DE102005009116A1

DE102005009116A1 - Elektromotorischer Antrieb

Info

Publication number: DE102005009116A1
Application number: DE102005009116A
Authority: DE
Inventors: Helmut Sesselmann
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2005-03-01
Filing date: 2005-03-01
Publication date: 2006-09-07
Also published as: CN101133541A; JP2008532471A; WO2006092132A1; KR20070108543A; EP1869749A1; US20080164775A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromotorischen Antrieb für ein Kraftfahrzeug, bestehend aus einem auf einer Rotorwelle befindlichem Anker, einem Rohrelement mit an den Innenseiten angebrachten Magnetschalen sowie an den Enden des Rohres angebrachte, die Rotorwelle lagernde Elemente. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen solche elektromotorischen Antrieb für ein Kraftfahrzeug weiterzubilden. Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, dass Mittel (17, 18, 19) vorgesehen sind, durch die die Rotorwelle (4) lagernden Elemente (1, 2) gegenüber den Magnetschalen (13, 14) ausgerichtet werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromotorischen Antrieb gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Elektromotorische Antriebe finden in Kraftfahrzeugen unter anderem bei Fensterhebern, Antrieben für Schiebetüren oder in Sitzverstellungen Verwendung. Ein Beispiel für einen derartigen Antrieb zeigt die DE 201 11 575 U1 .

Bekannte Elektromotore in Form von Gleichstromstabankermotoren weisen einen einen Poltopf auf, welcher aus Metall besteht und durch Tiefziehen in mehreren Ziehstufen hergestellt ist. Die Magnete des Stators sind mittels Klammern oder Verklebung in dem sehr genau herzustellenden Poltopf befestigt, um im Bereich der Anlageflächen der Magnete zum Poltopf parasitäre Luftspaltverluste zu vermeiden. Bekannte Poltöpfe sind im Querschnitt den unterschiedlichen radial wirkenden Flussdichten (Sättigung im Eisen) nicht angepasst.

Aus der US 5,924,668 ist ein elektromotorischer Antrieb für ein Kraftfahrzeug bekannt, welcher eine Sitzverstellung treibt. Dieser Antrieb besteht aus einem auf einer Rotorwelle befindlichem Anker, einem Rohrelement mit an den Innenseiten angebrachten Magnetschalen, an den Enden des Rohres angebrachte, die Rotorwelle lagernde Elemente. Die die Rotorwelle lagernden Elemente sind bezüglich dem Rohrelement ausgerichtet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektromotorischen Antrieb für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 weiterzubilden.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nach der Erfindung sind Mittel vorgesehen, durch die die Rotorwelle lagernden Elemente gegenüber den Magnetschalen ausgerichtet und zentriert werden. Die Magnete (Erregermagnete) des Rohrelementes werden als in Kunststoff gebundene Magnetpartikel an die Innenseite des Rohrelementes appliziert/gespritzt. Vorzugsweise finden kunststoffgebundene Seltenerdenmagnete Verwendung. Durch den Spritzprozess – Spritzgießen mit Polyamiden, insbesondere modifiziertes temperaturbeständiges Polyamid – lassen sich mechanische Genauigkeiten von wenigen hundertstel Millimetern erzielen. Aufwändige Nacharbeiten – z.B. Schleifen bei gesinterten Magnetmaterialien – entfallen. Das Spritzgußverfahren gestattet eine nahezu beliebig komplexe Formgebung, wobei die Realisierung zusätzlicher mechanischer Funktionen möglich ist. Auf Verfahrensschritte zum Befestigen von Magnetschalen – Umspritzen mit Kleber, Befestigung von Magnetschalen mit Metallteilen – kann verzichtet werden. Die Verwendung von in Kunststoff gebundenen Seltenerde Magnete vermindert die Verluste durch Wirbelströme – ebenfalls wird das spezifische Gewicht verringert. Das aus Stahl bestehnde Rohrelement kann mit flussoptimiertem Querschnitt endlos gezogen sein. Ferner ist es ebenfalls möglich, das die Magnete aufnehmende Rohrelement von einem Halbzeug (Band) zu rollen.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, das Rohrelement aus zwei Halbschalen herzustellen. Hier kann dann vorgesehen sein, diese Halbschalen über das eingespritzte und die Magnetpole bildende Kunststoffmaterial zu verbinden. An Stelle bzw. zusätzlich zu der Verbindung der Halbschalen mittels der eingespritzten Kunststoffmagnete kann eine form-, kraft- oder reibschlüssige Verbindungstechnik der Halbschalen zur Anwendung kommen.

