EP4677720A1 - Gleichstrommotor für einen stellantrieb - Google Patents

Abstract

Erfindungsgemäß wird ein Gleichstrommotor (10) insbesondere für einen Stellantrieb vorgeschlagen, umfassend: einen Rotor (14) mit einer Ankerwicklung (16), der drehfest auf einer rotierbaren Rotorwelle (12) angeordnet ist, einen Magnetring (20) mit mehreren über den Umfang verteilten Permanentmagneten, die die Ankerwicklung (16) des Rotors (14) umfänglich umschließen, einen ersten Lagerschild (30) mit einer ersten Lageranordnung (24), mittels der die Rotorwelle (12) drehbar gelagert ist, wobei der erste Lagerschild (30) auf einer ersten axialen Seite (A) des Magnetrings (20) angeordnet ist, einen Kommutator (18), der axial benachbart zu dem Rotor (14) auf einer zweiten axialen Seite (B) des Magnetrings (20) drehfest auf der Rotorwelle (14) angeordnet ist, einen axial benachbart zu dem Kommutator (18) angeordneten zweiten Lagerschild (40) mit einer zweiten Lageranordnung (44), mittels der die Rotorwelle (12) drehbar gelagert ist, wobei der zweite Lagerschild (40) eine den Kommutator (18) radial kontaktierende Schleifkontaktanordnung (46) aufweist, ein Polrohr (50), das den Rotor (14), die beiden Lagerschilde (30, 40) und den Magnetring (20) umfänglich umschließt, wobei der Magnetring (20) an einer der beiden axialen Seite n (A,B) gegen eines der Lagerschilde (30, 40) anliegt und an einer anderen der beiden axialen Seiten (B,A) gegen einen Endanschlag (52) am Polrohr (50) anliegt.. Mittels des anliegenden ersten Lagerschilds (30) sowie mittels des Endanschlags (52) wird der Magnetring (20) in beiden axialen Richtungen gegen Verschieben gesichert, wodurch sich der erfindungsgemäße Gleichstrommotor (10) durch eine besonders einfache und kostengünstige Hersteilbarkeit auszeichnet.

Description

B E S C H R E I B U N G

Gleichstrommotor für einen Stellantrieb

Die Erfindung betrifft einen Gleichstrommotor insbesondere für einen Stellantrieb.

Ein derartiger Gleichstrommotor ist beispielsweise aus der DE 198 33 802 Al bekannt. Der darin offenbarte Gleichstrommotor umfasst einen Rotor mit einer Ankerwicklung, der drehfest auf einer rotierbaren Rotorwelle angeordnet ist sowie einen Magnetring mit mehreren separaten und über den Umfang verteilten Permanentmagneten, die die Ankerwicklung des Rotors umfänglich umschließen. Ferner umfasst der offenbarte Gleichstrommotor einen ersten Lagerschild mit einer ersten Lageranordnung, mittels der die Rotorwelle drehbar gelagert ist, wobei der erste Lagerschild auf einer ersten axialen Seite des Magnetrings angeordnet ist und axial an dem Magnetring anliegt. Zusätzlich weist der Gleichstrommotor einen Kommutator auf, der axial benachbart zu dem Rotor drehfest auf der Rotorwelle angeordnet ist. Weiterhin weist der offenbarte Gleichstrommotor ein Polrohr auf, das den Magnetring umfänglich umschließt und in einem topfförmigen Gehäuse angeordnet ist, in dem das Polrohr einerseits axial gegen das Gehäuse selbst anliegt, wobei das Polrohr andererseits axial gegen den Lagerschild anliegt und somit in axialer Richtung fixiert ist.

Der Lagerschild und das Gehäuse des in der DE 198 33 802 Al offenbarten Gleichstrommotors sind beispielsweise miteinander verschraubt, vernietet, verklebt oder verschweißt, wodurch die Montage relativ aufwändig und somit kostenintensiv ist. Die DE 195 27 984 Al und die EP 0 305 915 Al offenbaren ferner jeweils einen Gleichstrommotor, der umfänglich von einem rohrförmigen Gehäuse umgeben ist, wobei an beiden axialen Enden des Gehäuses jeweils ein Lagerschild angeordnet ist, das über Rasthaken mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei die Permanentmagnete des in der DE 195 27 984 Al offenbarte Gleichstrommotors aufwändig in dem Gehäuse, beispielsweise durch Verkleben, befestigt sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Gleichstrommotor insbesondere für einen Stellantrieb zu schaffen, der sich durch einen besonders einfachen Aufbau hinsichtlich der Befestigung der Permanentmagnete und der Lagerschilde auszeichnet.

Diese Aufgabe wird durch einen Gleichstrommotor mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.

