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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein Gebläsemodul und ein Verfahren zu Herstellung einer solchen Antriebseinrichtung.
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Stand der Technik
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Ein Gebläsemodul, wie es beispielsweise an Bord eines Kraftfahrzeugs zur Förderung von Frischluft in eine Fahrgastzelle verwendet wird, umfasst üblicherweise einen in einem Gehäuse aufgenommenen Elektromotor mit einem Lüfterrad. Der Elektromotor ist schwingungsdämpfend in dem Gehäuse aufgenommen und das Gehäuse ist zum Einbau in einen Luftkanal des Kraftfahrzeugs vorbereitet. Durch die schwingungsdämpfende Aufnahme werden einerseits Schwingungen und Stöße des Kraftfahrzeugs von dem Elektromotor ferngehalten, so dass dieser eine verlängerte Lebensdauer aufweisen kann. Andererseits werden Schwingungen des Elektromotors von dem Kraftfahrzeug entkoppelt, um nicht an anderer Stelle zu einem akustisch wahrnehmbaren Ton zu führen, der von einem Insassen der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs als unangenehm empfunden werden kann.
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Üblicherweise wird zur Entkoppelung ein elastisches Element radial zwischen dem Elektromotor und dem Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse weist hierfür eine Ausnehmung zur Aufnahme des elastischen Elements auf, während der Elektromotor eine Vorrichtung zum Eingriff in das elastische Element aufweist. Üblich ist eine hantelförmige Ausbildung des elastischen Elements in Form zweier durch einen Steg miteinander verbundener kugelförmiger Abschnitte, wobei die Vorrichtung im Bereich des Stegs in das elastische Element eingreift.
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Wird das Gebläsemodul bei hohen Temperaturen betrieben, so lässt eine Federhärte des elastischen Elements deutlich nach. In der Folge kann das radial abstehende Eingriffselement des Elektromotors in Kontakt mit einer Begrenzungsfläche der Ausnehmung entlang der Umfangsrichtung des Elektromotors gelangen, wodurch alle Dämpfung umgangen ist. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinrichtung für ein Gebläsemodul anzugeben, die einen verbesserten Schutz gegen ein derartiges Durchschlagen bietet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Herstellungsverfahren für ein solches Gebläsemodul anzugeben.
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Die Erfindung löst die Aufgaben mittels einer Antriebseinrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 und mittels eines Herstellungsverfahrens mit den Merkmalen von Anspruch 10.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine Antriebseinrichtung für ein Gebläsemodul umfasst einen Elektromotor, ein Gehäuse und ein elastisches Element zur schwingungsdämpfenden Befestigung des Elektromotors am Gehäuse. Der Elektromotor weist ein radiales Eingriffselement zum Eingreifen in das elastische Element, und das Gehäuse eine radiale Ausnehmung zur Aufnahme des elastischen Elements auf. Dabei umläuft das elastische Element das Eingriffselement auf einem radialen Abschnitt.
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Durch die besondere Ausgestaltung des elastischen Elements ist es auch bei stark nachlassender Elastizität oder Dämpfungsfähigkeit des elastischen Elements, beispielsweise aufgrund von Alterung, Verschleiß oder hoher Temperaturen, praktisch ausgeschlossen, dass das Eingriffselement in Kontakt mit einer Begrenzung der Ausnehmung gelangt. Dadurch können Stöße vermieden und so eine Lebensdauer des Elektromotors verlängert und akustische Beeinträchtigungen im Bereich des Antriebsmoduls verhindert werden. Durch die erhöhte Sicherheit gegenüber einer Kollision des Eingriffselements mit dem Gehäuse kann das elastische Element schwächer dimensioniert werden, so dass eine Vorspannung minimiert ist. Dadurch können die Dämpfungseigenschaften des elastischen Elements sowohl kurzfristig als auch langfristig verbessert sein. Außerdem kann eine strukturelle Belastung auf das Gehäuse minimiert sein. Ferner können Kontaktflächen zwischen dem elastischen Element und dem Eingriffselement bzw. der Ausnehmung vergrößert sein, so dass eine Materialermüdung insbesondere des elastischen Elements weniger wahrscheinlich sein kann.
