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Title:
FLUID MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/141443
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a fluid machine (1) having a housing body (3) which comprises an electronic device (16), such as a circuit board, which is embedded in a duroplastic material (13) and has a diagnostic region (24). To improve the fluid machine, in particular in terms of its functionality and/or ease of production, the housing body (3) comprises, in the diagnostic region (24), a diagnostic access point (20), which is closed by a closure element, wherein the closure element (30) can be removed to connect a diagnostic connector (40) to diagnostic points within the diagnostic region (24) via the diagnostic access point (20).

Inventors:
SCHÄFER TILO (DE)
DENFELD BERND (DE)
THORNTON TERRY (DE)
Application Number:
EP2018/084340
Publication Date:
July 25, 2019
Filing Date:
December 11, 2018
Export Citation:
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Assignee:
MAGNA POWERTRAIN BAD HOMBURG GMBH (61352, DE)
International Classes:
F04D13/06; F04D25/06; H05K1/02; H05K3/28
Domestic Patent References:
WO2016112980A12016-07-21
WO2017054994A12017-04-06
WO2006029944A12006-03-23
WO2016087056A12016-06-09
Foreign References:
US3748538A1973-07-24
DE102015218959A12017-03-30
US20060027394A12006-02-09
US20160345440A12016-11-24
US5671525A1997-09-30
EP0986111A22000-03-15
DE3116519A11982-11-11
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Claims:
Patentansprüche

1. Fluidische Maschine (1 ) mit einem Gehäusekörper (3), der eine in ein duroplastisches Kunststoff material (13) eingebettete elektronische Einrichtung (16), wie eine Leiterplat- te, mit einem Diagnosebereich (24) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Ge- häusekörper (3) in dem Diagnosebereich (24) einen Diagnosezugang (20) umfasst, der durch einen Verschlusskörper (30) verschlossen ist, wobei der Verschlusskörper (30) entfernt werden kann, um über den Diagnosezugang (20) einen Diagnosestecker (40) an Diagnosepunkte in dem Diagnosebereich (24) anzuschließen.

2. Fluidische Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verschluss- körper (30) aus einem flüssigkeitsundurchlässigen, aber gasdurchlässigen, insbeson- dere wasserdampfdurchlässigen, Material gebildet ist, das einen unerwünschten Flüs- sigkeitseintritt verhindert.

3. Fluidische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Diagnosezugang (20) an einer von außen gut zugänglichen Stelle der fluidischen Maschine (1 ) angeordnet ist.

4. Fluidische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Diagnosezugang (20) eine Diagnoseausnehmung (25) umfasst, die den Diagnosebereich (24) in dem duroplastischen Kunststoffmaterial (13) ausspart.

5. Fluidische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Diagnose- bereich (24) in der Diagnoseausnehmung (25) mit einer Schutzschicht aus dem duro- plastischen Kunststoffmaterial (13) versehen ist, die eine deutlich geringere Dicke als das duroplastische Kunststoffmaterial (13) außerhalb der Diagnoseausnehmung (25) aufweist.

6. Fluidische Maschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ge- stalt der Diagnoseausnehmung (25) an die Gestalt des Diagnosesteckers (40) ange- passt ist.

7. Fluidische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die fluidische Maschine (1 ) einen Stator (5) mit Statorwicklungen um- fasst, die in das duroplastische Kunststoffmaterial (13) eingebettet sind.

8. Verfahren zum Herstellen eines Gehäusekörpers (3) für eine fluidische Maschine (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Diag- nosebereich (24) bei einem Umspritzen der elektronischen Einrichtung (16) ausgespart wird, um den Diagnosezugang (20) darzustellen.

9. Werkzeug zum Herstellen eines Gehäusekörpers (3) für eine fluidische Maschine (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, insbesondere gemäß einem Verfahren nach An- spruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug einen Stempel umfasst, der in dem Diagnosebereich (24) angeordnet wird, um den Diagnosebereich (24) beim Um- spritzen der elektronischen Einrichtung (16) auszusparen.

10. Verschlusskörper (30) und/oder Diagnosestecker (40) für eine fluidische Maschine (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.

Description:
Fluidische Maschine

Die Erfindung betrifft eine fluidische Maschine mit einem Gehäusekörper, der eine in ein duro- plastisches Kunststoffmaterial eingebettete elektronische Einrichtung, wie eine Leiterplatte, mit einem Diagnosebereich umfasst. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäusekörpers für eine derartige fluidische Maschine. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Werkzeug zum Herstellen eines Gehäusekörpers für eine derartige fluidische Ma- schine.