Ein Gleichstrommotor insbesondere für einen Stellantrieb umfasst einen Rotor mit einer Ankerwicklung der drehfest auf einer rotierbaren Rotorwelle angeordnet ist. Der Rotor weist typischerweise ein Blechpaket auf, das aus gestapelten Elektroblechen gebildet ist und mehrere Polzähne umfasst, die jeweils mit Kupferlackdraht bewickelt sind, wodurch an jedem Polzahn eine Spule ausgebildet wird, die einen Pol des Rotors bildet. Die Gesamtheit der gewickelten und elektrisch miteinander verbundenen Spulen wird als Ankerwicklung bezeichnet. Der Gleichstrommotor umfasst ferner einen feststehenden permanentmagnetischen Magnetring, der die Ankerwicklung des Rotors umfänglich umschließt. Dieser kann entweder einstückig ausgebildet werden oder alternativ einen Magnethaltering mit mehreren separat angebrachten Permanentmagneten beinhalten, die beispielsweise entlang des Umfangs des Magnetrings beabstandet zueinander angeordnet und befestigt sind. Um die Drehbarkeit des Rotors zu gewährleisten ist zwischen dem Rotor und dem Magnetring ein den Rotor vollständig umlaufender Luftspalt gebildet, sodass kein direkter Kontakt zwischen dem Rotor und dem Magnetring bzw. zwischen dem Rotor und den Permanentmagneten stattfindet. Vorzugsweise erstreckt sich der Magnetring in axialer Richtung über die gesamte axiale Länge des Rotors bzw. über die gesamte axiale Länge des Blechpakets des Rotors.

Weiterhin umfasst der Gleichstrommotor einen ersten Lagerschild mit einer ersten Lageranordnung, mittels der die Rotorwelle drehbar gelagert ist. Hierzu kann der Lagerschild ein Lagermittel aufweisen, dass die Rotorwelle aufnimmt und die Rotorwelle zumindest radial gelagert. Der erste Lagerschild ist auf einer ersten axialen Seite des Magnetrings angeordnet. Der Gleichstrommotor umfasst ferner einen Kommutator, der axial benachbart zu dem Rotor auf einer zweiten axialen Seite des Magnetrings drehfest auf der Rotorwelle angeordnet und mit der Ankerwicklung elektrisch verbunden ist. Dementsprechend ist der Kommutator in Bezug auf den ersten Lagerschild auf der gegenüberliegenden Seite des Magnetrings angeordnet.

Darüber hinaus umfasst der Gleichstrommotor einen axial benachbart zu dem Kommutator angeordneten zweiten Lagerschild mit einer zweiten Lageranordnung, mittels der die Rotorwelle drehbar gelagert ist. Hierzu weist der Lagerschild beispielsweise ein Lagermittel auf, das die Rotorwelle aufnimmt und die Rotorwelle zumindest radial lagert. Der zweite Lagerschild ist bevorzugt benachbart zu dem dem Magnetring abgewandten axialen Ende des Kommutators angeordnet. Der zweite Lagerschild weist eine Schleifkontaktanordnung auf, die den Kommutator radial kontaktiert, wobei die Schleifkontaktanordnung bevorzugt einen Schleifkontaktkörper aufweist, der radial unmittelbar an dem Kommutator anliegt und während der Drehung des Rotors an dem Kommutator schleift. Die Schleifkontaktkörper können beispielsweise mit einer Spannungsquelle elektrisch verbunden sein, wodurch die Ankerwicklung über die Schleifkontaktkörper und den Kommutator mit elektrischem Strom versorgt wird, der die Magnetisierung der Spulen bewirkt.

Zusätzlich umfasst der Gleichstrommotor ein Polrohr, das den Rotor, die beiden Lagerschilde und den Magnetring umfänglich umschließt. Das Polrohr bildet ein Gehäuse für den Gleichstrommotor, in das die genannten Komponenten des Gleichstrommotors vorzugsweise axial eingeschoben sind. Ferner dient das Polrohr als Rückschlussring. Selbstverständlich kann ein weiteres Gehäuse radial das Polrohr umgebend angeordnet sein.

