DE102019213996A1

DE102019213996A1 - Lagerschild und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102019213996A1
Application number: DE102019213996.5A
Authority: DE
Inventors: Matthias Ahrens; Markus Baumann; Fabian Kupfer; Oliver Gloge; Norbert Chemnitz; Daniel Bierl
Original assignee: Buehler Motor GmbH
Current assignee: Buehler Motor GmbH
Priority date: 2019-09-13
Filing date: 2019-09-13
Publication date: 2021-03-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lagerschild (1), bestehend aus einer ersten harten Materialkomponente (2) und einer zweiten weichen Materialkomponente (3), wobei die harte Materialkomponente (2) mit der weichen Materialkomponente (3) verbunden ist. Aufgabe der Erfindung ist es, ein wirtschaftlich und mit bewährten Verfahren herstellbares Lagerschild, mit hoher Präzision und hoher Funktionsintegration bereitzustellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lagerschild (1), bestehend aus einer ersten harten Materialkomponente (2) und einer zweiten weichen Materialkomponente (3), wobei die harte Materialkomponente (2) mit der weichen Materialkomponente (3) verbunden ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein wirtschaftlich und mit bewährten Verfahren herstellbares Lagerschild, mit hoher Präzision und hoher Funktionsintegration bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die beiden unterschiedlichen miteinander verbundenen Materialkomponenten können unterschiedliche Eigenschaften, wie Festigkeit, Dichtungsvermögen, Dämpfungsvermögen, Toleranzausgleichsvermögen, Geräuschverhalten, Wärmeleiteigenschaften etc. in einem kompakten Bauteil vereinigt werden. Dabei lassen sich mehrere Montageschritte verschiedener Bauteile und deren getrennte Herstellung vermeiden. Weiter kann insbesondere die Dichtwirkung durch Vermeidung von Montagefehlern und durch die Genauigkeit der zueinander passenden Materialkomponenten erhöht und dadurch zuverlässiger werden.
Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen dargestellt. Das Leitermittel (21) ist vorzugsweise mit einem Wicklungsdraht und/oder mit einem externen Anschluss elektrisch verbunden.
Durch Montage eines Gehäusedeckels lässt sich auf einfache Weise ein dichter Aufnahmeraum für eine Elektronik herstellen, ohne ein Dichtungselement montieren zu müssen. Auf ähnliche Weise kann auch ein Motorgehäuse (20) dichtend montiert werden.
Als Dichtungsmaterial und damit für die weiche Materialkomponente eignen sich besonders Flüssigsilikon oder thermoplastische Elastomere. Diese weisen eine ausreichende Druck- und Temperaturbeständigkeit und besonders gute Dichtungseigenschaften auf.
Dabei bildet der weiche Materialbereich durch einen Verbindungsbereich (26) oder durch mehrere Verbindungsbereiche, welche die Durchführungsdichtung (24) mit der Gehäusedeckeldichtung (35) verbinden, einen durchgehenden Materialbereich. Ebenso kann ein oder mehrere Verbindungsbereiche zwischen der Motorgehäusedichtung (25) und den Durchführungsdichtungen einen umlaufend unterbrechungsfreien Materialbereich bilden.
Die Gehäusedeckeldichtung kann sowohl axial als auch radial oder in Kombination axial und radial zwischen dem Gehäusedeckel (6) und dem Lagerschild (1) angeordnet sein. Die Auswahl hängt von der Geometrie und den Befestigungsmitteln der Fügepartner ab.
Ohne zusätzliche Teile montieren oder fertigen zu müssen, lassen sich die Verbindungsbereiche oder auch andere speziell zu diesem Zweck geformte Bereiche der weichen Materialkomponente als Aufnahmemittel für eine Leiterplatte verwenden. Durch die Nachgiebigkeit der weichen Materialkomponente können Leiterplattentoleranzen einfach ausgeglichen werden.
Häufig sind elektronische Leistungsbauteile durch ihre Größe und ihr Gewicht auch erheblichen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Daher ist vorgesehen kritische Bauteile durch ein Halte- und/oder Dämpfungsmaterial zu fixieren. Derartigen Fixierungen sind jedoch enge Grenzen gesetzt hinsichtlich einer auf die Bauteile wirkenden Andruckkraft. Deshalb ist es besonders wichtig, dass entsprechende Haltemittel besonders genau ausgeführt sind. In Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird daher vorgeschlagen, dass die weiche Materialkomponente (3) eine Anlagekontur für ein elektronisches Leistungsbauteil (19) aufweist.
