BE1032600B1

BE1032600B1 - Antriebseinheit für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: BE1032600B1
Application number: BE20245269A
Authority: BE
Inventors: Dénes Kovács; Simon Zollitsch
Original assignee: Thyssenkrupp Presta Ag; Thyssenkrupp Ag
Priority date: 2024-05-07
Filing date: 2024-05-07
Publication date: 2025-12-08
Also published as: BE1032600A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinheit (6) für ein Lenksystem (1) eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine an einen elektrischen Motor (61) angeschlossene Steuereinheit (62), die eine Platinenanordnung (7) aufweist, die über Leiterbahnen miteinander verbundene elektrische Bauelemente trägt und die eine motornah angeordnete Leistungsplatine (71) und eine Steuerplatine (72) umfasst, die auf der motorfernen Oberseite mit Abstand parallel zur Leis-tungsplatine (71) angeordnet ist und über eine Verbindungsplatine (73) mit der Leistungsplatine (71) verbunden ist. Um einen verbesserten, kompakten und weniger aufwendigen Aufbau zu ermöglichen, schlägt die Erfindung vor, dass die Leistungsplatine (71) mit einem separat von der Verbindungsplatine (73) ausgebildeten Leistungsverbinder (9) verbunden ist, der einen größeren Leiterquerschnitt als die Leiterbahnen der Verbindungsplatine (73) aufweist.

Description

t BE2024/5269

Antriebseinheit für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine an einen elektrischen Motor angeschlossene Steuereinheit, die eine Platinenanordnung aufweist, die über Leiterbahnen miteinander verbundene elektrische Bauelemente trägt, und die eine motornah angeordnete Leistungsplatine und eine Steuerplatine umfasst, die auf der motor- fernen Oberseite mit Abstand parallel zur Leistungsplatine angeordnet ist und über eine Verbin- dungsplatine mit der Leistungsplatine verbunden ist, wobei die Platinenanordnung eine An- schlussplatine aufweist.

Eine derartige Antriebseinheit, welche auch als Power Pack bezeichnet wird, wird in einem elektromotorischen Lenksystem eines Kraftfahrzeugs als elektromotorischer Aktuator einge- setzt, um in einer Hilfskraft-Lenkung ein Unterstützungs-Moment für eine manuelle Lenkeingabe bereitzustellen, oder in einem Steer-by-Wire-Lenksystem einen Lenkeinschlag von lenkbaren

Rädern zu erzeugen.

In der Antriebseinheit sind der elektrische Motor und die daran angeschlossene elektrische

Steuereinheit, welche mit der Stromversorgung und der Lenkungssteuerung des Kraftfahrzeugs verbunden ist, zu einer kompakten Baueinheit miteinander vereinigt, die auch als Power Pack bezeichnet wird.

Die elektrischen Schaltungen der Steuereinheit umfassen eine Steuerschaltung, welche elektri- sche Steuersignale von der Lenkungssteuerung empfängt und verarbeitet, und eine davon an- gesteuerte Leistungsschaltung, welche für die Bestromung der Motorwicklungen des Motors sorgt.

Es ist bekannt, die elektrischen Schaltungen auf einer Platinenanordnung zu realisieren, bei der die elektrischen Bauelemente auf einer als Träger dienenden Leiterplatte aus Isoliermaterial mit integrierten elektrischen Leiterbahnen, die auch als PCB (printed circuit board) bezeichnet wird, angeordnet und miteinander verschaltet sind. Um eine kompakte Bauform zu realisieren, bei der die Steuereinheit an die Abmessungen des Motors angepasst sein kann, ist es bekannt, dass die Platinenanordnung mindestens zwei ebene, plattenförmige Platinen umfasst, welche

? BE2024/5269 über eine Verbindungsplatine elektrisch miteinander verbunden sind. Diese einzelnen Platinen können auf einen axialen Motordeckel des Motors platzsparend senkrecht zu ihrer flächigen Er- streckung übereinander gestapelt angeordnet werden.

Im Stand der Technik ist eine gattungsgemäBe Antriebseinheit beispielsweise in der

DE 10 2019 218 263 A1 oder der WO 2021/069061 A1 beschrieben. Die daraus bekannte Plati- nenanordnung weist zwei ebene, starre Platinen auf, mit einer motornah angeordneten Leis- tungsplatine, welche die Leistungsschaltung zur Bestromung der Motorwicklungen aufweist, und einer mit Abstand parallel darüber angeordneten Steuerplatine, welche die Steuerschaltung zur Ansteuerung der Leistungsschaltung aufweist. Von dieser werden die Steuersignale und die

Motorströme über die Verbindungsplatine an die Leistungsplatine geleitet. Die Verbindungspla- tine ist als flexible, biegbare Platine ausgebildet, die zur Realisierung der gestapelten Anord- nung zweimal um 90° abgewinkelt, d.h. insgesamt um 180° umgebogen ist. Diese Anordnung wird auch als semi-flex Platinenanordnung bezeichnet.

