DE102012203946A1

DE102012203946A1 - Elektrische Maschine zum motorischen Verstellen beweglicher Teile im Kraftfahrzeug, sowie Verfahren zum Herstellen der elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102012203946A1
Application number: DE102012203946A
Authority: DE
Inventors: Matthias Weber; Shibin Cui; Thomas Holzer; Yong Liu; Jun Xu; Peter Steuer; Jing Xu; Beiwen Lu
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2013-09-12
Also published as: FR2987950B1; CN103312091A; KR20130102497A; US20130234567A1; KR102038309B1; US9225226B2; CN103312091B; FR2987950A1

Abstract

Elektrische Maschine (10), insbesondere zum motorischen Verstellen beweglicher Teile im Kraftfahrzeug, sowie Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine (10), mit einem Gehäuseteil (16), in dem eine Leiterplatte (20) zur elektrischen Ansteuerung der elektrischen Maschine (10) angeordnet ist, wobei im Gehäuseteil (16) mindestens ein Zentrier-Pin (44) angeordnet ist, der in eine Zentrieröffnung (45) der Leiterplatte (20) greift, wobei der Zentrier-Pin (44) an seinem freien Ende (46) plastisch zu einem Sicherungskopf (56) umgeformt ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine, sowie einem Verfahren zum Herstellen der elektrischen Maschine nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Mit der DE 10 2009 027 610 A1 ist ein Verstellantrieb mit einem Elektromotor bekannt geworden, bei dem eine Leiterplatte in das Gehäuse des Verstellantriebs eingefügt ist. Im Gehäuse sind mehrere Haltestifte angeordnet, auf die die Leiterplatte bei deren Montage aufgeschoben wird. Dabei weist die Leiterplatte entsprechende Zentrieröffnungen auf, in die die Haltestifte eingreifen. Die Haltestifte weisen einen Anschlag auf, an dem die Leiterplatte bezügliche der Montage in Fügerichtung anliegt. Dabei kann die Leiterplatte zu deren Fixierung im Gehäuse eingeclipst werden.
Bei dieser Ausführung der Haltestifte ist jedoch nachteilig, dass zur Fixierung der Leiterplatte zusätzliche Verrastelemente angeformt werden müssen, die die Leiterplatte zuverlässig räumlich fixieren. Eine solche Fixierung ist beispielsweise notwendig, um die Leiterplatte mittels Löten elektrisch zu kontaktieren. Außerdem muss auch der Deckel des Gehäuses zum Umschließen der Leiterplatte mittels zusätzlicher Verbindungsmittel gegen eine Demontage entgegen der Fügerichtung gesichert werden.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine, sowie das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer solchen Maschine mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass der Zentrier-Pin zusätzlich zur korrekten Positionierung der Leiterplatte im Gehäuse gleichzeitig auch zur Befestigung der Leiterplatte im Gehäuse der Maschine verwendet wird. Dazu wird das freie Ende des Zentrier-Pins nach der Montage der Leiterplatte plastisch umgeformt, so dass am Ende des Zentrier-Pins ein Sicherungskopf gebildet wird. Dieser Sicherungskopf verhindert ein Zurückweichen der Leiterplatte nach deren Montage entgegen der Fügerichtung.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale möglich. Besonders von Vorteil ist es, den mindestens einen Zentrier-Pin in einem Prozess-Schritt mit der Fertigung des Gehäuseteils auszubilden. Dazu ist der Zentrier-Pin und das Gehäuseteil aus Kunststoff gefertigt, so dass das freie Ende des Zentrier-Pins prozesstechnisch einfach thermisch umgeformt werden kann. Hierzu kann beispielsweise ein heißer Stempel gegen das freie Ende des Zentrier-Pins gepresst werden oder der Zentrierpin mittels Ultraschall-Schweißen umgeformt werden. Alternativ könnte der Zentrier-Pin separat vom Gehäuseteil gefertigt werden und anschließend Positionsgenau in das Gehäuseteil eingesetzt werden. Beispielsweise könnte der Zentrier-Pin als Teil eines Bürstenhalters ausgebildet sein, der in definierter Position im Gehäuseteil befestigt ist, oder definiert in das Gehäuseteil hineinragt.
Besonders günstig ist es, wenn an einem dem freien Ende des Zentrier-Pin gegenüberliegende Seite am Zentrier-Pin und/oder am Gehäuse ein Anschlag ausgebildet ist, an dem die Leiterplatte nach deren Einfügen in Fügerichtung anliegt. Auf diese Weise kann die Leiterplatte durch das Anpressen gegen den quer zur Fügerichtung verlaufenden Anschlag sehr exakt positioniert werden.
Durch die plastische Umformung des freien Endes wird an diesem ein Sicherungskopf ausgebildet, der einen größeren Durchmesser aufweist als der mittlere Bereich des Zentrier-Pins. Dadurch werden die Leiterplatte und/oder der Gehäusedeckel zuverlässig in der fertig montierten Position gehalten. Ist der Zentrier-Pin zylinderförmig ausgebildet, kann das freie Ende günstig in einen kreisrunden Sicherungskopf umgeformt werden, der die Kräfte entgegen der Fügerichtung gleichmäßig aufnehmen kann.
