DE102020211081A1

DE102020211081A1 - Steuervorrichtung, insbesondere Lenkungssteuervorrichtung

Info

Publication number: DE102020211081A1
Application number: DE102020211081.6A
Authority: DE
Inventors: Tobias Lupfer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-09-02
Filing date: 2020-09-02
Publication date: 2022-03-03
Also published as: CN115996873A; WO2022049098A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Steuervorrichtung (10a-e), insbesondere einer Lenkungssteuervorrichtung, mit einer Elektronikeinheit (12a-e) zur Ansteuerung wenigstens eines Elektromotors (14a-e) und/oder zur Erfassung wenigstens einer Betriebsgröße des Elektromotors (14a-e) und mit wenigstens einer Leiterplatte (16a-e), auf welcher die Elektronikeinheit (12a-e) zumindest teilweise angeordnet ist.Es wird vorgeschlagen, dass die Leiterplatte (16a-e) mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Steuervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Zudem betrifft die Erfindung eine Aktuatorbaugruppe mit einer solchen Steuervorrichtung, ein Lenksystem mit einer solchen Aktuatorbaugruppe sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Steuervorrichtung.
Aus dem Stand der Technik sind Lenksysteme bekannt, welche Lenkaktuatoren mit einem Elektromotor und mit einer Steuervorrichtung zur Steuerung eines Betriebs des Elektromotors umfassen. Die Steuervorrichtung ist dabei in der Regel in einem an den Elektromotor angrenzenden Elektronikgehäuse angeordnet und umfasst eine Elektronikeinheit sowie wenigstens eine Leiterplatte, auf welcher die Elektronikeinheit angeordnet ist.
Eine Schwierigkeit besteht darin, die gesamte Elektronik in dem Elektronikgehäuse unterzubringen, wobei gleichzeitig eine gute Entwärmung der Elektronikeinheit gewährleistet werden muss. Zur Erhöhung der Fläche der Leiterplatte wurde deshalb in der nachveröffentlichten DE 10 2020 202 364 A1 eine Leiterplatte mit einer Grundplatte und zwei relativ zu der Grundplatte biegbaren Seitenplatten vorgeschlagen. Ein vorhandener Bauraum im Elektronikgehäuse kann hierdurch besser ausgenutzt werden. Allerdings existieren auch in diesem Fall aufgrund der Teilstarren-Form weiterhin Verbesserungsmöglichkeiten, insbesondere bei der Handhabung, der Entwärmung und der Bauraumausnutzung.
Ferner existieren unterschiedliche 3D-Druckverfahren, mittels welchen inzwischen auch Leiterplatten sehr kostengünstig und mit nahezu beliebigen Formen erzeugt werden können. In diesem Zusammenhang sei beispielhaft auf die US 2019/0098771 A1 verwiesen.
Ausgehend davon besteht die Aufgabe der Erfindung insbesondere darin, eine Steuervorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich eines Aufbaus bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 11, 12 und 13 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Steuervorrichtung, insbesondere einer Lenkungssteuervorrichtung, mit einer Elektronikeinheit zur Ansteuerung wenigstens eines Elektromotors und/oder zur Erfassung wenigstens einer Betriebsgröße des Elektromotors und mit wenigstens einer Leiterplatte, auf welcher die Elektronikeinheit zumindest teilweise, vorzugsweise zu wenigstens einem Großteil und besonders bevorzugt vollständig, angeordnet ist.
Es wird vorgeschlagen, dass die Leiterplatte mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt ist. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere eine Steuervorrichtung mit einem vorteilhaften Aufbau bereitgestellt werden. Insbesondere kann eine vorteilhafte Flexibilität erreicht werden, wodurch die Leiterplatte vorteilhaft an ein vorgegebenes Einbauvolumen angepasst werden kann. Ferner kann vorteilhaft eine Effizienz, insbesondere eine Herstellungseffizienz, einer Montageeffizienz, eine Bauraumeffizienz und/oder eine Kosteneffizienz, verbessert werden. Insbesondere kann in diesem Zusammenhang ein vorgegebenes Einbauvolumen besonders effizient ausgenutzt werden. Darüber hinaus kann insbesondere eine Entwärmung der Steuervorrichtung verbessert werden.
Unter einer „Steuervorrichtung“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, einer Aktuatorbaugruppe verstanden werden, welcher/welche insbesondere in zumindest einem Betriebszustand zur Steuerung eines Betriebs wenigstens eines Elektromotors der Aktuatorbaugruppe vorgesehen ist. Der Elektromotor ist insbesondere als bürstenloser Motor und vorteilhaft als Asynchronmotor oder als permanenterregter Synchronmotor ausgebildet und umfasst vorzugsweise wenigstens eine Motorwelle, welche insbesondere eine Rotationsachse des Elektromotors definiert. Darüber hinaus kann der Elektromotor vorteilhaft ein, insbesondere als Aufnahmegehäuse ausgebildetes, Motorgehäuse und/oder wenigstens ein Lagerschild umfassen. Ferner umfasst die Steuervorrichtung vorzugsweise ein, insbesondere an den Elektromotor, vorteilhaft das Lagerschild, angrenzendes und bevorzugt unmittelbar mit dem Elektromotor gekoppeltes, Elektronikgehäuse, in welchem zumindest die Elektronikeinheit und die Leiterplatte angeordnet sind. Des Weiteren umfasst die Elektronikeinheit insbesondere eine Ansteuerelektronik, insbesondere in Form einer Steuerlogik und/oder einer Leistungselektronik, zur Ansteuerung des Elektromotors und/oder eine Erfassungselektronik zur Erfassung wenigstens einer Betriebsgröße, wie beispielsweise einer Rotorlage und/oder einer Temperatur, des Elektromotors. Die Elektronikeinheit umfasst folglich mehrere Elektronikbauteile, wobei insbesondere wenigstens eines der Elektronikbauteile als Leistungselektronikbauteil ausgebildet und Teil der Leistungselektronik sein kann.
Ferner umfasst die Leiterplatte insbesondere ein mittels des 3D-Druckverfahrens gedrucktes Trägersubstrat, insbesondere in Form eines Grundkörpers, und bevorzugt wenigstens eine mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckte und auf dem Trägersubstrat angeordnete Leiterbahn. Insbesondere kann die Leiterplatte auch mehrere mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckte und auf dem Trägersubstrat angeordnete Leiterbahnen umfassen. Zudem kann die Leiterplatte grundsätzlich auch zumindest einen Teil der Elektronikeinheit, insbesondere wenigstens ein aktives oder passives und mittels des 3D-Druckverfahrens gedrucktes Elektronikbauteil, wie beispielsweise einen elektrischen Widerstand, ein Kondensator, eine Induktivität und/oder ein Sensorelement, umfassen. Bei dem 3D-Druckverfahren kann es sich beispielsweise um ein Stereolithographie-Verfahren, ein Laser-Sinter-Verfahren, ein Laser-Strahlschmelzverfahren, ein Elektronen-Strahlschmelzverfahren, ein Fused-Deposition-Modeling-Verfahren bzw. Fused-Filament-Fabrication-Verfahren und/oder ein Aerosol Jet 3D-Druckverfahren handeln. Bevorzugt handelt es sich bei dem 3D-Druckverfahren jedoch um eine Art Tintenstrahldruckverfahren und/oder Material-Jetting-Verfahren, beispielsweise in Form eines Multi-Jet Modeling-Verfahrens und/oder eines Poly-Jet Modeling-Verfahrens. Ferner könnte die Leiterplatte insbesondere als flexible Leiterplatte ausgebildet sein. Vorteilhaft ist die Leiterplatte jedoch zumindest teilweise, vorzugsweise zu wenigstens einem Großteil und besonders bevorzugt vollständig, starr und/oder formstabil ausgebildet. Vorzugsweise ist die Leiterplatte ferner einstückig ausgebildet. Unter „einstückig“ soll insbesondere zumindest stoffschlüssig verbunden und/oder miteinander ausgebildet verstanden werden. Der Stoffschluss kann beispielsweise durch einen Klebeprozess, einen Anspritzprozess, einen Schmelzprozess, einen Lötprozess und/oder einen anderen Prozess hergestellt werden. Vorteilhaft soll unter einstückig jedoch einteilig und insbesondere aus einem Stück und/oder in einem Stück geformt verstanden werden. Ferner sollen unter dem Ausdruck „zu wenigstens einem Großteil“ insbesondere zumindest 55 %, vorteilhaft zumindest 75 % und besonders vorteilhaft zumindest 90 %, verstanden werden. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Leiterplatte wenigstens einen ersten Leiterplattenabschnitt aufweist, welcher senkrecht zu einer Motorwelle des Elektromotors, insbesondere der bereits zuvor genannten Motorwelle, angeordnet ist, und wenigstens einen mit dem ersten Leiterplattenabschnitt verbundenen, insbesondere einstückig verbundenen, zweiten Leiterplattenabschnitt aufweist, welcher winklig zu dem ersten Leiterplattenabschnitt angeordnet ist und insbesondere einen Winkel von zumindest 80°, vorteilhaft von zumindest 90°, und/oder von höchstens 170°, vorteilhaft von höchstens 150°, mit dem ersten Leiterplattenabschnitt einschließt, insbesondere in einer Richtung senkrecht zur Motorwelle des Elektromotors betrachtet. Insbesondere schließen eine, insbesondere bestückbare, Oberfläche und/oder eine Haupterstreckungsebene des ersten Leiterplattenabschnitts und eine, insbesondere bestückbare, Oberfläche und/oder eine Haupterstreckungsebene des zweiten Leiterplattenabschnitts dabei den Winkel von zumindest 80°, vorteilhaft von zumindest 90°, und/oder von höchstens 170°, vorteilhaft von höchstens 150°, ein. Zudem können der erste Leiterplattenabschnitt und der zweite Leiterplattenabschnitt insbesondere derart miteinander verbunden sein, dass ein Verbindungsbereich des ersten Leiterplattenabschnitts und des zweiten Leiterplattenabschnitts eine scharfe Kante oder eine Biegung und/oder Rundung mit einem definierten Radius aufweist. Der erste Leiterplattenabschnitt ist insbesondere starr und/oder formstabil ausgebildet und insbesondere zur Aufnahme wenigstens eines Elektronikbauteils der Elektronikeinheit vorgesehen. Der zweite Leiterplattenabschnitt ist insbesondere starr und/oder formstabil ausgebildet und insbesondere zur Aufnahme wenigstens eines weiteren Elektronikbauteils der Elektronikeinheit vorgesehen. Darunter, dass „der erste Leiterplattenabschnitt senkrecht zur Motorwelle des Elektromotors angeordnet ist“ soll insbesondere verstanden werden, dass eine, insbesondere bestückbare, Oberfläche und/oder eine Haupterstreckungsebene des ersten Leiterplattenabschnitts senkrecht zur Rotationsachse und/oder einer Längserstreckungsrichtung der Motorwelle angeordnet ist. Unter einer „Haupterstreckungsebene“ eines Objekts soll insbesondere eine Ebene verstanden werden, welche parallel zu einer größten Seitenfläche eines kleinsten, insbesondere gedachten, Quaders ist, welcher das Objekt gerade noch vollständig umschließt. Hierdurch kann insbesondere ein vorgegebenes Einbauvolumen vorteilhaft ausgenutzt werden und eine besonders große Flächenerweiterung der Leiterplatte erreicht werden.
