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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer Anlaufscheibe für eine elektrische Maschine
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Anlaufscheibe
für eine
elektrische Maschine ist auf einer Welle zwischen einem Lager und
einem von Bürsten
beaufschlagten, rotierenden elektrischen Kontaktelement anordenbar.
Die Anlaufscheibe weist einen Bereich zu Dichtung mit zwei Stirnseiten
auf und hat an jeder Stirnseite wenigstens einen Auflageabschnitt
für das
Lager oder den Rotor.
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Elektromotoren,
wie sie üblicherweise
für Heiz-
und Klimamotoren eingesetzt werden, müssen hohe Anforderung bezüglich Geräusch erfüllen. Großen Einfluss
darauf hat die sogenannte Ankerlängsschwingung,
die über
das im Elektromotor befindliche Längsspiel von üblicherweise
einigen Zehntel Millimetern im Betrieb angeregt wird. Im Elektromotor befinden
sich sogenannte Anlaufscheiben, die zwischen den stehenden Gleitlagern
und dem sich drehenden Anker oder Rotor angeordnet sind und durch ihre
Materialeigenschaften – wie
Verschleißfestigkeit, Oberfläche, Standzeit
etc. – die
Reibung mindern. Aufgrund ebenfalls hoher Anforderungen an die Standzeit,
d.h. Verschleißfestigkeit,
hat das Material, in der Regel elastischer Kunststoff, wie zum Beispiel Polyester-Elastomer,
eine geringe eigene Elastizität. Es
ist auch bekannt, Wellscheiben oder Wellringe einzubauen. Diese
funktionieren aber nur bei Kontakt zwischen den stehenden und drehenden
Teile.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Anlaufscheibe
für eine
elektrische Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs
1 hat den Vorteil, dass die Dämpfung
der Ankerlängsschwingung durch
einen gefederten bzw. elastischen Bereich der Geometrie der Anlaufscheibe
bestimmt wird. Außerdem
hat die Anlaufscheibe eine hohe Verschleißfestigkeit. Es sind keine
zusätzlichen
Teile für
die Federung notwendig. Der Motoraufbau wird dadurch einfacher und
die Baulänge
wird nicht erhöht.
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Hierzu
weist die Anlaufscheibe für
eine elektrische Maschine zur Anordnung auf einer Welle zwischen
einem Lager und einem Rotor, vorzugsweise einem von Bürsten beaufschlagten,
rotierenden elektrischen Kontaktelement, einen Bereich zur Dichtung mit
zwei Stirnseiten auf und an jeder Stirnseite wenigstens einen Auflageabschnitt
für das
Lager oder den Rotor, wobei die Auflageabschnitte über an der Anlaufscheibe
ausgebildete, federnde Abschnitte miteinander verbunden sind.
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Durch
diese Geometrie wird die Kraft über
einen elastischen Bereich eingeleitet. Das dadurch geänderte Steifigkeits-
und Dämpfungsverhalten
wirkt im Betrieb der Ankerlängsschwingung
entgegen und dämpft
die Anregung recht stark.
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Dadurch,
dass Krafteinleitungsstellen des wenigstens einen Auflageabschnitts
der einen Stirnseite radial und/oder in Umfangsrichtung der Anlaufscheibe
versetzt zu Krafteinleitungsstellen des wenigstens einen Auflageabschnitt
der anderen Stirnseite angeordnet ist und dass die Auflageabschnitte durch
die federnden Abschnitte der Anlaufscheibe miteinander verbunden
sind, wird die Federkennlinie der Anlaufscheibe sehr flach.
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Vorzugsweise
ist der äußere Dichtungsbereich
der Anlaufscheibe zur Ölrückführung gewölbt. Dadurch
werden ein Kommutator oder Schleifring vom im Lager vorhandenen
Schmiermittel abgeschirmt.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung verlaufen am Bereich zur Dichtung
radiale Rippen. Dadurch lässt
sich die Steifigkeit der Anlaufscheibe gut beeinflussen.
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Dadurch,
dass die Anlaufscheibe einen Bund zur Auflage auf einer Welle aufweist,
der in axialer Richtung der Anlaufscheibe vorzugsweise eine größere Materialstärke aufweist
als der daran angrenzende gewölbte
Bereich, lässt
sich eine gute Dichtwirkung gegen auf einer Welle kriechendes Schmiermittel
erzielen.
