DE102009000975A1

DE102009000975A1 - Verfahren zur Herstellung einer Rotoraufhängung für einen Elektroantrieb und Rotoraufhängung

Info

Publication number: DE102009000975A1
Application number: DE200910000975
Authority: DE
Inventors: Sebastien Dousse; Yvan Bourqui
Original assignee: Johnson Electric Switzerland AG
Current assignee: Johnson Electric International AG
Priority date: 2008-03-18
Filing date: 2009-02-18
Publication date: 2009-09-24

Abstract

Beim Verfahren zur Herstellung einer Rotoraufhängung (6, 7, 8) für einen Elektroantrieb, welche eine Hülse (8b) und ein Rotorlager (7) umfasst, wird das Rotorlager (7) in die Hülse (8b) eingefügt und durch Verformen der Hülse befestigt. Die Hülse ist zu deren Befestigung mit einem Flansch (8c) versehen. Die Rotoraufhängung (6, 7, 8) weist ein Verbindungselement (6) auf, welches zum Halten eines Rotors (10) ausgestaltet ist und welches eine drehfeste Verbindung zwischen dem Rotorlager (7) und einer Drehstange (5) bildet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Rotoraufhängung für einen Elektroantrieb gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf eine Rotoraufhängung gemäss Oberbegriff des Anspruchs 13.
Rotorlager werden bei mannigfachen Elektroantrieben verwendet (siehe beispielsweise DE 10 2005 055 868 A1 , DE 10 2006 017 233 A1 und JP-A-11 155275 ).
Aus der EP 1 363 382 A1 der gleichen Anmelderin ist es bekannt, zum Halten des Rotorlagers abgebogene Winkel an den Statorteilen vorzusehen. Ein präzises Anordnen des Rotorlagers in axialer sowie radialer Richtung erfordert jedoch eine relativ aufwändige Herstellung. Im Weiteren ist gemäss der EP 1 363 382 A1 der Rotor auf einer Hülse angeordnet, welche drehfest mit dem Rotorlager verbunden ist.
Aus der WO 02/33805 A1 ist es bekannt, ein Rotorlager vorzusehen, welches zwischen dem Ende des Gehäuses und einem im Gehäuse gebildeten Wulst gehalten ist. Das Gehäuse ist nicht für eine Befestigung ausgelegt.
Aus der US 5,505,547 ist es bekannt, einen rotierbaren Schaft mit einem Lager zu versehen, welches auf den Schaft geschoben und zwischen einer Klammer und einem Flansch gehalten ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer befestigbaren Rotoraufhängung anzugeben, das ein einfacheres Anbringen eines Rotorlagers erlaubt, sowie eine neue Rotoraufhängung, welche an eine Stellachse ankoppelbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäss Anspruch 1 und eine Rotoraufhängung gemäss Anspruch 13 gelöst. Die weiteren Ansprüche geben bevorzugte Ausführungen, eine mit dem Verfahren hergestellte Rotoraufhängung sowie einen Elektroantrieb mit einer Rotoraufhängung an.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Figuren erläutert. Es zeigen
1 eine perspektivische Ansicht eines Elektroantriebs mit einer erfindungsgemässen Rotoraufhängung;
2 eine Explosionsansicht des Elektroantriebs gemäss 1;
3 den Elektroantrieb gemäss 1 in einer geschnittenen Seitenansicht, wobei die Stellachse 2 in der ausgefahrenen Stellung gezeigt ist;
4 die Rotoraufhängung für den Elektroantrieb gemäss 1 in einer geschnittenen Seitenansicht gemäss der Linie IV-IV in 5, wobei ein Teil des Verformungswerkzeugs 30 angedeutet ist; und
5 die Rotoraufhängung gemäss 4 in einer Draufsicht.
Der in den 1–3 gezeigte Elektroantrieb ist in Form eines Linearantriebs ausgebildet und weist eine linear verschiebbare Stellachse 2 mit einem Kopplungselement 1 auf. Dieses ist mit einem kugelförmigen Kopf 1a versehen, der an ein einstellbares Teil, beispielsweise einen Reflektor in einer Fahrzeugbeleuchtung gekoppelt werden kann.
Das Kopplungselement 1 ist an der Stellachse 2 festgeschraubt und weist einen Kragen 1b auf, der als Anschlag wirkt, wenn die Stellachse 2 ganz eingefahren wird.