Der Magnetring liegt an einer der beiden axialen Seiten gegen eines der Lagerschilde an und an einer anderen der beiden axialen Seiten gegen einen Endanschlag am Polrohr an. Beispielsweise kann der Magnetring an der ersten axialen Seite gegen den ersten Lagerschild anliegen, wobei der Magnetring dann an der zweiten axialen Seite an dem Endanschlag des Polrohrs anliegt. Alternativ kann der Magnetring an der ersten axialen Seite gegen den Endanschlag anliegen und an der zweiten axialen Seite gegen den zweiten Lagerschild anliegen. Somit kann der Endanschlag entweder auf der ersten axialen Seite des Magnetrings oder auf der zweiten axialen Seite des Magnetrings angeordnet sein, wobei der Magnetring immer an dem Lagerschild anliegt, der an der dem Endanschlag gegenüberliegenden axialen Seite des Magnetrings angeordnet ist. Folglich ist der Magnetring grundsätzlich einerseits durch den Endanschlag und andererseits durch einen der Lagerschilde axial fixiert und gegen Verschieben gesichert. Das Polrohr weist dazu vorzugsweise eine von der Innenwand des Polrohrs radial nach innen ragende Struktur auf, gegen die der Magnetring anliegt und gegen die der Magnetring von dem gegenüberliegenden Lagerschild gedrückt wird. Die nach innen ragende Struktur kann beispielsweise durch einen umlaufenden Absatz oder alternativ auch durch mehrere nach innen ragende Anschlagelemente gebildet sein.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Polrohr den Endanschlag, gegen den der Magnetring anliegt, kommutatorseitig auf. Zusätzlich liegt der erste Lagerschild an der anderen axialen Seite gegen den Magnetring an. Der Magnetring liegt folglich mit seinem dem ersten Lagerschild abgewandten axialen Ende an dem Endanschlag an und an der ersten axialen Seite an dem ersten Lagerschild an, wodurch der Magnetring in beiden axialen Verschieberichtungen fixiert wird. Der erste Lagerschild ist dabei axial derart positioniert, dass der Magnetring mit einer definierten Anpresskraft gegen den kommutatorseitigen Endanschlag gepresst wird und dadurch formschlüssig zwischen dem ersten Lagerschild und dem Endanschlag gegen Verschieben gesichert ist.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Lagerschilde jeweils mittels einer durch Rasthaken gebildeten Rasthakenverbindung an dem Polrohr befestigt. Dazu weist das Polrohr an beiden axialen Enden eine Eingriffstruktur auf, in die die Rasthaken des jeweiligen Lagerschilds eingreifen können, wobei die Rasthaken derart orientiert sind, dass die Lagerschilde nach dem Einrasten der Rasthaken nicht mehr entgegen der montagebedingten Einschubrichtung bewegt werden können. Insbesondere die Rasthaken des ersten Lagerschilds sind axial derart positioniert, dass die Verpressung des Magnetrings gegen den Endanschlag sichergestellt ist, d.h., dass die Rasthaken erst dann in die Eingriffstruktur eingreifen, wenn der Lagerschild derart weit in das Polrohr eingeschoben wurde, dass der Lagerschild an dem Magnetring anliegt. Die Lagerschilde werden während der Montage des Gleichstrommotors nach dem Einfügen des Rotors sowie des Magnetrings an beiden axialen Enden des Polrohrs in das Polrohr eingeschoben, bis die jeweiligen Rasthaken in die entsprechende Eingriffstruktur des Polrohrs eingreifen, wodurch die Lagerschilde gegen eine axiale Verschiebung nach außen gesichert sind. Durch den Presssitz des ersten Lagerschilds an dem Magnetring wird zusätzlich sichergestellt, dass eine axial nach außen wirkende Vorspannkraft auf den Lagerschild ausgeübt wird, die die Rasthaken gegen die Eingriffstruktur drücken, sodass die Rasthaken fest in die Eingriffstruktur eingreifen. Zusätzlich ist durch die Rasthaken ein Verdrehschutz für die Lagerschilde gebildet. Darüber hinaus lässt sich durch eine asymmetrische Verteilung der Rasthaken über den Umfang die rotatorische Ausrichtung der Lagerschilde bestimmen, sodass die Lagerschilde nur in einer bestimmten Drehposition in das Polrohr eingesetzt werden können.

