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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Motorgehäuse, das einen Rotor und einen diesen umgebenden Stator aufnimmt sowie stirnseitig ein Lagerschild mit mindestens einer Durchtrittsöffnung aufweist, über welche motorseitig kontaktierte erste Anschlusselemente zur Stromversorgung einer Motorwicklung und/oder zweite Anschlusselemente zur Signalübertragung herausgeführt sind. Der Elektromotor ist insbesondere ein Lenkungsmotor eines Kraftfahrzeugs.
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Ein derartiger Elektromotor wird in einem Kraftfahrzeug beispielsweise als Antriebsmotor für einen Fensterheber, ein Schiebedach oder als Lenkungsmotor eingesetzt. Solche Stellmotoren weisen ein Motorgehäuse, eine nachfolgend als Stator bezeichnete Statorbaugruppe und eine nachfolgend als Rotor bezeichnete Rotorbaugruppe auf, die eine Rotor- oder Motorwelle umfasst und über diese im Motorgehäuse drehbeweglich gelagert ist. Zumindest eines der Lager ist häufig im Bereich eines Lagerschildes angeordnet, welches das Motorgehäuse an dieser Stirnseite verschließt.
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Als Lenkungsmotor kommt üblicherweise ein bürstenloser Gleichstrommotor zum Einsatz, dessen Stator eine Statorwicklung trägt, während der Rotor dann typischerweise mit Permanentmagneten versehen ist.
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Zur Stromversorgung des Elektromotors sind elektrische Anschlusselemente in Form von entweder Anschlusssteckern oder Anschlussbuchsen vorgesehen, die motorintern mit der Motorwicklung, d. h. im Falle eines bürstenlosen Motors mit der Statorwicklung elektrisch kontaktiert sind. Weitere Anschlusselemente, die wiederum als Anschlussstecker oder Anschlussbuchsen ausgeführt sein können, dienen häufig als Signalkontakte motorinterner Sensor- oder Steuerelemente.
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Die häufig als Steckerkontakte ausgeführten Anschlusselemente sollen für eine möglichst optimale Positionsgenauigkeit fixiert und über Durchgangs- oder Durchtrittsöffnungen im Lagerschild hindurch geführt werden. Die Aufgabe der Positionierung und Fixierung kann eine Kunststoffumspritzung übernehmen, die beispielsweise mit zusätzlichen Schaberrippen versehen ist.
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Eine derartige Kunststoffumspritzung der Steckerkontakte führt bei einer praktisch spielfreien Durchführung und Abstützung an der Durchgangsöffnung zu einer starren oder so genannten harten Anbindung an das Lagerschild und über dieses an das Motorgehäuse. Aufgrund dieser harten Anbindung der Kunststoffumspritzung an ein aus Aluminium oder Stahl bestehendes Lagerschild ist es praktisch unvermeidbar, dass während des Motorbetriebes von dessen elektromagnetischem Kreis mechanische Schwingungen (Vibrationen) des Rotors und/oder Stators mit der Folge der Ausbildung eines Körperschalls in das Motorgehäuse eingekoppelt werden. Dieser Körperschall führt zu Geräuschentwicklungen, die insbesondere bei einem Lenkungsmotor im Fahrgastraum während eines Lenkmanövers hörbar sind, was unerwünscht ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen möglichst geräuscharmen Elektromotor anzugeben. Dieser soll insbesondere als Lenkungsmotor eines Kraftfahrzeugs besonders geeignet sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Varianten und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Hierzu weist der Elektromotor in einem Motorgehäuse einen Rotor und einen diesen umgebenden Stator sowie stirnseitig des Motorgehäuses ein Lagerschild mit mindestens einer Durchtrittsöffnung auf, über welche motorseitig kontaktierte erste Anschlusselemente zur Stromversorgung einer Motorwicklung und/oder zweite Anschlusselemente zur Signalübertragung herausgeführt sind. Zur mechanischen Entkopplung der Anschlusselemente gegenüber dem Motorgehäuse und/oder gegenüber dem Lagerschild ist ein elastisch verformbares Entkopplungselement vorgesehen.
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Das elastische Entkopplungselement ist geeigneterweise im Lagerschild gefügt. Vorzugsweise weist hierbei das Entkopplungselement einen an die Innenkontur der Durchgangsöffnung angepassten Grundkörper sowie Durchtrittsöffnungen für die Anschlusselemente auf. Die Durchtrittsöffnungen im Entkopplungselement sind hinsichtlich deren Anordnung oder Raster an das Raster der Anschlusselemente angepasst bzw. diesem gleich. Bei geeigneterweise als Flachsteckkontakte ausgebildeten Anschlusselementen sind die Durchtrittsöffnungen im Entkopplungselement zweckmäßigerweise rechteckförmig. Zudem ist die Innenkontur dieser Durchtrittsöffnungen an die Außenkontur der Anschlusselemente derart geeignet angepasst, dass die Anschlusselemente vollumfänglich dicht und insbesondere staubdicht umschlossen sind.
