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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zum Verstellen eines Abdeckelements eines Fahrzeugs, insbesondere für eine Fensterhebereinrichtung, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine derartige Antriebsvorrichtung umfasst ein Abtriebselement zum Verstellen des Abdeckelements und einen Elektromotor, der einen Stator, einen Rotor und eine mit dem Rotor verbundene, um eine Drehachse drehbare Antriebswelle zum Antreiben des Abtriebselements aufweist.
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Die Antriebsvorrichtung ist vorteilhafterweise zum Verstellen eines Abdeckelements eines Fahrzeugs, insbesondere für eine Fensterhebereinrichtung, einsetzbar. Das Abdeckelement kann eine Fensterscheibe, ein Schiebedach, eine Laderaumabdeckung, eine Heckklappe, ein Sonnenrollo oder auch eine Fahrzeugtür zum Abdecken einer Öffnung oder dergleichen in einem Fahrzeug sein.
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Bei einem Fensterheber können beispielsweise an einem Aggregateträger eines Türmoduls ein oder mehrere Führungsschienen angeordnet sein, an denen je ein mit einer Fensterscheibe gekoppelter Mitnehmer geführt ist. Der Mitnehmer ist über ein biegeschlaffes, zur Übertragung von (ausschließlich) Zugkräften ausgelegtes Zugelement (z.B. ein Zugseil) mit der Antriebsvorrichtung gekoppelt, wobei das Zugelement derart an einem Abtriebselement in Form einer Seiltrommel angeordnet ist, dass sich bei einer Drehbewegung der Seiltrommel das Zugelement mit einem Ende auf die Seiltrommel aufwickelt und mit einem anderen Ende von der Seiltrommel abwickelt. Es kommt somit zu einem Verschieben einer durch das Zugseil gebildeten Seilschlaufe und dementsprechend zu einem Bewegen des Mitnehmers entlang der jeweils zugeordneten Führungsschiene. Angetrieben durch die Antriebsvorrichtung kann somit die Fensterscheibe verstellt werden, beispielsweise um eine Fensteröffnung an einer Fahrzeugseitentür freizugeben oder zu schließen.
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Bei einem aus der
DE 10 2004 044 863 A1 bekannten Antrieb für eine Verstelleinrichtung in einem Kraftfahrzeug ist eine Seiltrommel auf einem Lagerdom eines Antriebsgehäuses angeordnet, wobei das Antriebsgehäuse über ein Befestigungselement in Form einer Schraube mit einem Trägerelement in Form eines Aggregateträgers verbunden ist.
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Eine Antriebsvorrichtung für einen Fensterheber, die beispielsweise an einem Trägerelement in Form eines Aggregateträgers eines Türmoduls an einer Fahrzeugseitentür montiert werden soll und somit innerhalb einer Fahrzeugseitentür einzufassen ist, soll vorteilhafte Betriebseigenschaften, insbesondere ein laufruhiges Verhalten mit geringer Schwingungsanregung an dem Trägerelement aufweisen und soll zudem den zur Verfügung stehenden Bauraum effizient ausnutzen. Es besteht hierbei ein Bedürfnis danach, die Antriebsvorrichtung kompakt auszugestalten, wobei die Antriebsvorrichtung jedoch ein hinreichendes Drehmoment zur Verfügung stellen muss, um ein zuverlässiges Verstellen des zu verstellenden Verstellteils, beispielsweise der Fensterscheibe, zu gewährleisten, gegebenenfalls auch bei Schwergängigkeiten im System, beispielsweise zum Einlaufen in eine Dichtung. Generell hängt das zur Verfügung stehende Drehmoment hierbei auch von der Baugröße des Elektromotors ab. So kann ein Elektromotor bei größerem Rotordurchmesser und/oder bei größerer Rotorlänge ein größeres Drehmoment zur Verfügung stellen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die ein günstiges Betriebsverhalten aufweisen, ein hinreichendes Drehmoment zur Verfügung stellen und kompakt aufgebaut sein kann.
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Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Demnach ist der Elektromotor als Axialflussmotor, bei dem der Rotor axial entlang der Drehachse zum Stator versetzt ist, ausgebildet.
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Bei dem als Axialflussmotor ausgebildeten Elektromotor sind der Stator und der Rotor axial zueinander versetzt. Der magnetische Fluss strömt somit in axialer Richtung zwischen dem Stator und dem Rotor. Dies unterscheidet sich von einem als Radialflussmotor ausgebildeten Elektromotor, wie er herkömmlich beispielsweise bei einem Fensterheber in einem Fahrzeug zum Einsatz kommt.
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Bei einem Radialflussmotor läuft üblicherweise ein Innenläufer innerhalb eines Stators um, wobei der magnetische Fluss zwischen dem Stator und dem Rotor (prädominant) radial gerichtet ist. Es ergeben sich bei einem solchen herkömmlichen Elektromotor Radialkräfte zwischen dem Stator und dem Rotor, die zu einer akustischen Anregung an der Antriebsvorrichtung und an mit der Antriebsvorrichtung verbundenen Komponenten, zum Beispiel einem Aggregateträger eines Türmoduls, führen können. Zudem ist bei einem herkömmlichen, als Radialflussmotor ausgebildeten Elektromotor zum Beispiel für einen Fensterheber abzuwägen zwischen einem radialen Bauraumerfordernis und einem axialen Bauraumerfordernis, weil eine radiale Bauraumverkleinerung eine Verlängerung des Motors (bei gleichem Drehmoment) erforderlich macht.
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Bei einem als Axialflussmotor ausgebildeten Elektromotor können demgegenüber Radialkräfte wirkungsvoll vermieden werden, aufgrund des (weitestgehend) axial zwischen dem Stator und dem Rotor gerichteten magnetischen Flusses. Dies ermöglicht günstige Betriebseigenschaften, bei geringer akustischer Anregung und der Möglichkeit, den Antrieb hinsichtlich seines Bauraums zu optimieren.