Bei Verwendung von scharfkantigen elektrischen Durchführungen, lassen sich diese auch durch Umspritzen nicht ausreichend sicher abdichten. Deshalb ist eine Kavität um den Dichtungsbereich vorgesehen, welche bei Bedarf ein Pottingmaterial aufnehmen kann, um eine zusätzliche Dichtwirkung zu erzielen.
Weiter ist vorgesehen, dass das Lagerschild Befestigungsmittel aufweist, welche Aufnahmen für Buchsen hat. In vielen Anwendungen, insbesondere im Kfz-Bereich sind die Bauteile, wie der Lagerschild hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Damit Schwingungen nicht vollständig an empfindliche Bauteile übertragen werden, wird vorgeschlagen Befestigungsbuchsen in einer weichen Materialkomponente aufzunehmen. Gemäß Erfindung sollte die weiche Materialkomponente des Lagerschilds hierfür verwendet werden und durchgehend mit den Dichtungsbereichen verbunden sein.
Lagerschilde weisen üblicherweise Lageraufnahmen auch. Bei dem erfindungsgemäßen Lagerschild kann das Lager auch mit Hilfe der weichen Materialkomponente dämpfend gelagert werden, wodurch auch ein Toleranzausgleich möglich ist.
Es ist bekannt Kühlelemente durch den Lagerschild nach außen zu führen um Wärme aus einer Leistungselektronik abzuleiten. Diese Durchführung kann eine zusätzliche Abdichtung erfordern. Auch in diesem Fall ist die weiche Materialkomponente des Lagerschilds als Dichtungsmaterial geeignet.
Das gleiche gilt für zusätzliche Massekontakte, die durch den Lagerschild zu einen Stator hindurchgeführt sind. Die Funktionsweise entspricht den Durchführungen der bereits genannten Leitermittel.
Die harte Materialkomponente hat andere Aufgaben als die weiche Materialkomponente. Insbesondere bildet die harte Materialkomponente einen Stator-Indexierungsvorsprung (15) zur Montage eines Stators (16).
Sinnvollerweise dient der Stator-Indexierungsvorsprung (15) auch als Zentriermittel für den Stator (16). Weiter ist ein Anschlag (8) zur Montage des Lagerschilds (1) an einen Elektromotor (10) vorhanden.
Die harte Materialkomponente kann ein Metallmaterial, ein Duroplastmaterial oder ein Thermoplastmaterial sein.
Die Erfindung wird auch durch ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerschilds gelöst, wobei das Lagerschild aus einer ersten harten Materialkomponente (2) und einer zweiten weichen Materialkomponente (3) besteht. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: a) Herstellung eines Lagerschilds (1) aus der ersten harten Materialkomponente; b) partielles Aufbringen einer weichen Materialkomponente auf die harte Materialkomponente (2). Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Schnittansicht eines Elektromotors mit einer ersten Ausführungsform eines Lagerschilds,
2 eine weiche Materialkomponente des Lagerschilds,
3 eine Schnittansicht eines alternativen Elektromotors mit einer zweiten Ausführungsform eines Lagerschilds,
4 eine Außenansicht des alternativen Elektromotors,
5 eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform eines Lagerschilds,
6 eine räumliche Darstellung der dritten Ausführungsform,
7 eine Schnittansicht einer vierten Ausführungsform eines Lagerschilds und
8 eine räumliche Darstellung der vierten Ausführungsform.

Hinweis: Bezugszeichen mit Index und entsprechende Bezugszeichen ohne Index bezeichnen namensgleiche Einzelheiten in den Zeichnungen und der Zeichnungsbeschreibung. Es handelt sich dabei um die Verwendung in einer anderen Ausführungsform, dem Stand der Technik und/oder die Einzelheit ist eine Variante. Die Ansprüche, die Beschreibungseinleitung, die Bezugszeichenliste und die Zusammenfassung enthalten der Einfachheit halber nur Bezugszeichen ohne Index.
