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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Bürstenträger-Bauteil und einem Steckermodul, nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
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Stand der Technik
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Mit der
DE 42 25 496 A1 ist eine elektrische Antriebseinheit bekannt geworden, bei der zwischen einem Poltopf und einem Getriebegehäuse eine Zwischenzarge angeordnet ist, in die ein Bürstenhalter integriert ist. Die Antriebseinheit ist dabei modular aufgebaut, wobei ein separat ausgebildeter Stecker an unterschiedlichen Positionen an der Antriebseinheit angeordnet ist. Dadurch können beispielsweise unterschiedliche Varianten mit oder ohne Elektronikgehäuse realisiert werden, und je nach Einbaulage der Antriebseinheit der Steckeranschluss entsprechend den Raumverhältnissen und dem kundenspezifischen Gegenstecker angepasst werden. Nachteilig bei solch einer Ausführung ist, dass die Zwischenzarge mit dem Bürstenhalter je nach Anwendung mit unterschiedlichen Elektronikbauteilen ausgestattet werden muss, und insgesamt drei separate Bauteile, nämlich die Zwischenzarge, der Stecker und das Elektronikgehäuse variiert werden müssen. Dabei ist besonders die Abwandlung des Designs der Zwischenzarge mit dem Bürstenhalter sehr aufwendig, da die Justierung der Kohlebürsten großen Einfluss auf eine unerwünschte Geräuschentwicklung im Betrieb der Antriebseinheit haben. Bei der axialen Montage der verschiedenen Bauteile können im Bürstenhalter-Bauteil hohe Scherbelastungen auftreten, die das Bürstenhalter-Bauteil beschädigen können und/oder die exakte Positionierung der Bürsten negativ beeinträchtigen können. Dieses Problem soll erfindungsgemäß behoben werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass durch die Ausbildung von radial äußeren Bereichen des Bürstenträger-Bauteils, an denen sich axial gegenüberliegende radial äußere Abschnitte des Steckermoduls axial abstützen, der axiale Kraftfluss nach der Montage des Getriebegehäuses durch das Bürstenträger-Bauteil nicht radial innerhalb der axialen Anschläge am Polgehäuse verläuft. Dabei stützt sich das Bürstenträger-Bauteil vorteilhaft axial an den Anschlägen des Polgehäuses ab, und das Steckermodul mit seinen radial äußeren Abschnitten stützt sich ebenfalls im radialen Bereich der Anschläge 79 am Bürstenträger-Bauteil ab. Dadurch wird verhindert, dass radial innerhalb der Polgehäusewand ein Biegemoment in Axialrichtung auf das Bürstenträger-Bauteil ausgeübt wird. Durch diesen erfindungsgemäßen geradlinigen axialen Verlauf des Kraftflusses durch das Bürstenträger-Bauteil bleibt dessen mechanische Stabilität über die gesamte Lebenszeit erhalten, wodurch auch die im Bürstenträger-Bauteil gelagerten Bürsten über die gesamte Lebenszeit exakt gegenüber dem Kommutator der Rotorwelle positioniert bleiben.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in dem unabhängigen Anspruch vorgegebenen Ausführung möglich. So kann der axiale Kraftfluss besonders günstig durch axiale Erhebungen günstig geleitet werden, die am Bürstenträger-Bauteil oder am Steckermodul angeordnet sind. Dabei sind die Erhebungen derart ausgebildet, dass sie nur an einer definierten Anlagefläche am gegenüberliegenden Bauteil axial anliegen. Dabei sind diese Anlageflächen der Erhebungen besonders vorteilhaft unmittelbar axial über den Anschlägen angeordnet, mit denen sich das Bürstenträger-Bauteil axial am Polgehäuse abstützt.
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Um bezüglich der Radialrichtung einen definierten axialen Kraftfluss auszubilden, weisen hierzu die Erhebungen vorteilhaft eine definierte axiale Spitze auf, die die auftretenden Axialkräfte bezüglich der Radialrichtung auf einen engen radialen Bereich konzentriert. In einem radialen Querschnitt durch die Erhebung liegt eine solche Spitze im Idealfall punktförmig an der gegenüberliegenden Anlagefläche an, weist aber in der realen Ausführung einen gewissen Radius auf, der an der Anlagefläche anliegt. Zur axialen Anlage des Bürstenträger-Bauteils am Polgehäuse erstrecken sich die radial äußeren Bereiche radial über die Positionierflächen des Bürstenträgerbauteils hinaus, um an den korrespondierenden Anschlägen des Polgehäuses axial anzuliegen. Dabei können diese radial äußeren Bereiche bevorzugt als Radialstege ausgebildet sein, die beispielsweise in korrespondierende Ausnehmungen im Polgehäuse eingreifen.