In dem genannten Stand der Technik werden sämtliche zur Ansteuerung der Leistungsschal- tung erforderlichen Steuersignale und der zum Betrieb des Motors erforderliche Motorstrom von der Steuerplatine über die Verbindungsplatine zur Leistungsplatine übertragen. Die semi-flex

Platinenanordnung kann zwar vorteilhaft raumsparend ausgestaltet sein. Nachteilig ist jedoch, dass sich die flexible Verbindungsplatine bedingt durch die relativ kleinen Leiterquerschnitte ih- rer biegbaren Leiterbahnen im Betrieb bei der Übertragung des Motorstroms relativ stark erwär- men kann. Um eine potentiell schädliche Überhitzung im Betrieb zu vermeiden, wird in dem ge- nannten Stand der Technik eine zusätzliche Kühlung der Verbindungsplatine vorgeschlagen, welche Kühlkörper zur Verbesserung der Wärmeabfuhr aufweist. Dadurch ergibt sich jedoch ein voluminöser Aufbau und ein relativ hoher Fertigungs- und Montageaufwand.

Eine Antriebseinheit der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der US 11,109,478 B2 bekannt. Problematisch ist dabei, dass die Verbindungsplatine relativ groß dimensioniert sein muss, um die hohen Ströme zwischen Anschluss-, Steuer- und Leistungsplatine übertragen zu können.

Angesichts der vorangehend erläuterten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Er- findung, einen verbesserten, kompakten und weniger aufwendigen Aufbau zu ermöglichen.

Darstellung der Erfindung

9 BE2024/5269

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Antriebseinheit mit den Merkmalen des

Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei einer Antriebseinheit für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine an einen elektrischen Motor angeschlossene Steuereinheit, die eine Platinenanordnung aufweist, die über Leiterbahnen miteinander verbundene elektrische Bauelemente trägt und die eine motor- nah angeordnete Leistungsplatine und eine Steuerplatine umfasst, die auf der motorfernen

Oberseite mit Abstand parallel zur Leistungsplatine angeordnet ist, und über eine Verbindungs- platine mit der Leistungsplatine verbunden ist, wobei die Platinenanordnung eine Anschlusspla- tine aufweist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Leistungsplatine mit einem separat von der Verbindungsplatine ausgebildeten Leistungsverbinder verbunden ist, der einen größe- ren Leiterquerschnitt als die Leiterbahnen der Verbindungsplatine aufweist, und der zwischen der Anschlussplatine und der Leistungsplatine angeordnet ist.

Es ist vorgesehen, dass die Platinenanordnung eine Anschlussplatine aufweist. Die Anschluss- platine, die auch als Filterplatine bezeichnet werden kann, weist vorzugsweise elektrische Ver- sorgungsanschlüsse zum Anschluss an das Kraftfahrzeug-Bordnetz auf, insbesondere Hoch- strom-Anschlüsse für die Stromversorgung des Motors. Auf der Anschlussplatine kann eine elektrische Filteranordnung realisiert sein, die bevorzugt im Leistungspfad, d.h. im Strompfad vor dem Motor angeordnete Drosselspulen, Kondensatoren und dergleichen umfassen kann.

Bevorzugt kann der Ausgang der Anschlussplatine über einen erfindungsgemäßen Leistungs- verbinder an direkt die Leistungsplatine angeschlossen sein.

Ein Vorteil der von der Steuerplatine separaten Anschlussplatine ist, dass die hohen Betriebs- ströme des Motors über den erfindungsgemäßen Leistungsverbinder praktisch elektrisch paral- lel und räumlich an der Steuerplatine vorbei in direkt die Leistungsplatine eingespeist werden können. Die Steuerplatine und die darauf realisierte Steuerschaltung können folglich weder di- rekt noch mittelbar durch hohe Stromstärken des Motorstroms potentiell negativ beeinflusst werden.