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Ein solcher Axialflussmotor kann eine hohe Leistungsdichte bei kleinem Magnetvolumen aufweisen. Zudem kann sich eine einfache Magnetisierung durch die axiale Ausrichtung des Magnetfelds ergeben. Ein solcher Axialflussmotor kann zudem eine geringere Bauhöhe als ein Radialflussmotor bei kleinerem Trägheitsmoment aufweisen. Es kann sich eine günstige Temperaturableitung ergeben, und der Axialflussmotor kann robust aufgebaut sein, bei geringerer Schwingungsanfälligkeit und einfacher Lagerung.
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Der Elektromotor kann insbesondere als permanentmagneterregter Axialflussmotor ausgebildet sein. Bei einem solchen permanentmagneterregten Axialflussmotor weist der Stator an einem Statorkörper eine Mehrzahl von (axial vorstehenden) Statorzähnen auf, an denen eine Mehrzahl von Statorwicklungen angeordnet ist. Beispielsweise können solche Statorwicklungen als konzentrierte Wicklungen an den Polzähnen gewickelt sein. Denkbar und möglich ist aber auch, sogenannte Wellenwicklungen zu verwenden. An jedem Statorzahn können eine oder mehrere Wicklungen angeordnet sein, wobei jede Wicklung aus mehreren Windungen besteht, die durch einen um den zugeordneten Statorzahn gewickelten Wickeldraht gebildet sind. Im Betrieb werden die Statorwicklungen in elektronisch kommutierter Weise bestromt, indem beispielsweise drei Stromphasen an die Wicklungen angelegt werden, sodass sich am Stator ein umlaufendes Drehfeld ergibt.
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Der Statorträger trägt die Statorzähne, an denen die Statorwicklungen gewickelt sind. Der Statorträger kann hierbei zur Bereitstellung eines magnetischen Rückschlusses zumindest teilweise aus einem ferromagnetischen Material gefertigt sein.
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Beispielsweise kann der Statorträger aus einem Blechstreifen gewickelt sein. Ein durchgehender Blechstreifen wird hierzu schneckenförmig aufgewickelt, sodass sich ein scheibenförmiger Statorträger ergibt.
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Alternativ können auch mehrere Blechstreifen zu einem Blechpaket zusammengesetzt sein, um den Statorträger zu bilden. In diesem Fall kann der Statorträger beispielsweise als kreisförmige oder polygonale, z.B. hexagonale oder allgemein vieleckige Scheibe geformt sein.
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In einer Ausführungsform kann der Statorträger durch eine Mehrzahl von Blechstreifen zusammengesetzt sein. Die Blechstreifen können hierbei jeweils eine U-förmige Gestalt aufweisen und sind aneinander angesetzt, um den Statorträger mit daran ausgebildeten, integralen Statorzähnen zu bilden. In einer Ausführungsform kann der Statorträger beispielsweise eine hexagonale Gestalt aufweisen, wobei in diesem Fall beispielsweise sechs Blechpakete von zusammengesetzten Blechstreifen an ein Trägerelement angesetzt und an dem Trägerelement gehalten sind. Über das Trägerelement sind die Blechpakete somit miteinander verbunden und bilden den Statorträger aus. Die Blechpakete können beispielsweise in Fächer an dem Trägerelement eingesetzt sein und können formschlüssig an dem Trägerelement gehalten sein.
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Wiederum alternativ kann der Statorträger beispielsweise aus einem Material, z.B. Eisenfasern oder einem SMC (SMC steht für „soft magnetic composites“), gepresst oder gesintert sein. Die Fertigung des Statorträgers erfolgt in diesem Fall also nicht durch Verwendung eines oder mehrerer Blechstreifen, sondern in einem Urformungsprozess. Stanzabfälle werden hierbei vermieden. Es ergibt sich eine kompakte Bauweise.
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Die Statorzähne können, bei sämtlichen Alternativen, einstückig mit dem Statorträger geformt sein und somit integral mit dem Statorträger ausgebildet sein. Ist der Statorträger durch ein gewickeltes Blech oder durch mehrere zusammengesetzte Bleche ausgebildet, so sind das Blech bzw. die Bleche derart (individuell) vorgeformt, dass sich nach dem Wickeln des Blechs bzw. Zusammensetzen der Bleche die Statorzähne am Statorträger ergeben.
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Alternativ können die Statorzähne auch als gesonderte Elemente an den Statorträger angesetzt sein.
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In einer Ausgestaltung ist der Stator axial verschiebbar an einem Antriebsgehäuse der Antriebsvorrichtung angeordnet. Der Stator kann beispielsweise in einem Motortopf, der eine zylindrische Grundform aufweist, des Antriebsgehäuses einliegen. In diesem Motortopf ist der Stator axial verschiebbar, beispielsweise indem ein Führungselement des Antriebsgehäuses, beispielsweise in Form eines axial vorstehenden Zapfenelements, in einen Führungseingriff des Stators eingreift und somit den Stator axial verschiebbar führt.
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Eine solche axiale Verschiebbarkeit kann dazu dienen, einen Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor, beispielsweise zwischen einer Spulenanordnung des Stators und einer Permanentmagnetanordnung des Rotors, konstant zu halten. Dies kann erforderlich sein, weil bei einem Axialflussmotor im Betrieb axial gerichtete Kräfte auftreten, die am Rotor wirken und eine axiale Belastung des Rotors relativ zum Stator zur Folge haben können. Um eine Veränderung des Luftspaltes durch diese Kraftwirkung zu vermeiden, ist der Stator axial verschiebbar, sodass der Stator dem Rotor nachgeführt werden kann und somit der Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor (näherungsweise) konstant gehalten wird. Zudem können hierdurch Längentoleranzen ausgeglichen werden.
