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Die Erfindung betrifft eine Motorbaugruppe mit einem Elektromotor umfassend ein Motorgehäuse, sowie eine Elektronikeinheit. Sie betrifft weiterhin einen Aktuator, insbesondere einen Getriebeaktuator, für ein Kraftfahrzeug, mit einer derartigen Motorbaugruppe, sowie ein mit einem derartigen Aktuator versehenes Kraftfahrzeuggetriebe.
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Aus der
WO 2013/037454 A2 ist ein Elektromotor bekannt, der Bestandteil eines Aktuators für ein Kraftfahrzeuggetriebe, insbesondere für ein Direktschaltgetriebe (DSG), sein kann. Bei einem hydraulischen Aktuator kann der Elektromotor zum Antrieb einer Hydraulikpumpe dienen.
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Der bekannte Elektromotor weist hierzu ein zylinderförmiges Motor- oder Statorgehäuse auf, in dem eine Statorbaugruppe mit einer Drehfeldwicklung gehäusefest und ein Rotor zusammen mit einer rotorfesten Rotorwelle drehbeweglich gelagert ist. Zur Ankopplung beispielsweise an die Hydraulikpumpe des Aktuators ist die Motorwelle unter Bildung eines Wellenzapfens auf einer Gehäuseseite des Elektromotors herausgeführt. Die gegenüberliegende Gehäuseseite weist einen Anschlussflansch zur Befestigung des Aktuators beispielsweise an eine Elektronikeinheit mit einem Elektronikgehäuse und einer Leistungs- oder Motorelektronik auf.
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Im Betrieb eines solchen Elektromotors, insbesondere bei dessen Anwendung als Getriebeaktuator für ein DSG eines Kraftfahrzeugs, ist dieser häufig einer feuchten Umgebung ausgesetzt. Unter solchen Umgebungsbedingungen besteht die Gefahr, dass Feuchtigkeit, beispielsweise Wasser, über Gehäuseschnittstellen des Elektronikgehäuses und/oder des Anschlussflansches in den Bereich der Motorelektronik eindringt. Dies ist insbesondere im Hinblick auf eine Kurzschlussgefahr äußerst unerwünscht.
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In einer typischen Anwendung als Getriebeaktuator ist der Elektromotor mit einer hydraulischen Ölpumpe innerhalb eines Ölsumpfs eines Getriebegehäuses antriebstechnisch gekoppelt. Zum Zwecke einer Kühlung der Drehfeldwicklung ist es hierbei bekannt, dass der Elektromotor zumindest teilweise innerhalb eines (Hydraulik-)Öls im Ölsumpf einliegt. Zweckdienlicherweise ist die Elektronikeinheit nahe dem Elektromotor verbaut, sodass zum Schutz der empfindlichen Motorelektronik ein möglichst fluiddichtes Elektronikgehäuse auch gegenüber Öl benötigt wird.
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Der Elektromotor beziehungsweise die zugeordnete Motorbaugruppe des Aktuators ist hierbei für einen relativ großen Temperaturbereich auszulegen beziehungsweise konstruktiv zu gestalten. Der zu beherrschende oder zu berücksichtigende Temperaturbereich im Ölsumpf liegt typischerweise zwischen beispielsweise –40°C und +130°C. Zu berücksichtigen ist hierbei auch, dass das verwendete Öl eine gewisse oder bestimmte Viskosität aufweist, die temperaturabhängig ist und mit zunehmender Temperatur abnimmt, das heißt bei niedrigeren Temperaturen größer ist als bei höheren Temperaturen.
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Insbesondere bei höheren Betriebstemperaturen oder bei betriebsbedingt steigenden Temperaturen nimmt daher auch die Gefahr von Leckagen zu. Grund hierfür ist, dass einerseits die Vermeidung von Leckagen ein entsprechend dichtes Elektronikgehäuse bedingt, während andererseits aufgrund der hohen Temperaturschwankungen Gehäuseausdehnungen, das heißt unterschiedliche Ausdehnungen des Elektronikgehäuses und/oder des Anschlussflansches bei zunehmenden Temperaturen und damit sinkender Viskosität des eingesetzten Öls zunehmend zu Leckagen neigen, welche bei niedrigen Temperaturen und somit hoher Viskosität des Öls eine vergleichsweise wenig ausgeprägte Neigung zeigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Motorbaugruppe anzugeben, die ein fluiddichtes Elektronikgehäuse für eine Motorelektronik bereitstellt. Des Weiteren sollen ein Aktuator für ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Motorbaugruppe, sowie ein Kraftfahrzeuggetriebe mit einem derartigen Aktuator angegeben werden.