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Für eine stabile Verbindung zwischen dem Getriebegehäuse und dem Polgehäuse weisen beide Gehäuse jeweils einen umlaufenden Flansch auf, über den sich die beiden Gehäuseteile axial aneinander abstützen. Dabei sind die beiden Gehäuseteile beispielsweise mittels Schrauben oder Nieten als Verbindungsmittel oder direkt mittels plastischer Materialumformung miteinander verbunden. Durch die Verbindung des Getriebegehäuses mit dem Polgehäuse werden dabei das Bürstenträger-Bauteil und das Steckermodul axial in Position gehalten.
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In einer bevorzugten Ausführung liegt das Bürstenträger-Bauteil mit seinen radial äußeren Bereichen an axialen Anschlägen des Polgehäuses an, die bevorzugt am umlaufenden Flansch des Polgehäuses ausgeformt sind. Dabei werden am Flansch axiale Taschen ausgeformt, deren Bodenfläche den axialen Anschlag für das Bürstenträger-Bauteil bilden. Diese taschenförmigen Ausnehmungen können sehr kostengünstig mit dem Tiefzieh-Prozess der Polgehäuse-Fertigung herstellt werden.
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Solche Ausnehmungen können über den Umfang des Flanschs verteilt möglichst gleichmäßig ausgebildet werden. Bei einem abgeflachten Polgehäuse können beispielsweise vier Ausformungen im Übergangsbereich von den geraden Seitenwänden zu den kreissegmentförmigen Seitenwänden angeordnet werden. Entsprechend sind dann auch die Erhebungen an den radial äußeren Bereichen des Bürstenträger-Bauteils oder des Steckermoduls in diesen Umfangsbereichen angeordnet.
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Um eine zuverlässige axiale Anlage des Steckermoduls am Bürstenträger-Bauteil zu erzielen, erstrecken sich die Erhebungen bevorzugt in Umfangsrichtung über eine größere Strecke, als in Radialrichtung. Damit wird einerseits in Radialrichtung eine näherungsweise punktförmige Anlage realisiert und gleichzeitig in Umfangsrichtung über einen gewissen Winkelbereich eine linienförmige Anlage. Dadurch kann ein Verkippen des Steckermoduls gegenüber dem Bürstenträger-Bauteil verhindert werden.
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Um zu vermeiden, dass durch die axialen Krafteinwirkung über das Steckermodul ein Biegemoment auf das Bürstenträger-Bauteil ausgeübt wird, stützt sich das Steckermodul radial innerhalb der Anschläge des Polgehäuses bevorzugt nicht axial am Bürstenträger-Bauteil ab. Daher ist der axiale Kraftfluss bevorzugt ausschließlich auf die axiale Erhebungen beschränkt, die im radial äußeren Bereich - bevorzugt im radialen Bereich der Polgehäusewand und/oder der Anschläge des Polgehäuses - angeordnet sind. Dadurch ist das Steckermodul im radial inneren Bereich axial beabstandet zum Bürstenträger-Bauteil angeordnet.
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Das Steckermodul bildet in einer bevorzugten Ausführung an seinem äußeren Umfangsrand einen Teil der Außenwand der elektrischen Maschine. Dabei liegt das Steckermodul über seinen umlaufenden Rand besonders günstig axial am Flansch des Polgehäuses an. Gegebenenfalls können am Steckermodul Dichtungselemente ausgebildet sein, die das Polgehäuse gegenüber dem Getriebegehäuse abdichten. Das Bürstenträger-Bauteil liegt mit seiner Umfangswand radial innerhalb und unmittelbar an der Innenwand des Polgehäuses an. Zur mechanischen Entkopplung des Steckermoduls vom Bürstenträger-Bauteil weist das Steckermodul axiale Fortsätze auf, die ebenfalls radial direkt an der Innenwand des Polgehäuses anliegen, ohne sich radial am Bürstenträger-Bauteil abzustützen. Dazu sind in einer Grundplatte des Bürstenträger-Bauteils axiale Aussparungen ausgeformt, in die hinein axial entsprechende axiale Fortsätze des Steckermoduls in das Polgehäuse eingreifen. Somit ist das Steckermodul radial vom Bürstenträger-Bauteil entkoppelt. Axial ist das Steckermodul dabei bevorzugt ausschließlich über die axialen Erhebungen an das Bürstenträger-Bauteil mechanisch gekoppelt. Dabei wird zusätzlich eine elektrische Verbindung von den Bürsten des Bürstenträger-Bauteils zu den elektrischen Leitern des Steckermoduls hergestellt.
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Besonders günstig sind die axialen Fortsätze des Steckermoduls und die korrespondierenden axialen Aussparungen im Bürstenträger-Bauteil bezüglich der Umfangsrichtung zwischen den Anlageflächen angeordnet, an denen sich das Steckermodul über die Erhebungen axial am Bürstenträger-Bauteil abstützt.