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Dadurch,
dass der Bund mit dem gewölbten Bereich
an einer Stirnseite bündig
abschließt
und auf der anderen Stirnseite einen axialen Überstand hat und die Rippen
bündig
mit dem axialen Überstand abschließen, ergibt
sich ein sehr kompakter Aufbau.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung ist der wenigstens eine Auflageabschnitt
der einen Stirnseite auf einem ersten Radius und der wenigstens
eine Auflageabschnitt der zweiten Stirnseite auf einem zweiten Radius
angeordnet, wobei der erste Radius größer als der zweite Radius ist,
und wobei die Auflageabschnitte über
den Bereich zur Dichtung federnd miteinander verbunden sind.
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Als
Kunststoff-Formteil lässt
sich die Anlaufscheibe kostengünstig
herstellen.
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Eine
elektrische Maschine mit einer derartigen Anlaufscheibe ist leiser
und kann kürzer
bauen. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Anlaufscheibe mit der
einen Stirnseite an einem Lager, vorzugsweise einem Gleitlager,
und mit der anderen Stirnseite an einem Kommutator anliegt. Vorzugsweise
hat die Anlaufscheibe auf der Welle einen Presssitz.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der
Beschreibung.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
elektrische Maschine in einem Längsschnitt,
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2 eine
erste Anlaufscheibe in einer ersten perspektivischen Ansicht,
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3 die
erste Anlaufscheibe in einer zweiten perspektivischen Ansicht,
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4 die
erste Anlaufscheibe im Längsschnitt
gemäß den Linien
IV-IV in 2,
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5 eine
zweite Anlaufscheibe in einem Längsschnitt,
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6 eine
dritte Anlaufscheibe in einem Längsschnitt,
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7 eine
vierte Anlaufscheibe in einem Längsschnitt,
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8 eine
fünfte
Anlaufscheibe in einem perspektivischen Längsschnitt,
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9 eine
sechste Anlaufscheibe in einem perspektivischen Längsschnitt
und
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10 eine
siebte Anlaufscheibe in einem perspektivischen Längsschnitt.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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In
der 1 ist ein Teil einer rotierende elektrische Maschine
vereinfacht in einem Längsschnitt dargestellt.
Die elektrische Maschine ist ein Elektromotor 10, der in
einem Kraftfahrzeug beispielsweise in einem Fensterheber, Wischerantrieb,
vorzugsweise einem Heiz- und Gebläseantrieb etc. verwendet wird.
Es kann jedoch auch ein Generator sein.
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Der
Elektromotor 10 weist einen bewickelten Anker 12 auf,
der auf einer Welle 14 angeordnet ist. Die Welle 14 ist
mit zwei Lagern 16 gelagert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei den Lagern 16 um gesinterte Kalottenlager
beziehungsweise Gleitlager, die mit Öl getränkt sind. Die Lager 16 sind
in zwei Lagerschildern 18 des Elektromotors 10 angeordnet.
Die Lagerschilder 18 sind an den Stirnseiten eines Gehäuses 19 angeordnet.
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Zwischen
einem der Lager 16 und einem Kommutator 20 ist
auf der Welle 14 eine Anlaufscheibe 22 mit einer
Aufnahmebohrung 23 für
die Welle 14 angeordnet, die vorzugsweise mit beiden Stirnseiten 24, 26 am
Lager 16 und dem Kommutator 20 anliegt und vorzugsweise
einen Presssitz auf der Welle 14 hat. Durch den Presssitz
wird auf der Welle 14 eine Abdichtung erreicht. Zwischen
dem anderen Lager 16 und dem Anker 12 bzw. einem
weiteren Bauteil, wie zum Beispiel einer Hülse, dem Bund einer Isolierlamelle,
ist eine weitere Anlaufscheibe 22 angeordnet. Jedoch kann
diese auch entfallen oder eine anders geformte Anlaufscheibe vorgesehen
sein. Die Anlaufscheibe 22 kennzeichnet sich dadurch, dass sich
der Anker 12 über
den Kommutator 20 axial an ihr abstützt. Die Anlaufscheibe 22 wiederum
liegt am Lager 16 an.
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Anstelle
des Kommutators 20 kann auch ein Kollektor eines Generators
vorgesehen sein. In beiden Fällen
handelt es sich um ein von Bürsten 28,
die in Bürstenköchern 30 geführt sind,
die wiederum über Befestigungslaschen
an einem Bürstenträger 32 einer
elektrischen Maschine befestigt sind, beaufschlagten, rotierenden
elektrischen Kontaktelement.
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In
den 2 bis 3 ist eine Anlaufscheibe 22.1,
die vorzugsweise ein Kunststoff-Formteil
ist, vergrößert dargestellt.