Bei der vorgenannten Ausführung ist es vorteilhaft, dass die Anschlussplatine parallel zur Steu- erplatine auf der motorfernen Oberseite der Steuerplatine angeordnet ist. Die Anschlussplatine kann als starre Platine ausgestaltet sein, mit Leiterbahnen, deren Leiterquerschnitt zur Übertra- gung hoher Ströme ausreichend dimensioniert ist. Diese ist dabei auf der von der Leistungspla- tine abgewandten Oberseite der Steuerplatine angeordnet, bevorzugt mit Abstand. Damit kann

* BE2024/5269 durch die Leistungs-, Steuer- und Anschlussplatinen eine raumsparende, dreifach stapelförmige

Platinenanordnung realisiert sein.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Leistungsverbinder zwischen der Anschlussplatine und der Leistungsplatine angeordnet ist. Dadurch können die Anschlussplatine und der Leis- tungsverbinder einen Leistungs-Versorgungsstrang ausbilden, der separat und parallel zu ei- nem Steuerstrang, der die Steuerplatine und der Verbindungsplatine aufweist, an die Leistungs- platine angeschlossen. Dadurch können der Leistungs- bzw. Stromweg, über den die relativ ho- hen Versorgungsströme zum Betrieb des Motors zu den Leistungshalbleitern der Leistungspla- tine geleitet werden, und der Signalweg der Steuersignale von der Steuerplatine bis zu den

Steuereingängen besagter Leistungshalbleiter, räumlich getrennt realisiert werden. Dies ist im

Hinblick auf eine hohe Betriebssicherheit vorteilhaft.

Der Leistungsverbinder umfasst mindestens ein, bevorzugt mehrere Hochstromleitelemente, welche direkt an die Leistungsplatine angeschlossen sind. Ein Hochstromleitelement kann bei- spielsweise ein massives metallisches Leitelement aufweisen, beispielsweise Draht- oder

Blechabschnitte, Stromschienen oder dergleichen, welches aufgrund des größeren Leiterquer- schnitts einen geringeren Leitungswiderstand aufweist, als eine relativ dünne Leiterbahn mit ih- rer durch die Abmessung der Verbindungsplatine begrenzten Breite. Insbesondere kann der — Leiterquerschnitt des Leistungsverbinders problemlos ausreichend bemessen und derart an die zum Betrieb des Motors zu erwartenden hohen Ströme angepasst sein, dass unter sämtlichen

Betriebszuständen keine kritische Erwärmung auftreten kann. Dadurch kann eine geringere thermische Belastung und eine erhöhte Betriebssicherheit der Steuereinheit realisiert werden.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die im eingangs genannten Stand der Technik vorgeschlagenen

Maßnahmen zur Kühlung entfallen können, wodurch ein reduzierter Fertigungsaufwand und eine kompaktere Bauweise ermöglicht wird.

Der Leistungsverbinder kann bevorzugt Verbindungs- oder Anschlussmittel aufweisen, die ei- nen direkten Anschluss der Leistungsplatine an eine zum Dauerbetrieb des Motors ausgelegte, entsprechend leistungsfähige Stromversorgung ermöglicht. Bevorzugt kann der Leistungsver- binder direkt an das Kraftfahrzeug-Bordnetz angeschlossen sein.

Es ist bevorzugt, dass die Verbindungsplatine ausschließlich Steuerleitungen aufweist. Die auf der Steuerplatine ausgebildete Steuerschaltung ist an eine elektrische Steuerung des Kraftfahr- zeugs anschlieBbar, beispielsweise an eine Lenkungssteuerung, vorzugsweise über ein in der

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Kraftfahrzeugtechnik gängiges Bus-System. Die Steuerschaltung erzeugt ihrerseits Steuersig- nale, die über die Steuerleitungen der Verbindungsplatine zur Leistungsplatine übermittelt wer- den. Anders ausgedrückt bilden die Steuerungsplatine und die Verbindungsplatine Teile eines elektrischen Steuerstrangs.

Die Steuerleitungen der Verbindungsplatine können ausschließlich zur Übertragung von Steuer- signalen mit geringer Stromstärke mit einem relativ kleinen Leiterquerschnitt ausgebildet sein.

Dadurch, dass die hohen Ströme, d.h. die Versorgungs- bzw. Betriebsströme des Motors über den erfindungsgemäß durch den Leistungsverbinder bereitgestellten Leistungsstrang separat von der Verbindungsplatine zur Leistungsplatine übertragen werden, können die durch die Lei- terbahnen der Verbindungsplatine gebildeten Steuerleitungen als Signalleitungen mit einem re- lativ geringen Leiterquerschnitt ausgelegt sein, so dass problemlos eine relativ dünne, flexible

Leiterplatte mit entsprechend relativ dünnen und schmalen Leiterbahnen eingesetzt werden kann. Diese ist leicht biegbar und unempfindlich auch gegenüber relativ engen Biegeradien, so dass eine kompakt gefaltete Platinenanordnung ermöglicht wird, die besonders fertigungs- und montagefreundlich ist.