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In einer bevorzugten Ausführung ist die elektrische Maschine als Baukastensystem ausgebildet, bei dem jeweils ein gleich bleibendes Bürstenträger-Bauteil verwendet wird. Dieses kann mit unterschiedlichen Steckermodulen kombiniert werden, die unterschiedliche elektrische Anschlüsse für die elektrische Maschine zur Verfügung stellen. Dabei kann das Steckermodul beispielsweise ein radial außerhalb des Polgehäuses angeordneten Stecker mit einem Steckerkragen für einen korrespondierenden Anschlussstecker aufweisen. Alternativ können am Elektronikmodul auch radial innerhalb des Polgehäuses elektrische Kontaktzungen ausgebildet sein, die beispielsweise von einer einschiebbaren Einschubelektronik elektrisch kontaktiert werden können. Dabei können die Kontaktzungen als elektrische Steckkontakte, insbesondere als Schneidklemmverbindungen ausgebildet sein, die beispielsweise direkt eine Elektronikplatine der Einschubelektronik elektrisch kontaktieren.
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Die Erhebungen lassen sich fertigungstechnisch sehr günstig mittels Spritzgie-βen herstellen, da sowohl das Bürstenträger-Bauteil als auch das Steckermodul als Kunststoff-Spritzgussteil ausgebildet sind, können die Erhebungen ohne Zusatzaufwand an das Steckermodul und/oder an das Bürstenträger-Bauteil mit angeformt werden.
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Für Nassraumanwendungen der elektrischen Maschine ist am umlaufenden Rand des Steckermoduls bevorzugt an beiden axialen Seiten eine umlaufende Dichtung angeordnet, die einerseits am Flansch des Getriebegehäuses, und andererseits am Flansch des Polgehäuses anliegen. Beispielsweise können die Axialdichtungen direkt am Steckermodul angespritzt sein, sodass mit der axialen Montage des Steckermoduls gleichzeitig das Motorgehäuse axial abgedichtet ist.
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Vorteilhaft kann das Bürstenträger-Bauteil für alle Maschinenvarianten immer gleichbauend ausgebildet sein, und daher können die Bürsten immer in gleicher Weise im Polgehäuse gegenüber dem Kommutator positioniert werden. Die gesamte Varianz für unterschiedliche Anwendungen der elektrischen Maschine ist in das Steckermodul gelegt, das einerseits mit unterschiedlichen Steckerabgängen und andererseits mit unterschiedlichen Elektronikkomponenten entsprechend der gewünschten Kundenanforderung ausgebildet ist. Dadurch, dass das Bürstenhalter-Bauteil immer unabhängig von dem Steckermodul radial im Polgehäuse zentriert wird, hat eine Krafteinwirkung auf den Anschluss-Stecker keinen direkten Einfluss auf die Positionierung der Bürsten, so dass hierbei keine ungewünschten Geräusche entstehen. Damit sich das Steckermodul ebenfalls direkt am Polgehäuse zentrieren kann, erstrecken sich axiale Fortsätze des Steckermoduls in entsprechende Ausnehmungen im Bürstenhalter-Bauteil. Dadurch können sich die axialen Fortsätze radial direkt am Polgehäuse abstützen, ohne dabei das Bürstenhalter-Bauteil zu berühren.
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Nach der Montage des Steckermoduls auf das Polgehäuse können elektrische Leiterelemente von dem Bürstenträger-Bauteil mit dem Steckermodul - und dadurch auch elektrisch mit den Anschluss-Pins des Anschluss-Steckers - einfach elektrisch kontaktiert werden. Besonders günstig wird hier beispielsweise ein Anschlussdraht der Bürsten an entsprechenden Kontaktelementen des Steckermoduls verlötet oder verschweißt.
