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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine Komponente eines Verbrennungsmotors, mit einem Antriebsgehäuse, und einem Elektromotor, welcher in dem Antriebsgehäuse angeordnet ist und ein Polgehäuse, einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei der Rotor und der Stator in dem Polgehäuse angeordnet sind, wobei zwischen einer Außenfläche des Polgehäuses und einer Innenfläche des Antriebsgehäuses ein Spalt vorgesehen ist, und wobei das Polgehäuse mindestens eine Öffnung aufweist.
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Derartige Antriebsvorrichtungen werden zum Antreiben von unterschiedlichen Komponenten eines Verbrennungsmotors eingesetzt und sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die Antriebsvorrichtungen weisen üblicherweise einen Elektromotor auf, welcher einen Rotor und einen Stator aufweist, wobei der Stator und der Rotor in einem Polgehäuse angeordnet sind. Üblicherweise wird der Elektromotor vormontiert, indem der Stator, der Rotor sowie die beiden endseitig an einer Rotorwelle angeordneten Lager in das Polgehäuse eingesetzt werden. Dabei weist das Polgehäuse Öffnungen beispielsweise für das Durchstecken von elektrischen Leitern, zur Belüftung des Elektromotors und/oder zur Befestigung des Elektromotors auf. Des Weiteren ist an den Stirnenden des Polgehäuses jeweils eine Lageröffnung vorgesehen, durch die üblicherweise eine Rotorwelle des Rotors durchragt. In der Endmontage wird der vormontierte Elektromotor in ein Antriebsgehäuse eingeschoben, wobei in dem Antriebsgehäuse außerdem alle wesentlichen Komponenten der Antriebsvorrichtung angeordnet sind. Eine derartige Antriebsvorrichtung offenbart beispielsweise die
DE 43 42 949 Al.
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Im Betrieb erwärmt sich der Elektromotor, wobei die dabei entstehende Wärme abgeführt werden muss, damit der Elektromotor thermisch nicht überlastet wird. Eine Möglichkeit der Wärmeabführung ist die Übertragung der Wärme an das Antriebsgehäuse, wodurch der Elektromotor gekühlt wird. Eine derartige Wärmeübertragung ist jedoch durch einen Luftspalt zwischen der Außenfläche des Polgehäuses und der das Polgehäuse umgebenden Innenfläche des Antriebsgehäuses relativ schlecht, da der Luftspalt vielmehr einen thermischen Isolator bildet.
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Dadurch, dass die Wärme aufgrund des Luftspalts nicht vom Elektromotor abgeführt werden kann, kann der Elektromotor entweder nur mit einer geringen Antriebsleistung betrieben werden oder es muss mit einer thermischen Überlastung des Elektromotors gerechnet werden.
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Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Antriebsvorrichtung zu schaffen, bei welcher eine ausreichende Wärmeabführung vom Elektromotor gewährleistet ist und eine thermische Überlastung des Elektromotors zuverlässig verhindert wird.
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Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung für eine Komponente eines Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.
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Dadurch, dass der Spalt zwischen der Außenfläche des Polgehäuses und der Innenfläche des Antriebsgehäuses durch eine Vergussmasse ausgefüllt ist, wobei die mindestens eine am Polgehäuse vorgesehene Öffnung durch ein Abdeckelement geschlossen ist, kann das Polgehäuse und damit der Elektromotor thermisch mit dem Antriebsgehäuse gekoppelt werden, wodurch eine Kühlung des Elektromotors gewährleistet wird und eine thermische Überlastung des Elektromotors verhindern wird. Durch das Abdeckelement ist die Öffnung am Polgehäuse geschlossen und ein Einströmen der Vergussmasse im Montagevorgang, d.h. im flüssigen Zustand der Vergussmasse, kann zuverlässig verhindert werden. Ein Eindringen der Vergussmasse würde insbesondere das Verdrehen des Rotors verhindern.