Ein wesentlicher Vorteil ist, dass an der Verbindungsplatine wegen der geringen über die Steu- erleitungen übertragenen Stromstärken im Unterschied zu dem eingangs genannten Stand der

Technik keine nennenswerte Verlustwärme auftritt, und entsprechend keine zusätzlichen Maß- nahmen zur Kühlung erforderlich sind. Es wird ein vorteilhafter, kompakter und thermisch unkri- tischer Aufbau mit geringem Aufwand ermöglicht.

Es ist ebenfalls vorteilhaft, dass das im Stand der Technik bestehende Risiko von Störungen der Signalübertragung durch hohe Ströme über eng benachbarte Leiterbahnen der Verbin- dungsplatine praktisch ausgeschlossen ist. Entsprechend wird die Funktions- und Betriebssi- cherheit zusätzlich erhöht.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Verbindungsplatine flexibel ausgestaltet ist. Die ge- samte Platinenanordnung kann dadurch zusammen mit den starren Verbindungs- und Leis- tungsplatinen bevorzugt als semi-flex Platinenanordnung ausgebildet sein. Die Verbindungs- und Leistungsplatine können dabei durch Umbiegung der Verbindungsplatine um 180° parallel zueinander ausgerichtet werden. Dadurch, dass die Verbindungsplatine nur für relativ geringe

Stromstärken ausgebildet sein muss, kann sie mit relativ dünnen und schmalen Leiterbahnen hoch flexibel und leicht biegbar ausgestaltet sein, wodurch die Fertigung und Montage optimiert

° BE2024/5269 werden kann.

Es ist zweckmäßig, dass die Leistungsplatine an den Motor angeschlossene Leistungsan- schlüsse aufweist. Erfindungsgemäß werden die relativ hohen Versorgungs- bzw. Betriebs- strôme für den Motor über den Leistungsverbinder direkt in die Leistungsplatine eingespeist, be- vorzugt in direkter Nähe zur Schaltstrecke der auf der Leistungsplatine angeordneten Leis- tungshalbleiter, beispielsweise von Leistungs-MOS-FETs oder dergleichen. Zur Bestromung des Motors kônnen die Leistungsanschlüsse auf der Leistungsplatine als Hochstromterminals ausgebildet sein, die bevorzugt unmittelbar an die Motorwicklungen angeschlossen sein kôn- nen. Ein Vorteil ist, dass die räumliche Anordnung der Leistungsverbinder, der Leistungshalblei- ter und der Leistungsanschlüsse im Hinblick auf möglichst kurze Leiterbahnlängen optimiert werden kann, wodurch Übergangswiderstände und potentiell nachteilige thermische Effekte ver- ringert und die Signalübertragung verbessert werden kônnen.

Es ist vorteilhaft, dass der Leistungsverbinder mit Abstand zur Verbindungsplatine angeordnet ist. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Verbindungsplatine auf einer Längsseite der Steuer- und Leistungsplatine angeordnet ist, und der Leistungsverbinder auf einer relativ dazu gegenüberliegenden Längsseite. Dadurch kann die über die über die Verbindungsplatine erfolgende Signalübertragung von der Stromversorgung Über den Leistungsverbinder räumlich — entkoppelt werden. Dies ermöglicht eine vorteilhafte, montagefreundliche Konstruktion und eine verbesserte elektrische Abschirmung.

Der Leistungsverbinder kann starre Leiterelemente aufweisen. Als Leiterelemente können bei- spielsweise Draht- oder Blechabschnitte aus einem gut leitenden Metall, bevorzugt Kupfer oder dergleichen eingesetzt werden. Diese können einfach und kostengünstig mit den geforderten

Leiterquerschnitten bereitgestellt, problemlos in den geforderten räumlichen Verlauf gebogen werden, und mittels bekannter Verbindungsverfahren elektrisch mit der Leistungsplatine, einer

Anschlussplatine oder anderen elektrischen Anschlussmitteln, wie beispielsweise Steckverbin- dern oder dergleichen, verbunden sein.

Es ist vorteilhaft, dass die Leiterelemente Anschlussmittel aufweisen. Die Anschlussmittel kön- nen vorzugsweise zur Erzeugung einer elektrischen Verbindung ausgestaltet sein, und bei- spielsweise Löt- oder Steckverbinder aufweisen, die an korrespondierend ausgestaltete Verbin-

7 BE2024/5269 dungsmittel an einer Platine angepasst sein können, bevorzugt zum Anschluss an die Leis- tungsplatine, und/oder an die Anschlussplatine. Auf diese Weise kann eine rationelle Montage ermöglicht werden.