Der Elektroantrieb weist weiter ein Halteteil 3 mit einem Fortsatz 3a auf. Die Stellachse 2 verläuft durch das äussere Ende 3b des Fortsatzes 3a hindurch und ist mit Vorsprüngen 2a versehen. Diese greifen zur Drehsicherung der Stellachse 2 in Nuten 3c, welche im Halteteil 3 gebildet sind. Die Vorsprünge 2a wirken auch als Anschlag, wenn die Stellachse 2 ganz ausgefahren wird. Das Ende 3b des Fortsatzes 3a ist zwischen den beiden Anschlägen 1b und 2a angeordnet und wirkt als Gegenanschlag bei eingefahrener bzw. ausgefahrener Stellung der Stellachse 2.
Die Stellachse 2 ist als Hülse mit einem Innengewinde 2b ausgebildet, in welches das Aussengewinde 5a einer Drehstange 5 greift. Das Aussengewinde 5a ist an dem einen Ende der Drehstange 5 angeordnet, während das andere Ende 5b der Drehstange 5 drehfest an einem Verbindungselement 6 gehalten ist.
Das Verbindungselement 6 ist mittels eines Rotorlagers 7 drehbar gelagert. Dieses ist in Form eines Kugellagers ausgebildet, dessen innerer Ring drehfest mit dem Verbindungselement 6 verbunden ist, während der äussere Ring des Kugellagers 7 in einem Aufhängungselement 8 gehalten ist. Anstelle eines Kugellagers sind auch andere Arten von Wälzlagern als Rotorlager 7 geeignet.
Das rückwärtige Ende des Verbindungselements 6 ist durch eine Öffnung 8a im Aufhängungselement 8 hindurchgeführt und drehfest mit einem Rotor 10 verbunden, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel permanentmagnetisch ist und dementsprechend magnetische Nord- und Südpole aufweist. Zur drehfesten Verbindung ist das Verbindungselement 6 mit Leisten 6a versehen, die in Nuten im Rotor 10 greifen. Drehstange 5 und Verbindungselement 6 sind so ausgestaltet, dass die Drehstange 5 über das Ende des Rotors 10 hinausragt. Je nach dem Anwendungszweck des Elektroantriebs, beispielsweise dort, wo kleine Linearbewegungen ausreichen, ist eine Übertragung der Drehbewegung auf die Stellachse 2 auch mit einer Drehstange 5 möglich, die innerhalb des Rotors 10 endet.
Die Komponenten 6–8 bilden eine Aufhängung für den um die Rotationsachse 10a drehbaren Rotor 10. Das Aufhängungselement 8, weiches in Form einer Hülse 8b mit einem Flansch 8c ausgebildet ist, umgibt ähnlich wie eine Glocke das Rotorlager 7. Der Rotor 10 ist in Form eines Zylinders mit einer Ausnehmung 10b ausgebildet, in welche die Hülse 8b hineinragt. Das Rotorlager 7 ist somit innerhalb der axialen Länge des Rotors 10 angeordnet.
Durch ein Anbringen des Rotorlagers 7 im Bereich der Rotormitte und nicht am Rand des Rotors 10 wirkt sich ein etwaiges Lagerspiel in kleineren Kippbewegungen aus. Der Luftspalt zwischen Rotor 10 und Stator 15 kann dadurch reduziert und folglich die Effizienz des Elektroantriebs erhöht werden. Durch das Vorsehen eines einzigen Rotorlagers 7 zur Lagerung des Rotors 10 ist der Aufbau einfach und kostengünstig.
Der Flansch 8c ist abgestuft ausgebildet, wodurch sich eine radiale und axiale Anlagefläche 8d, 8e zur Positionierung der Aufhängung 6–8 in Bezug auf den Rotor 10 ergibt. Der Flansch 8c weist weiter Haltelaschen 8f auf.
Zur Positionierung der Aufhängung 6–8 in Bezug auf das Halteteil 3 umfasst dieses ein Anlageelement 3d, welches sich von einem ringförmigen Boden 3e erhebt. Die am Flansch 8c gebildete Stufe liegt am Anlageelement 3d und am Boden 3e an.
Das Halteteil 3 enthält Haken 3f, welche jeweils in eine Öffnung in der Haltelasche 8f greifen. 2 zeigt den Zustand der Haltelaschen 8f vor der Montage. Im montierten Zustand, wie er in 3 gezeigt ist, sind die Haltelasche 8f um die Haken 3f gebogen. Das Aufhängungselements 8 ist somit sicher am Halteteil 3 befestigt.
Das Halteteil 3 ist einteilig mit Montageflanschen 3g versehen, die diametral gegenüberliegend angeordnet sind und jeweils ein Loch zur Montage des Elektroantriebs aufweisen.
