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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Elektromotor, insbesondere einen Hilfs-
oder Stellmotor für
ein Kraftfahrzeug. Speziell betrifft die Erfindung einen Hilfs- oder
Stellmotor zur fremdkraftbetätigten
Verstellung von Elementen eines Kraftfahrzeugs, für eine elektrische
Servo-Lenkung oder dgl.
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Aus
der
DE 100 19 512
A1 ist ein Elektromotor bekannt, der speziell als Fensterheber-
oder Schiebedachmotor ausgestaltet sein kann. Der bekannte Elektromotor
weist einen Rotor und einen Stator auf, die zum Antreiben einer
Welle dienen. Die Welle steht dabei mit einem Getriebe im Eingriff.
Zur Lagerung der Welle sind einerseits ein Festlager und andererseits
ein Loslager vorgesehen, wobei das Loslager einen gewissen Ausgleich
von temperaturbedingten Längenänderungen
der Welle ermöglicht.
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Bei
einem Elektromotor, wie er aus der
DE 100 19 512 A1 bekannt ist, sind mehrere
Möglichkeiten
denkbar, um den Stator mit einem Gehäuse des Elektromotors zu verbinden.
Beispielsweise kann der Stator durch Einschrumpfen in das Gehäuse eingebracht
und in diesem fixiert werden. Auch eine Schraubklemmfixierung oder
eine Befestigung des Stators in dem Gehäuse mittels Kleben ist denkbar. Diese
Verbindungstechniken haben allerdings den Nachteil, dass diese fertigungstechnisch
aufwändig und/oder temperaturempfindlich
sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteilhafte Wirkungen
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Der
erfindungsgemäße Elektromotor
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass der Stator
einfach in dem Gehäuseteil
montiert werden kann. Außerdem
besteht der Vorteil, dass die mittelbare Verbindung des Stators
mit dem Gehäuseteil
einen gewissen Temperaturausgleich und Toleranzausgleich ermöglicht,
wenn sich der Stator und das Gehäuseteil
durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten
in ihrer Größe verändern.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen
Elektromotors möglich.
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In
vorteilhafter Weise ist das Federelement als Zug-Druck-Feder, als Wurmfeder
oder als Spannstift ausgestaltet. Die Zug-Druck-Feder ist dabei
vorzugsweise so montiert, dass im montierten Zustand eine Belastung
im Wesentlichen in einer Querschnittsänderung, d.h. in einer Verformung
der Zug-Druck-Feder
in Bezug auf ihren Querschnitt, resultiert. Diese Ausgestaltung
hat den Vorteil, dass eine Verbindung zwischen dem Stator und dem
Gehäuseteil
mit einer hohen Widerstandsfähigkeit
gegenüber äußeren Einflüssen, wie
beispielsweise Temperatureinflüssen
und Beschleunigungen, erreicht werden kann.
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In
vorteilhafter Weise weist der Stator und/oder das Gehäuse zum
Aufnehmen eines Federelements eine Ausnehmung auf, in die das Federelement
teilweise eingesetzt ist. Ferner ist es vorteilhaft, dass die Ausnehmung
als Längsausnehmung
ausgestaltet ist, dass das Federelement in seiner Längsrichtung
eine relativ große
Erstreckung aufweist und dass das Federelement in die Längsausnehmung teilweise
eingesetzt ist. Dadurch werden zum einen punktuelle Belastungen
des Federelements sowie des Gehäuseteils
vermieden. Zum anderen kann durch eine Vorspannung des Federelements
im Ergebnis eine relativ hohe Verbindungskraft aufgebracht werden.
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Ferner
ist es vorteilhaft, dass eine Öffnungsbreite
der Längsausnehmung
kleiner ist als eine Breite des Federelements, wobei die Breite
des Federelements in Bezug auf eine in Bezug auf die Längserstreckung
des Federelements senkrechte Querschnittsfläche des Federelements betrachtet
ist. Speziell kann ein Durchmesser des Federelements größer sein
als die Öffnungsbreite
der Längsausnehmung.
