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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einer verbesserten Axiallagerung.
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Bei elektrischen Maschinen, wie beispielsweise bei Antriebsmotoren mit Schnecken- oder Schraubradgetrieben, wie sie z. B. bei Komfortantrieben in Fahrzeugen (elektrischer Fensterheber, elektrische Sitzverstellung, etc.) verwendet werden, können durch Richtungsänderungen im Getriebe teilweise sehr hohe Axialkräfte auf die Ankerwelle entstehen. Eine maximale Axialkraft wird hierbei insbesondere in einem Blockierfall auftreten. Diese an der Ankerwelle auftretenden Axialkräfte werden üblicherweise mittels einreihiger Wälzlager aufgenommen. Diese Wälzlager sind Massenprodukte, im Vergleich mit anderen Ankereinzelbauteilen jedoch das teuerste Ankerbauteil. Abhängig von der maximal auftretenden Axialkraft muss dementsprechend auch ein ausreichend dimensioniertes Wälzlager verwendet werden. Wenn beispielsweise Axialkräfte von über 800 N auftreten, muss ein Wälzlager mit einem Innendurchmesser von 8 mm statt des sonst üblichen Innendurchmessers von 6 mm verwendet werden. Hierdurch beeinflusst jedoch die maximale Axialkraft auch die Dimensionierung der Ankerwelle, welche dann einen entsprechend größeren Außendurchmesser aufweisen muss, wobei jedoch die Ankerwelle dann für die zu übertragenden Torsions- und Biegemomente überdimensioniert ist. Diese Überdimensionierung hat jedoch auch eine Vergrößerung weiterer Ankerbauteile, wie z. B. das Lamellenpaket, einen Kommutator, weitere Gleitlager und auch einen Schneckendurchmesser einer Schnecke zur Folge. Auch müssen die die Ankerbauteile umhüllenden Bauteile, wie insbesondere Permanentmagnete, Bürstenhalter und das Polgehäuse vergrößert werden.
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Hierdurch ergeben sich jedoch unerwünschte Mehrkosten sowie insbesondere ein höheres Gewicht sowie eine unerwünschte Bauraumvergrößerung der elektrischen Maschinen. Darüber hinaus verschlechtern größere Gleitlagerdurchmesser sowie größere Schneckendurchmesser den mechanischen Wirkungsgrad der elektrischen Maschine.
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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 einerseits nur ein kleiner Bauraum, insbesondere mit einem kleinen Wellendurchmesser, notwendig ist und andererseits trotzdem höhere Axialkräfte durch ein Wälzlager aufgenommen werden können. Somit kann erfindungsgemäß auch ein kleines Gewicht der elektrischen Maschine beibehalten werden und es muss nicht mehr Material als funktionsbedingt notwendig verwendet werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass eine geschlitzte Hülse verwendet wird, wobei eine Ankerwelle der elektrischen Maschine durch die geschlitzte Hülse hindurchgeführt ist und die geschlitzte Hülse eine Entkopplung des Durchmessers der Welle von einem Innendurchmesser des Wälzlagers ermöglicht. Somit kann auf überraschend einfache Weise ein Wälzlager mit höherer Tragzahl verwendet werden, ohne dass andere Bauteile der elektrischen Maschine, insbesondere die Ankerwelle, vergrößert werden müssen. Die geschlitzte Hülse kann dabei sehr einfach und kostengünstig bereitgestellt und auch montiert werden.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Besonders bevorzugt ist der Schlitz in der Hülse durchgehend von einem ersten Ende bis zu einem zweiten Ende der Hülse vorgesehen. Weiter bevorzugt ist der Schlitz geradlinig ausgebildet, wodurch eine einfache und kostengünstige Herstellbarkeit gewährleistet ist. Alternativ kann der Schlitz auch nicht geradlinig, beispielsweise S-förmig oder in einer anderen Wellenform vorgesehen werden. Bei einer besonders einfachen Herstellung ist der Schlitz parallel zu einer Axialrichtung der Welle vorgesehen. Alternativ kann der Schlitz auch schräg zu einer Axialrichtung der Welle ausgerichtet sein.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Hülse vorzugsweise an einem Ende einen radial nach außen vorstehenden Bund auf. Hierdurch kann insbesondere ein Schmutzschutz für das Wälzlager ausgebildet. werden, indem der vorstehende Bund das Wälzlager teilweise oder vollständig an einer Lagerstirnseite überdeckt. Vorzugsweise ist dabei eine Höhe des Bundes in Radialrichtung größer als die Hälfte einer Dicke des Lagers, um insbesondere einen Lagerzwischenraum zwischen dem Innenring und dem Außenring des Wälzlagers zu überdecken.