Der erste Leiterplattenabschnitt und der zweite Leiterplattenabschnitt könnten insbesondere derart relativ zueinander angeordnet sein, dass sich der erste Leiterplattenabschnitt und der zweite Leiterplattenabschnitt bei einer Betrachtung in Richtung der Motorwelle zumindest teilweise überdecken. Vorteilhaft wird jedoch vorgeschlagen, dass der erste Leiterplattenabschnitt und der zweite Leiterplattenabschnitt derart relativ zueinander angeordnet sind, dass der erste Leiterplattenabschnitt und der zweite Leiterplattenabschnitt bei einer Betrachtung in Richtung der Motorwelle überdeckungsfrei sind. Insbesondere sind der erste Leiterplattenabschnitt und der zweite Leiterplattenabschnitt dabei derart relativ zueinander angeordnet, dass der erste Leiterplattenabschnitt und der zweite Leiterplattenabschnitt bei einer Betrachtung in Richtung der Motorwelle keinen Schnittbereich und/oder Überlappungsbereich aufweisen. Hierdurch kann insbesondere eine vorteilhaft einfache Montage der Leiterplatte erreicht werden. Zudem kann insbesondere ein thermisches Verhalten verbessert werden.
Ferner kann sich der zweite Leiterplattenabschnitt zumindest bei einer Betrachtung senkrecht zur Motorwelle ausgehend von dem ersten Leiterplattenabschnitt in eine dem Elektromotor zugewandte Richtung erstrecken. In diesem Fall kann die Leiterplatte und insbesondere der erste Leiterplattenabschnitt vorteilhaft an einem Gehäusedeckel des Elektronikgehäuses angeordnet, insbesondere befestigt, sein, wodurch die Leiterplatte vorteilhaft zusammen mit dem Gehäusedeckel und insbesondere in einem Arbeitsschritt montiert werden kann.
Alternativ kann sich der zweite Leiterplattenabschnitt zumindest bei einer Betrachtung senkrecht zur Motorwelle jedoch auch ausgehend von dem ersten Leiterplattenabschnitt in eine dem Elektromotor entgegengesetzte Richtung erstrecken. In diesem Fall kann die Leiterplatte und insbesondere der erste Leiterplattenabschnitt vorteilhaft an dem Lagerschild des Elektromotors angeordnet, insbesondere befestigt, sein. Hierdurch können insbesondere Änderungen am bestehenden Aufbau minimiert werden und vorteilhaft ein aus dem Stand der Technik bekannter Aufbau der Steuervorrichtung weitgehend beibehalten werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Elektronikeinheit und insbesondere die Ansteuerelektronik zumindest ein, bevorzugt als Schaltelement ausgebildetes, Leistungselektronikbauteil und vorteilhaft mehrere, insbesondere als Schaltelemente ausgebildete, Leistungselektronikbauteile umfasst. Das Leistungselektronikbauteil und/oder die Leistungselektronikbauteile können insbesondere auf dem ersten Leiterplattenabschnitt und vorzugsweise auf einer dem Elektromotor zugewandten Seite des ersten Leiterplattenabschnitts angeordnet sein. Bevorzugt wird jedoch vorgeschlagen, dass wenigstens ein Leistungselektronikbauteil auf dem zweiten Leiterplattenabschnitt angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Leistungselektronikbauteil dabei auf einer dem Elektromotor zugewandten Seite des zweiten Leiterplattenabschnitts angeordnet. Hierdurch kann insbesondere eine Wärmeverteilung der Steuervorrichtung weiter verbessert werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Steuervorrichtung wenigstens einen Motorkontakt, beispielsweise in Form eines Lötkontakts und/oder Schweißkontakts, und vorteilhaft mehrere, vorzugsweise identisch ausgebildete, Motorkontakte zum elektrischen Anschluss des Elektromotors umfasst. Insbesondere ist die Elektronikeinheit und vorteilhaft die Ansteuerelektronik dabei über den Motorkontakt und/oder über die Motorkontakte elektrisch mit dem Elektromotor verbunden. Der Motorkontakt und/oder die Motorkontakte können insbesondere auf dem ersten Leiterplattenabschnitt angeordnet sein, wodurch insbesondere ein vorteilhaft kompakter Anschluss des Elektromotors realisiert werden kann. Bevorzugt wird jedoch vorgeschlagen, dass wenigstens ein Motorkontakt auf dem zweiten Leiterplattenabschnitt angeordnet ist, wodurch insbesondere eine besonders vorteilhafte Wärmeverteilung erreicht werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Leiterplatte ein mittels des 3D-Druckverfahrens gedrucktes Trägersubstrat und wenigstens eine mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckte Leiterbahn umfasst, wobei sich die Leiterbahn zumindest teilweise über den ersten Leiterplattenabschnitt und den zweiten Leiterplattenabschnitt erstreckt. Insbesondere ist die Leiterbahn somit auf dem ersten Leiterplattenabschnitt und auf dem zweiten Leiterplattenabschnitt angeordnet. Insbesondere kann die Leiterplatte auch mehrere mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckte Leiterbahnen umfassen, welche sich zumindest teilweise über den ersten Leiterplattenabschnitt und den zweiten Leiterplattenabschnitt erstrecken. Hierdurch kann insbesondere eine vorteilhaft flexible Kontaktierung erreicht werden.
Eine besonders effiziente Ausnutzung eines vorgegebenen Einbauvolumens sowie eine vorteilhafte Wärmeverteilung kann insbesondere erreicht werden, wenn die Leiterplatte in einer Richtung senkrecht zu einer Motorwelle des Elektromotors, insbesondere zur bereits zuvor genannten Motorwelle, betrachtet einen zumindest im Wesentlichen U-förmigen, einen zumindest im Wesentlichen C-förmigen oder einen rechteckigen Querschnitt aufweist und sich die Elektronikeinheit über zumindest drei Seiten der Leiterplatte verteilt. Insbesondere umfasst die Leiterplatte in diesem Fall wenigstens drei, vorteilhaft winklig zueinander angeordnete, Seiten und/oder wenigstens drei, insbesondere bestückbare, Oberflächen, wobei auf jeder der Seiten und/oder Oberflächen wenigstens ein Elektronikbauteil der Elektronikeinheit angeordnet ist. Unter einem „zumindest im Wesentlichen U-förmigen“ Objekt soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Objekt verstanden werden, welches von einem U-förmigen Referenzobjekt mit einem Flächenanteil von höchstens 30 %, vorzugsweise von höchstens 20 % und besonders bevorzugt von höchstens 10 %, abweicht. Entsprechendes soll insbesondere für die Wendung zumindest im Wesentlichen C-förmig gelten. In diesem Fall kann die Leiterplatte beispielsweise als Quader, als hohler Quader, als Zylinder oder als hohler Zylinder ausgebildet sein. Unter einem Zylinder soll dabei insbesondere ein allgemeiner oder mathematischer Zylinder verstanden werden, sodass der Zylinder grundsätzlich eine beliebig geformte Grund- und/oder Deckfläche aufweisen kann, wie beispielsweise einen Kreis, eine Ellipse oder ein beliebiges Vieleck.
Bevorzugt wird ferner vorgeschlagen, dass die Leiterplatte ein mittels des 3D-Druckverfahrens gedrucktes Trägersubstrat umfasst, welches aus zumindest zwei verschiedenen Materialien besteht. In diesem Fall können beispielsweise der erste Leiterplattenabschnitt und der zweite Leiterplattenabschnitt aus verschiedenen Materialien bestehen. Ferner könnte ein Leiterplattenabschnitt der Leiterplatte, auf welchem die Leistungselektronik angeordnet ist, und ein weiterer Leiterplattenabschnitt der Leiterplatte, auf welchem die Steuerlogik und/oder die Erfassungselektronik angeordnet ist, aus verschiedenen Materialien bestehen. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise ein, insbesondere teureres, hitzebeständiges Material für den Leiterplattenabschnitt und ein, insbesondere billigeres, weniger hitzebeständiges Material für den weiteren Leiterplattenabschnitt verwendet werden. Darüber hinaus könnte alternativ oder zusätzlich ein innenliegender Leiterplattenabschnitt der Leiterplatte ein anderes Material als ein außenliegender Leiterplattenabschnitt der Leiterplatte aufweisen, wodurch beispielsweise eine thermische Leitfähigkeit, eine elektrische Leitfähigkeit und/oder eine Robustheit der Leiterplatte verbessert werden kann. Zudem können Kosten vorteilhaft reduziert werden.
Alternativ oder zusätzlich wird vorgeschlagen, dass die Leiterplatte wenigstens zwei mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckte Leiterbahnen umfasst, welche aus verschiedenen Materialien bestehen. In diesem Fall können beispielsweise eine Leiterbahn zur elektrischen Anbindung der Leistungselektronik und eine weitere Leiterbahn zur elektrischen Anbindung der Steuerlogik und/oder der Erfassungselektronik aus verschiedenen Materialien bestehen. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise ein erstes Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit für die Leiterbahn und ein zweites Material mit einer niedrigeren elektrischen Leitfähigkeit für die weitere Leiterbahn verwendet werden. Darüber hinaus könnte alternativ oder zusätzlich eine innenliegende Leiterbahn, insbesondere eine in das Trägersubstrat integrierte und/oder eingebettete Leiterbahn, ein anderes Material als eine außenliegende Leiterbahn, insbesondere eine auf einer äußeren Oberfläche des Trägersubstrats angeordnete Leiterbahn, aufweisen. Hierdurch können die Leiterbahnen insbesondere besonders flexibel an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden. Zudem können Kosten vorteilhaft reduziert werden.