Der zweite Lagerschild weist dagegen eine zusätzliche Anschlagstruktur auf, die beispielsweise an der Stirnfläche des Polrohrs anschlägt. Mittels dieser Anschlagstruktur kann auch am zweiten Lagerschild eine nach außen wirkende Vorspannkraft auf den Lagerschild ausgeübt werden, die einen festen Eingriff der Rasthaken in die Eingriffstruktur sicherstellt. Mittels der Rasthakenverbindung werden nicht nur die Lagerschilde selbst, sondern auch der Magnetring in einem einzigen Arbeitsschritt und ohne zusätzliche Befestigungsmittel in dem Polrohr befestigt, wodurch eine einfache und sichere Befestigung der Lagerschilde und des Magnetrings erreicht wird.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der erste Lagerschild mehrere, insbesondere zwei, sich im Wesentlichen axial erstreckende Arme auf, gegen die der Magnetring axial anliegt. Die Arme erstrecken sich somit von einem Lagerschild-Grundkörper zumindest in axialer Richtung, können sich aber auch abschnittsweise zusätzlich in radialer Richtung beispielsweise bogenförmig erstrecken. Zudem sind die Arme vorzugsweise zumindest in geringem Maße elastisch verformbar. Die elastische Verformbarkeit richtet sich grundsätzlich nach der Geometrie der Arme sowie deren Materialauswahl. Aufgrund der elastischen Verformbarkeit der Arme können diese während des Einbaus des ersten Lagerschild elastisch verformt und somit vorgespannt werden, sodass ein fester Eingriff der Rasthaken in der Eingriffstruktur sichergestellt ist. Zudem kann der Lagerschild-Grundkörper im Bereich der Lageranordnung mit einer relativ steifen Geometrie ausgestattet sein, wodurch eine sichere Lagerung der Rotorwelle ermöglicht wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der erste Lagerschild mehrere sich radial nach außen erstreckende Stege auf, von deren jeweiligem Ende sich jeweils ein Rasthaken axial in Richtung Magnetring erstreckt. Der Lagerschild weist somit vorzugsweise eine Art skelettierte Geometrie auf, mit einem massiven Lagerschild-Grundkörper im Bereich der Lageranordnung, von dem aus sich die Stege sternförmig radial nach außen bis hin zur Innenwand des Polrohr erstrecken. Von jedem radialen Ende eines Stegs erstreckt sich ein Rasthaken axial in Richtung Magnetring, wobei sich die Rasthaken nicht bis zu dem Magnetring erstrecken. Die Rasthaken können in unmittelbarer Nähe zum Grundkörper ausgebildet sein oder sich axial erstreckende Arme aufweisen, an deren Enden die eigentlichen Haken befestigt sind. Diese Arme sind leicht radial elastisch verformbar, so dass die Haken bei Erreichen einer Eingriffstruktur nach dem Einschieben in die entsprechenden Ausnehmungen greifen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Rasthaken jeweils einstückig mit dem ersten und dem zweiten Lagerschild ausgebildet. Die Rasthaken sind somit in den jeweiligen Lagerschild integriert, beispielsweise in einen durch Spritzguss hergestellten Kunststoff-Lagerschild, sodass die Rasthaken nicht zusätzlich an den Lagerschild montiert werden müssen. Hieraus ergeben sich Vorteile hinsichtlich der Produktionszeit und der -kosten sowie hinsichtlich der Toleranzkette insbesondere in Bezug auf die Anpresskraft des ersten Lagerschilds an den Magnetring.

Der Endschlag ist vorzugsweise durch mehrere Nasen gebildet, die sich von einer Innenwand des Polrohrs radial nach innen erstrecken. Besonders bevorzugt weist das Polrohr drei gleichmäßig über den Umfang verteilte Nasen aus, die radial nicht über den Innenumfang des Magnetrings hinausragen, so dass auf einfache Weise der Anschlag gebildet wird.

Der Magnetring weist vorzugsweise zu den Nasen korrespondierende Ausnehmungen auf, in die die Nasen formschlüssig eingreifen. Die Ausnehmungen sind vorzugsweise sich von der Stirnfläche des Magnetrings axial erstreckende halbzylindrische Vertiefungen, in die die Nasen eingreifen. Der Magnetring wird während der Montage mit den Ausnehmungen auf die Nasen aufgeschoben, sodass die Nasen in Umfangsrichtung von der Ausnehmung zumindest teilweise umschlossen sind, wodurch ein Verdrehen des Magnetrings verhindert wird. Folglich ist der Magnetring mittels des Anschlags sowohl gegen axiales Verschieben als auch gegen Verdrehen gesichert, was mit einem zusätzlichen Anschlagbauteil nur sehr aufwändig zu realisieren wäre.

In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Nasen asymmetrisch entlang des Innenumfangs des Polrohrs angeordnet, wobei die Ausnehmungen in korrespondierender Weise asymmetrisch entlang des Umfangs des Magnetrings angeordnet sind. Der Winkel zwischen zwei benachbarten Nasen des Polrohrs bzw. zwei benachbarten Ausnehmungen des Magnetrings variiert somit über den Umfang des Gleichstrommotors, sodass der Magnetring nur in einer bestimmten Drehposition mit den Ausnehmungen auf die Nasen aufgeschoben werden kann. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Magnetpole des Magnetrings korrekt ausgerichtet sind. Dies ist insbesondere bei der Verwendung eines anisotropen Magneten vorteilhaft.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Lageranordnung durch ein erstes Gleitlager gebildet, das einstückig mit dem ersten Lagerschild ausgebildet ist, wobei die Rotorwelle unmittelbar in dem ersten Gleitlager gelagert ist. Der erste Lagerschild und somit das integrierte Gleitlager sind vorzugsweise aus einem Kunststoff mit besonders guten Gleiteigenschaften hergestellt, sodass die Rotorwelle unmittelbar und ohne ein zusätzliches, separates Lagerelement in dem Gleitlager rotieren kann. Dies vereinfacht die Montage des Gleichstrommotors und senkt die Produktionskosten im Vergleich zu einem Gleichstrommotor gemäß Stand der Technik, wobei dennoch eine relativ hohe Lebensdauer des Gleitlagers erreicht wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Schleifkontaktanordnung mehrere Schleifkontakthalterungen auf, die einstückig mit dem zweiten Lagerschild ausgebildet sind. Dazu ist der zweite Lagerschild vorzugsweise als Spritzgussteil aus einem Kunststoff mit elektrischen Isolationseigenschaften hergestellt, wodurch komplexe Geometrien relativ schnell und kostengünstig realisiert werden können. Die Schleifkontakthalterungen nehmen die an dem Kommutator schleifenden Schleifkontaktkörper auf und drücken diese, beispielsweise mittels einer entsprechenden Feder, gegen den Kommutator, wobei durch die Integration der Schleifkontakthalterungen in den zweiten Lagerschild auf eine separate, kostenintensive Schleifkontakthalterung verzichtet werden kann.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Polrohr mehrere entlang des Innenumfangs verteilte Taschen auf, in die die Rasthaken eingreifen. Die Taschen können beispielsweise rechteckig ausgebildet sein, verfügen aber zumindest über eine gerade Kante, an der der Rasthaken eingreifen kann. Die Taschen können beispielsweise als von der inneren Mantelfläche ausgehende Vertiefung ausgebildet sein, können alternativ aber auch fensterartig als radial durchgehende Öffnung in der Polrohrwand ausgebildet sein.

Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Teilschnittansicht entlang der Drehachse des erfindungsgemäßen Gleichstrommotors,

Figur 2 eine Längsschnittansicht des Gleichstrommotors der Figur 1 durch die an dem Magnetring axial anliegenden Arme des ersten Lagerschilds,

Figur 3 eine Längsschnittansicht des Gleichstrommotors der Figur 1 durch den an dem Magnetring anliegenden Endanschlag des Polrohrs, deren Verlauf in Figur 4 schematisch angedeutet ist,

Figur 4 eine Querschnittansicht des Polrohrs des Gleichstrommotors der Figur 1, und

Figur 5 eine perspektivische Darstellung des Magnetrings des Gleichstrommotors der Figur 1.

Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 zeigen einen Gleichstrommotor 10 für einen Stellantrieb. Der Gleichstrommotor 10 umfasst einen Rotor 14 der auf einer rotierbaren Rotorwelle 12 drehfest angeordnet ist und ein Blechpaket 141, gebildet aus einer Vielzahl gestapelter Elektrobleche, aufweist. Das sternförmige Blechpaket 141 weist mehrere Polzähne 142 auf, die jeweils mit einer aus Kupferlackdraht gewickelten Spule 143 bestückt sind, wobei die Spulen 143 alle elektrisch miteinander verschaltet sind und die Ankerwicklung 16 bilden.

Der Gleichstrommotor 10 umfasst weiterhin einen hohlzylindrischen und anisotropen Magnetring 20 mit mehreren in den Magnetring 20 integrierten Magnetpolen, die die Ankerwicklung 16 umfänglich umschließen. Jede im Betrieb mit elektrischem Strom durchflossene Spule 143, bildet gemeinsam mit dem den magnetischen Kern bildenden Polzahn 142 einen elektromagnetischen Pol des Rotors 14, wobei die elektromagnetischen Pole mit den Polen der Permanentmagneten in Wechselwirkung stehen, um die Drehbewegung des Rotors 14 zu erzeugen.

Der Gleichstrommotor 10 umfasst einen ersten spinnenartig geformten Lagerschild 30, der auf einer ersten axialen Seite A des Magnetrings 20 angeordnet ist. Der Lagerschild 30 ist aus einem besonders gleitfähigen Kunststoffmaterial hergestellt und weist eine erste Lageranordnung 38 auf, die durch ein erstes, hohlzylindrisches und in den ersten Lagerschild 30 integriertes Gleitlager 39 gebildet ist, wobei die Rotorwelle 12 unmittelbar in dem Gleitlager 39 drehbar gelagert ist.

Der Gleichstrommotor 10 umfasst ferner einen Kommutator 18 mit mehreren entlang seines Umfangs verteilten Kontaktelementen 19. Der Kommutator 18 ist auf einer zweiten axialen Seite B des Magnetrings 20 benachbart zu dem Magnetring 20 angeordnet.

Ferner weist der Gleichstrommotor 10 einen zweiten Lagerschild 40 auf, der axial benachbart zu dem Kommutator 18 auf der zweiten axiale Seite B des Magnetrings 20 angeordnet ist, wobei der zweite Lagerschild 40 auf der dem Magnetring 20 gegenüberliegenden Seite des Kommutators 18 angeordnet ist. Der zweite Lagerschild 40 ist, genauso wie der erste Lagerschild 30, aus einem besonders gleitfähigen Kunststoffmaterial hergestellt und umfasst eine zweite Lageranordnung 44, die durch ein zweites, hohlzylindrisches und in den zweiten Lagerschild 40 integriertes zweites Gleitlager 45 gebildet ist, wobei die Rotorwelle 12 unmittelbar in dem zweiten Gleitlager 45 gelagert ist.