1 zeigt eine Schnittansicht eines Elektromotors 10 mit einer ersten Ausführungsform eines Lagerschilds 1. Der Lagerschild 1 weist eine harte Materialkomponente 2 als Hauptbestandteil und eine weiche Materialkomponente 3 als Nebenbestandteil auf. Die weiche Materialkomponente dient der Abdichtung zwischen dem Lagerschild 1 und einem Motorgehäuse 20 und zur Abdichtung zwischen dem Lagerschild 1 und einem Leitermittel 21. Hierzu weist die weiche Materialkomponente 3 eine Durchführungsdichtung 24, eine Motorgehäusedichtung 25 und einen Verbindungsbereich 26 auf, welcher die Durchführungsdichtung 24 mit der Motorgehäusedichtung 25 zu einem in sich geschlossenen Materialbereich verbindet. In der gezeigten ersten Ausführungsform besteht das Leitermittel 21 aus dem Wicklungsdraht, der in einen Aufnahmeschlitz 22 einer Schneid-Klemm-Kontaktbuchse 23 eingelegt ist. Der Lagerschild 1 weist weiter eine Lageraufnahme 13 und einen Anschlag 8 zur Anlage des Motorgehäuses auf. Der Elektromotor 10 weist einen Stator 16 mit einer Statorwicklung 29, einen Permanentmagnetrotor 27, mit einer Rotorwelle 30, ein Lager 28 und eine Endscheibe 31 auf, welche eine Lagerschildfunktion hat.
2 zeigt eine räumliche Darstellung der weichen Materialkomponente 3 des Lagerschilds, mit den Durchführungsöffnungen 4, welche von der Durchführungsdichtung 24 begrenzt ist, der Motorgehäusedichtung 25 in Form eines Dichtrings und dem Verbindungsbereich 26, welcher die Durchführungsdichtung 24 mit der Motorgehäusedichtung 25 verbindet. In der gezeigten ersten Ausführungsform sind drei Durchführungsöffnungen 4, Durchführungsdichtungen 24 und Verbindungsbereiche 25 vorhanden.
3 zeigt eine Schnittansicht eines alternativen Elektromotors 10a mit einer zweiten Ausführungsform eines Lagerschilds 1a, mit einer harten Materialkomponente 2a, einer weichen Materialkomponente 3a, einer Lageraufnahme 13a, einem Lager 28a, einer Durchführungsöffnung 4a und einer mechanischen Schnittstelle zu einem Gehäusedeckel 6a. Der Elektromotor 10a weist einen Permanentmagnetrotor 27a, mit einer Rotorwelle 30a, einen Stator mit einer Statorwicklung 29a und ein Motorgehäuse 20a auf. Das Motorgehäuse 20a ist hier als tiefgezogenes Bauteil mit einem Gehäuseflansch 37a und einer Vertiefung 32a zur Aufnahme eines Gehäuselagers 33a ausgeführt. Die Statorwicklung 29a ist über ein Stanzgitter 34a elektrisch verbunden. Ein mit dem Stanzgitter 34a einstückiges Leitermittel 21a ist durch die Durchführungsöffnung 4a des Lagerschilds 1a hindurchgeführt und mit einer Leiterplatte 18a elektrisch verbunden. Die Leiterplatte 18a weist u. a. Leistungsbauteile 19a auf. Die Durchführungsöffnung 4a ist durch eine Durchführungsdichtung 24a begrenzt, welche das Leitermittel 21a abdichtet. An die Durchführungsdichtung schließt ein Verbindungsbereich 26a an, welcher einerseits eine Materialverbindung zu einer Motorgehäusedichtung 25a und andererseits zu einer Gehäusedeckeldichtung 35a herstellt. Die Gehäusedeckeldichtung ist in dieser Ausführungsform axial wirkend angeordnet. Der Lagerschild 1a weist einen Zylindermantelbereich 40a auf, welcher zusammen mit dem Gehäusedeckel 6a einen Elektronikraum 5a begrenzt.
4 zeigt eine Außenansicht des alternativen Elektromotors 10a, mit dem Motorgehäuse 20a, dem Lagerschild 1a und dem Gehäusedeckel 6a. Der Lagerschild 1a ist zwischen dem Gehäuseflansch 37a und dem Gehäusedeckel 6a angeordnet und mittels Schrauben 36a miteinander verschraubt. Weiter sind Befestigungsmittel 12a zur Befestigung des Elektromotors 1a vorhanden.