Alternativ oder zusätzlich wird vorgeschlagen, dass die Leiterplatte wenigstens eine mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckte Leiterbahn mit wenigstens zwei Leiterbahnabschnitten umfasst, welche aus verschiedenen Materialien bestehen. Beispielsweise kann die Leiterbahn, welche sich zumindest teilweise über den ersten Leiterplattenabschnitt und den zweiten Leiterplattenabschnitt erstreckt, aus wenigstens zwei verschiedenen Materialien bestehen. In diesem Fall kann ein auf dem ersten Leiterplattenabschnitt angeordneter erster Leiterbahnabschnitt und ein auf dem zweiten Leiterplattenabschnitt angeordneter zweiter Leiterbahnabschnitt aus verschiedenen Materialien bestehen. Alternativ kann in diesem Fall in einem Verbindungsbereich des ersten Leiterplattenabschnitts und des zweiten Leiterplattenabschnitts ein anderes Material für die Leiterbahn verwendet werden. Ferner könnte die Leiterbahn in einem Bereich der Leistungselektronik und in einem Bereich der Steuerlogik und/oder der Erfassungselektronik aus verschiedenen Materialien bestehen. Darüber hinaus können in diesem Fall insbesondere auch verschiedenen Bauteile direkt in die Leiterbahn integriert werden, wie beispielsweise ein, vorteilhaft mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckter, elektrischer Widerstand, ein, vorteilhaft mittels des 3D-Druckverfahrens gedrucktes, Sensorelement und/oder eine, vorteilhaft mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckte, Leiterplattensicherung. Hierdurch können insbesondere einzelne Leiterbahnen besonders flexibel an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden. Zudem können Kosten vorteilhaft reduziert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Elektronikeinheit wenigstens ein Elektronikbauteil umfasst, welches in die Leiterplatte integriert und/oder eingebettet ist. Bevorzugt ist das Elektronikbauteil dabei zu wenigstens einem Großteil oder vollständig von dem Trägersubstrat der Leiterplatte umgeben und wird vorteilhaft bei dem 3D-Druckverfahren in die Leiterplatte integriert und/oder eingebettet. Das Elektronikbauteil kann beispielsweise ein elektrischer Widerstand, ein Kondensator, eine Induktivität und/oder ein Sensorelement, beispielsweise der Erfassungselektronik, sein und insbesondere auch mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckt werden. Hierdurch kann insbesondere eine besonders flexible und/oder kompakte Leiterplatte bereitgestellt werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Steuervorrichtung wenigstens ein Kühlelement, beispielsweise in Form eines Kühlblocks, umfasst, welches in die Leiterplatte integriert und/oder eingebettet ist. Bevorzugt ist das Kühlelement dabei zu wenigstens einem Großteil oder vollständig von dem Trägersubstrat der Leiterplatte umgeben und wird vorteilhaft bei dem 3D-Druckverfahren in die Leiterplatte integriert und/oder eingebettet. Insbesondere kann das Kühlelement auch mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckt werden. Das Kühlelement besteht insbesondere aus einem thermisch leitfähigen Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von zumindest 15 W/mK, vorzugsweise von zumindest 100 W/mK und besonders bevorzugt von zumindest 200 W/mK, und ist insbesondere zur Kühlung der Elektronikeinheit und insbesondere der Leistungselektronik vorgesehen. Ferner ist das Kühlelement besonders bevorzugt einstückig ausgebildet und vorteilhaft einstückig mit der Leiterplatte verbunden. Durch das Kühlelement kann insbesondere eine Entwärmung der Elektronikeinheit und insbesondere der Leistungselektronik weiter verbessert werden.
Eine besonders effiziente Entwärmung und/oder vorteilhafte Steuerung der Entwärmung kann insbesondere erreicht werden, wenn das Kühlelement einen bezüglich der Leiterplatte innenliegenden und insbesondere der Elektronikeinheit, vorteilhaft der Leistungselektronik, zugeordneten, Grundkörper und mehrere Abführelemente umfasst, welche den Grundkörper thermisch mit einer Außenseite der Leiterplatte verbinden und dazu vorgesehen sind, eine von der Elektronikeinheit im Betrieb erzeugte und insbesondere von dem Grundkörper aufgenommene Wärmenergie nach außen, insbesondere einen Umgebungsbereich der Leiterplatte, abzuführen. Vorzugsweise sind die Abführelemente dabei derart über die Leiterplatte verteilt angeordnet, dass die von der Elektronikeinheit im Betrieb erzeugte Wärmenergie über zumindest zwei, vorteilhaft zumindest drei und besonders bevorzugt zumindest vier Seiten und/oder Oberflächen der Leiterplatte abgeführt wird.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Steuervorrichtung ein Elektronikgehäuse, insbesondere das bereits zuvor genannte Elektronikgehäuse, umfasst, welches ein an ein Lagerschild des Elektromotors, insbesondere das bereits zuvor genannte Lagerschild, angrenzendes Grundgehäuse und einen Gehäusedeckel, insbesondere den bereits zuvor genannten Gehäusedeckel, umfasst. insbesondere definiert das Grundgehäuse dabei wenigstens einen Aufnahmebereich für die Elektronikeinheit und die Leiterplatte, während der Gehäusedeckel zumindest im montierten Zustand zur Abdeckung des Aufnahmebereichs vorgesehen ist. Vorteilhaft ist das Grundgehäuse ferner unmittelbar mit dem Elektromotor gekoppelt und besonders vorteilhaft stoff-, form- und/oder kraftschlüssig, insbesondere mittels einer Niet- und/oder Klebeverbindung, mit dem Elektromotor, insbesondere dem Motorgehäuse und/oder dem Lagerschild, verbunden. Hierdurch kann insbesondere eine vorteilhaft kompakt aufgebaute Steuervorrichtung und/oder Aktuatorbaugruppe bereitgestellt werden.
Vorteilhaft ist die Leiterplatte, insbesondere mittels des 3D-Druckverfahrens, derart an den Aufnahmebereich des Grundgehäuses angepasst, dass die Leiterplatte in direktem thermischem Kontakt mit dem Elektronikgehäuse steht und eine von der Elektronikeinheit, insbesondere der Leistungselektronik, im Betrieb erzeugte Wärmenergie unmittelbar und insbesondere zu wenigstens einem Großteil oder vollständig über das Lagerschild des Elektromotors, eine, insbesondere parallel zu der Motorwelle angeordnete, Seitenwand des Grundgehäuses und/oder den Gehäusedeckel abgeführt wird. Hierdurch kann insbesondere eine Entwärmung weiter verbessert werden.
Zudem betrifft die Erfindung eine Aktuatorbaugruppe mit zumindest einem Elektromotor, welcher wenigstens eine Motorwelle aufweist, und mit der zuvor genannten Steuervorrichtung. Vorteilhaft sind die Steuervorrichtung und der Elektromotor dabei Teil eines Lenkaktuators. Besonders bevorzugt sind die Steuervorrichtung und der Elektromotor somit Teil eines Lenksystems, welches insbesondere zu einem Einsatz in einem Fahrzeug und vorzugsweise einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung einer Steuervorrichtung, insbesondere einer Lenkungssteuervorrichtung, vorgeschlagen, bei welchem wenigstens einer Leiterplatte mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt wird und eine Elektronikeinheit zur Ansteuerung wenigstens eines Elektromotors und/oder zur Erfassung wenigstens einer Betriebsgröße des Elektromotors zumindest teilweise, vorzugsweise zu wenigstens einem Großteil und besonders bevorzugt vollständig, auf der Leiterplatte angeordnet wird. Vorteilhaft werden dabei zur Herstellung der Leiterplatte zumindest ein Trägersubstrat und wenigstens eine Leiterbahn mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckt. Ferner wird bevorzugt bei dem 3D-Druckverfahren wenigstens ein Elektronikbauteil der Elektronikeinheit und/oder wenigstens ein Kühlelement in die Leiterplatte integriert und/oder eingebettet. Insbesondere kann das Elektronikbauteil und/oder das Kühlelement auch mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckt werden. Darüber hinaus kann wenigstens ein Motorkontakt zum elektrischen Anschluss des Elektromotors mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckt werden und zwar insbesondere auf das Trägersubstrat und vorzugsweise auf eine bestückbare Oberfläche der Leiterplatte. Hierdurch können insbesondere die bereits zuvor genannten Vorteile erreicht werden, wobei insbesondere eine Steuervorrichtung mit einem vorteilhaften Aufbau bereitgestellt werden kann.
Die Steuervorrichtung, die Aktuatorbaugruppe, das Lenksystem und das Verfahren sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können die Steuervorrichtung, die Aktuatorbaugruppe, das Lenksystem und das Verfahren zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
Figurenliste
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen:

1 ein Teil eines beispielhaften Lenksystems mit einer als Lenkaktuator ausgebildeten Aktuatorbaugruppe umfassend einen Elektromotor und eine Steuervorrichtung in einer perspektivischen Darstellung,
2 die Steuervorrichtung und ein Teil des Elektromotors in einer schematischen Schnittansicht,
3 eine Leiterplatte der Steuervorrichtung in einer Draufsicht,
4 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm mit Hauptverfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung der Steuervorrichtung,
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer weiteren Steuervorrichtung in einer schematischen Schnittansicht,
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer weiteren Steuervorrichtung in einer schematischen Schnittansicht,
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer weiteren Steuervorrichtung in einer schematischen Schnittansicht und
8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer weiteren Steuervorrichtung in einer schematischen Schnittansicht.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Das folgende Ausführungsbeispiel bezieht sich rein beispielhaft auf ein Lenksystem. Grundsätzlich ist die Erfindung jedoch nicht auf den Einsatz in einem Lenksystem beschränkt und könnte beispielsweise auch in anderen Bereichen eines Fahrzeugs, wie beispielsweise einer Wischanlage, einem Fensterhebersystem und/oder einem Antriebssystem, und/oder in anderen Elektroniksystemen, beispielsweise im Bereich der Haushaltsgeräte und/oder Werkzeugmaschinen, eingesetzt werden.