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Das elastische Element ist vorzugsweise derart geformt, dass eine Federsteifigkeit des elastischen Elements entlang einer Drehrichtung des Elektromotors kleiner als parallel zur Drehachse des Elektromotors ist. Dadurch können Vibrationen des Elektromotors entlang seiner Drehrichtung verbessert vom Gehäuse entkoppelt werden, während gleichzeitig eine Lagerung des Elektromotors in Richtung seiner Drehachse steif bleibt, Dadurch kann beispielsweise einer Kollision eines mit dem Elektromotor verbundenen Lüfterrads mit einem Luftführungskanal vorgebeugt werden.
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Das elastische Element kann bezüglich einer Form der Ausnehmung eine radiale Aussparung aufweisen, um eine Anlagefläche zur Ausnehmung in Umfangsrichtung des Elektromotors zu verringern. Dadurch kann eine Wärme abführende Oberfläche des elastischen Elements vergrößert sein, so dass Wärme vom elastischen Element verbessert abgegeben werden kann. Durch diese Maßnahme kann eine Lebensdauer des elastischen Elements, insbesondere bei hohen Betriebstemperaturen, gesteigert sein. Durch die gleiche Maßnahme kann auch die Federsteifigkeit des elastischen Elements in Umfangrichtung des Elektromotors verringert sein.
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Das elastische Element kann auch derart geformt sein, dass eine radiale Außenseite des elastischen Elements gekrümmt ist, um an einem Abschnitt des Gehäuses anzuliegen. Dadurch kann einerseits eine Wälzbewegung des elastischen Elements entlang einer radialen Begrenzungsfläche der Ausnehmung minimiert werden, wodurch ein Verschleiß des elastischen Elements verringert und eine Federkonstante des elastischen Elements gleichmäßig gehalten sein können. Andererseits kann dadurch eine verbesserte Abgabe von Wärme des elastischen Elements an das Gehäuse der Antriebseinrichtung realisiert sein.
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In einer Ausführungsform ist das elastische Element derart geformt, dass eine in Umfangrichtung des Elektromotors liegende Begrenzungsfläche flächig an einer korrespondierenden Begrenzungsfläche der Ausnehmung anliegt. Dadurch kann die Ausnehmung entlang der Umfangrichtung des Elektromotors vollständig durch den Stoßdämpfer ausgefüllt werden, so dass eine Vorspannung des elastischen Elements reduziert oder weggelassen werden kann. Die Federkonstante des elastischen Elements in Umfangrichtung des Elektromotors ist damit zum Großteil durch die Wahl des Materials bzw. der Shore-Härte des elastischen Elements möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Eingriffselement einen runden Metallsteg, der an einem Poltopf des Elektromotors befestigt ist. Durch dieses leicht herzustellende Eingriffselement können scharfe Kanten im Eingriffsbereich zum elastischen Element vermieden sein.
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Bevorzugterweise ist der Metallsteg einseitig angestaucht, wobei das angestauchte Ende zwischen dem Poltopf und einem Rückschlussring des Elektromotors angeordnet ist. Dies kann eine einfache und kostengünstige Fertigung ermöglichen.
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Bevorzugterweise ist das elastische Element bezüglich einer Drehung um einen Radius des Elektromotors symmetrisch geformt. Ein fälschlicher Einbau des elastischen Elements in einer inkorrekten Lage kann dadurch vermieden werden. Zusätzliche Merkmale im Sinne eines Poka Yoke („Vermeidung unglücklicher Fehler”) können gegebenenfalls eingespart werden, was zu einer weiteren Kostensenkung führen kann.
