DE102010030373A1

DE102010030373A1 - Elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102010030373A1
Application number: DE102010030373A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dommsch; Uwe Roessler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-06-23
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2011-12-29
Also published as: WO2011160984A3; CN102948044A; WO2011160984A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine umfassend einen Poltopf (2), eine Welle (3), ein Wälzlager (4) mit einem Innenring (5), einem Außenring (6) und einer Vielzahl von Wälzkörpern (7), wobei das Wälzlager (4) die Welle (3) am Poltopf (2) lagert, und ein Federelement (8), welches in Axialrichtung (X-X) der Welle (3) zwischen einem Poltopfboden (9) und dem Wälzlager (4) angeordnet ist, wobei das Federelement (8) das Wälzlager (4) in Axialrichtung vorspannt.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere einen Scheibenwischermotor, einen Schiebedachantrieb oder einen Sitzservomotor, die bei Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.
Beim Stand der Technik werden Ankerwellen von elektrischen Maschinen üblicherweise über im Gehäuse bzw. Poltopf angeordnete Wälzlager abgestützt, von denen eines als Festlager zur Aufnahme von Radial- und Axialkräften entweder in der Mitte oder am Ende der Ankerwelle am Poltopf fixiert ist. Hierbei ist es von Nachteil, dass eine axiale Vorspannung der Ankerwelle nur mit aufwendigen und risikobehafteten Fertigungsschritten möglich ist, was höhere Prozess- und Stoffkosten sowie eine kürzere Lebensdauer zur Folge hat.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine und das Verfahren zur Herstellung einer solchen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche weisen demgegenüber den Vorteil auf, dass ein zusätzliches Federelement vorgesehen ist, welches in Axialrichtung der Welle zwischen einem Poltopfboden und dem Wälzlager angeordnet ist und das Federelement das Wälzlager in Axialrichtung vorspannt. Hierdurch ist es möglich, auf einfache und kostengünstige Weise eine gezielte axiale Vorspannung im Wälzlager zur Geräuschminimierung und Wirkungsgraderhöhung mittels einer festgelegten Federkennlinie zu erreichen. Zudem wird eine Beschädigung des Lagers durch axiale Stöße und Schläge weitestgehend verhindert, sodass eine längere Dauerhaltbarkeit bzw. Lebensdauer gewährleistet ist. Ferner wird ein Toleranzausgleich bei prozessbedingten Dimensionsänderungen, wie z. B. einer Phasenänderung am Wälzlager, eine Änderung der Blechdicke des Polgehäuses, oder einer Änderung der Tiefe und Position einer Rollierverbindung des Wälzlagers, ermöglicht.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Wälzlager mit dem Innenring mittels einer Rollierverbindung an der Welle befestigt und/oder mit dem Außenring mittels einer Rollierverbindung am Poltopf befestigt. Hierdurch ist es möglich, die Welle zusammen mit dem an der Welle befestigten Wälzlager zeit- und kosteneffizient im Polgehäuse zu montieren. Ferner sind keine zusätzlichen Befestigungsbauteile und deren Montageschritte erforderlich, was zu geringeren Bauteilkosten und kürzeren Taktzeiten bei der Fertigung führt. Darüber hinaus ist die Verwendung von Standard-Wälzlagern möglich, die die Rollierverbindung mit dem Polgehäuse auch bei dünnwandigen Außenringen zulassen.
Weiterhin bevorzugt liegt das Federelement am Außenring des Wälzlagers an. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung greift das Federelement an einer Seite des Außenrings an und die andere Seite des Außenrings stützt sich gegen eine Wulst der Rollierverbindung ab.