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Um ein Nachführen zu bewirken, ist vorteilhafterweise vorgesehen, den Stator über ein Federelement gegenüber dem Antriebsgehäuse vorzuspannen. Das Federelement kann beispielsweise durch eine Wellenscheibe ausgebildet sein, die zwischen einem Wandungsabschnitt des Antriebsgehäuses, beispielsweise einem den Motortopf verschließenden Deckelelement, und dem Stator einliegt und somit axial zwischen dem Stator und dem Antriebsgehäuse angeordnet ist. Kommt es zu einer axialen Kraftwirkung auf den Rotor und darüber auch auf den Stator, so kann die Wellenscheibe komprimiert werden, sodass die Lage des Stators axial im Antriebsgehäuse angepasst wird und somit ein Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor konstant gehalten wird.
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Zur weiter verbesserten Abstützung kann der Stator über Radialabstützelemente radial in dem Antriebsgehäuse, beispielsweise in dem Motortopf des Antriebsgehäuses, abgestützt sein. Die Radialabstützelemente können hierbei eine axiale Gleitführung bereitstellen, sodass über die Radialabstützelemente der Stator in seiner radialen Position innerhalb des Antriebsgehäuses festgelegt ist, dabei aber axial verschiebbar ist.
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In einer Ausgestaltung ist die Antriebswelle an dem Stator gelagert. Hierzu kann der Stator, in einer Ausgestaltung, ein Lagerelement zum drehbaren Lagern der Antriebswelle aufweisen, wobei das Lagerelement eine Lageröffnung ausbildet, in die die Antriebswelle eingreift. Das Lagerelement kann beispielsweise als zylindrische Buchse ausgebildet sein. Die Lageröffnung erstreckt sich zentral durch das Lagerelement hindurch und stellt eine radiale Gleitführung für die Antriebswelle bereit.
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Das Lagerelement kann beispielsweise mit einem Trägerelement des Stators verpresst sein, sodass das Lagerelement an dem Trägerelement festgelegt ist.
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Innerhalb der Lageröffnung können, in einer Ausgestaltung, Aufnahmetaschen in Form von radial gerichteten Sacklöchern oder dergleichen ausgebildet sein, in denen ein Schmiermittel aufgenommen werden kann. Die Aufnahmetaschen halten das Schmiermittel somit im Bereich der Lageröffnung und stellen somit ein Reservoir für das Schmiermittel bereit.
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Die Aufnahmetaschen können regelmäßig innerhalb der Lageröffnung angeordnet sein. So können die Aufnahmetaschen axial und umfänglich um die Drehachse der Antriebswelle an einer Innenwandung der Lageröffnung zueinander versetzt sein.
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Zusätzlich oder alternativ weist der Stator, in einer Ausgestaltung, ein Axiallager auf, das die Antriebswelle axial abstützt. Das Axiallager kann beispielsweise ein Kugelelement umfassen, das drehbar in einem Gehäuseelement eingefasst ist. An dem Kugelelement ist die Antriebswelle axial abgestützt. Bei einer Drehbewegung der Antriebswelle kann sich das Kugelelement mitverdrehen, sodass ein leichtgängiger Lauf der Antriebswelle ohne nennenswerte Reibung an dem Axiallager ermöglicht wird.
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Das Axiallager kann beispielsweise in die Lageröffnung des Lagerelements hineinragen. Beispielsweise kann das Axiallager innerhalb der Lageröffnung aufgenommen sein. Das Axiallager kann beispielsweise ebenfalls fest an einem Trägerelement des Stators angeordnet, beispielsweise mit dem Trägerelement verpresst sein.
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Bei einem permanentmagneterregten Axialflussmotor weist der Rotor eine Magnetanordnung mit einer Mehrzahl von Permanentmagnetpolen auf. Die Magnetanordnung kann beispielsweise durch diskrete Permanentmagnete gebildet sein. Denkbar und möglich ist aber auch, eine Magnetscheibe oder einen Ringmagneten zu verwenden, die bzw. der eine Mehrzahl von umfänglich um die Wellenachse zueinander versetzten, alternierend magnetisierten Magnetpolen aufweist. Beispielsweise können gebundene oder gesinterte Neodym-Magnetanordnungen eingesetzt werden. Denkbar und möglich ist auch eine Magnetanordnung unter Verwendung von Cer (auch Cerium genannt, Elementsymbol Ce) als (permanent-) magnetisches Material. Aufgrund der Magnetanordnung besteht an dem Rotor ein magnetisches Erregerfeld, das im Betrieb des Elektromotors mit dem umlaufenden Drehfeld des Stators zur Drehmomenterzeugung am Rotor zusammenwirkt.
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Die Magnetpole sind umfänglich um die Drehachse zueinander versetzt und mit alternierender Polarität aneinander angereiht. Im Betrieb wirkt das durch die Magnetpole erzeugte Erregerfeld mit dem durch die Statorwicklungen erzeugten, umlaufenden Drehfeld zusammen, sodass am Rotor ein Drehmoment erzeugt wird, dass auf die Antriebswelle zum Antreiben des Abtriebselements übertragen wird.
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In einer beispielhaften Ausgestaltung kann der Stator sechs Zähne mit daran angeordneten Statorwicklungen aufweisen. Der Rotor kann beispielsweise eine Magnetanordnung mit acht (Permanent-) Magnetpolen (vier Magnetpolpaare) aufweisen. Durch die Verwendung eines permanentmagneterregten Axialflussmotors kann die Bauform der Antriebsvorrichtung, bei günstigem Betriebs- und Drehmomentverhalten, kompakt sein.