Wird die Leiterplatte durch den angeformten Sicherungskopf gegen den Anschlag gedrückt, wird dadurch die Leiterplatte räumlich fest fixiert, wodurch beispielsweise auch ein automatisches maschinelles Lötverfahren für die elektrischen Anschlüsse der Leiterplatte ermöglicht wird. Dazu sind beispielsweise an dem Gehäuseteil Positionierelemente angeordnet – insbesondere im Gehäuseteil angeformte Justierlöcher – die mit einer korrespondierenden Positioniervorrichtung der Lötmaschine zusammenwirken. Insbesondere sind hierzu im Gehäuseteil zwei oder drei Justielöcher für die Lötmaschine ausgebildet. Wenn der Zentrier-Pin und die Justierlöcher direkt einstückig mit dem Gehäuseteil ausgebildet sind, ist die Toleranzkette für das Löten der elektrischen Kontakte besonders klein, wodurch die Lötstellen zuverlässiger ausgebildet werden.
Wird der Sicherungskopf am freien Ende unmittelbar benachbart zur Leiterplatte angeformt, wird dieser mit einem größeren Durchmesser als der der Zentrieraufnahme der Leiterplatte ausgebildet. Dabei drückt der Sicherungskopf die Leiterplatte gegen den Anschlag, wodurch die Leiterplatte räumlich fest fixiert ist.
Bevorzugt weist die Leiterplatte zusätzlich zu den Zentrieröffnungen Kontaktbohrungen zur Aufnahme elektrischer Kontaktpins auf. Diese können als Einfress-Pins ausgebildet sein, die mit dem Aufschieben auf die Zentrier-Pins selbstklemmend in die entsprechenden Kontaktbohrungen eingepresst werden. Des Weiteren können sogenannte Löt-Pins in entsprechende Kontaktbohrungen eingefügt werden, die anschließend mit der Leiterplatte verlötet werden.
Vorteilhaft erstreckt sich die eingebaute Leiterplatte entlang der Rotorwelle der elektrischen Maschine, wobei die Zentrier-Pins zur Aufnahme der Leiterplatte quer zur Rotorwelle ausgerichtet sind. Durch diese Anordnung der Leiterplatte kann auf dieser beispielsweise ein magnetischer Sensor – insbesondere ein Hallsensor – angeordnet werden, der die Drehlage oder die Drehzahl der Rotorwelle detektiert. Es können auch andere elektronische Bauteile zur elektrischen Energieversorgung und/oder der spezifischen Ansteuerung des Elektromotors auf der Leiterplatte befestigt sein. Vorzugsweise ist ein Mikroprozessor auf der Leiterplatte angeordnet, der beispielsweise auch das Drehzahlsignal auswertet und eine Positionserfassung und/oder eine Einklemmschutzfunktion für den Verstellantrieb zur Verfügung stellen kann.
Wird der Sicherungskopf unmittelbar an der Außenseite des Gehäusedeckels angeformt, wird dieser mit einem größeren Durchmesser als die Gehäuseöffnung für den Zentrier-Pin ausgebildet. Dadurch stellt diese plastische Umformung des freien Endes des Zentrier-Pins eine Art „Versiegelung“ dar, so dass der Gehäusedeckel nicht unbemerkt geöffnet werden kann, da ein Öffnen des Gehäusedeckels eine Zerstörung des Sicherungskopfes bewirkt, die leicht nachweisbar ist.
Von Vorteil ist es, wenn der Sicherungskopf in einer Vertiefung an der Außenseite des Gehäusedeckels angeformt ist, da dann der Sicherungskopf die äußere Umfangsfläche des Gehäusedeckels nicht überragt. Dadurch ist der Sicherungskopf vor Zerstörung geschützt, und die elektrische Maschine kann sehr flachbauend ausgebildet werden. Somit kann diese beispielsweise auch in flachen Bauräumen wie einer Seitentür oder einem Dach des Fahrzeugs eingebaut werden.
Durch die Fixierung des Gehäusedeckels in der Fügerichtung kann mittels eines am Gehäusedeckel angeordneten Fortsatzes in Fügerichtung die Leiterplatte in Fügerichtung gegen den Anschlag gepresst werden. Somit kann mit der Fixierung des Gehäusedeckels in einem einzigen Montageprozess auch die Leiterplatte zuverlässig fixiert werden. Durch das plastische Umformen des freien Endes können in einem einzigen Arbeitsgang sowohl der Gehäusedeckel als auch die Leiterplatte in Fügerichtung verschiebefest gegen den Gehäuseboden gepresst werden.
Für die Zuverlässige Fixierung der Leiterplatte und/oder des Gehäusedeckels nur in der Fügerichtung kann schon exakt ein Zentrier-Pin ausreichend sein. Soll zusätzlich auch eine exakte Positionierung in der Ebene quer zur Leiterplatte und/oder zum Gehäusedeckel erreicht werden, ist die Anordnung von exakt zwei oder exakt drei Zentrier-Pins vorteilhaft, die insbesondere näherungsweise parallel zueinander ausgerichtet sind.
Die elektrische Maschine ist bevorzugt als Elektromotor ausgebildet, der Teil einer Getriebe-Antriebseinheit ist. Dabei ist der Elektromotor an einem Getriebegehäuse angeordnet, in dem ein Getriebe gelagert ist, das von der Rotorwelle des Elektromotors angetrieben wird. Die Leiterplatte ist besonders bauraumsparend innerhalb des Getriebegehäuses angeordnet, das gleichzeitig die Funktion des Elektronikgehäuses für die Leiterplatte übernimmt.