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Bezüglich der Motorbaugruppe wird die genannte Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1, bezüglich eines die Motorbaugruppe umfassenden Aktuators mit den Merkmalen des Anspruchs 11, und bezüglich eines Kraftfahrzeuggetriebes mit einem derartigen Aktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 12 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Die erfindungsgemäße Motorbaugruppe weist einen Elektromotor mit einem Motorgehäuse, sowie eine Elektronikeinheit auf. Die Elektronikeinheit umfasst eine als Motorträger ausgebildete erste Gehäuseschale, an der das Motorgehäuse befestigt ist, eine als Kühldeckel ausgebildete zweite Gehäuseschale, und einen Elektronikträger, der sandwichartig zwischen dem Kühldeckel und dem Motorträger angeordnet ist. Der Elektronikträger weist kühldeckelseitig, das heisst an einer dem Kühldeckel zugewandten Seite, eine erste umfangsseitige Dichtung auf, wobei die erste Dichtung einen zwischen dem Elektronikträger und dem Kühldeckel gebildeten ersten Kontaktrand abdichtet. Der Elektronikträger weist weiterhin motorträgerseitig, das heisst an einer dem Motorträger zugewandten Seite, eine zweite umfangsseitige Dichtung auf, wobei die zweite Dichtung einen zwischen dem Elektronikträger und dem Motorträger gebildeten zweiten Kontaktrand abdichtet.
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Der Kühldeckel, der Motorträger, sowie der Elektronikträger bilden somit ein im Wesentlichen abgeschlossenes und fluiddichtes Elektronikgehäuse, wobei der Elektronikträger zumindest teilweise eine in Umfangsrichtung verlaufende Gehäusewand bildet. Durch die sandwichartige Anordnung werden weiterhin zwei getrennte Gehäuseräume gebildet. Ein erster Gehäuseraum ist zwischen dem Elektronikträger und dem Kühldeckel gebildet, wobei der erste Gehäuseraum mittels der ersten Dichtung gegenüber dem ersten Kontaktrand abgedichtet ist. Ein zweiter Gehäuseraum wird entsprechend zwischen dem Elektronikträger und dem Motorträger gebildet, wobei der zweite Gehäuseraum entsprechend mittels der zweiten Dichtung am zweiten Kontaktrand abgedichtet ist.
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Mit anderen Worten teilt der Elektronikträger den Gehäuseinnenraum somit fluiddicht in zwei Teilbereiche. Im Vergleich zum Stand der Technik ist somit die Gefahr von Leckagen von einem Öl zu einer (Motor-)Elektronik im Wesentlichen vermieden. Der im Betrieb zumindest teilweise in Öl einliegende Elektromotor ist in einem anderen Gehäuseteilbereich angeordnet als die empfindliche Elektronik. Weiterhin ist es dadurch ermöglicht, die erste Dichtung und die zweite Dichtung unabhängig voneinander zu gestalten und auszulegen.
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In einer bevorzugten Einbausituation liegt der Elektromotor zumindest teilweise in einem Ölsumpf eines Kraftfahrzeuggetriebes ein, sodass die zweite Dichtung insbesondere für ein fluiddichtes Abdichten des zweiten Kontaktrandes gegenüber Öl ausgestaltet ist. Insbesondere ist es notwendig, dass die zweite Dichtung über einen großen Temperaturbereich hinweg zuverlässig Leckagen vermeidet.
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Die erste Dichtung ist auf der gegenüberliegenden Elektronikträgerseite angeordnet, und ist somit lediglich gegenüber einem Eindringen von Feuchtigkeit, insbesondere hinsichtlich eines Eindringens von Wasser, ausgelegt. Dadurch wird die Herstellung der ersten Dichtung besonders kostengünstig, was sich vorteilhaft auf die Herstellungskosten der Motorbaugruppe überträgt.
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In einer geeigneten Weiterbildung sind der Motorträger und der Kühldeckel unmittelbar gegeneinander verspannt. Dadurch ist ein ausreichender Anpress- oder Dichtungsdruck auf die erste und zweite Dichtung realisiert. Der Motorträger und der Kühldeckel sind vorzugsweise nicht unmittelbar an dem Elektronikträger befestigt, sondern stattdessen insbesondere derart miteinander verspannt, dass auf den Elektronikträger im Wesentlichen lediglich Druckkräfte, jedoch keine nennenswerten Biege- oder Torsionskräfte ausgeübt werden. Im Rahmen der Erfindung ist der Elektronikträger somit zwischen dem Kühldeckel und dem Motorträger im Bereich der Kontaktränder geklemmt gehalten beziehungsweise klemmfixiert.
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In einer geeigneten Ausbildung sind die erste Dichtung und die zweite Dichtung in Wirkrichtung der Verspannung des Motorträgers und des Kühldeckels fluchtend zueinander angeordnet. Dadurch stützen sich die erste und die zweite Dichtung im Montagezustand gegenseitig ab, was zu einer Vermeidung von auf den Elektronikträger wirkenden Biege- oder Torsionskräften beiträgt. Durch die Vermeidung von Biege- und/oder Torsionskräften auf den Elektronikträger ist von daher sichergestellt, dass eine auf dem Elektronikträger getragene Motorelektronik betriebssicher angeordnet ist.
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In einer bevorzugten Ausführung weist die Motorelektronik eine vom Elektronikträger getragene elektronische Umrichterschaltung zur Bestromung und zum Betrieb des Elektromotors auf. Die Umrichterschaltung ist hierzu in einem Anschlussbereich einer motorträgerseitigen Fläche des Elektronikträgers mittels Kontaktelementen an Phasenanschlüsse des Elektromotors angeschlossen. Zweckmäßigerweise ist der Anschlussbereich derart an dem Elektronikträger angeordnet, dass er mit dem an dem Motorträger befestigten Motorgehäuse insbesondere im Bereich eines Außenumfangs des Motorgehäuses fluchtet. Der Anschlussbereich ist durch einen sekantenartigen Binnensteg der zweiten Dichtung fluiddicht von einem Schaltungsbereich der motorträgerseitigen Fläche des Elektronikträgers abgegrenzt, an der mindestens ein elektronisches Bauteil der Umrichterschaltung, insbesondere ein Zwischenkondensator und/oder eine zugeordnete Drosselspule, angeordnet sind.