Dadurch kann das Federelement so in der Ausnehmung des Stators angeordnet
sein, dass ein Herausfallen auch im demontierten Zustand des Stators
verhindert ist. Dabei wird eine radiale Fixierung ermöglicht,
während
die Federelemente axial durch einen oder mehrere Deckel oder dergleichen
fixiert sind. Speziell kann dadurch die Montage des Stators in dem
Gehäuse
des Elektromotors vereinfacht werden. Insbesondere wird eine einfache
Montage auch ohne aufwändige
Hilfswerkzeuge ermöglicht.
Das Federelement kann zum Einbringen in die Ausnehmung elastisch
verformt werden, so dass es in die Ausnehmung einklipst. Vorteilhaft
ist es auch, dass die Ausnehmung an einer Stirnseite des Stators
offen ausgestaltet ist und dass das Federelement von der Stirnseite
des Stators her in die Ausnehmung einbringbar ist, wodurch eine
einfache Vormontage ermöglicht
ist.
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Vorzugsweise
sind drei oder mehr Federelemente vorgesehen, die vorzugsweise äquidistant
um einen Umfang des Stators angeordnet sind, so dass eine mehrseitige
Verbindung des Stators mit dem Gehäuseteil geschaffen ist. Dadurch
ist eine zuverlässige
Positionierung des Stators in Bezug auf das Gehäuseteil ermöglicht. Die Federelemente sind
dabei vorzugsweise parallel zu einer Drehachse der Welle angeordnet
und in geeignete Ausnehmungen des Stators teilweise eingebracht.
Durch eine entsprechende Vorspannung der Federelemente kann dann
eine zuverlässige
Positionierung und Fixierung des Stators in Bezug auf das Gehäuseteil
des Gehäuses
des Elektromotors gewährleistet
werden. Dabei ist auch ein Ausgleich gegenüber unterschiedlichen radialen
Wärmeausdehnungen
des Stators und des Gehäuseteils
sowie ein Schutz gegenüber äußeren Einflüssen gegeben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen,
in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen
versehen sind, näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 einen
Elektromotor in einer auszugsweisen Schnittdarstellung entsprechend
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 einen
Schnitt durch den in 1 dargestellten Elektromotor
entlang der mit II bezeichneten Schnittlinie;
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3 den
in 2 mit III bezeichneten Ausschnitt eines Elektromotors
gemäß dem Ausführungsbeispiel
der Erfindung in einer Schnittdarstellung;
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4 einen
Teilabschnitt eines als Zug-Druck-Feder ausgebildeten Federelements
des Ausführungsbeispiels
der Erfindung in einer detaillierten Darstellung und
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5 eine
alternative Ausgestaltung eines Federelements in einer perspektivischen
Darstellung.
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Ausführungsform der Erfindung
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Elektromotors 1 der Erfindung. Der Elektromotor 1 kann
insbesondere als Hilfs- oder Stellmotor für ein Kraftfahrzeug, speziell
als Lenkhilfemotor für
eine elektrische Servo-Lenkung oder als Stellmotor zur fremdkraftbetätigten Verstellung
von Elementen eines Kraftfahrzeugs, ausgestaltet sein. Der erfindungsgemäße Elektromotor 1 eignet
sich jedoch auch für
andere Anwendungsfälle.
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Der
Elektromotor 1 weist ein aus mehreren Gehäuseteilen 2, 3 bestehendes
Gehäuse 4 auf.
Innerhalb des Gehäuses 4 des
Elektromotors 1 sind ein Stator 5, der aus mehreren
Statorlamellen (Blechlamellen) und einer Wicklung besteht, und ein
Rotor 6 angeordnet, der aus mehreren Rotorlamellen (Blechlamellen)
und einer Wicklung oder aus Magneten besteht. Der Stator 5 und
der Rotor 6 dienen zum Antreiben einer teilweise in dem
Gehäuse 4 angeordneten
Welle 7, die an einer Öffnung 8 des
Gehäuses 4 aus
dem Gehäuse 4 ragt.