1 zeigt zumindest einen Teil eines beispielhaften Lenksystems 70a in einer perspektivischen Darstellung. Das Lenksystem 70a ist im vorliegenden Fall als elektrisch unterstütztes Lenksystem ausgebildet. Das Lenksystem 70a ist beispielhaft als konventionelles Lenksystem ausgebildet und umfasst eine elektrische Hilfskraftlenkung in Form einer Servolenkung. Ferner ist das Lenksystem 70a zu einem Einsatz in einem Fahrzeug (nicht dargestellt), insbesondere einem Kraftfahrzeug, vorgesehen. Das Lenksystem 70a weist in einem eingebauten Zustand eine Wirkverbindung mit Fahrzeugrädern (nicht dargestellt) des Fahrzeugs auf und ist zur Beeinflussung einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs vorgesehen. Alternativ ist jedoch auch denkbar, ein Lenksystem mit einer elektrischen Überlagerungslenkung und/oder Aktivlenkung auszubilden. Zudem könnte ein Lenksystem prinzipiell auch als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildet sein.
Das Lenksystem 70a umfasst ein beispielhaft als Zahnstangenlenkgetriebe ausgebildetes Lenkgetriebe 72a, welches dazu vorgesehen ist, eine Lenkvorgabe in eine Lenkbewegung der Fahrzeugräder umzusetzen. Dazu umfasst das Lenkgetriebe 72a wenigstens ein, im vorliegenden Fall insbesondere als Zahnstange ausgebildetes, Lenkungsstellelement 74a.
Ferner umfasst das Lenksystem 70a zumindest eine Aktuatorbaugruppe 68a. Die Aktuatorbaugruppe 68a ist als Lenkaktuator ausgebildet und weist eine Wirkverbindung mit dem Lenkungsstellelement 74a auf. Die Aktuatorbaugruppe 68a ist zur Bereitstellung eines Lenkmoments vorgesehen. Im vorliegenden Fall ist die Aktuatorbaugruppe 68a dazu vorgesehen, ein Lenkmoment in Form eines Unterstützungsmoments und/oder Servomoments bereitzustellen und, insbesondere zur Lenkunterstützung, in das Lenkgetriebe 72a einzubringen. Alternativ könnte eine Aktuatorbaugruppe jedoch auch Teil einer elektrischen Überlagerungslenkung und/oder Aktivlenkung sein und insbesondere zur Bereitstellung eines Zusatzlenkwinkels und/oder eines variablen Übersetzungsverhältnisses vorgesehen sein. Ferner könnte eine Aktuatorbaugruppe Teil eines Steer-by-Wire-Lenksystems sein. In diesem Fall könnte die Aktuatorbaugruppe insbesondere zum Einsatz in einem Radlenkwinkelsteller und insbesondere zur Bereitstellung eines Lenkmoments zur direkten Steuerung einer Fahrtrichtung eines Fahrzeugs vorgesehen sein. Zudem könnte die Aktuatorbaugruppe in diesem Fall auch zu einem Einsatz in einer Bedieneinheit des Steer-by-Wire-Lenksystems und zur Bereitstellung eines Feedbackmoments und/oder Rückstellmoments auf eine Lenkhandhabe vorgesehen sein. Ferner könnte eine Aktuatorbaugruppe, wie eingangs erwähnt, auch unabhängig von einem Lenksystem verwendet werden.
Die Aktuatorbaugruppe 68a umfasst einen an sich bekannten Elektromotor 14a. Der Elektromotor 14a ist als, insbesondere permanenterregter, Synchronmotor ausgebildet. Der Elektromotor 14a ist ferner als mehrphasiger Elektromotor ausgebildet. Der Elektromotor 14a ist zur Erzeugung des Lenkmoments vorgesehen. Der Elektromotor 14a umfasst ein, insbesondere als Außengehäuse ausgebildetes, Motorgehäuse 76a, einen in dem Motorgehäuse 76a angeordneten Stator (nicht dargestellt), einen in dem Motorgehäuse 76a angeordneten Rotor (nicht dargestellt), eine in dem Motorgehäuse 76a angeordnete Motorwelle 20a sowie wenigstens einen Lagerschild 58a, im vorliegenden Fall insbesondere in Form eines B-Lagerschilds (vgl. 2). Die Motorwelle 20a definiert dabei eine Rotationsachse 78a des Elektromotors 14a.
Ferner weist die Aktuatorbaugruppe 68a eine Steuervorrichtung 10a auf (vgl. insbesondere auch 2). Die Steuervorrichtung 10a ist im vorliegenden Fall als Lenkungssteuervorrichtung ausgebildet. Die Steuervorrichtung 10a umfasst ein Elektronikgehäuse 56a. Das Elektronikgehäuse 56a ist als Außengehäuse ausgebildet. Das Elektronikgehäuse 56a ist als Aufnahmegehäuse ausgebildet. Das Elektronikgehäuse 56a ist mit dem Elektromotor 14a, insbesondere dem Motorgehäuse 76a, gekoppelt und grenzt unmittelbar an den Lagerschild 58a an. Das Elektronikgehäuse 56a ist folglich axial zur Motorwelle 20a angeordnet. Ferner ist das Elektronikgehäuse 56a mehrteilig ausgebildet. Das Elektronikgehäuse 56a umfasst ein Grundgehäuse 60a, welches insbesondere einen Aufnahmebereich 64a bereitstellt, und einen Gehäusedeckel 62a zur Abdeckung des Aufnahmebereichs 64a, insbesondere in Richtung der Motorwelle 20a und/oder der Rotationsachse 78a. Im vorliegenden Fall ist das Grundgehäuse 60a ferner zumindest teilweise einstückig mit dem Motorgehäuse 76a und dem Lagerschild 58a ausgebildet. Vorzugsweise bestehen das Grundgehäuse 60a und/oder der Gehäusedeckel 62a dabei aus einem Metall, wie beispielsweise Aluminium, und/oder aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit. Darüber hinaus kann der Gehäusedeckel 62a wenigstens einen Steckverbinder 80a zur externen, elektrischen Kontaktierung der Steuervorrichtung 10a umfassen. Grundsätzlich könnte ein Elektronikgehäuse und insbesondere ein Grundgehäuse natürlich auch getrennt von einem Motorgehäuse und/oder einem Lagerschild ausgebildet sein. Ferner könnte ein Grundgehäuse und/oder ein Gehäusedeckel grundsätzlich auch aus einem Kunststoff bestehen.
Darüber hinaus umfasst die Steuervorrichtung 10a eine Elektronikeinheit 12a. Die Elektronikeinheit 12a ist in dem Elektronikgehäuse 56a, insbesondere dem Aufnahmebereich 64a, angeordnet.
Die Elektronikeinheit 12a umfasst eine Ansteuerelektronik 82a zur Ansteuerung des Elektromotors 14a. Die Ansteuerelektronik 82a umfasst eine Steuerlogik mit wenigstens einer Recheneinheit 84a und eine Leistungselektronik mit wenigstens einem Leistungselektronikbauteil 24a, 26a. Das wenigstens eine Leistungselektronikbauteil 24a, 26a ist als diskretes Schaltelement, vorteilhaft als MOSFET, oder als B6-Leistungsmodul ausgebildet. Darüber hinaus kann die Ansteuerelektronik 82a wenigstens eine Zwischenkreiskapazität und/oder wenigstens ein Strommesswiderstand umfassen. Im vorliegenden Fall ist die Ansteuerelektronik 82a dazu vorgesehen, einen Phasenstrom für den Elektromotor 14a, insbesondere sämtliche Phasen des Elektromotors 14a, bereitzustellen. Grundsätzlich könnte eine Elektronikeinheit jedoch auch frei von einer Ansteuerelektronik sein. Ferner könnte eine Elektronikeinheit eine Ansteuerelektronik in Form einer Steuerlogik oder eine Ansteuerelektronik in Form einer Leistungselektronik aufweisen.
Zudem umfasst die Elektronikeinheit 12a im vorliegenden Fall eine Erfassungselektronik 86a zur Erfassung wenigstens einer Betriebsgröße des Elektromotors 14a. Im vorliegenden Fall umfasst die Erfassungselektronik 86a wenigstens einen Lagesensor 88a zur Erfassung einer Rotorlage des Elektromotors 14a und insbesondere der Motorwelle 20a. Alternativ oder zusätzlich könnte eine Erfassungselektronik auch wenigstens einen Temperatursensor zur Erfassung einer Temperatur des Elektromotors 14a umfassen. Zudem ist denkbar, auf eine Erfassungselektronik vollständig zu verzichten.
Zur Aufnahme der Elektronikeinheit 12a umfasst die Steuervorrichtung 10a ferner wenigstens eine Leiterplatte 16a. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Steuervorrichtung 10a genau eine Leiterplatte 16a. Folglich ist die gesamte Ansteuerelektronik 82a und die gesamte Erfassungselektronik 86a auf der Leiterplatte 16a angeordnet. Die Leiterplatte 16a ist einstückig ausgebildet. Die Leiterplatte 16a ist ferner starr und/oder formstabil ausgebildet. Alternativ könnte eine Steuervorrichtung auch mehrere, insbesondere zumindest zwei oder zumindest drei, Leiterplatten umfassen, wobei insbesondere eine Ansteuerelektronik und/oder eine Erfassungselektronik auf die Leiterplatten verteilt und/oder die Erfassungselektronik auf einer separaten Leiterplatte angeordnet sein könnte. Ferner könnte eine Leiterplatte grundsätzlich auch als flexible oder starr-flexible Leiterplatte ausgebildet sein.
Im vorliegenden Fall ist die Leiterplatte 16a mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt. Die Leiterplatte 16a umfasst ein mittels des 3D-Druckverfahrens gedrucktes und insbesondere formstabiles Trägersubstrat 28a und mehrere mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckte und auf dem Trägersubstrat 28a angeordnete Leiterbahnen 30a, 32a, 34a (vgl. insbesondere auch 3). Bei dem eingesetzten 3D-Druckverfahren handelt es sich beispielhaft um ein Tintenstrahldruckverfahren bzw. Material-Jetting-Verfahren, insbesondere in Form eines Multi-Jet Modeling-Verfahrens und/oder eines Poly-Jet Modeling-Verfahrens. Grundsätzlich könnte natürlich auch ein von einem Tintenstrahldruckverfahren bzw. Material-Jetting-Verfahren abweichendes 3D-Druckverfahren zur Herstellung der Leiterplatte 16a verwendet werden. Zudem ist denkbar, mittels des 3D-Druckverfahrens und vorteilhaft gleichzeitig mit einem Trägersubstrat wenigstens ein aktives oder passives Elektronikbauteil, wie beispielsweise einen elektrischen Widerstand, vorteilhaft in Form eines Strommesswiderstands, ein Kondensator, eine Induktivität und/oder ein Sensorelement, zu drucken und auf und/oder innerhalb des Trägersubstrats anzuordnen.