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Der sekantenartige Binnensteg unterteilt somit den von der zweiten Dichtung umrandeten zweiten Gehäuseraum in den Anschlussbereich und den Schaltungsbereich. Mit anderen Worten verläuft der Binnensteg von einer Langseite des vorzugsweise länglichen Elektronikträgers zu der gegenüberliegenden Langseite. Der zweite Gehäuseraum ist in der bevorzugten Einbausituation im Bereich eines Ölsumpfes angeordnet. Durch den Binnensteg, beziehungsweise der dadurch erzeugten fluiddichten Abgrenzung zwischen dem Schaltungsbereich und dem Anschlussbereich, wird mit dem Schaltungsbereich ein zusätzlicher Bauraum für elektronische Bauteile der Umrichterschaltung geschaffen.
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Vorzugsweise sind insbesondere passive Bauelemente mit einer vergleichsweise großen Einbaugröße wie zum Beispiel der Zwischenkondensator oder die Drosselspule innerhalb des Schaltungsbereichs angeordnet, da sie einerseits weniger empfindlich auf die im Betrieb auftretenden Temperaturen nahe dem Ölsumpf sind. Andererseits wird dadurch ein besonders bauraumkompakter Kühldeckel ermöglicht, was zusätzliche Freiheiten für die Nutzung eines vorhandenen Bauraums schafft.
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In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung ist an den Kühldeckel eine Anzahl von motorträgerseitig abstehenden Abstandselementen angeformt, die den Elektronikträger zumindest abschnittsweise umgreifen, und jeweils an einer korrespondierenden Anlagefläche des Motorträgers anliegen. Die Abstandselemente weisen etwa die Höhe des Elektronikträgers auf, sodass ein vorgegebener Anpressdruck bei der Verspannung des Kühldeckels mit dem Motorträger definiert ist. Durch die geeignetweise umfangsseitig angeordneten Abstandselemente wird eine Verbiegung oder Torsion des Kühldeckels bei der Verspannung konstruktiv einfach verhindert. Weiterhin ist hierdurch ein im Wesentlichen gleicher Anpress- beziehungsweise Dichtungsdruck entlang der Umfangsrichtung im Bereich des ersten und zweiten Kontaktrandes aufbringbar.
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In einer geeigneten Weiterbildung sind der Kühldeckel und der Motorträger miteinander im Bereich der Abstandselemente verschraubt. Dadurch ist eine konstruktiv einfache Verspannung zwischen dem Kühldeckel und dem Motorträger realisiert, wobei die Schraubbefestigung im Bereich der Abstandselemente unterstützend zur Vermeidung von auftretenden Biege- oder Torsionskräften beiträgt.
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In einer vorteilhaften Ausbildung weist die Elektronikeinheit einen Anschlusssteckverbinder auf. Der Anschlusssteckverbinder ist einstückig in den Elektronikträger integriert, und mit einem innerhalb des Elektronikträgers angeordneten Stanzgitter mit der Umrichterschaltung kontaktiert. Das Stanzgitter ist vorzugsweise weiterhin an die Kontaktelemente im Anschlussbereich angebunden. Der Anschlusssteckverbinder ist außerhalb der ersten und zweiten Dichtung stirnseitig an den Elektronikträger angeformt, das heißt der Anschlusssteckverbinder ist im Wesentlichen außerhalb des ersten und zweiten Kontaktrandes angeordnet. Dadurch ist keine zusätzliche Abdichtung des Kühldeckels, des Motorträgers und/oder des Elektronikträgers gegenüber dem Anschlusssteckverbinder notwendig. Dies ist insbesondere hinsichtlich unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten des Kühldeckels, des Motorträgers und des Elektronikträgers bei im Betrieb auftretenden Temperaturschwankungen vorteilhaft.
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Der Binnensteg ist nicht durch eine Verspannung verpresst, das heißt der Anpress- oder Dichtungsdruck zur fluiddichten Abgrenzung zwischen dem Anschlussbereich und dem Schaltungsbereich ist im Montagezustand lediglich durch den Elektronikträger erzeugt. Durch Wärmeausdehnung im Betrieb oder durch Verschleiß ist eine fluiddichte Abdichtung durch den Binnensteg mitunter nicht ohne weiteres dauerhaft sichergestellt.
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Von daher ist das Stanzgitter in einer besonders bevorzugten Weiterbildung im Bereich des Binnenstegs, zur Stabilisierung des Elektronikträgers, partiell oder stufenartig gebogen. Dadurch wird der Elektronikträger im Bereich des Binnenstegs zusätzlich versteift, sodass eine fluiddichte Abgrenzung zwischen dem Anschlussbereich und dem Schaltungsbereich mittels des Binnenstegs betriebssicher sichergestellt ist. Hierzu übernimmt das Stanzgitter zumindest teilweise eine tragende Rolle des Elektronikträgers, wobei das Stanzgitter beispielsweise im Bereich des Binnenstegs gekröpft oder gesickt wird, um ein Biegemomement des Elektronikträgers in diesem Bereich zu erhöhen.