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In einer Ausführungsform ist ein das Gehäuse axial abschließender Deckel vorgesehen, wobei das elastische Element in axialer Richtung formschlüssig zwischen einer Begrenzung der Ausnehmung und dem Deckel gehalten ist. Auf diese Weise kann der Elektromotor im Gehäuse leicht montierbar und demontierbar sein.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Antriebseinrichtung mit dem beschriebenen Eingriffselement in Form eines Metallstegs umfasst Schritte des Einführens des Metallstegs durch eine korrespondierende Aussparung im Poltopf, des Einlegens des Rückschlussrings in den Poltopf, des Verbindens des Rückschlussrings mit dem Poltopf, des Aufschiebens des elastischen Elements auf den Metallsteg und des Einsetzens des Elektromotors in das Gehäuse, so dass das elastische Element in der Ausnehmung des Gehäuses aufgenommen ist.
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Im Unterschied zu einer Antriebseinrichtung des Standes der Technik mit einem Eingriffselement, das als radial nach außen gebogene Lasche des Poltopfes des Elektromotors realisiert ist, kann auf die angegebene Weise vereinfacht die oben beschriebene Antriebseinrichtung hergestellt werden.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 eine schematische Explosionsdarstellung eines Gebläsemoduls;
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2 ein Detail des Elektromotors aus 1;
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3 einen Schwingungsdämpfer;
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4 einen Schwingungsdämpfer am Elektromotor aus 1;
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5 ein Eingriffselement des Elektromotors von 1;
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6 einen Schwingungsdämpfer für das Eingriffselement von 5;
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7 ein Eingriffselement des Elektromotors von 1;
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8 einen Schwingungsdämpfer für das Eingriffselement von 7; und
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9 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung des Antriebsmoduls aus 1
darstellt.
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Genaue Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt eine schematische Teildarstellung eines Gebläsemoduls 100, im Längsschnitt und in Explosionsansicht. Das Gebläsemodul 100 umfasst ein Lüfterrad 105 und eine Antriebseinrichtung 110. Die Antriebseinrichtung 110 umfasst einen Elektromotor 115, der in einem Gehäuse 120 mit einem Deckel 125 aufgenommen ist. Zur Lagerung des Elektromotors 115 bezüglich des Gehäuses 120 bzw. des Deckels 125 ist ein elastisches Element 130 vorgesehen. Das elastische Element 130 ist üblicherweise aus einem Kunststoff oder einem Gummi hergestellt.
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Am Gehäuse 120 ist eine Ausnehmung 135 zur Aufnahme des elastischen Elements 130 vorgesehen, wobei die Ausnehmung 135 entlang einer Drehachse 140 des Elektromotors 115 oben durch den Deckel 125 abgeschlossen und in radialer Richtung nach innen offen ist. Das elastische Element 130 ist derart geformt, dass es an fünf Seiten an Begrenzungsflächen der Ausnehmung 135 anliegt, während die sechste Seite in radialer Richtung dem Elektromotor 115 zugewandt ist.
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Üblicherweise sind mehrere elastische Elemente 130 mit korrespondierenden Ausnehmungen 135 und Eingriffselementen 145 um einen Umfang des Elektromotors 115 verteilt. Dabei müssen nicht alle elastischen Elemente 130 bezüglich der Drehachse 140 des Elektromotors 115 auf der selben Höhe liegen. Ferner können Winkel zwischen den elastischen Elementen 130 bezüglich der Drehachse 140 des Elektromotors 115 unterschiedlich sein.
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Das elastische Element 130 besitzt in radialer Richtung eine Aussparung zur Aufnahme eines vom Elektromotor 115 radial abstehenden Eingriffselements 145. In einer bevorzugten Ausführungsform steht nicht nur das radiale Eingriffselement 145 des Elektromotors 115 mit der Aussparung des elastischen Elements 130 in Eingriff, sondern eine dem Elektromotor 115 zugewandte Oberfläche des elastischen Elements 130 steht gleichzeitig in Eingriff mit einer radialen Begrenzung des Elektromotors. Dadurch ist der Elektromotor 115 bezüglich des Gehäuses 120 bzw. des Deckels 125 verbessert gelagert, sodass Kräfte und Schwingungen zwischen dem Elektromotor 115 und dem Gehäuse 120 bzw. dem Deckel 125 im Wesentlichen nur durch das elastische Element 130 übertragen werden.