Die Welle 7 weist eine Schnittstelle 9 auf, die
direkt oder über
ein Getriebe mit Elementen einer Servo-Lenkung oder dergleichen
in Wirkverbindung steht. Die Welle 7 ist über ein als
Festlager ausgebildetes Wälzlager 10 und über ein
als Loslager ausgebildetes Wälzlager 11 in
dem Gehäuse 4 des
Elektromotors 1 gelagert. Das Wälzlager 10 ist über eine
Bördelung 12 des
Gehäuseteils 2 festgeklemmt,
so dass speziell in einer axialen Richtung, d.h. entlang einer Drehachse 13 der
Welle 7, kein Spiel zwischen dem Gehäuseteil 2 und dem Wälzlager 10 besteht.
Außerdem
ist das Wälzlager 10 auf
die Welle 7 aufgepresst und liegt an einer Schulter 14 der
Welle 7 an, so dass auch zwischen dem Wälzlager 10 und der
Welle 7 kein Spiel entlang der Drehachse 13 besteht.
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Das
Wälzlager 11 ist
entweder auf die Welle 7 aufgepresst oder in das Gehäuseteil 3 des
Gehäuses 4 eingepresst.
Dadurch wird eine Verstellung der Welle 7 in Bezug auf
das Gehäuse 4 in
Richtung der Drehachse 13 ermöglicht, um beispielsweise temperaturbedingte
Längenänderungen
der Welle 7 auszugleichen. Eine Anstellfeder 15 beaufschlagt
das Wälzlager 11 mit
einer Anstellkraft. Im Betrieb des Elektromotors 1 wird
mittels des Stators 5 und des Rotors 6 ein Drehmoment
erzeugt, das über
die Welle 7 an die Schnittstelle 9 übertragen
wird.
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Der
Rotor 6 ist auf geeignete Weise mit der Welle 7 verbunden.
Der Stator 5 ist mittelbar mit dem Gehäuseteil 2 des Gehäuses 4 verbunden.
Die Verbindung des Stators 5 mit dem Gehäuseteil 2 erfolgt über mehrere
Federelemente 16A, 16B, 16C, 16D, 16E, 16F,
von denen in der 1 die Federelemente 16A, 16D dargestellt
sind. Die Federelemente 16A bis 16F weisen eine
relativ große
Erstreckung in ihrer Längsrichtung
auf und sind in Bezug auf ihre jeweilige Längsachse 20 (4)
parallel zu der Drehachse 13 der Welle 7 angeordnet.
Die Federelemente 16A bis 16F liegen an einer
zylinderförmigen
Innenwand 21 des ersten Gehäuseteils 2 des Gehäuses 4 an. Bei
dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
weist die Innenwand des Gehäuseteils 2 außerdem einen
konischen Abschnitt 22 auf, wobei die Innenwand im Bereich
des Stators 5 als zylinderförmige Innenwand 21 ausgestaltet
ist.
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Die
Federelemente 16A bis 16F sind in Bezug auf eine
jeweils zugeordnete radiale Richtung 23, die auf das jeweils
betrachtete Federelement 16A bis 16F zeigt und
senkrecht zu der Drehachse 13 orientiert ist, vorgespannt.
Dadurch ergibt sich eine Zentrierung des Stators 5 in Bezug
auf die Drehachse 13 der Welle 7, so dass ein
zuverlässiger
Betrieb des Elektromotors 1 gewährleistet ist.
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Der
Stator 5 weist eine Stirnseite 24 auf, über die
die Federelemente 16A bis 16F etwas hinausstehen.
Ferner stehen die Federelemente 16A bis 16F über eine
Außenfläche 25 des
Stators 5 hervor.
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2 zeigt
einen Schnitt durch den in 1 dargestellten
Elektromotor 1 des Ausführungsbeispiels
der Erfindung entlang der mit II bezeichneten Schnittlinie. Die
radiale Richtung 23 ist dabei in Bezug auf das Federelement 16A dargestellt.