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Figurenliste
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Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Gesamtansicht einer elektrischen Maschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und
- 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer elektrische Maschine vor der Montage des Steckermoduls
- 3a und b schematisch einen Vergleich des Kraftverlaufs zwischen einer herkömmlichen Ausführung und der Erfindung, und
- 4 a bis c den Zusammenbau eines weiteren Ausführungsbeispiels.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt eine elektrische Maschine 10, wie sie beispielsweise zum Verstellen beweglicher Teile - vorzugsweise Fensterscheiben, Schiebedächer oder Sitzkomponenten - im Kraftfahrzeug eingesetzt wird. Dabei ist in einem Polgehäuse 12 ein Stator 13 angeordnet, innerhalb dem ein Rotor 15 angeordnet ist, dessen Rotorwelle 20 sich axial vom Polgehäuse 12 in ein axial sich anschließendes Getriebegehäuse 14 erstreckt. Dabei wird das Antriebsmoment von der Rotorwelle 20 auf ein im Getriebegehäuse 14 angeordnetes Getriebe übertragen, das ein Abtriebselement 22 aufweist, das mit einer nicht dargestellten Mechanik zusammen wirkt, die beispielsweise Teile eines Fahrzeugsitzes oder eine Fensterscheibe im Kraftfahrzeug bewegt. In Axialrichtung 24 ist zwischen dem Polgehäuse 12 und dem Getriebegehäuse 14 ein separat gefertigtes Steckermodul 16 angeordnet, das elektrisch mit Bürstenhaltern 19 eines separat gefertigten Bürstenträger-Bauteils 17 zur elektrischen Kontaktierung eines auf der Rotorwelle 20 angeordneten Kommutators 55 verbunden ist. Dabei sind die Bürstenhalter 19 als Hammerbürsten 27 ausgebildet, deren Bürstenkohlen 26 jeweils an einem ersten Ende 51 eines Federarms 50 angeordnet sind. Gegenüberliegende zweite Enden 52 der Federarme 50 sind am Bürstenhalter-Bauteil 17 in Aufnahmetaschen 61 befestigt, sodass die Hammerbürsten 27 federnd gegen den Kommutator 55 gepresst werden. Das Steckermodul 16 weist einen Anschluss-Stecker 18 auf, der in Radialrichtung 23 radial außerhalb des Polgehäuses 12 und vorzugsweise auch radial außerhalb des Getriebegehäuses 14 angeordnet ist. Dabei ist der Anschluss-Stecker 18 mittels eines radialen Steges 30 an das Steckermodul 16 angebunden. Das Bürstenträger-Bauteil 17 ist separat vom Steckermodul 16 hergestellt und ist radial innerhalb des Polgehäuses 12 angeordnet. Das Steckermodul 16 weist eine Basisplatte 32 auf, die eine zentrale Aussparung 34 aufweist, durch die hindurch in Axialrichtung 24 sich die Rotorwelle 20 in das Getriebegehäuse 14 hinein erstreckt. Der Anschluss-Stecker 18 weist einen Steckerkragen 40 auf, innerhalb dessen die Anschluss-Pins 42 zur elektrischen Kontaktierung der elektrischen Maschine 10 angeordnet sind. Optional kann auf der Rotorwelle 20 ein Sensormagnet 104 angeordnet sein, der über einen Drehzahlsensor 105 ein Signal für die Rotorlage an einem Sensor-Pin 43 zur Verfügung stellt. Im Ausführungsbeispiel der 1 erstreckt sich der Steckerkragen 40 mit den Anschluss-Pins 42 in Axialrichtung 24, so dass der korrespondierende Stecker ebenfalls in Axialrichtung 24 in den Steckerkragen 40 einschiebbar ist. Aus 1 ist ersichtlich, dass das Steckermodul 16 zwischen zwei Flanschen 94, 92 des Polgehäuses 12 und des Getriebegehäuses 14 axial eingespannt ist, wobei ein äußerer Umfangsbereich 44 des Steckermoduls 16 in diesem Ausführungsbeispiel gleichzeitig einen Teil der Außenwand 45 der elektrischen Maschine 10 bildet. Beispielsweise wird das Getriebegehäuse 14 mit dem Polgehäuse 12 mittels Schrauben oder anderen Verbindungselementen 48 verbunden, wodurch das Steckermodul 16 zwischen dem Polgehäuse 12 und dem Getriebegehäuse 14 fest verspannt und fixiert ist. Dazu greifen die Verbindungselemente 48 durch Anschraubaugen 91 am Flansch 94 des Polgehäuses 12 hindurch in korrespondierende Gegenaufnahmen 90 im Getriebegehäuse 14.
