-
Die Erfindung geht aus von einem Elektromotor nach Gattung des unabhängigen Anspruches.
-
Stand der Technik
-
Bei der elektromechanischen Kommutierung von Motoren entstehen elektromagnetische Wellen, welche in die Umgebung abgestrahlt werden. Diese auftretenden elektromagnetischen Wellen gilt es abzuschirmen.
-
Aus der
DE 10 2012 201 545 A1 ist eine Vorrichtung zum Abschirmen von elektromagnetischer Störstrahlung eines Elektromotors bekannt, welcher mittels eines getakteten Signals angesteuert wird. Es ist vorgesehen, dass der Rotor mit der Motorwelle über ein elektrisch leitendes Verbindungselement verbunden ist, wobei das Verbindungselement an der Stirnseite der Motorwelle angreift und an der Stirnseite des Rotorbauteils befestigt ist.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vorteile der Erfindung
-
Die Erfindung geht von einem Elektromotor, insbesondere einem Außenläufermotor, mit einem Rotor, einem Stator und einer Motorwelle aus, wobei die Motorwelle eine Drehachse aufweist, um welche Rotor und Stator zueinander mittels wenigstens eines Lagers, welches wenigstens eine Stirnfläche aufweist, drehbar gelagert sind und wobei im Bereich des Lagers ein Kontaktierelement angeordnet ist. Es wird vorgeschlagen, dass das Kontaktierelement einen ersten und einen zweiten Abschnitt aufweist, wobei der erste Abschnitt drehfest mit dem Lager verbunden ist und der zweite Abschnitt an der Stirnfläche des Lagers zu dieser bewegbar insbesondere drehbar anliegt.
-
Der erfindungsgemäße Elektromotor mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches hat den Vorteil, dass das Kontaktierungselement besonders platzsparend und einfach eingebaut werden kann. Ferner kann das erfindungsgemäße Kontaktierelement aufgrund seiner geringen Baugröße ohne zusätzliche Anpassungen des Elektromotors in bereits bestehenden Systemen nachgerüstet werden. Da die Kontaktierung des Lagers stirnseitig am Lager selbst erfolgt, können zusätzlich ungewollte Quietschgeräusche minimiert werden, welche insbesondere bei einer radialen Kontaktierung von sich drehenden Bauteilen wie beispielsweise der Motorwelle auftreten können und als störend empfunden werden. Diese ungewünschten Quietschgeräusche bei einer solchen radialen Kontaktierung entstehen in der Regel durch Eigenschwingungen, in welche die Komponenten durch ungleichmäßiges Reiben und Gleiten der radialen Kontaktierung an der Motorwelle geraten.
-
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann unter einer Drehachse eine gedachte Achse verstanden werden, um welche ein Körper, insbesondere der Rotor, im Sinne einer Rotationsachse rotiert. Im Unterschied zur Drehachse, welche eine rein gedachte Achse darstellt, kann in Bezug auf die vorliegende Erfindung unter dem Begriff Motorwelle ein gegenständliches Maschinenelement verstanden werden, welches ein Drehmoment überträgt.
-
Ferner kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter einer Stirnfläche des Lagers diejenige Oberfläche des Lagers verstanden werden, welche sich in einer Ebene senkrecht beziehungsweise im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse der Motorwelle erstreckt. Mit anderen Worten die Stirnfläche begrenzt das Lager seitlich entlang der Drehachse. Der Begriff Stirnfläche ist hierbei nicht auf eine ebene Oberfläche begrenzt, vielmehr kann die Stirnfläche jegliche Oberflächenkontur aufweisen.
-
Erfindungsgemäß sind Rotor und Stator zueinander mittels wenigstens eines Lagers drehbar gelagert. Zu diesem Zweck kann beispielsweise die Motorwelle im Motorträger oder Stator fest eingespannt sein, wobei der Rotor im Betrieb um die Motorwelle rotiert. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Motorwelle selbst im Rotor eingespannt ist und gemeinsam mit dem Rotor im Stator beziehungsweise Motorblock drehbar gelagert ist.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors ist der Elektromotor ein Außenläufermotor. Bei einer solchen Ausführungsform wird sich in vorteilhafter Weise die abschirmende Wirkung des Rotors selbst zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit zunutze gemacht.
-
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen gegebenen Merkmale.
-
Der erfindungsgemäße Elektromotor beziehungsweise eine vorteilhafte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass der zweite Abschnitt wenigstens ein elastisches Element umfasst, wobei das elastische Element in axialer Richtung auf die Stirnfläche des Lagers drückt.
-
Durch die Verwendung eines elastischen Elements, welches in eingebautem Zustand in axialer Richtung eine Vorspannung aufweist, übt das elastische Element eine Druckkraft auf die Stirnfläche des Lagers aus. Auf diese Weise kann eine dauerhafte Kontaktierung zwischen dem elastischen Element und der Stirnfläche des Lagers sichergestellt werden.
-
Unter einem elastischen Element kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere ein solches Element verstanden werden, welches in axialer Richtung eine bestimmte Elastizität aufweist, das heißt im Sinne einer Feder im eingebauten Zustand eine Rückstellkraft auf die Stirnfläche des Lagers aufbringen kann.
