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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Elektromotor, insbesondere einen elektrischen
Kleinmotor für Kraftfahrzeuganwendungen, wie beispielsweise
einen Gebläsemotor, einen Wischermotor, einen ABS-Pumpenmotor,
etc., gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie
ein Montageverfahren zum Montieren eines, insbesondere als Kleinmotor
ausgebildeten, Elektromotors gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 11.
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Bekannt
sind als selbsterregte Gleichstrommotoren ausgebildete Elektromotoren
für Kraftfahrzeuganwendungen, bei denen der Rotor (Anker) drehfest
an einer Motorwelle festgelegt ist, wobei sich die Motorwelle in
axialer Richtung zu beiden Seiten des Rotors erstreckt. Zur drehbaren
Lagerung der Motorwellen-Rotoreinheit sind üblicherweise
zwei Lager vorgesehen, die die Motorwelle mit Axialabstand zum Rotor
lagern. Ein derartiger, als Scheibenwischermotor ausgebildeter,
mit beidseitigem Axialabstand zum Rotor gelagerter, Elektromotor
ist beispielsweise in der
DE
199 26 171 A1 beschrieben.
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Aufgrund
des immer knapper werdenden, zur Verfügung stehenden Bauraums
in Kraftfahrzeugen, bestehen Bestrebungen, die Baugröße
von Elektromotoren für Kraftfahrzeuganwendungen weiter
zu reduzieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen bauraumreduzierten Elektromotor,
insbesondere für Kraftfahrzeuganwendungen, vorzuschlagen.
Bevorzugt soll mit der Baurraumreduzierung auch eine Gewichtseinsparung
einhergehen. Ferner besteht die Aufgabe darin, ein erleichtertes
Montieren eines bauraumreduzierten Elektromotors vorzuschlagen.
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Technische Lösung
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Elektromotors mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 und hinsichtlich des Montageverfahrens mit den Merkmalen des
Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der
Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest
zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den
Figuren offenbarten Merkmalen. Zur Vermeidung von Wiederholungen
sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale als
verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar
sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte
Merkmale als vorrichtungsgemäß offenbart gelten
und beanspruchbar sein.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, zumindest ein Lager zum drehbaren
Lagern des Rotors nicht wie im Stand der Technik mit Axialabstand zu
dem Rotor (Anker) anzuordnen, sondern innerhalb des Rotors. Um eine
Anordnung des Lagers im Rotor, vorzugsweise unmittelbar radial innerhalb
einer Ankerwicklung oder innerhalb von am Rotor angeordneten Permanentmagneten
zu ermöglichen, ist der nach dem Konzept der Erfindung
ausgebildete Elektromotor zumindest abschnittsweise als eine innere
Aussparung aufweisender Hohlkörper ausgebildet, wobei die
Aussparung mindestens so groß bemessen sein muss, um das
Lager aufzunehmen. Besonders bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform des
Elektromotors, bei der sich die Motorwelle ausgehend von dem Rotor
lediglich in eine einzige Axialrichtung erstreckt, wodurch Bauraum
eingespart werden kann. Aufgrund der Einsparung eines Motorwellenabschnitts
resultiert aus einer derartigen Ausführungsvariante auch
eine nicht unerhebliche Gewichtseinsparung.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das
innerhalb des Rotors angeordnete Lager als Wälzlager ausgebildet
ist, welches zwischen einem Außenring und einem Innenring
angeordnete Wälzelemente, insbesondere Kugeln, aufweist.
Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn das Wälzlager über
den Außenring innerhalb der Aussparung am Rotor fixiert,
vorzugsweise axial gebildet, ist.
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Im
Hinblick auf die Realisierung der Fixierung des Wälzlagers
am Rotor gibt es unterschiedliche Realisierungsmöglichkeiten.
So ist es beispielsweise möglich, den Rotor und das Wälzlager
durch die Realisierung eines Presssitzes zwischen Außenring
und Innenumfang der Aussparung zu realisieren. Zusätzlich
oder alternativ ist es möglich, eine Fixierung in axialer
Richtung durch das Vorsehen von Rastmitteln zu realisieren, wobei
die Rastmittel bevorzugt den Außenring in radialer Richtung
nach innen hintergreifen. Besonders bevorzugt ist dabei eine Ausführungsvariante,
bei der die Rastmittel lediglich an einer Axialseite des Außenrings
angreifen und auf der davon abgewandten Axialseite des Lagers mindestens
ein sich stirnseitig am Lager abstützendes, vorzugsweise
ringförmiges, Ausgleichselement vorgesehen ist, welches
eine definierte Lage des Rotors relativ zum Lager und damit zum
Motorgehäuse sicherstellt. Bei Bedarf kann das Ausgleichselement
als in gewissen Grenzen elastisches Dämpfungselement ausgebildet
sein.
