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Die Erfindung betrifft ein Gleitlager für einen Elektromotor, aufweisend eine zentrale Durchführöffnung zum Aufsetzen auf einen Bolzen oder eine Welle, und zwei gegenüberliegend angeordnete Stirnseiten als axiale Anlageflächen. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Elektromotor mit einem solchen Gleitlager, sowie einen elektrischen Verstellantrieb mit einem derartigen Elektromotor.
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In einem modernen Kraftfahrzeug werden Elektromotoren in vielfältiger Weise als Antriebe für unterschiedliche Stellelemente eingesetzt. Elektromotoren werden beispielsweise als Fensterheber-, Schiebedach-, Heckklappe- oder Sitzverstellantriebe, als Lenkungsantriebe (EPS, Electrical Power Steering) oder als Getriebeaktuatoren eingesetzt.
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Ein insbesondere bürstenloser Elektromotor als elektrische (Drehstrom-)Maschine weist üblicherweise einen mit einer Feld- oder Statorwicklung versehenen Stator auf, welcher koaxial zu einem Rotor mit einem oder mehreren Permanentmagneten angeordnet ist. Der Rotor ist in der Regel wellenfest mit einer Motorwelle gefügt, welche über mindestens ein Lager drehbar in einem Motorgehäuse des Elektromotors gelagert ist. Das gehäuseseitige Lager ist hierbei insbesondere als ein Wälz- oder Gleitlager ausgeführt, und ist in einem Lagersitz oder einer Lageraufnahme des Motorgehäuses angeordnet.
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Zum Ausgleich von axialen Toleranzen oder eines axialen Spiels sind häufig ringförmige Distanzscheiben vorgesehen, welche auf die Motorwelle aufgepresst sind. Die Distanzscheiben sind hierbei beispielsweise an beiden Stirnseiten des Lagers angeordnet. Zur Reduzierung eines Reibwerts sowie zur Aufnahme axialer Belastungen sind weiterhin regelmäßig Anlaufscheiben (engl.: washer, thrust washer), auch als Axiallager oder Anlaufplatten bezeichnet, vorgesehen, welche beispielsweise zwischen den Distanzscheiben und den Stirnseiten des Lagers angeordnet sind. Die Anlaufscheiben sind hierbei in der Regel aus flachem, scheibenförmigen Kunststoffmaterial hergestellt.
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Beispielsweise werden zwei bis vier Kunststoffscheiben zwischen dem gehäuseseitigen Lager und den Distanzscheiben angeordnet. Derartige Kunststoffscheiben sind nachteiligerweise, abhängig vom Lastkollektiv, lediglich bedingt Dauerlaufbeständig. Mit anderen Worten weisen derartige Kunststoffscheiben einen vergleichsweise hohen Verschleiß auf, so dass über die Lebensdauer des Lagers hinweg das Motoraxialspiel beispielsweise von etwa 0,05 mm (Millimeter) auf bis zu etwa 0,4 mm erhöht wird.
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Des Weiteren neigen derartige Kunststoffscheiben, insbesondere mit zunehmendem Verschleiß, zu einem Flattern oder einer Taumelbewegung zwischen der Lagerstirnseite und der Distanzscheibe, wodurch eine akustische Geräuschentwicklung auftritt. Eine derartige Geräuschentwicklung ist insbesondere bei Verstellantrieben innerhalb oder nahe der Fahrgastzelle, wie beispielsweise bei einem Sitzverstellantrieb, unerwünscht.
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Aus der
DE 10 2013 004 339 A1 ist ein Lager eines Pumpenaggregats bekannt, bei welchem das Lager vollständig aus einem tribologisch wirksamen Kunststoffmaterial hergestellt ist, oder lediglich der innere Bereich einer Durchführöffnung mit einer Schicht oder Beschichtung aus einem tribologisch wirksamen Material versehen ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Gleitlager für einen Elektromotor anzugeben. Insbesondere soll ein möglichst langlebiges und im Betrieb möglichst geräuschreduziertes Gleitlager realisiert werden. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor mit einem solchen Gleitlager, sowie einen Verstellantrieb mit einem derartigen Elektromotor anzugeben.