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Das Entkopplungselement ist zudem für einen entsprechend dichten Sitz in der jeweiligen Durchtrittsöffnung des Lagerschildes ausgebildet. Dadurch ist auch die Anbindung zwischen dem Entkopplungselement und dem Lagerschild dicht und insbesondere staubdicht.
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Das derart als Durchführungselement ausgebildete Entkopplungselement ist geeigneterweise weichelastisch und hierzu aus einem elastisch verformbaren Kunststoff gebildet, der sich bei Zug- und Druckbelastung möglichst weichelastisch verformen kann.
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Geeigneterweise sind für vorhandene Anschlusselemente zur Stromversorgung der Motor- oder Statorwicklung ein erstes Entkopplungselement und für vorhandene Anschlusselemente zur Signalübertragung ein zweites Entkopplungselement vorgesehen. Beide Entkopplungselemente können unterschiedliche geometrische Formen und Abmessungen aufweisen. Vorzugsweise beiden Entkopplungselementen gemeinsam ist ein block- oder schaftförmiger Abschnitt, der im Montagezustand von den jeweiligen Anschlusselementen durchsetzt ist und in der jeweiligen Durchtrittsöffnung möglichst vollumfänglich dichtend mit einem hierfür ausreichenden Presssitz einsitzt.
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In einer Weiterbildung des Entkopplungselementes kann dieses einen in der Durchtrittsöffnung einsitzenden Blockschaft und einen diesen umfangsseitig zumindest teilweise überragenden Anlagekragen (Dichtlippe) zur Überdeckung der Durchtrittsöffnung aufweisen. Insbesondere kann beispielsweise das den Anschlusselementen zur Stromversorgung der Motorwicklungen zugeordnete Entkopplungselement mit einem solchen mindestens teilweise umlaufenden Dichtkragen bzw. einer Dichtlippe versehen sein, der bzw. die auf der dem Motorinnenraum abgewandten und einer Steuerelektronik zugewandten Seite des Lagerschilds die entsprechende Durchgangsöffnung randseitig übergreifen, so dass die Dichtigkeit weiter erhöht ist. Auch kann im Lagerschild eine korrespondierende Ausnehmung oder Aussparung vorgesehen sein, in welcher der Dichtkragen im Montage- bzw. Einbauzustand, vorzugsweise bündig, einliegt.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass mittels des oder jedes elastisch verformbaren Entkopplungselementes, welches über dieses geführte Anschlusselemente umgibt und in einer entsprechenden Durchgangsöffnung in einem Lagerschild eines Elektromotors einliegt, eine vergleichsweise weiche Anbindung hergestellt ist. Dadurch ist einerseits ein Entkoppeln von strukturmechanischen Schwingungen in das Motorgehäuse verhindert oder zumindest reduziert. Andererseits wird sowohl eine ausreichende Positionsgenauigkeit der Anschlusselemente sichergestellt als auch darüber hinaus eine zuverlässige Staubdichtheit der Durchführung der Anschlusselemente sichergestellt.
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Insbesondere aufgrund der gewährleisteten Staubdichtheit ist eine Partikelwanderung von der Motorseite über das Lagerschild zu einer elektronischen Schaltung (ECU, electronic-control-unit) vermieden, so dass derartige Partikel keine Kurzschlüsse in der elektronischen Schaltung verursachen können.
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Aufgrund der elastischen bzw. flexiblen oder weichen Anbindung mittels der Entkopplungselemente sind strukturmechanische Entkopplungen der Motorteile über die elektrischen Steckkontakte an das Motorgehäuse und hierdurch die Erzeugung von Körperschallschwingungen sowie damit verbundene akustische Auffälligkeiten eliminiert. Die Anschlusselemente bzw. Steckkontakte sind vermittels der Entkopplungselemente flexibel am Motorgehäuse bzw. Lagerschild positioniert und schließen den Bereich zwischen dem Motor und dessen Steuerelektronik staubdicht ab.