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Ganz
besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der das
Lager, vorzugsweise mit einem Innenring, an dem Motorgehäuse
festgelegt ist. Besonders bevorzugt ist das Motorgehäuse
dabei als Polgehäuse (Poltopf) ausgebildet, welches mindestens
einen Permanentmagneten aufweist.
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Zur
Einsparung von Bauteilen ist eine Ausführungsform bevorzugt,
bei der das Motorgehäuse einen einstückig mit
diesem ausgebildeten Fortsatz umfasst, der axial in die Aussparung
des Rotors hineinragt und der an seinem Außenumfang das
den Rotor lagernde, innerhalb des Rotors angeordnete, Lager trägt.
Es ist auch eine Ausführungsform realisierbar, bei der
der Fortsatz als ein von dem Motorgehäuse separates, vorzugsweise
am Motorgehäuse festgelegtes, Bauteil, beispielsweise aus
Metall, ausgebildet ist. Im Hinblick auf die Festlegung des Lagers,
vorzugsweise des Innenrings des Lagers, an dem Fortsatz gibt es
unterschiedliche Möglichkeiten. So ist es beispielsweise
möglich, den Sicherungsring in axialer Richtung mit Hilfe
mindestens eines Sicherungselementes, beispielsweise eines in einer
Umfangsnut des Fortsatzes aufgenommen Sicherungsrings zu fixieren.
Zusätzlich oder alternativ ist eine Fixierung durch plastische
Verformung des Lagers und/oder bevorzugt des Fortsatzes möglich,
wobei die plastische Verformung durch Verstemmen, Verprägen
oder Taumeln, etc. realisierbar ist.
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Besonders
zweckmäßig ist es, wenn der Rotor ein Formteil,
insbesondere ein Kunststoffspritzgussteil umfasst, welches als Träger
einer Rotorwicklung (Ankerwicklung), oder je nach Ausführung
des Elektromotors, von Permanentmagneten dient. Bevorzugt weist
dieses Formteil bereits Fixiermittel, insbesondere Rastmittel zum
Fixieren am Lager, insbesondere in axialer Richtung, auf. Zusätzlich
oder alternativ zu dem Vorsehen eines Formteils ist ein weichmagnetischer
Kern für einer ggf. am Rotor angeordneten Ankerwicklung
vorgesehen.
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Ganz
besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der das
Formteil des Rotors gleichzeitig zumindest abschnittsweise die Motorwelle
bildet, welche bevorzugt mit Axialabstand zu dem Rotor zusätzlich
gelagert ist. Dabei kann das die Motorwelle bildende Formteil gleichzeitig
zur drehfesten Anordnung eines mit einer Ankerwicklung zusammenwirkenden
Kommutators dienen. Es ist auch eine Ausführungsform realisierbar,
bei der der Kommutator über mindestens ein Zusatzteil unmittelbar
am Rotor festlegbar ist.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das
innerhalb des Rotors angeordnete Lager nicht nur zur Aufnahme von
Radialkräften ausgebildet ist, sondern zusätzlich
zur Aufnahme von axialen Kräften ausgebildet und angeordnet
ist, um den Rotor und damit die Motorwelle in axialer Richtung,
insbesondere mit Rastmitteln am Lager gegen axiales Verschieben
abstützen bzw. sichern zu können.
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Die
Erfindung führt auch auf ein Montageverfahren zum Montieren
eines Elektromotors, vorzugsweise eines zuvor beschriebenen Elektromotors.
Das vereinfachte Montageverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass
ein, vorzugsweise fer tig gestellter, ganz besonders bevorzugt ein
Formteil aufweisender, Rotor (Anker) derart in einem Motorgehäuse montiert
wird, dass ein Lager zum drehbaren Lagern des Rotors und damit der
Motorwelle innerhalb einer Aussparung des Rotors zum Liegen kommt.
Anders ausgedrückt wird der Rotor bevorzugt mit seiner
Aussparung über ein innerhalb des Motorgehäuses
angeordnetes, fixiertes Lager gestülpt und an diesem festgelegt,
vorzugsweise derart, dass sich der Rotor mit Motorwelle in axialer
Richtung an dem Lager abstützen kann.