Aus der internationalen Offenlegungsschrift WO 2017/054994 A1 ist ein Steuergerät bekannt, umfassend eine Verarbeitungseinrichtung mit einem elektrischen Anschluss; eine Diagnose- schaltung, die mit dem Anschluss elektrisch verbunden ist; und eine Ummantelung, die den Anschluss vollständig elektrisch isoliert, wobei die Diagnoseschaltung eine elektrische Schnittstelle umfasst und dazu eingerichtet ist, ein elektrisches Signal an dem Anschluss ab- zutasten und das Ergebnis über die Schnittstelle bereitzustellen, wobei die Ummantelung im Bereich der Schnittstelle dazu eingerichtet ist, selektiv entfernt zu werden. Aus der europäi- schen Patentanmeldung EP 0 986 11 1 A2 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Elektronik- bauelements bekannt, das elektronische Bauteile aufweist, die in einem Kunststoffgehäuse angeordnet sind, insbesondere eines Hallsensors, wobei die elektronischen Bauteile in einer Schmelzklebermasse angeordnet und danach zur Ausbildung des Kunststoffgehäuses fertig- umspritzt werden. Aus der internationalen Offenlegungsschrift WO 2006/029944 A1 ist ein Verfahren zum Verschließen von Montageöffnungen von Gerätegehäusen mit Foliendeckeln bekannt, wobei ein zusammenhängendes Flachmaterial vorgelegt wird, aus welchem mehrere Foliendeckel gebildet und am jeweiligen Gerätegehäuse über dessen Montageöffnung ange- bracht werden. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 31 16 519 A1 ist ein Schichtpress- stoff zum Verschließen von elektrischen Gehäusen bekannt, bestehend aus einem Verbund gummielastischer Schichten mit starren Trägerwerkstoffen, wobei die Schichten aus Lamina- ten von Duroplasten und/oder Thermoplasten mit Metallfolien aufgebaut sind.

Aus der die WO 2016/ 087 056 A1 geht eine fluidische Maschine mit einem Gehäusekörper hervor, der eine elektronische Einrichtung mit einem Diagnosebereich umfasst, wobei der Ge- häusekörper in dem Diagnosebereich einen Diagnosezugang aufweist, der durch einen Ver- schlusskörper verschlossen ist.

l Aufgabe der Erfindung ist es, eine fluidische Maschine mit einem Gehäusekörper, der eine in ein duroplastisches Kunststoffmaterial eingebettete elektronische Einrichtung, wie eine Leiter- platte, mit einem Diagnosebereich umfasst, insbesondere im Hinblick auf ihre Funktionalität und/oder im Hinblick auf ihre Herstellbarkeit, zu verbessern.

Die Aufgabe ist bei einer fluidischen Maschine mit einem Gehäusekörper, der eine in ein duroplastisches Kunststoffmaterial eingebettete elektronische Einrichtung, wie eine Leiterplat te, mit einem Diagnosebereich umfasst, dadurch gelöst, dass der Gehäusekörper in dem Di- agnosebereich einen Diagnosezugang umfasst, der durch einen Verschlusskörper verschlos- sen ist. Bei der fluidischen Maschine handelt es sich vorzugsweise um eine hydraulische Strömungsmaschine oder Pumpe, die elektrisch angetrieben wird. Die elektrisch angetriebene Pumpe ist zum Beispiel als Seitenkanalpumpe ausgeführt. Die fluidische Maschine wird zum Beispiel als Wasserpumpe oder Ölpumpe im Automobilbereich eingesetzt. Bei der elektroni- schen Einrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine Leiterplatte, über die zum Beispiel Statorströme von einer außen an der Pumpe vorgesehenen elektrischen Anschlusseinrichtung an Statorwicklungen in dem Gehäusekörper weitergegeben werden. Mit Hilfe der Leiterplatte können auch zum Beispiel Ströme kommutiert werden, die zur Erzeugung eines elektromag- netischen Drehfelds dienen, mit dessen Hilfe ein Rotor in dem Gehäusekörper in Drehung versetzt wird. Bei dem duroplatischen Kunststoffmaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Epoxidharz, mit dem die Leiterplatte in einem Spritzgussverfahren umgossen wird. Die Leiter- platte wird vorzugsweise vollständig mit dem duroplatischen Kunststoffmaterial umgossen.

