Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, der für die Verwendung in einem elektri- schen Nockenwellenversteller oder in einem Mechanismus zur Verstellung des Kol- benhubs eines Verbrennungsmotors geeignet ist.

Ein Elektromotor für einen elektrischen Nockenwellenversteller ist beispielsweise aus der DE 10 2013 212 933 B3 bekannt. Dieser Elektromotor umfasst ein erstes, topfför- miges Gehäuseteil aus Metall und ein zweites, das erste Gehäuseteil abschließendes Gehäuseteil aus Kunststoff, wobei ein erstes Wälzlager im ersten Gehäuseteil und ein zweites Wälzlager im zweiten Gehäuseteil angeordnet sind. Hierbei ist das im ersten, topfförmigen Gehäuseteil angeordnete Wälzlager als Festlager ausgebildet. Eine Wel- lendichtung befindet sich auf der dem Innenraum des Gehäuses zugewandten Seite dieses Wälzlagers.

Ein weiterer Elektromotor eines elektrischen Nockenwellenverstellers ist in der US 8,220,426 B2 offenbart. Auch in diesem Fall ist eine Motorwelle des Elektromotors mittels zweier Wälzlager, nämlich Kugellager, gelagert.

Elektromotoren für eine solche Anwendung sind beispielsweise aus den Patenten DE 10 2013 212 933 B3 und US 8,220,426 B2 bekannt. In beiden Druckschriften sind Elektromotoren für Nockenwellenverstellung beschrieben, die für die Anwendung am Verbrennungsmotor von PKWs geeignet sind. Sie benötigen eine extern angeordnete Steuerelektronik, um die gewünschten Stellfunktionen realisieren zu können. Derartige Elektromotoren können in einem Verbrennungsmotor also nur in dem Fall verwendet werden, dass auf den Elektromotor abgestimmte, zusätzliche Steuereinheit mit ent- sprechender Verkabelung zum Einsatz kommen. Alternativ kann das Motorsteuergerät um diese Funktion erweitert werden. In jedem der beiden Fälle ist der Einsatz des Elektromors mit zusätzlichem Aufwand verbunden.

Einen Schritt weiter geht z.B. die US 2016/ 359 434 A1. Hier wird ein Elektromotor mit integrierter Treiberbrücke beschrieben, die Leistungselektronik ist also in dem Elekt- romotor eingebettet. Zusätzlich wird allerdings weiterhin ein externes Steuergerät be- nötigt, das die wärmeempfindliche Steuerungselektronik, z.B. einen Mikroprozessor beinhaltet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Nockenwellenversteller geeignete Elekt- romotoren dahingehend weiter zu entwickeln, dass Steuerungselektronik und Elekt- romotor eine Einheit bilden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Elektromotor mit den Merk- malen des Anspruchs 1.

Demnach weist der Elektromotor ein Basismotor-Modul und ein mit diesem elektrisch und mechanisch verbundenes Stecker-Modul auf, das als Elektronikmodul gestaltet ist. Das Elektronikmodul umfasst die Leistungselektronik, die Treiberelektronik und die Steuerelektronik, wobei das Elektronikmodul und das Basismotor-Modul Wärme über jeweils einen Wärmepfad abführen, wobei die Wärmepfade voneinander getrennt sind. Durch die Trennung der Wärmepfade kann die Abwärme vom Basismotor-Modul und Elektronikmodul separat in eine Wärmesenke der Umgebung geleitet werden. Die Abwärme des Elektromotors kann beispielsweise an den Motorblock oder ein andere umliegendes Bauteil abgegeben werden. Die Temperatur entspricht somit der Öltem- peratur. Die Abwärme des Elektronikmoduls kann an die Umgebung abgeführt wer- den.