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In einer möglichen Weiterbildungsform sind beispielsweise mehrere parallele Leiterbahnen des Stanzgitters schräg unter einem Winkel verlaufend über dem Binnensteg angeordnet, wobei die Leiterbahnen im Bereich des Binnenstegs quer zu ihrer Längsrichtung partiell umgebogen sind, das heißt die Leiterbahnen weisen in diesem Bereich einen etwa L-förmigen Querschnitt auf.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Stanzgitter eine Anzahl an benachbarten Leiterbahnen auf, wobei die Leiterbahnen im Bereich des Binnenstegs senkrecht zu ihrer Längsrichtung abstehende Balken als stufenartige Umbiegebereiche aufweisen. Die dadurch gebildete Stufenhöhe ist im Wesentlichen durch die Breite der Balken definiert. Die Leiterbahnen sind in Draufsicht somit etwa kreuzförmig, wobei der horizontale Kreuzsteg durch den Balken gebildet wird. Die Balken benachbarter Leiterbahnen überlappen sich zur Versteifung des Elektronikträgers zumindest teilweise.
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Vorzugsweise sind der Motorträger und der Kühldeckel als Druckgussteile aus einem Aluminiummaterial hergestellt, wobei der Elektronikträger vorzugsweise als ein Spritzgussteil mit einem umspritzten Stanzgitter ausgeführt ist. In einer geeigneten Ausführung sind die erste und die zweite Dichtung hierbei in einem Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren direkt auf den Elektronikträger aufgebracht. Zur Vermeidung von Leckagen ist die erste Dichtung geeigneterweise aus einem wasserbeständigen ersten Elastomermaterial, und die zweite Dichtung aus einem hitze- und ölbeständigen zweiten Elastomermaterial hergestellt.
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In einer bevorzugten Anwendung ist die Motorbaugruppe Teil eines Aktuators, insbesondere eines Getriebeaktuators, für ein Kraftfahrzeug. In einer bestimmungsgemäßen Einbausituation ist der Aktuator in einem Kraftfahrzeuggetriebe, beispielsweise in einem Direktschalt- oder Doppelkupplungsgetriebe, zur Schaltung der Gänge angeordnet. Hierbei ist die Elektronikeinheit mittels Befestigungsflächen an einem Getriebegehäuse verschraubt, wobei das Motorgehäuse beziehungsweise der Elektromotor zumindest teilweise in einem Ölsumpf des Kraftfahrzeuggetriebes einliegt. Zur fluiddichten Abdichtung des Ölsumpfes gegenüber dem Getriebegehäuse ist eine Ringdichtung im Bereich des Motorgehäuses angeordnet.
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Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in einer perspektivischen Darstellung eine Motorbaugruppe für einen Getriebeaktuator eines Kraftfahrzeuggetriebes, umfassend einen Elektromotor und eine Elektronikeinheit,
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2 in einer perspektivischen Darstellung einen Motorträger der Elektronikeinheit mit dem Elektromotor,
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3 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung die Motorbaugruppe,
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4 in einer perspektivischen Darstellung einen Elektronikträger der Elektronikeinheit mit Blick auf eine erste Dichtung,
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5 in einer perspektivischen Darstellung den Elektronikträger der Elektronikeinheit mit Blick auf eine zweite Dichtung mit einem Binnensteg,
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6 in einer schematischen Schnittdarstellung den Getriebeaktuator in einer Einbausituation an einem Getriebegehäuse des Kraftfahrzeuggetriebes,
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7 in einer schematischen und vereinfachten Schnittdarstellung eine alternative Ausführung des Getriebeaktuators, mit einem umgebogenen Stanzgitter,
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8 in einer perspektivischen Darstellung ausschnittsweise drei Leiterbahnen des Stanzgitters und den Binnensteg,
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9 in einer perspektivischen Darstellung ausschnittsweise eine alternative Ausführung der drei Leiterbahnen,
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10a in einer perspektivischen Darstellung eine zweite alternative Ausführung der Leiterbahnen mit horizontal überstehenden Balken als stufenartige Umbiegebereiche,
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10b in Draufsicht die Leiterbahnen mit den Balken in einem ungebogenen Zustand,
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11 in schematischer Schnittdarstellung die Elektronikeinheit mit einer ersten alternativen Ausgestaltung des Umbiegebereichs im Bereich des Binnenstegs, und
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12 in schematischer Schnittdarstellung die Elektronikeinheit mit einer zweiten alternativen Ausgestaltung des Umbiegebereichs im Bereich des Binnenstegs.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine Motorbaugruppe 2 für einen Aktuator 4 eines Kraftfahrzeuggetriebes 6, insbesondere eines Direktschaltgetriebes, dargestellt. Die Motorbaugruppe 2 des nachfolgend auch als ein Getriebeaktuator bezeichneten Aktuators 4 umfasst eine längliche Elektronikeinheit 8 mit einem schmalseitig überstehenden Anschlusssteckverbinder 10, und einen an die Elektronikeinheit 8 befestigten Elektromotor 12.