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Die Ausbildung des Elektromotors als Axialflussmotor ermöglicht auch ein Schalten zwischen einem gehemmten und einem nicht gehemmten Zustand. So entstehen bei Bestromung der Statorwicklungen am Stator Axialkräfte zwischen dem Stator und dem Rotor. Ist die AntriebswelleAntriebswelle zum Beispiel über ein Federelement axial in Richtung eines gehemmten Zustands vorgespannt und weist die AntriebswelleAntriebswelle dadurch in nicht bestromtem Zustand des Elektromotors eine Selbsthemmung auf, so kann bei Bestromen des Elektromotors die Selbsthemmung durch axiale Kraftwirkung (entgegen der vorspannenden Feder) aufgehoben werden, sodass der Elektromotor bei Bestromung aus einem selbsthemmenden Zustand in einen nicht gehemmten Betriebszustand geschaltet wird.
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In einer Ausgestaltung ist der Stator mehrteilig ausgestaltet. In diesem Fall weist der Stator beispielsweise einen ersten Statorträger mit axial von dem ersten Statorträger vorstehenden, ersten Statorzähnen, an denen erste Statorwicklungen angeordnet sind, und einen zweiten Statorträger mit axial von dem zweiten Statorträger vorstehenden, zweiten Statorzähnen, an denen zweite Statorwicklungen angeordnet sind, auf. Es liegen somit zwei Statorelemente mit Anordnungen von axial zueinander versetzten Statorwicklungen vor, zwischen denen der Rotor aufgenommen ist. Beidseitig des Rotors sind somit Statorwicklungen angeordnet, die jeweils ein umlaufendes Drehfeld erzeugen und auf diese Weise mit dem permanentmagneterregten Rotor zusammenwirken.
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Die ersten Statorwicklungen und die zweiten Statorwicklungen sind hierbei jeweils umfänglich um die Drehachse periodisch aneinander angereiht. Die ersten Statorwicklungen und die zweiten Statorwicklungen weisen dabei vorzugsweise die gleiche Periode auf. Sind beispielsweise am ersten Statorträger und am zweiten Statorträger jeweils sechs Statorwicklungen angeordnet, entspricht der Periodenwinkel 60°.
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Die ersten Statorwicklungen und die zweiten Statorwicklungen können, in einer Ausgestaltung, um einen Winkel zueinander versetzt sein, wobei dieser Winkel kleiner als die Periode der jeweils periodisch aneinander angereihten ersten Statorwicklungen und zweiten Statorwicklungen ist. Beispielsweise entspricht der Winkel gerade der halben Periode (bei sechs Statorwicklungen an jedem Statorträger also 30°).
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In einer Ausgestaltung ist das Abtriebselement durch eine drehbare Abtriebstrommel, an der ein zum Übertragen von Zugkräften ausgebildetes Zugelement zur Kopplung mit dem Abdeckelement angeordnet ist, ausgebildet. Das Zugelement kann beispielsweise als biegeschlaffes, zur Übertragung von (ausschließlich) Zugkräften geeignetes Element ausgebildet sein, beispielsweise als Zugseil, Band oder Riemen. In diesem Fall kann die Abtriebstrommel beispielsweise als Seiltrommel ausgebildet sein, an der das Zugelement derart angeordnet ist, dass bei einem Verdrehen der Seiltrommel sich das Zugelement mit einem Abschnitt auf die Seiltrommel aufwickelt und mit einem anderen Abschnitt von der Seiltrommel abwickelt, sodass das Zugelement verstellt und darüber das Abtriebselement angetrieben wird.
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An der Antriebswelle ist eine Antriebsschnecke angeordnet, die mit einem mit dem Abtriebselement wirkverbundenen Antriebsrad in Verzahnungseingriff steht. Die Antriebsschnecke kann beispielsweise einstückig mit der Antriebswelle ausgebildet sein und wird, bei Verdrehen der Antriebswelle, zusammen mit dieser verdreht und treibt darüber das Antriebsrad (in untersetzter Weise) an. Mit dem Antriebsrad ist das Abtriebselement (beispielsweise in Form einer Seiltrommel) gekoppelt, sodass durch Verdrehen des Antriebsrads auch das Abtriebselement verstellt und darüber das Abtriebselement angetrieben wird.
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Die Antriebswelle ist drehfest mit dem Rotor verbunden. Im Betrieb des Elektromotors wird bei Verdrehen des Rotors somit die Antriebswelle angetrieben und darüber das Abtriebselement bewegt.
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Eine Antriebsvorrichtung der hier beschriebenen Art kann vorzugsweise bei einer Fensterhebereinrichtung zum Verstellen einer Fensterscheibe beispielsweise an einer Fahrzeugseitentür zum Einsatz kommen. Eine solche Fensterhebereinrichtung kann eine oder mehrere Führungsschienen umfassen, an denen Führungselemente beispielsweise in Form von Mitnehmern geführt sind. Die Führungselemente sind mit der Fensterscheibe wirkverbunden und werden über das Zugelement angetrieben, das mit dem Abtriebselement der Antriebsvorrichtung gekoppelt ist.
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Eine Antriebsvorrichtung hier beschriebenen Art ist aber auch an anderen Verstelleinrichtungen in einem Fahrzeug verwendbar. Insbesondere kann eine Antriebsvorrichtung der hier beschriebenen Art zum Verstellen eines Abdeckelements, zum Beispiel einer Fensterscheibe, eines Sonnenrollos, einer Laderaumabdeckung oder eines Schiebedachs, dienen.