Der Stator 15 des Elektroantriebs umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel Statorelemente 17, 18, welche in einem einteilig gefertigten Spulenkörper 16 eingebettet sind, sowie eine Statorhülse 19.
Der Spulenkörper 16 ist mit einer im Wesentlichen zylindrischen Ausnehmung versehen, in welcher der Rotor 10 aufgenommen ist, und bildet einen Träger für zwei Spulen, die jeweils um die Rotationsachse 10a verlaufen und axial, d. h. in Richtung der Rotationsachse 10a versetzt zueinander angeordnet sind. Der Übersicht halber sind die Spulen in den Figuren nicht dargestellt.
Das Aufhängungselement 8 liegt am Spulenkörper 16 an, indem die Anlageflächen 8d und 8e an Gegenflächen 16a und 16b anliegen, die am Rand sowie an der Innenseite des Spulenkörpers 16 gebildet sind. Werden kleine Herstellungstoleranzen vorgesehen, können so Rotor 10 und Statur 15 in axialer und radialer Richtung präzise zueinander positioniert werden.
Die in den Spulenkörper 16 fest integrierten Statorelemente 17, 18 sind jeweils in Form eines Ringes mit abgebogenen Polzähnen 17a, 18a ausgebildet.
Die Statorhülse 19, welche die Statorelemente 17, 18 an ihren ringförmigen Enden kontaktiert, dient einerseits als Gehäuse zum Schutz vor äusseren Einflüssen und ist andererseits ein Statorelement, über welches der im Betrieb gebildete magnetische Kreis geschlossen wird. Die Statorhülse 19 weist am Rand Laschen auf, welche am Halteteil 3 befestigt sind.
Der Spulenkörper 16 ist am Kopf mit einem Anschlusselement 20 versehen, welches ein Steckergehäuse bildet und Kontaktstifte 21 aufweist, an deren vorderen Enden die Spulenenden befestigt sind. Die rückwärtigen Enden der Kontaktstifte 21 bilden einen Stecker, an welchem ein mit einem Anschlussstück versehenes Kabel anschliessbar ist.
Eine Anschlussabdeckung 22 dient zum Schutz des Anschlussbereichs der Kontaktstifte 21 und ragt im zusammengesetzten Zustand durch eine in der Statorhülse 19 gebildete Aussparung nach aussen.
Die drehenden Teile 5, 10 sind mittels der Aufhängung 6–8 und die stehenden Teile 16–22 mittels der Statorhülse 19 am selben Halteteil 3 befestigt. Der gesamte Elektroantrieb kann mittels der am Halteteil 3 gebildeten Flansche 3g befestigt werden.
Bei der hier dargestellten Konstruktion der Befestigung am Halteteil 3 werden Kräfte, die im Betrieb auf die Stellkomponenten 1, 2 wirken, nur auf die Aufhängung 6–8 übertragen, jedoch nicht auf den Stator 15. Kommt es aufgrund von Kräften und Toleranzen zu einer etwaigen Auslenkung der Aufhängung 6–8, folgt der Stator 15 quasi kräftefrei dieser Bewegung dank der an der Aufhängung 6–8 und am Stator 15 gebildeten Zentrierungsmittel 8d, 8e und 16a, 16b.
Im Betrieb werden mittels einer elektronischen Steuerschaltung die Spulen so bestromt, dass die Polzähne 17a, 18a in geeigneter Weise magnetisiert werden, um den Rotor 10 und somit auch die Drehstange 5 in Drehung zu versetzen, wodurch sich schliesslich die Stellachse 2 zusammen mit dem Kopplungselement 1 linear in Richtung der Rotationsachse 10a verschiebt.
Die Aufhängung wird hergestellt, indem das Aufhängungselement 8 durch Umformen eines einteiligen Blechstücks in die gewünschte Form gebracht wird und dann das Rotorlager 7 in die Hülse 8b eingefügt wird. Wie 4 zeigt, ist der die Öffnung 8a begrenzende Rand 8g der Hülse 8b gebogen, wodurch eine Haltefläche 8h gebildet ist, an welcher der äussere Ring 7a des Rotorlagers 7 anliegt. Der innere Ring 7b bleibt frei drehbar. Das Rotorlager 7 wird dann mittels einer kalten Verbindung, d. h. ohne Schweissen oder Löten im Aufhängungselement 8 befestigt. Zu diesem Zweck wird die Hülse 8b mittels eines Verformungswerkzeugs 30 verformt ähnlich wie beim Crimpen von Kabeln.
