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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
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Ein derartiger elektrischer Antrieb ist aus der
DE 10 2008 030 738 A1 bekannt. Der bekannte elektrische Antrieb weist eine Spanneinrichtung zur Kompensation des Axialspiels an einer Lagereinrichtung auf. Ein derartiges, üblicherweise mit Geräuschen verbundenes Axialspiel tritt insbesondere dann auf, wenn der elektrische Antrieb in unterschiedliche Drehrichtungen betrieben werden kann und ggf. zusätzlich auf die durch die Lagereinrichtung gelagerte Welle Axialkräfte wirken, die in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Welle eine unterschiedliche Richtung aufweisen. Weiterhin kann auch ein Lagerverschleiß über die Betriebsdauer der Lagereinrichtung zu einem sich vergrößernden Axialspiel zwischen einem Innenring und einem Außenring der Lagereinrichtung mit entsprechenden Geräuschen führen. Die aus der genannten Schrift bekannte Spanneinrichtung zur Kompensation des Axialspiels weist ein erstes, insbesondere ortsfest im Gehäuse des elektrischen Antriebs angeordnetes Element, sowie ein zweites, die Welle radial umschließendes und drehbar auf der Welle angeordnetes zweites Element auf. An den einander zugewandten Stirnflächen der beiden Elemente ist wenigstens eine Anlauffläche vorgesehen, die beim Verdrehen der beiden Elemente zueinander eine Veränderung des gegenseitigen axialen Abstands der beiden Elemente bzw. der gesamten axialen Länge der beiden Elemente bewirkt. Das zweite Element ist in Wirkverbindung mit dem Außenring der Lagereinrichtung angeordnet, während der Innenring axial ortsfest auf der Welle gelagert ist. Weiterhin ist eine Torsionsfeder vorgesehen, die das zweite Element der Spanneinrichtung stets in die Drehrichtung der Welle kraftbeaufschlagt, in der der gegenseitige axiale Abstand zwischen den beiden Elementen der Spanneinrichtung vergrößert wird. Dadurch wird beim Betrieb des elektrischen Antriebs der Außenring in Bezug zum Innenring stets in eine axiale Richtung kraftbeaufschlagt, so dass eventuell auftretendes Axialspiel zwischen den Ringen der Lagereinrichtung ausgeglichen wird. Bauartbedingt lässt die Torsionsfeder ein Verdrehen des zweiten Elements entgegen der erwähnten Drehrichtung der Spanneinrichtung zu.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Antrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass dessen Spanneinrichtung zur Kompensation des Axialspiels der Lagereinrichtung bei Verzicht auf eine Torsionsfeder einen relativ geringen konstruktiven Aufwand erfordert. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem elektrischen Antrieb mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche dadurch gelöst, dass die Mittel, die einer Drehung des zweiten Elements in Richtung einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung entgegenwirken, als Rastmittel ausgebildet sind, die in der zweiten Drehrichtung eine Formschlussverbindung ausbilden. Alternativ ist es möglich, dass die Mittel als Reibschlussverbindung an der wenigstens einen Anlauffläche zwischen den beiden Elementen ausgebildet sind, oder dass die Mittel eine Reibschlussverbindung zwischen der Welle und dem zweiten Element ausbilden, und dass das zweite Element zusätzlich in einem Lagerkörper drehbar gelagert ist. Es werden somit in alternativer Ausgestaltung zum bisherigen Stand der Technik Mittel vorgeschlagen, die eine Drehung des zweiten Elements entgegen der gewünschten Drehrichtung durch eine Rastverbindung bzw. eine Reibschlussverbindung bauartbedingt verhindern oder zumindest verringern.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs sind in den Unteransprüchen aufgeführt. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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In einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Rastverbindung wird vorgeschlagen, dass diese wenigstens eine schräg zur Längsrichtung der Welle angeordnete Anlauffläche mit einer Anschlagkante umfasst, die mit einer Aufnahme zusammenwirken. Der Drehwinkel, um den das zweite Element in Bezug zum ersten Element zurückgedreht werden kann, wird durch die Anzahl und die Umfangslänge der Anlaufflächen und Aufnahmen bestimmt. Je größer die Anzahl, und je geringer die Umfangslänge, desto geringer der entsprechende (Rück-)Drehwinkel.
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Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn das zweite Element auf der Welle mit Reibschluss gelagert ist. Dadurch wird das zweite Element relativ zum ersten Element bei einer Drehung der Welle stets in der gewünschten Drehrichtung mitgenommen bzw. gedreht. Beim Überwinden der zwischen dem zweiten Element und der Welle ausgebildeten Reibschlussverbindung wird es darüber hinaus ermöglicht, dass sich die Welle relativ zum zweiten Element dreht.