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Bei der Montage des vormontierten und einen Rotor, einen Stator und ein Polgehäuse aufweisenden Elektromotors wird zunächst die Vergussmasse an dem Antriebsgehäuse vorgesehen und anschließend der vormontierte Elektromotor in das Antriebsgehäuse eingeschoben. Dabei dringt die Vergussmasse in den Spalt zwischen dem Antriebs- und dem Polgehäuse ein und verteilt sich gleichmäßig in dem Spalt. Die Vergussmasse ist beispielsweise ein Duromer oder ein Klebstoff. Abschließend erstarrt die Vergussmasse, wobei der Spalt im erstarrten Zustand der Vergussmasse von der Vergussmasse vollständig ausgefüllt ist. Durch die Vergussmasse wird das Polgehäuse thermisch mit dem Antriebsgehäuse gekoppelt.
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Weiterhin dient die Vergussmasse zur axialen und radialen Positionierung und Fixierung des Elektromotors in dem Antriebsgehäuse. Dabei wird der Elektromotor zum Zeitpunkt der flüssigen Vergussmasse in einer optimalen Position positioniert und während dem Erstarrungsvorgang in dieser Position gehalten. Nach dem Erstarrungsvorgang ist der Elektromotor in der optimalen Position fixiert. Auf diese Weise können bei der Fertigung und Montage der Komponenten zwingend entstehende Abweichungen einfach und kostengünstig ausgeglichen werden.
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Vorzugsweise ist in der Vergussmasse ein wärmeleitendes Füllmaterial eingebettet. Dadurch kann die Wärmeleitfähigkeit der Vergussmasse erhöht werden und dadurch die Wärmeübertragung vom Elektromotor an das Antriebsgehäuse erhöht werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das wärmeleitende Füllmaterial metallische Partikel auf, wobei die metallischen Partikel eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen und dadurch die Wärmeabfuhr vom Elektromotor erhöht werden kann.
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Vorzugsweise ist das Abdeckelement aus einer metallischen Folie hergestellt. Die metallische Folie weist eine geringe Wandstärke auf und kann dadurch mit wenig Kraftaufwand in eine dem Polgehäuse entsprechende Form verformt werden. Dadurch wird die Befestigung des Abdeckelements an dem Polgehäuse vereinfacht werden. Außerdem weist die metallische Folie eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, wodurch die Wärmeübertragung verbessert werden kann.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die metallische Folie aus Aluminium hergestellt, wobei Aluminium eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.
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Vorzugsweise sind das Antriebsgehäuse und das Polgehäuse jeweils topfförmig ausgeführt, wobei die Vergussmasse zwischen einem Gehäuseboden des Antriebsgehäuses und einem Gehäuseboden des Polgehäuses vorgesehen ist. Beim Montagevorgang des Elektromotors wird das topfförmige Antriebsgehäuse mit der Vergussmasse befüllt und der Elektromotor in das Antriebsgehäuse geschoben. Die Vergussmasse verteilt sich durch die Verdrängung eigenständig im Spalt zwischen dem Gehäuseboden des Antriebsgehäuses und dem Gehäuseboden des Polgehäuses. Dadurch wird sichergestellt, dass der Spalt vollständig mit der Vergussmasse gefüllt ist. Die Vergussmasse kann im Montagevorgang auch über den Gehäuseboden hinausströmen, wodurch auch an der radialen Außenfläche des Polgehäuses die Vergussmasse vorgesehen ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Polgehäuse, vorzugsweise topfförmige Polgehäuse, eine zentrale Lageröffnung und mindestens eine zur Lageröffnung versetzte, zweite Öffnung auf, wobei beide Öffnungen durch das Abdeckelement geschlossen sind. Dadurch können beide Öffnungen einfach durch ein einziges Element, nämlich das Abdeckelement, verschlossen werden.
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Vorzugsweise ist das Antriebsgehäuse aus Kunststoff hergestellt, wodurch das Antriebsgehäuse kostengünstig und mit komplexen Geometrien hergestellt werden kann. Die Herstellung des Antriebsgehäuses erfolgt beispielsweise durch ein Spitzgießverfahren.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Getriebe vorgesehen, über welches der Elektromotor eine Drosselklappenwelle antreibt. Dadurch kann der Elektromotor mit einer hohen Drehzahl und einem hohen Wirkungsgrad betrieben werden, wobei über das Getriebe die hohe Drehzahl des Elektromotors auf die für die Verstellung der Drosselklappe erforderliche Drehzahl umgewandelt wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung umgibt das Polgehäuse den Stator radial.