-
In diesem Zusammenhang ist unter der axialen Richtung im Wesentlichen die Erstreckungsrichtung der Drehachse zu verstehen. Hierbei ist es jedoch nicht notwendig, dass die gesamte Anpresskraft, mit welcher das elastische Element auf die Stirnfläche des Lagers drückt, in Richtung der Drehachse verläuft. Es ist auch denkbar, dass die Anpresskraft unter einem bestimmten Winkel zur Stirnfläche angeordnet ist und der Kraftvektor der Anpresskraft einen axialen Anteil und einen Anteil senkrecht zu diesem axialen Anteil aufweist. Erfindungswesentlich ist hierbei lediglich, dass der Kraftvektor der Anpresskraft in axialer Richtung betragsmäßig am größten ist.
-
In einer besonders einfachen und kostengünstigen Ausführungsform der Erfindung des Kontaktierelements ist das elastische Element als ein Biegebalken, insbesondere als Biegelasche ausgebildet, wobei der Biegebalken mit dem ersten Abschnitt verbunden ist. Dies hat den Vorteil, dass der Biegebalken beziehungsweise die Biegelasche die Funktion einer einseitig eingespannten Blattfeder übernehmen kann, das heißt, die für den Reibschluss am Schleifkontakt erforderliche Normalkraft über die Rückstellkraft der vorgespannten Feder aufbringen kann.
-
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann unter einem Biegebalken ein stabförmiges Element verstanden werden, welches quer zu seiner Hauptachse beansprucht wird. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Biegebalken mit einem rechteckigen Querschnitt handeln. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche Ausführungsform begrenzt, so sind auch andere Querschnittsformen des Biegebalkens denkbar. Insbesondere eine Ausführungsform des Biegebalkens dessen Querschnittsform im Sinne einer Biegelasche in axialer Richtung wesentlich kleiner dimensioniert ist als in radialer Richtung. Dies hat sich als besonders günstig erwiesen, da das elastische Element in einer solchen Ausführungsform eine ausreichende Elastizität in axialer Richtung aufweist und entsprechend unter einer Vorspannung eingebaut werden kann.
-
Bevorzugt weist das Wälzlager einen Innenring und einen Außenring auf, wobei das Kontaktierelement dazu ausgebildet ist zwischen dem Innenring und dem Außenring Potentialunterschiede auszugleichen. Durch die elektrische Überbrückung zwischen Innenring und Außenring, welche bauteilbedingt gering voneinander beabstandet sind, kann die von dem erfindungsgemäßen Kontaktierelement zu überbrückende Strecke in vorteilhafter Weise gering gehalten werden. Zwar weisen solche Lager eine Vielzahl an elektrisch leitenden Komponenten auf, welche grundsätzlich dazu geeignet sind Potentialunterschiede auszugleichen, bedingt durch die Schmierung der Lager eignen sich diese jedoch nicht eine ausreichende Menge an Potentialunterschieden auszugleichen, wodurch sich eine Kombination aus einem als Wälzlager ausgebildeten Lager mit einem erfindungsgemäßen Kontaktierelement zum Ausgleichen von Potentialunterschieden als besonders vorteilhaft erweist.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform liegt der zweite Abschnitt an einer Stirnfläche des Innenrings oder des Außenrings schleifend an. In diesem Kontext kann analog zur Stirnfläche des Lagers unter der Stirnfläche des Innenbeziehungsweise des Außenrings diejenige Oberfläche verstanden werden, welche sich in einer Ebene senkrecht beziehungsweise im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse der Motorwelle erstreckt.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Motorwelle drehfest im Stator befestigt, der Innenring drehfest mit der Motorwelle verbunden und der Außenring liegt an einem Lagersitz an, wobei der Lagersitz am Rotor ausgebildet ist.
-
Eine besonders einfache Fertigung und Handhabung ergibt sich dadurch, dass das erfindungsgemäße Kontaktierelement einteilig, insbesondere als Stanz- oder Stanzbiegeteil, ausgebildet ist. Die einteilige Ausführungsform des Kontaktierelements weist Vorteile bei der Herstellung sowie dem Montageaufwand und der Montagegeschwindigkeit auf. Die Verwendung der Stanzbeziehungsweise Stanzbiegetechnik ermöglicht eine kostengünstige Produktion des Kontaktierelements aus einem Bandmaterial in einem wirtschaftlichen und stabilen Fertigungsprozess.
-
Um eine besonders große Auflagefläche zwischen der Stirnseite des Lagers und dem ersten Abschnitt zu schaffen und somit eine drehfeste Verbindung über die durch die entsprechende Haftreibung an der Auflagefläche bereitgestellte Gegenkraft zu gewährleisten, ist es von Vorteil, wenn der erste Abschnitt ringförmig ausgebildet ist. Auf diese Weise kann die Kontaktfläche zwischen dem ersten Abschnitt und der Stirnseite des Lagers maximiert werden. Eine solche Ausführungsform ist jedoch nicht auf eine geschlossen ringförmige Ausführungsform begrenzt, vielmehr kann der erste Abschnitt auch teilringförmig ausgebildet sein. Erfindungswesentlich ist hierbei lediglich, dass die Auflagefläche zwischen der Stirnfläche des Lagers und dem ersten Abschnitt so dimensioniert ist, dass Potentialunterschiede ausgeglichen werden können und dass unter Aufbringen der entsprechenden Normalkraft im Einbauzustand, beispielsweise durch eine Distanzhülse, die Haftreibung an der Auflagefläche ausreicht um eine drehfeste Verbindung bereitzustellen.
-
Eine besonders einfach zu fertigende Ausführungsform ergibt sich dadurch, dass sich das elastische Element in tangentialer Richtung erstreckt. Eine solche Ausführungsform lässt sich mit besonders einfachen Mitteln aus einer Ringscheibe fertigen.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich das elastische Element in radialer Richtung. Eine solche Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Biegelaschen unabhängig von der Drehrichtung des Rotors ausgestaltet sein können.