Die Leiterplatte 16a weist ferner einen ersten Leiterplattenabschnitt 18a auf. Der erste Leiterplattenabschnitt 18a ist als Grundplatte ausgebildet. Der erste Leiterplattenabschnitt 18a ist senkrecht zur Motorwelle 20a und/oder zur Rotationsachse 78a des Elektromotors 14a angeordnet. Der erste Leiterplattenabschnitt 18a ist dabei derart angeordnet, dass die Rotationsachse 78a einen geometrischen Mittelpunkt 90a des ersten Leiterplattenabschnitts 18a schneidet. Der erste Leiterplattenabschnitt 18a ist folglich parallel zum Lagerschild 58a des Elektromotors 14a angeordnet und grenzt insbesondere unmittelbar an das Lagerschild 58a an. Eine Form des ersten Leiterplattenabschnitts 18a ist ferner an eine Form des Elektronikgehäuses 56a angepasst. Des Weiteren ist der erste Leiterplattenabschnitt 18a zur Aufnahme wenigstens eines Elektronikbauteils der Elektronikeinheit 12a vorgesehen. Im vorliegenden Fall ist der erste Leiterplattenabschnitt 18a zumindest zur Aufnahme der Recheneinheit 84a der Ansteuerelektronik 82a und zur Aufnahme des Lagesensors 88a der Erfassungselektronik 86a vorgesehen. Alternativ ist denkbar, eine Recheneinheit und/oder einen Lagesensor nicht auf einem ersten Leiterplattenabschnitt anzuordnen und stattdessen beispielsweise eine Leistungselektronik oder wenigstens eine Leistungselektronikbauteil auf dem ersten Leiterplattenabschnitt anzuordnen. Ferner ist denkbar, einen ersten Leiterplattenabschnitt derart anzuordnen, dass ein geometrischer Mittelpunkt des ersten Leiterplattenabschnitts versetzt zu einer Rotationsachse eines Elektromotors angeordnet ist.
Darüber hinaus umfasst die Leiterplatte 16a wenigstens einen mit dem ersten Leiterplattenabschnitt 18a verbundenen zweiten Leiterplattenabschnitt 22a, 23a. Im vorliegenden Fall weist die Leiterplatte 16a zwei zweite Leiterplattenabschnitte 22a, 23a auf. Grundsätzlich könnte eine Leiterplatte jedoch auch genau einen zweiten Leiterplattenabschnitt aufweisen. Die zweiten Leiterplattenabschnitte 22a, 23a sind starr mit dem ersten Leiterplattenabschnitt 18a verbunden. Die zweiten Leiterplattenabschnitte 22a, 23a weisen dieselbe Materialstärke wie der erste Leiterplattenabschnitt 18a auf. Die zweiten Leiterplattenabschnitte 22a, 23a sind als Seitenplatten ausgebildet. Die zweiten Leiterplattenabschnitte 22a, 23a sind ferner an verschiedenen, insbesondere gegenüberliegenden, Seiten des ersten Leiterplattenabschnitts 18a angeordnet. Die zweiten Leiterplattenabschnitte 22a, 23a sind dabei winklig relativ zu dem ersten Leiterplattenabschnitt 18a angeordnet. Ein, insbesondere stumpfer, Winkel α₁ zwischen dem ersten Leiterplattenabschnitt 18a und dem zweiten Leiterplattenabschnitt 22a und ein, insbesondere stumpfer, Winkel α₂ zwischen dem ersten Leiterplattenabschnitt 18a und dem weiteren zweiten Leiterplattenabschnitt 23a sind im vorliegenden Fall identisch und liegen insbesondere zwischen 120° und 150°. Ferner erstrecken sich die zweiten Leiterplattenabschnitte 22a, 23a zumindest bei einer Betrachtung senkrecht zur Motorwelle 20a und/oder zur Rotationsachse 78a jeweils ausgehend von dem ersten Leiterplattenabschnitt 18a in eine dem Elektromotor 14a entgegengesetzte Richtung, insbesondere in Richtung des Gehäusedeckels 62a. Die Leiterplatte 16a weist demnach in einer Richtung senkrecht zur Motorwelle 20a und/oder zur Rotationsachse 78a des Elektromotors 14a betrachtet einen zumindest im Wesentlichen U-förmigen oder einen zumindest im Wesentlichen C-förmigen Querschnitt auf.
Alternativ könnte sich wenigstens ein zweiter Leiterplattenabschnitt jedoch auch ausgehend von einem ersten Leiterplattenabschnitt in eine einem Elektromotor zugewandte Richtung erstrecken. Zudem könnte wenigstens ein zweiter Leiterplattenabschnitt auch beweglich mit einem ersten Leiterplattenabschnitt verbunden sein, insbesondere derart, dass der erste Leiterplattenabschnitt und der zweite Leiterplattenabschnitt relativ zueinander bewegbar und insbesondere schwenkbar sind. Zur beweglichen Verbindung des zweiten Leiterplattenabschnitts und des ersten Leiterplattenabschnitts könnte dabei beispielsweise eine Materialaussparung und/oder eine Querschnittsverjüngung in der Leiterplatte dienen. Darüber hinaus ist denkbar, zweite Leiterplattenabschnitte verschieden voneinander auszubilden, beispielsweise bei einem unsymmetrisch ausgebildeten Elektronikgehäuse, um ein vorhandenes Einbauvolumen bestmöglich auszunutzen. Darüber hinaus könnte eine Leiterplatte auch zumindest drei oder zumindest vier, vorteilhaft identisch ausgebildete und besonders bevorzugt an verschiedenen Seiten eines ersten Leiterplattenabschnitts angeordnete, zweite Leiterplattenabschnitte umfassen.
Im vorliegenden Fall sind die zweiten Leiterplattenabschnitte 22a, 23a ferner zumindest im Wesentlichen spiegelsymmetrisch bezüglich einer senkrecht zum ersten Leiterplattenabschnitt 18a ausgerichteten und den geometrischen Mittelpunkt 90a des ersten Leiterplattenabschnitts 18a schneidenden Mittenebene 92a ausgebildet. Die zweiten Leiterplattenabschnitte 22a, 23a sind dabei derart angeordnet, dass eine Kante und/oder Biegung 94a zwischen dem ersten Leiterplattenabschnitt 18a und dem zweiten Leiterplattenabschnitt 22a und eine weitere Kante und/oder Biegung 96a zwischen dem ersten Leiterplattenabschnitt 18a und dem weiteren zweiten Leiterplattenabschnitt 23a parallel zueinander und senkrecht zur Motorwelle 20a und/oder zur Rotationsachse 78a angeordnet sind (vgl. insbesondere 3).
Darüber hinaus sind der erste Leiterplattenabschnitt 18a und die zweiten Leiterplattenabschnitte 22a, 23a derart relativ zueinander angeordnet, dass der erste Leiterplattenabschnitt 18a und die zweiten Leiterplattenabschnitte 22a, 23a bei einer Betrachtung in Richtung der Motorwelle 20a und/oder der Rotationsachse 78a überdeckungsfrei sind und folglich insbesondere keinen Schnittbereich und/oder Überlappungsbereich aufweisen. Alternativ könnte zumindest ein zweiter Leiterplattenabschnitt einen ersten Leiterplattenabschnitt bei einer Betrachtung in Richtung einer Motorwelle und/oder Rotationsachse zumindest teilweise überdecken.
Des Weiteren ist auf jedem der zweiten Leiterplattenabschnitte 22a, 23a wenigstens ein Leistungselektronikbauteil 24a, 26a der Leistungselektronik angeordnet. Vorteilhaft können auch sämtliche Leistungselektronikbauteile 24a, 26a auf den zweiten Leiterplattenabschnitten 22a, 23a angeordnet sein. Die Leistungselektronikbauteile 24a, 26a sind dabei jeweils auf einer dem Elektromotor 14a, insbesondere dem Lagerschild 58a, zugewandten Seite des entsprechenden zweiten Leiterplattenabschnitts 22a, 23a angeordnet. Im vorliegenden Fall ist die Elektronikeinheit 12a derart auf der Leiterplatte 16a angeordnet, dass sich die Elektronikeinheit 12a über zumindest drei Seiten 38a, 40a, 42a der Leiterplatte 16a verteilt.
Ferner erstreckt sich wenigstens eine der, insbesondere mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckten, Leiterbahnen 30a, 32a, 34a zumindest teilweise über den ersten Leiterplattenabschnitt 18a und den zweiten Leiterplattenabschnitt 22a und ist folglich sowohl auf dem ersten Leiterplattenabschnitt 18a als auch auf dem zweiten Leiterplattenabschnitt 22a angeordnet. Im vorliegenden Fall sind beispielhaft wenigstens eine erste Leiterbahn 30a und eine zweite Leiterbahn 32a der Leiterbahnen 30a, 32a, 34a direkt über die Kante und/oder Biegung 94a zwischen dem ersten Leiterplattenabschnitt 18a und dem zweiten Leiterplattenabschnitt 22a geführt.
Darüber hinaus kann das, insbesondere mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckte, Trägersubstrat 28a aus zumindest zwei verschiedenen Materialien bestehen. Im vorliegenden Fall bestehen beispielhaft der erste Leiterplattenabschnitt 18a und die zweiten Leiterplattenabschnitte 22a, 23a aus verschiedenen Materialien. Der erste Leiterplattenabschnitt 18a, auf welchem insbesondere die Steuerlogik und die Erfassungselektronik angeordnet ist, besteht dabei insbesondere aus einem weniger hitzebeständigen Material, während die zweiten Leiterplattenabschnitte 22a, 23a, auf welchen insbesondere die Leistungselektronik angeordnet ist, aus einem hitzebeständigen Material bestehen. Alternativ oder zusätzlich könnte jedoch auch ein innenliegender Leiterplattenabschnitt der Leiterplatte ein anderes Material als ein außenliegender Leiterplattenabschnitt der Leiterplatte aufweisen. Ferner kann ein mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestelltes Trägersubstrat grundsätzlich auch aus einem einzigen Material geformt werden.