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In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer elektrischen Maschine 10 dargestellt, bei der ein Bürstenträger-Bauteil 17 auf den Rotor 15 im Polgehäuse 12 gefügt ist. Das Bürstenträger-Bauteil 17 ist in Axialrichtung 24 weitgehend in das Polgehäuse 12 eingeschoben, so dass dieses näherungsweise axial mit dem Flansch 94 des Polgehäuses 12 abschließt. Dabei ist das Bürstenträger-Bauteil 17 über seinen gesamten Umfang 64 von der Polgehäusewand 60 umschlossen. Im Inneren des Bürstenträger-Bauteils 17 sind die Hammerbürsten 27 angeordnet, die radial am Kommutator 55 anliegen, der drehfest auf der Rotorwelle 20 befestigt ist. Der Kommutator 55 ist mit Wicklungen 56 des Rotors 15 verbunden, so dass sich der bestromte Rotor 15 im Magnetfeld von Statormagneten 62 dreht. Das Bürstenträger-Bauteil 17 weist an seinem äußeren Umfang 64 Positionierungsflächen 67 auf, die das Bürstenträger-Bauteil 17 radial im Polgehäuse 12 zentrieren, wodurch die Hammerbürsten 27 exakt gegenüber dem Kommutator 55 positioniert werden. Die Positionierflächen 67 liegen radial unmittelbar an der Innenseite 77 der Polgehäusewand 60 an. Dabei erstrecken sich die Positionierflächen 67 über einen wesentlichen Teil der axialen Ausdehnung 72 des Bürstenträger-Bauteils 17, um dessen Verkippen im Polgehäuse 12 zu verhindern. Das Polgehäuse 12 weist im Ausführungsbeispiel einen abgeflachten Kreisquerschnitt auf, so dass die Polgehäusewand 60 zwei kreissegmentförmige Abschnitte 75 und zwei parallele, sich gegenüberliegende Abschnitte 76 (vier Segmente) aufweist. Das Bürstenträger-Bauteil 17 liegt mit jeweils mindestens einer Positionierfläche 67 - vorzugsweise mit zwei Positionierflächen 67 - an jeweils einem der genannten vier Abschnitte 75, 76 der Polgehäusewand 60 an. Durch das axiale Einpressen der Positionierflächen 67 wird das Bürstenträger-Bauteil 17 bevorzugt mit einer radialen Zentrierung mittels Kraftschluss im Polgehäuse 12 fixiert. Dabei sind am Polgehäuse 12 axiale Anschläge 97 ausgebildet, an denen das Bürstenträger-Bauteil 17 axial anliegt. Die Axialanschläge 97 können dabei an der Innenwand 77 oder im Bereich des Flansches 94 ausgeformt sein. Das Bürstenträger-Bauteil 17 weist am äußeren Umfang 64 axiale Aussparungen 80 auf, in die bei der Montage des Steckermoduls 16 an diesem angeformte axiale Fortsätze 11 axial eingefügt werden. Die axialen Aussparungen 80 des Bürstenträger-Bauteils 17 sind jeweils an jedem der vier Segmente 75, 76 der Polgehäusewand 60 angeordnet. Beispielweise erstrecken sich zwei radial gegenüberliegende axiale Aussparungen 80 über die gesamte axiale Ausdehnung 72 des Bürstenträger-Bauteils 17. Zwei andere radial gegenüberliegende axiale Aussparungen 80 erstrecken sich jedoch nur über einen Teilbereich der axialen Ausdehnung 72. In der Mitte des Bürstenhalter-Bauteils 17 ist ein zentraler Rohrstumpf 36 ausgeformt, der ein Lager 38 für die Rotorwelle 20 aufnimmt. Der Rohrstumpf 36 weist eine Umfangswand in Tangentialrichtung 25 auf. Beispielsweise ist das Lager 38 der Rotorwelle 20 in den Rohrstumpf 36 eingepresst. Dadurch wird der Kommutator 55 auf der Rotorwelle 20 exakt zu den Bürstenkohlen 26 positioniert. Das Bürstenhalter-Bauteil 17 weist eine Grundplatte 33 auf. In der Grundplatte 33 ist in Axialrichtung 24 ein Durchbruch 96 zur axialen Durchführung einer Befestigungslasche 101 des Bürstenhalters 19 ausgeformt. Diese wird anschließend zur sicheren Fixierung des Bürstenhalters 19 im Bürstenträger-Bauteil 17 um einen Biegewinkel umgebogen. Hierzu ist in der Befestigungslasche 101 beispielsweise eine Aussparung 116 ausgeformt, die den Materialquerschnitt der Befestigungslasche 101 reduziert. Dadurch kann diese mit geringerer Kraft und einem geringeren Radius umgebogen werden. Der Bürstenhalter 19 ist mit einem Entstör-Bauteil 9 - insbesondere einer Entstördrossel 99 - elektrisch kontaktiert, die ebenfalls im Bürstenträger-Bauteil 17 angeordnet ist. Das Entstör-Bauteil 9 ist hier innerhalb der Umfangswand 64 in eine taschenförmige Aufnahme 106 eingefügt, wobei ein Anschluss-Element 107 des Entstör-Bauteils 9 durch ein Durchgangsloch 108 in der Grundplatte 33 an einer Bodenfläche der Aufnahme 106 ist. Das Anschluss-Element 107 erstreckt sich hier als Drosseldrahtende 122 in Axialrichtung 24 und wird in einem nächsten Fertigungsschritt mit einem elektrischen Leiter 155 des Steckermoduls 16 elektrisch kontaktiert. Das Durchgangsloch 108 weist einen größeren Durchmesser auf als der Durchmesser des Anschluss-Elements 107, so dass dieses einen Umfangsrand des Durchgangsloches 108 nicht berührt. Dadurch wird verhindert, dass der Umfangsrand beim Verschweißen des Anschluss-Elements 107 mit einem Leiter 155 des Steckermoduls 16 aufgeschmolzen wird. Außerdem kann die Position des Anschluss-Elements 107 an die genaue Lage des Leiters 155 angepasst werden.