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Für eine schnelle und einfache Montage ist vorzugsweise eine Pressverbindung zwischen dem Wälzlager und der Hülse vorgesehen und/oder eine Pressverbindung zwischen der Hülse und der Welle der elektrischen Maschine vorgesehen. Für einen besonders kompakten Aufbau liegt die Hülse vorzugsweise an wenigstens einem ihrer Enden in Axialrichtung an einem weiteren Bauteil der elektrischen Maschine an, insbesondere an einem Ankerpaket oder einem Kommutator, und berührt dieses weitere Bauteil.
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Vorzugsweise ist an einem Außenumfang der Hülse ein weiteres Bauteil, insbesondere ein Kommutator der elektrischen Maschine, angeordnet. Hierdurch kann beispielsweise eine vormontierte Baugruppe an der Hülse umfassend das weitere Bauteil und das Wälzlager, vorgesehen werden.
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Besonders bevorzugt weist die Ankerwelle einen Einstich auf, vorzugsweise umlaufend, wobei verformtes Material der Hülse in dem Einstich für eine formschlüssige Verbindung zwischen Hülse und Ankerwelle angeordnet ist. Hierdurch kann die Hülse sicher an der Ankerwelle fixiert werden. Besonders bevorzugt sind dabei zwei Einstiche in der Ankerwelle benachbart zu den axialen Enden der Hülse vorgesehen.
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Um die Hülse noch sicherer an der Ankerwelle zu fixieren, weist die Hülse vorzugsweise einen Materialwulst auf, welcher an einer Stirnseite eines Innenrings des Wälzlagers anliegt und ein Verrutschen der Hülse auf der Welle verhindert.
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Die Hülse wird vorzugsweise aus einem Flachband mittels eines Roll-Verfahrens hergestellt. Das Flachband hat dabei insbesondere die Vorteile geringer Maßtoleranzen. Ferner kann die geschlitzte Hülse, insbesondere bei durchgehendem Schlitz, kostengünstig und ohne eine spanende Bearbeitung hergestellt werden. Weiterhin sind verschiedenste Materialien und auch Beschichtungen des Flachbandes je nach Einsatzzweck möglich. Die derart hergestellte Hülse ist ferner unempfindlich gegenüber Maßtoleranzen bzw. Formtoleranzen der Welle und ist sehr robust gegenüber möglichen Beschädigungen, welche bei der Montage auf die Welle auftreten könnten.
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Die erfindungsgemäße elektrische Maschine wird insbesondere als Komfortantrieb in Fahrzeugen, wie beispielsweise elektrische Fensterheber, elektrische Sitzverstellungen, elektrisch betätigbare Schiebedächer usw. verwendet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer geschlitzten Hülse gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 eine schematische Schnittansicht der Hülse von 1 in montiertem Zustand auf einer Ankerwelle einer elektrischen Maschine,
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3 eine schematische Schnittansicht einer Hülse auf einer Ankerwelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
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4 eine schematische, perspektivische Ansicht einer geschlitzten Hülse gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine elektrische Maschine mit einer geschlitzten Hülse gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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Wie insbesondere aus 1 ersichtlich ist, weist die Hülse 2 einen zylindrischen Basiskörper 20 auf, an dem einstückig an einem axialen Ende der Hülse ein umlaufender Bund 21 gebildet ist. Der Bund 21 steht von dem Basiskörper 20 radial nach außen vor. Die Hülse 2 ist aus einem Flachbandmaterial mittels eines Rollvorgangs hergestellt. Die Hülse 2 umfasst ferner einen geradlinigen Schlitz 3, welcher vom einen Axialende bis zum anderen Axialende der Hülse 2 verläuft. Somit ist die Hülse 2 des ersten Ausführungsbeispiels in Axialrichtung X-X vollständig geschlitzt.
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2 zeigt den montierten Zustand der Hülse 2 auf einer Ankerwelle 8 einer elektrischen Maschine 1. Die Hülse 2 ist dabei mittels einer Pressverbindung auf der Ankerwelle 8 fixiert. Zur zusätzlichen Sicherheit ist die Hülse 2 auf der Ankerwelle 8 auch noch durch eine formschlüssige Verbindung 11 gesichert. Hierzu ist in der Ankerwelle 8 ein umlaufender Einstich 9 vorgesehen und die Hülse 2 ist mittels eines Roll- oder Prägeverfahrens derart verformt, dass Hülsenmaterial 23 in den Einstich 9 gedrückt wird. Hierdurch entsteht am äußeren Umfang der Hülse 2 eine umlaufende Eindrückung 25. Alternativ können auch nur einige Vertiefungen, z. B. drei Vertiefungen, eingeprägt werden. Am Außenumfang der Hülse 2 ist ein Wälzlager 4 angeordnet, dessen eines axiales Ende sich an den radial nach außen vorstehenden Bund 21 anlegt und dessen anderes axiales Ende mittels einer umlaufenden Materialwulst 24 aus Hülsenmaterial, benachbart zur Eindrückung 25, in axialer Richtung fixiert ist.