Ferner können zumindest zwei, insbesondere mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckte, Leiterbahnen 30a, 32a, 34a aus verschiedenen Materialien bestehen. Im vorliegenden Fall bestehen beispielhaft die erste Leiterbahn 30a und eine dritte Leiterbahn 34a aus verschiedenen Materialien. Die erste Leiterbahn 30a ist dabei zur elektrischen Anbindung der Leistungselektronik vorgesehen und besteht aus einem Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit, während die dritte Leiterbahn 34a zur elektrischen Anbindung der Steuerlogik und/oder der Erfassungselektronik 86a vorgesehen ist und aus einem Material mit einer niedrigeren elektrischen Leitfähigkeit besteht. Alternativ oder zusätzlich könnte jedoch auch eine innenliegende Leiterbahn ein anderes Material als eine außenliegende Leiterbahn aufweisen. Ferner können mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellte Leiterbahnen grundsätzlich auch aus einem einzigen Material geformt werden.
Zudem kann wenigstens eine, insbesondere mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckte, Leiterbahn 30a, 32a, 34a aus mehreren verschiedenen Materialien bestehen. Im vorliegenden Fall weist beispielhaft die zweite Leiterbahn 32a wenigstens zwei Leiterbahnabschnitte 44a, 46a auf, welche aus verschiedenen Materialien bestehen. Ein erster Leiterbahnabschnitt 44a der Leiterbahnabschnitte 44a, 46a ist in einem Bereich der Leistungselektronik, insbesondere des Leistungselektronikbauteils 24a, angeordnet. Ein zweiter Leiterbahnabschnitt 46a der Leiterbahnabschnitte 44a, 46a ist in einem von dem Bereich der Leistungselektronik abweichenden und beabstandeten weiteren Bereich, beispielsweise in einem Bereich der Steuerlogik und/oder der Erfassungselektronik 86a und/oder in einem Verbindungsbereich des ersten Leiterplattenabschnitts 18a und des zweiten Leiterplattenabschnitts 22a angeordnet. In diesem Fall kann der erste Leiterbahnabschnitt 44a beispielsweise aus einem Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit und der zweite Leiterbahnabschnitt 46a aus einem Material mit einer niedrigeren elektrischen Leitfähigkeit bestehen. Alternativ oder zusätzlich könnten durch die Verwendung unterschiedlicher Materialien für eine einzelne Leiterbahn auch verschiedenen Bauteile direkt in die Leiterbahn integriert werden, wie beispielsweise ein, vorteilhaft mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckter, elektrischer Widerstand, ein, vorteilhaft mittels des 3D-Druckverfahrens gedrucktes, Sensorelement und/oder eine, vorteilhaft mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckte, Leiterplattensicherung.
Darüber hinaus ist im vorliegenden Fall wenigstens ein Elektronikbauteil 48a der Elektronikeinheit 12a in die Leiterplatte 16a integriert und/oder eingebettet. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei dem Elektronikbauteil 48a beispielhaft um einen Kondensator, welcher vollständig von dem Trägersubstrat 28a umgeben ist und beim 3D-Druckverfahren in das Trägersubstrat 28a integriert und/oder eingebettet wird. Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, ein von einem Kondensator abweichendes Elektronikbauteil in die Leiterplatte 16a zu integrieren und/oder einzubetten, wie beispielsweise den Lagesensor 88a der Erfassungselektronik 86a, einen Temperatursensor der Erfassungselektronik und/oder ein anderes aktives oder passives Elektronikbauteil.
Ferner weist die Leiterplatte 16a mehrere, insbesondere identisch ausgebildete, Motorkontakte 98a, 100a zum elektrischen Anschluss des Elektromotors 14a auf. Im vorliegenden Fall weist die Steuervorrichtung 10a beispielhaft sechs Motorkontakte 98a, 100a auf, wobei jeder der Motorkontakte 98a, 100a zum Anschluss eines Motordrahts 102a (lediglich schematisch angedeutet) des, insbesondere mehrphasigen, Elektromotors 14a vorgesehen ist. Die Motordrähte 102a sind dabei durch Ausnehmungen in dem Lagerschild 58a geführt. Die Motorkontakte 98a, 100a sind zur elektrischen Verbindung der Ansteuerelektronik 82a mit dem Elektromotor 14a vorgesehen. Die Motorkontakte 98a, 100a sind auf dem ersten Leiterplattenabschnitt 18a angeordnet. Die Motorkontakte 98a, 100a sind dabei beispielhaft als auf den ersten Leiterplattenabschnitt 18a gelötete Schweißkontakte ausgebildet. Zudem sind die Motorkontakte 98a, 100a in zwei, insbesondere gleich große, Gruppen von Motorkontakten 98a, 100a aufgeteilt, wobei eine erste Gruppe von Motorkontakten 98a und eine zweite Gruppe von Motorkontakten 100a zumindest im Wesentlichen spiegelsymmetrisch bezüglich der Mittenebene 92a angeordnet sind. Alternativ könnte wenigstens ein Motorkontakt jedoch auch auf einem zweiten Leiterplattenabschnitt angeordnet sein. Ferner könnte eine Leiterplatte eine von sechs abweichende Anzahl an Motorkontakten aufweisen. Darüber hinaus könnte wenigstens ein Motorkontakt mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckt werden.
Zur Entwärmung und/oder Kühlung der Leistungselektronikbauteile 24a, 26a umfasst die Steuervorrichtung 10a zudem mehrere Kühlkörper 104a, 106a, im vorliegenden Fall insbesondere zwei Kühlkörper 104a, 106a, wobei jedem der zweiten Leiterplattenabschnitte 22a, 23a einer der Kühlkörper 104a, 106a zugeordnet ist. Die Kühlkörper 104a, 106a sind zumindest im Wesentlichen spiegelsymmetrisch bezüglich der Mittenebene 92a ausgebildet. Die Kühlkörper 104a, 106a stehen jeweils in direktem Kontakt und/oder direkter thermischer Verbindung mit dem Elektronikgehäuse 56a, insbesondere dem Grundgehäuse 60a. Zudem weisen die Kühlkörper 104a, 106a jeweils eine Kühlfläche auf, welche dem entsprechenden Leistungselektronikbauteil 24a, 26a zugeordnet ist und welche parallel zu dem entsprechenden zweiten Leiterplattenabschnitt 22a, 23a verläuft. Die Kühlkörper 104a, 106a sind jeweils dazu vorgesehen, eine von dem jeweiligen Leistungselektronikbauteil 24a, 26a im Betrieb erzeugte Wärmenergie über eine, insbesondere dem entsprechenden Kühlkörper 104a, 106a benachbarte, Seitenwand 66a, 67a des Grundgehäuses 60a und/oder das Lagerschild 58a abzuführen. Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, auf zusätzliche Kühlkörper zu verzichten und eine im Betrieb erzeugte Wärmenergie unmittelbar und insbesondere zu wenigstens einem Großteil oder vollständig über ein Lagerschild eines Elektromotors, eine, insbesondere parallel zu der Motorwelle angeordnete, Seitenwand eines Grundgehäuses und/oder einen Gehäusedeckel abzuführen.
4 zeigt ein beispielhaftes Ablaufdiagramm mit Hauptverfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung der Steuervorrichtung 10a.
In einem Verfahrensschritt 110a wird die Leiterplatte 16a mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt. Dabei werden ein, insbesondere formstabiles, Trägersubstrat 28a und mehrere Leiterbahnen 30a, 32a, 34a mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckt. Die Leiterbahnen 30a, 32a, 34a werden dabei auf das Trägersubstrat 28a und vorzugsweise auf eine bestückbare Oberfläche der Leiterplatte 16a gedruckt. Ferner kann das Elektronikbauteil 48a der Elektronikeinheit 12a in die Leiterplatte 16a integriert und/oder eingebettet werden. Bei dem eingesetzten 3D-Druckverfahren handelt es sich beispielhaft um ein Tintenstrahldruckverfahren bzw. Material-Jetting-Verfahren, insbesondere in Form eines Multi-Jet Modeling-Verfahrens und/oder eines Poly-Jet Modeling-Verfahrens. Hierdurch kann die Leiterplatte 16a sehr kostengünstig und mit nahezu beliebigen Formen erzeugt werden.
In einem Verfahrensschritt 112a wird die Leiterplatte 16a bestückt, indem die Elektronikeinheit 12a auf der Leiterplatte 16a angeordnet und befestigt wird. Zur Befestigung kann dabei insbesondere ein Klebeprozess, ein Schmelzprozess, ein Schweißprozess und/oder vorzugsweise ein Lötprozess verwendet werden. Zudem wird die Elektronikeinheit 12a elektrisch mit den Leiterbahnen 30a, 32a, 34a verbunden.
In einem Verfahrensschritt 114a wird die Leiterplatte 16a samt Elektronikeinheit 12a in das Elektronikgehäuse 56a montiert. Dabei wird die Leiterplatte 16a mit der darauf angeordneten Elektronikeinheit 12a in den Aufnahmebereich 64a des Grundgehäuses 60a eingebracht und darin befestigt. Anschließend wird die Leiterplatte 16a und folglich die Elektronikeinheit 12a elektrisch mit dem Elektromotor 14a gekoppelt. Abschließend wird der Aufnahmebereich 64a mittels des Gehäusedeckels 62a verschlossen.
Das beispielhafte Ablaufdiagramm in 4 soll dabei insbesondere lediglich beispielhaft ein Verfahren zur Herstellung der Steuervorrichtung 10a beschreiben. Insbesondere können einzelne Verfahrensschritte auch variieren oder zusätzliche Verfahrensschritte hinzukommen. So kann beispielsweise bei dem 3D-Druckverfahren auch wenigstens ein zusätzliches Kühlelement in die Leiterplatte 16a integriert und/oder eingebettet werden. Ferner könnte wenigstens ein Elektronikbauteil, wenigstens ein Kühlelement und/oder wenigstens ein Motorkontakt zum elektrischen Anschluss eines Elektromotors mittels des 3D-Druckverfahrens und insbesondere zusammen mit dem Trägersubstrat 28a und den Leiterbahnen 30a, 32a, 34a gedruckt werden.
In den 5 bis 8 sind weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 1 bis 4, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 4 nachgestellt. In den Ausführungsbeispielen der 5 bis 8 ist der Buchstabe a durch die Buchstaben b bis e ersetzt.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dem Ausführungsbeispiel der 5 ist der Buchstabe b nachgestellt. Das weitere Ausführungsbeispiel der 5 unterscheidet sich von dem vorherigen Ausführungsbeispiel zumindest im Wesentlichen durch eine Ausgestaltung und eine Anordnung einer Leiterplatte 16b einer Steuervorrichtung 10b.
