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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor für einen Kfz-Stell- oder Wischerantrieb mit einer Ankerwelle, deren eines Ende drehbar in einem Getriebegehäuse gelagert ist und deren anderes freie Ende eine Schnecke aufweist, um ein in dem Getriebegehäuse angeordnetes Schnecken- bzw. Schraubrad anzutreiben, wobei das freie Ende der Ankerwelle zur Abstützung bei größeren Auslenkungen in einer in dem Getriebegehäuse ausgebildeten Aufnahme angeordnet ist.
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Stand der Technik
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Derartige Elektromotoren mit entsprechenden Ankerwellen sind allgemein bekannt. Die Ankerwellen von elektrischen Kfz-Stellantrieben und -Wischerantrieben dienen sowohl zur Aufnahme und Lagerung des elektrischen Ankers als auch als Getriebeelement, da an dem freien Ende der Ankerwelle spanlos oder spanend eine Schnecke geformt wird oder eine entsprechende Schnecke auf das freie Wellenende aufgeschoben wird. Über die Schneckenverzahnung werden in axialer Richtung sowie quer dazu gerichtete Kräfte auf die Ankerwelle eingeleitet. Sowohl die zur Erzeugung des gewünschten Antriebsmomentes am Schnecken- bzw. Schraubrad notwendigen axialen Kräfte als auch tangentiale und radiale Kräfte müssen über mehrere Lager in das Getriebegehäuse abgeleitet werden. Je nach Antrieb werden dazu verschiedene Lagerungen eingesetzt. Bei Wischerantrieben ist es üblich, die Welle zwischen der Schnecke und einem Kommentator einerseits in einem als Festlager ausgeführten Kugellager und andererseits im Bereich des Ankers im Poltopf mit einem Gleitlager wie beispielsweise einer Kugelkalotte zu führen. Dies führt zu einer fliegenden Lagerung der Schnecke, weshalb die freien Enden der Ankerwelle hinter der daran vorgesehenen Schnecke in der Regel zylindrisch ausgeführt sind und mit einer in dem Getriebegehäuse vorgesehenen Aufnahme bei größeren Auslenkungen zwischen 0,1 und 0,2 mm abgestützt werden.
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Bei Stellantrieben werden demgegenüber bei im Wesentlichen gleicher Lageranordnung keine Kugellager eingesetzt. Die Axialkräfte der Ankerwelle werden statt dessen über Axiallager aufgenommen, indem die Wellenenden in axialer Richtung z. B. über Anlaufpilze oder Kugel/Metallplättchen-Elemente abgestützt werden.
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Durch die größeren Auslenkungen zwischen 0,1 bis 0,2 mm bei fliegend gelagerten Ankerwellen wird eine zusätzliche Last auf die an der Ankerwelle ausgebildete Schnecke aufgebracht, wodurch der Zahneingriff gestört wird und die Überdeckung der Verzahnung der Schnecke mit der Verzahnung des Schnecken- bzw. Schraubrades abnimmt. Dies führt unweigerlich zu einer Minderung der Festigkeit der Verzahnungen und kann zu einer Wirkungsgradverschlechterung führen. Zudem wird dadurch die Möglichkeit einer Verkleinerung des Fußkreisdurchmessers der Schnecke eingeschränkt, wodurch der Wirkungsgrad des Schneckengetriebes, der durch den Steigungswinkel der Schnecke bestimmt wird, verringert wird.
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Ferner besteht bei einer Abstützung eines zylindrisch ausgebildeten Wellenendes die Gefahr, dass bei einer Verkippung der Ankerwelle sich das freie Ende der Ankerwelle in der Aufnahme des Getriebegehäuses verkantet, was zu einem erheblichen Verschleiß des freien Endes der Ankerwelle durch sogenannte Kantenläufer führen kann.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Elektromotor bereitzustellen, der einfach herstellbar ist und auch bei größeren Auslenkungen der Ankerwelle gegenüber dem Getriebegehäuse möglichst zuverlässig und verschleißarm betrieben werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an dem freien Ende der Ankerwelle und/oder der Aufnahme mindestens ein in der Aufnahme angeordnetes, kegelförmiges, tonnenförmiges oder kalottenförmiges Ausgleichselement vorgesehen ist, an oder mit welchem sich das freie Ende der Ankerwelle bei einer Auslenkung des freien Endes an der Aufnahme abstützt.