Das die Leiterplatte umgebende duroplastische Kunststoff material hat im ausgehärteten Zu stand vorteilhaft eine gleichmäßige Dicke von einigen Millimetern. Über den Diagnosezugang kann zum Beispiel ein Diagnosestecker an Diagnosepunkte in dem Diagnosebereich ange- schlossen werden. Mit dem Diagnosestecker können dann über die Diagnosepunkte Fehler im Betrieb der Pumpe, insbesondere im Betrieb der Leiterplatte, ermittelt werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der fluidischen Maschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlusskörper aus einem flüssigkeitsundurchlässigen, aber gasdurchlässigen, insbesondere wasserdampfdurchlässigen, Material gebildet ist, das einen unerwünschten Flüssigkeitseintritt verhindert. Bei dem atmungsaktiven Material handelt es sich zum Beispiel um ein Gore-Tex-Material. Bei den Worten Gore-Tex handelt es sich um einen als Marke ge- schützten Handelsnahmen. Der Verschlusskörper ist zum Beispiel als Verschlussstopfen aus- geführt und vorzugsweise lösbar, das heißt wiederholt zerstörungsfrei trennbar, mit dem den Diagnosezugang umgebenden duroplatischen Kunststoffmaterial verbunden. Die lösbare Ver- bindung ist zum Beispiel als stoffschlüssige Verbindung, vorzugsweise als Klebverbindung, ausgeführt. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der fluidischen Maschine ist dadurch gekenn- zeichnet, dass der Diagnosezugang an einer von außen gut zugänglichen Stelle der fluidi- schen Maschine angeordnet ist. Dadurch wird das Anbringen des Diagnosesteckers zu Diag- nosezwecken erheblich vereinfacht.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der fluidischen Maschine ist dadurch gekenn- zeichnet, dass der Diagnosezugang eine Diagnoseausnehmung umfasst, die den Diagnose- bereich in dem duroplastischen Kunststoffmaterial ausspart. Je nach Ausführung kann die flu- idische Maschine auch mehr als einen Diagnosezugang umfassen. Die Diagnoseausnehmung ist vorteilhaft so groß, dass vorteilhaft alle Diagnosepunkte im Diagnosebereich mit einem in die Diagnoseausnehmung eingesteckten Diagnosestecker kontaktiert werden können.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der fluidischen Maschine ist dadurch gekenn- zeichnet, dass der Diagnosebereich in der Diagnoseausnehmung mit einer Schutzschicht aus dem duroplastischen Kunststoff material versehen ist, die eine deutlich geringere Dicke als das duroplatische Kunststoffmaterial außerhalb der Diagnoseausnehmung aufweist. Dadurch wird auf einfache Art und Weise ein unerwünschtes Eindringen von Flüssigkeit im Betrieb der Pumpe in den Diagnosebereich verhindert. Durch die geringe Dicke der Schutzschicht, die vorzugsweise nur wenige zehntel Millimeter beträgt, wird auf einfache Art und Weise ein Durchdringen der Schutzschicht mit Nadeln ermöglicht, die an dem Diagnosestecker zu die sem Zweck vorgesehen sind.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der fluidischen Maschine ist dadurch gekenn- zeichnet, dass die Gestalt der Diagnoseausnehmung an die Gestalt eines Diagnosesteckers angepasst ist. Dadurch wird das Einstecken und Halten des Diagnosesteckers in der Diagno- seausnehmung vereinfacht.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der fluidischen Maschine ist dadurch gekenn- zeichnet, dass die fluidische Maschine einen Stator mit Statorwicklungen umfasst, die in das duroplastische Kunststoffmaterial eingebettet sind. Die Statorwicklungen gehören zu einem Stator, der zum Beispiel ein Statorblechpaket umfasst, das ebenfalls in das duroplastische Kunststoff material eingebettet ist. Die Leiterplatte wird vorzugsweise zusammen mit dem Sta- tor in einem Einspritzvorgang in das duroplastische Kunststoffmaterial eingebettet. Dadurch wird auf einfache Art und Weise ein stabiler, multifunktioneller Gehäusekörper für die fluidi sche Maschine geschaffen. Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Gehäusekörpers für eine vorab beschriebene flui- dische Maschine ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass der Diagnosebereich bei einem Umspritzen der elektronischen Einrichtung ausgespart wird, um den Diagnosezugang darzustellen. Das liefert den Vorteil, dass ein nachträgliches Bearbeiten des Gehäusekörpers entfallen kann.

