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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen bürstenlosen Elektromotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines erfindungsgemäßen Elektromotors.
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Ein gattungsgemäßer bürstenloser Elektromotor ist aus der Praxis bereits bekannt. Der Elektromotor weist einen drehbar gelagerten Rotor auf, wobei der Rotor eine Welle hat, die zwei, in axialem Abstand in Bezug auf die Längsachse der Welle zueinander angeordnete Lagereinrichtungen aufweist. Mit der Welle ist darüber hinaus einen topfförmigen Magnetelementträger zur Befestigung von Magnetelementen verbunden, die wiederum mit einem ortsfest im Gehäuse des Elektromotors angeordneten Stator zusammenwirken.
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Der bekannte Magnetelementträger besteht aus ferromagnetischem Metall und ist als Tiefziehteil ausgebildet. Um den Rotor innerhalb des Gehäuses des Elektromotors in axialer Richtung ortsfest positionieren zu können, ist es erforderlich, die Lagereinrichtungen auf der Welle mit dieser starr zu verbinden, um eine Axialbewegung zwischen der Welle und den Lagereinrichtungen zu vermeiden. Während dies bei der angesprochenen topfförmigen Gestaltung des Magnetelementträgers für die Lagereinrichtung, die sich außerhalb des Magnetelementträgers befindet, relativ einfach möglich ist, da die Zugänglichkeit zu dieser Lagereinrichtung gegeben ist, stellt sich dies für die andere, in einem axialen Überdeckungsbereich mit dem Magnetelementträger innerhalb des Magnetelementträgers angeordnete Lagereinrichtung insofern als schwierig heraus, als dass die Zugänglichkeit beispielsweise für ein Schweißwerkzeug zum Fixieren der Lagereinrichtung sich in der Praxis relativ schwer realisieren lässt, da die Öffnung im Magnetelementträger, in der die Lagereinrichtung angeordnet ist, einen relativ geringen Innendurchmesser aufweist. Es wäre nun zwar möglich, beispielsweise die Verbindung zwischen der Lagereinrichtung und der Welle über eine Klebeverbindung zu realisieren, eine derartige Klebeverbindung lässt sich jedoch in der Praxis prozesstechnisch relativ schwer überwachen und benötigt darüber hinaus eine zusätzliche Aushärtezeit für den Klebstoff, so dass sich ein aufwändiger Fertigungsablauf ergibt.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße bürstenlose Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass sich dessen beide Lagereinrichtungen mit geringem vorrichtungstechnischem Aufwand einfach in axialer Richtung auf der Welle positionieren bzw. mit dieser fest verbinden lassen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die beiden Lagereinrichtungen in Richtung der Drehachse des Rotors betrachtet zumindest bereichsweise axial außerhalb des Magnetelementträgers angeordnet sind. Eine derartige Anordnung der Lagereinrichtungen in Bezug auf den Magnetelementträger hat den Vorteil, dass die beiden dem Magnetelementträger abgewandten Stirnseiten der Lagereinrichtungen sich außerhalb des Magnetelementträgers befinden und somit eine gute Zugänglichkeit für eine axiale Fixierung der Lagereinrichtungen mit der Welle ergeben, da die entsprechenden Stirnseiten der Lagereinrichtungen frei zugänglich sind und nicht durch den Magnetelementträger gestört bzw. beeinflusst werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen bürstenlosen Elektromotors sind in den Unteransprüchen angegeben. 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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Insbesondere ist es vorgesehen, dass wenigstens eine der wenigstens zwei Lagereinrichtungen, vorzugsweise die beiden beidseitig des Magnetelementträgers angeordneten Lagereinrichtungen, auf der dem Magnetelementträger abgewandten Seite auf der Welle zumindest mittelbar in Richtung der Drehachse axial fixiert sind. Eine derartige Fixierung der wenigstens einen Lagereinrichtung mit der Welle kann in einer ersten Ausgestaltung durch eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere durch eine Schweißverbindung erfolgen. Alternativ ist es denkbar, dass die Fixierung durch eine kraftschlüssige Verbindung, insbesondere durch eine Stemmverbindung erfolgt. In wiederum alternativer Ausgestaltung der axialen Fixierung der wenigstens einen Lagereinrichtung erfolgt die Fixierung durch ein separates Sicherungselement, insbesondere in Form eines Sicherungsrings.