-
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors ist am elastischen Element ein sich in axialer Richtung erstreckender Vorsprung als Schleifkontakt ausgeformt. Durch die Ausbildung eines solchen Vorsprungs kann die Kontaktfläche zwischen der Stirnfläche des Lagers und dem Kontaktierelement im Bereich der Relativgeschwindigkeiten zwischen diesen beiden Bauteilen optimiert und damit einhergehend die Reibung an der Kontaktfläche minimiert werden. Dies kann sich insbesondere auf die Geräuschminimierung und Reibverluste positiv auswirken. Durch die Erstreckung des Vorsprungs in axialer Richtung kann die für die entsprechende Anpresskraft in axialer Richtung benötigte Vorspannung gewährleistet werden.
-
Vorzugsweise ist der Vorsprung gewölbt ausgebildet. Eine derartige gewölbte Ausführungsform des Auflagebereichs kann besonders einfach und kostengünstig durch Zugdruckumformen des Biegebalkens beziehungsweise der Biegelasche gefertigt werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann unter dem Begriff gewölbt jegliche Oberflächenkontur verstanden werden, welche eine Wölbung beziehungsweise Krümmung aufweist. Eine solche gewölbte Kontur kann beispielsweise durch einen Vorsprung gebildet werden, welcher eine konvexe beziehungsweise halbkugelförmige Form aufweist.
-
Eine besonders fehlerrobuste Ausführungsform ergibt sich dadurch, dass an wenigstens einem elastischen Element wenigstens ein Vorsprung in die eine axiale Richtung und an wenigstens einem elastischen Element wenigstens ein Gegenvorsprung in die axial entgegengesetzte Richtung ausgeformt ist. Auf diese Weise wird entsprechend des Poka Yoke Prinzips mit einfachen Mitteln dafür gesorgt, dass eine Fehlhandlung im Fertigungsprozess nicht zu einem Fehler am Endprodukt führt. Unabhängig davon in welcher Ausrichtung das Kontaktierelement eingebaut wird, wird durch den Vorsprung und den Gegenvorsprung sichergestellt, dass zumindest einer der beiden Vorsprünge im Sinne eines Schleifkontaktes an der Stirnfläche des Lagers anliegt.
-
Besonders bevorzugt sind zu diesem Zweck Vorsprung und Gegenvorsprung in axialer Richtung entgegengesetzt gewölbt ausgebildet. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass unabhängig von der Einbaurichtung eine Kontaktierung zwischen Stirnseite des Lagers und Kontaktierelement sichergestellt ist, welche einerseits den Anforderungen an den Ausgleich von Potentialunterschieden über einen ausreichend dimensionierten Kontaktbereich und andererseits der optimierten Reibung genügt.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind Vorsprung und Gegenvorsprung umlaufend abwechselnd angeordnet. Bedingt durch die umlaufend abwechselnde Reihung von Vorsprung und Gegenvorsprung kann auf besonders bevorzugte Weise sichergestellt werden, dass die Kontaktierung symmetrisch über den Umfang erfolgt, wodurch die Kontaktqualität und -stabilität optimiert wird.
-
Figurenliste
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Elektromotors,
- 2 einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Elektromotors analog zu 1,
- 3 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Kontaktierelementes gemäß 2,
- 4 eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Elektromotors mit einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontaktierelementes in einem Einbauzustand,
- 5 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Kontaktierelementes gemäß 4.
-
Beschreibung
-
1 zeigt einen beispielhaft als Außenläufermotor ausgebildeten Elektromotor 10 in einer Schnittansicht. Der Elektromotor 10 kann dabei insbesondere als Lüftermotor in HVAC-Systemen oder zur Kühlung eines Verbrennungsmotors in einem Fahrzeug oder zum Antreiben eines Lüfters, eines Getriebes, einer Pumpe oder eines Stellantriebs eingesetzt werden.
-
Der Elektromotor 10 weist ein feststehendes Teil, den Stator 12 und ein umlaufendes Teil, den Rotor 14 auf. Ein Elektromotor vom Typ eines Außenläufermotors, wie er beispielhaft in 1 dargestellt ist, zeichnet sich dadurch aus, dass der radial innen liegende Teil im Betrieb fest steht, während der radial außen liegende Teil rotiert. Am Stator 12 ist eine Mehrzahl an Wicklungen 16 angeordnet. Der Rotor 14 wiederum weist Magnete 18 auf. Werden die Wicklungen 16 von Strom durchflossen, so treibt das magnetische Feld des Stators 12 den Rotor 14 an.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass der Elektromotor 10 in 1 nur schematisch dargestellt ist, da Aufbau und Funktionalität eines geeigneten Elektromotors hinreichend aus dem Stand der Technik bekannt sind, sodass hier zwecks Knappheit und Einfachheit der Beschreibung auf eine eingehende Beschreibung des Elektromotors 10 verzichtet wird. Des Weiteren wird darauf hingewiesen, dass der Elektromotor 10 lediglich beispielhaft und nicht zur Einschränkung der Erfindung als Außenläufermotor dargestellt ist, da die Erfindung auch bei einem Innenläufermotor Anwendung finden kann.