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Der umlaufende Bund 21 weist dabei von der Außenseite der Hülse 2 eine Höhe H auf, so dass ein Lagerzwischenraum 14 zwischen dem Innenring 5 und dem Außenring 6 durch den Bund 21 überdeckt ist. Der Bund 21 weist eine radiale Höhe H auf, welche größer als die Hälfte einer Dicke D des Wälzlagers ist. Hierdurch kann verhindert werden, dass Schmutz, wie z. B. Bürstenabrieb, ins Innere des Wälzlagers 4 gelangt.
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Das Wälzlager 4 dieses Ausführungsbeispiels ist ein Rillenkugellager, wobei zwischen dem Wälzlager 4 und dem Außenumfang der Hülse 2 zusätzlich noch eine Pressverbindung vorgesehen sein kann. Wie weiter aus 2 ersichtlich ist, ist ferner ein Kommutator 10 unmittelbar an einer axialen Stirnseite 26 der Hülse 2, genauer unmittelbar am radialen Bund 21, angeordnet. Hierdurch wird insbesondere in Axialrichtung X-X der Ankerwelle 8 ein kompakter Aufbau erreicht.
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Durch das erfindungsgemäße Vorsehen der geschlitzten Hülse 2 kann somit ein Durchmesser der Ankerwelle 8 so ausgelegt werden, dass der Durchmesser der Ankerwelle 8 den funktionsbedingten notwendigen, minimalen Durchmesser aufweisen kann. Die Verwendung der geschlitzten Hülse 2 ermöglicht nun eine Entkopplung des Außendurchmessers der Ankerwelle 8 von der Wahl des Wälzlagers 4. Erfindungsgemäß kann nun ein Wälzlager 4 mit einem größeren Durchmesser und erhöhten Tragzahlen zur Aufnahme von axialen Kräften an der elektrischen Maschine vorgesehen werden, ohne dass dadurch weitere Bauteile der elektrischen Maschine, insbesondere neben der Ankerwelle ein Lamellenpaket, ein Kommutator, ein Schneckendurchmesser oder ein Durchmesser weiterer Lager, vergrößert werden muss. Ferner müssen auch nicht umhüllende Bauteile der Ankerwelle 8, wie z. B. Permanentmagnete, Bürstenhalter oder ein Polgehäuse vergrößert werden. Somit kann erfindungsgemäß durch Vorsehen des Entkopplungselements in Form der geschlitzten Hülse 2 auf überraschend einfache und kostengünstige Weise eine elektrische Maschine mit kleinen Abmessungen und einer erhöhten. Axialkraftaufnahme am Wälzlager 4 bereitgestellt werden.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 3 eine elektrische Maschine mit einer Hülse 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
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Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei, wie aus 3 ersichtlich ist, beim zweiten Ausführungsbeispiel an der geschlitzten Hülse 2 kein Bund vorgesehen ist. Stattdessen erfolgt eine Fixierung des Wälzlagers 4 mittels einer ersten formschlüssigen Verbindung 11 und einer zweiten formschlüssigen Verbindung 111. Die erste formschlüssige Verbindung 11 ist wie im ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen, wobei Hülsenmaterial 23 in einem Einstich 9 in der Ankerwelle 8 eingedrückt ist und ferner ein Materialwulst 24 zur axialen Fixierung des Wälzlagers 4 vorgesehen ist. Die zweite formschlüssige Verbindung 111 ist in gleicher Weise wie die erste formschlüssige Verbindung 11 aufgebaut, wobei in einem zweiten Einstich 109 in der Ankerwelle 8 zweites Hülsenmaterial 123 eingedrückt wurde und an der Außenseite der Hülse 2 eine zweite Eindrückung 125 sowie ein zweiter Materialwulst 124 zur axialen Fixierung der anderen Stirnseite des Wälzlagers 4 vorgesehen ist. Damit ist sowohl eine formschlüssige Verbindung zwischen der Hülse und der Ankerwelle 8 als auch zwischen der Hülse 2 und dem Wälzlager 4 an beiden axialen Enden des Wälzlagers 4 vorgesehen.
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4 zeigt eine Hülse 2 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist die Hülse 2 des dritten Ausführungsbeispiels einen geradlinigen Schlitz 30 auf, welcher jedoch in einem Winkel α zu einer Axialachse X-X vorgesehen ist. Hierdurch kann insbesondere ein verbesserter Kraftschluss zwischen Hülse 2 und Ankerachse 8 erreicht werden.
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Zu allen beschriebenen Ausführungsbeispielen sei angemerkt, dass eine Verbindung zwischen der Hülse 2 und der Ankerwelle 8 bzw. der Hülse 2 und dem Wälzlager 4 auch jeweils ausschließlich mittels einer Pressverbindung ohne eine rollierte Eindrückung 25 vorgesehen sein kann. Auch ist es möglich, dass die Hülse 2 in axialer Richtung verlängert ist, und auf der Hülse zusätzliche Bauteile der elektrischen Maschine angeordnet sind. Hierdurch können insbesondere vormontierbare Baugruppen, beispielsweise aus Axiallager, Kommutator und Hülse, gebildet werden.