In einer vorteilhaften Ausführungsform führt das Basismotor-Modul Wärme über einen Wärmepfad A ab, wobei die Wärme über eine Wärmeleitplatte in eine Wärmesenke geleitet wird. Über die Wärmeleitplatte kann die Anlagefläche vergrößert und die Wärmeabfuhr erleichtert werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht die Wärmeleitplatte aus einer ebenen Fläche und ist geeignet, an einem Bauteil, das an den Elektromotor angrenzt und die Wärmesenke bildet, zur Anlage gebracht zu werden. Das angrenzende Bauteil kann ein Steuertriebkastendeckel sein. ln einer vorteilhaften Ausführungsform weist das angrenzende Bauteil eine ebene Ge- genfläche auf. Auf diese Weise kann die Wärmeleitfähigkeit zwischen den Bauteilen optimiert werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Wärmeleitplatte als Teil einer Flansch- platte gestaltet, die mit dem Basismotor einen Pressverband und das Basismotor- Modul bildet. Das Basismotor-Modul umfasst somit den Basismotor und die Flansch- platte. Die Flanschpatte ist dazu geeignet, das Basismotor-Modul an einem umliegen- den Bauteil zu befestigen und einen Wärmeleitpfad zwischen Basismotor und angren- zendem Bauteil zu bilden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Elektronikmodul ein Elektronikge- häuse und führt Wärme über einen Wärmepfad B ab, wobei der Wärmepfad B über das Elektronikgehäuse zur Umgebung als Wärmesenke verläuft. Die Wärmepfade A und B können auf diese Weise getrennt werden, wodurch das Elektronikmodul vor Überhitzung geschützt wird.

Eine weitergehende Trennung der Wärmepfade kann erreicht werden, indem die bei- den Wärmepfade durch einen Isolationsraum voneinander getrennt verlaufen, wobei der Isolationsraum zwischen dem Basismotor-Modul und dem Elektronikmodul gebil- det wird.

In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Basismotor-Modul einen Gehäu- setopf, einen Stator und einen im Gehäusetopf mittels eines Wälzlagers gelagerten Rotor und ist in das Stecker-Modul eingefügt. Elektrische Verbindungen sind zwischen dem Stecker-Modul und dem Basismotor-Modul durch Verbindungen gegeben, wel- che durch Zusammenfügen der Module in deren Axialrichtung herstellbar sind. In ei- ner Weiterentwicklung umfasst das Stecker-Modul eine mit dem Rotor zusammenwir- kende Sensorplatine. In einer weiteren Weiterentwicklung sind die elektrischen Ver- bindungen zwischen dem Stecker-Modul und dem Basismotor-Modul als

Schneidklemmverbindungen gebildet.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Elektromotoranordnung für einen variablen Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors, wobei die Anordnung zwei Elektromotoren aufweist und wobei zumindest einer der zwei Elektromotoren nach einem der voran- gehenden Ausführungsformen gestaltet ist. Die zwei Elektromotoren sind im Master- Slave-Betrieb verschaltet. Auf diese Weise kann eine Fail-safe-Funktion verwirklicht werden, indem ein Elektromotor die Steuerung auch des anderen Elektromotors über- nimmt, sofern eine der Motorsteuerungen ausgefallen ist. Darüber hinaus ist es denk- bar, aus Kostengründen nur einen der Elektromotoren mit einer Steuereinheit auszu- statten.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Bausatz, umfassend Module von Elektro- motoren, nämlich ein einheitliches Basismotor-Modul und verschiedene, mit dem Ba- sismotor-Modul kombinierbare Stecker-Module, welche sich hinsichtlich einer Senso- rik (34) und einer Steuerelektronik voneinander unterscheiden, wobei durch das Ba- sismotor-Modul sowie durch jedes Stecker-Modul Teile von Schneidklemmverbindun- gen gebildet sind, welche durch Zusammenfügen der verschiedenen Module in Axial- richtung des Basismotor-Moduls komplettierbar sind.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierin zeigen:

Fig. 1 ein Set zum Zusammenbau von Elektromotoren, aufgebaut aus einem

Basismotor-Modul und verschiedenen Stecker-Modulen,

Fig. 2 eine Darstellung des Elektromotors mit Basismodul und Elektonikmodul bzw. Steckmodul,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung des Elektromotors mit zwei unabhängigen Wär- mepfaden

Fig. 4 eine Schnittdarstellung des Elektromotors mit zwei unabhängigen Wär- mepfaden vor dem Fügen der zwei Module.