Bei einem Werkzeug zum Herstellen eines Gehäusekörpers für eine vorab beschriebene flui- dische Maschine, insbesondere gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren, ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass das Werkzeug einen Stempel umfasst, der in dem Diagnosebereich angeordnet wird, um den Diagnosebereich beim Umspritzen der elektronischen Einrichtung auszusparen. Dabei kann der Diagnosebe- reich, insbesondere eine beziehungsweise die Diagnoseausnehmung, ganz oder teilweise- ausgespart werden. Wenn der Diagnosebereich beim Umspritzen mit dem duroplastischen Kunststoff material durch den Stempel vollständig ausgespart wird, dann liegen die Diagnose- punkte in dem Diagnosebereich nach dem Einspritzvorgang in dem Gehäusekörper frei. Wenn der Diagnosebereich mit dem Stempel nur teilweise ausgespart wird, dann wird beim Umsprit- zen mit dem duroplastischen Kunststoffmaterial eine Schutzschicht gebildet, die den Diagno- sebereich gegenüber der Umgebung abdichtet.

Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Verschlusskörper und/oder einen Diagnosestecker für eine vorab beschriebene fluidische Maschine. Der Verschlusskörper und der Diagnoseste- cker sind separat handelbar.

Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein Diagnoseverfahren zum Prüfen einer vorab be- schriebenen fluidischen Maschine. Zur Diagnose der fluidischen Maschine, insbesondere der Leiterplatte, wird ein beziehungsweise der Diagnosestecker so in dem Diagnosebereich, ins- besondere der Diagnoseausnehmung, angeordnet, dass vorteilhaft an dem Diagnosestecker vorgesehene Nadeln in Kontakt mit den Diagnosepunkten in dem Diagnosebereich kommen.

Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch eine Elektronikeinrichtung, insbesondere eine Lei- terplatte, mit einer Kunststoffumspritzung, die einen vorab beschriebenen Diagnosezugang aufweist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgen- den Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungs- beispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen: Figur 1 eine fluidische Maschine mit einem Gehäusekörper, der eine in ein duroplastisches Kunststoff material eingebettete Leiterplatte mit einem Diagnosebereich umfasst, in welchem ein Diagnosestecker angeordnet ist, im Längsschnitt;

Figur 2 die fluidische Maschine aus Figur 1 in einer Draufsicht auf den Diagnosebereich ohne Diagnosestecker; und

Figur 3 die gleiche Draufsicht wie in Figur 2 mit einem Verschlusskörper in dem Diagnosebe- reich.

In Figur 1 ist eine fluidische Maschine 1 mit einem Gehäuse 2 im Schnitt dargestellt. Bei der fluidischen Maschine 1 handelt es sich um eine Hydraulikpumpe, die zum Beispiel als Seiten- kanalpumpe ausgeführt ist. Das Gehäuse 2 der fluidischen Maschine 1 umfasst einen Gehäu- sekörper 3 mit einem Stator 5.

Der Stator 5 umfasst ein Statorblechpaket 6 mit einer Vielzahl von nicht näher bezeichneten Statorblechen und mit ebenfalls nicht näher bezeichneten Wicklungen, die auf mindestens ei- nem Wicklungsträger 7, 8 angeordnet sind. Die Wicklungen umfassen Wicklungsköpfe 9, 10,

11 , 12, die außerhalb des Statorblechpakets 6 angeordnet sind.

Das Statorblechpaket 6 mit den Wicklungen, den Wicklungsträgern 7, 8 und den Wicklungs- köpfen 9 bis 12 ist mit einem duroplastischen Kunststoffmaterial 13 umspritzt, um den Stator 5 darzustellen. Der Stator 5 umfasst radial innen einen Aufnahmeraum 14 für einen magnetisch wirksamen Teil eines (nicht dargestellten) Rotors.

Der Rotor und der Stator 5 stellen einen elektromotorischen Antrieb für die fluidische Maschi- ne 1 dar. In dem Gehäusekörper 3 des Gehäuses 2 ist ein Aufnahmeraum 15 für einen hyd- raulisch wirksamen Teil des Rotors vorgesehen. Der hydraulisch wirksame Teil des Rotors umfasst zum Beispiel ein Laufrad, das drehfest mit dem magnetisch wirksamen Teil des Ro- tors verbunden ist.

Der Stator 5 umfasst darüber hinaus eine zum Beispiel als Platine oder Leiterplatte ausgeführ- te elektronische Einrichtung 16, die ebenfalls mit dem Kunststoffmaterial 13 umspritzt ist. Die elektronische Einrichtung 16 wiederum ist mit elektronischen Bauteilen 17, wie Spulen oder Kondensatoren, bestückt. Darüber hinaus umfasst der Stator 5 eine elektrische Anschlussein- richtung 18. Die elektronischen Bauteile 17 sind mit dem Kunststoffmaterial 13 umspritzt. Die elektrische Anschlusseinrichtung 18 ist, zumindest teilweise, außerhalb des Stators 5 zugäng- lich, um eine elektrische Leitung an den Stator 5 anzuschließen.