Die Anlaufscheibe 22.1 weist einen gewölbten Bereich 34.1 zur
Schmiermittelrückführung in
das Lager 16 auf. Hierzu erstreckt sich die Anlaufscheibe 22.1 haubenförmig über die
ihr zugewandte Stirnseite des Lagers 16. Am äußeren Rand weist
sie eine umlaufende nach innen gerichtete Nase 36 auf.
Dadurch kann Schmiermittel wie zum Beispiel Öl wieder zurückgeführt zum
Lager 16 werden. Der gewölbte Bereich 34.1 kann
auch gerade ausgebildet sein. Jedoch ist die Wirkung der Rückführung des
Schmiermittels durch die gewölbte
Ausbildung wesentlich größer. Wesentlich
ist, dass ein Dichtungsbereich vorgesehen ist.
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An
der einen Stirnseiten 24 ist ein Auflageabschnitt 38.1 für das Lager 16 und
an der anderen Stirnseite 26 ist ein Auflageabschnitt 40.1 für den Anker 12 ausgebildet.
Die Auflage des Ankers 12 bzw. Rotors kann direkt am Auflageabschnitt 40.1 oder mittels
des Kommutators 20 erfolgen. Die Auflageabschnitte 38.1 und 40.1 sind
ringförmig
ausgebildet. Sie können
aber auch Erhöhungen
wie Rippen aufweisen, so dass auf jeder Stirnseite 24, 26 mehrere Auflageabschnitte 28.1, 40.1 gebildet
sind.
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Die
Auflageabschnitte 38.1, 40.1 sind über an der
Anlaufscheibe 20.1 ausgebildete, federnde Abschnitte miteinander
verbunden. Bei der Anlaufscheibe 20.1 der 2 bis 3 erfolgt
dies so, dass der Auflageabschnitt 38.1 der einen Stirnseite 24 auf
einem ersten Radius 42 und der Auflageabschnitt 40.1 der
zweiten Stirnseite 26 auf einem zweiten Radius 44 angeordnet
ist. Der erste Radius 42 ist größer als der zweite Radius 44.
Dadurch sind die Auflageabschnitte 38.1, 40.1 über den
Bereich 34.1 federnd miteinander verbunden. Wesentlich
dabei ist, dass Krafteinleitungsstellen 46 des einen Auflageabschnitts 38.1 der
einen Stirnseite 24 radial versetzt zu Krafteinleitungsstellen 48 des
Auflageabschnitt 40.1 der anderen Stirnseite 40.1 angeordnet
ist und die Auflageabschnitte 38.1, 40.1 durch
einen federnden Abschnitt der Anlaufscheibe 20.1 miteinander
verbunden sind.
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Die
Anlaufscheibe 20.1 umfasst am inneren Rand weiterhin einen
Bund 50.1, der in axialer Richtung der Anlaufscheibe 20.1 vorzugsweise
eine größere Materialstärke aufweist
als der direkt daran angrenzende gewölbte Bereich 34.1.
Am äußeren Rand 50.1 kann
die Materialstärke
des gewölbten
Bereichs 34.1 größer sein
als die des Bunds 50.1.
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Ferner
verlaufen am Bereich 34.1 radiale Rippen 52. Diese
sind auf der Außenseite
des gewölbten
Bereichs 34.1 ausgebildet, wobei auch eine alternative
oder zusätzliche
Anordnung innen möglich
wäre. Es
sind drei, vier oder auch mehr Rippen 52 vorgesehen, die
vorzugsweise gleichmäßig am Umfang
der Anlaufscheibe 20.1 verteilt sind.
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Der
Bund 50.1 schließt
mit dem gewölbten Bereich 34.1 an
der Stirnseite 24 bündig
ab. Auf der anderen Stirnseite 26 hat der Bund 50.1 einen
axialen Überstand 54 in
Bezug auf den gewölbten
Bereich 34.1. Die Rippen 52 schließen hier
bündig
mit dem axialen Überstand 54 ab.
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Es
wird also eine Dämpfung
der Ankerlängsschwingung
und Verringerung der Geräuschanregung
durch Einsatz der gefederten Anlaufscheibe 20.1 erreicht,
wobei deren Elastizitäts-
und Dämpfungsverhalten
hauptsächlich
durch die Geometrie und nicht nur durch Materialeigenschaften, wie
dessen Elastizität,
oder Zusatzteile, wie zum Beispiel Federn, erreicht wird.
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In
der 5 ist eine erste abgewandelte Anlaufscheibe 22.2 gezeigt.
Der gewölbte
Bereich 34.2 hat die speziellere Form eines Topfes. Der
Bund 50.2 erweitert sich trichterförmig in diesen Topf, wodurch ein
Auflageabschnitt 38.2 ausgebildet ist, der gegenüber dem
Auflageabschnitt 40.2 einen anderen Radius aufweist.