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Eine ganz besonders bevorzugte konstruktive Ausgestaltung mit Blick auf die axiale Fixierung der beiden Lagereinrichtungen sieht vor, dass zwei in Richtung der Drehachse betrachtet beidseitig des Magnetelementträgers angeordnete Lagereinrichtungen in axialem Anlagekontakt mit einem mit dem Magnetelementträger zumindest mittelbar verbundenen Abstandselement angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass es zur axialen Sicherung bzw. Positionierung der beiden Lagereinrichtungen lediglich erforderlich ist, die Lagereinrichtungen auf der dem Magnetelementträger abgewandten Seite mit der Welle zu verbinden bzw. zu fixieren. Auf der dem Magnetelementträger zugewandten Seite erfolgt die axiale Sicherung bzw. Positionierung durch das erfindungsgemäß vorgesehene Abstandselement, das sich in axialem Anlagekontakt mit den entsprechenden Stirnflächen der beiden Lagereinrichtungen befindet.
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Eine wiederum mit Blick auf das angesprochene Abstandselement ganz besonders bevorzugte konstruktive Ausgestaltung des Magnetelementträgers sieht vor, dass dieser aus Kunststoff besteht und als Spritzgussteil ausgebildet ist, und dass das Abstandselement hülsenförmig ausgebildet ist und auf dem Außenumfang der Welle angeordnet ist. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht es, den Magnetelementträger insbesondere durch Anspritzen an das hülsenförmige Abstandselement mit diesem zu verbinden, und das Abstandselement axial auf den Außenumfang der Welle zu montieren. Die Befestigung des Magnetelementträgers bzw. des Abstandselements mit der Welle erfolgt dann beispielsweise durch eine Klebeverbindung oder auf sonstige geeignete Weise.
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Eine weitere konstruktiv bevorzugte Ausgestaltung, die es einerseits ermöglicht, die üblicherweise zur Erfassung der Drehwinkellage des Rotors erforderlichen Magnetelemente anzuordnen, und andererseits einen vergrößerten axialen Abstand zwischen den Lagereinrichtungen zu schaffen, welcher sich hinsichtlich der Lagerung des Rotors positiv auswirkt, sieht vor, dass in Richtung der Drehachse betrachtet zwischen dem Magnetelementträger und einer der Lagereinrichtungen ein Magnetring als Bestandteil einer Sensoreinrichtung angeordnet ist.
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Insbesondere bei Ausbildung des Magnetelementträgers aus Kunststoff bzw. als Kunststoffspritzgussteil ist es dabei von Vorteil, wenn der Magnetelementträger als Träger für Magnetelemente des Magnetrings ausgebildet ist. Somit ist keinerlei separates Bauteil bzw. keine separate Baugruppe zur Anordnung der Magnetelemente der Sensoreinrichtung erforderlich. Vielmehr können die Magnetelemente auf dem entsprechenden Abschnitt des monolithisch mit dem Magnetelementträger verbundenen Magnetrings angeordnet werden.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Elektromotors, die ein vereinfachtes bzw. vorteilhaftes Wuchten des Rotors ermöglicht, sieht vor, dass der Magnetelementträger mehrere, in Bezug zur Drehachse vorzugsweise in gleichgroßen Winkelabständen zueinander angeordnete Ausnehmungen zur Aufnahme von Wuchtgewichten aufweist, und dass die Wuchtgewichte in den Ausnehmungen unter Ausbildung einer Pressverbindung aufgenommen sind. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht es, die Wuchtgewichte innerhalb des Magnetelementträgers selbst anzuordnen, so dass diese keinen zusätzlichen Bauraum außerhalb des Magnetelementträgers benötigen. Gleichzeitig wird durch die vorgesehene Pressverbindung zwischen den Wuchtgewichten und den Ausnehmungen eine sichere und zuverlässige Befestigung der Wuchtgewichte auch ohne zusätzliche Befestigungselemente bzw. Klebstoff ermöglicht.