Bei dem erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen der elektrischen Maschine wird bevorzugt das freie Ende eines Zentrier-Pins zu einem Sicherungskopf umgeformt, nachdem die Leiterplatte mit Zentrieröffnungen auf die Zentrier-Pins aufgeschoben wurde. Dadurch übernimmt der Zentrier-Pin die Funktion der räumlichen Positionierung und gleichzeitig der festen Fixierung der Leiterplatte.
Besonders günstig ist es, wenn das freie Ende des Zentrier-Pins vor dessen Umformen eine gewölbte oder konische oder spitzige Form aufweist. Dadurch findet der Zentrier-Pin leicht in die Zentrieröffnung und das freie Ende kann mittels Warmverprägen günstig zu einem Sicherungskopf umgeformt werden, der einen größeren Durchmesser aufweist, als der mittlere Teil des Zentrier-Pins.
Vorteilhaft ist es, wenn das freie Ende derart umgeformt wird, das der angeformte Sicherungskopf in Fügerichtung direkt an der Leiterplatte anliegt und diese gegen den Anschlag drückt. Dadurch kann die Leiterplatte mittels der umgeformten Zentrier-Pins zuverlässig am Gehäuse befestigt werden, damit die elektrische Kontaktierung mit Löt-Pins mittels eines automatischen Löt-Verfahren vorgenommen werden kann.
In einem alternativen Verfahren wird nach der Montage der Leiterplatte auf die Zentrier-Pins der Gehäusedeckel mit den Gehäusebohrungen auf die Zentrier-Pins geschoben, und erst danach werden die freien Enden plastisch umgeformt. Dadurch werden gleichzeitig der Gehäusedeckel und die Leiterplatte zumindest in der Fügerichtung gegen ein Verschieben gesichert. Die Leiterplatte und der Gehäusedeckel werden in Fügerichtung – insbesondere näherungsweise radial zur Rotorwelle – montiert. Daher ist die Ausdehnung des Gehäusedeckels näherungsweise mindestens so groß, wie die Ausdehnung der Leiterplatte und überdeckt diese bei verschlossenem Gehäuse vollständig.
Weist die Leiterplatte Kontaktbohrungen zur Aufnahme von Einpress-Pins auf kann die Leiterplatte beim Einfügen der Zentrier-Pins in die Zentrieröffnungen vorzentriert werden. Die Vorzentrierung bewirkt, dass die Einpress-Pins ihre korrespondierenden Kontaktöffnungen in der Leiterplatte finden. Die Einpress-Pins sind konisch ausgebildet, so dass die Feinjustierung der Leiterplatte durch die Presspassung der Einpress-Pins in den Kontaktbohrungen erfolgt. Dieses Verfahren erlaubt insbesondere eine einfache Handmontage der Leiterplatte auf die Zentrierpins mit einer sehr hohen Positioniergenauigkeit der Leiterplatte im Gehäuse aufgrund der Feinzentrierung durch die Einpress-Pins.
Dabei liegt der Zentrier-Pin insbesondere nach dem Einpressen der Einpress-Pins nicht an der Wandung der Zentrieröffnung an, da für die Feinzentrierung durch die Presspassung genügend Spiel zwischen dem Zentrier-Pin und der Zentrieröffnung vorhanden sein muss.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Leiterplatte und/oder der Gehäusedeckel vorteilhaft mit einer vordefinierten Montagekraft gegen den Anschlag gepresst werden solange der Sicherungskopf am freien Ende angeformt wird. Damit kann die Position der Leiterplatte in Bezug zur Rotorwelle sehr genau gefertigt werden, da nach dem plastischen Umformen des freien Endes der Sicherungskopf die Leiterplatte und/oder den Gehäusedeckel mit einer Vorspannkraft in einem exakten Abstand zur Rotorwelle hält.
Die erfindungsgemäße Umformung des freien Endes des Zentrier-Pins erfolgt vorteilhaft durch Warmverprägen. Dabei wird das Material des freien Endes erwärmt, wodurch es sich plastisch verformen lässt. Das Warmverprägen kann beispielsweise mittels eines heißen Prägestempels erfolgen, der in Fügerichtung auf das freie Ende gepresst wird. Bevorzugt wird das umgeformte Ende dann aktiv abgekühlt, um eine glatte Oberfläche des Sicherungskopfes und ein sauberes Loslösen des Prägestempels zu erhalten. Für dieses Verfahren ist der Zentrier-Pin vorteilhaft aus Kunststoff gefertigt, der sich bei relativ niedrigen Temperaturen einfach plastisch verformen lässt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
1: ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Getriebe-Antriebseinheit
2: einen vergrößerten Ausschnitt der 1
3: ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zentrier-Pins vor dessen plastischer Umformung
4: ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zentrier-Pins nach dessen plastischer Umformung
5 und 6: ein weiteres Ausführungsbeispiel in Explosionsdarstellung und mit geschlossenem Gehäusedeckel und
7 bis 9: ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Darstellung der verschiedenen Verfahrensschritten.