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Bevorzugt
wird das Lager vor dem Aufstecken des Rotors an einem Fortsatz,
der einstückig mit dem Motorgehäuse oder auch
separat von dem Motorgehäuse ausgebildet sein kann, insbesondere mit
Hilfe eines Sicherungselementes und/oder durch plastische Verformung
des Fortsatzes, fixiert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
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1:
einen als Lüftermotor ausgebildeten Elektromotor, und
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2:
einen als Scheibenwischermotor ausgebildeten Elektromotor.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In
den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen
Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist
eine erste Ausführungsvariante eines, als selbsterregter
Gleichstrommotor ausgebildeten, Elektromotors 1 gezeigt.
Der Elektromotor 1 ist bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 Bestandteil eines Lüfters 2 (Gebläse)
in einem Kraftfahrzeug.
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Der
Elektromotor 1 umfasst ein als Polgehäuse ausgebildetes
Motorgehäuse 3, welches an einer Umfangswand 4,
Polmagnete 5 (Permanentmagnete) trägt. Das Motorgehäuse 3 bildet
zusammen mit den Polmagneten 5 den Stator des Elektromotors 1.
Relativ zu den Polmagneten 5 ist ein Rotor 6 (Anker)
drehbar gelagert. Der Rotor 6 trägt auf einem
Lamellenpaket 7 eine Ankerwicklung 8, die in an
sich bekannter Weise mit dem Polmagneten 5 in Wechselwirkung
tritt.
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Der
Rotor 6 umfasst ein als Kunststoffspritzgussteil (alternativ
als metallisches Tiefziehteil oder als Sinterteil) ausgebildetes
Formteil 9, welches radial außen das Lamellenpaket 7 mit
Ankerwicklung 8 trägt. Innerhalb des Formteils 9 ist
eine nach in der Zeichnungsebene unten offene Aussparung 10 vorgesehen,
innerhalb derer ein als Wälzlager ausgebildetes Lager 11 angeordnet
ist. Über dem Formteil 9 integrale, als Rasthaken
ausgebildete, Rastmittel 12 ist das Formteil 9 bzw.
ist der Rotor 6 gegen axiales Abziehen an dem Lager 11,
genauer an einem Außenring 13 des Lagers 11 gesichert,
d. h. fixiert. Hierzu hintergreifen die Rast mittel 12 eine
in der Zeichnungsebene untere Stirnseite 14 des Lagers 11 in
radialer Richtung nach innen. Auf der von den Rastmitteln 12 abgewandten,
in der Zeichnungsebene oberen Stirnseite 15 stützt
sich das Lager 11 über ein ringförmiges
Ausgleichselement 16 an einer inneren Ringschulter 17 des
Formteils 9 ab.
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Das
Lager 11 ist mit seinem Innenring 18 an einem
axial in die Aussparung 10 hineinragenden, feststehenden
Fortsatz 19 festgelegt. Hierzu stützt sich das
Lager 11 mit seinem Innenring 18 an einer in der
Zeichnungsebene unteren Ringschulter 20 des Fortsatzes 19 ab.
Die axiale Sicherung in eine von der Ringschulter 20 abgewandte,
in der Zeichnungsebene obere Axialseite übernimmt ein als
Sprengring ausgebildetes Sicherungselement 21, welches
in einer Umfangsnut 22 des Fortsatzes 19 gehalten
ist. Auf diese Weise ist der Innenring 18 des Lagers 11 zu beiden
Axialseiten eingespannt und liegt einenends an dem Sicherungselement 21 und
anderenends an der Ringschulter 20 an.
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Das
Formteil 9 des Rotors 6 überragt den Rotor 6 in
der Zeichnungsebene nach oben in eine einzige Axialrichtung und
bildet mit dem den Rotor 6 überragenden, zylindrischen
Abschnitt 23 eine Motorwelle 24 des Elektromotors 1.
An dem Abschnitt 23, d. h. an der Motorwelle 24 ist
ein Kommutator 25 drehfest festgelegt, der gemeinsam mit
Kohlebürsten 26 für eine alternierende
Stromwendung sorgt.
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Die
Motorwelle 24 durchsetzt in axialer Richtung einen Deckel 27 des
Gehäuses 3 und trägt drehfest außerhalb
des Motorgehäuses 3 ein Lüfterrad 28.
Im Bereich ihres von dem Rotor 6 abgewandten Endes ist
die Motorwelle 24 mit einem Gleitlager 29 drehbar
relativ zu einem von einer Fahrzeugkarosserie gebildeten Lagersitz 30 gelagert.