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Es wird eine Antriebsvorrichtung für eine Komponente eines Verbrennungsmotors geschaffen, bei welcher eine Kühlung des Elektromotors gewährleistet wird und die Montage des Elektromotors in das Antriebsgehäuse ermöglicht und vereinfacht wird.
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Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ist in der Figur dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
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Figur zeigt eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung.
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Die Antriebsvorrichtung 10 weist ein Antriebsgehäuse 12 auf, welches einen Gehäusegrundkörper 14 und einen Gehäusedeckel 16 aufweist, wobei der Gehäusegrundkörper 14 und der Gehäusedeckel 16 einen zur Außenumgebung abgedichteten Innenraum 18 begrenzen. Das Antriebsgehäuse 12 ist vollständig, d.h. der Gehäusegrundkörper 14 und der Gehäusedeckel 16, aus Kunststoff hergestellt.
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Der Innenraum 18 ist in einen Getrieberaum 20 und einen Motorraum 22 unterteilt. Der Getrieberaum 20 wird durch einen schalenartigen Abschnitt des Gehäusegrundkörpers 14 und den Gehäusedeckel 16 definiert. Der Motorraum 22 wird durch einen topfförmigen Abschnitt des Gehäusegrundkörpers 14 gebildet, wobei der Motorraum 22 an den Getrieberaum 20 anschließt, so dass der Motorraum 22 und der Getrieberaum 20 miteinander verbunden sind.
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In dem Getrieberaum 20 ist ein Getriebe 24 angeordnet, welches einen Elektromotor 26 drehmomentübertragend mit einer in der Figur nicht gezeigten Drosselklappenwelle verbindet.
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Im Motorraum 22 ist der Elektromotor 26 angeordnet. Der Elektromotor 26 weist einen Stator 62, einen Rotor 64, ein topfförmiges Polgehäuse 66 und ein Lagerschild 76 auf, wobei das Lagerschild 76 an der offenen Seite des topfförmigen Polgehäuse 66 angeordnet ist. Der Elektromotor 26 ist über das Lagerschild 76 an dem Antriebsgehäuse 12 über eine zusätzliche Komponente fixiert.
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Der Stator 62 und der Rotor 64 sind innerhalb des Polgehäuses 66 angeordnet, so dass das Polgehäuse 66 den Rotor 64 und den Stator 62 radial umgibt. Der Stator 62 liegt mit seiner Außenumfangsfläche an einer Innenfläche des Polgehäuses 66 an und ist am Polgehäuse 66 fixiert. Der Rotor 64 weist ein Rotorblechpaket 68 und eine Rotorwelle 70, welche die Motorwelle 38 bildet, auf, wobei die Rotorwelle 70 drehbar gelagert ist. Zur drehbaren Lagerung der Rotorwelle 70 ist an den Axialenden der Rotorwelle 70 jeweils ein Lager 72, 74 angeordnet, über welche die Rotorwelle 70 an dem Polgehäuse 66 und an dem am Polgehäuse 66 befestigten Lagerschild 76 drehbar gelagert ist.
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Zur Anordnung des Lagers 72 weist das Polgehäuse 66 einen axial erstreckenden Vorsprung 75 am Boden 77 des topfförmigen Polgehäuses 66 auf, wobei der Vorsprung 75 eine Lageröffnung 78 aufweist, durch welche sich die Rotorwelle 70 erstreckt. Das Polgehäuse 66 weist zwei weitere Öffnungen 80, 82 auf.
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Im Betrieb der Antriebsvorrichtung 10 und damit des Elektromotors 26 erwärmt sich der Elektromotor 26. Die dabei entstehende Wärme muss vom Elektromotor 26 abgeführt werden, um eine thermische Überlastung des Elektromotors 26 zu verhindern. Anderenfalls kann der Elektromotor 26 lediglich mit einer reduzierten Antriebsleistung betrieben werden. Im montierten Zustand des Elektromotors 26 in dem Motorraum 22 liegt ein Spalt 90 zwischen der Innenfläche des Gehäusegrundkörpers 14 und der Außenfläche des Polgehäuses 66 vor, wodurch eine Wärmeübertragung zwischen dem Polgehäuse 66 und dem Antriebsgehäuse 12 relativ gering ist, da der Spalt 90 wärmeisolierend wirkt.