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Die Elektronikeinheit 8 umfasst eine als ein Motorträger 14 ausgebildete erste Gehäuseschale, eine als Kühldeckel 16 ausgebildete zweite Gehäuseschale, sowie einen zwischen dem Motorträger 14 und dem Kühldeckel 16 sandwichartig angeordneten Elektronikträger 18. Der Anschlusssteckverbinder 10 ist hierbei einstückig an eine Stirnseite des Elektronikträgers 18 angeformt. Mittels des Anschlusssteckverbinders 10 ist eine Umrichterschaltung 20 des Elektronikträgers 18 elektrisch leitfähig an eine nicht näher dargestellte Kraftfahrzeugelektronik oder an einen Kraftfahrzeugstrang zur Bestromung und zum Betrieb des Elektromotors 12 gekoppelt.
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Der Motorträger 14 und der Kühldeckel 16 sind vorzugsweise aus einem Aluminiummaterial in einem Druckgussverfahren hergestellt, wobei der Elektronikträger 18 bevorzugterweise als ein Spritzgussteil aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist.
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Der Motorträger 14 und der Kühldeckel 16 sind mit sechs umfangsseitig verteilten Befestigungsschrauben 22 miteinander verschraubt, wobei der Elektronikträger 18 zwischen dem Motorträger 14 und dem Kühldeckel 16 geklemmt gehalten beziehungsweise klemmfixiert ist. Wie insbesondere in 2 ersichtlich ist an den Motorträger 14 ein zylinderförmiges Motorgehäuse 24 des vorzugsweise bürstenlosen Elektromotors 12 schraubbefestigt.
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3 zeigt die Motorbaugruppe 2 anhand einer Explosionsdarstellung in einem auseinandergenommenen Zustand.
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Das zylinderförmige Motorgehäuse 24 des dargestellten Elektromotors 12 ist im Wesentlichen durch eine erste topfartige Gehäusehälfte 26a und eine zweite topfartige Gehäusehälfte 26b gebildet, wobei die Gehäusehälfte 26a bezogen auf eine Axialrichtung A mit einer etwa doppelt so hohen Gehäusehöhe wie die Gehäusehälfte 26b bemessen ist. Die Gehäusehälfte 26a ist im Montagezustand an dem Motorträger 14 mittels drei Schraubbolzen 28 befestigt, die etwa gleichmäßig um 120° zueinander versetzt stirnseitig auf der dem Motorträger 14 zugewandten Fläche angeordnet sind. Im Montagezustand sind die Schraubbolzen 28 – wie insbesondere in 2 erkenntlich – von der Innenseite des Motorträgers 14 her mittels jeweils einer Sechskantmutter 30 an dem Motorträger 14 im Bereich einer zylindrischen Ausbuchtung 32 schraubbefestigt.
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Durch die Gehäusehälfte 26a ragt im Montagezustand zentral eine Rotorwelle 34 eines damit antriebstechnsich gekoppelten Rotors des Elektromotors 12 hinaus. An der motorträgerseitigen Stirnseite der Rotorwelle 34 ist eine magnetische Kappe 36 als magnetischer Dipolgeber drehfest angebracht. Die Kappe 36 weist eine Anzahl an Permanentmagneten auf, und liegt im Montagezustand in einer Aufnahme 38 des Elektronikträgers 18 ein. Im Bereich der Aufnahme 38 ist ein nicht näher dargestelltes Hall-Sensorelement angeordnet, das im Betrieb der Motorbaugruppe 2 eine Motordrehzahl des Elektromotors 12 durch das magnetische Wechselfeld der rotierenden Kappe 36 überwacht.
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Der Elektromotor 12 weist stirnseitig drei aus der Gehäusehälfte 26a überstehende Phasenanschlüsse 40 auf, die mit Phasenwicklungen einer nicht näher dargestellten (dreiphasigen) Drehfeldwicklung einer Statorbaugruppe elektrisch leitfähig gekoppelt sind. Die nachfolgend auch als Schneidklemmkontakte bezeichneten Phasenanschlüsse 40 sind im Montagezustand mit jeweils einem motorseitigen Kontaktelement 42 des Elektronikträgers 18 zur Bestromung der Drehfeldwicklung kontaktiert. Die Kontaktelemente 42 des Elektronikträgers 18 sind insbesondere als Messerkontakte ausgestaltet.
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Die elektronische Umrichterschaltung 20 des Elektronikträgers 18 umfasst eine Leiterplatte 44 mit einer Anzahl an nicht näher bezeichneten Schaltelementen, sowie eine passive Bauteilgruppe 46. Die Bauteilgruppe 46 umfasst im Wesentlichen einen Zwischenkreiskondensator 48, eine Drosselspule 50, sowie eine Schutzsicherung 52. Die Leiterplatte 44 ist auf einer dem Kühldeckel 16 zugewandten Planseite – nachfolgend auch als Oberseite bezeichnet – des Elektronikträgers 18 angeordnet. Die Bauteilgruppe 46 ist auf der gegenüberliegenden, dem Motorträger 14 zugewandten Planseite – entsprechend im Nachfolgenden auch als Unterseite bezeichnet – des Elektronikträgers 18 angeordnet.