Eine bevorzugte Ausführung kann vorsehen, dass der Leistungsverbinder ein einzelnes oder eine Mehrzahl von Leiterelementen aufweist, die mit einem Trägerelement aus einem Isolierma- terial verbunden sind. Der Leistungsverbinder kann dadurch als einteiliges Verbund-Bauteil mit einem Leiterelement, oder auch mit mehreren Leiterelementen ausgebildet sein, die beispiels- weise Draht- oder Blechabschnitte umfassen können. Diese können in einer definierten räumli- chen Positionierung an oder in dem Trägerelement festgelegt sein. Das Trägerelement kann bevorzugt starr ausgebildet sein. Die Leiterelemente können von dem Trägerelement gegenei- nander elektrisch isoliert relativ zueinander gehalten werden. Die Positionierung des oder der

Leiterelemente kann bevorzugt an eine Anordnung von korrespondierenden Anschlussmitteln für die Leiterelemente an der Leistungsplatine, und bevorzugt auch an der Anschlussplatine an- gepasst sein. Dadurch ist es möglich, eine eindeutige, verwechslungssichere Verbindung zu ge- währleisten.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist es möglich, dass der Leistungsverbinder symmetrisch ausgestaltet ist. Damit ist gemeint, dass die Anschlussmittel an den beiden Enden der Leiterele- mente räumlich gleich angeordnet sind. Die korrespondierenden Anschlussmittel an der Leis- tungsplatine und der Anschlussplatine sind in diesem Fall ebenfalls gleich ausgebildet, so dass der Leistungsverbinder unabhängig von seiner Orientierung montierbar ist. Dadurch kann der

Fertigungsaufwand reduziert werden.

Esist vorteilhaft, dass das Trägerelement als Kunststoff-Umspritzung der Leiterelemente aus- gebildet ist. Durch das Umspritzen im Kunststoff-Spritzguss können mehrere Leiterelemente ra- tionell in einem Verbundbauteil stoff- und formschlüssig elektrisch voneinander isoliert relativ zueinander positioniert werden.

Es ist weiter möglich, dass das Trägerelement einen Abstandshalter aufweist, der die Leis- tungsplatine relativ zur Steuerplatine und/oder zur Anschlussplatine abstützt. Neben seiner vor- genannten Funktion zur Positionierung bevorzugt mehrerer Leiterelemente kann der Trägerkôr- per zur relativen Positionierung und Fixierung der Platinen der Platinenanordnung genutzt wer- den. Beispielsweise können die Leistungsplatine und die Anschlussplatine durch den Leistungs-

verbinder nicht nur elektrisch miteinander verbunden sein, sondern zusätzlich auch in einer defi- nierten räumlichen Position mechanisch relativ zueinander positioniert und fixiert werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung kann vorsehen, dass die Platinenanordnung ein Distanzelement aufweist, welches zwischen der Leistungsplatine, der Steuerplatine und/oder einer Anschluss- platine angeordnet ist. Das Distanzelement ist bevorzugt ausgebildet, um zwischen zwei Plati- nen eingesetzt zu werden, und dabei für die Einhaltung eines definierten Abstands bzw. einer räumlichen Positionierung zu sorgen. Es ist möglich, dass es ein elektrisch nicht leitfähiges Iso- liermaterial aufweist, beispielsweise Kunststoff, so dass eine räumliche Abstützung und Fixie- rung der Platinen ermöglicht wird. Es ist zusätzlich oder alternativ möglich, dass es ein elektrisch leitfähiges Material aufweist, welches mit den Leiterbahnen einer oder mehrerer Plati- nen elektrisch leitend verbunden sein kann. Auf diese Weise kann beispielsweise zusätzlich zur mechanischen Abstützung eine elektrische Masseverbindung realisiert sein.

Beschreibung der Zeichnungen

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug in einer schematischen Darstellung,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Antriebseinheit für ein Lenksystem gemäß Fig.1,

Fig. 3 die Steuereinheit der Antriebseinheit gemäß Fig.2 in einer perspektivischen An- sicht,

Fig. 4 die Steuereinheit der Antriebseinheit gemäß Fig.3 in einer teilweisen Darstellung,

Fig. 5 ein Distanzelement der Antriebseinheit gemäß Fig. 1-3 in einer freigestellten per- spektivischen Ansicht,

Fig. 6a einen erfindungsgemäßen Leistungsverbinder in einer ersten Ausführungsform in einer freigestellten perspektivischen Ansicht,

Fig. 6b einen erfindungsgemäßen Leistungsverbinder in einer zweiten Ausführungsform in einer Ansicht analog zu Fig. 6a,

Fig. 7 eine Steuereinheit einer Antriebseinheit gemäß Fig. 1-3 in einer separaten per- spektivischen Ansicht.