Bei der fluidischen Maschine 1 handelt es sich zum Beispiel um eine Wasserpumpe oder eine Ölpumpe, die in ein Kraftfahrzeug eingebaut wird. Nach dem Einbau der Pumpe in das Kraft- fahrzeug wird ein passender elektrischer Stecker an der elektrischen Anschlusseinrichtung 18 angeschlossen. Im Betrieb der Pumpe 1 dreht sich ein (in Figur 1 nicht dargestellter) Rotor in dem Stator 5, um eine Flüssigkeit, wie Wasser oder Öl, zu fördern. Bei einer Fehlfunktion kann die Pumpe 1 ausgebaut und in einem Labor untersucht werden.

Zu Diagnosezwecken ist die Pumpe 1 zusätzlich zu der elektrischen Anschlusseinrichtung 18 mit einem Diagnosezugang 20 ausgestattet. In Figur 1 ist in dem Diagnosezugang 20 ein Di- agnosestecker 40 angeordnet. Mit dem Diagnosestecker 40 können Diagnosepunkte in einem Diagnosebereich 24 der als Leiterplatte ausgeführten elektronischen Einrichtung 16 kontak- tiert werden.

In den Figuren 2 und 3 sieht man, dass der Diagnosezugang 20 eine Diagnoseausnehmung 25 in dem duroplastischen Kunststoffmaterial 13 umfasst. Die Diagnoseausnehmung 25 umgibt, wie man in Figur 2 sieht, vier Diagnosepunkte in dem Diagnosebereich 24. Die Gestalt der Diagnoseausnehmung 25 ist an die Gestalt des Diagnosesteckers (40 in Figur 1 ) ange- passt.

In Figur 3 ist die Diagnoseausnehmung 25, die den Diagnosezugang 20 darstellt, durch einen Verschlusskörper 30 verschlossen. Der Verschlusskörper 30 ist aus einem Gore-Tex-Material gebildet. Dadurch wird auf einfache Art und Weise sicher verhindert, dass im Betrieb der Pumpe 1 Flüssigkeit in den Diagnosebereich 24 mit den Diagnosepunkten auf der Leiterplatte 16 gelangt.

Dadurch wird zum Beispiel eine unerwünschte Korrosion der Leiterplatte 16 im Diagnosebe- reich 24 verhindert. Gleichzeitig ermöglicht das nicht absolut flüssigkeitsdichte Material, aus welchem der Verschlusskörper 30 gebildet ist, einen Durchtritt von Gas, wie Wasserdampf. So kann zum Beispiel Flüssigkeit, wie Wasser, die beziehungsweise das in einer unerwünschten Art und Weise im Bereich der Leiterplatte 16 vorhanden sein kann, in Form von Gas, insbe- sondere in Form von Wasserdampf, in die Umgebung entweichen. Die Leiterplatte 16 und der Stator 5 sind vollständig mit dem Kunststoffmaterial 13 umspritzt. Das die Leiterplatte 16 und den Stator 5 umgebende Kunststoffmaterial 13 hat zum Beispiel eine Dicke von einigen Millimetern. Der Diagnosebereich 24 wurde beim Umspritzen gezielt von dem Kunststoffmaterial 13 ausgespart.

Zu diesem Zweck wird beim Einspritzen des Kunststoffmaterials 13 in ein geeignetes Spritz- gusswerkzeug der Diagnosebereich 24, vorzugsweise mit einem entsprechenden Stempel, ausgefüllt. Dabei kann der Stempel in Kontakt mit dem Diagnosebereich 24 kommen. Der Stempel kann aber auch beim Einspritzen in einem geringen Abstand zu dem Diagnosebe- reich 24 angeordnet werden, so dass sich eine Schutzschicht aus dem Kunststoffmaterial 13 über den Diagnosebereich 24 ergibt.

Bezuqszeichenliste

Fluidische Maschine

Gehäuse

Gehäusekörper

Stator

Statorblechpaket

Wicklungsträger

Wicklungsträger

Wicklungskopf

Wicklungskopf

Wicklungskopf

Wicklungskopf

Kunststoffmaterial

Aufnahmeraum

Aufnahmeraum

Elektronische Einrichtung

Elektronisches Bauteil

Elektrische Anschlusseinrichtung

Diagnosezugang

Diagnosebereich

Diagnoseausnehmung

Verschlusskörper

Diagnosestecker