Das Verformungswerkzeug 30 ist in Form einer Zange mit verschiebbaren Backenausgebildet, welche, wie in 4 durch den Pfeil 31 angedeutet, mit einer bestimmten Kraft radial, d. h. quer zur Längsrichtung 10a der Hülse 8b gegen diese gedrückt werden und so die Hülse 8b dauerhaft verformen. Dabei bilden sich über den Umfang der Hülse 8b verteilt Einbuchtungen, wie dies in 4 durch die gestrichelte Linie 8i angedeutet ist. Es ist denkbar, die Einbuchtungen 81 so auszugestalten, dass sich ein umlaufender Wulst ergibt.
Das Rotorlager 7 ist schliesslich sicher zwischen der Haltefläche 8h und den Einbuchtungen 8i gehalten und in axialer sowohl radialer Richtung präzise und ohne Spiel angebracht. Eine Verformung der Hülse 8b stellt ein kostengünstiges und herstellungstechnich einfaches Verfahren dar, um das Rotorlager 7 zuverlässig und stabil zu befestigen.
Vorzugsweise wird das Verbindungselement 6 geformt, bevor das Rotorlager 7 in der Hülse 8b befestigt wird. Dazu werden das Rotorlager 7 und die Drehstange 5 in der gewünschten Lage zueinander in einem Spritzgiesszwerkzeug gehalten und zur Bildung des Verbindungselements 6 Kunststoff eingespritzt. Die Einheit aus den Komponenten 5, 6, 7 wird dann mittels des oben beschriebenen Verformungsprozesses am Aufhängungselement 8 befestigt. Anschliessend wird der Rotor 10 an dem aus der Öffnung 8a ragende Ende des Verbindungselements 6 befestigt.
Aus der vorangehenden Beschreibung sind dem Fachmann zahlreiche Abwandlungen zugänglich, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, der durch die Ansprüche definiert ist.
Die Aufhängung ist nicht nur für den hier dargestellten Elektroantrieb verwendbar, sondern ist auch bei anderen Elektroantrieben wie Rotorantrieben oder Linearantrieben einsetzbar. Der Elektroantrieb kann als Elektromotor ohne Bürsten ausgebildet sein, z. B. in Form eines Schrittmotors, bürstenlosen Gleichstrommotors oder eines anderen Motors mit einem schrittweise antreibbaren Rotor.
Das Vorsehen eines Verbindungselements zwischen Rotorlager 7 und Drehstange 5 ist auch bei anderen Arten von Elektroantrieben denkbar, insbesondere solchen, bei welchen das Rotorlager 7 konventionell, beispielsweise mittels stoffschlüssiger Verbindung befestigt ist und/oder eine Aufhängung in der Art des Aufhängungselements 8 fehlt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005055868 A1 [0002]
- DE 102006017233 A1 [0002]
- JP 11155275 A [0002]
- EP 1363382 A1 [0003, 0003]
- WO 02/33805 A1 [0004]
- US 5505547 [0005]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Rotoraufhängung (6, 7, 8) für einen Elektroantrieb, welche eine Hülse (8b) und ein Rotorlager (7) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorlager (7) in die Hülse (8b) eingefügt und durch Verformen der Hülse befestigt wird, wobei die Hülse zu deren Befestigung mit einem Flansch (8c) versehen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verformen mittels eines Werkzeugs (30) erfolgt, das an mehreren Stellen der Hülse (8b) eine quer zur Längsrichtung (10a) der Hülse (8b) gerichtete Kraft (31) ausübt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Verbindungselement (6) gefertigt wird, an welchem ein Rotor (10) befestigbar ist und welches eine drehfeste Verbindung zwischen dem Rotorlager (7) und einer Drehstange (5) bildet.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Verbindungselement (6) aus Kunststoff gefertigt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Hülse (8b) einen nach innen umgebogenen Rand (8g) aufweist zur Bildung einer Haltefläche (8h) für das Rotorlager (7).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Hülse (8b) beidseitig offen ist, so dass das Rotorlager (7) innerhalb der axialen Länge des Rotors (10) anordbar ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Befestigungsflansch (8c) endseitig der Hülse (8b) angeordnet und vorzugsweise mit dieser einstückig ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Befestigungsflansch (8c) Haltelaschen (8f) und/oder Anlageflächen (8d, 8e) zur axialen und radialen Zentrierung der Rotoraufhängung (6, 7, 8) aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Hülse (8b) aus Metall gefertigt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Rotorlager (7) zwei relativ zueinander drehbare Ringe (7a, 7b) aufweist und vorzugsweise ein Wälzlager ist.