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In weiterer konstruktiv bevorzugter Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass das zweite Element einen ortsfest auf der Welle angeordneten ersten Abschnitt aufweist, der über einen sich vorzugsweise radial erstreckenden Zwischenabschnitt in einen vorzugsweise ringförmigen Bereich übergeht, dass der Zwischenabschnitt Teile der Rastmittel aufweist, dass der ringförmige Bereich in Anlagekontakt mit dem Außenring der Lagereinrichtung angeordnet ist, und dass der Innenring auf der Welle zumindest in Richtung entgegen der Spannkraft fixiert ist.
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Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung, die konstruktiv besonders einfach ausgebildet ist, sieht vor, dass der Innenring der Lagereinrichtung drehfest mit der Welle und der Außenring der Lagereinrichtung drehfest mit dem zweiten Element verbunden sind, und dass der Innenring zumindest in der Richtung entgegen der Spannkraft axial fixiert ist.
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Die Ausbildung des ersten Elements kann in verschiedener Art und Weise erfolgen. In einer ersten Variante ist es vorgesehen, dass das erste Element als separates, insbesondere hülsenförmiges Bauteil ausgebildet ist, das in einem Gehäusebauteil radial drehfest und axial fixiert aufgenommen ist. Diese Variante hat den Vorteil, dass das Gehäusebauteil und das erste Element jeweils getrennt ausgebildet bzw. gefertigt und somit auf die jeweiligen Anforderungen optimal angepasst werden können. So ist es beispielsweise möglich, das Gehäusebauteil aus einem besonders einfach umformbaren (tiefzuziehenden) Material zu gestalten, während das erste Element der Spanneinrichtung, mit Blick auf dessen Funktion, beispielsweise aus einem möglichst harten bzw. verschleißfesten Material hergestellt ist.
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In alternativer Ausgestaltung des ersten Elements kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass das erste Element an dem Gehäusebauteil einstückig angeordnet bzw. ausgebildet ist. Dadurch wird zum einen eine besonders kompakte Ausbildung des entsprechenden Bereichs an dem elektrischen Antrieb ermöglicht, zum andern lassen sich gegebenenfalls Kostenvorteile erzielen, da auf eine separate Fertigung des ersten Elements verzichtet werden kann.
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Zur Diskussion stehende elektrische Antriebe weisen in der Regel mehr als eine Lagereinrichtung, zumindest zwei Lagereinrichtungen, auf. Um über die vorgesehene Spanneinrichtung zur Kompensation des Axialspiels an der einen Lagereinrichtung gleichzeitig eine Kompensation des Axialspiels an der anderen bzw. an einer zweiten Lagereinrichtung zu ermöglichen, ist es in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass eine weitere Lagereinrichtung vorgesehen ist, die axial beabstandet zur ersten Lagereinrichtung auf der Welle angeordnet ist, wobei zwischen den beiden Lagereinrichtungen ein Anker der Welle angeordnet ist, wobei ein Außenring der weiteren Lagereinrichtung auf der der (ersten) Lagereinrichtung abgewandten Seite an einem gehäusefesten Element axial anliegt, und wobei der Innenring der weiteren Lagereinrichtung zumindest entgegen der Spannkraft auf der Welle fixiert angeordnet ist.
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Bei einem elektrischen Antrieb, dessen Mittel zum Verhindern der Drehung des zweiten Elements entgegen der gewünschten Drehrichtung in einer Reibschlussverbindung zwischen der Welle und dem zweiten Element bestehen, ist es in konstruktiv bevorzugter Ausgestaltung vorgesehen, dass die Spanneinrichtung und die Lagereinrichtung axial auf der Welle zueinander beabstandet angeordnet sind, und dass zwischen der Lagereinrichtung und der Spanneinrichtung ein Anker angeordnet ist.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
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1 einen axialen Endbereich eines elektrischen Antriebs mit einer Spanneinrichtung zur Kompensation des Axialspiels an einer Lagereinrichtung,
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2 einen Schnitt in Richtung II-II der 1,
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3 einen elektrischen Antrieb mit einer Spanneinrichtung gemäß 1, die gleichzeitig der Kompensation des Axialspiels an einer zweiten Lagereinrichtung dient, im Längsschnitt,
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4 den axialen Endbereich eines elektrischen Antriebs bei einer alternativen Ausgestaltung der Spanneinrichtung zur Kompensation des Lagerspiels an einer Lagereinrichtung, im Längsschnitt,
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5. einen elektrischen Antrieb unter Verwendung einer Einrichtung gemäß 4 im Längsschnitt und
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6. eine weitere alternative Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Spanneinrichtung zur Kompensation des Lagerspiels an einer Lagereinrichtung in einem elektrischen Antrieb, ebenfalls im Längsschnitt.