-
Die Wicklungen 16 von Elektromotoren werden im Betrieb in der Regel mit pulsweitenmodulierten Signalen gespeist, die Störfelder verursachen können. Die elektromagnetischen Störstrahlungen treten hierbei in der Regel an den Wicklungen 16 oder den Magneten 18 auf. Ausgehend von den Wicklungen 16 oder Magneten 18 können die Störstrahlungen zu einer Störung anderer elektronischer Systeme und Komponenten führen, welche in der Umgebung des Elektromotors 10 angeordnet sind. Neben der Beeinflussung der Umgebungskomponenten durch den Elektromotor 10, können in umgekehrter Weise auch Störstrahlungen aus der Umgebung den Elektromotor 10 in seiner Funktionalität beeinträchtigen. Der erfindungsgemäße Elektromotor 10 sollte daher Wicklungen 16 und Magnete 18 möglichst in allen Richtungen abschirmen.
-
Bei einem Elektromotor 10 vom Typ eines Außenläufers, wie er in 1 dargestellt ist, kann eine solche Abschirmung unter anderem durch einen möglichst nahe am Stator 12 angeordneten Rotor 14 erzielt werden. Wie in 1 deutlich zu erkennen ist, ist der Rotor 14 im Wesentlichen topfförmig ausgebildet. Diese topfförmige Ausführung des Rotors 14 bildet hierbei eine Abschirmung für die Wicklungen 16 und Magnete 18, welche innerhalb des topfförmigen Rotors 14 angeordnet sind. Der topfförmige Rotor 14 weist zu diesem Zweck einen sich in radialer Richtung erstreckenden ersten Abschnitt 20 auf. Dieser erste Abschnitt 20 des Rotors 14 bildet den Boden des topfförmigen Rotors 14. Neben des sich in radialer Richtung erstreckenden ersten Abschnittes 20 des Rotors 14, weist der Rotor einen zweiten Abschnitt 22 auf, welcher am äußeren Rand des Rotors 14 angeordnet ist und eine umlaufende zylindrische Seitenwand des Rotors 14 bildet.
-
Der dem Boden 20 des topfförmigen Rotors 14 gegenüberliegende offene Bereich des Rotors wird, wie in 1 deutlich zu erkennen ist, durch einen Motorträger 24 abgeschirmt. Durch die Anordnung des topfförmigen Rotors 14 sowie des als Deckel fungierenden Motorträgers 24 ergibt sich ein im Wesentlichen abgeschlossener Raum für die Magnete 18 und Wicklungen 16, welcher in alle Richtungen durch elektrisch leitfähige Oberflächen abgeschirmt ist.
-
Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform, ist die Motorwelle 26 drehfest mit dem Motorträger 24 beziehungsweise mit dem Stator 12 verbunden. Eine solche drehfeste Verbindung kann insbesondere durch Einspritzen der Motorwelle 26 in den Motorträger 24 bereitgestellt werden. Wie in 1 dargestellt ist, weist die Motorwelle 26 ein fest eingespanntes Ende 28, ein freies Ende 30 und eine Drehachse 32 auf, um welche der Rotor 14 und der Stator 12 zueinander drehbar gelagert sind.
-
Wie in 1 dargestellt ist, verläuft die Drehachse 32 im Sinne einer sich ins Unendliche erstreckenden, gedachten Gerade insbesondere mittig durch die Motorwelle 26 und entspricht der Mittelachse der Motorwelle 26. Zur drehbaren Lagerung des Rotors 14 gegenüber dem Stator 12 um die Drehachse 32 ist am Rotor 14 an seiner der Motorwelle 26 zugewandten Seite ein Lagersitz 36 angeordnet, welcher sich in axiale Richtung erstreckt. Im Inneren des Lagersitzes 36 des Rotors 14 ist eine Lagerung 38 angeordnet. Wie in 1 dargestellt ist, weist die Lagerung 38 zwei Lager 40, 42 auf, wobei beide Lager 40, 42 mit ihrem jeweiligen Außenring 44 im Lagersitz 36 des Rotors und mit ihrem entsprechenden Innenring 46 über einen Presssitz drehfest auf der Motorwelle 26 sitzen.
-
Um zu verhindern, dass der Rotor 14 die Funktion einer hochfrequenten Antenne übernimmt und das Störproblem gegebenenfalls verschlimmert, muss der Rotor 14 auf ein Massepotential 34 kontaktiert werden. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die Anbindung an Massepotential 34 als ein Batterie-Minuspol dargestellt. Eine solche Anbindung an einen Batterieminuspol ist jedoch nicht zwangsläufig notwendig. Das Massepotential 34 kann beispielweise auch ein Motorblock oder Karosserieteile darstellen, an welchen der Elektromotor 10 über den Motorträger 24 befestigt sein kann.
-
Um den Rotor 14 auf Massepotential 34 zu kontaktieren, muss der Rotor 14 mit der Motorwelle 26 elektrisch leitfähig verbunden werden, welche wiederum in den Motorträger 24 eingepresst ist und selbst aus einem elektrisch leitfähigen Material aufgebaut ist und somit an dem Massenpotential 34 anliegt. Eine solche Kopplung zwischen dem Rotor 14 und der Motorwelle 26 kann in der Regel nicht ohne Weiteres über die Lager 40, 42 selbst, einschließlich ihrer jeweiligen Lagerabdeckungen bereitgestellt werden, da diese einen mit Öl gefüllten Lagerspalt aufweisen, der zur Folge hat, dass keine ausreichend stabile Ohm'sche Verbindung bereitgestellt werden kann.
-
Um dennoch eine ausreichend stabile Ohm'sche Verbindung zwischen Rotor 14 und Motorwelle 26 bereitzustellen, ist zwischen dem Außenring 44 und dem Innenring 46 des ersten Lagers 40 ein elektrisch leitendes Kontaktierelement 48 angeordnet. Das Kontaktierelement 48 bewirkt den Abbau von Potentialunterschieden zwischen Rotor 14 und Stator 12 des Elektromotors 10. In diesem Zusammenhang wird das dem fest eingespannten Ende 28 der Motorwelle 26 zugewandte Lager als erstes Lager 40 und das dem freien Ende 30 der Motorwelle 26 zugeordnete Lager als zweites Lager 42 bezeichnet.