In 1 ist eine erfindungsgemäße elektrische Maschine 10 dargestellt, die als Elektromotor 12 ausgebildet ist. Der Elektromotor 12 ist beispielsweise Bestandteil einer Getriebe-Antriebseinheit 14, wie sie zum Verstellen eines Schiebedachs verwendet wird. Ähnliche Verstellantriebe, die eine erfindungsgemäße elektrische Maschine 10 aufweisen, sind als Fensterheberantrieb oder Sitzantrieb oder als Servoantrieb für weitere bewegliche Teile im Kraftfahrzeug ausgebildet. Die Getriebe-Antriebseinheit 14 weist als elektrische Maschine 10 einen Elektromotor 12 mit einer Elektronikeinheit 22 auf, die in einem Gehäuseteil 16 des Gehäuses 18 der elektrischen Maschine 10 angeordnet ist. Das Gehäuseteil 16 ist als Elektronikgehäuse 25 ausgebildet, das integraler Bestandteil eines Getriebegehäuses 28 ist, in dem ein Getriebe 30 angeordnet ist. Das Getriebe 30 ist beispielsweise als Schneckengetriebe 31 ausgebildet, bei dem eine auf einer Rotorwelle 32 des Elektromotors 12 angeordnete Schnecke 33 mit einem im Getriebegehäuse 28 gelagerten Schneckenrad 34 kämmt. Vom Schneckenrad 34 wird das Antriebsmoment des Elektromotors 12 an ein nicht näher dargestelltes Abtriebselement weitergeleitet, das beispielsweise das zu verstellende Teil – insbesondere im Kraftfahrzeug – antreibt. Im Ausführungsbeispiel weist der Elektromotor 12 ein Polgehäuse 36 auf, das an das Getriebegehäuse 28 angeflanscht ist, wobei die Rotorwelle 32 in das Getriebegehäuse 28 hinein ragt. Das Polgehäuse 36 ist beispielsweise aus Metall hergestellt und dient als magnetischer Rückschluss für die im Polgehäuse 36 angeordneten Magnete. Das Gehäuseteil 16 ist im Ausführungsbeispiel aus Kunststoff hergestellt, insbesondere mittels Spritzguss-Verfahren. Das Gehäuseteil 16 weist ein Steckerelement 17 auf, in dem die Kontaktanschlüsse 19 für die elektrische und elektronische Versorgung angeordnet sind. In 1 ist das Gehäuseteil 16 offen ohne Gehäusedeckel 26 dargestellt, wobei im Gehäuseteil 16 bereits eine Leiterplatte 20 eingefügt ist, auf der mehrere elektronische Bauteile 38 angeordnet sind. Ein elektronisches Bauteil 38 ist als Mikroprozessor 39 ausgebildet, der zur Ansteuerung des Elektromotors 12 und/oder zur Auswertung eines Drehlagesignals der Rotorwelle 32 dient. Dazu kann auf der Leiterplatte 20 ein Drehlagensensor 40 angeordnet sein, der mit einem auf der Rotorwelle 32 angeordneten Signalgeber 41 zusammenwirkt. Der Drehlagensensor kann beispielsweise als Hallsensor ausgeführt sein, der ein magnetisches Signal eines auf der Rotorwelle 32 oder auf einem Getrieberad 34 angeordneten Sensormagneten erfasst. Dadurch kann insbesondere eine Positionserfassung des Stellantriebs und/oder eine Einklemmschutzfunktion für die Getriebe-Antriebseinheit 14 realisiert werden. Die Leiterplatte 20 ist als printed circuit bord (PCB) ausgebildet, bei der auf einem elektrisch isolierenden Trägermaterial elektrisch leitende Leiterbahnen aufgetragen sind. Durch das Trägermaterial, das beispielsweise ein Kunststoff ist, ist die Leiterplatte 20 in sich steif und starr und unbeweglich ausgebildet.
Wie in der Detailansicht gemäß 2 besser zu erkennen ist, ist im Gehäuseteil 16 ein Zentrier-Pin 44 angeordnet, der in eine Zentrieröffnung 45 in der Leiterplatte 20 eingreift. Der Zentrier-Pin 44 ist hier einstückig mit dem Gehäuseteil 16 ausgebildet und beispielsweise mittels Spritzgießen hergestellt. Der Zentrier-Pin 44 besteht vorzugsweise aus Kunststoff und weist ein freies Ende 46 auf. Zum leichten Auffinden der Zentrieröffnung 45 weist das freie Ende 46 hier eine Phase an der Oberfläche 42 des freien Endes 46 auf. Alternativ kann die Oberfläche 42 des freien Endes 46 auch spitzig oder gewölbt ausgebildet sein, wie in 3 oder 7 dargestellt. Der Zentrier-Pin 44 ist vorzugsweise zylindrisch ausgebildet, wobei das freie Ende 46 einen Konus aufweist. Der Zentrier-Pin 44 ist im Beispiel radial zur Rotorwelle 32 ausgerichtet, so dass die Leiterplatte 20 bei deren Montage in Fügerichtung 8 quer zum Zentrier-Pin 44 ausgerichtet ist und auf den Zentrier-Pin 44 aufgeschoben wird. Die Leiterplatte 20 kann näherungsweise eine rechteckige oder beliebig andere Kontur aufweisen und erstreckt sich in eingefügtem Zustand entlang der Rotorwelle 32. Beim „Einfädeln“ des Zentrier-Pins 44 in die Zentrieröffnung 45 wird die Leiterplatte 20 in der Ebene 7 quer zur Fügerichtung 8 im Gehäuseteil 16 exakt justiert. Dadurch finden auch die im Gehäuseteil 16 angeordneten Löt-Pins 48 und/oder Einpress-Pins 49 ihre korrespondierende Kontaktbohrungen 50 in der Leiterplatte 20. Die in 2 auf der rechten Seite dargestellten Löt-Pins 48 stellen die elektrische Verbindung zu den Kontaktanschlüssen 19 des Steckerelements 17 her. Die Löt-Pins 49 in der Nähe des Zentrier-Pins 44 bilden elektrische Verbindungen zur Stromversorgung des Elektromotors 12 und/oder zum Drehlagensensor 40, der auch direkt im Gehäuseteil 16 angeordnet sein kann.