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In den 1 bis 3 ist ein elektrischer Antrieb 100 in Form eines Elektromotors stark vereinfacht dargestellt, wie er insbesondere als Bestandteil eines Antriebsaggregats in einem Komfortantrieb eines Kraftfahrzeugs dient. Der Komfortantrieb in Form eines Scheibenwischerantriebs, eines Sitzverstellungsantriebs, eines Fensterheberantriebs oder Ähnlichem dient der Verstellung eines zu bewegenden Elements, und zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eine in den Figuren dargestellte Antriebs- bzw. Ankerwelle 11 des elektrischen Antriebs 100 in unterschiedliche Drehrichtungen bewegt werden kann, um das zu verstellende Element ebenfalls in unterschiedliche Richtungen bewegen zu können.
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Der elektrische Antrieb 100 umfasst ein Gehäuse 12, in dem die Ankerwelle 11 in dem in der 3 dargestellten Ausschnitt in zwei Lagereinrichtungen 15, 16 drehbar gelagert ist. Die erste Lagereinrichtung 15 weist einen Innenring 17, einen Außenring 18 sowie zwischen dem Innenring 17 und dem Außenring 18 angeordnete Lagerkörper 19, insbesondere in Form von Wälzkörpern auf. Die zweite Lagereinrichtung 16 weist ebenfalls einen Innenring 21, einen Außenring 22 sowie zwischen dem Innenring 21 und dem Außenring 22 angeordnete Lagerkörper 23 auf. Wie insbesondere anhand der 3 erkennbar ist, sind die beiden Lagereinrichtungen 15, 16 auf der Ankerwelle 11 axial zueinander beabstandet angeordnet, wobei sich zwischen den beiden Lagereinrichtungen 15, 16 ein Anker 25 des elektrischen Antriebs 100 befindet. Die erste Lagereinrichtung 15 ist in einem radial verengten Gehäuseabschnitt 26 des Gehäuses 12, insbesondere einem Polgehäuse des Antriebs 100, derart aufgenommen, dass ihr Außenring 18 an der Innenwand des Gehäuseabschnitts 26 radial anliegt, jedoch axial zum Gehäuseabschnitt 26 nicht fixiert ist. Weiterhin ist der Innenring 17 auf der Ankerwelle 11 mittels eines axialen Anschlagelements 27 in Richtung zum Anker 25 fixiert.
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Die Ankerwelle 11 ist auf der dem Anker 25 gegenüberliegenden Seite der ersten Lagereinrichtung 15 bis in einen topfförmigen Endabschnitt 28 des Gehäuses 12 hinein verlängert ausgebildet. In dem Endabschnitt 28 ist ein erstes Element 31 einer Spanneinrichtung 10 zur Kompensation des axialen Lagerspiels der beiden Lagereinrichtungen 15, 16 ortsfest aufgenommen. Beispielsweise kann das erste, hülsenförmige Element 31 in den Endabschnitt 28 eingepresst sein. In alternativer, nicht dargestellter Ausbildung kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass das erste Element 31 der Spanneinrichtung 10 einstückig an dem Gehäuse 12 bzw. dem Endabschnitt 28 des Gehäuses 12 ausgebildet ist.
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Das erste Element 31 weist eine Art Schraubgewinde 32 mit wenigstens einem Gewindegang und einer axialen Anlauffläche 33 auf. Diese wenigstens eine Anlauffläche 33 wirkt mit einer weiteren Anlauffläche 34 an einem zweiten Element 35 der Spanneinrichtung 10 zusammen. Die beiden Anlaufflächen 33, 34 verlaufen in Bezug zur Längsrichtung der Ankerwelle 11 schräg. Die weitere Anlauffläche 34 ist an einem hülsenförmigen Abschnitt 36 des zweiten Elements 35 ausgebildet, wobei der hülsenförmige Abschnitt 36 auf der Ankerwelle 11 unter Ausbildung einer Reibschlussverbindung drehbar gelagert ist.
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Auf der der ersten Lagereinrichtung 15 zugewandten Seite weist der hülsenförmige Abschnitt 36 einen sich in Art einer Ringscheibe radial erstreckenden Zwischenabschnitt 37 auf, der wiederum auf der der ersten Lagereinrichtung 15 zugewandten Seite in dem Bereich des Außenrings 18 einen radial umlaufenden ringförmigen Bereich 38 aufweist, der an dem Außenring 18 axial anliegt.