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Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer Verstelleinrichtung in Form eines Fensterhebers eines Fahrzeugs;
- 2A eine Ansicht einer Antriebsvorrichtung für einen Fensterheber;
- 2B eine Schnittansicht entlang der Linie I-I gemäß 2A;
- 3 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiel eines Elektromotors der Antriebsvorrichtung;
- 4 eine andere Ansicht des Elektromotors;
- 5 eine Teilexplosionsansicht des Elektromotors;
- 6 eine Ansicht des Rotors des Elektromotors;
- 7 eine Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines Elektromotors der Antriebsvorrichtung, mit zwei Statorträgern und daran angeordneten Statorwicklungen;
- 8 eine Teilexplosionsansicht des Elektromotors;
- 9 eine schematische Ansicht der Statorwicklungen an zwei axial versetzten Statorträgern des Elektromotors bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 und 8;
- 10 eine schematische Ansicht eines aus einem Blechstreifen gewickelten Statorträgers;
- 11 eine Explosionsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Antriebsvorrichtung;
- 12 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II gemäß 11;
- 13 eine gesonderte Ansicht eines Trägerelements des Stators;
- 14 eine andere Ansicht des Trägerelements;
- 15 eine Ansicht des Trägerelements, mit daran angeordneten Blechpaketen zur Ausbildung des Statorträgers;
- 16 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß 15;
- 17A eine Ansicht eines Lagerelements des Stators;
- 17B eine Schnittansicht entlang der Linie III-III gemäß 17A;
- 18A eine Ansicht eines Axiallagers des Stators;
- 18B eine Seitenansicht des Axiallagers;
- 19A eine Ansicht des Statorträgers, mit daran angeordnetem Lagerelement;
- 19B eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV gemäß 19A;
- 20A eine Ansicht des Statorträgers, mit daran angeordnetem Lagerelement und Axiallager;
- 20B eine Schnittansicht entlang der Linie V-V gemäß 20A;
- 21 eine Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines Stators; und
- 22 eine Ansicht des Stators am Antriebsgehäuse der Antriebsvorrichtung.
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1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel einer Verstelleinrichtung in Form eines Fensterhebers.
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Eine solche Verstelleinrichtung in Form eines Fensterhebers weist beispielsweise ein Paar von Führungsschienen 11 auf, an denen jeweils ein Mitnehmer 12, der mit einer Fensterscheibe 13 gekoppelt ist, verstellbar ist. Jeder Mitnehmer 12 ist über ein Zugelement in Form eines Zugseils 10, das zur Übertragung von (ausschließlich) Zugkräften ausgebildet ist, mit einer Antriebsvorrichtung 1 gekoppelt, wobei das Zugseil 10 eine geschlossene Seilschlaufe ausbildet und dazu mit seinen Enden mit einem Abtriebselement in Form einer Seiltrommel 3 (siehe zum Beispiel 2A) der Antriebsvorrichtung 1 verbunden ist. Das Zugseil 10 erstreckt sich von der Antriebsvorrichtung 1 um Umlenkrollen 110 an den unteren Enden der Führungsschienen 11 hin zu den Mitnehmern 12 und von den Mitnehmern 12 um Umlenkrollen 111 an den oberen Enden der Führungsschienen 11 zurück zur Antriebsvorrichtung 1.
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Im Betrieb treibt ein Elektromotor der Antriebsvorrichtung 1 die Seiltrommel 3 derart an, dass das Zugseil 10 mit einem Ende auf die Seiltrommel 3 aufgewickelt und mit dem anderen Ende von der Seiltrommel 3 abgewickelt wird. Hierdurch verschiebt sich die durch das Zugseil 10 gebildete Seilschlaufe ohne Änderung der frei erstreckten Seillänge, was dazu führt, dass die Mitnehmer 12 an den Führungsschienen 11 gleichgerichtet bewegt und dadurch die Fensterscheibe 13 entlang der Führungsschienen 11 verstellt wird.
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Der Fensterheber ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 an einem Aggregateträger 4 eines Türmoduls angeordnet. Der Aggregateträger 4 kann beispielsweise an einem Türinnenblech einer Fahrzeugtür festzulegen sein und stellt eine vormontierte Einheit dar, die vormontiert mit an dem Aggregateträger 4 angeordnetem Fensterheber an der Fahrzeugtür montiert werden kann.
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2A und 2B zeigen ein Ausführungsbeispiel einer solchen Antriebsvorrichtung 1, bei der das Abtriebselement in Form der Seiltrommel 3 an einer einem Nassraum der Fahrzeugtür zugewandten Seite des Aggregateträgers 4 angeordnet und in einem Ausgangsgehäuse 2 drehbar gelagert ist. Die Seiltrommel 3 ist mit einem in einem Getriebegehäuse 50 eines Antriebsgehäuses 5 drehbar gelagerten Antriebsrad 6 auf der dem Ausgangsgehäuse 2 abgewandten Seite des Aggregateträgers 4 verbunden derart, dass das Antriebsrad 6 und die Seiltrommel 3 nur gemeinsam verdreht werden können.
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Das Antriebsrad 6 weist eine Außenverzahnung 60 auf, die mit einer Antriebsschnecke 720 an einer Antriebswelle 72 eines Elektromotors 7 in Verzahnungseingriff steht. Die Antriebswelle 72 ist um eine Drehachse D in einem Schneckengehäuse 51 drehbar und ist innerhalb des Schneckengehäuses 51 über ein Lager 721 gelagert und axial abgestützt.
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Der Elektromotor 7 weist einen Rotor 71, der drehfest mit der Antriebswelle 72 verbunden ist, und einen Stator 70 auf, die gemeinsam in einem Motortopf 52 des Antriebsgehäuses 5 einliegen. Der Stator 70 ist drehfest in dem Motortopf 52 gehalten, während der Rotor 71 zusammen mit der Antriebswelle 72 um die Drehachse D relativ zum Stator 70 drehbar ist. Während die Antriebswelle 72 an ihrem vom Stator 70 abgewandten Ende über das Lager 72 abgestützt und gelagert ist, kann die Antriebswelle 72 zusätzlich über ein geeignetes Lager am Stator 70 drehbar gelagert sein.