Die Fig. 1 zeigt einen insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneten Bau- satz, welcher zum Bau verschiedener Elektromotoren 2 geeignet ist. Die Elektromoto- ren 2 finden Verwendung in elektromechanischen Nockenwellenverstellern, wie sie prinzipiell aus dem genannten Stand der Technik bekannt sind.

Der Bausatz 1 setzt sich zusammen aus einem Basismotor-Modul 3 und verschieden Stecker-Modulen, 4, 5, 6. Sämtliche Kernfunktionen des Elektromotors 2 sind im Ba- sismotor-Modul 3 verwirklicht. Der Aufbau des Basismotor-Moduls 3 sowie eines kompletten Elektromotors 2 geht aus Fig. 3 hervor. Ein Gehäuse 7 des Basismotor- Moduls 3 ist als Gehäusetopf aus Blech gestaltet.

Fig. 2 veranschaulicht den Aufbau des Elektromotors 2 in der gefügten Konfiguration. Dargestellt ist ein Basismotor-Modul 3 mit einer Flanschplatte 8, die an einem motor- festen Bauteil zur Anlage gebracht werden kann. Aufgrund des flächigen Kontaktes kann Wärme, die durch den Elektromotor 2 entwickelt wird, abgeführt werden. Die Leistungs- und Steuerelektronik für die Steuerung des Elektromotors 2 befindet sich im Elektronikmodul 4, 5, 6.

Fig. 3 veranschaulicht den Aufbau in einer Schnittdarstellung. Wärmepfad A ist mit ei- ner gestrichelten Linie angedeutet, Wärmepfad B mit einer durchgezogenen Linie. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Wärmepfade über einen Luftspalt 9 getrennt vonei- nander verlaufen.

Insgesamt ist das Basismotor-Modul 3 als Innenläufer aufgebaut, wobei ein Stator 11 , welcher bestrombare Wicklungen aufweist, mit einem Rotor 13 zusammenwirkt, der auf einer Welle 14, das heißt Motorwelle, befestigt ist. Der Rotor 13 weist eine Topf- form auf, welche zum Gehäuseboden 9 hin offen ist. Ein mit 15 bezeichneter Rotorbo- den ist somit derjenigen Stirnseite des Basismotor-Moduls 3 zugewandt, welche dem Gehäuseboden 9 abgewandt ist. Es handelt sich hierbei um diejenige Stirnseite des Basismotor-Moduls 3, welche mit einem der Stecker-Module 4, 5, 6 zu verbinden ist, wie im Folgenden noch näher erläutert wird. Der Rotor ist mit Permanentmagneten 16 bestückt. Insgesamt fungiert das Basismotor-Modul 3 als bürstenloser Gleichstrommo- tor. Die Permanentmagnete 16 sind eingebettet in einem hohlzylindrischen Abschnitt des Rotors 13, welcher an den Rotorboden 15 anschließt und über den ringförmigen Absatz übergestülpt ist, das heißt sich mit diesem in Axialrichtung überlappt. Die Abwärme der Leistungselektronik und die Abwärme der Motorwicklungen werden über voneinander getrennten Wärmepfaden A, B abgeführt. Die Abwärme des Elekt- romotors 2 wird maßgeblich in einen Anschraubkörper abgeführt, die Abwärme der Leistungselektronik wird über eine vorgelagerte Wärmesenke an die Umgebung abge- führt.

Damit besitzt der Bausatz 1 mit integrierter Steuer- und Treiberelektronik zwei vonei- nander getrennte Wärmeabfuhrpfade A und B in nur einer baulichen Einheit. Dadurch ist es möglich den Elektromotor 2 bei hohen Temperaturen zu betreiben und dennoch die wärmeempfindliche Elektronik der Motorsteuerung und Motortreiberstufe zu integ- rieren.