Vorzugsweise ist der Poltopf mit wenigstens einer Stufe ausgebildet und das Federelement stützt sich am Boden der Stufe ab. Hierdurch wird eine zuverlässige Abstützung auch mit geringeren Ebenheitsanforderungen an den Boden der Stufe des Poltopfs gewährleistet. Ferner ist eine höhere Axialkraftaufnahme durch ein stabiles, z. B. durch Tiefziehen, aus Stahl gefertigtes Polgehäuse erreichbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Wälzlager an einem Wellenendbereich der Welle angeordnet und kann ohne das Risiko einer Riefenbildung bei der Fertigung zusammen mit der Welle in den Poltopf eingesetzt werden und durch eine Rollierverbindung am Polgehäuse fixiert werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ein Gegenlager vorgesehen, welches die Welle zumindest radial abstützt. Weiterhin bevorzugt ist das Gegenlager als Loslager und das Wälzlager als Festlager ausgebildet. Hierdurch ist es möglich das Gegenlager als Gleitlager auszubilden, das ein geringeres Bauvolumen und Gewicht als ein Wälzlager aufweist sowie bei der Fertigung einfacher und schneller und besonders vorteilhaft in Getriebenähe montiert werden kann.
Vorzugsweise ist das Federelement in Form einer Wellfeder oder einer Federscheibe oder einer Tellerfeder ausgebildet. Durch die Verwendung von Standard-Bauteilen wird eine einfache Anpassung der entsprechend der Einsatzart der elektrischen Maschine erforderlichen Federkennlinie mit minimalem Bauvolumen ermöglicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
1 eine geschnittene Teilansicht einer elektrischen Maschine gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und
2 eine geschnittene Teilansicht einer elektrischen Maschine gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel im Detail beschrieben.
1 zeigt eine geschnittene Teilansicht einer elektrischen Maschine 1, die einen Poltopf 2, eine Welle 3 und ein Wälzlager 4 mit einem Innenring 5, einem Außenring 6 und eine Vielzahl von Wälzkörpern 7 aufweist, von denen in dieser Schnittdarstellung lediglich zwei Wälzkörper 7 sichtbar dargestellt sind. Das Wälzlager 4 ist mit dem Innenring 5 mittels einer ersten und zweiten Rollierverbindung 20, 21 an einem Wellenendbereich 11 der Welle 3 befestigt, der in einen Poltopfboden 9 des Poltopfs 2 eingeführt ist. Der Außenring 6 stützt die Welle 3 hierbei radial am Poltopf 2 ab. Zwischen dem Poltopfboden 9 und dem Wälzlager 4 ist ein Federelement 8 in Axialrichtung X-X der Welle 3 angeordnet, das mit einer Seite am Außenring 6 des Wälzlagers 4 anliegt und dessen andere Seite sich an einer im Poltopfboden 9 ausgebildeten Stufe 10 abstützt. Da das Wälzlager 4 am Wellenendbereich 11 angeordnet ist, besteht kein Risiko von Riefen o. ä. auf der Welle durch den Montageprozess.
Obwohl in 1 nicht dargestellt, umfasst die elektrische Maschine 1 zudem ein Gegenlager, welches die Welle 3 zumindest radial am Poltopf 2 abstützt. Hierbei bildet das Gegenlager das Loslager und das Wälzlager 4 das Festlager. Das Gegenlager kann vorzugsweise als Gleitlager ausgebildet sein, das gegenüber dem Wälzlager 4 ein kleineres Bauvolumen beansprucht und somit zur Bauraumoptimierung der elektrischen Maschine 1 beiträgt.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine 1 stellt somit eine Wellen-Baugruppe bereit, welche aufgrund ihres zusätzlich in Axialrichtung der Welle zwischen dem Poltopfboden 9 und dem Wälzlager 4 angeordneten Federelements 8 eine gezielte axiale Vorspannung der Wellen-Baugruppe im Polgehäuse 2 mit einer geringeren Anzahl von Bauteilen und minimiertem Bauvolumen ermöglicht.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 2 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile sind hierbei mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
Im Gegensatz zum zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ist der Außenring 6 des Wälzlagers 4 bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel mittels einer dritten Rollierverbindung 22 fixiert, die bei der Fertigung der elektrischen Maschine 1 von einer Außenseite 13 des Poltopfs 2 aufgebracht wird. Das Wälzlager 4 wird hierbei in Axialrichtung X-X zur Stufe 10 hin verschoben und das am Außenring 6 des Wälzlagers 4 angreifende Federelement 8 wird zusammengedrückt, während sich die entgegengesetzte Seite des Außenrings 6 gegen eine Wulst 12 der dritten Rollierverbindung 22 abstützt. Die Position und Tiefe der dritten Rollierverbindung 22 ist hierbei so bemessen, dass eine axiale Vorspannkraft entsprechend der Federkennlinie des Federelements 8 erzeugt wird.