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Um die Masse des Magnetelementträgers bei einer Ausbildung des Magnetelementträgers aus Kunststoff zusätzlich zu verringern, ist es vorgesehen, dass der Magnetelementträger wenigstens eine Aussparung zur Gewichtsersparnis aufweist.
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Ein soweit beschriebener bürstenloser Elektromotor ist vorzugsweise als Bestandteil eines Wischermotors zum Reinigen von Fahrzeugscheiben in einem Kraftfahrzeug ausgebildet.
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Weiterhin umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Elektromotors, wobei die Montage zumindest folgende Schritte aufweist: Zunächst erfolgt ein drehfestes Fügen des Magnetelementträgers auf der Welle des Rotors, vorzugsweise mittels eines mit dem Magnetelementträger verbundenen, hülsenförmigen Abstandselements. Anschließend erfolgt ein axiales Fügen zweier Lagereinrichtungen von gegenüberliegenden Seiten des Magnetelementträgers durch axiales Fügen auf der Welle bis zu einer durch den Magnetelementträger oder das Abstandselement definierten axialen Endposition. Zuletzt erfolgt ein axiales Positionieren der beiden Lagereinrichtungen auf der Welle von der dem Magnetelementträger abgewandten Seite durch eine stoffschlüssige Verbindung, eine kraftschlüssiges Verbindung oder durch ein zusätzliches Sicherungselement.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
- 1 wesentliche Bestandteile eines bürstenlosen Elektromotors in einer Explosionsdarstellung,
- 2 der Elektromotor gemäß 1 in montiertem Zustand in perspektivischer Darstellung,
- 3 eine Baugruppe zur Befestigung auf einer Welle eines Rotors in Explosionsdarstellung,
- 4 ein Rotor, wie er bei dem Elektromotor gemäß der 1 und 2 verwendet wird in Seitenansicht,
- 5 ein aus Kunststoff bestehender Magnetelementträger des Rotors in einer ersten perspektivischen Darstellung,
- 6 der Magnetelementträger gemäß 5 in einer gegenüber der 5 veränderten Ansicht mit zusätzlich montierten Rotormagneten in perspektivischer Darstellung und
- 7 und 8 unterschiedlich gestaltete Verbindungen zwischen einer Lagereinrichtung und einer Welle des Rotors in Seitenansicht.
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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 und 2 sind wesentliche Bestandteile eines bürstenlosen Elektromotors 10 dargestellt, der als Bestandteil eines Wischermotors 100 dient. Der Wischermotor 100 umfasst hierzu ein insbesondere aus Kunststoff im Spritzgussverfahren oder aus Aluminium im Druckgussverfahren hergestelltes Getriebegehäuse 12, an das ein topfförmiges, in der Darstellung der 1 und 2 im Halbschnitt dargestelltes Motorgehäuse 14 anflanschbar ist. Innerhalb des Getriebegehäuses 12 ist ein im Ausführungsbeispiel einstufig ausgebildetes Getriebe 15 mit einem Getrieberad 16 angeordnet, das in einer Drehachse 18 drehbar gelagert ist. Das Getrieberad 16 wirkt auf eine Abtriebswelle 20, deren eines Ende aus dem Getriebegehäuse 12 herausragt (nicht dargestellt), um zumindest mittelbar mit einem Scheibenwischer bzw. einem Wischgestänge verbunden zu werden.