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Hinsichtlich des Gleitlagers wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Elektromotors mit den Merkmalen des Anspruchs 6 sowie hinsichtlich des Verstellantriebs mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Das erfindungsgemäße Gleitlager ist für einen Elektromotor vorgesehen sowie dafür geeignet und eingerichtet. Das Gleitlager ist hierbei insbesondere zur drehbaren Lagerung einer Motorwelle ausgeführt. Das Gleitlager weist eine zentrale Durchführöffnung zum Aufsetzen auf einen Bolzen, auf eine Achse oder auf eine (Motor-)Welle auf. Das etwa zylindrische oder hohlzylindrische Gleitlager weist weiterhin zwei gegenüberliegend angeordnete Stirnseiten oder Grundflächen als axiale Anlageflächen auf, wobei mindestens eine der Stirnseiten mit einer verschleißreduzierten Beschichtung versehen ist. Dadurch ist ein besonders geeignetes Gleitlager realisiert.
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Unter „verschleißreduziert“ oder „verschleißarm“ ist insbesondere eine Reduzierung oder Minimierung des im Normalbetrieb auftretenden Materialverlustes an der Oberfläche oder Stirnseite des Gleitlagers zu verstehen, welche durch mechanische Ursachen, wie beispielsweise einen Kontakt und Relativbewegung mit einem Gegenkörper wie beispielsweise einer Distanzscheibe, verursacht wird. Mit anderen Worten ist eine Reduzierung des Masseverlustes (Oberflächenabtrag) der Stirnseite oder Anlagefläche durch insbesondere schleifende, rollende, schlagende oder kratzende Beanspruchung vorgesehen. Eine verschleißreduzierte Beschichtung weist somit eine hohe Dauerlaufbeständigkeit auf.
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Im Einsatz des Elektromotors erfahren Gleitlager im Wesentlichen quasi-statische axiale Belastungen. Das erfindungsgemäße Gleitlagers weist hierbei aufgrund der verschleißreduzierten Beschichtung bei einer axialen Belastung von etwa 200 N (Newton) in beiden Axialrichtung, und bei 75.000 Zyklen pro Drehrichtung, mit jeweils 4 bis 6 Sekunden, einen Verschleiß kleiner 0,01 mm (Millimeter) auf.
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Unter einer „Beschichtung“ ist hierbei insbesondere eine festhaftende Schicht aus einem formlosen Stoff, welche auf die stirnseitige Oberfläche des Gleitlagers aufgebracht ist, zu verstehen.
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Unter einem Gleitlager ist insbesondere ein Lager zu verstehen, bei welchem zwei Oberflächen aneinander vorbei gleiten. Beispielsweise ist hierbei ein zusätzlicher Schmierfilm zwischen den Oberflächen vorgesehen, um die Gleiteigenschaften zu verbessern. Die Gleitbewegung erfolgt direkt zwischen einer Gleitschicht eines Lagerkörpers, hier der Innenwandung der Durchführöffnung, und dem jeweils gelagerten Teil, insbesondere der Mantelfläche einer Motorwelle.
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Durch die erfindungsgemäße, verlustreduzierende Beschichtung der mindestens einen Stirnseite des Gleitlagers ist es möglich, dass bei einem Einsatz des Gleitlagers in einem Elektromotor auf zusätzliche Anlaufscheiben (Washer) verzichtet wird. Dies bedeutet, dass eine kosten- und montagegünstige Bauteilreduzierung bei der Herstellung des Elektromotors ermöglicht ist. Insbesondere ist es somit nicht notwendig, unterschiedliche Varianten der Anlaufscheiben, hinsichtlich Material und Scheibendicke, bereitzustellen. Weiterhin werden Taumelbewegungen der Anlaufscheiben im Betrieb des Elektromotors vermieden, wodurch ein besonders geräuscharmer Elektromotor realisiert ist. Dadurch wird ein Benutzerkomfort bei einer Anwendung als elektromotorischer Antrieb in einer oder nahe einer Fahrgastzelle wesentlich verbessert.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik wird somit nicht die (Gleit-)Oberfläche des Gleitlagers mit der Beschichtung versehen, sondern mindestens eine der axialen Stirnseiten. Dies bedeutet, dass die beschichteten axialen Stirnseiten oder Auflageflächen als Anlaufflächen oder Axiallager wirken, und somit die im Betrieb auftretenden axialen Belastungen aufnehmen und/oder reduzieren.
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Vorzugsweise ist die Beschichtung hierbei auf eine jeweilige Motoranwendung des Elektromotors oder des Verstellantriebs abgestimmt, so dass ein verbessertes und annähernd verschleißfreies Verhalten gewährleistet ist.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung sind beide Stirnseiten mit der Beschichtung versehen. Mit anderen Worten ist das Gleitlager beidseitig beschichtet. Dadurch ist es möglich, dass die Anlaufscheiben auf beiden Seiten des Gleitlagers entfallen.
