschraubt.
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Im
Beispiel der 1 ist weiterhin eine kombinierte
Steuer-/Bürsteneinheit 9 zu
sehen, welches sich aus einem Bürstensystem 7 und
einer Steuereinheit 8 zusammensetzt.
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Die
Steuereinheit 8 weist ein Gehäuse 19 zur Unterbringung
der Bauelemente der Steuereinheit 8 auf. Die Steuereinheit 8 ist
mittels der gezeigten Befestigungsschrauben 17 fest an
das Getriebegehäuse 6 angeschraubt.
Am Gehäuse 19 ist
ein Anschlussstecker 10 zum Anschließen des Stellantriebes 1 angebracht.
Die Kontaktstifte des Anschlusssteckers 10 sind mit dem
Bezugszeichen 11 bezeichnet.
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Das
Bürstensystem 7 ist über einen
in der vorliegenden Darstellung nicht sichtbaren Verbindungssteg,
in welchem elektrische Verbindungsleitungen von der Steuereinheit 8 zum
Bürstensystem 7 verlaufen,
mechanisch und elektrisch mit der Steuereinheit 8 verbunden.
Das Bürstensystem 7 ist
in einem nicht weiter bezeichneten Bürstengehäuse aufgenommen. Im Beispiel
der 1 ist nur ein Teil des Bürstengehäuses als schmaler Steg zwischen
dem motor- und getriebeseitigen Anschlussflansch 13, 12 erkennbar.
Der Rest des Bürstengehäuses ist
im Inneren der Motoreinheit 2 aufgenommen und daher nicht
sichtbar.
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2 zeigt
beispielhaft einen erfindungsgemäßen Stellantrieb 1 in
einer perspektivischen Darstellung im Aufriss.
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In
der Aufrissdarstellung sind die Motorwelle 4 und der auf
der Motorwelle 4 sitzende Kommutator 5 zu sehen.
Die Motorwelle 4 ist beispielhaft in einer Kalotte 18 und
in einem Topflager 24 gelagert. Die Motorwelle 4 weist
weiterhin eine als Schneckenwelle ausgebildete Verzahnung 23 auf,
die im Eingriff mit einem Schneckenrad 25 ist.
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Erfindungsgemäß ist ein
Bürstensystem 7 im Getriebegehäuse 6 mit
umspritzt. Zudem ist – wie 2 zeigt – bereits
eine Steuereinheit 8 im Getriebegehäuse 6 mit umspritzt.
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Alternativ
kann die Steuereinheit 8 in einer Aussparung und in einem
Hohlraum im Getriebegehäuse 6 untergebracht
sein.
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Wie
die 2 weiter zeigt, sind zumindest ein Teil der Komponenten 17 des
Bürstensystems 7 und
zumindest ein Teil der Bauelemente 10, 11, 21, 22 der
Steuereinheit 8 auf einer gemeinsamen Leiterplatte 20 angeordnet.
Es ist zumindest ein Teil der Leiterplatte 20 beim Spritzgießen des
Getriebegehäuses 6 mit
umspritzt. Im Beispiel der 2 sind alle
Komponenten 17 und Bauelemente 10, 11, 21, 22 auf
der Leiterplatte 20 angeordnet. Mit dem Bezugszeichen 21 ist
beispielhaft ein Mikrocontroller-Chip auf der Leiterplatte 20 dargestellt.
Er dient zur Steuerung der Steuereinheit 8. Mit dem Bezugszeichen 22 ist
ein Relais zum Umschalten der Drehrichtung der Motoreinheit 2 bezeichnet.
Die Leiterplatte 20 ist beispielhaft komplett im Getriebegehäuse 6 umspritzt.
Die Kohlebürs ten,
welche jeweils an einem freien Ende der Stromführungen 17 angebracht
sind, sowie ein Teil der Stromführungen 17 sind
dagegen nicht umspritzt.
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Das
Getriebegehäuse 6 kann
weiterhin zumindest zweiteilig ausgeführt sein, wobei dann zumindest
ein Zahnrad 25 der Getriebeeinheit 3 zwischen
den Gehäuseteilen
des Getriebegehäuses 6 aufgenommen
ist. Es können
das Bürstensystem 7 und
gegebenenfalls die Steuereinheit 8 beim Spritzgießen eines
der Gehäuseteile
des Getriebegehäuses 6 mit
umspritzt sein. Sie können
beispielsweise mittels eines Lead-Frame-Verfahrens beim Spritzgießen des
Getriebegehäuses 6 bzw.
der Gehäuseteile mit
umspritzt sein.
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Vorzugsweise
ist das Getriebegehäuse 6 zweiteilig
ausgeführt.
Die beiden Gehäuseteile
können
dann auch als Oberschale und Unterschale des Getriebegehäuses bezeichnet
werden. Das Getriebegehäuse 6 kann
alternativ dazu auch mehrere Gehäuseteile,
wie z.B. drei oder vier, aufweisen.
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3 zeigt
den Stellantrieb 1 gemäß 2 in
einer weiteren perspektivischen Darstellung.
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Wie
die 3 zeigt, sind bis auf den zeichnerisch besonders
hervorgehobenen Anschlussstecker 10 alle Komponenten des
Bürstensystems 7 und der
Steuereinheit 8 im Getriebegehäuse 6 untergebracht
bzw. mit umspritzt. Der Anschlussstecker 10 kann gleichfalls
als Teil des Getriebegehäuses 6 zum elektrischen
Anschluss des Stellantriebes 1 beim Spritzgießen des
Getriebegehäuses 6 mit
angespritzt sein.
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Der
erfindungsgemäße Stellantrieb 1 weist folglich
nur zwei Hauptkomponenten auf, nämlich
die Motoreinheit 2 sowie die Getriebeeinheit 3 mit
dem im Getriebegehäuse 6 integrierten
Bürstengehäuse 7 und
gegebenenfalls mit der im Getriebegehäuse 6 integrierten
Steuereinheit 8. Nach dem Spritzgießen sind das Bürstengehäuse 7 und
gegebenenfalls die Steuereinheit 8 unlösbar fest mit dem Getriebegehäuse 6 verbunden.
Eine der artige Getriebeeinheit kann auch als Getriebe-/Bürsteneinheit 3, 7 oder
als Getriebe-/Steuer-/Bürsteneinheit 3, 7, 8 betrachtet werden.
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Der
erfindungsgemäße Stellantrieb 1 ist
insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wie z.B. in einem Personenkraftwagen
oder Lastkraftwagen, verwendbar. Er dient vorzugsweise zum Antrieb
eines Fensterhebers oder eines Schiebedaches.