3 zeigt einen Schnitt durch die Leiterplatte 20 eines weiteren Ausführungsbeispiels, bei dem das freie Ende 46 des Zentrier-Pins 44 eine Spitze 47 aufweist. An der dem freien Ende 46 gegenüberliegenden Seite des Zentrier-Pins 44 weist dieser einen Absatz 43 auf, an dem die Leiterplatte 20 in Fügerichtung 8 anliegt. Der Absatz 43 ist beispielsweise als kreisringförmiger Bund ausgebildet, der einen größeren Außendurchmesser 52 aufweist, als der Außendurchmesser 53 des Zentrier- Pins 44 in seinem mittleren Bereich 54. Näherungsweise parallel zur Zentrieröffnung 45 sind die Kontaktöffnungen 50 für die Löt-Pins 48 und Einpress-Pins 49 in der Leiterplatte 20 ausgebildet. Die dargestellten Löt-Pins 48 sind beispielsweise im Gehäuseteil 16 befestigt und können als Einlegeteile im Gehäuseteil eingelegt oder eingepresst oder eingespritzt sein.
Nach dem Aufschieben der Leiterplatte 20 auf die Zentrier-Pins 44 wird das freie Ende 46 plastisch umgeformt. Dabei entsteht ein Sicherungskopf 56, der einen größeren Durchmesser 57 aufweist, als der Durchmesser 58 der Zentrieröffnung 45 und als der Durchmessers 53 des mittleren Bereichs 54 des Zentrier-Pins 45. Der Sicherungskopf 56 weist eine gewölbte Oberfläche 55 auf, die beispielsweise mittels Heißverstemmen umgeformt wurde. Durch den Sicherungskopf 56 wird die Leiterplatte 20 in Fügerichtung 8 gegen den Anschlag 43 gepresst, wodurch die Leiterplatte 20 räumlich fest fixiert ist. Sind mehrere Zentrier-Pins 44 angeordnet, die in entsprechende Zentrieröffnungen 45 eingreifen, wird auch ein Verdrehen der Leiterplatte 20 in der Ebene 7 quer zur Fügerichtung 8 verhindert. Nach der Fixierung der Leiterplatte 20 im Gehäuseteil 16 können die Löt-Pins 48 maschinell verlötet werden, so dass diese mittels Lötverbindungen 51 elektrisch mit den Kontaktöffnungen 50 der Leiterplatte 20 verbunden sind.
In 5 ist eine elektrische Maschine 10 dargestellt, bei der das Gehäuseteil 16 mittels eines Gehäusedeckels 26 verschlossen wird. Sowohl die Leiterplatte 20 als auch der Gehäusedeckel 26 sind näherungsweise rechteckig ausgebildet, wobei der Gehäusedeckel 26 die gesamte Leiterplatte 20 überdeckt. Dadurch kann die Leiterplatte 20 radial zur Rotorwelle 32 in Fügerichtung 8 in das Gehäuseteil 16 montiert werden, wobei die Zentrieröffnung 45 der Leiterplatte 20 auf den Zentrier-Pin 44 gefügt wird. Dadurch werden auch die Kontaktöffnungen 50 der Leiterplatte 20 gegenüber der Einpress-Pins 49 positioniert, die im Gehäuseteil 16 angeordnet sind. Mit dem Einfügen der Leiterplatte 20 wird eine elektrisch leitende Klemmverbindung zwischen den Einpress-Pins 49 und den Kontaktöffnungen 50 geschaffen. Die Einpress-Pins 49 sind beispielsweise einstückig mit den Kontaktanschlüssen 19 des Steckerelements 17 ausgebildet und sind insbesondere in das Gehäuseteil 16 eingepresst oder eingespritzt. Die elektronischen Bauteile 38 sind auf der der Rotorwelle 32 zugewandten Seite der Leiterplatte 20 angeordnet, so dass die Leiterplatte 20 auf der dem Gehäusedeckel 26 zugewandten Seite relativ eben entlang der Ebene 7 ausgebildet ist. Nach der Montage der Leiterplatte 20 wird der Gehäusedeckel 26 in Fügerichtung 8 montiert, wobei der Zentrier-Pin 44 durch eine Gehäuseöffnung 24 des Gehäusedeckels 26 greift. Der Gehäusedeckel 26 ist entlang der Ebene 7 ebenfalls relativ eben gestaltet, wobei zur Stabilisierung der großen ebenen Deckelfläche auf dieser eine Rautenstruktur ausgeformt ist, wodurch das Material des Gehäusedeckels 26 quasi in zwei unterschiedlichen Ebenen 61, 62 angeordnet ist, die über die Umfangswände 63 der einzelnen Rauten 64 in Fügerichtung 8 miteinander verbunden sind. Die Gehäuseöffnungen 24 sind in Vertiefungen 60 des Gehäusedeckels 26 angeordnet, deren Umrandung 59 tiefer liegt, als die äußere Oberfläche 65 des Gehäusedeckels 26.
