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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem verbesserten Axialspielausgleich.
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Elektrische Maschinen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Beispielsweise zeigt die
DE 103 38 461 A1 einen Elektromotor mit einer Wellenlagerung mittels eines Federelements, welches durch elastischen Federbereich das Wellenlager axial fixiert. Des Weiteren hat allerdings auch eine Rotorwelle häufig ein freies Axialspiel. Bei einer Verwendung von Elektromotoren in Fahrzeugen, beispielsweise als Fensterheberantriebe oder Schiebedachantriebe, kann dieses Axialspiel jedoch Geräusche bei einer Drehrichtungsumkehr verursachen. Diese Geräusche sind jedoch bei Verwendung in Fahrzeugen unbedingt zu vermeiden, um keinen Eindruck einer mangelnden Qualität der Antriebe aufkommen zu lassen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass sowohl ein Spiel eines Lagers als auch ein Spiel einer Rotorwelle vermieden werden kann. Hierbei stellt die vorliegende Erfindung eine sehr einfache und kostengünstige Lösung bereit, bei der kein zusätzlicher Bauraum notwendig ist. Erfindungsgemäß ist ein einstückiges Federelement vorgesehen, welches einen ersten Federbereich zur axialen Vorspannung des Lagers und einen zweiten Federbereich zur axialen Vorspannung der Rotorwelle umfasst. Das Federelement ist dabei ein einstückiges Bauteil, so dass eine Teilezahl reduziert werden kann. Die Rotorwelle wird dabei an einem an der Rotorwelle angeordneten Rotorbauteil oder einem Wellenabsatz vorgespannt. Das Lager wird an einem Lagergehäuse vorgespannt. Die erfindungsgemäße elektrische Maschine ist vorzugsweise ein Elektromotor, welcher insbesondere in Fahrzeugen als elektrischer Kleinantrieb für Fenster oder Schiebedächer oder zur Sitzverstellung verwendet wird. Durch die axiale Vorspannung sowohl des Lagers als auch der Rotorwelle können dabei sicher Geräusche, welche durch ein Axialspiel dieser Bauteile verursacht werden können, unterbunden werden.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Um einen besonders kompakten Aufbau, insbesondere in axialer Richtung, bereitzustellen, stellt ein erster Federbereich des Federelements eine erste Axialkraft in eine erste Richtung bereit und ein zweiter Federbereich stellt eine zweite Axialkraft in eine zur ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung bereit. Hierdurch kann das Federelement zwischen dem Lager und einem Angriffspunkt an der Rotorwelle bzw. einem mit der Rotorwelle verbundenen Bauteil ermöglicht werden.
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Besonders bevorzugt stehen der erste und zweite Federbereich des Federelements, ausgehend von einer Grundebene, gemeinsam zu einer gleichen Seite vor. Dies ermöglicht einen besonders kompakten Aufbau des Federelements in axialer Richtung.
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Für eine besonders einfache Montage weist das Federelement vorzugsweise einen geschlossenen Außenring auf.
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Weiter bevorzugt umfasst das Federelement einen ersten Federbereich mit einer Vielzahl von Armen, welche das Lager kontaktieren. Besonders bevorzugt sind dabei drei oder fünf Arme vorgesehen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der zweite Federbereich des Federelements eine Vielzahl von Armen auf, welche die Rotorwelle oder ein mit der Rotorwelle verbundenes Bauteil kontaktieren. Die Zahl der Arme ist ebenfalls bevorzugt drei oder fünf, und besonders bevorzugt gleich einer Anzahl von Armen des ersten Federbereichs.
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Da der zweite Federbereich des Federelements mit der Rotorwelle oder einem mit der Rotorwelle verbundenen Bauteil in Kontakt steht und sich die Rotorwelle bzw. dieses Rotorbauteil rotieren, ist ein Kontaktbereich des zweiten Federbereichs als vorstehender Bereich ausgebildet. Hierdurch ergibt sich lediglich ein punktförmiger Kontakt zwischen dem zweiten Federbereich und dem sich rotierenden Bauteil, so dass nur eine geringe Reibung und ein geringer Verschleiß auftreten.
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Weiter bevorzugt umfasst das Federelement einen geschlossenen Innenring, wobei der Innenring mit der Vielzahl von Armen des zweiten Federbereichs verbunden ist. Dabei kann der Innenring mit der Rotorwelle bzw. dem mit der Rotorwelle verbundenen Bauteil in Kontakt stehen und die Vorspannung des zweiten Federbereichs auf dieses Bauteil übertragen.
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Das einstückige Federelement ist besonders bevorzugt aus einem Federstahl oder einem elastischen Kunststoff hergestellt.
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Weiter bevorzugt ist das erfindungsgemäße Federelement am Gehäuseteil der elektrischen Maschine fixiert. Eine Fixierung erfolgt vorzugsweise mittels einer Presspassung zwischen dem Federelement und dem Gehäuseteil.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Lager ein Kalottenlager und das Federelement umgreift zumindest teilweise einen Lagerbereich des Kalottenlagers. Hierdurch kann eine weitere Bauraumreduzierung in axialer Richtung erreicht werden.