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Durch Variation der Dämpfungseigenschaften der elastischen Durchführungs- und Entkopplungselemente sowie geeignete Ausgestaltung der Dichtlippengeometrie kann für praktisch jeden gewünschten Anwendungsfall ein optimales Design bereitgestellt werden.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 perspektivisch einen Elektromotor mit einem Motorgehäuse mit stirnseitigem Lagerschild und eingesetztem Entkopplungselement stromführender, flachsteckerartiger Anschlusselemente,
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2 eine Seitenansicht des Elektromotors gemäß 1 ohne Gehäuse und ohne Lagerschild mit einem Signalkontakten zugeordneten elastischen Entkopplungselement,
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3 das bevorzugt für die stromführenden Anschlusselemente vorgesehene Entkopplungselement in einer perspektivischen Unteransicht,
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4 das bevorzugt für die Signalkontakte vorgesehene Entkopplungselement in perspektivischer Draufsicht,
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5 in einer Unteransicht das Lagerschild des Elektromotors mit eingesetzten Entkopplungselementen gemäß den 3 und 4, und
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6 in einer Schnittdarstellung ausschnittsweise das Motorgehäuse mit aufgesetztem Lagerschild gemäß 5.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine nachfolgend auch als Lenkungsmotor bezeichneten Elektromotor 1 als Lenkungsantrieb für ein Kraftfahrzeug. Der Elektromotor 1 umfasst ein Motorgehäuse 2, an welches stirnseitig ein Lagerschild 3 angebunden ist. Auf der gegenüber liegenden Motorseite ist ansatzweise ein Ritzel 4 erkennbar, das in nicht näher dargestellter Art und Weise in ein Lenkungsgetriebe eingreift.
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Über das Lagerschild 3 hinaus ragen aus dem Innenraum 22 (6) des Elektromotors 1 nachfolgend als Steckerkontakte bezeichnete, flachsteckerartige Anschlusselemente 5 zur Stromversorgung einer nicht sichtbaren Motorwicklung. Analog ragen weitere, nachfolgend als Signalkontakte bezeichnete, wiederum zweckmäßigerweise flachsteckerartige Anschlusselemente 6 über das Lagerschild 3 aus dem Motorinnenraum 22 heraus. Oberhalb des Lagerschildes 3, d. h. auf dessen dem Motorinnenraum 22 abgewandten Außenseite 7 ist ein Raum für eine nicht näher dargestellte Steuerelektronik (ECU, Electronic-Control-Unit) bereitgestellt. Diese dient bei dem dargestellten Lenkungsmotor, der als bürstenloser Elektromotor 1 ausgeführt ist, insbesondere zur Kommutierung des Elektromotors 1 und somit zur entsprechenden Ansteuerung der als Statorwicklungen ausgeführten Motorwicklung.
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Wie insbesondere zusammen mit 2 erkennbar ist, sind die stromführenden Steckkontakte 5 über ein Entkopplungselement 8 geführt. Analog sind die Signalkontakte 6 über ein Entkopplungselement 9 geführt. Dieses ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel gegenüber dem Entkopplungselement 8 axial versetzt und dabei dem in 2 erkennbaren Stator 10 näher liegend angeordnet. Beidseitig des Stators 10 sind Entkopplungsringe 11, 12 vorgesehen, über welche der Stator 10 innerhalb des topfartigen Motorgehäuses 2 positioniert, zentriert und gegenüber diesem entkoppelt eingesetzt sowie darin gehalten ist. Der Stator 10 umgibt koaxial einen hier nicht sichtbaren Rotor, der im Falle des Lenkungsmotors vorzugsweise mit Permanentmagneten bestückt ist, während der Stator 10 die Motor- bzw. Stator- oder Feldwicklung trägt.
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In Axialrichtung 13 oberhalb des oberen Entkopplungsrings des Stators 10 befindet sich ein vorzugsweise ringförmiges und aus Kunststoff, insbesondere einem duroplastischen Kunststoff bestehendes Trag- oder Stützteil 14. Mittels dieses ringförmigen Stützteils 14 sind die stromführenden Steckkontakte 5 sowie die Signalkontakte 6 positioniert und fixiert sowie in diesem Bereich elektrisch mit den zugeordneten motorischen Bauteilen, also der nicht dargestellten Motorwicklung bzw. signal- oder steuertechnischen Bauteilen kontaktiert.
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Die Ausgestaltung der Entkopplungselemente 8, 9 ist aus den 3 und 4 vergleichsweise deutlich erkennbar. Beide Entkopplungselemente 8, 9 sind elastisch verformbar und bestehen aus einem entsprechend elastischen Material, insbesondere einem elastischen Kunststoff. Die Entkopplungselemente 8, 9 weisen Durchtrittsöffnungen 8a, 9a für die entsprechenden stromführenden Steckkontakte 5 bzw. für die Signalkontakte 6 auf. Anordnung und Raster dieser Durchtrittsöffnungen 8a, 9a sind an die Anordnung bzw. das Raster der entsprechenden Steck- und Signalkontakte 5 bzw. 6 angepasst. Die elastische verformbaren Entkopplungselemente 8, 9 bestehen im Wesentlichen aus einem blockförmigen Steckschaft oder schaftartigen Grundkörper 8b bzw. 9b. Das Entkopplungselement 8 weist darüber hinaus einen den Grundkörper 8b umfangsseitig überragenden Anlage- oder Dichtkragen bzw. eine zumindest teilweise umlaufende Dichtlippe 8c auf.