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Zwischen einer radial umlaufenden Wand 39 des Gehäuses 12 und dem Zwischenabschnitt 37 sind beispielhaft an der Wand 39 drei, um jeweils 120º zueinander versetzt angeordnete Anlaufnocken 41 vorgesehen. Die Anlaufnocken 41 weisen in Umfangsrichtung verlaufende, schräge bzw. keilförmige Anlaufflächen 42 auf, die mit in dem Zwischenabschnitt 37 ausgebildeten Vertiefungen 43 zusammenwirken. Die Anordnung bzw. Ausbildung der Anlaufnocken 41 und Anlaufflächen 42 ist derart, dass sich das zweite Element 35 in Bezug zu den Anlaufnocken 41 in einer ersten Drehrichtung entsprechend des Pfeils 44 verdrehen lässt, bei einer Umkehr der ersten Drehrichtung entgegen der Richtung des Pfeils 44 jedoch durch einen Formschluss zwischen den Anlaufnocken 41 und den Anlaufflächen 42 ein Drehen entgegen der ersten Drehrichtung verhindert wird. Dabei wird zwischen den Anlaufnocken 41 und dem Zwischenabschnitt 37 des zweiten Elements 35 eine Formschlussverbindung in Form einen Rastverbindung ausgebildet, indem die vorderen Anschlagkanten 49 der Anlaufnocken 41 an den Wänden der Vertiefungen 43 anschlagen.
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Ergänzend wird erwähnt, dass bei dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung bei Verwendung von drei Anlaufnocken 41 und drei Anlaufflächen 42 ein Zurückdrehen, d.h., eine Drehung des zweiten Elements 35 in die zweite Drehrichtung (entgegen der Richtung des Pfeils 44) ermöglicht wird, solange die Anlaufnocken 41 sich in dem Bereich zwischen den Anlaufflächen 42 befinden. Das bedeutet, dass die angesprochene Rastverbindung erst nach einem Drehen des zweiten Elements 35 um einen bestimmten Winkelbetrag in der zweiten Drehrichtung aktiviert bzw. wirksam wird. Durch eine entsprechende Ausgestaltung von Anlaufnocken 41 bzw. Anlaufflächen 42, beispielsweise durch eine Erhöhung deren Anzahl, lässt sich der Winkel derart reduzieren, dass die Rastverbindung in Form eines Freilaufes wirkt. Weiterhin liegt es selbstverständlich im Rahmen der Erfindung, zwischen dem zweiten Element 35 und dem Gehäuse 12 andersartige Rastverbindungen auszubilden.
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Beim Drehen der Ankerwelle 11 in die erste Drehrichtung, das heißt in Richtung des Pfeils 44 wird das zweite Element 35 der Spanneinrichtung 10 über die Reibschlussverbindung zwischen der Ankerwelle 11 und dem zweiten Element 35 mitgedreht bzw. mitgenommen. Dabei gelangen die beiden Anlaufflächen der beiden Elemente 31 und 35 derart in Wirkverbindung, dass das zweite Element 35 in Richtung der ersten Lagereinrichtung 15 mit einer Axialkraft F kraftbeaufschlagt wird. Da das zweite Element 35 auf den Außenring 18 der ersten Lagereinrichtung 15 wirkt, wird der Außenring 18 stets in Richtung zum Anker 25 kraftbeaufschlagt, so dass evtl. zwischen dem Innenring 17 und dem Außenring 18 auftretendes Axialspiel kompensiert wird.
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Entsprechend der 3 ist der Außenring 22 der zweiten Lagereinrichtung 16 in einem stufenförmigen Absatz 45 eines Gehäuseelements 46 radial aufgenommen, wobei der stufenförmige Absatz 45 gleichzeitig einen Axialanschlag für den Außenring 22 ausbildet. Der Innenring 21 der zweiten Lagereinrichtung 16 ist auf der dem Anker 25 zugewandten Seite mittels eines axialen Anschlagelements 47 an einer Bewegung in Richtung zum Anker 25 gehindert. Die soweit beschriebene Anordnung bzw. Ausbildung der zweiten Lagereinrichtung 16 in dem elektrischen Antrieb 100 bewirkt, dass über die Spanneinrichtung 10 bzw. die Ankerwelle 11 die Axialkraft F gleichzeitig auf den Innenring 21 der zweiten Lagereinrichtung 16 wirkt, der somit in Richtung zum stufenförmigen Absatz 45 gedrückt wird. Dadurch kann zusätzlich auftretendes axiales Lagerspiel zwischen dem Innenring 21 und den Außenring 22 in der zweiten Lagereinrichtung 16 ebenfalls kompensiert werden.