Die die Rotorwelle lagernde und bzgl. der Magnetschalen ausrichtende und zentrierenden Elemente sind vorzugsweise als Kunststoffteile ausgebildet und bilden einen Lagerflansch und einen Getriebeflansch. Diese weisen die vorgesehenen Lagerelemente auf. Durch die Verwendung von Kunststoff an den beiden Polrohrenden ergibt sich eine Ersparnis an Stahl und somit auch Gewicht – bei einem herkömmlichen, durch Tiefziehen hergestellten Poltopf bestehen ebenfalls der Boden mit dem Kalottensitz der Lagerung der Rotorwelle als auch der vordere Flanschbereich für das angeschlossene Getriebe aus Stahl.

Lager und Getriebeflansch können einteilig oder auch zweiteilig ausgeführt sein. Bei einer einteiligen Gestaltung des Flansches ist das Lager für die Rotorwelle direkt in diesem Lager integriert. Bei einer zweiteiligen Ausführung des Flansches ist das Lager für die Welle in einem zusätzlichen Flansch oder einem separat einsetzbaren Kalottenlagersitz im Flansch eingesetzt. In dem Flansch kann zusätzlich auch eine Elektronik in Form einer Platine untergebracht sein. Zur Aufnahme des Lagers weist diese Platine dann im Bereich der Motorwellenlagerung eine Aussparung auf.

Das erfindungsgemäß vorgesehene, die aus in Kunststoff gebundenen Magnetelemente aufnehmende Rohrelement muss kein präziese gefertigtes Formteil sein – die Wandstärke des Stahlrohres bzw. der Rohrhälften ist an den magnetischen Fluss angepasst. Der Rohrkörper hat somit die Funktion der optimalen Flussführung und die eingespritzten, in Kunststoff gebundenen Magnete zu tragen. Die notwendige Genauigkeit des inneren Magnetmantels zum Anker (Innendurchmesser sowie Konzentrizität zur Achse der Rotorwelle – bewirkt durch Spritzgussform beim Einspritzen des magnetischen Kunststoffmaterials) ist auf die eingespritzten Magnetkörper übertragen, welche stirnseitig eine formschlüssig mit einer entsprechenden Gegenform an dem Element (Lagerflansch, Getriebeflansch) zusammenwirkende Ausrichtstruktur aufweist. Hierzu können die Stirnseiten der kunststoffbasierenden Magnetschalen konisch bzw. als Formabsatz stufig gestaltet sein. Die das Rohrelement abschließenden und die Welle lagernden Elemente (Lagerflansch, Getriebeflansch) weisen eine entsprechend gestaltete Gegenkontur auf, durch welche die Elemente und somit die Lage des Rotors zu den Magnetschalen zentrisch exakt ausgerichtet werden.

Durch das Aufspritzen der Magnetschalen in das Rohrelement ergibt sich eine vollständige Anlage des magnetischen Materials an die Stahlrohrwand – es werden Inhomogenitäten und Luftspalte zwischen magnetischem Material und der Stahlrohrwand vermieden. Durch die zuvorstehnd erläuterte Ausrichtung der Rotorwelle und somit des Ankers zu den Magnetschalen ergibt sich ein hochgenauer Luftspalt zwischen Magnetschale und Anker. Leistungsverluste und schädliche Schwingungen werden vermieden.

Zur sicheren Befestigung der eingespritzten Magnetschalen an der Rohrinnenwand weist das Rohrelemen gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung Hinterschnitte bzw. Formprägungen auf. Bei entsprechender Gestaltung dieser Formprägungen ergibt sich neben einer Anhaftung des magnetischen Kunststoffes eine zusätzliche formschlüssige Befestigung.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind in den Lager und den Getriebeflansch Dichtungen eingesetzt. Auch können Dichtungen mit einem zweikomponentigem Kunststoff zwischen Lager- bzw. Getriebeflansch und dem Rohrelement vorgesehen sein. Neben der Abdichtung ergibt sich auch eine akustische Entkopplung – der erfindungsgemäße Motor läuft geräuschärmer.

Gemäß einer Gestaltung der Erfindung weist die Rotorwelle an einem Ende eine Schnecke auf. Über diese Schnecke kann dann über ein Schneckenrad und ggf. eine weitere Stirnradstufe eine Seiltrommel eines Seilfensterhebers getrieben werden. Auch sind über die Schnecke nebst Schneckenrad andere Verstelleinrichtungen innerhalb eines Krafttahrzeuges betätigbar.