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Vorteile der Erfindung
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Mit anderen Worten wird hier eine hinsichtlich der Herstellung und Funktionalität optimierte Abstützung des freien Endes der Ankerwelle bereitgestellt, die leicht und präzise herstellbar ist und gleichzeitig eventuell bei der Herstellung der Ankerwelle entstehende Formfehler ausgleichen kann. Die vorgeschlagene Abstützung besteht dabei aus einem gezielt geformten freien Ende der Abtriebswelle bzw. einer gezielt geformten Aufnahme und einem korrespondierend dazu ausgebildeten Gegenstück. Dadurch werden Vorteile wie beispielsweise bessere Eingriffsverhältnisse im Betrieb unter Last erreicht und ein einfach herzustellendes und funktionales Abstützsystem auch bei den üblichen Abweichungen von Getriebegehäuse und Ankerwelle bereitgestellt. Durch Vorsehen dieses Ausgleichselementes wird erreicht, dass bei einer Auslenkung insbesondere eine Abweichung der Ankerwelle aus der achsparallelen Stellung zum Getriebegehäuse das Verdrehen der Ankerwelle zu einer Punkt- oder Linienlast beim Abstützen des freien Endes der Ankerwelle an der Aufnahme des Getriebegehäuses führt. Ein Verkanten des zylinderförmigen freien Endes der Ankerwelle in der ebenfalls zylinderförmig ausgebildeten Aufnahme wird beispielsweise dadurch verhindert, dass das Ausgleichselement als Ring oder Ringabschnitt mit einer kugelförmigen, tonnenförmigen oder kalottenförmigen Querschnittsfläche ausgebildet ist. Dabei kann der kalottenförmige Ring oder Ringabschnitt einteilig mit dem freien Ende der Ankerwelle oder auch einteilig mit der Aufnahme ausgebildet sein.
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Um die Möglichkeit eines Nachrüstens von herkömmlich hergestellten Ankerwellen bereitzustellen, kann in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der kugelförmige, tonnenförmige oder kalottenförmige Ring oder Ringabschnitt einfach auf das freie Ende der Ankerwelle aufgeschoben werden.
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Alternativ ist es auch möglich, beispielsweise in dem freien Ende der Ankerwelle eine Bohrung vorzusehen und den kugelförmigen, tonnenförmigen oder kalottenförmigen Ring oder das Ringelement in das freie Ende der Ankerwelle einzuschrauben, um es darin lösbar zu fixieren.
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Natürlich ist es auch möglich, den kugel-, tonnen- oder kalottenförmigen Ring oder das Ringelement in die Aufnahme einzusetzen bzw. einzuschrauben und darin lösbar zu fixieren.
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Es ist nicht zwingend notwendig, dass das Ausgleichselement ohne Unterbrechungen an dem freien Ende der Ankerwelle oder in der Aufnahme umläuft. Statt dessen ist es auch möglich, mehrere beabstandet zueinander angeordnete Ausgleichselemente an dem freien Ende der Ankerwelle und/oder in der Aufnahme anzuordnen. Dabei bietet es sich an, die Ausgleichselemente symmetrisch über den Umfang des freien Endes der Ankerwelle und/oder in der Aufnahme verteilt anzuordnen.