Ferner weist der zweite Lagerschild 40 eine Schleifkontaktanordnung 46 mit in den zweiten Lagerschild 40 integrierten Schleifkontakthalterungen 48 auf, die sich axial in Richtung Kommutator 18 erstrecken, wie in Fig. 1 und Fig. 2 gut erkennbar ist. In jeder Schleifkontakthalterung 48 ist jeweils ein radial verschiebbarer Schleifkontaktkörper 49 angeordnet, der durch eine Schleifkontaktfeder (nicht dargestellt) in Richtung Kommutator 18 gedrückt wird, wodurch jeder Schleifkontaktkörper 49 in einem permanenten schleifenden Kontakt mit den Kontaktplatten 19 des sich im Betrieb drehenden Kommutators 18 steht. Die Schleifkontaktkörper 49 sind elektrisch leitend ausgebildet und mit einer Spannungsquelle (nicht dargestellt) elektrisch verbunden, wohingegen die Kontaktplatten 19 mit der Ankerwicklung 16 elektrisch verbunden sind. Durch den schleifenden Kontakt zwischen den Schleifkontaktkörpern 49 und den Kontaktelementen 19 wird der Stromkreis zwischen der Ankerwicklung 16 und der Spannungsquelle geschlossen, sodass die einzelnen Spulen 143 der Ankerwicklung 16 mit Strom durchflossen sind. Hierdurch werden die Spulen 143 magnetisiert, wobei durch die unterschiedlichen verschalteten Kontaktelemente 19 des Kommutators 18 das in den Spulen 143 erzeugte elektromagnetische Feld durch Umkehrung der Stromrichtung in den Spulen 143 intermittierend umgepolt wird, wodurch die Drehbewegung des Rotors 14 erzeugt, beziehungsweise aufrechterhalten wird.

Darüber hinaus umfasst der Gleichstrommotor 10 ein hohlzylindrisches Polrohr 50, das den Rotor 14, die beiden Lagerschilde 30, 40 und den Magnetring 20 umfänglich umschließt. Das Pohlrohr 50 weist einen Endanschlag 52 auf, der durch drei sich von einer Innenwand 56 des Polrohrs 50 radial nach innen erstreckende Nasen 54 gebildet ist, wie in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigt ist, wobei die Nasen 54 asymmetrisch, d.h. ungleichmäßig über den Umfang verteilt sind und in Bezug auf die radiale Erstreckungsrichtung einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Axial sind die Nasen 54 auf einer gemeinsamen Transversalebene angeordnet, wobei die Nasen 54 axial benachbart, aber beabstandet zu dem Kommutator 18 auf der der ersten axialen Seite A zugewandten Seite des Kommutators 18 angeordnet sind.

Der Magnetring 20 weist drei zu den Nasen 54 des Polrohrs 50 korrespondierende Ausnehmungen 22 auf, die in gleicher Weise wie die Nasen 54 asymmetrisch über den Umfang des Magnetrings 20 verteilt sind, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Die Ausnehmungen 22 erstrecken sich radial von einer radialen Innenwand 201 des Magnetrings 20 zu einer radialen Außenwand 202 des Magnetrings 20 und weisen einen im Wesentlichen halbzylindrischen Querschnitt auf, wobei jede Ausnehmung 22 zu einer Stirnfläche 203 des Magnetrings 20 geöffnet ausgebildet ist. Der Außendurchmesser des Magnetrings 20 entspricht im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Polrohrs 50, sodass der Magnetring 20 radial innen an dem Polrohr 50 anliegt. Axial liegt der Magnetring 20 an dem Endanschlag 52 an, wobei die Ausnehmungen 22 axial auf die Nasen 54 aufgeschoben sind und die Nasen 54 umfänglich umgreifen. Hierdurch ist der Magnetring 20 zum einen in einer ersten axialen Richtung gegen Verschieben und zum anderen in Umfangsrichtung gegen Verdrehen gesichert, wobei der Magnetring 20 entsprechend seiner magnetischen Anisotropie aufgrund der asymmetrischen Anordnung der Nasen 54 nur in einer bestimmten Drehposition auf die Nasen 54 aufgeschoben werden kann.

Der erste Lagerschild 30 weist zwei sich von dem ersten Gleitlager 39 in einem ersten Abschnitt 301 radial und in einem zweiten Abschnitt 302 axial erstreckende Arme 34 auf, wobei der Magnetring 20 axial gegen die Arme 34 anliegt, wie in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt ist. Die Arme 34 erstrecken sich axial derart weit, dass zwischen dem Gleitlager 39 und dem Rotor 14 ein relativ großer Freiraum gebildet ist. Die beiden Arme 34 sind vorzugsweise radial gegenüberliegend zueinander angeordnet und drücken den Magnetring 20 axial gegen den Endanschlag 52, sodass der Magnetring 20 axial in einer zweiten axialen Richtung gegen Verschieben gesichert ist und somit vollständig innerhalb des Polrohrs 50 fixiert ist.