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In 3a ist schematisch ein Schnitt durch eine elektrische Maschine 10 dargestellt, die nach einer herkömmlichen Montagemethode zusammengefügt ist. Das Bürstenträger-Bauteil 17 ist axial im Polgehäuse 12 eingefügt und mit den Positionierflächen 67 radial im Polgehäuse 12 zentriert. Am axial oberen Bereich 131 des Bürstenträger-Bauteils 17 sind radial äußere Bereiche 132 in Form von radialen Stegen 133 angeformt. Diese radial äußeren Bereiche 132 liegen in Axialrichtung 24 an den Anschlägen 97 des Polgehäuses 12 an. Hierzu sind am Flansch 94 des Polgehäuses 12 Ausnehmungen 140 ausgebildet, in die die radial äußeren Bereiche 132 radial und axial eingreifen. Axial über dem Bürstenträger-Bauteil 17 ist das Steckermodul 16 angeordnet, das mit seinem umlaufenden Rand 44 am Flansch 94 axial anliegt. Zur Montage des Getriebegehäuses 14 wird das Steckermodul 16 in Axialrichtung 24 gegen das Bürstenträger-Bauteil 17 gepresst. Nach dem konventionell üblichen Montageverfahren liegt das Steckermodul 16 hierbei an einem radial innerhalb der Polgehäusewand 60 gelegenen Anlagefläche 142 am Bürstenträger-Bauteil 17 an. Das Getriebegehäuse 12 wird axial über das Steckermodul 16 montiert und drückt axial gegen das Steckermodul 16. Gleichzeitig liegt das Getriebegehäuse 14 mit seinem Flansch 92 am Flansch 94 des Polgehäuses 12 an. Auch nach der fertigen Befestigung des Getriebegehäuses 14 am Polgehäuse 12, beispielsweise mittels der Verbindungselemente 48, verläuft der axiale Kraftfluss 170 vom Getriebegehäuse 14 über das Steckermodul 16 über die Anlagefläche 142 zwischen dem Steckermodul 16 und dem Bürstenträger-Bauteil 17. Das Bürstenträger-Bauteil 17 liegt hingegen axial im Bereich der Ausnehmungen 140 am Anschlag 97 des Polgehäuses 12 an. Bei solch einem Kraftfluss 170 wirkt aufgrund der auftretenden Fertigungstoleranzen eine große Biege- und Schubbelastung auf das Bürstenträger-Bauteil 17. Insbesondere im Bereich, wo die radialen Stege 133 im axial oberen Bereich 131 am Bürstenträger-Bauteil 17 angeformt sind, besteht hierbei die Gefahr, dass die radialen Stege 133 abgeschert werden.
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In 3b ist hingegen das erfindungsgemäße Montageprinzip dargestellt, bei dem der axiale Kraftfluss 170 nicht mehr über die radial innerhalb der Polgehäusewand 60 liegenden Bereiche des Bürstenträger-Bauteils 17 verläuft. Hierzu sind in diesem Ausführungsbeispiel am Steckermodul 16 axial genau gegenüberliegend zu den radial äußeren Bereichen 132 des Bürstenträger-Bauteils 17 Erhebungen 134 ausgebildet, die sich in Axialrichtung 24 erstrecken. Dabei ist in dem in Axialrichtung 24 freien Ende der Erhebung 134 eine Spitze 135 ausgeformt, die bezüglich der Radialrichtung 23 näherungsweise punktförmig axial an den radial äußeren Bereichen 132 des Bürstenträger-Bauteils 17 anliegt. Die Spitze 135 kann dabei auch abgerundet ausgebildet sein, sodass sich die Spitze 135 beim axialen Anpressen an die radial äußeren Bereiche 132 nicht verformt. Bei solch einer erfindungsgemäßen Ausführung verläuft der axiale Kraftfluss 170 im Umfangsbereich 44 des Steckermoduls 16 ausschließlich über die Erhebungen 134. Die in Radialrichtung 23 punktförmige Anlage 144 der Erhebung 134 liegt dabei in Radialrichtung 23 innerhalb der Wandstärke der Polgehäusewand 60. Dadurch tritt im Bereich der radialen Stege 133 keine Scherbelastung auf, da die Erhebungen 134 axial unmittelbar über den Axialanschlägen 97 des Polgehäuses 12 angeordnet sind. Im Gegensatz zur Ausführung der 3a liegt das Steckermodul 16 im Bereich radial innerhalb der Polgehäusewand 60 axial nicht am Bürstenträger-Bauteil 17 an. Vielmehr ist bezüglich der Axialrichtung 24 zwischen dem Bürstenträger-Bauteil 17 und dem Steckermodul 16 ein Spalt 146 ausgebildet, so dass in diesem radial inneren Bereich kein axialer Kraftfluss auf das Bürstenträger-Bauteil 17 wirkt. Das Getriebegehäuse 14 ist auch bei dieser Ausführung mit seinem Flansch 92 axial gegenüber zum Flansch 94 angeordnet, und liegt an diesem an. Sowohl bei der Montage des Steckermoduls 16, als auch nach dem Aufsetzen und Verbinden des Getriebegehäuses 14 mit dem Polgehäuse 12 verläuft der Kraftfluss 170 in Axialrichtung 24 zwischen dem Steckermodul 16 und dem Bürstenträger-Bauteil 17 ausschließlich im Bereich der Erhebungen 134.