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In einer geeigneten Ausgestaltung ist die Beschichtung lediglich auf die oder jede Stirnseite aufgebracht. Mit anderen Worten ist die Beschichtung ausschließlich auf die Stirnseite(n) aufgebracht oder aufgetragen. Die Beschichtung wird also nicht auf die Gleitflächen des Gleitlagers aufgetragen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltungsform wird die Beschichtung mittels eines Bedampfungsprozesses (Evaporation) auf die Stirnseiten aufgebracht.
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In einer zweckmäßigen Ausführung ist die Beschichtung aus einem amorphen Kohlenstoffmaterial hergestellt. Dadurch ist eine einfache und kostengünstig herstellbare verlustreduzierte Beschichtung realisierbar. Die Beschichtung wird hierbei geeigneterweise auf eine Basisschicht oder ein Substrat, also auf eine stirnseitige Haftschicht, des Gleitlagers aufgebracht. Mit anderen Worten wird die oder jede Stirnseite zunächst mit dem Substrat oder der Basisschicht versehen, und anschließend die verschleißreduzierende Beschichtung aufgebracht.
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In einer bevorzugten Ausbildung ist die Beschichtung insbesondere eine DLC-Schicht (engl.: Diamond-like Carbon), also eine Schicht aus diamantähnlichem Kohlenstoff, oder eine Balinit-Schicht, also eine Mischungsschicht aus Metall und diamantähnlichem Kohlenstoff. Dadurch wird ein besonders niedriger Verschleiß der Beschichtung beziehungsweise Stirnseiten gewährleistet.
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Die im Hinblick auf das Gleitlager angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf den erfindungsgemäßen Elektromotor übertragbar und umgekehrt. Der Elektromotor ist hierbei für ein Kraftfahrzeug geeignet und eingerichtet. Der Elektromotor weist eine Motowelle und ein damit gefügtes, vorstehend beschriebenes, Gleitlager auf. An der mindestens einen beschichteten Stirnseite des Gleitlagers ist mindestens eine Distanzscheibe zum Ausgleich eines Axialspiels des Elektromotors vorgesehen. Die Distanzscheibe ist hierbei unmittelbar, also ohne Zwischenlage einer Anlaufscheibe, an der beschichteten Stirnseite des Gleitlagers angeordnet. Dadurch ist ein besonders geeigneter Elektromotor realisiert.
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Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die Anlaufscheiben bei einem Elektromotor durch eine stirnseitige Beschichtung des die Motorwelle lagernden Gleitlagers zu ersetzen. Dadurch ist ein akustisch besonders stabiler Elektromotor realisiert, da akustische Auffälligkeiten der Anlaufscheiben (Flattern, Taumeln) vollständig vermieden werden.
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In einer denkbaren Ausführung ist das Gleitlager an beiden Stirnseiten von jeweils mindestens einer Distanzscheibe flankiert. Dadurch ist ein zuverlässiger Ausgleich des Axialspiels gewährleistet. Durch die verlustreduzierte Beschichtung ist hierbei weiterhin sichergestellt, dass das Axialspiel des Elektromotors über dessen Lebensdauer im Wesentlichen konstant ist.
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In einer bevorzugten Ausbildung ist das Gleitlager als ein Sinterlager (Bronze/Stahl) ausgebildet. Das Gleit- oder Singerlager wird hierbei in ein Metallgehäuse gepresst.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Gleitlager zumindest abschnittsweise in einer Lageraufnahme oder einem Lagersitz eines Motorgehäuses angeordnet. Mit anderen Worten ist das Gleitlager zur gehäuseseitigen Lagerung der Motorwelle vorgesehen.
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Die im Hinblick auf das Gleitlager und/oder den Elektromotor angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf den erfindungsgemäßen Verstellantrieb übertragbar und umgekehrt. Der erfindungsgemäße Verstellantrieb ist insbesondere als ein Heckklappenantrieb einer Fahrzeugheckklappe oder als ein Sitzverstellantrieb eines Fahrzeugsitzes ausgeführt. Der Verstellantrieb weist hierbei einen vorstehend beschriebenen Elektromotor auf.