Bei der Ausführung der Rotorwelle mit einer Schnecke an einem Ende ist die Rotorwelle vorzugsweise an beiden Enden des Rotorankers gelagert. Entsprechend weisen das Lager- als auch das die Rotorwelle herausleitende Getriebeflansch je ein Lager auf. Die jenseits des Getriebeflansches sitzende Schnecke ist bei kurzer Ausführung vorzugsweise fliegend gelagert. Bei einer längeren Schnecke kann zusätzlich eine weitere Lagerabstützung der Welle vorgesehen sein.

Lager- und Getriebeflansch werden vorzugsweise durch zwei außerhalb des Rohrelementes verlaufende Stahlklammern zusammengehalten. Dazu weisen Getriebe- und Lagerflansch Befestigungsnieschen auf, in welche die Enden der Klammern jeweils angreifen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Rohrelement genau in dem Bereichen abgeflacht ist, in welchen sich die Enden der Lagerschalen gegenüberliegen. Die Verbindung von Lager- und Getriebeflansch über die Stahlklammern erfolgt dann in diesem Bereich. Durch die Stahlklammern werden dann nicht nur die beiden Flansche an den jeweiligen Stirnenden des Rohrelementes gehalten, sondern die Stahlkammern vergrößern auch den Flussquerschnitt in diesem exponiertem Bereich des Rohrelementes (hohe Sättigungsinduktion).

Die Stahlklammern können an den Enden als Haken ausgebildet sein, welche in entsprechende Nieschen des Lager- und/oder Getriebeflansches eingreifen. Auch ist es möglich, die beidseitig des Rohrelementes angeordneten Klammern als einen U-förmigen Bügel auszubilden, wobei die Schenkel dieses Bügels entlang des Rohrelementes verlaufen und der Mittenbereich des Bügels den Lagerflansch umschließt. Weiterhin ist es auch möglich, die Klammern als je ein Stahlband auszuführen, wobei die Enden der Bänder durch je eine Langlochöffnung im Lager- und im Getriebeflansch hindurchgeführt und die hindurchragenden Enden verformt sind. Die beschriebenen Ausführungs- und Befestigungsformen der Stahlklammern bzw. Bänder können auch miteinander kombiniert sein.