Ausführungsformen der Erfindung

Inden verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen verse- hen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Lenksystems 1 für ein Kraftfahrzeug. Dieses um- fasst eine Lenksäule 2, die an der Karosserie montierbar ist. Die Lenksäule 2 weist eine dreh- bar gelagert Lenkspindel 21 auf, an der zur Eingabe ein Lenkrad 22 angebracht ist, in das durch

Drehung manuelle Lenkbefehle eingegeben werden können, wie mit dem gebogenen Doppel- pfeil angedeutet ist.

Die Lenkspindel 21 ist über eine Lenkwelle 23 mit einem Lenkgetriebe 3 verbunden. Dieses weist ein mit der Lenkwelle 23 verbundenes Lenkritzel 31 auf, dass in eine verschieblich gela- gerte Zahnstange 32 eingreift. Dadurch wird eine Drehung der Lenkspindel 21 eine lineare Ver- lagerung der Zahnstange 32 in die eine oder andere Richtung umgesetzt, wie mit dem Doppel- pfeil angedeutet ist.

Die Zahnstange 32 ist über Spurstangen 33 an die Achsschenkel lenkbarer Räder 4 angelenkt, die entsprechend durch eine lineare Verlagerung der Zahnstange 32 eingeschlagen werden.

Zur Realisierung einer Hilfskraftunterstützung kann ein Hilfskraftantrieb 51 an die Lenkwelle 23 angekoppelt sein. Dieser weist eine erfindungsgemäße elektromotorische Antriebseinheit 6 auf, die von einer nicht dargestellten elektronischen Lenkungssteuerung ansteuerbar ist, um in Ab- hängigkeit von einem gemessenen Handmoment der manuellen Lenkeingabe ein motorisches

Unterstützungsmoment in die Lenkwelle 23 einzukoppeln. Dadurch wird die von dem Lenkritzel 31 über die Zahnstange 32 ausgeübte Lenkkraft motorisch verstärkt.

Alternativ zu dem Hilfskraftantrieb 51 kann ein Hilfskraftantrieb 52 vorgesehen sein, der eben- falls eine erfindungsgemäße elektromotorische Antriebseinheit 6 aufweisen kann. Diese kann über ein Lineargetriebe — wie einen Spindeltrieb, einen Zahnstangetrieb oder dergleichen — eine die Lenkung unterstützende Hilfskraft direkt auf die Zahnstange ausüben.

Bei einer Steer-by-Wire-Lenkung fehlt die mechanische Verbindung durch die Lenkwelle 23. Die

Drehung der Lenkspindel 21, oder einer alternativen manuellen Lenkeingabe, wird elektronisch erfasst und zur Ansteuerung von motorischen Lenk-Aktuatoren genutzt, die im wesentlichen aufgebaut sein können wie die Hilfskraftantriebe 51 oder 52. Der Unterscheid besteht allein da- rin, dass in die Aktuatoren kein mechanisches Handmoment eingegeben wird, sondern die

Lenkkraft allein motorisch durch die Antriebseinheit 6 erzeugt wird.

Eine erfindungsgemäße Antriebseinheit 6 ist in Fig.2 in einer Seitenansicht gezeigt. Diese um- fasst einen elektrischen Motor 61 uns eine Steuereinheit 62.

Der Motor 61 weist eine drehend um eine Achse M antreibbare Motorwelle 611 auf, die in ei- nem Motorgehäuse 612 drehbar gelagert ist, welches einen axial angebrachten Motordeckel 613 aufweist.

Die Steuereinheit 62 ist an dem Motordeckel 613 angebracht und erstreckt sich davon in axialer

Richtung vom Motor 61 weg gerichtet, in Fig.2 nach oben.

Die Steuereinheit 62 ist in unterschiedlichen Ansichten in Fig.3, 4 und 7 gezeigt. Sie weist eine

Platinenanordnung 7 auf, die eine motornahe Leistungsplatine 71, eine relativ dazu mit axialem

Abstand parallel angeordnete (motorferne) Steuerplatine 72, eine die Leistungsplatine 71 und die Steuerplatine 72 verbindende Verbindungsplatine 73, und eine vom Motor 61 aus gesehen oberhalb der Steuerplatine 72 angeordnete Anschlussplatine 76 aufweist.

Die Leistungsplatine 71, die Steuerplatine 72 und die Anschlussplatine 76 sind als starre, ebene

Platinenabschnitte ausgebildet, die senkrecht zur Achse M angeordnet sind. Die Verbindungs- platine 73 ist flexibel ausgebildet, so dass die gesamte Platinenanordnung 7 eine semi-flex Lei- terplattenanordnung darstellt.