-
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die in 1 dargestellten Lager 40, 42 lediglich beispielhaft als Wälzlager, insbesondere als Kugellager dargestellt sind. Es ist auch denkbar, dass andere Lagertypen Anwendung finden. Allen diesen Lagertypen ist jedoch gemein, dass sie aufgrund der Schmierung oder ihrer Beschaffenheit nicht dazu in der Lage sind im Sinne eines Kontaktierelementes 48 eine ausreichend stabile Ohm'sche Verbindung zwischen dem Rotor 14 und der Motorwelle 26 bereitzustellen.
-
Wie in 1 zu erkennen ist, ist der Außenring 44 des ersten Lagers 40 in axialer Richtung eindeutig fixiert. Zu diesem Zweck ist der Außenring 44 des ersten Lagers 40 an seiner dem freien Ende 30 der Motorwelle 26 zugewandten Seite über eine Distanzhülse 49 fixiert. Die Funktion der Sicherung in axialer Richtung des Außenrings 44 an der, dem freien Ende 30 der Motorwelle 26 abgewandten Seite, übernimmt der Lagersitz 38.
-
Wie in 1 zu erkennen ist, übernimmt das zweite Lager 42 die Funktion eines Festlagers, das heißt es ist in der Lage die Motorwelle 26 in axialer Richtung eindeutig zu fixieren. Das zweite Lager 42 muss hierzu sowohl Radial- als auch Axialkräfte aufnehmen und in die umgebende Konstruktion leiten können. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform ist der Innenring 46 des zweiten Lagers 42 zu diesem Zweck an seiner dem freien Ende 30 der Motorwelle 26 zugewandten Seite über einen Sicherungsring 50 auf der Motorwelle 26 fixiert. Selbstverständlich ist ein erfindungsgemäßer Elektromotor 10 nicht auf eine axiale Fixierung des Innenrings 46 über einen Sicherungsring 50 limitiert. Es können auch andere Sicherungselemente, wie beispielsweise Muttern oder Sicherungsscheiben vorgesehen sein. Um die Funktion eines Festlagers übernehmen zu können, ist auch der Außenring 44 des zweiten Lagers 46 in axialer Richtung, das heißt in Erstreckungsrichtung der Drehachse 32, fixiert. Neben der Distanzhülse 49 übernimmt die Funktion der Sicherung in axialer Richtung des Außenrings 44 eine Speednut 51.
-
Das erfindungsgemäße Kontaktierelement 48 weist, wie in 1 dargestellt ist, einen ersten Abschnitt 52 und einen zweiten Abschnitt 54 auf. Der erste Abschnitt 52 des Kontaktierelementes 48 ist als ringförmiges Element ausgebildet und liegt drehfest an dem Außenring 44 des ersten Lagers 42 an. Um eine solche drehfeste Verbindung zwischen dem Außenring 44 und dem ringförmigen ersten Abschnitt 52 des Kontaktierelementes 48 bereitzustellen, ist der erste Abschnitt 52 des Kontaktierelementes 48 zwischen dem Außenring 44 und der Distanzhülse 49 angeordnet. Die über die Distanzhülse 49 aufgebrachte Normal-Kraft in axialer Richtung auf die Auflagefläche zwischen dem ersten Abschnitt 52 des Kontaktierelementes 48 und dem Außenring 44 des ersten Lagers 40 verhindert aufgrund der durch die Haftreibung bewirkten Gegen-Kraft ein Verschieben beziehungsweise Verdrehen des Kontaktierelementes 48 und des Außenrings 44 zueinander.
-
Zur Montage des Kontaktierelementes 48 wird dieses soweit auf die Motorwelle 26 geschoben, dass es mit seinem Auflagebereich 58 an dem Außenring 44 des ersten Lagers 40 anliegt. Im Anschluss wird die Distanzhülse 49 aufgeschoben, welche den ersten Abschnitt 52 des Kontaktierelementes 48 gegen den Außenring 44 presst. Erfindungswesentlich ist hierbei, dass der Auflagebereich 58 so groß ist, dass eine ausreichend stabile Ohm'sche Verbindung zwischen dem Außenring 44 und dem Kontaktierelement 48 bereit gestellt werden kann.
-
Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass die Lageranordnung und Sicherung der beiden Lager 40 und 42 in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden kann, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es insbesondere auch denkbar, dass das Kontaktierelement 48 am zweiten Lager 42 angeordnet ist. Bei einer solchen Ausführungsform ist es beispielsweise denkbar, dass die Speednut 51 zusätzlich zu ihrer Stützfunktion die Funktion des erfindungsgemäßen Kontaktierelementes 48 übernimmt und zu diesem Zweck einen ersten und einen zweiten Abschnitt 52, 54 aufweist, wobei der zweite Abschnitt 54 drehbar an der Stirnfläche 60 des Innenrings 46 des zweiten Lagers 42 anliegt. Lediglich die Wirkverbindung zwischen dem Außenring 44 und dem Innenring 46 einer der beiden Lager 40, 42 über das Kontaktierelement 48 ist hierbei entscheidend.