Nach der Montage des Gehäusedeckels 26 in Fügerichtung 8 werden die freien Enden 46 der Zentrier-Pins 44 plastisch zu Sicherungsköpfen 56 umgeformt, wie dies in 6 dargestellt ist. Bei dieser Ausführung sind die Sicherungsköpfe 56 innerhalb der Vertiefungen 60 angeordnet, so dass diese die äußere Oberfläche 65 des Gehäusedeckels 25 nicht überragen. Der Durchmesser 57 der Sicherungsköpfe 56 ist größer als der Durchmesser 23 der Gehäuseöffnung 24 und größer als der Durchmesser 53 des mittleren Bereichs 54 des Zentrier-Pins 44. Der Gehäusedeckel 26 weist Rastelemente 70 auf die in Gegenrastelemente 71 am Gehäuseteil 16 eingreifen. Bei dieser Lösung wird die Anpresskraft 78 des Gehäusedeckels 26 in Fügerichtung 8 durch die Verrastung der Rastelemente 70 mit den Gegenrastelementen 71 aufgebracht, so dass die Sicherungsköpfe 56 entlastet werden. Die Sicherungsköpfe 56 bilden praktisch eine formschlüssige Versiegelung für das Gehäuseteil 16, so dass der Gehäusedeckel 26 nicht zerstörungsfrei vom Gehäuseteil 16 entfernt werden kann. Damit wird ein unbefugtes Öffnen des Gehäuseteils 16 beziehungsweise eine Manipulation der darin angeordneten Elektronikeinheit 22 unterbunden. Im Ausführungsbeispiel sind exakt zwei Zentrier-Pins 44 angeordnet. Diese sind bevorzugt in diagonal gegenüberliegende Ecken des Gehäusedeckels 26 positioniert. Die Rastelemente 70 und Gegenrastelemente 71 sind insbesondere derart angeordnet, dass sie die äußere Oberfläche 65 des Gehäusedeckels 26 nicht überragen.
Der Gehäusedeckel 26 liegt in einer Variation an einem äußeren Rand 76 des Gehäuseteils 16 in Fügerichtung 8 an und wird durch eine Umfangswand 77 des Gehäuseteils 16 geführt. Bei dieser Ausführung muss der Gehäusedeckel 26 nicht mittels des Zentrier-Pins 44 exakt geführt werden, da die Umfangswand 77 und die Rastelemente 70 mit den Gegenrastelementen 71 die Funktion der Feinpositionierung übernehmen.
In den 7 bis 9 sind nochmals die Montageschritte des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens dargestellt. Im Gehäuseteil 16 ist mindestens ein Zentrier-Pin 44 angeordnet, auf den die Leiterplatte 20 mit der Zentrieröffnung 45 in Fügerichtung 8 aufgeschoben wird. Beim Einfügen der Leiterplatte 20 werden zur elektrischen Kontaktierung die Einpress-Pins 49 und/oder die Löt-Pins 48 in Kontaktöffnungen 50 der Leiterplatte 20 eingeführt. Danach wird der Gehäusedeckel 26 in Fügerichtung 8 mit den Gehäuseöffnungen 24 auf den Zentrier-Pin 44 aufgeschoben. Anschließend wird das freie Ende 46 des Zentrier-Pins 44 plastisch umgeformt. Dabei wird ein Sicherungskopf 56 gebildet, der einen größeren Durchmesser 57 aufweist als der Durchmesser 23 der Gehäuseöffnung 24.
In 7 weist das freie Ende 46 eine gewölbte Oberfläche 42 auf, um die Leiterplatte 20 auf dem Zentrier-Pin 44 zu führen und eine Vorjustage der Leiterplatte 20 gegenüber dem Gehäuseteil 16 zu erzielen. In 7 ist ersichtlich, dass der Zentrier-Pin 44 gegenüber der Zentrieröffnung 45 ein gewisses Spiel aufweist. Dabei werden die Kontaktöffnungen 50 derart gegenüber der Einpress-Pins 49 vorjustiert, dass die konischen Spitzen 72 der Einpress-Pins 49 in die Kontaktöffnungen 50 eindringen und durch die Ausbildung einer Klemmverbindung die Leiterplatte 20 im Gehäuseteil 16 exakt justieren. Dazu weisen die Einpress-Pins 49 eine federnde Öse 73 auf, die sich zentrierend federnd an die Umfangswand der Kontaktöffnungen 50 anlegt. Die Einpress-Pins 49 sind an elektrischen Leiterbahnen 74 angeordnet, die im Gehäuseboden 15 eingespritzt sind. Die Leiterplatte 20 wird in Fügerichtung 8 radial zur Rotorwelle 32 eingefügt, bis diese an einem Anschlag 43 am Gehäuseteil 16 anliegt. An der der Rotorwelle 32 zugewandten Seite der Leiterplatte 20 ist an dieser ein Drehlagesensor 40 befestigt, der mit einem Signalgeber 41 auf der Rotorwelle 32 zusammenwirkt. Durch die Anlage 43 der Leiterplatte 20 am Anschlag 43, wird der Drehlagesensor 40 exakt gegenüber dem Signalgeber 41 positioniert.
Danach wird in 8 der Gehäusedeckel 26 auf den Zentrier-Pin 44 geschoben und mit einem Fortsatz 75 des Gehäusedeckels 26 die Leiterplatte 20 gegen den Anschlag 43 gedrückt. Danach wird das freie Ende 46 mittels Warmverprägen derart umgeformt, dass ein Sicherungskopf 56 gebildet wird, der in Fügerichtung 8 direkt an der Außenseite des Gehäusedeckels 26 anliegt. Dadurch wird der Gehäusedeckel 26 sowie über den Fortsatz 75 auch die Leiterplatte 20 in Fügerichtung 8 gegen den Anschlag 43 presst. Während des Warmverprägen wird der Gehäusedeckel 26 und/oder die Leiterplatte 20 mit einer definierten Anpresskraft 78 gegen den Gehäuseboden 15 gedrückt, bis der Sicherungskopf 56 ausreichend abgekühlt ist. Dabei kann die Anpresskraft 78 durch einen Prägestempel 79 aufgebracht werden, der das freie Ende 46 thermisch umformt.
Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und in der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann beispielsweise die elektrische Maschine 10 auch ohne Getriebe 30, oder mit einer von einem Schneckengetriebe 31 abweichende Getriebeform ausgebildet sein. Dadurch kann gegebenenfalls das Getriebegehäuse 28 entfallen, so dass das Gehäuseteil 16 als reines Elektronikgehäuse 25 oder ein mit dem Gehäuse des Elektromotors 12 kombiniertes Gehäuse ausgebildet sein kann. Bevorzugt wird die Erfindung in einem Kommutatormotor 12 angewendet, bei dem der bewickelte Rotor mittels im Polgehäuse 36 angeordneter Permanentmagneten angetrieben wird. Der Umfang der elektronischen Bauteile 38 auf der Leiterplatte 20 und deren elektrische Kontaktierung können unterschiedlich ausgebildet sein. So kann die Leiterplatte 20 beispielsweise lediglich als relativ kleine Sensorik-Platine ausgebildet sein, oder mit oder ohne Pulsweiten-Modulation (PWM) ausgeführt sein. Die Struktur, Stabilität und Form des Gehäusedeckels 26, sowie die Anordnung der Gehäuseöffnungen 24 können entsprechend den Anforderungen variiert werden. Die elektrische Maschine 10 findet vorzugsweise Anwendung für Stellantriebe im Kraftfahrzeug, beispielsweise zur Verstellung von Sitzteilen, Fensterscheiben Schiebedächern und Abdeckungen von Öffnungen, ist jedoch nicht auf solche Anwendungen beschränkt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung durchdringt der Zentrier-Pin (44) die Zentrieröffnung (45) ohne Berührungspunkte, so dass die Einpress-Pins (49) und/oder die Löt-Pins (48) spannungsfrei in die Kontaktbohrungen (50) eingefügt werden können, und insbesondere spannungsfrei mit der Leiterplatte (20) verlötet werden können.
Ebenso umfasst die Erfindung die Kombination, dass zuerst die Leiterplatte (20) mittels plastischen Umformen eines Zentrier-Pins (44) im Gehäuseteil (16) fixiert wird, und dann der Gehäusedeckel (26) mittels Anformen eines Sicherungskopfes (56) an einem freien Ende (46) eines Zentrierpins (44) gesichert wird. Dabei können die plastische Umformung für die Fixierung der Leiterplatte (20) und des Gehäusedeckels (26) an unterschiedlichen Zentrierpins (44) oder am gleichen Zentrierpin (44) erfolgen. Bei letzterer Version erfolgt die plastische Materialumformung zur Fixierung der Leiterplatte (20) nicht am freien Ende (46) des Zentrierpins (44), sondern an einem mittleren Bereich (54), an dem vorzugsweise ein Bund angeformt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009027610 A1 [0002]

Claims

Elektrische Maschine (10), insbesondere zum motorischen Verstellen beweglicher Teile im Kraftfahrzeug, mit einem Gehäuseteil (16), in dem eine Leiterplatte (20) zur elektrischen Ansteuerung der elektrischen Maschine (10) angeordnet ist, wobei im Gehäuseteil (16) mindestens ein Zentrier-Pin (44) angeordnet ist, der in eine Zentrieröffnung (45) der Leiterplatte (20) greift, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrier-Pin (44) an seinem freien Ende (46) plastisch umgeformt ist.
Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Zentrier-Pin (44) einstückig mit dem Gehäuseteil (16) als Fortsatz des Gehäuseteils (16) ausgeformt ist, und die plastische Umformung des freien Endes (46) unter Wärmezufuhr – vorzugsweise mittels Warmverprägen (hot stamping) – umgeformt ist, wobei das Gehäuseteil (16) insbesondere als Kunststoff-Spritzgussteil ausgebildet ist.
Elektrische Maschine (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Zentrier-Pin (44) quer zur Leiterplatte (20) erstreckt und an seiner dem freien Ende (46) gegenüberliegendem Seite einen Absatz (43) aufweist, an dem die Leiterplatte (20) in eingefügtem Zustand anliegt.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrier-Pin (44) vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, und das freie Ende (46) des Zentrier-Pins (44) im fertig montierten Zustand der elektrischen Maschine (10) nach dem plastischen Umformen einen größeren Durchmesser (57) aufweist, als der Durchmesser (53) in einem axial mittleren Bereich (54) des Zentrier-Pins (44).