Des weiteren erfolgt die Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung an Hand der Zeichnungen. Diese zeigen:
1 den erfindungsgemäßen Antrieb mit einer Schnecke in Außenansicht,
2 das Rohrelement mit Magnetschalen und Anker,
3 das Rohrelement mit einer an der Rotorwelle angebrachten Schnecke sowie einem Lagerflansch nebst Elektronikeinheit.
4 den Gegenstand nach 3 ohne Rohrelement,
5 und 6 die Zentrierung des Fflansches gegenüber den Magnetschalen des Rohrelementes, und
7–9 Befestigungsmöglichkeiten von Getriebe. und Lagerflansch.
1 zeigt den erfindungsgemäßen Antrieb in einer Außenansicht. Eine in einem Lager- sowie einem Getriebeflansch 1, 2 gelagerte Rotorwelle 4 weist an einem Ende eine Schnecke 5 auf, welche über ein Schneckenrad 6 und eine nachgeordnete Stirnradstufe eine nicht dargestellte Seiltrommel eines Seilfensterhebers treibt. Der Lagerflansch 1 weist zusätzlich eine Elektronikeinheit 7 mit Steckanschluss 8 auf. Die aus Kunststoff bestehenden Lager- und Getriebeflansche 1, 2 sind jeweils an dem stirnseitigen Ende eines den hier nicht dargestellten Anker umgebenden Rohrelementes 3 angebracht und werden von zwei mit ihren abgewinkelten Enden in Befestigungsnieschen 10, 11 eingreifende Stahlklammern 9 gehalten. Die Flansche 1, 2 weisen nicht dargestellte und die Rotorwelle 4 lagernde Elemente in Form von Gleit- bzw. Wälzlagern auf. In 4 sind mit A und B die Lagerstellen der Rotorwelle 4 gekennzeichnet.
Das Rohrelement ist als ein an zwei gegenüberliegenden Seiten abgeflachtes Rohr 3 aus Stahl ausgebildet (2). An den innen konkav verlaufenden Bereichen zwischen den Abflachungen 12 sind mittels eines Formspritzverfahrens Magnetschalen 13, 14 angebracht, welche aus einem in Kunststoff gebundenen Magnetwerkstoff bestehen. Der Außenbereich des Rohres ist mit Formprägungen 15 versehen, welche an der Innenseite des Rohres 3 den aufgespritzten Magnetschalen einen zusätzlichen Halt bieten. Im Rohr 3 wirkt ein auf der Rotorwelle 4 angebrachter Anker 16 in an sich bekannter Weise mit den Magnetschalen 13, 14 zusammen.
In den 2, 3, 4 und 6 sind konisch verlaufende Zentrierflächen 17 an den Magnetschalen bzw. die korrespondierend dazu ausgebildeten Zentrierflächen 18 an Lager- und Getriebeflansch 1, 2 dargestellt. Durch diese Zentriertlächen 17, 18 erfolgt die Ausrichtung der die Rotorwelle 4 lagernden Flansche 1, 2 und somit des Ankers 16 auf der Rotorwelle 4 gegenüber den Magnetschalen 13, 14. 5 zeigt hierbei eine Variante der Zentrierung des Lager- bzw. Getriebeflansches 1, 2 gegenüber den Magnetschalen l3, 14. Hier erfolgt die Zentrierung durch einen Stufenbereich 19 an der Stirnseite einer Magnetschale 13, 14 mit korrespondierend dazu ausgebilder Kontur an Lager- bzw. Getriebeflansch 1, 2. Sowohl bei der Variante nach 5 als auch der nach 6 ist zwischen Lager- bzw. Getriebeflansch 1, 2 und dem Stirnseitigen Ende des Rohres 3 ein Dichtelement 20 eingesetzt.
3 zeigt das Rohr 3 mit den beiden eingespritzten Magnetschalen 13, 14, dem dazwischen befindlichen Anker 16, der Rotorwelle 4 sowie der Schnecke 5. Der Getriebeflansch 2 nach 1 fehlt bei dieser Darstellung. Am rückwärtigen Ende des Rohres ist der Lagerflansch 1 angebracht, welcher den an der Oberseite des Rohres 3 sitzenden Elektronikteil 7 mit einer Steckanschluss 8 zum Anschluss an einer nicht dargestellte Fahrzeugelektronik mitumfasst. 3 zeigt ebenfalls die beiden das Rohr 3 an den abgeflachten Seiten 12 flankierenden Stahlklammern 9. Die Enden der Klammern 9 wirken pro Seite mit je einer Befestigungsniesche 10, 11 an Lager- bzw. Getriebeflansch 1, 2 zusammen. In 4 ist eine der Befestigungsnieschen 10 am Lagerflansch 1 wiedergegeben. Zu erkennen ist ferner die Zentrierfläche 18 am Lagerflansch 1 sowie eine Führungslasche 21, welche im abgeflachten Bereich des Rohres 3 zwischen den beiden Magnetschalen 13, 14 eingesteckt wird. Die hier beschriebene Befestigung des Lager- und des Getriebeflansches 1, 2 mittels der Stahlklammern 9 am Rohr 3 ist ebenfalls in 10 gezeigt.
Ber der Variante nach 7 und 8 sind die beiden Stahlklammern 9 nach 10 zu einem Bügel 22 zusammengefasst, dessen Mittenteil den hinteren Lagerteil 1 umfasst. Die vorderen Enden des Bügels wirken wie bei der Variante nach 10 mit je einer Befestigungsniesche 11 im Getriebeflansch 2 zusammen.
Die Befestigung von Lager- und Getriebeflansch 1, 2 am Rohr 3 erfolgt gemäß 9 mittels zwei beidseitig das Rohr 3 im Bereich dessen Abflachung 12 flankierender Stahlstreifen 23, deren Enden durch Schlitze 24 im Lager- und Getriebeflansch 1, 2 hindurchgesteckt sind. Die Enden der Stahlstreifen 23 sind in vorgesehenen Bereichen umgebogen bzw. verdreht. Hierdurch werden die vorgesehenen Zugkräfte zur Befestigung von Lager- und Getriebeflansch 1, 2 am Rohr erzeugt 3.
11 zeigt eine Variante zur Anbringung der Stahlklammer 9, des Bügels 22 bzw. des Stahlstreifens 23. Das Rohr 3 weist im Bereich der zwei gegenüberliegenden Abflachungen 12 jeweils eine Vertiefung 25 auf, in welche die Stahlklammer 9, der Bügel 22 bzw. der Stahlstreifen 23 einlegbar ist. Die Vertiefung ist dabei derartig bemaßt, dass die Oberseite von Stahlklammer 9, Bügel 22 bzw. Stahlstreifen 23 plan mit der Abflachung abschließt.