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3 bis 6 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer Bauform des Elektromotors 7. Der Elektromotor 7 ist als Axialflussmotor ausgebildet, bei dem der Stator 70 durch einen Statorträger 700 und Statorwicklungen 701, die an axial von dem Statorträger 700 vorstehenden Statorzähnen 702 gewickelt sind, gebildet ist. An dem Rotor 71 ist an einem Rotorträger 710 eine permanentmagnetische Magnetanordnung 711 angeordnet, mit Magnetpolen N, S, die umfänglich um die Drehachse D alternierend aneinander angereiht sind (auf einen Nordpol N folgt jeweils ein Südpol S und umgekehrt).
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Die Statorwicklungen 701 des Stators 70 können als konzentrierte Wicklungen oder auch als sogenannte Wellenwicklungen an den Statorzähnen 702 angebracht sein. Im Betrieb werden die Statorwicklungen 701 mit einem mehrphasigen Wechselstrom bestromt, sodass sich am Stator 70 ein umlaufendes Drehfeld ausbildet, das mit dem magnetischen Feld des permanentmagneterregten Rotors 71 zusammenwirkt und ein Drehmoment am Rotor 71 erzeugt.
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Bei dem als Axialflussmotor ausgebildeten Elektromotor 7 ist der magnetische Fluss zwischen dem Stator 70 und dem Rotor 71 (prädominant) axial gerichtet. Weil - im Gegensatz zu einer herkömmlichen Bauform eines Radialflussmotors - Kräfte zwischen dem Rotor 71 unter dem Stator 70 somit im Wesentlichen axial entlang der Drehachse D wirken, kann der Elektromotor 7 ein besonders laufruhiges Verhalten aufweisen, bei reduzierter akustischer Anregung an der Antriebsvorrichtung 1 und dem Aggregateträger 4.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind am Stator 70 sechs Statorwicklungen 701 angeordnet, die umfänglich um die Drehachse D aneinander angereiht sind. Die Magnetanordnung 711 des Rotors 41 weist demgegenüber acht Magnetpole N, S auf, die umfänglich in alternierender Weise aneinander angereiht sind. Dies ist jedoch nur beispielhaft zu verstehen. Der Stator 70 kann auch mehr oder weniger als sechs Statorwicklungen 701 aufweisen, und genauso kann der Rotor 71 mehr oder weniger Magnetpole N, S an der Magnetanordnung 711 aufweisen.
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Der Statorträger 700 des Stators 70 bildet vorteilhafterweise einen magnetischen Rückschluss für den magnetischen Fluss aus und ist hierzu vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material gefertigt.
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Beispielsweise kann der Statorträger 700 aus einem Metallblech gefertigt sein, das, wie schematisch in 10 dargestellt, schneckenförmig gewickelt ist. Die Statorzähne 701 können hierbei integral mit dem Statorträger 700 gefertigt sein, indem der Blechstreifen entsprechend vorgeformt ist und sich nach Aufwickeln des Blechstreifens somit die Statorzähne 701 ergeben. Alternativ können die Statorzähne 101 aber auch als gesonderte Elemente an den Statorträger 700 angesetzt sein.
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In alternativer Bauform können auch einzelne Bleche zur Ausbildung eines Blechpakets aneinander angesetzt sein, um den Statorträger 700 auszubilden. Der Statorträger 700 kann in diesem Fall eine Kreisform oder auch eine hexagonale Form aufweisen, wobei die Statorzähne 701 integral mit dem Statorträger 700 ausgebildet oder auch als gesonderte Elemente an den Statorträger 700 angesetzt sein können.
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In wiederum alternativer Bauform kann der Statorträger 700 auch durch Pressen oder Sintern aus Eisenfasern gefertigt sein, wobei in diesem Fall die Eisenfasern für einen günstigen Feldlinienverlauf im Statorträger 700 orientiert sein können. [Könnten Sie uns die Anmeldenummer der älteren Anmeldung betreffend die Herstellung eines Stators aus Eisenfasern mitteilen, damit wir hier auf diese Anmeldung verweisen können?]
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Der Rotorträger 700 kann bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls einen magnetischen Rückschluss bereitstellen.
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Die Magnetanordnung 701 kann durch diskrete Magnetelemente zusammengesetzt sein. Denkbar ist aber auch, eine permanentmagnetische Scheibe zu verwenden, die derart magnetisiert ist, dass sich eine Magnetanordnung mit in der Fläche zueinander versetzten Magnetpolen ergibt.
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Denkbar und möglich ist auch, den Rotorträger 710 und die Magnetanordnung 711 integral auszugestalten, beispielsweise indem eine permanentmagnetische Scheibe verwendet wird, die den Rotor 71 ausgebildet.
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Bei einem in 7 und 8 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Stator 70 zwei Statorträger 700, 703 auf, die jeweils Statorzähne 702, 705 tragen, an denen Statorwicklungen 701, 704 angeordnet sind. Die Statorwicklungen 701, 704 an den Statorzähnen 702, 705 nehmen den Rotor 71, der in diesem Fall vorzugsweise als permanentmagnetische Kreisscheibe ohne magnetischen Rückschluss ausgebildet ist, axial zwischen sich auf.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 und 8 durchgreift die Antriebswelle 72 den Statorträger 703 und ist über ein Lagerelement 73 eingangsseitig des Schneckengehäuses 51 gelagert. Über das Lagerelement 73 kann auch der Statorträger 703 an dem Antriebsgehäuse 5 festgelegt sein.