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Ansonsten
wird an dieser Stelle hinsichtlich der 5 und auch
der 6 bis 10 auf die Beschreibung der 1 bis 4,
insbesondere bei nicht näher
erläuterten
Bezugszeichen, Bezug genommen.
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In
der 6 ist eine zweite abgewandelte Anlaufscheibe 22.3 gezeigt.
Der gewölbte
Bereich 34.3 ist topfförmig
ausgebildet. Der Auflageabschnitt 38.3 ist an der Stirnseite 24 des
Bunds 50.3 ausgebildet. Der Auflageabschnitt 40.3 ist
ein umlaufender Bund mit einem größeren Radius als der des Auflageabschnitts 38.3.
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In
der 7 ist eine dritte abgewandelte Anlaufscheibe 22.4 gezeigt.
Der gewölbte
Bereich 34.4 ist topfförmig
ausgebildet. In einem radial verlaufenden Abschnitt des Bereichs 34.4 ist
eine ringförmige axiale
Vertiefung 56 oder Sicke ausgebildet, in der sich Schmiermittel
sammeln kann. Der Auflageabschnitt 38.4 ist als mehrere
ringförmige
ausgebildete Rippen um den Bund 50.4 herum ausgebildet.
Der Auflageabschnitt 40.3 ist an der Stirnseite 26 des Bunds 50.4 mit
einem kleineren Radius als der des Auflageabschnitts 38.4 ausgebildet.
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In
der 8 ist eine vierte abgewandelte Anlaufscheibe 22.5 gezeigt.
Der gewölbte
Bereich 34.5 hat eine Topfform. Der Bund 50.5 ist über in Umfangsrichtung
und axial verlaufende Federstege 58 mit dem gewölbten Bereich 34.5 verbunden.
Durch spritzgusstechnisch bedingte Durchbrüche 59 ist zwar keine
so gute Dichtwirkung erzielbar, wie bei den vorangegangen Anlauscheiben.
Der Bereich 34.5 trägt
aber dennoch seinen Teil zur Rückführung von
Schmiermittel zum Lager 16 bei. Der Auflageabschnitt 40.5 ist
an der Stirnseite 26 des Bunds 50.5 ausgebildet
und der Auflageabschnitt 38.5 um die Stirnseite 24 des
Bunds 50.5 herum. Dadurch ergibt sich ein größerer Radius.
Zusätzlich
kommt aber noch die Wirkung der Federstege 58 hinzu.
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In
der 9 ist eine fünfte
abgewandelte Anlaufscheibe 22.6 gezeigt. Der gewölbte Bereich 34.6 hat
eine Topfform. An der Stirnseite 26 des Bunds 50.6 ist
der Auflageabschnitt 40.6 ausgebildet. Innerhalb des gewölbten Bereichs 34.6 sind
Federzungen 60 vorgesehen. An der Stirnseite 24 der
Federzungen 60 sind die Auflageabschnitte 38.6 auf
einem größeren Radius
als der Auflageabschnitt 40.6 angeordnet. Durch diese Ausbildung
ist es möglich,
dass die Auflageabschnitt 38.6 und 40.6 auf einem
gemeinsamen Radius liegen. Auch hier ist durch spritztechnisch bedingte
Durchbrüche 60 keine
so gute Dichtwirkung erzielbar, wie bei den vorangegangen Anlauscheiben.
Der Bereich 34.6 trägt
aber zur Rückführung von
Schmiermittel zum Lager 16 bei.
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In
der 10 ist eine sechste abgewandelte Anlaufscheibe 22.7 gezeigt.
Der gewölbte
Bereich 34.7 hat eine Topfform. An der Stirnseite 26 des Bunds 50.7 ist
der Auflageabschnitt 40.7 ausgebildet. Auf der Stirnseite 24 ist
um den Bund 50.7 herum und auf einem größeren Radius als der Auflageabschnitt 40.7 ein
Ring 62 angeordnet. An dessen Stirnseite 24 ist
der Auflageabschnitt 38.7 ausgebildet. Der Ring 62 ist über Federstege 64,
die axial und in Umfangsrichtung der Anlaufscheibe 22.7 verlaufen
federnd mit der Anlaufscheibe 22.7 verbunden. Dies kann
auf dem gleichen Radius wie der des Auflageabschnitts 38.7 erfolgen,
oder auf einem größeren Radius.
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Bei
allen abgewandelten Anlaufscheiben 22.2, 22.3, 22.4, 22.5, 22.6, 22.7 können ebenfalls Rippen 52 ausgebildet
sein.