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das plastisch umgeformte freie Ende (46) des Zentrier-Pins (44) die Leiterplatte (20) gegen einen Absatz (43) im Gehäuseteil (16) presst – und insbesondere die Leiterplatte (20) in alle drei Raumrichtungen gegenüber dem Gehäuseteil (16) fest fixiert.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das plastisch umgeformte freie Ende (46) des Zentrier-Pins (44) einen größeren Durchmesser (53) aufweist als der Durchmesser (58) der Zentrieröffnung (45) der Leiterplatte (20) und das umgeformte freie Ende (46) in der Fügerichtung (8) unmittelbar an der Leiterplatte (20) anliegt.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (20) elektrische Kontaktbohrungen (50) aufweist, in die Einpress-Pins (49) eingepresst und/oder Löt-Pins (48) eingelötet sind.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Leiterplatte (20) näherungsweise parallel zu einer Rotorwelle (32) der elektrischen Maschine (10) erstreckt – und insbesondere elektronische Bauteile (38), vorzugsweise einen Mikroprozessor (39) und/oder einen Drehlagensensor (40) zur Drehzahlerfassung der Rotorwelle (32), trägt –, und der mindestens eine Zentrier-Pin (44) näherungsweise tangential zur Rotorwelle (32) ausgerichtet ist.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrier-Pin (44) durch eine Gehäuseöffnung (24) eines Gehäusedeckels (26) hindurch ragt, und das freie Ende (46) des Zentrier-Pins (44) an der Außenseite des Gehäusedeckels (26) plastisch umgeformt ist.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das plastisch umgeformte freie Ende (46) des Zentrier-Pins (44) einen größeren Durchmesser (53) aufweist als der Durchmesser (23) der Gehäuseöffnung (24) des Gehäusedeckels (26) und bezüglich der Fügerichtung (8) einen Sicherungskopf (56) bildet, der ein zerstörungsfreies Abnehmen des Gehäusedeckels (26) verhindert.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (26) Rastelemente (70) aufweist, die in geschlossenem Zustand in Gegenrastelemente (71) des Gehäuseteils (16) verrastend eingreifen, wobei insbesondere der Umfang (80) des Gehäusedeckels (16) innerhalb einer umlaufenden Wand (77) des Gehäuseteils (16) angeordnet ist.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseöffnung (24) innerhalb einer – insbesondere topfförmigen – Vertiefung (60) einer äußeren Oberfläche (65) des Gehäusedeckels (26) angeordnet ist, und das plastisch umgeformte freie Ende (46) des Zentrier-Pins (44) die äußere Oberfläche (65) nach außen hin nicht überragt.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (26) – insbesondere mittels eines in Fügerichtung (8) angeformten Fortsatzes (75) – die Leiterplatte (20) in Fügerichtung (8) gegen den Gehäuseboden (15) presst.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuseteil (16) genau ein oder genau zwei oder genau drei Zentrier-Pins (44) angeformt sind.
Getriebe-Antriebseinheit (14) mit einer als Elektromotor (12) ausgebildeten elektrischen Maschine (10) nach einem der vorherigen Ansprüchen, und einem nachgeordneten Getriebe (30) – vorzugsweise Schneckengetriebe (31) –, mit einem Getriebegehäuse (28), in dem die Rotorwelle (32) des Elektromotors (12) ein Getrieberad (34) antreibt, wobei das Gehäuseteil (16) als Elektronikgehäuse (25) ausgebildet ist, das vorzugsweise integraler Bestandteil des Getriebegehäuses (28) ist.
Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Maschine (10) – insbesondere einem Stellantrieb im Kraftfahrzeug – vorzugsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Ausbilden eines Gehäuseteils (16) mit mindestens einem Zentrier-Pin (44), der sich entlang einer Fügerichtung (8) einer Leiterplatte (20) erstreckt – Aufschieben einer Leiterplatte (20) mit mindestens einer Zentrieröffnung (45) in Fügerichtung (8) auf den Zentrier-Pin (44) – Plastisches Umformen eines freien Endes (46) des Zentrier-Pins (44) um einen Sicherungskopf (56) zu bilden.
Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende (46) des Zentrier-Pins (44) vor dessen plastischer Umformung eine gewölbte oder konische oder spitzige oder angefaste Oberfläche (42) aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungskopf (56) in Fügerichtung (8) an der Leiterplatte (20) anliegt, um diese fest zu fixieren, und danach Löt-Pins (48) mit der Leiterplatte (20) verlötet werden.
Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einfügen der Leiterplatte (20) ein Gehäusedeckel (26) in Fügerichtung (8) montiert wird, der das Gehäuseteil (16) verschließt – und insbesondere die Leiterplatte (20) vollständig überdeckt –, und der Zentrier-Pin (44) durch eine Gehäuseöffnung (24) des Gehäusedeckels (26) hindurch ragt, und anschließend das freie Ende (46) des Zentrier-Pins (44) plastisch zum Sicherungskopf (56) umgeformt wird.
Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (20) beim Einfügen mittels des Zentrier-Pins (44) vorzentriert wird, und anschließend beim Einfügen von Einpress-Pins (49) in korrespondierende Kontaktöffnungen (50) der Leiterplatte (20) die Leiterplatte (20) bezüglich ihrer exakten Lage feinjustiert wird.
Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem plastischen Umformen des freien Endes (46) der Gehäusedeckel (26) und/oder die Leiterplatte (20) in Fügerichtung (8) gegen den Boden (15) des Gehäuseteils (16) gepresst wird, wobei insbesondere während dem plastischen Umformen des freien Endes (46) der Gehäusedeckel (26) und/oder die Leiterplatte (20) mit einer definierten Anpresskraft (78) gegen den Boden (15) des Gehäuseteils (16) gedrückt wird, bis die plastische Umformung abgeschlossen ist.
Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die plastische Umformung des freien Endes (46) mittels Warmverprägen oder Heißverstemmen durchgeführt wird, wobei das Material des freien Endes (46) zuerst mittels Heißluft oder mittels eines heißen Prägestempels (79) aufgeschmolzen und anschließend wieder – insbesondere aktiv – abgekühlt wird.