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Wie aus 7 ersichtlich und schematisch in 9 dargestellt ist, sind die Statorwicklungen 701, 704 um einen Winkel α umfänglich um die Drehrichtung D zueinander versetzt. Der Winkel α entspricht gerade dem halben Periodenwinkel der periodisch aneinander angereihten Statorwicklungen 701, 704 (im dargestellten Fall 30°). Es ergibt sich ein günstiges Betriebsverhalten bei vorteilhafter Drehmomenterzeugung am Rotor 71.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 und 8 können beide Statorträger 700, 703 wie vorangehend beschrieben aus einem oder mehreren Blechstreifen oder auch als gesinterte oder gepresste Teile ausgebildet sein.
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Weil zwischen dem Rotor 71 und dem Stator 70 im wesentlichen Axialkräfte wirken, kann der Elektromotor 7 in einfacher Weise zwischen einem gehemmten Zustand und einem nicht gehemmten Zustand schaltbar ausgebildet sein. Hierzu kann die Antriebswelle 72 z.B. mittels einer elastischen Feder in Richtung eines gehemmten Zustands vorgespannt sein, beispielsweise indem die Antriebswelle 72 in axiale Anlage mit einer bremsenden Komponente gedrückt wird. Wird der Stator 70 bestromt, wirken Axialkräfte zwischen dem Rotor 71 und dem Stator 70, die in diesem Fall die Hemmung an der Antriebswelle 72 aufheben oder zumindest reduzieren, sodass der Elektromotor 7 leichtgängig mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden kann.
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Der Rotor 71 mit der daran angeordneten Magnetanordnung 711 kann in Axialrichtung flach gebaut sein. Der Elektromotor 7 kann somit sowohl in Axialrichtung als auch in radialer Richtung einen vergleichsweise geringen Bauraum beanspruchen.
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Zusätzliche Vorteile, die durch Verwendung eines Axialflussmotors zum Betreiben der Verstelleinrichtung erreicht werden können, sind ein im Vergleich zu einem Außenläufer geringes Trägheitsmoment, eine günstige Wärmeableitung aus dem Stator 70, eine reduzierte Schwingungsanregung im System, eine einfache Lagerung der Antriebswelle 72 und eine kostengünstige Herstellbarkeit.
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11 bis 20A, 20B zeigen Ansichten eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Antriebsvorrichtung 1, die einen Fensterheberantrieb verwirklicht und - abgesehen von der Ausgestaltung des Elektromotors 7 - funktional identisch den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist. Insbesondere ist auch bei der Antriebvorrichtung 1 gemäß 11 bis 20A, 20B in einem Antriebsgehäuse 5 ein Antriebsrad eingefasst, das zum Antreiben einer Seiltrommel dient und über eine an einer Antriebswelle 72 angeordnete Antriebsschnecke, die in einem Schneckengehäuse 51 eingefasst ist, mit dem Elektromotor 7 gekoppelt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 11 bis 20A, 20B weist der Elektromotor 7 einen Stator 70 auf, bei dem zur Ausbildung des Statorträgers 700 U-förmige Blechstreifen zur Ausbildung von Blechpaketen zusammengesetzt sind, wie dies insbesondere aus 13 bis 16 ersichtlich ist. Sechs Blechpakete sind hierbei in Fächer 755 eines Trägerelements 75 eingesetzt und über Befestigungselemente 756 in Form von Rastelementen formschlüssig in den Fächern 755 gehalten.
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Die Blechpakete bilden gemeinsam die Statorzähne 702 des Stators 70 aus. Die an das Trägerelement 75 angesetzten Blechpakete bilden gemeinsam eine hexagonale Form aus, mit sechs axial vorstehenden Statorzähnen 702, an denen Statorwicklungen 701 anzubringen sind.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Stator 70 axial verschiebbar innerhalb des Motortopfs 52, in dem der Elektromotor 7 eingefasst ist, geführt. Hierzu greift ein Führungselement 530 an einem den Motortopf 52 axial verschließenden Deckelelement 53 in einen Führungseingriff 750 des Trägerelements 75 ein, wie dies aus der Schnittansicht gemäß 12 ersichtlich ist. Das Führungselement 530 weist die Form eines axial vorstehenden Zapfens mit polygonalem (in diesem Fall hexagonalem) Querschnitt auf und greift formschlüssig in den Führungseingriff 750 des Trägerelements 75 ein. In einer Normalgebrauchsstellung ist ein Boden 531 des Führungselements 530 hierbei von einem Boden 752 des Führungseingriffs 750 beabstandet, sodass der Stator 70 zumindest um eine gewisse Wegstrecke axial innerhalb des Motortopfs 52 verschiebbar ist.
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Über ein Federelement 74 in Form einer Wellenscheibe, die zwischen dem Deckelelement 53 und Trägerelement 75 angeordnet ist, ist der Stator 70 hierbei axial gegenüber dem Deckelelement 53 des Motortopfs 52 vorgespannt.
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Die axiale Verschiebbarkeit des Stators 70 und die Vorspannung über das Federelement 74 dient dazu, den Stator 70 nachzuführen, wenn eine axiale Kraft auf den Rotor 71 im Betrieb des Elektromotors 7 wirkt. Bei axialer Kraftwirkung kann der Stator 70 (geringfügig) innerhalb des Motortopfs 52 verstellt werden, sodass ein Luftspalt zwischen dem Stator 70 und dem Rotor 71, insbesondere zwischen den Statorwicklungen 701 und der Magnetanordnung des permanentmagneterregten Rotors 71, konstant gehalten wird.
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Die Antriebswelle 72 ist, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, über ein Lagerelement 76, wie dies in 17A und 17B dargestellt ist, an dem Trägerelement 75 des Stators 70 gelagert. Das Lagerelement 76 weist eine zylindrische Form auf. Eine Lageröffnung 761 erstreckt sich axial durch das Lagerelement 76 hindurch. In dieser Lageröffnung 761 liegt die Antriebswelle 72 ein und ist darüber radial an dem Trägerelement 75 gelagert.