In diesem Fall ist die mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellte Leiterplatte 16b wiederum einstückig und starr und/oder formstabil ausgebildet. Zudem ist eine gesamte Elektronikeinheit 12b auf der Leiterplatte 16b angeordnet und zwar derart, dass sich die Elektronikeinheit 12b über zumindest drei Seiten 38b, 40b, 42b der Leiterplatte 16b verteilt.
Die Leiterplatte 16b umfasst einen ersten Leiterplattenabschnitt 18b sowie zwei mit dem ersten Leiterplattenabschnitt 18b verbundene zweite Leiterplattenabschnitte 22b, 23b, welche winklig relativ zu dem ersten Leiterplattenabschnitt 18b angeordnet sind. Im vorliegenden Fall sind der erste Leiterplattenabschnitt 18b und die zweiten Leiterplattenabschnitte 22b, 23b derart winklig relativ zueinander angeordnet, dass ein Winkel α₁ zwischen dem ersten Leiterplattenabschnitt 18b und dem zweiten Leiterplattenabschnitt 22b und ein Winkel α₂ zwischen dem ersten Leiterplattenabschnitt 18b und dem weiteren zweiten Leiterplattenabschnitt 23b jeweils 90° betragen. Die Leiterplatte 16b weist demnach in einer Richtung senkrecht zu einer Motorwelle 20b eines Elektromotors 14b betrachtet einen U-förmigen Querschnitt auf.
Ferner grenzt der erste Leiterplattenabschnitt 18b unmittelbar an einen Gehäusedeckel 62b eines Elektronikgehäuses 56b an. Dabei erstrecken sich die zweiten Leiterplattenabschnitte 22b, 23b zumindest bei einer Betrachtung senkrecht zur Motorwelle 20b jeweils ausgehend von dem ersten Leiterplattenabschnitt 18b in eine dem Elektromotor 14b zugewandte Richtung. In diesem Fall kann die Leiterplatte 16b und insbesondere der erste Leiterplattenabschnitt 18b vorteilhaft an dem Gehäusedeckel 62b angeordnet, insbesondere befestigt, sein, wodurch die Leiterplatte 16b vorteilhaft zusammen mit dem Gehäusedeckel 62b und insbesondere in einem Arbeitsschritt montiert werden kann.
Darüber hinaus ist die Steuervorrichtung 10b frei von etwaigen Kühlkörpern und/oder Kühlelementen. In diesem Fall ist die Leiterplatte 16b derart an einen Aufnahmebereich 64b eines Grundgehäuses 60b des Elektronikgehäuses 56b angepasst, dass die Leiterplatte 16b in direktem thermischem Kontakt mit dem Elektronikgehäuse 56b steht und eine von der Elektronikeinheit 12b, insbesondere einer Leistungselektronik, im Betrieb erzeugte Wärmenergie unmittelbar über eine parallel zu der Motorwelle 20b angeordnete Seitenwand 66b des Grundgehäuses 60b und den Gehäusedeckel 62b abgeführt wird. Das Grundgehäuse 60b und der Gehäusedeckel 62b bestehen in diesem Fall aus einem Metall, insbesondere Aluminium.
Darüber hinaus sind Motorkontakte 98b, 100b zum elektrischen Anschluss des Elektromotors 14b auf den zweiten Leiterplattenabschnitten 22b, 23b angeordnet. Jeder der Motorkontakte 98b, 100b ist zum Anschluss eines Motordrahts 102b (lediglich schematisch angedeutet) des, insbesondere mehrphasigen, Elektromotors 14b vorgesehen. Zudem sind die Motorkontakte 98b, 100b in zwei, insbesondere gleich große, Gruppen von Motorkontakten 98b, 100b aufgeteilt, wobei eine erste Gruppe von Motorkontakten 98b auf dem zweiten Leiterplattenabschnitt 22b und eine zweite Gruppe von Motorkontakten 100b auf dem weiteren zweiten Leiterplattenabschnitt 23b angeordnet sind.
In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Dem Ausführungsbeispiel der 6 ist der Buchstabe c nachgestellt. Das weitere Ausführungsbeispiel der 6 unterscheidet sich von den vorherigen Ausführungsbeispielen zumindest im Wesentlichen durch eine Ausgestaltung und eine Anordnung einer Leiterplatte 16c einer Steuervorrichtung 10c.
In diesem Fall ist die mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellte Leiterplatte 16c wiederum einstückig und starr und/oder formstabil ausgebildet. Die Leiterplatte 16c weist dabei in einer Richtung senkrecht zu einer Motorwelle 20c eines Elektromotors 14c betrachtet einen quaderförmigen Querschnitt auf und erstreckt sich einerseits von einem Lagerschild 58c des Elektromotors 14c bis zu einem Gehäusedeckel 62c eines Elektronikgehäuses 56c und andererseits von einer Seitenwand 66c eines Grundgehäuses 60c des Elektronikgehäuses 56c bis zu einer der Seitenwand 66c gegenüberliegenden weiteren Seitenwand 67c des Grundgehäuses 60c des Elektronikgehäuses 56c. Zudem ist eine gesamte Elektronikeinheit 12c auf der Leiterplatte 16c angeordnet und zwar derart, dass sich die Elektronikeinheit 12c über zumindest vier Seiten 36c, 38c, 40c, 42c und bevorzugt über zumindest sechs Seiten 36c, 38c, 40c, 42c der Leiterplatte 16c verteilt.
Darüber hinaus ist die Steuervorrichtung 10c frei von etwaigen Kühlkörpern und/oder Kühlelementen. In diesem Fall ist die Leiterplatte 16c derart an einen Aufnahmebereich 64c des Grundgehäuses 60c angepasst, dass die Leiterplatte 16c in direktem thermischem Kontakt mit dem Elektronikgehäuse 56c steht und eine von der Elektronikeinheit 12c, insbesondere einer Leistungselektronik, im Betrieb erzeugte Wärmenergie unmittelbar über das Lagerschild 58c, die Seitenwand 66c und/oder die weitere Seitenwand 67c des Grundgehäuses 60c und den Gehäusedeckel 62c abgeführt wird.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dem Ausführungsbeispiel der 7 ist der Buchstabe d nachgestellt. Das weitere Ausführungsbeispiel der 7 unterscheidet sich von den vorherigen Ausführungsbeispielen zumindest im Wesentlichen durch ein zusätzliches in eine Leiterplatte 16d einer Steuervorrichtung 10d integriertes Kühlelement 50d.
Die Leiterplatte 16d der Steuervorrichtung 10d entspricht zumindest im Wesentlichen der Leiterplatte 16b des vorherigen Ausführungsbeispiels und umfasst folglich einen ersten Leiterplattenabschnitt 18d sowie zwei mit dem ersten Leiterplattenabschnitt 18d verbundene zweite Leiterplattenabschnitte 22d, 23d. Demnach weist die Leiterplatte 16d in einer Richtung senkrecht zu einer Motorwelle 20d eines Elektromotors 14d betrachtet einen U-förmigen Querschnitt auf. In diesem Fall erstrecken sich die zweiten Leiterplattenabschnitte 22d, 23d jedoch zumindest bei einer Betrachtung senkrecht zur Motorwelle 20d jeweils ausgehend von dem ersten Leiterplattenabschnitt 18d in eine dem Elektromotor 14d entgegengesetzte Richtung, insbesondere in Richtung eines Gehäusedeckels 62d eines Elektronikgehäuses 56d. Alternativ könnte eine Leiterplatte in diesem Fall jedoch auch eine andere Form und/oder Querschnittsform aufweisen.
Ferner umfasst die Steuervorrichtung 10d das Kühlelement 50d, welches in die Leiterplatte 16d integriert und/oder eingebettet ist. Das Kühlelement 50d wird dabei bei dem 3D-Druckverfahren und folglich unmittelbar bei der Herstellung der Leiterplatte 16d in die Leiterplatte 16d integriert und/oder eingebettet. Grundsätzlich könnte das Kühlelement 50d auch direkt mittels des 3D-Druckverfahrens und insbesondere zusammen mit der Leiterplatte 16d gedruckt werden. Das Kühlelement 50d besteht aus einem thermisch leitfähigen Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von zumindest 200 W/mK. Das Kühlelement 50d ist einstückig ausgebildet. Zudem ist das Kühlelement 50d einstückig mit der Leiterplatte 16d verbunden. Das Kühlelement 50d ist dabei zu wenigstens einem Großteil von einem Trägersubstrat 28d der Leiterplatte 16d umgeben. Im vorliegenden Fall ist das Kühlelement 50d derart von dem Trägersubstrat 28d der Leiterplatte 16d umgeben, dass eine einem Lagerschild 58d zugewandte Seite des Kühlelements 50d und eine einer Seitenwand 66d eines Grundgehäuses 60d zugewandte Seite des Kühlelements 50d von der Leiterplatte 16d und/oder dem Trägersubstrat 28d vollständig bedeckt sind. Zudem ist das Kühlelement 50d derart von dem Trägersubstrat 28d der Leiterplatte 16d umgeben, dass eine dem Gehäusedeckel 62d zugewandte Seite des Kühlelements 50d unbedeckt ist. Das Kühlelement 50d ist vorliegend zur Kühlung einer auf der Leiterplatte 16d angeordneten Elektronikeinheit 12d, insbesondere einer Leistungselektronik, vorgesehen. Im vorliegenden Fall ist das Kühlelement 50d dazu vorgesehen, eine von der Elektronikeinheit 12d im Betrieb erzeugte Wärmenergie aufzunehmen und über den Gehäusedeckel 62d abzuführen. Der Gehäusedeckel 62d besteht dazu vorzugsweise aus einem Metall, insbesondere Aluminium.
Alternativ könnte ein Kühlelement auch aus einem thermisch leitfähigen Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von unter 200 W/mK und beispielsweise von zumindest 15 W/mK oder von zumindest 100 W/mK bestehen. Ferner könnte eine einem Lagerschild zugewandte Seite eines Kühlelements und/oder eine einer Seitenwand eines Grundgehäuses zugewandte Seite eines Kühlelements unbedeckt sein. Im diesem Fall könnte das Kühlelement dazu vorgesehen sein, eine von einer Elektronikeinheit im Betrieb erzeugte Wärmenergie aufzunehmen und über das Lagerschild und/oder die Seitenwand abzuführen.
In 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Dem Ausführungsbeispiel der 8 ist der Buchstabe e nachgestellt. Das weitere Ausführungsbeispiel der 8 unterscheidet sich von den vorherigen Ausführungsbeispielen zumindest im Wesentlichen durch eine Ausgestaltung und eine Anordnung eines zusätzlichen in eine Leiterplatte 16e einer Steuervorrichtung 10e integrierten Kühlelements 50e.