5 zeigt eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform eines Lagerschilds 1b, mit einer harten Materialkomponente 2b, einer weichen Materialkomponente 3b, Leitermitteln 21b einen Zylindermantelbereich 40b und einer Lageraufnahme 13b. Die Leitermittel 21b sind hier als umspritzte Kontaktelemente ausgebildet, welche einerseits einen Schneid-Klemm-Kontakt 39b und andererseits einen Einpresskontakt 38b zur elektrischen und mechanischen Verbindung mit einer Leiterplatte aufweisen. Die weiche Materialkomponente 3b bildet eine Durchführungsöffnung 4b, eine Durchführungsdichtung 24b, einen Verbindungsbereich 26b und eine Motorgehäusedichtung 25b. Die Motorgehäusedichtung 25b ist in dieser Ausführungsform in einem radial äußeren Bereich des Lagerschilds 1b angeordnet Die Umspritzung der Leitermittel 21b erfolgt im ZweiKomponenten-Verfahren, bei welchem die Leitermittel in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt werden und anschließend nacheinander die beiden Materialkomponenten des Lagerschilds eingespritzt werden. Weiter sind ein Massekontakt 17b und Stator-Indexierungsvorsprünge 15b gezeigt, welche eine winkelrichtige Montage eines Stators ermöglichen. Zusätzlich wird auch eine Zentrierung des Stators bewirkt.
6 zeigt eine räumliche Darstellung der dritten Ausführungsform des Lagerschilds 1b, mit der harten Materialkomponente 2b, der weichen Materialkomponente 3b, der Deckeldichtung 25b, der Durchführungsdichtung 24b, den Leitermitteln 21b und den Einpresskontakten 38b. Die Durchführungsdichtung 24b ist von einem Rand 11b der harten Materialkomponente umgeben. Dieser Rand 11b dient zur Begrenzung einer Kavität 7b und möglichen Aufnahme eines Potting-Materials. Dieses kann bei Bedarf die Dichtungseigenschaften der Durchführungsdichtung verbessern. Weiter sind Kühlelemente 14b vorhanden, welche zur Anlage an einer Leiterplatte dienen um die dort erzeugte Wärme radial nach außen zu den Befestigungsmitteln 12b zu leiten. Die Kühlelemente 14b sind umspritzt und bestehen aus einem Kupferblech. Die Befestigungsmittel 12b weisen Aufnahmen 9b auf, in welche Buchsen montierbar sind. Diese Buchsen können ebenfalls aus einem wärmeleitenden Material bestehen und Wärme von den Kühlelementen 14b aufnehmen und weiterleiten. Neben den Leitermitteln 21b ist ein Massekontakt 17b in gleicher Weise mit dem Lagerschild 1b verbunden und abgedichtet. Weiter ist ein Leiterplatten-Indexierungsvorsprung 41b vorgesehen, welcher die Lagerichtige Montage der Leiterplatte ermöglicht.
7 eine Schnittansicht einer vierten Ausführungsform eines Lagerschilds 1c, mit einer harten Materialkomponente 2c, einer weichen Materialkomponente 3c, einer Lageraufnahme 13c, einen Zylindermantelbereich 40c, Befestigungsmitteln 12c und Aufnahmen 9c. Leitermittel 21c mit jeweils einem Einpresskontakt 38c und einem Schneid-Klemm-Kontakt 39c, sowie ein Massekontakt 17c sind in den Lagerschild 1c eingespritzt. Die weiche Materialkomponente besteht aus Durchführungsdichtungen 24c, einer Gehäusedeckeldichtung 35c und einer Vielzahl von Verbindungsbereichen 26c, welche die Gehäusedeckeldichtung 35c mit den verschiedenen Durchführungsdichtungen 24c verbinden. Die Gehäusedeckeldichtung 35c ist in dieser Ausführungsform in einem radialen Innenbereich des Lagerschilds 1c angeordnet.
8 zeigt eine räumliche Darstellung der vierten Ausführungsform, mit dem Lagerschild 1c, der harten Materialkomponente 2c, der weichen Materialkomponente 3c, der Gehäusedeckeldichtung 35c, den Verbindungsbereichen 26c, den Durchführungsdichtungen 24c, den Rändern 11c, den Kavitäten 7c, den Kühlelementen 14c, den Leitermitteln 21c, dem Massekontakt 17c, den Aufnahmen 9c und den Befestigungsmitteln 12c.