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Zeichnung
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische Schnittansicht einer elektrischen Maschine mit einem Federelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 eine perspektivische, schematische Darstellung des Federelements von 1,
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3 eine schematische Schnittansicht des Federelements von 2, und
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4 eine schematische Draufsicht eines Federelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 ein Elektromotor 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst der schematisch dargestellte Elektromotor 1 eine Rotorwelle 2 mit einem darauf befestigten Rotorbauteil 3, in diesem Ausführungsbeispiel eine Hülse. Die Rotorwelle 2 ist ferner an einem Endbereich an einem Kalottenlager 4 gelagert. Das Kalottenlager 4 stützt sich an einem Gehäuseteil 5 ab.
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Ferner umfasst der Elektromotor 1 ein Federelement 6, welches im Detail aus den 2 und 3 ersichtlich ist. Das Federelement 6 weist einen umlaufenden Außenring 12 sowie einen ersten Federbereich 7 und einen zweiten Federbereich 9 auf. Der erste Federbereich 7 umfasst eine Vielzahl von ersten Federarmen 8, welche, wie aus 3 ersichtlich ist, eine Federkraft in Richtung des Pfeils F1 bereitstellen. Der zweite Federbereich 9 umfasst eine Vielzahl von zweiten Federarmen 10, welche eine Federkraft in Richtung des Pfeils F2 bereitstellen. Die zweiten Federarme 10 sind dabei länger als die ersten Federarme 8. Wie aus 3 ersichtlich ist, sind jedoch die ersten Federarme 8 und die zweiten Federarme 9 beide zu einer gleichen Seite 13 des Federelements 6, ausgehend von einer Grundebene E, gerichtet. Die ersten und zweiten Federarme 8, 10 sind in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet.
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Wie aus 3 ersichtlich ist, ist dabei die Federkraft F1 des ersten Federbereichs 7 entgegengesetzt zur Federkraft F2 des zweiten Federbereichs 9. Somit stellt das einstückige, erfindungsgemäße Federelement 6 ein Federelement bereit, welches zwei Federbereiche mit einander entgegengesetzt gerichteten Federkräften F1, F2 bereitstellt. Die ersten Federarme 8 des ersten Federbereichs 7 greifen dabei am Kalottenlager 4 an. Die zweiten Federarme 10 des zweiten Federbereichs 9 greifen am Rotorbauteil 3 an. Hierbei sind an den zweiten Federarmen 10 an deren freien Enden Kontaktbereiche 11 vorgesehen, welche durch in Richtung der Federkraft F2 gerichtete, vorstehende Bereiche bereitgestellt sind. Hierdurch kann eine Reibung zwischen den Kontaktbereichen 11 und dem Rotorbauteil 7 während des Betriebes reduziert werden. Zusätzlich verhindern vorstehende Bereiche, dass die Kanten der Federarme das Lager berühren und ein Geräusch dabei entsteht.
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Das Federelement 6 ist mit dem Außenring 12 in eine Ausnehmung 5a des Gehäuseteils 5 mittels Presspassung fixiert. Hierzu ist der Außenring 12 für eine einfache und sicherere Fixierung in Axialrichtung X-X umgebogen. Das Federelement 6 ist vorzugsweise aus einem Federstahl hergestellt und wird vorzugsweise mittels eines Stanzvorgangs einfach und kostengünstig hergestellt.
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Wie aus 2 ersichtlich ist, weisen im beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel der erste Federbereich 7 und der zweite Federbereich 9 die gleiche Anzahl von Federarmen, nämlich jeweils fünf Federarme, auf. Es ist jedoch auch möglich, dass unterschiedliche Anzahlen von Federarmen für die ersten und zweiten Federbereiche verwendet werden.
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Durch das erfindungsgemäße Federelement 6 kann somit eine axiale Vorspannung sowohl des Kalottenlagers 4 als auch der Rotorwelle 2 mittels einem einzigen Bauteil erreicht werden. Da, wie aus 1 ersichtlich ist, das Federelement 6 das Kalottenlager 4 teilweise umgreift, wird auch nur ein geringer axialer Bauraum benötigt. Hierdurch kann der Elektromotor in Axialrichtung besonders kompakt aufgebaut sein und eignet sich dadurch besonders gut für Anwendungsfälle mit kleinen Bauräumen, wie beispielsweise als Fensterheberantrieb oder Schiebedachantrieb oder Sitzverstellantrieb.
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Es sei angemerkt, dass sich der zweite Federbereich 9 auch direkt an der Rotorwelle 2, beispielsweise an einem Wellenabsatz, abstützen kann und somit die Rotorwelle 2 direkt vorspannen kann.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet sind.
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4 zeigt ein Federelement 6 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei zusätzlich noch ein Innenring 14 am Federelement 6 vorgesehen ist. Der Innenring 14 verbindet die nach innen gerichteten Enden der zweiten Federarme 10 des zweiten Federbereichs 9 miteinander. Ferner ist der Innenring 14 für einen Kontakt mit dem rotierenden Bauteil vorgesehen. Die ersten und zweiten Federarme sind in Umfangsrichtung wieder abwechselnd angeordnet, wobei die zweiten Federarme 10 des zweiten Ausführungsbeispiels eine S-förmige Gestalt aufweisen. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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