Die Leiterplatte 16e der Steuervorrichtung 10e entspricht zumindest im Wesentlichen der Leiterplatte 16c des vorherigen Ausführungsbeispiels. Demnach weist die Leiterplatte 16e in einer Richtung senkrecht zu einer Motorwelle 20e eines Elektromotors 14e betrachtet einen quaderförmigen Querschnitt auf. Alternativ könnte eine Leiterplatte in diesem Fall jedoch auch eine andere Form und/oder Querschnittsform aufweisen.
Ferner umfasst die Steuervorrichtung 10e das Kühlelement 50e, welches in die Leiterplatte 16e integriert und/oder eingebettet ist. Das Kühlelement 50e wird dabei bei dem 3D-Druckverfahren und folglich unmittelbar bei der Herstellung der Leiterplatte 16e in die Leiterplatte 16e integriert und/oder eingebettet. Im vorliegenden Fall wird das Kühlelement 50e direkt mittels des 3D-Druckverfahrens und insbesondere zusammen mit der Leiterplatte 16e gedruckt. Das Kühlelement 50e ist zu wenigstens einem Großteil von einem Trägersubstrat 28e der Leiterplatte 16e umgeben. Das Kühlelement 50e bildet dabei einen inneren Kern der Leiterplatte 16e aus.
Im vorliegenden Fall umfasst das Kühlelement 50e ferner einen bezüglich der Leiterplatte 16e innenliegenden und insbesondere einer Elektronikeinheit 12e zugeordneten, Grundkörper 52e und mehrere Abführelemente 54e, welche den Grundkörper 52e thermisch mit einer Außenseite der Leiterplatte 16e verbinden. Das Kühlelement 50e umfasst dabei eine Vielzahl von Abführelementen 54e, insbesondere zumindest zwölf Abführelemente 54e, welche über die Leiterplatte 16e verteilt angeordnet sind und den Grundkörper 52e insbesondere mit zumindest vier Seiten 36e, 38e, 40e, 42e und vorzugsweise zumindest sechs Seiten 36e, 38e, 40e, 42e der Leiterplatte 16e verbinden. Die Abführelemente 54e sind vorliegend identisch zueinander ausgebildet. Die Abführelemente 54e sind zur Steuerung einer Entwärmung vorgesehen. Die Abführelemente 54e sind dazu vorgesehen, eine von der Elektronikeinheit 12e im Betrieb erzeugte und von dem Grundkörper 52e aufgenommene Wärmenergie nach außen, insbesondere einen Umgebungsbereich der Leiterplatte 16e, abzuführen. Im vorliegenden Fall sind die Abführelemente 54e dabei derart über die Leiterplatte 16e verteilt angeordnet, dass die von der Elektronikeinheit 12e im Betrieb erzeugte Wärmenergie über zumindest drei Seiten 36e, 38e, 40e, 42e und/oder Oberflächen der Leiterplatte 16e abgeführt wird.
Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, wenigstens zwei Abführelemente mit unterschiedlichen Formen und/oder unterschiedlichen Materialien auszubilden. Beispielsweise könnten Abführelemente in einem Bereich einer Leistungselektronik einen größeren Durchmesser aufweisen und/oder aus einem Material mit einer höheren thermischen Leitfähigkeit bestehen als Abführelemente im Bereich einer Steuerlogik und/oder Erfassungselektronik. Ferner ist denkbar, unterschiedliche Abführelemente zur Steuerung einer Entwärmung vorzusehen. Beispielsweise ist in diesem Zusammenhang denkbar, die Abführelemente derart anzuordnen und/oder auszugestalten, dass eine Entwärmung und/oder eine Wärmeabfuhr zu wenigstens einem Großteil über ein Lagerschild eines Elektromotors, eine Seitenwand eines Grundgehäuses oder einen Gehäusedeckel erfolgt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102020202364 A1 [0003]
US 2019/0098771 A1 [0004]

Claims

Steuervorrichtung (10a-e), insbesondere Lenkungssteuervorrichtung, mit einer Elektronikeinheit (12a-e) zur Ansteuerung wenigstens eines Elektromotors (14a-e) und/oder zur Erfassung wenigstens einer Betriebsgröße des Elektromotors (14a-e) und mit wenigstens einer Leiterplatte (16a-e), auf welcher die Elektronikeinheit (12a-e) zumindest teilweise angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (16a-e) mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt ist.
Steuervorrichtung (10a-e) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (16a-e) wenigstens einen ersten Leiterplattenabschnitt (18a; 18b; 18d) aufweist, welcher senkrecht zu einer Motorwelle (20a-e) des Elektromotors (14a-e) angeordnet ist, und wenigstens einen mit dem ersten Leiterplattenabschnitt (18a; 18b; 18d) verbundenen zweiten Leiterplattenabschnitt (22a, 23a; 22b, 23b; 22d, 23d) aufweist, welcher winklig zu dem ersten Leiterplattenabschnitt (18a; 18b; 18d) angeordnet ist.
Steuervorrichtung (10a-e) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (12a-e) zumindest ein Leistungselektronikbauteil (24a, 26a) umfasst, welches auf dem zweiten Leiterplattenabschnitt (22a, 23a; 22b, 23b; 22d, 23d) angeordnet ist.
Steuervorrichtung (10a-e) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (16a-e) ein mittels des 3D-Druckverfahrens gedrucktes Trägersubstrat (28a; 28d; 28e) und wenigstens eine mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckte Leiterbahn (30a, 32a) umfasst, wobei sich die Leiterbahn (30a, 32a) zumindest teilweise über den ersten Leiterplattenabschnitt (18a; 18b; 18d) und den zweiten Leiterplattenabschnitt (22a, 23a; 22b, 23b; 22d, 23d) erstreckt.
Steuervorrichtung (10a-e) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (16a-e) in einer Richtung senkrecht zu einer Motorwelle (20a-e) des Elektromotors (14a-e) betrachtet einen zumindest im Wesentlichen U-förmigen, einen zumindest im Wesentlichen C-förmigen oder einen rechteckigen Querschnitt aufweist und sich die Elektronikeinheit (12a-e) über zumindest drei Seiten (38a, 40a, 42a; 38b, 40b, 42b; 36c, 38c, 40c, 42c; 36e, 38e, 40e, 42e) der Leiterplatte (16a-e) verteilt.
Steuervorrichtung (10a-e) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (16a-e) ein mittels des 3D-Druckverfahrens gedrucktes Trägersubstrat (28a; 28d; 28e) umfasst, welches aus zumindest zwei verschiedenen Materialien besteht, und/oder wenigstens zwei mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckte Leiterbahnen (30a, 34a) umfasst, welche aus verschiedenen Materialien bestehen, und/oder wenigstens eine mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckte Leiterbahn (32a) mit wenigstens zwei Leiterbahnabschnitten (44a, 46a) umfasst, welche aus verschiedenen Materialien bestehen.
Steuervorrichtung (10a-e) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (12a-e) wenigstens ein Elektronikbauteil (48a) umfasst, welches in die Leiterplatte (16a-e) integriert und/oder eingebettet ist.
Steuervorrichtung (10d-e) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens ein Kühlelement (50d-e), welches in die Leiterplatte (16d-e) integriert und/oder eingebettet ist.
Steuervorrichtung (10e) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (50e) einen bezüglich der Leiterplatte (16e) innenliegenden Grundkörper (52e) und mehrere Abführelemente (54e) umfasst, welche den Grundkörper (52e) thermisch mit einer Außenseite der Leiterplatte (16e) verbinden und dazu vorgesehen sind, eine von der Elektronikeinheit (12e) im Betrieb erzeugte Wärmenergie abzuführen.
Steuervorrichtung (10a-e) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Elektronikgehäuse (56a; 56b; 56c; 56d), welches ein an ein Lagerschild (58a; 58c; 58d) des Elektromotors (14a-e) angrenzendes Grundgehäuse (60a; 60b; 60c; 60d) und einen Gehäusedeckel (62a; 62b; 62c; 62d) umfasst, wobei das Grundgehäuse (60a; 60b; 60c; 60d) einen Aufnahmebereich (64a; 64b; 64c) für die wenigstens eine Leiterplatte (16a-e) bereitstellt und der Gehäusedeckel (62a; 62b; 62c; 62d) zur Abdeckung des Aufnahmebereichs (64a; 64b; 64c) vorgesehen ist, und wobei die Leiterplatte (16a-e) derart an den Aufnahmebereich (64a; 64b; 64c) des Grundgehäuses (60a; 60b; 60c; 60d) angepasst ist, dass die Leiterplatte (16a-e) in direktem thermischem Kontakt mit dem Elektronikgehäuse (56a; 56b; 56c; 56d) steht und eine von der Elektronikeinheit (12a-e) im Betrieb erzeugte Wärmenergie unmittelbar über das Lagerschild (58a; 58c; 58d) des Elektromotors (14a-e), eine Seitenwand (66a, 67a; 66b; 66c, 67c; 66d) des Grundgehäuses (60a; 60b; 60c; 60d) und/oder den Gehäusedeckel (62a; 62b; 62c; 62d) abgeführt wird.
Aktuatorbaugruppe (68a), insbesondere Lenkaktuator, mit zumindest einem Elektromotor (14a-e), welcher wenigstens eine Motorwelle (20a-e) aufweist, und mit wenigstens einer Steuervorrichtung (10a-e) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Lenksystem (70a) mit zumindest einer Aktuatorbaugruppe (68a) nach Anspruch 11.
Verfahren zur Herstellung einer Steuervorrichtung (10a-e), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem wenigstens einer Leiterplatte (16a-e) mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt wird und eine Elektronikeinheit (12a-e) zur Ansteuerung wenigstens eines Elektromotors (14a-e) und/oder zur Erfassung wenigstens einer Betriebsgröße des Elektromotors (14a-e) zumindest teilweise auf der Leiterplatte (16a-e) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Leiterplatte (16a-e) ein Trägersubstrat (28a; 28d; 28e) und wenigstens eine Leiterbahn (30a, 32a, 34a) mittels des 3D-Druckverfahrens gedruckt werden.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem 3D-Druckverfahren wenigstens ein Elektronikbauteil (48a) der Elektronikeinheit (12a-e) und/oder wenigstens ein Kühlelement (50d; 50e) in die Leiterplatte (16a-e) integriert und/oder eingebettet wird.