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Zur Kontaktierung der Leiterplatte 44 mit der Bauteilgruppe 46 weist der Elektronikträger 18 ein integriertes (umspritztes) Stanzgitter 54 als Teil der Umrichterschaltung 20 auf. Das Stanzgitter 54 koppelt die einzelnen elektronischen Bauteile mittels einer Anzahl an nicht näher bezeichneten Messerkontakten elektrisch leitfähig. Das Stanzgitter 54 ist weiterhin elektrisch leitfähig mit dem Anschlusssteckverbinder 10 verbunden.
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Die Bauteilgruppe 46 ist im Montagezustand innerhalb einer wannenartigen Ausbuchtung 56 des Motorträgers 14 angeordnet. Zum Schutz gegen Vibrationen ist die Bauteilgruppe 46 mit einem Gussteil 58 aus einem dämpfenden Kunststoffmaterial innerhalb der Ausbuchtung 56 zumindest teilweise umgossen.
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Die Leiterplatte 44 ist mittels einer wärmeleitenden Schicht 60, beispielsweise in Form eines Wärmeleitklebers, wärmeleitend an den Kühldeckel 16 gekoppelt. Der Kühldeckel 16 weist an seiner Außenfläche, das heißt an der dem Elektronikträger 18 abgewandten Kühldeckelseite, eine Anzahl an angeformten Kühlrippen 62 auf. Beispielhaft ist in den Figuren lediglich eine Kühlrippe 62 mit einem Bezugszeichen versehen.
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Im Bereich der Kühlrippen 62 ist eine Aussparung 64 angeordnet, die im Montagezustand einen Luftaustausch von der Leiterplatte 44 zu einem Bereich außerhalb des Kühldeckes 16 ermöglicht. Die Aussparung 64 ist im Montagezustand mit einer luftdurchlässigen, semi-permeablen Membran 66 wasserdicht abgedeckt. Durch die Membran 66 ist somit einerseits sowohl ein Druckausgleich als auch ein Luftaustausch zu Kühlungszwecken ermöglicht. Andererseits ist durch die Membran 66 einem Eindringen von Wasser oder Feuchtigkeit zum Schutz der Umrichterschaltung 20 auf konstruktiv einfache Art und Weise entgegengewirkt. Die Kühlrippen 62 und die Membran 66 sind im Montagezustand von einer gemeinsamen Abdeckung 68 verdeckt.
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In der 4 und 5 ist der Aufbau des Elektronikträgers 18 näher dargestellt. Der Elektronikträger 18 weist kühldeckelseitig eine in Umfangsrichtung verlaufende erste Dichtung 70 auf, mittels der ein erster Kontaktrand 72 zwischen der Auflage des Kühldeckels 16 am Elektronikträger 18 fluiddicht abgedichtet wird. Auf der gegenüberliegenden Seite, das heißt motorträgerseitig, weist der Elektronikträger 18 eine komplementär verlaufende zweite Dichtung 74 auf, die entsprechend einen zweiten Kontaktrand 76 zwischen der Auflage des Elektronikträgers 18 am Motorträger 14 fluiddicht abdichtet.
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Die Dichtungen 70, 74 sind insbesondere derart zueinander fluchtend angeordnet, dass bei einer Schraubbefestigung des Kühldeckels 16 am Motorträger 14 – mittels der Befestigungsschrauben 22 – die Dichtungen 70 und 74 im Wesentlichen gegenseitig abgestützt werden. Dadurch wird der Elektronikträger 18 beim Einklemmen beziehungsweise Klemmbefestigen zwischen dem Motorträger 14 und dem Kühldeckel 16 im Wesentlichen lediglich mit Druckkräften im Bereich der Kontaktränder 72, 76 beaufschlagt, ohne dass nennenswerte Torsions- oder Biegelkräfte auf den Elektronikträger 18 wirken.
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Die Dichtungen 70, 74 sowie die Kontaktränder 72, 76 sind im Wesentlichen hinter dem Anschlusssteckverbinder 10 angeordnet, das heißt der Anschlusssteckverbinder 10 ist derart an einem Außenumfang des Elektronikträgers 18 angeordnet, dass er sowohl dem Kühldeckel 16 als auch dem Motorträger 14 übersteht. Der Anschlusssteckverbinder 10 ist somit lediglich mittels des umspritzten Stanzgitters 54 an den Innenraum der Elektronikeinheit 8 gekoppelt, sodass der Anschlusssteckverbinder 10 keine zusätzliche Abdichtung benötigt.
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Die Dichtung 74 weist einen Binnensteg 78 auf, der die Dichtung 74 im Montagezustand sekantenartig in einem Bereich zwischen den Ausbuchtungen 32 und 56 schneidet. Das heißt der Binnensteg 78 verläuft von einer Langseite der Dichtung 74 zu der gegenüberliegenden Langseite, wobei der Binnensteg 78 vorzugsweise etwa senkrecht zu den beiden Langseiten gerichtet ist. Der Elektronikträger 18 weist in dem Bereich der Ausbuchtung 32 drei umfangsseitige Einbuchtungen 80 auf, in denen im Montagezustand jeweils eine Befestigungsschraube 22 angeordnet ist.