Zusätzlich weist der erste Lagerschild 30 drei sich axial erstreckende Rasthaken 32 auf, die sich jeweils von einem radialen Ende eines sich radial nach außen erstreckenden Stegs 36 axial in Richtung Magnetring 20 erstrecken, wie in Fig. 1 und Fig. 3 gezeigt ist. Ferner weist auch der zweite Lagerschild 40 drei sich axial erstreckende Rasthaken 42 auf, die sich von dem Lagerschild 40 axial in Richtung Magnetring 20 erstrecken. Das Polrohr 50 weist zudem insgesamt sechs sich entlang des Umfangs verteilte fensterartige Taschen 58, 59 auf, wobei drei Taschen 59 auf der ersten axialen Seite A des Magnetrings 20 den Rasthaken 32 des ersten Lagerschilds 30 zugeordnet sind und drei weitere Taschen 58 auf der zweiten axialen Seite B des Magnetrings 20 den Rasthaken 42 des zweiten Lagerschilds 40 zugeordnet und korrespondierend dazu angeordnet sind. Die Rasthaken 32, 42 weisen jeweils einen sich axial nach außen erstreckenden Vorsprung 33, 43, wobei jeder Rasthaken 32, 42 sich ausgehend von dem Vorsprung 33, 43 an seiner jeweiligen radialen Außenseite in Richtung der Rasthakenspitze verjüngt. Aufgrund der Verjüngung werden die Rasthaken 32, 42 während der Montage, d.h. während des Einschiebens der Lagerschilde 30, 40 in das Polrohr 50 radial nach innen gedrückt, wodurch die Rasthakenarme 37 elastisch verformt werden. Sobald die Rasthaken 32, 42 die Taschen 58, 59 erreicht haben, bewegen sich die Rasthaken radial nach außen. Dabei nimmt jede Tasche 58, 59 den ihr zugeordneten Rasthaken 32, 42 in der Endposition der Lagerschilde 30, 40 auf, wobei jede Tasche 58, 59 eine Eingriffsfläche 581, 591 aufweist, die von dem jeweiligen Vorsprung 33, 43 des Rasthaken 32, 42 hintergriffen wird. Hierdurch wird jeder Lagerschild 30, 40 gegen ein axiales Verschieben entgegen der montagebedingten Einschubrichtung gesichert, wobei die jeweilige Rasthakenverbindung die Lagerschilde 30,40 zusätzlich gegen Verdrehen sichert.

Die Rasthaken 32 des ersten Lagerschilds 30 auf der ersten axialen Seite A des Magnetrings 20, bzw. deren Vorsprung 33 ist in Bezug auf das magnetringseitige axiale Ende der Arme 34 derart positioniert, dass zum Einrasten der Rasthaken 32 in den korrespondierenden Taschen 59 die an dem Magnetring 20 axial anliegenden Arme 34 eine leichte elastische Verformung sowohl im axialen Abschnitt 302 als auch im radialen Abschnitt 301 vollziehen müssen. Somit muss beim Einschieben des ersten Lagerschilds 30 eine gewisse Montagekraft aufgebracht werden, um das Einrasten der Rasthaken 32 in den Taschen 59 zu bewirken. Die elastische Verformung der Arme 34 bewirkt eine axiale Anpresskraft auf den Magnetring 20, die den Magnetring 20 gegen den Endanschlag 52 drückt und den Magnetring 20 sicher befestigt. Ferner wird aufgrund der elastischen Verformung der Arme 34 eine axiale nach außen wirkende Gegenkraft auf den ersten Lagerschild 30 ausgeübt, der die Vorsprünge 33 der jeweiligen Rasthaken 32 gegen die entsprechende Eingriffsfläche 591 der Taschen 59 drückt und auf diese Weise für einen festen Sitz des ersten Lagerschilds 30 sorgt. Zusätzlich wirken die in die Taschen 59 greifenden Rasthaken 32 als Verdrehschutz für den ersten Lagerschild 30.

Der zweite Lagerschild 40 weist hingegen mehrere über den Umfang verteilte Anschlagmittel 41 auf, die in der Endposition des zweiten Lagerschilds 40 axial gegen die Stirnfläche 55 des Polrohrs 50 auf der zweiten axialen Seite B des Magnetrings 20 anliegen. Die Rasthaken 42 des zweiten Lagerschilds 40 auf der zweiten axialen Seite B des Magnetrings 20, bzw. deren jeweiliger Vorsprung 43 ist in Bezug auf die an der Stirnfläche 55 anliegenden Anschlagmittel 41 derart positioniert, dass zum Einrasten der Rasthaken 42 in den korrespondierenden Taschen 58 die Anschlagmittel 41 eine leichte elastische Verformung vollziehen müssen. Somit muss beim Einschieben des zweiten Lagerschilds 40 eine gewisse Montagekraft aufgebracht werden, um das Einrasten der Rasthaken 42 in den Taschen 58 zu bewirken. Die elastische Verformung der Anschlagmittel 41 bewirkt eine nach außen gerichtete Axialkraft, die auf den zweiten Lagerschild 40 ausgeübt wird und somit die Vorsprünge 43 der jeweiligen Rasthaken 42 gegen die entsprechenden Eingriffsflächen 581 der Taschen 58 drückt und somit für einen festen Sitz des zweiten Lagerschilds 40 sorgt.