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In 4 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei zwei Detailansichten in einer weiteren Darstellung im Zusammenbau als Schnitt abgebildet sind. In 4a ist wiederum das Bürstenträger-Bauteil 17 mit der oberen Grundplatte 33 dargestellt, an dessen Umfang 64 die Positionierflächen 67 ausgebildet sind. Im axial oberen Bereich 131 - hier unmittelbar axial unterhalb der Grundplatte 33 - erstrecken sich die radialen Stege 133 in Radialrichtung 23. Beispielsweise sind über den Umfang 64 genau vier radiale Stege 133 ausgebildet, die nach dem axialen Einsetzen in das Polgehäuse 12 in die entsprechenden Ausnehmungen 140 eingreifen.
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In 4b ist die Unterseite des Steckermoduls 16 dargestellt, das mit seinem umlaufenden Rand 44 axial am Flansch 94 des Polgehäuses 12 anliegt. Axial genau gegenüberliegend zu den radialen Stegen 133 sind am Steckermodul 16 die axialen Erhebungen 134 ausgebildet. Bezüglich der Radialrichtung 23 bilden diese Erhebungen 134 näherungsweise eine Spitze 135, wobei diese Spitze135 in dieser Ausführung einen Radius 136 aufweist, der axial an den radialen Stegen 133 anliegt. Bezüglich der Tangentialrichtung 25 oder der Umfangsrichtung weist die Erhebung 134 eine größere Erstreckung 138 auf, als in die Ausdehnung 139 Radialrichtung 23. Dadurch liegt die Erhebung 134 in Umfangsrichtung über einem gewissen Umfangsbereich quasi linienförmig am axial gegenüberliegenden radialen Steg 133 an. Die Erhebungen 134 sind bevorzugt einstückig mit dem Steckermodul 16 als Kunststoff-Spritzgussteil ausgebildet. Ebenso sind die axial gegenüberliegenden radial äußeren Bereiche 132 als radiale Stege 133 einstückig an das Bürstenträger-Bauteil 17 angespritzt. Wesentlich ist dabei, dass die Anlagefläche 144 zwischen dem Steckermodul 16 und dem Bürstenträger-Bauteil 17 im radialen Bereich der Polgehäusewand 60 und/oder des Flansches 94 angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Ausnehmungen 140 im metallenen Biegestanzteil des Polgehäuses 12 ausgeformt. Dabei beträgt die axiale Abmessung 148 der Ausnehmung 140 näherungsweise der axialen Abmessung 150 der radialen Stege 133. Bezüglich der Tangentialrichtung 25 und der Radialrichtung 23 ist zwischen dem radialen Steg 133 und der Seitenwand 141 der Ausnehmung 140 ein Spiel ausgebildet, da das Bürstenträger-Bauteil 17 über seine Positionierflächen 67 im Polgehäuse 12 zentriert ist.
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In einer alternativen nicht dargestellten Ausführung kann sich die Erhebung 134 in Radialrichtung 23 auch über einen größeren Bereich erstrecken, solange die gesamte Anlagefläche 144 bezüglich der Radialrichtung 23 sich axial gegenüberliegend zum Anschlag 97 im Polgehäuse 12 erstreckt. Dabei ist der Anschlag 97 bevorzugt als Bodenfläche 160 der Ausnehmung 140 ausgebildet. In einer weiteren nicht dargestellten Ausführung kann die Erhebung 134 anstatt am Steckermodul 16 am Bürstenträger-Bauteil 17 angeformt sein. Dabei erstreckt sich die Erhebung 134 wiederum in Axialrichtung 24 an den radial äußeren Bereichen 132, beispielsweise direkt an den radialen Stegen 133. Auch diese Erhebungen 134 stützen sich dann axial genau gegenüberliegend an einer entsprechenden Anlagefläche 144 des Steckermoduls 16 ab. Wie beispielsweise in 2 ersichtlich ist, sind die radialen Stege 133 in den kreissegmentförmigen Abschnitten 75 des Polgehäuses 12 angeordnet. Die korrespondierenden Ausnehmungen 140 sind dann ebenfalls in diesen kreissegmentförmigen Abschnitten 75 des Flanschs 94 ausgebildet, vorzugsweise mittels entsprechenden Stempeln beim Tiefziehen des Polgehäuses 12. Entsprechend sind auch die Erhebungen 134 an den radial äußeren Bereichen 132 oder an den axial gegenüberliegenden radialen Abschnitten 130 des Steckermoduls 16 in den kreissegmentförmigen Abschnitten 75 des Polgehäuses 12 angeordnet. In 2 sind dabei alle vier Stege 133 - und damit alle vier Erhebungen 134 - unmittelbar benachbart zum Übergang zu den abgeflachten Seiten 76 des Polgehäuses 12 angeordnet.