Die Einfachheit der Montage wir durch eine Modularität des Systems erreicht, bei der der Basismotor in eine formgeometrisch variable Flanschplatte 8 gefügt wird. Getrennt davon wird die Baugruppe Elektronikmodul 4, 5, 6 aufgebaut. Erst im letzten Monta- geschritt erfolgt die„Hochzeit“ von Basismotor-Modul und Elektronikmodul.

Ermöglicht wird somit, die Motorsteuerung und den Motortreiber in einer baulichen Einheit in Form des Bausatzes 1 mit einem Elektromotor 2 zusammenzufassen. Diese Lösung ist für hohe Temperaturen und mechanische Belastungen, die am Verbren- nungsmotor eines Fahrzeugs auftreten, ausgelegt, indem die Kühlung sichergestellt wird. Das System ist mit geringem Entwicklungs- und Bauraumaufwand im Fahrzeug integrierbar und kann dazu dienen, alle nötigen Regelgrößen für den Elektromotor 2 selbsttätig zu berechnen.

Damit die Abwärme aus den Elektromotorspulen keine zusätzliche thermische Belas- tung für die Steuerungs- und Treiberelektronik erzeugt, kann der Elektromotor 2 (Wärmequelle A) in eine Flanschplatte 8 eingepresst und thermisch durch einen Luft- raum 9 von der Steuerungsplatine 10 getrennt werden. Die Flanschplatte 8 kann groß- flächig an die Anschraubfläche, z.B. am Verbrennungsmotor, montiert werden, sodass die Anschraubfläche eine Wärmesenke für diese Wärmequelle A darstellt. Der Wär- mepfad A führt entsprechend von den Spulen durch Statorisolierung und das

Statorblechpaket 11 , über das Motorgehäuse in die Flanschplatte 8 und anschließend in die Wärmesenke, die Anschraubfläche (siehe Figur 3). Das Motorgehäuse und die Flanschplatte 8 sind vorzugsweise in Stahl auszuführen, um einen stabilen Pressver- band auch bei hohen Temperaturschwankungen zu gewährleisten. Zudem dient der Pressverband dazu das Motorgehäuse großflächig an die Flanschplatte 8 anzubinden. Das Einebnen der Oberflächen beim Fügen des Pressverbandes erhöht die tatsächli- che Kontaktfläche und verbessert damit die Wärmeleitung zwischen den beiden Fü- gepartnern.

Dieser Wärmepfad A kann thermisch von der Leistungselektronik durch einen isolie- renden Luftraum 9 getrennt sein. Die Abwärme, die durch die Verlustleistungen der elektronischen Bauteile auf der Steuerungsplatine entsteht, stellt Wärmequelle B dar. Sie wird über einen zweiten Wärmepfad B in eine größere Wärmekapazität, das Elekt- ronikgehäuse 12, und schließlich an die Umgebung abgeführt (siehe Figur 3). Das Elektronikgehäuse 12 besteht aus einem sehr gut wärmeleitenden Material, vorzugs- weise Aluminium, und kann die sprungartig in den Elektronikbauteilen erzeugte Ab- wärme schnell aufnehmen und über eine großzügig dimensionierte, raue Oberfläche an die Umgebung ableiten. Zur besseren Einleitung der Abwärme in die Wärmekapa- zität werden Bauteile mit besonders hohen Verlustleistungen vorzugsweise mittels Wärmeleitpaste an das Elektronikgehäuse 12 angebunden. Zusätzlich werden unbe- stückte Bereiche der Platine zur besseren Wärmeabfuhr ebenfalls vorzugsweise mit Wärmeleitpaste an das Elektronikgehäuse 12 angebunden. Ferner dient der großflä- chige Einsatz der Wärmeleitpaste der Dämpfung der in den Elektromotor 2 eingekop- pelten Vibrationen des Verbrennungsmotors.