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2 zeigt ein Detail des Elektromotors 115 aus 1 im Bereich des Eingriffselements 145. Das Eingriffselement 145 ist hier durch ein im Wesentlichen zylindrisches oder hohlzylindrisches Element, insbesondere einen Stahldraht, gebildet. Der Stahldraht 145 durchläuft eine Aussparung in einem Poltopf 205 des Elektromotors 115. An seinem linken Ende ist der Stahldraht 145 angestaucht, sodass der Durchmesser des Stahldrahts 145 größer als der Durchmesser der Aussparung des Poltopfes 205 ist und der Stahldraht 145 nicht nach rechts durch die Aussparung im Poltopf 205 hindurchrutschen kann. Links von dem angestauchten Ende des Stahldrahts 145 ist ein Abschnitt eines Rückschlussrings 210 des Elektromotors 115 dargestellt. Der Rückschlussring 210 verhindert, dass der Stahldraht 145 nach links in den Elektromotor 115 hineinrutscht.
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3 zeigt ein elastisches Element 300 entsprechend dem elastischen Element 130 aus 1. Das elastische Element 300 kann insbesondere in Zusammenhang mit dem in 2 dargestellten Eingriffselement 145 an der Antriebseinrichtung 110 aus 1 verwendet werden.
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Ein Koordinatensystem zeigt, bezogen auf die Drehachse 140 des Elektromotors 115 in 1, eine radiale Richtung x, eine axiale Richtung y und eine Umfangsrichtung z an.
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Das elastische Element 300 weist eine runde, in x-Richtung verlaufende Aussparung 305 zur Aufnahme des Eingriffselements 145 aus den 1 und 2 auf. Bezüglich der Aussparung 305 ist das elastische Element 300 rotationssymmetrisch; eine Rotation um 180° bildet das elastische Element 300 auf sich selbst ab.
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Eine in x-Richtung außen liegende Fläche des elastischen Elements 300 ist entsprechend einer korrespondierenden Anlagefläche der Ausnehmung 135 von 1 gekrümmt. Dabei geht die Krümmung stufenlos in eine Krümmung der in z-Richtung liegenden Begrenzungsflächen des elastischen Elements 300 über. Begrenzungen des elastischen Elements 300 entlang der y-Richtung korrespondieren wieder zu Begrenzungsflächen der Ausnehmung 135 bzw. des Deckels 125.
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Die in z-Richtung weisenden Seitenflächen des elastischen Elements 300 sind verkleinert, in dem vier runde Ausschnitte an den Ecken der positiven und negativen y- und z-Richtungen jeweils entlang der x-Richtung eingebracht wurden. Die sich ergebenden Schnittflächen können dazu beitragen, eine Oberfläche des elastischen Elements 300 zu vergrößern, um eine Wärmeabgabe zu erleichtern, die beispielsweise aufgrund des Dämpfungsverhaltens des elastischen Elements 300 in diesem entstehen können.
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4 zeigt ein elastisches Element 400 am Elektromotor 115 aus 1. Die Darstellung erfolgt mit Blickrichtung im Wesentlichen von der Drehachse 140 des Elektromotors 115 radial nach außen. Ein Koordinatensystem entsprechend dem von 3 erleichtert die Orientierung. Im Unterschied zu der in 3 dargestellten Ausführungsform des elastischen Elements 300 sind hier nur zwei Ausschnitte entlang der x-Achse eingebracht, die die in z-Richtung liegenden Begrenzungsflächen des elastischen Elements 400 konkav formen.