Das Federelement 8 kann bei allen Ausführungsbeispielen hierbei in Form einer Wellfeder oder einer Federscheibe oder einer Tellerfeder oder dergleichen ausgebildet sein. Dabei kann das Federelement 8 über den Umfang um die welle geschlossen oder geschlitzt ausgebildet sein. Ebenso kann eine Wellfeder aus mehreren Elementen axial geschichtet bzw. gewickelt sein. Vorteilhaft sind am Federelement 8 axial abgespreizte Federzungen angeordnet, die sich im montierten Zustand vorzugsweise am Wälzlager 4 abstützen. Am Federelement 8 können Freisparungen ausgebildet werden, mittels deren die Kraftverteilung im Federelement 8 bestimmt werden kann.
Wird das Federelement 8 bei der Montage mittels einer definierten Axialkraft auf das Wälzlager 4 axial vorgespannt, kann das Wälzlager 4 anschließend gegenüber dem Poltopf 2 fixiert werden, wodurch das Ankerlängsspiel wirkungsvoll eliminiert wird. Zum Fixieren des Wälzlagers 4 kann die Wand des Poltopfes 2 mittels plastischer Materialumformung – beispielsweise Rollieren oder Kerben oder Prägen – umgeformt werden.

Claims

Elektrische Maschine, umfassend: – einen Poltopf (2), – eine Welle (3), – ein Wälzlager (4) mit einem Innenring (5), einem Außenring (6) und einer Vielzahl von Wälzkörpern (7), wobei das Wälzlager (4) die Welle (3) am Poltopf (2) lagert, und – ein Federelement (8), welches in Axialrichtung (X-X) der Welle (3) zwischen einem Poltopfboden (9) und dem Wälzlager (4) angeordnet ist, wobei das Federelement (8) das Wälzlager (4) in Axialrichtung vorspannt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (4) mit dem Innenring (5) – insbesondere mittels einer ersten und zweiten Rollierverbindung (20, 21) – an der Welle (3) befestigt ist und/oder mit dem Außenring (6) – insbesondere mittels einer dritten Rollierverbindung (22) – am Poltopf (2) befestigt ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (8) am Außenring (6) des Wälzlagers (4) anliegt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (8) an einer Seite des Außenrings (6) angreift und die andere Seite des Außenrings (6) sich gegen eine Wulst (12) der dritten Rollierverbindung (22) abstützt.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Poltopfboden (9) mit wenigstens einer Stufe (10) ausgebildet ist und das Federelement (8) sich am Boden der Stufe (10) abstützt.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (4) an einem Wellenendbereich (11) der Welle (3) angeordnet ist.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Gegenlager, welches die Welle (3) zumindest radial abstützt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenlager ein Loslager und das Wälzlager (4) ein Festlager ist.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (8) in Form einer Wellfeder oder einer Federscheibe oder einer Tellerfeder ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst das Federelement (8) mittels einer definierten axialen Montagekraft axial vorgespannt wird, und anschließend das Wälzlager 4 gegenüber dem Poltopf (2) fixiert – insbesondere mittels plastischer Materialumformung umgeformt – wird.