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Um die Reibkräfte zwischen den Ausgleichselementen und dem freien Ende der Ankerwelle bzw. der Aufnahme möglichst gering zu halten, ist in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, in der Aufnahme mindestens eine Tasche auszubilden, die als Fettdepot dient, um das freie Ende der Ankerwelle zu schmieren.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, die Aufnahme und das freie Ende der Antriebswelle derart beabstandet zueinander anzuordnen, dass sich erst bei einer Auslenkung des freien Endes der Ankerwelle unter Last um einen Betrag Δ ein insbesondere punktförmiger Flächenkontakt zwischen dem freien Ende und der Ankerwelle und der Aufnahme einstellt.
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Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen wird auf die Unteransprüche sowie die Erläuterung zu den nachfolgenden Zeichnungen verwiesen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 eine Teildarstellung eines Elektromotors gemäß dem Stand der Technik mit ausgelenkter Ankerwelle;
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2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Elektromotors mit ausgelenkter Ankerwelle;
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3a–d bekannte Ausbildungsformen von Wellenenden gemäß dem Stand der Technik;
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4a–c verschiedene Bauformen von freien Enden erfindungsgemäßer Ankerwellen, in entsprechend ausgebildeten Aufnahmen; und
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5 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Elektromotors, mit mehreren in der Aufnahme des Getriebegehäuses angeordneten Ausgleichselementen.
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Die 1 zeigt einen Elektromotor für einen Kfz-Stell- oder Wischerantrieb mit einer Ankerwelle 1, deren eines Ende drehbar in einem Getriebegehäuse 2 auf eine nicht näher dargestellte Weise gelagert ist und deren anderes freie Ende 3 eine Schnecke 4 aufweist, um ein in dem Getriebegehäuse 2 angeordnetes Schnecken- bzw. Schraubrad (ebenfalls nicht dargestellt) anzutreiben. Das freie Ende 3 der Ankerwelle 1 ist zur Abstützung bei größeren Auslenkungen, die insbesondere eine Abweichung der Koaxialität zwischen Getriebegehäuse 2 und Ankerwelle 1 führen, in einer in dem Getriebegehäuse 2 ausgebildeten Aufnahme 5 angeordnet und wird darin abgestützt. Das freie Ende 3 der Ankerwelle 1 ist hier zylindrisch ausgebildet. Auch die Aufnahme 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel zylindrisch ausgebildet, was dazu führt, dass bei stark gegeneinander geneigten Achsen von Ankerwelle 1 und Aufnahme 5 das freie Ende 3 in der Aufnahme 5 verkantet. Es entsteht ein sogenannter Kantenläufer, der aufgrund der hohen Reibkräfte zu einem sehr schnellen Verschleiß führen kann.
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Um ein entsprechendes Verkanten der Ankerwelle 1 in der Aufnahme 5 zu verhindern oder zu vermindern, wird erfindungsgemäß wie in 2 gezeigt vorgeschlagen, ein Ausgleichselement 7 an dem freien Ende 3 der Ankerwelle 1 vorzusehen, mit welchem sich das freie Ende 3 der Ankerwelle 1 bei einer Auslenkung des freien Endes derart zu der Aufnahme 5 bewegen kann, dass eine Abweichung der Koaxilität zwischen der Ankerwelle 1 und der Aufnahme 5 sich an der Aufnahme 5 gefangen und abstützt werden kann. Das kugelförmige, tonnenförmige oder kalottenförmige Ausgleichselement 7 ist dabei in der Aufnahme 5 angeordnet, um gerichtet ein Verkippen um den Winkel α der Achsen der Ankerwelle 1 und der Aufnahme 5 relativ zueinander durch einen Punkt- oder Linienkontakt zwischen Ankerwelle 1 und Aufnahme 5 auszugleichen.