Auf der Leistungsplatine 71 und der Steuerplatine 72 sind elektronische Bauteile 74 und 75 an- geordnet und über Leiterbahnen miteinander verschaltet. Die Bauteile 74 der Leistungsplatine 71 umfassen Leistungshalbleiter wie MosFets, und weitere Bauteile wie Hybrid-Kondensatoren und dergleichen. Die Bauteile 75 der Steuerplatine 72 umfassen integrierte Schaltkreise und dergleichen. Auf der Anschlussplatine 76 ist eine Filterschaltung aufgebaut, die beispielsweise

Drosselspulen 79 und dergleichen umfasst.

Die Leistungsplatine 71 ist relativ zu dem axialen Motordeckel 613 des Motors 61 stirnseitig an- geordnet, und die Steuerplatine 72 und die Anschlussplatine 76 in axialer Richtung darauf ge- stapelt angeordnet.

Die Steuereinheit 62 ist in einem Gehäuse angeordnet, von dem in Fig.2 nur der stirnseitige, äußere Gehäusedeckel 63 gezeigt ist. Die übrigen Gehäusewände, die die Steuereinheit 62 seitlich umschließen, sind zur besseren Übersicht weggelassen.

Der Gehäusedeckel weist Steckanschlüsse 64 zur Anschluss von hier nicht gezeigten, korres- pondierenden Steckern des Kraftfahrzeug-Bordnetzes auf.

Wie in Fig.4 erkennbar ist, ist die Steuerplatine 72 über die flexible Verbindungsplatine 73 an die Leistungsplatine 71 angeschlossen. Steuer-Anschlusselemente 720 erstrecken sich mit

Kontaktpins von der Steuerplatine 72 bis in die Steckanschlüsse 64.

Wie in Fig.3 erkennbar ist, weist die Anschlussplatine 76 Leistungs-Anschlussleiter 760 auf, die als relativ massive Hochstrom-Leiterelemente mit relativ großen Leiterquerschnitt ausgebildet sind, beispielsweise als Blechformteile aus Kupfer. Diese haben einen größeren Leiterquer- schnitt als die Leiterbahnen der Verbindungsplatine 73. Sie können bis in die Steckanschlüsse 64 durchgeführt sein.

Die Anschlussplatine 76 ist über einen erfindungsgemäß separat von der Verbindungsplatine 73 ausgebildeten Leistungsverbinder 9 direkt mit der Leistungsplatine 71 verbunden. Dieser weist relativ massiv ausgebildete Leiterelemente 91 auf, die als Hochstrom-Leiterelemente aus Draht- oder Blechabschnitten ausgebildet sind, und einen größeren Leiterquerschnitt haben als die

Leiterbahnen der Verbindungsplatine 73.

Die Leistungsplatine 71 ist über Hochstromterminals 710 direkt an die Motorwicklungen ange- schlossen, wie in Fig.3 erkennbar ist.

Die Verbindungsplatine 73 weist ausschließlich Steuerleitungen auf, über die von der Steuerpla- tine 72 Steuersignale mit relativ geringer Stromstärke an die Leistungsplatine 71 übertragen werden. Der relativ große Betriebsstrom für dem Motor 61 wird von den Leistungs-Anschlusslei- tern 760 über die Anschlussplatine 76, und von dort über die Leiterelement 91 des erfindungs- gemäßen Leistungsverbinders 9 direkt in die Leistungsplatine 71 eingespeist. Dort wird der

Strom in den Leistungshalbleitern (MosFETS 74) durch von der Steuerplatine 72 über die Ver- bindungsplatine 73 übertragene Steuersignale gesteuert, und von der Leistungsplatine 71 über die Hochstromterminals 710 direkt in die Motorwicklungen eingespeist.

Wie aus Fig.3 und 4 entnehmbar ist, sind die Verbindungsplatine 73 und der Leistungsverbinder 9 räumlich entfernt voneinander, auf gegenüberliegenden Seiten der Leistungsplatine 71 ange- ordnet.

In Fig.6a und 6b sind unterschiedliche Ausführungen von erfindungsgemäßen Leistungsverbin- dern 9 separat freigestellt gezeigt. Diese weisen Leiterelemente 91 auf, die in ein isolierende

Trägerelement in Form eines Trägerkörpers 92 eingebettet sind. Dieser ist beispielsweise durch eine Kunststoff-Umspritzung gebildet.

In der Ausführung von Fig.6a ist der Trägerköper 92 einstückig L-Förmig ausgebildet und weist eine Mehrzahl von Leiterelementen 91 — im Beispiel vier — auf.