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5 zeigt ein Eingriffselement 145 des Elektromotors 115 aus 1 in einer weiteren Ausführungsform. Aus dem Poltopf 205 des Elektromotors 115 ist eine Lasche ausgestanzt und nach außen gebogen, um das Eingriffselement 145 zu bilden. Dabei ist die Lasche 145 gabelförmig geschlitzt. Ein derartiges Eingriffselement 145 wird im Stand der Technik verwendet, um in ein hantelförmiges, vertikal orientiertes elastisches Element 130 einzugreifen.
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6 zeigt ein elastisches Element 600 zum Eingriff mit der Lasche 145 aus 5. Ein Koordinatensystem zeigt wieder eine radiale Richtung x, eine axiale Richtung y und eine Umfangsrichtung z an. Äußere Begrenzungen des elastischen Elements 600 ähneln den Begrenzungen des elastischen Elements 300 aus 3. Die Aussparung 305 ist jedoch nicht zylindrisch, sondern schlitzförmig, um die Lasche 145 aus 5 aufzunehmen. An einer radial vom Elektromotor 115 entfernten Seite des elastischen Elements 600 ist ein Übergang zwischen der schlitzförmigen Ausnehmung 305 und angrenzenden äußeren Begrenzungsflächen des elastischen Elements 600 abgerundet. Die Abrundung kann, wie auch andere Abrundungen am elastischen Element 130, dazu beitragen, eine Oberfläche des elastischen Elements 130 zu vergrößern und eine Gefahr von Rissen im Bereich scharfer Kanten oder Ecken vorzubeugen.
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7 zeigt ein weiteres Eingriffselement 145 am Elektromotor 115 aus 1. Ähnlich wie in der Ausführungsform von 5 ist eine Lasche aus dem Poltopf 205 des Elektromotors 115 herausgestanzt und nach außen gebogen, wobei in der dargestellten Ausführungsform seitliche Abschnitte der Lasche in axialer Richtung nach unten gebogen sind. Ein Querschnitt des Eingriffselements 145 hat daher im Wesentlichen die Form eines umgedrehten U.
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8 zeigt ein elastisches Element 800 zum Eingriff mit dem Eingriffselement 700 aus 7. Auch hier ist zur verbesserten Orientierung ein Koordinatensystem eingezeichnet. Die Ansicht des elastischen Elements 800 erfolgt aus dem Inneren des Gehäuses 120 heraus. Die Aussparung 305 korrespondiert zu der Lasche 145 aus 7 und weist im Querschnitt im Wesentlichen die Form eines umgekehrten U auf.
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9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 900 zum Herstellen einer Antriebseinrichtung 110 entsprechend der 1. Dabei ist das Eingriffselement 145 in Form eines Stahldrahts wie oben mit Bezug auf 2 beschrieben ist, ausgeführt. Das elastische Element 130 ist korrespondierend geformt, beispielsweise wie das elastische Element 300 aus 3 oder das elastische Element 400 aus 4.
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In einem ersten Schritt 905 wird der Stahldraht 145 aus 2 mit der nicht angestauchten Seite voran in die entsprechende Aussparung im Poltopf 205 eingeführt. In einem anschließenden Schritt 910 wird der Rückschlussring 210 in den Poltopf 205 eingelegt, so dass die angestauchte Seite in Anlage mit dem Poltopf 205 steht. Danach wird der Rückschlussring in einem Schritt 915 mit dem Poltopf verbunden, vorzugsweise durch Durchsetzfügen, Schweißen oder Kleben. Anschließend ist der Stahldraht 145 in radialer Richtung form- und kraftschlüssig am Elektromotor 115 angebracht.
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In einem nachfolgenden Schritt 920 wird das elastische Element 300, 400 auf den Stahldraht 145 axial aufgeschoben. Anschließend wird der Elektromotor 115 gemeinsam mit dem elastischen Element 300, 400 derart in das Gehäuse 120 eingelassen, dass das elastische Element 300, 400 in der Aussparung 135 des Gehäuses 120 zu ruhen kommt. Abschließend wird der Deckel 125 am Gehäuse 120 montiert. Dadurch wird vorzugsweise eine axiale Lage des elastischen Elements 300, 400 fixiert.