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Innerhalb der Lageröffnung 761 sind Aufnahmetaschen 762 in Form von Sacklöchern zur Aufnahme eines Schmiermittel ausgebildet. Über die Aufnahmetaschen 162 wird ein Reservoir für Schmiermittel innerhalb der Lageröffnung 761 geschaffen, sodass eine leichtgängige Bewegung der Antriebswelle 72 in dem Lagerelement 76 ermöglicht wird.
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Das Lagerelement 76 ist innerhalb einer Öffnung 754 eines Bundes 753 des Trägerelements 75 angeordnet (siehe 14 und 19B). Das Lagerelement 76 kann beispielsweise in die Öffnung 154 eingepresst sein und ist somit an dem Trägerelement 75 festgelegt.
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In der Lageröffnung 761 ist ein Axiallager 77 angeordnet, wie dies in 18A und 18B dargestellt ist. Wie aus 20A und 20B ersichtlich ist, liegt das Axiallager 77 innerhalb der Lageröffnung 761 des Lagerelements 76 ein und ist über einen Zapfen 772 zudem in eine Öffnung 751 des Trägerelements 75 eingepresst, sodass das Axiallager 77 an dem Trägerelement 75 festgelegt ist.
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Das Axiallager 77 weist ein Gehäuseelement 770 auf, in dem ein Kugelelement 771 eingefasst ist. An dem in dem Gehäuse 770 (leichtgängig) bewegbaren Kugelelement 771 ist die Antriebswelle 72 axial abgestützt, sodass das Axiallager 77 eine axiale Abstützung für die Antriebswelle 72 an dem Trägerelement 75 bereitstellt. Aufgrund der Abstützung an dem Kugelelement 771 wird eine leichtgängige Bewegung der Antriebswelle 72 zu dem Trägerelement 75 bei vorteilhafter axialer Abstützung ermöglicht.
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Wie aus der Schnittansicht gemäß 12 ersichtlich, ist die Antriebswelle 72 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zusätzlich über ein Lagerelement 73 und zudem ein Lager 721 innerhalb des Schneckengehäuses 51 des Antriebsgehäuses 5 abgestützt und gelagert.
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21 und 22 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Antriebsvorrichtung 1, die sich von dem vorangehend geschilderten Ausführungsbeispiel nur durch Ausbildung des Trägerelements 75 des Stators 70 unterscheidet. So ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 21 und 22 das Trägerelement 75 über Radialabstützelemente 757 radial innerhalb des Motortopfs 52 abgestützt, wie dies insbesondere aus 22 ersichtlich ist. Eine Mehrzahl von Radialabstützelementen 757 ist hierbei umfänglich zueinander versetzt an dem Trägerelement 75 ausgebildet, wobei zwischen benachbarten Radialabstützelementen 757 ein Zwischenraum gebildet ist, in den je eine Rippe 520 des Motortopfs 52 eingreift, wie dies aus 22 ersichtlich ist. Die Rippen 520 stehen radial nach innen in den vom Motortopf 52 eingeschlossenen Innenraum vor. Über die Radialabstützelemente 757 wird somit zum einen eine radiale Abstützung bereitgestellt, wobei zusätzlich der Stator 70 über die zwischen die Radialabstützelemente 757 greifenden Rippen 520 in seiner Drehstellung fixiert ist.
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Der Stator 70 ist dabei, wie vorangehend beschrieben, axial verschiebbar und über ein Federelement 74 axial vorgespannt. Hierzu sind die Radialabstützelemente 757 gleitend an der inneren Mantelfläche des Motortopfs 52 geführt.
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Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich grundsätzlich auch bei gänzlich andersgearteten Ausführungsformen verwirklichen.
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Insbesondere ist eine Antriebsvorrichtung der hier beschriebenen Art nicht beschränkt auf die Verwendung an Fensterhebern, sondern kann auch in anderen Verstelleinrichtungen in einem Fahrzeug zum Einsatz kommen, beispielsweise zum Verstellen eines Sonnenrollos, einer Laderaumabdeckung oder eines Schiebedachs.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsvorrichtung
- 10
- Zugelement (Zugseil)
- 11
- Führungsschienen
- 111
- Umlenkelement
- 12
- Mitnehmer
- 13
- Abdeckelement (Fensterscheibe)
- 2
- Ausgangsgehäuse
- 3
- Abtriebstrommel (Seiltrommel)
- 4
- Trägerelement
- 5
- Antriebsgehäuse
- 50
- Getriebegehäuse
- 51
- Schneckengehäuse
- 52
- Motortopf
- 520
- Rippen
- 53
- Wandungsabschnitt (Deckelelement)
- 530
- Führungselement
- 531
- Boden
- 6
- Antriebsrad
- 60
- Verzahnung
- 7
- Elektromotor
- 70
- Stator
- 700
- Statorträger
- 701
- Statorwicklung
- 702
- Statorzahn
- 703
- Statorträger
- 704
- Statorwicklung
- 705
- Statorzahn
- 71
- Rotor
- 710
- Rotorträger
- 711
- Permanentmagnetanordnung
- 72
- Antriebswelle (Antriebswelle)
- 720
- Antriebsschnecke
- 721
- Lager
- 73
- Lagerelement
- 74
- Federelement (Wellenring)
- 75
- Trägerelement
- 750
- Führungseingriff
- 751
- Öffnung
- 752
- Boden
- 753
- Bund
- 754
- Öffnung
- 755
- Fächer
- 756
- Befestigungselement (Clipselement)
- 757
- Radialabstützelemente
- 76
- Lagerelement
- 760
- Körper
- 761
- Lageröffnung
- 762
- Aufnahmetasche (Sacklöcher)
- 77
- Axiallager
- 770
- Gehäuseelement
- 771
- Kugelelement
- 772
- Zapfen
- α
- Winkel
- D
- Drehachse
- N, S
- Magnetpole
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004044863 A1 [0005]