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Zur
Montage des in 1 gezeigten Elektromotors 1 wird
zunächst der Rotor 6 gefertigt, in dem das in
diesem Ausführungsbeispiel aus Kunststoff ausgebildete,
alternativ auch aus Metall oder einem Verbundmaterial ausbildbare
Formteil 9 mit dem Ankerpaket 7 (Lamellenpaket)
und der Ankerwicklung 8 bestückt wird. Ferner
wird vor der Montage des Formteils 9 der die Motorwelle 24 bildende
Abschnitt 23 des Formteils 9 mit dem Kommutator 25 bestückt. Der
fertige Rotor 6 wird samt Motorwelle 24 mit der nach
unten offenen Aussparung 10 voran in das Motorgehäuse 3 eingeschoben,
derart, dass das Formteil 9, genauer der Rotor 6, über
das Lager 11 gestülpt wird und dabei automatisch
mit Hilfe der Rastmittel 12 mit dem Lager 11 verrastet.
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In 2 ist
ein alternativer Elektromotor 1 als Bestandteil eines Scheibenwischerantriebs 31 gezeigt.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Rotor 6 ein
Formteil 9, welches mit einem axial vorstehenden Abschnitt 23 einen
Teil der Motorwelle 24 bildet. Das Formteil 9 trägt
radial außen das Ankerpaket 7 mit Ankerwicklung 8.
Das Formteil 9 weist eine nach in der Zeichnungsebene unten,
in Richtung Gehäuseboden 32, offene Aussparung 10 auf,
mit der das Formteil 9 über einen einteilig mit dem
Motorgehäuse 3 ausgebildeten Fortsatz 19 gestülpt
ist. An dem Fortsatz 19 ist analog zu dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 ein als Wälzlager ausgebildetes
Lager 11 festgelegt, an dem der Rotor 6 über
Rastmittel 12 axial gesichert und damit festgelegt ist.
An der von den Rastmitteln 12 abgewandten Seite des Lagers 11 befindet
sich ein ringförmiges Ausgleichselement 16, über
das sich das Lager 11 an einem einteilig mit dem Formteil 9 ausgebildeten
Anschlag 33 in axialer Richtung abstützt.
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Wie
sich weiter aus 2 ergibt, ist auch hier ein
Kommutator 25 drehfest mit dem Abschnitt 23 des
Formteils 9 verbunden und wirkt mit Kohlebürsten 26 in
an sich bekannter Weise zusammen. Die Motorwelle 24 durchsetzt
einen Deckel 27 des Motorgehäuses 3 in
axialer Richtung und ragt in ein benachbartes Getriebegehäuse 34 hinein,
an dem das Motorgehäuse 3 angeflanscht ist. Der
Abschnitt 23 der Motorwelle 24 trägt
einen vorderen Abschnitt 35 der Motorwelle 24 mit
einer Getriebeschnecke 36, die kämmend in ein
als Schneckenrad ausgebildetes Abtriebsrad 37 eines innerhalb
des Getriebegehäuses 34 angeordneten, als Schneckengetriebe
ausgebildeten Getriebes 38 eingreift.
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Zusätzlich
zu dem Lager 11 umfasst der Elektromotor 1 ein
mit Axialabstand zu dem Rotor 6 angeordnetes Gleitlager 29,
was alternativ, für höhere Belastungen auch als
Wälzlager ausgebildet sein kann. Das Gleitlager 29 ist
innerhalb des Getriebegehäuses 34 angeordnet.
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Zur
Montage des in 2 gezeigten Elektromotors 1 wird
zunächst das Formteil 9 mit sämtlichen Komponenten
bestückt, woraufhin der einen Abschnitt des Rotors 6 bildende
untere Abschnitt des Formteils 9 mit der Aussparung 10 über
das Lager 11 und den Fortsatz 19 gestülpt
wird, bis das Formteil 9 mit Hilfe der Rastmittel 12 mit
dem Lager 11 verrastet, so dass das Lager 11 am
Rotor 6 bzw. der Rotor 6 am Lager 11 festgelegt,
hier axial gesichert, ist. Alternativ sind andere Befestigungsmöglichkeiten
realisierbar; so kann beispielsweise zusätzlich oder alternativ
zu dem Vorsehen von Rastmitteln 12 ein Presssitz zwischen
dem Lager 11 und dem Rotor 6, genauer dem Formteil 9 realisiert
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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