-
Wie bereits erwähnt, weist das Kontaktierelement 48 neben dem ersten Abschnitt 52 einen zweiten Abschnitt 54 auf. Zur axialen Kontaktierung der Motorwelle 26 ist der zweite Abschnitt 54 des Kontaktierelementes 48 als elastisches Element 56 ausgebildet, welches in axialer Richtung, das heißt in Richtung der Drehachse 32 auf den Innenring 46 des Lagers 40 drückt und an diesem drehbar anliegt und somit einen Schleifkontakt bildet.
-
1 zeigt ein einteilig ausgebildetes Kontaktierelement 48, welches insbesondere als Stanzbiegeteil ausgebildet ist. Es sei an dieser Stelle jedoch erwähnt, dass das Kontaktierelement 48 nicht auf eine solche, in 1 dargestellte Ausführungsform, begrenzt ist. So sind beispielsweise auch Ausführungsformen denkbar, bei welchen der erste und zweite Abschnitt 52, 54 zweiteilig hergestellt werden und in einem zusätzlichen Fertigungsschritt miteinander verbunden werden.
-
2 zeigt einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Elektromotors 10 analog zu 1. Wie bereits erläutert, ist die Motorwelle 26 drehfest im Stator 12 befestigt. Zur drehbaren Lagerung des Rotors 14 gegenüber dem Stator 12 um die Drehachse 32 ist am Rotor 14 an seiner der Motorwelle 26 zugewandten Seite ein Lagersitz 36 ausgebildet.
-
An diesem Lagersitz 36 liegt der Außenring 44 des ersten Lagers 40 an. Der Innenring 46 desselben Lagers 40 ist drehfest mit der Motorwelle 26 verbunden. Um Potentialunterschiede zwischen Stator 12 und Rotor 14 auszugleichen, ist zwischen dem Außenring 44 und dem Innenring 46 des ersten Lagers 40 das erfindungsgemäße Kontaktierelement 48 angeordnet. Dieses weist, wie bereits erläutert, einen ersten Abschnitt 52 und einen zweiten Abschnitt 54 auf, wobei der erste Abschnitt 52 drehfest mit dem Außenring 44 des Lagers 40 verbunden ist und der zweite Abschnitt 54 an der Stirnfläche 60 des Innenrings des Lagers 40 zu dieser bewegbar insbesondere drehbar anliegt. Wie in 2 zu erkennen ist, stellt die Stirnfläche 60 des Lagers 40 beziehungsweise des Innenrings 46 des Lagers 40 diejenige Fläche dar, welche im Wesentlichen senkrecht auf der gedachten Drehachse 32 steht. Der zweite Abschnitt 54 liegt, wie in 2 weiterhin zu erkennen ist, an derjenigen Stirnfläche 60 an, welche im montierten Zustand dem freien Ende 30 der Motorwelle 26 zugewandt ist.
-
Wie in 2 deutlich zu erkennen ist, fixiert die im Lagersitz 36 geführte Distanzhülse 49 den ersten Abschnitt 52 des Kontaktierelementes 48, sodass dieser mit seinem Auflagebereich 58 drehfest an der Stirnfläche 60 des Außenrings 44 des ersten Lagers 40 anliegt. Radial innen liegend weist das erfindungsgemäße Kontaktierelement 48 den zweiten Abschnitt 52 auf. Dieser radial innen liegende zweite Abschnitt 52 umfasst beispielsweise drei elastische Elemente 56, welche im eingebauten Zustand auf die Stirnfläche 60 des Innenrings 46 des ersten Lagers 40 drücken. Die elastischen Elemente 56 sind hierbei in der Lage eine Federkraft zwischen 60 und 110N auf das Lager 40 beziehungsweise den Innenring 46 aufzubringen, sodass eine ausreichend sichere Ohm'sche Verbindung zwischen Außenring 44 und Innenring 46 bereitgestellt werden kann.
-
Bei der in den 2 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontaktierelementes 48 erstrecken sich die elastischen Elemente 56 in tangentialer Richtung, wobei unter dem Begriff tangential die Richtung einer Geraden verstanden werden kann, welche den Innenradius 62 des im Wesentlichen ringförmigen Kontaktierelementes 48 in einem Punkt berührt.
-
Diese sich in tangentialer Richtung erstreckenden Biegelaschen 56 liegen im Betrieb schleifend an der Stirnfläche 60 des Innenrings 46 des Lagers 40 an. Um die Reibung an diesem Schleifkontakt zu minimieren, sind die sich in tangentialer Richtung erstreckenden Biegelaschen 56 axial ausgelenkt, sodass diese nur mit ihrem jeweiligen Endbereich 64, also ihrem freien Ende, an der Stirnfläche 60 des Lagers 40 anliegen.
-
Wie in 2 deutlich zu erkennen ist, ist das Kontaktierelement 48 nach Art einer Tellerfeder kegelschalenförmig ausgestaltet. Zu diesem Zweck weist das Kontaktierelement 48 beziehungsweise der erste Abschnitt 52 des Kontaktierelementes 48 einen Auflagereich 58 und einen umlaufenden Kragen 66 auf, wobei Auflagebereich 58 und Kragen 66 in axialer Richtung um eine Auslenkungshöhe 68 voneinander beabstandet sind.
-
Bei der Montage des Kontaktierelementes 48 werden die elastischen Elemente 56 mit einer definierten Vorspannung eingebaut, sodass diese mit einer zu Funktionserfüllung ausreichenden Anpresskraft in axialer Richtung auf die Stirnfläche 60 gepresst werden, das heißt das wenigstens eine elastische Element 56 wirkt im Sinne einer Feder, welche eine Rückstellkraft auf die Stirnfläche 60 aufbringt. Hierfür ist der Endbereich 64 der elastischen Elemente 56 im unbelasteten Zustand wenigstens um die Auslenkungshöhe 68 aus der Ebene des Kragens 66 ausgelenkt. Wie 2 zeigt, gehen die elastischen Elemente 56 ausgehend von den umgebogenen Endbereichen 64 rampenförmig in den umlaufenden Kragen 66 über.