Besonders die Steuerelektronik, z.B. ein Mikroprozessor, ist wärmeempfindlich und muss ausreichend vor externem Wärmeeintrag geschützt und die eigene Abwärme abgeführt werden. Die Trennung der Wärmeabfuhr der beiden Wärmequellen A und B über die Wärmepfade A und B (siehe Figur 3) ermöglicht den Betrieb dieses mechat- ronischen Systems auch bei hohen Umgebungstemperaturen. Auf der Steuerungspla- tine 10 ist mindestens ein Microcontroller zur Erzeugung der Steuersignale für den Motortreiber verbaut. Der Microcontroller verarbeitet eingespeiste Zielwerte in die notwendigen Regelgrößen und Steuersignale für den Motortreiber. Letzter bestromt die Phasen des Elektromotors 2. Zudem sind Schaltkreise zur Signalfilterung und Schutzschaltungen auf der Platine, sowie eine optionale Sensorik. Nach aktuellem Stand der Technik werden hauptsächlich Schweiß- oder Löttechniken zur Herstellung der elektrischen Verbindung der Motorphasen mit den Zuleitungen eingesetzt. Das vorgeschlagene Konzept verwendet Schneidklemmkontakte zur Kon- taktierung der Spulendrähte und Press-fit Technologie zur Anbindung an die Steuer- platine 10. Bei beiden Techniken stellt sich eine dauerhaft vorgespannte Kontaktie- rung ein, welche eine höhere Vibrationsfestigkeit bieten und durch einfache, mechani- sche Fügeprozesse hergestellt werden. Die Kontaktstifte im Stecker des Steckermo- duls 4, 5, 6 werden ebenfalls mittels Press-fit Verbindungen an die Platine kontaktiert um auch hier eine hohe Vibrationsfestigkeit zu erreichen.

Fig. 4 veranschaulicht den modularen Aufbau, wodurch eine Gleichteilstrategie ver- wirklicht werden kann. Die Montage kann sich in zwei parallele Vormontageketten gliedern. Das Steckermodul 4, 5, 6, bestehend aus Steckverbinder, Elektronikgehäuse 12 und Steuerungsplatine 10 wird separat aufgebaut und ermöglicht somit Variabilität bezüglich der Bauraumgeometrie und der Wahl des Steckverbinder-Typs (siehe Figur 4). Der Elektromotor mit Elektromotorstator 11 , -rotor 13 und Abtriebswelle 14 mit Ab- triebselement kann parallel vormontiert werden (siehe Figur 4). Anschließend wird der Elektromotor 2 in die Flanschplatte 8 eingepresst, welche die Anschraubgeometrie abbildet und schlussendlich bei der so genannten„Hochzeit“ an das Steckermodul 4,

5, 6 (Elektronikmodul) montiert wird, wobei gleichzeitig die elektrische Kontaktierung zwischen den Motorphasen und der Steuerungsplatine 10 erfolgt. Dieser Aufbau bietet Flexibilität (der Anschraubgeometrie, des Gehäuses und des Strecker-Interfaces) bei Einsatz des Gleichteilprinzips (durch Verwendung eines standardisierten Basismo- tors).

Wenn ein zweiter, baugleicher oder ähnlicher Elektromotor 2 eingesetzt werden soll, z.B. bei V-Motoren oder an Ein- und Auslassnockenwelle, können die Systeme im Master-Slave-Betrieb verschalten werden. Dabei übernimmt ein System die Berech- nung der Regelgrößen und steuert als Master sich selbst und einen zweiten Elektro- motor als Slave-System.

Ferner ist ein Operationsmodus möglich, bei dem zwei baugleiche Elektromotoren eingesetzt werden, welche sich gegenseitig auf korrekte Funktion überwachen. So kann im Fehlerfall das intakte System den anderen fehlerhaften Elektromotor vorüber- gehend ansteuern, während das fehlerhafte System neu startet. Sie stellen so gegen- seitig den eigenen Betrieb mittels einfacher Redundanz sicher.

Bezuqszeichenliste

1 Bausatz

2 Elektromotor

3 Basismotor-Modul

4 Stecker-Modul

5 Stecker-Modul

6 Stecker-Modul

7 Gehäuse

8 Flanschplatte

9 Luftraum als Isolationsraum

10 Steuerplatine

11 Statorblechpaket

12 Elektronikgehäuse

13 Rotor

14 Abtriebswelle

15 Rotorboden

16 Permanentmagnet

17 Wärmeleitplatte