Rotoraufhängung (6, 7, 8) für einen Elektroantrieb hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Hülse (8b) vorzugsweise Einbuchtungen (8i) zum Halten des Rotorlagers (7) aufweist.
Rotoraufhängung nach Anspruch 11, wobei das Rotorlager (7) ohne stoffschlüssige Verbindung an der Hülse (8b) befestigt ist.
Rotoraufhängung (6, 7, 8) für einen Elektroantrieb, mit einem Rotorlager (7), gekennzeichnet durch ein Verbindungselement (6), welches zum Halten eines Rotors (10) ausgestaltet ist und welches eine drehfeste Verbindung zwischen dem Rotorlager (7) und einer Drehstange (5) bildet.
Rotoraufhängung nach Anspruch 13, wobei die Drehstange (5) an ihrem äusseren Umfang an eine Stellachse (2) koppelbar ist und vorzugsweise ein Aussengewinde (5a) zum Eingriff in die Stellachse (2) aufweist.
Rotoraufhängung nach einem der Ansprüche 13 bis 14, wobei das Verbindungselement (6) und die Drehstange (5) zwei Einzelteile sind und das Verbindungselement (6) vorzugsweise aus Kunststoff ist.
Rotoraufhängung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das Rotorlager (7) zwei relativ zueinander drehbare Ringe (7a, 7b) aufweist und vorzugsweise ein Wälzlager ist.
Rotoraufhängung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, mit einer Hülse (8b), in welcher das Rotorlager (7) gehalten ist.
Rotoraufhängung nach Anspruch 17, wobei die Hülse (8b) einen nach innen umgebogenen Rand (8g) aufweist zur Bildung einer Haltefläche (8h) für das Rotorlager (7).
Rotoraufhängung nach einem der Ansprüche 17 bis 18, wobei die Hülse (8b) mit einem Befestigungsflansch (8c) versehen ist.
Rotoraufhängung nach Anspruch 19, wobei der Befestigungsflansch (8c) endseitig der Hülse (8b) angeordnet und vorzugsweise mit dieser einstückig ausgebildet ist.
Rotoraufhängung nach einem der Ansprüche 19 bis 20, wobei der Befestigungsflansch (8c) Haltelaschen (8f) und/oder Anlageflächen (8d, 8e) zur axialen und radialen Zentrierung der Rotoraufhängung (6, 7, 8) aufweist.
Elektroantrieb mit einer Rotoraufhängung (6, 7, 8) nach einem der Ansprüche 11 bis 21.
Elektroantrieb nach Anspruch 22, mit einem an der Rotoraufhängung (6, 7, 8) befestigten Rotor (10), wobei das Rotorlager (7) innerhalb der axialen Länge des Rotors angeordnet ist.
Elektroantrieb nach Anspruch 23, wobei der Rotor (10) eine Ausnehmung (10b) aufweist, in welche die Hülse (8b) der Rotoraufhängung (6, 7, 8) hineinragt.
Elektroantrieb nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei das Verbindungselement (6) der Rotoraufhängung (6, 7, 8) aus dem einen Ende der Hülse (8b) herausragt.
Elektroantrieb nach einem der Ansprüche 22 bis 25, wobei die Rotoraufhängung (6, 7, 8) an einem Halteteil (3) befestigt ist, das vorzugsweise Befestigungsflansche (3g) zur Montage des Elektroantriebs aufweist.
Elektroantrieb nach Anspruch 26, wobei der Statur (15) eine Statorhülse (19) aufweist, welche am Halteteil (3) befestigt ist.
Elektroantrieb nach einem der Ansprüche 22 bis 27, wobei der Stator (15) Polzähne (17a, 18b) aufweist, welche sich in Rotationsrichtung (10a) des Rotors (10) erstrecken.
Elektroantrieb nach einem der Ansprüche 22 bis 28, mit einer linear verschiebbaren Stellachse (2), die an die Drehstange (5) gekoppelt ist.
Elektroantrieb nach Anspruch 29, wobei die Stellachse (2) ein Innengewinde (2b) aufweist, welches in ein Gewinde (5a) der Drehstange (5) greift.
Elektroantrieb nach einem der Ansprüche 29 bis 30, wobei das Halteteil (3) und die Stellachse (2) Mittel (2a, 3c) zur Drehsicherung der Stellachse (2) aufweisen.