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Der Elektromotor 10 umfasst einen in dem Getriebegehäuse 12 bzw. Motorgehäuse 14 ortsfest angeordneten Stator 22 mit mehreren Drahtwicklungen 24, die über an einem Fortsatz 26 angeordnete, beispielsweise als Federblechelementen ausgebildete Kontaktelemente 28 bestrombar sind. Radial innerhalb des Stators 22 ist ein in der 4 in Einzeldarstellung gezeigter Rotor 30 drehbar gelagert. Die Lagerung des Rotors 30 innerhalb des Wischermotors 100 erfolgt mittels zweier Lagereinrichtungen 32, 34, die entsprechend der Darstellung der 1 und 2 im Bereich des Getriebegehäuses 12 bzw. des Motorgehäuses 14 in die Lagereinrichtungen 32, 34 radial aufnehmenden Ausnehmungen aufgenommen sind.
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Mittels eines in den 1 und 2 erkennbaren, im Wesentlichen U-förmigen Sicherungselements 35 lässt sich der Rotor 30 innerhalb des Getriebegehäuses 12 bzw. des Motorgehäuses 14 in Richtung der Drehachse 36 des Rotors 30 axial sichern bzw. positionieren, indem das Sicherungselement 35 mit seiner einen Stirnseite 38 gegen die dem Sicherungselement 35 zugewandte Stirnfläche 39 der einen Lagereinrichtung 32 anliegt und sich gleichzeitig mit ihrer anderen Stirnseite 40 an einem entsprechenden Flächenabschnitt einer Ausnehmung 41 axial abstützt.
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Der Rotor 30 ist mehrteilig ausgebildet und umfasst eine Welle 42 mit einem Abschnitt, der als Schneckenverzahnung 44 ausgebildet ist. Die Schneckenverzahnung 44 kämmt zum Antreiben des Getrieberads 16 mit einer am Außenumfang des Getrieberads 16 ausgebildeten Schrägverzahnung 45. Auf dem Außenumfang der Welle 42 ist eine in den 3 und 6 in Einzeldarstellung gezeigte Baugruppe 46 drehfest befestigt, beispielsweise durch eine Klebeverbindung. Die Baugruppe 46 umfasst einen Magnetelementträger 48, der als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist und eine in etwa trommelförmige Gestalt aufweist. Der Magnetelementträger 48 umgibt radial ein aus Metall bestehendes Abstandselement 50, das hülsenförmig ausgebildet ist und mit seinem Innenumfang mit der Welle 42 verbunden ist. Das Abstandselement 50 überragt die beiden gegenüberliegenden Stirnseiten 51, 52 des Magnetelementträgers 48 derart, dass entsprechend der Darstellung der 4 die beiden Lagereinrichtungen 32, 34 axial vollständig außerhalb des Magnetelementträgers 48 angeordnet sind und mit ihren dem Abstandselement 50 zugewandten Stirnflächen 53, 54 an den ihnen gegenüberliegenden Stirnseiten 51, 52 des Abstandselements 50 axial anliegen, das dadurch einen axialen Anschlag für die beiden Lagereinrichtungen 32, 34 in Richtung zum Magnetelementträger 48 ausbildet.
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Die beiden Lagereinrichtungen 32, 34 sind auf der Welle 42 in axialer Richtung aufgeschoben und auf der dem Abstandselement 50 abgewandten Stirnseite 58, 59 im Übergangsbereich zur Welle 42 durch eine stoffschlüssige Verbindung 60, insbesondere eine Schweißverbindung mit einer Schweißnaht 61 entsprechend der 4 axial gesichert. Alternativ hierzu ist auch entsprechend der 7 eine kraftschlüssige Verbindung 62, insbesondere eine Stemmverbindung 63 durch plastische Deformation der Welle 42, oder aber entsprechend der Darstellung der 8 eine axiale Sicherung durch ein separates Sicherungselement 64, insbesondere in Form eines Sicherungsrings 67, möglich.