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Der
Stator 5 weist mehrere Ausnehmungen 26A, 26B, 26C, 26D, 26E, 26F auf,
wobei diese äquidistant über die
Außenfläche 25 des
Stators 5 verteilt sind. Der Winkelabstand zwischen benachbarten Ausnehmungen 26A bis 26F ergibt
sich somit als Bruchteilswert mit einem Zähler, der gleich 360° ist, und
einem Nenner, der gleich der Anzahl der über die Außenfläche 25 verteilten
Ausnehmungen 26A bis 26F ist. Dieser Winkelabstand
zwischen benachbarten Ausnehmungen 26A bis 26F ergibt
sich für
dieses Ausführungsbeispiel,
in dem die Anzahl der Ausnehmungen 26A bis 26F gleich
sechs ist, zu 60°.
In jeder der Ausnehmungen 26A bis 26F ist eines
der Federelemente 16A bis 16F angeordnet, so dass
auch die Federelemente 16A bis 16F in einer Umfangsrichtung 27 äquidistant über die
Außenfläche 25 verteilt sind.
Das Federelement 16A ist in der radialen Richtung 23 gegen
die zylinderförmige
Innenwand 21 vorgespannt. Entsprechend sind auch die übrigen Federelemente 16B bis 16F in
deren jeweiliger radialen Richtung gegen die zylinderförmige Innenwand 21 vorgespannt.
Dadurch ergibt sich eine zentrierte Positionierung und Fixierung
des Stators 5 in Bezug auf die zylinderförmige Innenwand 21 des
Gehäuses 4 und
somit auch in Bezug auf die Drehachse 13 der Welle 7 und
den mit der Welle 7 verbundenen Rotor 6.
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Die
Ausnehmungen 26A bis 26F sind als Längsausnehmungen
ausgestaltet. Ferner sind die Ausnehmungen 26A bis 26F an
der Stirnseite 24 des Stators 5 offen ausgestaltet,
so dass die Federelemente 16A bis 16F zur Montage
des Elektromotors 1 bzw. zur Vormontage des Stators 5 von
der Stirnseite 24 des Stators 5 her in die Ausnehmungen 26A bis 26F einbringbar
sind.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Anzahl der Ausnehmungen 26A bis 26F, die gleich
der Anzahl der Federelemente 16A bis 16F ist, gleich
sechs. Dadurch ist eine zuverlässige
Zentrierung des Stators 5 in dem Gehäuseteil 2 ermöglicht. Es
kann jedoch auch eine andere Anzahl an Ausnehmungen 26A bis 26F und
somit an Federelementen 16A bis 16F vorgesehen
sein. Um eine Zentrierung des Stators 5 in dem Gehäuseteil 2 des
Gehäuses 4 zu
ermöglichen,
bei der ein unmittelbarer Kontakt zwischen dem Stator 5 und
dem Gehäuse 4 vermieden
ist, sind vorzugsweise zumindest drei äquidistant über die Außenfläche 25 verteilte Ausnehmungen 26A bis 26F sowie
Federelemente 16A bis 16F vorgesehen. Eine Situation
mit drei Federelementen, die in drei Ausnehmungen vorgesehen sind,
ergibt sich anschaulich, wenn nur die Ausnehmungen 26A, 26C, 26E sowie
die Federelemente 16A, 16C, 16E betrachtet
werden und die übrigen
in der 2 dargestellten Ausnehmungen 26B, 26D, 26F und
Federelemente 16B, 16D, 16F entfallen.
Die Anzahl der Ausnehmungen 26A bis 26F im Stator 5 und
die Anzahl der in den Ausnehmungen 26A bis 26F vorgesehenen
Federelemente 16A bis 16F ist in Bezug auf den
jeweiligen Anwendungsfall und speziell die zu erwartenden Belastungen,
insbesondere äußeren Einflüsse, gewählt.
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3 zeigt
den in der 2 mit III bezeichneten Ausschnitt
des Elektromotors 1 in einer teilweise geschnittenen Darstellung
im weiteren Detail. Das Federelement 16 ist teilweise in
die Ausnehmung 26D eingesetzt, wobei es sich im Wesentlichen
innerhalb der Ausnehmung 26D befindet und über die
Außenfläche 25 des
Stators 5 hervorsteht. Ferner erweitert sich die als Längsausnehmung
ausgestaltete Ausnehmung 26D bezüglich ihres in der 3 dargestellten
Querschnitts sackförmig
und weist eine Öffnungsbreite 30 auf,
die kleiner ist als eine Breite 31 des Federelements 16D.