-
3 zeigt die in 2 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontaktierelementes 48 in einer perspektivischen Darstellung. Das Kontaktierelement 48 weist einen ringförmigen ersten Abschnitt 52 auf, welcher im montierten Zustand drehfest am Außenring 44 des Lagers 40 anliegt und einen zweiten Abschnitt 54, welcher drei elastischen Elemente 56 umfasst. Die elastischen Elemente 56 erstrecken sich in tangentialer Richtung und sind als Biegelaschen ausgebildet. 3 zeigt deutlich die nach Art einer Tellerfeder kegelschalenförmig ausgestaltete Form des Kontaktierelementes 48 mit seinem im Wesentlichen ebenen Auflagebereich 58 und dem axial versetzten, umlaufenden Kragen 66. Der Übergang zwischen dem Auflagebereich 58 und dem umlaufenden Kragen verläuft in einer Krümmung. Die sich in radialer Richtung erstreckenden Ebenen des Auflagebereiches 58 und des umlaufenden Kragens 66 sind um die Auslenkungshöhe 68 voneinander beabstandet ausgebildet.
-
Wie in 3 deutlich zu erkennen ist, sind die Endbereiche 64 der elastischen Elemente 56 im unbelasteten Zustand, wie er in 3 dargestellt ist, um wenigstens die Auslenkungshöhe 68 aus der Ebene des Kragens 66 ausgelenkt. Das wenigstens eine elastische Element 56 weist somit in Bezug auf die Ebene des umlaufenden Kragens 66 eine Steigung größer null auf. Im montierten Zustand liegt lediglich der Endbereich 64 schleifend an der Stirnfläche 60 des Innenrings 46 des Lagers 40 an. Es sei angemerkt, dass sich die Erfindung nicht auf eine solche Ausführungsform mit drei elastischen Elementen 56 beschränkt. Die Anzahl der elastischen Elemente 56 kann entsprechend angepasst werden. Erfindungswesentlich ist lediglich, dass wenigstens ein elastisches Element 56 vorhanden ist und dass die Gesamtheit der elastischen Elemente 56 in der Lage ist die Potentialunterschiede zwischen Rotor 14 und Stator 12 auszugleichen.
-
Neben der hier dargestellten Ausführungsform, bei welchen die elastischen Elemente 56 radial innen, also an der der Motorwelle 26 zugewandten Seite des Kontaktierelementes 48 angeordnet sind, sind auch solche Ausführungsformen denkbar, bei welchen die elastischen Elemente 56 radial außen angeordnet sind und entsprechend am Außenring 44 des jeweiligen Lagers 40, 42 drehbar anliegen.
-
Die folgenden 4 und 5 zeigen eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontaktierelementes 48. 4 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Elektromotors 10 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung. Zur verbesserten Darstellung ist die Motorwelle 26 sowie der Sicherungsring 50 in 4 nicht dargestellt.
-
Aufbau und Anordnung des erfindungsgemäßen Elektromotors 10, wie er in 4 dargestellt ist, entsprechen dem in den 1 bis 3 beschriebenen Aufbau und werden an dieser Stelle nicht näher erläutert.
-
Wie in 4 deutlich zu erkennen ist weist das erfindungsgemäße Kontaktierelement 48 einen ringförmigen ersten Abschnitt 52 auf, welcher an dem ersten Lager 40 drehfest anliegt. Neben dem ersten Abschnitt 52 weist das Kontaktierelement 48 einen zweiten Abschnitt 54 auf, der sechs elastische Elemente 56 umfasst. Diese elastischen Elemente 56 erstrecken sich ausgehend von dem ringförmigen ersten Abschnitt 52 in radialer Richtung sternförmig nach innen und sind ebenfalls als Biegebalken beziehungsweise Biegelaschen ausgebildet. Wie deutlich zu erkennen ist, weißen die Biegelaschen 56 eine geringeren Höhe 72 als Breite 74 auf. Ein solches erfindungsgemäßes Kontaktierelement 48 wird insbesondere durch Stanzbiegetechnik aus einem dünnen Blech hergestellt. Die Biegelaschen liegen mit ihrem jeweiligen Endbereich 64 an der Stirnfläche 60 des Innenrings des Lagers 52 an.
-
Es sei auch an dieser Stelle erwähnt, dass die Anzahl der elastischen Elemente nicht auf eine solche, wie in 4 dargestellte Ausführungsform mit sechs Biegelaschen beschränkt ist. Erfindungswesentlich ist auch hier, dass das Kontaktierelement wenigstens ein elastisches Element 56 umfasst, welches drehend an der Stirnfläche 60 eines Lagers 40, 42 anliegt. Ferner ist die drehfeste Verbindung des ersten Abschnittes 52 des Kontaktierelementes 48 mit dem Lager nicht auf eine Ausführungsform begrenzt bei welcher der erste Abschnitt 52 an der Stirnfläche des Lagers 40, 42 anliegt. Vielmehr ist es auch denkbar, dass der erste Abschnitt das Lager 40, 42 auch radial kontaktiert oder integraler Bestandteil dieses ist. Weiterhin sind auch solche Ausführungsformen denkbar, bei welchem das erfindungsgemäße Kontaktierelement 48 gemäß der Ausführungsform aus den 4 und 5 an dem zweiten Lager 42 angeordnet ist und/oder dass der zweite Abschnitt 52 drehbar am Außenring 44 anliegt.