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Der Magnetelementträger 48 weist zwei radial um seine Längsachse umlaufende Flansche 65, 66 auf, zwischen denen mehrere Magnetelemente in Form von Rotormagneten 68 angeordnet sind. Die Anordnung der Rotormagnete 68 erfolgt unter radialer Zwischenlage einer aus ferromagnetischem Material bestehenden Magnethülse 70, die am Außenumfang einer Mantelfläche 72 zwischen den beiden Flanschen 65, 66 angeordnet ist. Die Rotormagnete 68 sind wiederum am äußeren Umfang der Magnethülse 70, insbesondere über nicht dargestellte Klebeverbindungen, befestigt.
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Da der Magnetelementträger 48 als Spritzgussteil ausgebildet ist, ist es insbesondere vorgesehen, dass das Material des Magnetelementträgers 48 an den Außenumfang des Abstandselements 50 sowie den Innenumfang der Magnethülse 70 angespritzt wird, indem die entsprechenden Bauteile in ein Spritzgusswerkzeug zur Herstellung des Magnetelementträgers 48 eingelegt werden.
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Weiterhin ist anhand der 4 erkennbar, dass in einem axialen Abstand von dem einen Flansch 66 ein monolithisch mit dem Magnetelementträger 48 ausgebildeter Magnetring 74 vorgesehen ist. Der Magnetring 74 trägt an seinem Außenumfang eine Vielzahl von weiteren Magnetelementen 75, die als Bestandteil einer nicht dargestellten Sensoreinrichtung in an sich bekannter Art und Weise zusammen mit einem Sensorelement zur Detektion der Drehwinkellage des Rotors 30 dienen.
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Weiterhin ist anhand der 5 und 6 erkennbar, dass der Magnetelementträger 48 erste und zweite Ausnehmungen 78, 79 aufweist, die vorzugsweise in gleichgroßen Winkelabständen um die Drehachse 36 des Rotors 30 angeordnet sind. Die Ausnehmungen 78 dienen der Aufnahme von Wuchtgewichten 80, die über Pressverbindungen in den Ausnehmungen 78 unverlierbar aufgenommen sind, während die Ausnehmungen 79 der Gewichtsersparnis des Magnetelementträgers 48 dienen.
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Der soweit beschriebene Elektromotor 10 bzw. der Wischermotor 100 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Elektromotor
- 12
- Getriebegehäuse
- 14
- Motorgehäuse
- 15
- Getriebe
- 16
- Getrieberad
- 18
- Drehachse
- 20
- Abtriebswelle
- 22
- Stator
- 24
- Drahtwicklung
- 26
- Fortsatz
- 28
- Kontaktelement
- 30
- Rotor
- 32
- Lagereinrichtung
- 34
- Lagereinrichtung
- 35
- Sicherungselement
- 36
- Drehachse
- 38
- Stirnseite
- 39
- Stirnfläche
- 40
- Stirnseite
- 41
- Ausnehmung
- 42
- Welle
- 44
- Schneckenverzahnung
- 45
- Schrägverzahnung
- 46
- Baugruppe
- 48
- Magnetelementträger
- 50
- Abstandselement
- 51
- Stirnseite
- 52
- Stirnseite
- 53
- Stirnfläche
- 54
- Stirnfläche
- 58
- Stirnseite
- 59
- Stirnseite
- 60
- stoffschlüssige Verbindung
- 61
- Schweißnaht
- 62
- kraftschlüssige Verbindung
- 63
- Stemmverbindung
- 64
- Sicherungselement
- 65
- Flansch
- 66
- Flansch
- 67
- Sicherungsring
- 68
- Rotormagnet
- 70
- Magnethülse
- 72
- Mantelfläche
- 74
- Magnetring
- 75
- Magnetelement
- 78
- erste Ausnehmung
- 79
- zweite Ausnehmung
- 80
- Wuchtgewicht
- 100
- Wischermotor