Der breitere Teil des Federelements 16D befindet sich dabei
innerhalb der Ausnehmung 26D, so dass das Federelement 16D im
vormontierten Zustand, in dem der Stator 5 noch nicht in
das Gehäuseteil 2 eingebaut
ist, nicht aus der Öffnung
der Ausnehmung 26D herausfallen kann. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist der Querschnitt des Federelements 16D, der in der 3 dargestellt
ist, im Wesentlichen kreisförmig,
so dass die Breite 31 des Federelements 16D gleich
dem Durchmesser 31 des Federelements 16D ist.
Das Federelement 16D wird über die Stirnseite 24 des
Stators 5 in die Ausnehmung 26D eingebracht. Alternativ
kann das Federelement 16D auch elastisch verformt werden
und von der Außenfläche 25 her
in die Ausnehmung 26D eingeklickt werden. Durch die in
Bezug auf den Querschnitt der Ausnehmung 26D sackförmige Ausgestaltung
der Ausnehmung 26D ist eine gewisse elastische Verformung
und damit Vorspannung des Federelements 16D möglich. Diese
Vorspannung des Federelements 16D erfolgt beim Montieren des
mit den Federelementen 16A bis 16F bestückten Stators 5 in
das Gehäuseteil 2 des
Gehäuses 4.
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4 zeigt
einen relativ kurzen Ausschnitt des Federelements 16D in
einer detaillierten Darstellung. Dabei ist das Federelement 16D als Zug-Druck-Feder
bzw. Wurmfeder ausgestaltet. Das Federelement 16D weist
in Richtung der Längsachse 20 eine
Erstreckung L1 auf, die vorzugsweise wesentlich größer als
der Durchmesser 31 des Federelements 16D ist.
Ferner ist ein Endabschnitt 32 der Länge L2 vorgesehen, in dem die
Federwicklungen im Durchmesser kleiner und abgestuft ausgestaltet sind,
um das Einschieben des Stators 5 in das Gehäuse 4 zu
erleichtern.
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5 zeigt
eine alternative Ausführungsform
eines Federelements 16D. Das Federelement 16D ist
dabei im wesentlichen als Spannstift ausgestaltet, der einen vorzugsweise
aus einem Federstahl oder aus Aluminium bestehenden hülsenförmigen Grundkörper 33 mit
einem Längsschlitz 34 aufweist. Das
Federelement 16D kann beispielsweise in einem vorgespannten
Zustand in die Ausnehmung 26D eingebracht werden.
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Es
ist anzumerken, dass die anhand der 3 bis 5 beschriebene
Ausgestaltung des Elektromotors 1, insbesondere des Federelements 16D und
der Ausnehmung 26D des Stators 5 als Beispiel
einer Ausgestaltung anzusehen ist und dass die anderen Federelemente 16A, 16B, 16C, 16E, 16F und
Ausnehmungen 26A, 26B, 26C, 26E, 26F des Stators 5 entsprechend
ausgestaltet sein können. Insbesondere
können
die Ausnehmungen 26A bis 26F auch eine andere
Querschnittsform und somit eine andere Nutform aufweisen. Die Anzahl
der Ausnehmungen 26A bis 26F und Federelemente 16A bis 16F und
allgemein die gesamte Geometrie und die als Verbindungselemente
dienenden Federelemente 16A bis 16F sind vorzugsweise
so ausgelegt, dass ein Ausgleich verschiedener Temperaturausdehnungskoeffizienten
und Bauteiltoleranzen und somit unterschiedlicher thermischer Ausdehnungen
zwischen Stator 5 und Gehäuse 4 ermöglicht ist.
Dabei ist innerhalb der vorgegebenen Temperaturgrenzen vorzugsweise
eine radiale Mindestvorspannung der Federelemente 16A bis 16F gewährleistet,
um eine sichere Positionierung und Zentrierung des Stators 5 in
dem Gehäuse 4 zu
gewährleisten.
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Die
Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.