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Erfindungsgemäß ist der Spalt 90 abschnittsweise mit einer Vergussmasse 92 ausgefüllt, wobei an der Außenfläche des Polgehäuses 66 im Bereich der Vergussmasse 92 eine Aluminiumfolie 94 vorgesehen ist. Durch die Vergussmasse 92 wird die Wärmeübertragung zwischen dem Elektromotor 26 und der Antriebsgehäuse 12 erhöht. Des Weiteren dient die Vergussmasse 92 der axialen und radialen Lagerung des Elektromotors 26 in dem Antriebsgehäuse 12. Der Elektromotor 26 wird an dem Antriebsgehäuse 12 derart fixiert, dass das Getriebe 24 ordnungsgemäß betrieben werden kann. Die Vergussmasse 92 folgt der Positionierung des Elektromotors 26 und fixiert den Elektromotor 26 im erstarrten Zustand in der vorgegebenen Position. Dadurch wird ein Verspannen des Elektromotors 26 durch zwei Lagerungen verhindert.
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Die Vergussmasse 92 ist von Grund auf wärmeleitend ausgeführt. Um die Wärmeleitfähigkeit nochmals zu erhöhen, weist die Vergussmasse 92 Metallpartikel auf, welche eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen und dadurch die Wärmeleitfähigkeit der Vergussmasse 92 erhöhen.
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Die Aluminiumfolie 94 verhindert, dass die Vergussmasse 92 in den Elektromotor 26 einströmt. Erst mit der Aluminiumfolie 94 ist das Ausfüllen des Spalts 90 mit der Vergussmasse 92 möglich, da sonst die Vergussmasse 92 über die Lageröffnung 78 und die Öffnung 80, 82 in den Elektromotor 26 hineinströmen würde und im erstarrten Zustand eine Drehung des Rotors 64 negativ beeinflussen bzw. vollständig verhindern würde. Die Aluminiumfolie 94 wird bereits vor dem Einsetzten des Elektromotors 26 in den Motorraum 22 an dem Elektromotor 26 vorgesehen. Die Aluminiumfolie 94 schmiegt sich an die Außenfläche des Polgehäuses 66 an und verdeckt dadurch die Lageröffnung 78 sowie die Öffnungen 80, 82. Die Aluminiumfolie 94 weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, so dass ein negativer Einfluss auf die Wärmeabführung vermieden wird.
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Im Montagevorgang des Elektromotors 26 wird an der Außenfläche des Polgehäuses 66 die Aluminiumfolie 94 vorgesehen, wodurch die Öffnungen 78, 80, 82 geschlossen werden, und in den topfförmigen Motorraum 22 die Vergussmasse 92 eingefüllt. Anschließend wird der Elektromotor 26 in den Motorraum 22 eingesetzt, wobei der Elektromotor 26 derart in Axialrichtung bewegt wird, dass die Vergussmasse 92 verdrängt wird und sich in dem Spalt 90 am Boden des Polgehäuses 66 und an der daran anschließenden, zylindrischen Außenfläche des Polgehäuses 66 gleichmäßig verteilt. Dadurch wird der Spalt 90 in diesem Bereich vollständig ausfüllt. Durch das Temperaturgefälle innerhalb des Elektromotors 26 wird die Wärme von allen Bereichen des Elektromotors 26 über die ausschließlich in einem Abschnitt vorgesehene Vergussmasse 92 an das Antriebsgehäuse 12 abgeführt.
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Es wird somit eine Antriebsvorrichtung 10 geschaffen, bei welcher auf eine einfache und kostengünstige Weise eine thermische Überlastung des Elektromotors 26 verhindert wird und ein ordnungsgemäßer Betrieb des Elektromotors 26 weiterhin erhalten bleibt.
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Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des vorliegenden Hauptanspruchs nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt ist. Beispielsweise könnten das Antriebsgehäuse 12, das Getriebe 24 oder der Elektromotor 26 anders ausgeführt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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