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Die Dichtungen 70, 74 weisen eine etwa mäanderförmige Prägung zur verbesserten Kraftverteilung bei der Klemmbefestigung des Elektronikträgers 18 auf. Die Dichtungen 70 und 74 sind vorzugsweise in einem Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren zusammen mit dem Elektronikträger 18 hergestellt.
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Im Montagezustand ist zwischen dem Elektronikträger 18 und dem Kühldeckel 16 ein oberseitiger Gehäuseraum 82 gebildet. Der Gehäuseraum oder Elektronikraum 82 ist zumindest teilweise – wie in insbesondere in 6 ersichtlich – mit der Schicht 60 aufgefüllt, und mittels des Elektronikträgers 18 fluiddicht von einem unterseitigen Gehäuseraum 84 zwischen dem Elektronikträger 18 und dem Motorträger 14 getrennt. Der Gehäuseraum 84 ist im Wesentlichen durch die von den Ausbuchtungen 32 und 56 definierten Teilbereiche 84a, 84b gebildet. Im Nachfolgenden ist der Teilbereich 84a der Ausbuchtung 32 auch als ein Anschlussbereich 84a, und der Teilbereich 84b der Ausbuchtung 56 als ein Schaltungsbereich 84b bezeichnet. Durch den Binnensteg 78 sind der Anschlussbereich 84a und der Schaltungsbereich 84b fluiddicht zwischen dem Elektronikträger 18 und dem Motorträger 14 abgegrenzt.
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Im Bereich der Einbuchtungen 80 ist jeweils ein Abstandselement 86 des Kühldeckels 16 zu einem Außenumfang hin fluchtend angeordnet. Die Abstandselemente 86 umgreifen den Elektronikträger 18, und liegen unter Bildung jeweils einer Anlagefläche 88 an dem Motorträger 14 an. Die Abstandselemente 86 sind im Bereich des Kontaktrands 72 an den Kühldeckel 16 angeformt, und stehen dem Kühldeckel 16 in Richtung des Motorträgers 14 über. Die Abstandselemente 86 weisen vorzugsweise eine Höhe auf, die etwa der Dicke des Elektronikträgers 18 entspricht.
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Die Elektronikeinheit 8 weist weiterhin vier umfangsseitig überstehende Auskragungen 90a des Kühldeckels 16, sowie vier hierzu komplementär angeordnete Auskragungen 90b des Motorträgers 14 auf. Die Auskragungen 90a und 90b sind im Montagezustand unter Bildung von jeweils einer Befestigungsfläche 92 großflächig und fluchtend aufeinander angeordnet.
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Die Auskragungen 90a umgreifen den Elektronikträger 18 abschnittsweise ähnlich zu den Abstandselementen 86, wobei die Auskragungen 90a hierbei vorzugsweise – ähnlich zu den Abstandselementen 86 – eine Höhe aufweisen, die etwa der Dicke des Elektronikträgers 18 entspricht. Die Abstandselemente 86 und die Auskragungen 90a stellen somit bei der Montage der Motorbaugruppe 2 einen vordefinierten Anpress- oder Dichtungsdruck für die Verspannung zwischen dem Kühldeckel 16 und dem Motorträger 14 sicher.
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Die Auskragungen 90a, 90b sind jeweils paarweise im Bereich des Anschlussbereichs 84a sowie im Bereich des Schaltungsbereichs 84b angeformt, wobei die Auskragungen 90a, 90b im Anschlussbereich 84a insbesondere ösenförmig ausgestaltet sind, und wobei die Auskragungen 90a, 90b im Schaltungsbereich 84b insbesondere laschenartig ausgebildet sind.
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Die Auskragungen 90a, 90b weisen fünf Schraubenlöcher 94 auf, die in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind. Wie insbesondere in 6 ersichtlich ist im Montagezustand des Getriebeaktuators 4 an dem Kraftfahrzeuggetriebe 6 innerhalb der Schraubenlöcher 94 jeweils eine Befestigungsschraube 96 zur Schraubbefestigung des Getriebeaktuators 4 an einem Getriebegehäuse 98 des Kraftfahrzeuggetriebes 6 angeordnet. Dadurch ist die Motorbaugruppe 2 im Bereich der Befestigungsflächen 92 an das Getriebegehäuse 98 fixiert. Das Getriebegehäuse 98 weist eine große thermische Masse auf, und wirkt im Montagezustand beispielsweise als eine Wärmesenke für die Motorbaugruppe 2.
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Der Elektromotor 12 ist in dem dargestellten Montagezustand des Getriebeaktuators 4 an eine nicht näher dargestellte Ölpumpe antriebstechnisch gekoppelt, und liegt zumindest teilweise in einem Öl eines Ölsumpfs 100 ein. Zur fluiddichten Abdichtung des Ölsumpfs 100 ist zwischen der Ausbuchtung 32 und dem Getriebegehäuse 98 eine Ringdichtung 102 angeordnet.
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Zur zusätzlichen Versteifung des Elektronikträgers 18 ist das Stanzgitter 54 im Bereich des Binnenstegs 78 – wie in 7 angedeutet – gebogen ausgeführt. Verschiedene Ausführungsbeispiele in Hinblick auf partielle oder stufenartige Biegungen oder Umbiegungen des Stanzgitters 54 sind im Nachfolgenden anhand der 8 bis 12 näher erläutert.