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Zur Realisierung eines Motor-Baukastens wird für verschiedene Varianten mit unterschiedlichen Steckermodulen 16 immer das identische Bürstenträger-Bauteil 17 verwendet, da das Spritzgusswerkzeug für dieses Bauteil 17 sehr aufwendig herzustellen ist. Entsprechend wird die Schnittstelle des Bürstenträger-Bauteils 17 zum Polgehäuse 12 ebenfalls immer identisch ausgebildet, so dass die Zentrierung des Bürstenträger-Bauteils 17 über die Zentrierflächen 67 an der Innenseite 77 der Polgehäusewand 60 immer gleichbleibend ist. Hingegen kann beispielsweise die Länge des Polgehäuses 12 und des Rotors 15 entsprechend der notwendigen Leistung variiert werden. Ebenfalls wird das Steckermodul 16 an den jeweiligen Kundenstecker und an die entsprechenden Elektronik-Anforderungen angepasst. In einer Variante weist die elektrische Maschine 10 keine Leiterplatte mit Elektronikbauteilen auf, sondern alle notwendigen elektronischen Bauteile werden direkt in das Steckermodul 16 eingefügt. So können weitere Entstör- und/oder Schutzelemente oder unterschiedliche Sensoren im Steckermodul 16 verbaut werden. Dabei kann insbesondere auch ein Entstörbauteil 9 radial außerhalb des Polgehäuses 12 im Anschluss-Stecker 18 angeordnet werden. Ebenso kann die elektrische Kontaktierung der Bürstenhalter 19 mit den elektrischen Leitern 155 des Steckermoduls 16 mittels Steckkontakten realisiert werden, bei denen direkt mit der axialen Montage des Steckermoduls 16 entsprechende Steckkontakte des Steckermoduls 16 und des Bürstenträger-Bauteils 17 axial ineinander - insbesondere federnd - eingreifen. Das Steckermodul 16 kann für die Aufnahme einer Einschubelektronik ausgebildet sein, wobei die elektrischen Leiter 155 entsprechende Kontaktzungen 156 für die Gegenkontakte der Einschubelektronik aufweisen.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die in den Figuren dargestellte konkrete Form des Polgehäuses 12, des Getriebegehäuses 14 und des Steckermoduls 16 an die entsprechende Anwendung der elektrischen Maschine 10 angepasst werden kann. So kann beispielsweise das Steckermodul 16 je nach Anforderung unterschiedliche elektronische Komponenten, wie Entstörelemente 9, 99 oder Sensoren oder einen Thermoschutz aufnehmen. Dabei kann auch eine kleine Sensorplatine auf dem Steckermodul 16 angeordnet werden, die mit einem Gebermagneten 104 auf der Rotorwelle 20 zusammen wirkt. Ebenfalls kann die Ausgestaltung der Anschluss-Pins 42, 43 variiert werden und beispielsweise mit dem Steckermodul 16 umspritzt werden oder in dieses eingeclipst werden. In einer alternativen nicht dargestellten Ausführung kann sich der Steckerkragen 40 mit den Anschlusspins 42 auch in Radialrichtung 23 oder Tangentialrichtung 25 zur Rotorwelle 20 erstrecken. Alternativ können die radial äußeren Bereiche 132 auch als umlaufender Bund ausgebildet sein oder die Anzahl und Form der radialen Stege 133 variiert werden. Dabei wird entsprechend der axiale Anschlag 97, beziehungsweise die Ausnehmungen 140, entsprechend angepasst. Die exakte Form und Abmessung der Erhebungen 134 wird an die auftretenden Axialkräfte bei der axialen Verbindung zwischen dem Polgehäuse 12 und dem Getriebegehäuse 14 angepasst. Das Drosseldrahtende 98 kann alternativ zu der Verbindung mit dem Kontaktelement 100 auch direkt an das Federblech des Federarms 50 gegenüberliegende zur Befestigungsfläche 57 festgeschweißt werden. Die elektrische Maschine 10 findet vorzugsweise Anwendung in einer Getriebe-Antriebseinheit als Stellantrieb im Kraftfahrzeug, beispielsweise zur Verstellung von beweglichen Teilen, wie Fensterscheiben, Sitzkomponenten, Schiebedach oder einer Antriebskomponenten im Motorraum, ist jedoch nicht auf solche Anwendungen beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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