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Dieses Wirkprinzip macht es für sämtliche in 3 gezeigte bekannte Wellenenden 3 von Ankerwellen 1, an denen Schnecken 4 angeformt sind, möglich, entsprechende Ausgleichselemente 7 anzubringen. Beispiele für entsprechend an die unterschiedlich ausgebildeten freien Enden 3 der Ankerwellen 1 angepassten Ausgleichselemente 7 sind entsprechend in 4 gezeigt. So ist in den 4a und b jeweils eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei welchen das Ausgleichselement 7 als kugelförmiger Wellenzapfen ausgebildet ist. Gemäß 4a ist dieser ringförmig ausgebildet und kann auf das freie Ende 3 der Ankerwelle 1 einfach aufgeschoben werden. In 4b ist eine zentrisch angeordnete Bohrung 8 in dem freien Ende 3 der Ankerwelle 1 vorgesehen, in welche der kugelförmige Wellenzapfen 7 einfach eingeschraubt werden kann.
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Während bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4a ein relativ großer Reibradius zwischen freiem Ende 3 der Ankerwelle 1 entsteht, kann bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4b der Reibradius sehr klein gehalten werden. Andererseits ist das Aufstecken des Wellenzapfens 7 eine sehr einfache Art, ein entsprechendes Ausgleichselerent 7 an dem freien Ende 3 der Ankerwelle 1 zu befestigen, für das keine Vorarbeit benötigt wird, wohingegen für das Einschrauben des Ausgleichselementes 7 in das freie Ende 3 der Ankerwelle 1 gegebenenfalls wenn nicht vorhanden noch eine zentrische Bohrung 8 eingebracht werden muss.
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In 4c ist ein freies Ende 3 einer Ankerwelle 1 gezeigt, welches zylindrisch ausgebildet ist. Auf diesen zylindrisch ausgebildeten Endabschnitt 3 der Abtriebswelle kann ein Ausgleichselement 7 in der Form eines kugelförmigen Rings beispielsweise aus Kunststoff aufgeschoben werden. Anschließend kann die Ankerwelle 1 in einer zylindrischen Aufnahme 5 oder Lagerbuchse oder direkt in einen zylindrisch bzw. teilzylindrisch ausgebildetes Getriebegehäuse 2 eingeführt werden. Hierdurch können auf einfache Weise Achsverschränkungen ausgeglichen werden. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass bei Verwendung eines geeigneten Materials für das Ausgleichselement 7, hier in der Form eines Ringes, keine zusätzliche Lagerbuchse eingesetzt werden muss. Zudem sind die Anforderungen an die Oberfläche des freien Endes 3 der Ankerwelle aufgrund der Überdeckung durch den Ring 7 gering, d. h. Riefen und andere Oberflächenschädigungen wirken sich nicht negativ auf die Lebensdauer der Verbindung zwischen freiem Ende 3 der Ankerwelle und der Aufnahme 5 bzw. dem Getriebegehäuse 2 aus.
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5 zeigt eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei dem das Ausgleichselement 7 zur Abstützung des freien Endes 3 der Ankerwelle 1 nicht an dem freien Ende 3 selbst angeordnet ist, sondern statt dessen in der Aufnahme 5 in dem Getriebegehäuse 2. Hier sind in der Aufnahme 5 des Getriebegehäuses 2 mehrere über die Erstreckung der Aufnahme 5 hinweg symmetrisch verteilte Ausgleichselemente 7 in die Aufnahme 5 eingesetzt. Natürlich ist es auch möglich, die Ausgleichselemente 7 direkt im Getriebegehäuse 2 bzw. der Aufnahme 5 auszubilden. Die Ausgleichselemente 7 müssen auch nicht komplett zylindrisch sein und 360° des freien Endes 3 der Ankerwelle 1 umschließen, sondern können je nach Getriebebauform und Belastungsart die Bewegungen der Ankerwelle 1 in einer Hauptlastrichtung abstützen, in einer davon abgewandten Richtung hingegen keine abstützende Wirkung bereitstellen. Auch die die Welle abstützenden Aufnahme 5 bzw. das Getriebegehäuse 2 in diesem Bereich muss nicht rund ausgebildet sind. Auch ungleichmäßige Formen z. B. in Form von Taschen, die als Fettdepots dienen können, und leicht herstellbare einfache geometrische Formen wie plane Flächen können je nach Anwendungsfall sinnvoll sein.