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Wie aus 5 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, sind die Entkopplungselemente 8, 9 hinsichtlich deren block- oder schaftförmigen Grundkörpers 8b, 9b an die jeweilige Innenkontur einer korrespondierenden Durchgangsöffnung 15 bzw. 16 im Lagerschild 3 angepasst. Die Anpassung ist dabei derart, dass das jeweilige Entkopplungselement 8, 9 in der korrespondierenden Durchgangsöffnung 15 bzw. 16 des Lagerschildes 3 vollumfänglich dichtend einsitzt. Die Entkopplungselemente 8, 9 sind hierbei vorzugsweise innerhalb des Lagerschildes 3 in den korrespondierenden Durchgangsöffnungen 15 bzw. 16 nach Art eines Presssitzes mit dem Lagerschild 3 gefügt.
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Das Lagerschild 3 ist auf dessen dem Stator 10 zugewandten Innenseite 17 mit einem zylinderförmigen, umlaufenden Rand 18 versehen, der eine ebenfalls zylinderförmige Lagerkontur 19 konzentrisch umgibt, welche ihrerseits eine zentrale Lageröffnung 20 umschließt. Im zusammengesetzten Zustand des Elektromotors 1 übergreift der Rand 18 das Tragteil 14.
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6 zeigt das auf das Motorgehäuse 2 stirnseitig aufgesetzte Lagerschild 3 mit in die Durchgangsöffnungen 15, 16 eingesetzten elastisch verformbaren Entkopplungselemente 8 bzw. 9. Erkennbar überragt der an das Entkopplungselement 8 für die stromführenden Steckkontakte 5 angeformte Dichtkragen 8c die Durchgangsöffnung 15 im Lagerschild 3 und liegt zumindest teilweise an einer Schildkontur 21 des Lagerschildes 3 dichtend an. Hierbei kann der Dichtkragen 8c in eine strichliniert angedeuteten Ausnehmung 23 des Lagerschildes 3, insbesondere innerhalb eines umlaufenden Lagerschildrandes 24, bündig einliegen.
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Erkennbar ist zudem der dichtende Einsitz der Entkopplungselemente 8, 9 in der jeweiligen Durchgangsöffnung 15 bzw. 16. Hierdurch ist der vom Motorgehäuse 2 umfangsseitig umschlossene Motorinnenraum 22 stirnseitig mittels des Lagerschildes 3 und dort zumindest im Bereich der Durchgangsöffnungen 15, 16 für die stromführenden Steckerkontakte 5 und die Signalkontakte 6 staubdicht verschlossen.
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Zudem gewährleisten die Entkopplungselemente 8, 9 sowohl eine flexible Anbindung der Kontakte 5, 6 über das Lagerschild 3 an das Motorgehäuse 2, so dass mechanische Schwingungen (Vibrationen), die innerhalb des Motorgehäuses 2 vom Stator 10 oder Rotor verursacht werden, nicht über die Kontakte 5 oder 6 an das Motorgehäuse 2 übertragen werden. Zudem sind die Kontakte 5, 6 mittels der Entkopplungselemente 8 bzw. 9 mit ausreichender Genauigkeit und unter Einhaltung entsprechender Toleranzen positioniert.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektro-/Lenkungsmotor
- 2
- Motorgehäuse
- 3
- Lagerschild
- 4
- Ritzel
- 5
- Anschlusselement/Steckkontakt
- 6
- Anschlusselement/Signalkontakt
- 7
- Außenseite
- 8
- Entkopplungselement
- 8a
- Durchtrittsöffnung
- 8b
- Grundkörper/Steckschaft
- 8c
- Dichtkragen/-lippe
- 9
- Entkopplungselement
- 9a
- Durchtrittsöffnung
- 9a
- Grundkörper/Steckschaft
- 10
- Stator
- 11, 12
- Entkopplungsring
- 13
- Axialrichtung
- 14
- Stütz-/Tragteil
- 15, 16
- Durchgangsöffnung
- 17
- Innenseite
- 18
- Umlaufender Rand
- 19
- Lagerkontur
- 20
- Lageröffnung
- 21
- Schildkontur
- 22
- Motorinnenraum