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In der 8 sind ausschnittsweise drei benachbarte und im Wesentlichen parallel verlaufende Leiterbahnen 104a, 104b, 104c des Stanzgitters 54 im Bereich des Binnenstegs 78 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Leiterlängsrichtung L der Leiterbahnen 104a, 104b, 104c im Wesentlichen parallel zum Verlauf des Binnenstegs 78 angeordnet, wobei die mittlere Leiterbahn 104b partiell direkt im Bereich des Binnenstegs 78 umgebogen ist. Wie in 8 vergleichsweise ersichtlich weist die Leiterbahn 104b in diesem Bereich entlang der Leiterlängsrichtung L betrachtet ein etwa L-förmiges Querschnittsprofil auf, wobei der horizontale L-Schenkel als eine zum Motorträger 14 gebogene Lasche 106 ausgeführt ist.
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9 zeigt eine Ausführungsform bei welcher die Leiterbahnen 104a, 104b, 104c schräg zum Binnensteg 78 orientiert positioniert sind, das heißt die Leiterlängsrichtung L ist um einen Winkel gegenüber dem Binnensteg 78 um die Axialrichtung A windschief gedreht angeordnet. Die Leiterbahnen 104a, 104b, 104c sind ähnlich zum Ausführungsbeispiel der 8 partiell im Bereich von quer zur Leiterlängsrichtung L überstehenden Laschen 106a, 106b, 106c umgebogen. Die umgebogenen Laschen 106a, 106b, 106c überlappen sich entlang des Verlaufs des Binnenstegs 78 in Querrichtung der Leiterlängsrichtung L.
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Das in 10a und 10b dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt im Wesentlichen drei stufenartig umgebogene beziehungsweise umbiegbare Leiterbahnen 104a, 104b, 104c. Die Leiterbahnen 104a, 104b, 104c weisen im Bereich des Binnenstegs 78 quer zur Leiterlängsrichtung L abstehende Arme oder Balken 108 auf, die sich im umgebogenen Zustand zumindest teilweise entlang der Leiterlängsrichtung L überlappen, und somit den Elektronikträger 18 hinsichtlich eines Biegemoments in diesem Bereich versteifen. Die Umbiegekanten im umgebogenen Zustand sind in 10a mit gestrichtelten Linien angedeutet. Die dadurch gebildete Stufenhöhe des Stanzgitters 54 ist im Wesentlichen durch die Breite der Balken 108 vorgegeben.
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Die 11 und 12 zeigt in einer Schnittdarstellung entlang des Binnenstegs 78 die Elektronikeinheit 8 in Draufsicht auf eine Umbiegung des Stanzgitters 54. Der umgebogene Bereich des Stanzgitters 54 erstreckt sich hierbei zur Kraftausleitung zum Umfang hin bis zwischen die Kontaktränder 72, 74. In der 12 weist der umgebogene Bereich zum Außenumfang hin eine Verjüngung auf, wodurch eine Materialersparnis im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der 11 realisiert ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Motorbaugruppe
- 4
- Aktuator/Getriebeaktuator
- 6
- Kraftfahrzeuggetriebe
- 8
- Elektronikeinheit
- 10
- Anschlusssteckverbinder
- 12
- Elektromotor
- 14
- Motorträger/Gehäuseschale
- 16
- Kühldeckel/Gehäuseschale
- 18
- Elektronikträger
- 20
- Umrichterschaltung
- 22
- Befestigungsschrauben
- 24
- Motorgehäuse
- 26a, 26b
- Gehäusehälfte
- 28
- Schraubbolzen
- 30
- Sechskantmutter
- 32
- Ausbuchtung
- 34
- Rotorwelle
- 36
- Kappe
- 38
- Aufnahme
- 40
- Phasenanschluss/Schneidklemmkontakt
- 42
- Kontaktelement/Messerkontakt
- 44
- Leiterplatte
- 46
- Bauteilgruppe
- 48
- Zwischenkreiskondensator
- 50
- Drosselspule
- 52
- Schutzsicherung
- 54
- Gussteil
- 56
- Ausbuchtung
- 60
- Schicht
- 62
- Kühlrippe
- 64
- Aussparung
- 66
- Membran
- 68
- Abdeckung
- 70
- Dichtung
- 72
- Kontaktrand
- 74
- Dichtung
- 76
- Kontaktrand
- 78
- Binnensteg
- 80
- Einbuchtung
- 82
- Gehäuseraum/Elektronikraum
- 84
- Gehäuseraum
- 84a
- Teilbereich/Anschlussbereich
- 84b
- Teilbereich/Schaltungsbereich
- 86
- Abstandselement
- 88
- Anlagefläche
- 90a, 90b
- Auskragung
- 92
- Befestigungsfläche
- 94
- Schraubenloch
- 96
- Befestigungsschraube
- 98
- Getriebegehäuse
- 100
- Ölsumpf
- 102
- Ringdichtung
- 104a, 104b, 104c
- Leiterbahn
- 106
- Lasche
- 106a, 106b, 106c
- Lasche
- 108
- Balken
- A
- Axialrichtung
- L
- Leiterlängsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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