In Fig.6b weist jeder gerade Trägerkörper 92 ein Leiterelement 91 auf, und ist symmetrisch aus- gebildet, so dass die in Fig.6b oben und unten liegenden Anschlüsse identisch sind.

Zwischen der Leistungsplatine 71 und der Steuerplatine 72 kann ein Distanzelement 8 einge- baut sein, welches in Fig.5 separat freigestellt, und in Fig. 7 in Einbaulage gezeigt ist. Dieses kann beispielsweise als Kunststoffteil ausgebildet sein, mit Abstütz- und Fixierabschnitten für die Platinen 71, 72 bzw, 76.

Eine andere Bauform von Distanzelementen 81 ist in Fig.6b gezeigt. Diese sind zylindrisch aus- gebildet, und können zwischen der Leistungsplatine 71 und der Anschlussplatine 73 eingebaut sein, um diese relativ zueinander zu positionieren und zu fixieren. Bei Bedarf können die Dis- tanzelemente 9 und 91 auch elektrisch leitfähig ausgebildet sein, beispielsweise zur Realisie- rung einer Masseverbindung.

Bezugszeichenliste 1 Lenksystem 2 Lenksäule 21 Lenkspindel 22 Lenkrad 23 Lenkwelle 3 Lenkgetriebe 31 Lenkritzel 32 Zahnstange 33 Spurstange 4 Rad 51, 52 Hilfskraftantrieb 6 Antriebseinheit 61 Motor 611 Motorwelle 612 Motorgehäuse 613 Motordeckel 62 Steuereinheit 63 Gehäusedeckel 64 Steckanschlüsse 7 Platinenanordnung 71 Leistungsplatine 710 Hochstromterminals 72 Steuerplatine 720 Steuer-Anschlusselemente 73 Verbindungsplatine 74 Bauteil (MosFET) 75 Bauteil 76 Anschlussplatine 760 Leistungs-Anschlussleiter 77 Steuer- und Versorgungsleitungen 78 Steckverbinder 79 Drosselspule 8 Distanzelement 81 Distanzelement 9 Leistungsverbinder

91 Leiterelemente 92 Trägerkörper

M Achse

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Antriebseinheit (6) für ein Lenksystem (1) eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine an ei- nen elektrischen Motor (61) angeschlossene Steuereinheit (62), die eine Platinenanord- nung (7) aufweist, die über Leiterbahnen miteinander verbundene elektrische Bauele- mente trägt und die eine motornah angeordnete Leistungsplatine (71) und eine Steuer- platine (72) umfasst, die auf der motorfernen Oberseite mit Abstand parallel zur Leis- tungsplatine (71) angeordnet ist und über eine Verbindungsplatine (73) mit der Leis- tungsplatine (71) verbunden ist, wobei die Platinenanordnung (7) eine Anschlussplatine (76) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsplatine (71) mit einem separat von der Verbindungsplatine (73) aus- gebildeten Leistungsverbinder (9) verbunden ist, der einen größeren Leiterquerschnitt als die Leiterbahnen der Verbindungsplatine (73) aufweist, und der zwischen der An- schlussplatine (76) und der Leistungsplatine (71) angeordnet ist.

2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungspla- tine (73) ausschließlich Steuerleitungen aufweist.

3. Antriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsplatine (73) flexibel ausgestaltet ist.

4. Antriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsplatine (71) an den Motor (71) angeschlossene Leistungsanschlüsse (710) aufweist.

5. Antriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsverbinder (9) mit Abstand zur Verbindungsplatine (73) angeordnet ist.

6. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusspla- tine (76) parallel zur Steuerplatine (72) auf der motorfernen Oberseite der Steuerplatine (72) angeordnet ist.

7. Antriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsverbinder (9) starre Leiterelemente (91) aufweist.

8. Antriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterelemente (91) Anschlussmittel aufweisen.

9. Antriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsverbinder (9) mindestens ein Leiterelement (91) aufweist, das mit ei- nem Trägerelement (92) aus einem Isoliermaterial verbunden sind.

10. Antriebseinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerele- ment (92) als Kunststoff-Umspritzung des mindestens einen Leiterelements (91) ausge- bildet ist.

11. Antriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Trägerelement (92) einen Abstandshalter aufweist, der die Leistungs- platine (71) relativ zur Steuerplatine (72) und/oder zur Anschlussplatine (76) abstützt.

12. Antriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platinenanordnung (7) ein Distanzelement (8, 81) aufweist, welches zwischen der Leistungsplatine (71), der Steuerplatine (72) und/oder einer Anschlussplatine (76) angeordnet ist.