1: Lagerflansch
2: Getriebeflansch
3: Rohr
4: Rotorwelle
5: Schnecke
6: Schneckenrad
7: Elektronikeinheit
8: Steckanschluss
9: Stahlklammer
10: Befestigungsniesche
11: Befestigungsniesche
12: Abflachung
13: Magnetschale
14: Magnetschale
15: Formprägung
16: Anker
17: Zentrierfläche (Magnetschale 13, 14)
18: Zentrierfläche (Lager- Getriebeflansch 1, 2)
19: Stufenbereich
20: Dichtelement
21: Führungslasche
22: Bügel
23: Stahlstreifen
24: Schlitz
25: Vertiefung
A, B: Lagerstelle

Claims

Elektromotorischer Antrieb für ein Kraftfahrzeug, bestehend aus einem auf einer Rotorwelle befindlichem Anker, einem Rohrelement mit an den Innenseiten angebrachten Magnetschalen sowie an den Enden des Rohres angebrachte, die Rotorwelle lagernde Elemente, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (17, 18, 19) vorgesehen sind, durch die die Rotorwelle (4) lagernden Elemente (1,2) gegenüber den Magnetschalen (13, 14) ausgerichtet werden.
Elektromotorischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetschalen (13, 14) an einer Stirnseite konisch verlaufende Zentrierflächen (17) aufweisen, welche mit entsprechend geformten Zentrierflächen (18) an dem dieser Seite zugeordneten Element (1, 2) zusammenwirken.
Elektromotorischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetschalen (13, 14) an einer Stirnseite zur Zentrierung einen Stufenbereich (18) aufweisen, der mit entsprechend geformten Flächen an dem dieser Seite zugeordneten Element (1, 2) zusammenwirkt.
Elektromotorischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (1, 2) eine Führungslasche (21) aufweist, welche an der Innenseite des Rohres (3) in das Rohr (3) hereinragt.
Elektromotorischer Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungslasche (21) zwischen den Magnetschalen (13, 14) in das Rohr (3) hereinragt.
Elektromotorischer Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (3) in dem Bereich der gegenüberliegenden Magnetschalen (13, 14) Abflachungen (12) aufweist.
Elektromotorischer Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetschalen (13, 14) mittels einem Formspritzverfahren im Rohr (3) eingebracht werden.
Elektromotorischer Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Magnetschalen (13, 14) in Kunststoff gebundene Magnetpartikel enthält.
Elektromotorischer Antrieb nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetschalen (13, 14) in Kunststoff gebundene seltene Erden aufweisen.
Elektromotorischer Antrieb nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (3) die Magnetschalen (13, 14) tragende Formprägungen (15) aufweist.
Elektromotorischer Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Rotorwelle (4) lagernden Elemente als ein Lager- und ein Getriebeflansch (1, 2) mit nachgeordneter Getriebestufe (5, 6) ausgebildet ist.
Elektromotorischer Antrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (4) eine mit einem Schneckenrad (6) zusammenwirkende Schnecke (5) aufweist.
Elektromotorischer Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerflansch (1) einen Elektronikteil (7) mitumfasst.
Elektromotorischer Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Rotorwelle (4) lagernden Elemente (1, 2) über eine Klammer (9), deren Enden in je eine Befestigungsniesche (10, 11) eingreifen, miteinander verbunden sind.
Elektromotorischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1–13, dadurch gekennzeichnet, dass die die Rotorwelle (4) lagernden Elemente (1, 2) über einen das Lagerelement (1) umfassenden Bügel (22) miteiander verbunden sind.
Elektromotorischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1–13, dadurch gekennzeichnet, dass die die Rotorwelle (1, 2) lagernden Elemente (1, 2) über einen Schlitz (24) im jeweiligen Element (1, 2) durchgreifenden Streifen (23) miteinander verbunden sind.
Elektromotorischer Antrieb nach Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die die Elemente (1, 2) verbindende Klammer (9) bzw. der Bügel (22) bzw. der Streifen (23) aus Stahl bestehen.
Elektromotorischer Antrieb nach Anspruch 6 sowie einem der Ansprüche 14–17, dadurch gekennzeichnet, dass die die Elemente (1, 2) verbindende Klammern (9) bzw. der Bügel (22) bzw. die Streifen (23) im Bereich der Abflachungen (12) des Rohres (3) angeordnet sind.
Elektromotorischer Antrieb nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die die Elemente (1, 2) verbindende Klammern (9) bzw. der Bügel (22) bzw. die Streifen (23) in im Bereich der Abflachungen (12) des Rohres (3) eingearbeiteter Vertiefungen (25) angeordnet sind.