-
Um die Reibung zwischen den jeweiligen Endbereichen 64 der elastischen Elemente 56 und der Stirnfläche 60 des Lagers 40 zu minimieren und eine Auslenkung und damit einhergehend eine ausreichend große Rückstellkraft der als Biegebalken ausgebildeten elastischen Elemente 56 bereitzustellen, ist an den elastischen Elementen 56 in ihren Endbereichen 64 jeweils ein Vorsprung 70 als Schleifkontakt angeformt. Im montierten Zustand kontaktieren somit lediglich die Vorsprünge 70 die Stirnseite 60 des Innenrings 46 des Lagers 40.
-
Diese Vorsprünge 70 sind bei der in 1 dargestellten Ausführungsform als in Axialrichtung gewölbte, insbesondere als halbkugelförmige Elemente ausgebildet, sodass durch die lediglich punktuelle Auflage die Auflagefläche der elastischen Elemente 56 auf der Stirnfläche 60 minimiert wird. Erfindungsgemäß beschränken sich solche Vorsprünge 70 jedoch nicht auf eine, wie in 4 gezeigte, halbkugelförmige Ausführungsform. Es sind auch andere zulaufende Formen denkbar, die dazu geeignet sind, die die Stirnfläche 60 in einem möglichst kleinen Auflagebereich stirnseitig axial zu kontaktieren.
-
5 zeigt das erfindungsgemäße Kontaktierelement 48 gemäß 4 im eingebauten Zustand. Ausgehend von dem ringförmigen ersten Abschnitt 52, welcher drehfest mit dem Außenring 44 des ersten Lagers 40 verbunden ist, erstrecken sich die sechs Biegelaschen 56 radial nach innen. Wie deutlich zu erkennen ist, weisen die Biegelaschen 56 deutlich geringeren Höhe 72 als Breite 74 auf. Ein solches erfindungsgemäßes Kontaktierelement 48 wird insbesondere durch Stanzbiegetechnik aus einem dünnen Blech hergestellt.
-
Wie in 5 weiterhin deutlich zu erkennen ist, weisen die elastischen Elemente 56 beziehungsweise die Biegelaschen nach Art einer Trapezfeder eine trapezförmige Grundform auf. Unter einer solchen trapezförmigen Feder kann eine Blattfeder verstanden werden, dessen Breite 74 bei konstanter Höhe 72 veränderlich ist. Auf diese Weise kann die Materialauslastung im belasteten Zustand optimiert werden.
-
An den elastischen Elementen 56 sind in den jeweiligen Endbereichen 64 Vorsprünge 70 angeformt. Diese Vorsprünge 70 erstrecken sich in axialer Richtung und liegen im montierten Zustand schleifend an der Stirnseite 60 des Innenrings 46 des Lagers 40 an.
-
Neben den Vorsprüngen 70, welche an drei der sechs elastischen Elemente 56 angeformt sind, weisen die übrigen sechs Vorsprünge jeweils einen Gegenvorsprung 71 auf. Diese Gegenvorsprünge 71 sind jeweils in die axial entgegengesetzte Richtung ausgeformt, das heißt sie kontaktieren im montierten Zustand die Stirnseite 60 des Lagers 40 nicht. Wie in 5 deutlich zu erkennen ist, sind sowohl die Vorsprünge 70 als auch die Gegenvorsprünge 71 gewölbt beziehungsweise halbkugelförmig ausgebildet und sind in Umlaufrichtung umlaufend abwechselnd angeordnet, das heißt im montierten Zustand wechseln sich jeweils ein anliegender Vorsprung 70 und ein nicht anliegender Gegenvorsprung 71 ab. Eine solche Ausführungsform mit Vorsprüngen 70 und Gegenvorsprüngen 71 hat zu Folge, dass unabhängig von der Einbaurichtung entweder die Vorsprünge 70 oder die Gegenvorsprünge 71 an der Stirnfläche 60 des Lagers 40 anliegen, wodurch eine Kontaktierung in jedem Einbauzustand sichergestellt ist.
-
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass Anzahl und Anordnung von Vorsprüngen 70 und Gegenvorsprüngen 71 beliebig variiert werden kann. So ist es beispielsweise auch denkbar, dass ein elastisches Element 56 jeweils Vorsprünge 70 und Gegenvorsprünge 71 aufweist. Auch müssen die Anzahl an Vorsprüngen 70 und Gegenvorsprüngen 71 nicht gleich sein. Auch die Reihung von Vorsprüngen 70 und Gegenvorsprüngen 71 in umlaufender Richtung kann variieren. Es ist auch denkbar, dass Vorsprünge 70 und Gegenvorsprünge 71 eine voneinander abweichende Form aufweisen.
-
Weiterhin sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und in der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann beispielsweise die Ausgestaltung der elastischen Elemente und/oder des Auflagebereichs an die zulässigen Relativgeschwindigkeiten und Haftreibwerte angepasst werden. Ferner kann die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kontaktierelementes an Produktanforderungen wie beispielsweise die Kosten des Bauteils oder die Nachrüstbarkeit eines bestehenden Systems angepasst werden.
-
Vorzugsweise treibt der erfindungsgemäße Elektromotor 10 ein Verbrennungsmotorkühlgebläse an. Der Elektromotor 10 kann jedoch auch in einer Pumpe, insbesondere einer Kühlflüssigkeitspumpe, oder einer Innenraum Lüftungsanlage eines Fahrzeugs eingesetzt werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102012201545 A1 [0003]