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In den 4 und 5 ist ein abgewandter elektrischer Antrieb 100a dargestellt. Hierbei ist das erste Element 31a der Spanneinrichtung 10a unmittelbar am Innenumfang des in etwa topfförmigen Ende des Abschnitts 48 des Gehäuses 12a ausgebildet. Das zweite, im Querschnitt hutförmige Element 35a nimmt den Außenring 18 der ersten Lagereinrichtung 15 radial auf, wobei der Außenring 18 verdrehfest zum zweiten Element 35a angeordnet ist. Der Innenring 17 ist verdrehfest auf der Ankerwelle 11 angeordnet. Bei einem Drehen der Ankerwelle 11 in die eine Richtung wird der Außenring 18 über die Lagerreibung der Lagereinrichtung 15 in Drehrichtung mitgenommen, so dass auch das zweite Element 35a sich in der ersten Drehrichtung mitdreht, wobei zwischen den Anlaufflächen 33a, 34a der beiden Elemente 31a, 35a eine Axialkraft F erzeugt wird, die den Außenring 18 in Richtung der Axialkraft F drückt, während der in Innenring 17 der ersten Lagereinrichtung 15 gegen das Anschlagelement 27 auf der Ankerwelle 11 gedrückt wird. Ein Zurückdrehen des zweiten Elements 35a entgegen der ersten Drehrichtung wird durch eine Ausbildung einer Rastverbindung zwischen dem Zwischenabschnitt 37a am zweiten Element 35a und dem Gehäuse 12a verhindert.
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Ergänzend wird erwähnt, dass bei dem Antrieb 100a auch auf die Rastverbindung mit den Anlaufnocken 41 verzichtet werden kann. Die Mitnahme des zweiten Elements 35a zum axialen Spannen der Lagereinrichtung 15 erfolgt somit allein durch die Lagerreibung zwischen dem Innenring 17 und dem Außenring 18. Ein Zurückdrehen des Elements 35a, die zu einer Reduzierung der axailen Spannkraft an der Lagereinrichtung 15 führt, wird aufgrund der Reibverhältnisse an bzw. der Reibschlussverbindung zwischen den Anlaufflächen 33a, 34a der beiden Elementen 31a, 35a verhindert, zwischen denen eine Flächenpressung herrscht.
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Zuletzt ist in der 6 ein weiterer, abgewandelter elektrischer Antrieb 100b dargestellt. Hierbei ist die Spanneinrichtung 10b auf der der ersten Lagereinrichtung 15 gegenüberliegenden Seite des Ankers 25 angeordnet. Der Außenring 18 der ersten Lagereinrichtung 15 ist in einem Gehäuseelement 51 radial aufgenommen, das eine axiale Anschlagfläche 52 aufweist. Die Ankerwelle 11 weist ein Axialanschlagelement 53 auf, das mit dem Innenring 17 der ersten Lagereinrichtung 15 zusammenwirkt, und das bei einer Axialbewegung der Ankerwelle 11 in Richtung des Pfeils 54 evtl. auftretendes Axialspiel zwischen dem Innenring 17 und dem Außenring 18 kompensiert. An dem stirnseitigen Ende der Ankerwelle 11 ist eine Kugel 55 angeordnet, die gegen eine Lagerplatte 56 drückt. Innerhalb der Spanneinrichtung 10b ist die Ankerwelle 11 in einem Lagerkörper 57 drehbar gelagert. Der Lagerkörper 57 kann beispielsweise in Form einer einfachen Messingbuchse ausgebildet sein. Der Lagerkörper 57 ist in dem zweiten, hülsenförmigen Element 35b aufgenommen, das wiederum in dem topfförmigen, ortsfest angeordneten ersten Element 31b angeordnet ist. Bei einer Drehung der Ankerwelle 11 in eine erste Drehrichtung entsteht über den Lagerkörper 57 sowie die Kugel 55 und die Lagerplatte 56 eine Reibung, die eine Mitnahme des zweiten Elements 35b in der ersten Drehrichtung bewirkt. Dadurch gelangen die beiden Anlaufflächen 33b, 34b an den Elementen 31b, 35b in Wirkverbindung, so dass eine Verschiebung der Ankerwelle 11 in Richtung des Pfeils 54 bewirkt wird.
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Der soweit beschriebene elektrische Antrieb 100, 100a, 110b bzw. die Spanneinrichtung 10, 10a, 10b können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008030738 A1 [0002]