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Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 in perspektivischer Darstellung ein Motorgehäuse und ein Gleitlager,
- 2 in Draufsicht das Gleitlager,
- 3 in Schnittdarstellung einen ersten Verstellantrieb, und
- 4 in Schnittdarstellung einen zweiten Verstellantrieb.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In der 1 ist ein zylindrisches oder topfartiges Motorgehäuse 2 gezeigt, welches an einem Gehäuseboden 4 einen axial angeformten Lagersitz oder eine Lageraufnahme 6 aufweist, in welches ein Gleitlager 8 eingesetzt oder einsetzbar ist.
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Das in 2 einzeln dargestellte Gleitlager 8 weist eine etwa kreisringförmige oder hohlzylindrische Form mit einer zentralen Durchführöffnung 10 und mit zwei axial gegenüberliegend angeordneten, ringförmigen, Stirnseiten 12 auf.
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Eine der Stirnseiten 12, oder vorzugsweise beide Stirnseiten 12, ist/sind hierbei mit einer verlustreduzierten Beschichtung 14 versehen. Dies bedeutet, dass die Beschichtung 14 lediglich oder ausschließlich auf die oder jede Stirnseite 12 aufgebracht ist, und nicht auf die als Gleitfläche wirkende Innenwandung der Durchführöffnung 10.
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Die Beschichtung 14 ist beispielsweise aus einem amorphen Kohlenstoffmaterial hergestellt. Die Beschichtung 14 ist hierbei insbesondere als eine DLC- oder Balinit-Schicht ausgeführt.
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Im Montagezustand dient das beispielsweise als Sinterlager ausgebildete Gleitlager 8 zur drehbaren oder drehbeweglichen Lagerung einer Motorwelle 16 eines Elektromotors 18 (3, 4). Das Gleitlager 8 wird hierbei mit der zentralen Durchführöffnung 10 auf die Motorwelle 16 aufgesetzt oder aufgesteckt, und sitzt zumindest teilweise in der Lageraufnahme 6 des Gehäusebodens 4 ein. Mit anderen Worten ist das Gleitlager 8 zur gehäuseseitigen oder bodenseitigen Lagerung der Motorwelle 16 im Motorgehäuse 2 vorgesehen.
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Durch die verlustreduzierende Beschichtung 14 der mindestens einen Stirnseite 12 des Gleitlagers 8 ist es möglich, beim Ausgleich eines Axialspiels des Elektromotors 18 auf zusätzliche Anlaufscheiben zu verzichten, da die beschichteten axialen Stirnseiten 12 als Anlaufflächen reibreduzierend wirken.
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In den 3 und 4 sind zwei Anwendungen des Gleitlagers 8 bei einem elektrischen Verstellantrieb 20, 20' gezeigt.
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Der Verstellantrieb 20 der 3 ist beispielsweise als ein Antrieb für ein Planetengetriebe (PLG-Antrieb), beispielsweise zur Verstellung einer FahrzeugHeckklappe, ausgebildet.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Distanzscheibe 22 zum axialen Toleranzausgleich innerhalb des Motorgehäuses 2 angeordnet. Die Distanzscheibe 22 liegt hierbei beispielsweise an der dem Gehäuse 2 zugewandten Stirnseite 12 des Gleitlagers 8 an. Mit anderen Worten ist die Distanzscheibe 22 auf der Beschichtung 14 abgestützt. An der Gegenüberliegenden Stirnseite 12 ist ein wellenendseitig angeordnetes Ritzel 24 vorgesehen, welches an der Stirnseite 12 beziehungsweise der Beschichtung 14 des Gleitlagers 8 abstützbarist. Vorzugsweise ist zumindest zwischen dem Gleitlager 8 und der Distanzscheibe 22 ein nicht näher bezeichneter Luftspalt als Axialspiel vorgesehen.
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In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Verstellantrieb 20' als ein Sitzverstellantrieb eines Kraftfahrzeug-Sitzes ausgebildet. In dieser Ausführungsform sind zwei Distanzscheiben 22 vorgesehen, welche an jeweils einer beschichteten Stirnseite 12 des Gleitlagers 8 angeordnet sind. Die Motorwelle 16 ist hierbei nicht mit einem Ritzel 24 sondern mit einer Schnecke 26 eines nicht näher gezeigten Schneckengetriebes versehen.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Motorgehäuse
- 4
- Gehäuseboden
- 6
- Lageraufnahme
- 8
- Gleitlager
- 10
- Durchführöffnung
- 12
- Stirnseite
- 14
- Beschichtung
- 16
- Motorwelle
- 18
- Elektromotor
- 20, 20'
- Verstellantrieb
- 22
- Distanzscheibe
- 24
- Ritzel
- 26
- Schnecke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013004339 A1 [0007]