Folglich werden die Lagerschilde 30, 40 nur von der jeweiligen Rasthakenverbindung in dem Polrohr 50 befestigt, wobei mittels des Endanschlags 52 mit den Nasen 54 zusätzlich der Magnetring 20 sowohl axial als auch gegen Verdrehen gesichert ist, wodurch sich der erfindungsgemäße Gleichstrommotor 10 durch eine besonders einfache und kostengünstige Hersteilbarkeit auszeichnet.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Gleichstrommotor (10) insbesondere für einen Stellantrieb umfassend :

- einen Rotor (14) mit einer Ankerwicklung (16), der drehfest auf einer rotierbaren Rotorwelle (12) angeordnet ist,

- einen Magnetring (20) mit mehreren über den Umfang verteilten Permanentmagneten, die die Ankerwicklung (16) des Rotors (14) umfänglich umschließen,

- einen ersten Lagerschild (30) mit einer ersten Lageranordnung (24), mittels der die Rotorwelle (12) drehbar gelagert ist, wobei der erste Lagerschild (30) auf einer ersten axialen Seite (A) des Magnetrings (20) angeordnet ist und

- einen Kommutator (18), der axial benachbart zu dem Rotor (14) auf einer zweiten axialen Seite (B) des Magnetrings (20) drehfest auf der Rotorwelle (14) angeordnet ist,

- einen axial benachbart zu dem Kommutator (18) angeordneten zweiten Lagerschild (40) mit einer zweiten Lageranordnung (44), mittels der die Rotorwelle (12) drehbar gelagert ist, wobei der zweite Lagerschild (40) eine den Kommutator (18) radial kontaktierende Schleifkontaktanordnung (46) aufweist,

- ein Polrohr (50), das den Rotor (14), die beiden Lagerschilde (30, 40) und den Magnetring (20) umfänglich umschließt, wobei der Magnetring (20) an einer der beiden axialen Seiten (A,B) gegen eines der Lagerschilde (30, 40) anliegt und an einer anderen der beiden axialen Seiten (B,A) gegen einen Endanschlag (52) am Polrohr (50) anliegt.

2. Gleichstrommotor (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polrohr (50) den Endanschlag (52) gegen den der Magnetring (20) anliegt, kommutatorseitig aufweist und der erste Lagerschild (30) an der anderen axialen Seite (A) gegen den Magnetring (20) anliegt.

3. Gleichstrommotor (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lagerschilde (30, 40) jeweils mittels einer durch Rasthaken (32, 42) gebildeten Rasthakenverbindung an dem Polrohr (50) befestigt sind.

4. Gleichstrommotor (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lagerschild (30) sich im Wesentlichen axial erstreckende Arme (34) aufweist, gegen die der Magnetring (20) axial anliegt.

5. Gleichstrommotor (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lagerschild (30) mehrere sich radial nach außen erstreckende Stege (36) aufweist, von deren jeweiligem Ende sich jeweils ein Rasthaken (32) axial in Richtung Magnetring (20) erstreckt.

6. Gleichstrommotor (10) gemäß einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rasthaken (32, 42) jeweils einstückig mit dem ersten und dem zweiten Lagerschild (30, 40) ausgebildet sind.

7. Gleichstrommotor (10) gemäß einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, dass der Endanschlag (52) durch mehrere Nasen (54) gebildet ist, die sich von einer Innenwand (56) des Polrohrs (50) radial nach innen erstrecken.

8. Gleichstrommotor (10) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetring (20) zu den Nasen (54) korrespondierende Ausnehmungen (22) aufweist, in die die Nasen (54) formschlüssig eingreifen, wodurch ein Verdrehschutz für den Magnetring (20) gebildet ist.

9. Gleichstrommotor (10) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nasen (54) asymmetrisch entlang des Innenumfangs des Polrohrs (50) angeordnet sind, wobei die Ausnehmungen (22) in korrespondierender Weise asymmetrisch entlang des Umfangs des Magnetrings (20) angeordnet sind.

10. Gleichstrommotor (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lageranordnung (38) durch ein erstes Gleitlager (39) gebildet ist, das einstückig mit dem ersten Lagerschild (30) ausgebildet ist, wobei die Rotorwelle (12) unmittelbar in dem ersten Gleitlager (39) gelagert ist.

11. Gleichstrommotor (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifkontaktanordnung (46) mehrere Schleifkontakthalterungen (48) aufweist, die einstückig mit dem zweiten Lagerschild (40) ausgebildet sind.

12. Gleichstrommotor (10) gemäß einem der Ansprüche 3-9, dadurch gekennzeichnet, dass das Polrohr (50) mehrere entlang des Innenumfangs verteilte Taschen (58, 59) aufweist, in die die Rasthaken (32, 42) von innen eingreifen.

13. Gleichstrommotor (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lagerschild (30) aus einem Kunststoffmaterial gefertigt ist.