Bezugszeichenliste

1: Lagerschild
2: harte Materialkomponente
3: weiche Materialkomponente
4: Durchführungsöffnung
5: Elektronikraum
6: Gehäusedeckel
7: Kavität
8: Anschlag
9: Aufnahme
10: Elektromotor
11: Rand
12: Befestigungsmittel
13: Lageraufnahme
14: Kühlelement
15: Indexierungsvorsprung
16: Stator
17: Massekontakt
18: Leiterplatte
19: Leistungsbauteil
20: Motorgehäuse
21: Leitermittel
22: Aufnahmeschlitz
23: Schneid-Klemm-Kontaktbuchse
24: Durchführungsdichtung
25: Motorgehäusedichtung
26: Verbindungsbereich
27: Permanentmagnetrotor
28: Lager
29: Statorwicklung
30: Rotorwelle
31: Endscheibe
32: Vertiefung
33: Gehäuselager
34: Stanzgitter
35: Deckeldichtung
36: Schraube
37: Gehäuseflansch
38: Einpresskontakt
39: Schneid-Klemm-Kontakt
40: Zylindermantelbereich
41: Leiterplatten-Indexierungsvorsprung

Claims

Lagerschild (1), bestehend aus einer harten Materialkomponente (2), welche mit einer weichen Materialkomponente (3) verbunden ist und mindestens eine Durchführungsöffnung (4) zur Durchführung eines Leitermittels (21) und eine mechanische Schnittstelle zu einem Gehäusebauteil aufweist, wobei die Durchführungsöffnung (4) mit der weichen Materialkomponente abgedichtet ist und die Schnittstelle zu dem Gehäusebauteil zur Bildung einer Gehäusedichtung aus der weichen Materialkomponente (3) besteht.
Lagerschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitermittel (21) mit einem Wicklungsdraht und/oder mit einem externen Anschluss elektrisch verbunden ist.
Lagerschild nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäusebauteil ein Gehäusedeckel (6) und/oder ein Motorgehäuse (20) ist.
Lagerschild nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusedichtung eine Gehäusedeckeldichtung (35) und/ oder eine Motorgehäusedichtung (25) ist.
Lagerschild nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die weiche Materialkomponente aus Flüssigsilikon oder einem thermoplastischen Elastomer besteht.
Lagerschild nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführungsdichtung (24) mit der Gehäusedeckeldichtung (35) und/oder der Motorgehäusedichtung (25) einen durchgehenden Materialbereich bildet und durch einen Verbindungsbereich (26) oder mehrere Verbindungsbereiche (26) miteinander verbunden sind.
Lagerschild nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusedeckeldichtung (35) axial und/oder radial zwischen dem Gehäusedeckel (6) und dem Lagerschild (1) angeordnet ist.
Lagerschild nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die weiche Materialkomponente axial und/oder radial zwischen dem Motorgehäuse (20) und dem Lagerschild (1) umlaufend unterbrechungsfrei angeordnet ist.
Lagerschild nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungsbereich (26) zwischen einer Durchführungsdichtung (24) und der Gehäusedeckeldichtung (35) als Aufnahmemittel für eine Leiterplatte (18) dient.
Lagerschild nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weiche Materialkomponente (3) eine Anlagekontur für ein elektronisches Leistungsbauteil (19) aufweist.
Lagerschild nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich eine Kavität (7), insbesondere eine umlaufende Nut um eine Kontaktdurchführung, wie einem Einpresskontakt (38), aufweist, in welche eine Dichtung montiert oder welche mit einem Potting gefüllt ist.
Lagerschild nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Befestigungsmittel (12) mit Aufnahmen (9) für Buchsen aufweist.
Lagerschild nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die weiche Materialkomponente (3) zwischen den Befestigungsmitteln (12) und den Buchsen angeordnet ist/sind.
Lagerschild nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Lageraufnahme (13) aufweist und die weiche Materialkomponente (3) zwischen der Lageraufnahme (13) und einem Lager (28) angeordnet ist.
Lagerschild nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Kühlelemente (14), insbesondere Kühlrippen oder Wärmeleitelemente aufweist.
Lagerschild nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine abgedichtete Durchführung für einen Massekontakt (17) zum Stator (16) aufweist, wobei das Dichtungsmaterial aus der weichen Materialkomponente (3) besteht.
Lagerschild nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Stator-Indexierungsvorsprung (15) zur winkelrichtigen Montage eines Stators (16) aufweist.
Lagerschild nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator-Indexierungsvorsprung (15) zusätzlich als Zentriermittel für den Stator (16) dient.
Lagerschild nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dessen harte Materialkomponente (2) einen Anschlag (8) zur Montage an einen Elektromotor (10) aufweist.
Lagerschild nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die harte Materialkomponente (2) ein Metallmaterial, ein Duroplastmaterial oder ein Thermoplastmaterial ist.
Verfahren zur Herstellung eines Lagerschilds (1) bestehend aus einer ersten harten Materialkomponente (2) und einer zweiten weichen Materialkomponente (3), gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Herstellung eines Lagerschilds (1) aus der ersten harten Materialkomponente; b) partielles Aufbringen der weichen Materialkomponente auf die harte Materialkomponente (2) .