Anordnung zur Befestigung eines Ringmagneten auf einer Ankerwelle
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Befestigungsanordnung zur Befestigung eines Ringmagneten auf einer Ankerwelle einer elektrischen Maschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei bekannten elektrischen Maschinen, insbesondere bei Kommutator-Motoren, welche z.B. als Antriebsmotoren für elektrische Fensterheber oder zur Unterstützung der Lenkkraft o.Ä. in Fahrzeugen eingesetzt werden, werden Ringmagnete zur Ermittlung der Rotordrehzahl und der Drehrichtung verwendet. Diese Ringmagnete sind auf der
Ankerwelle des Motors befestigt. Hierbei sind die Magnete sowohl hohen thermischen als auch mechanischen Belastungen ausgesetzt. Üblicherweise wird der Ringmagnet zur Befestigung auf der Ankerwelle mit dieser verklebt. Dieses Verfahren erfüllt die hohen thermischen und mechanischen
Anforderungen, ist jedoch mit einem hohen Fertigungsaufwand verbunden und sehr kostenintensiv. Aufgrund der hohen thermischen Belastungen treten jedoch bei den aus unterschiedlichen Materialien hergestellten Bauteilen des
Motors unterschiedliche Wärmeausdehnungen auf, was zu Funktionsproblemen des Motors führen kann. Die bekannten Befestigungsmöglichkeiten des Ringmagneten auf der Ankerwelle können jedoch keinen Ausgleich für unterschiedliche Wärmeausdehnungen der Bauteile bereitstellen. Zur Erhöhung der Funktionssicherheit des Motors wäre es daher wünschenswert, einen derartigen Wärmedehnungsausgleich bereitzustellen und das Verkleben durch eine geeignete Anwendung zu ersetzen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung zur Befestigung eines Ringmagneten auf einer Ankerwelle einer elektrischen Maschine weist demgegenüber den Vorteil auf, dass sie die im Betrieb auftretenden unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der Bauteile ausgleichen kann. Weiterhin ist die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung einfach aufgebaut und kann kostengünstig hergestellt und montiert werden. Darüber hinaus ist auch eine zerstörungsfreie Demontage des
Ringmagneten bzw. anderer Bauteile der Befestigungsanordnung von der Ankerwelle möglich. Die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung ist derart aufgebaut, dass der Ringmagnet an einer ersten Stirnseite an einem auf der Ankerwelle angeordneten Bauteil anliegt und an seiner entgegengesetzten zweiten Stirnseite an einem auf der Ankerwelle angeordneten Befestigungselement anliegt. Das Befestigungselement übt auf den Ringmagneten eine Vorspannkraf in Axialrichtung, d.h. in Axialrichtung der Ankerwelle, aus. Dadurch wird der Ringmagnet gegen das ortsfest auf der Ankerwelle angeordnete Bauteil gedrück . Weiterhin ist das Befestigungselement auf der Ankerwelle mit Vorspannung in Radialrichtung, d.h. m Radialrichtung der Ankerwelle, angeordnet. Somit wird durch das
erfindungsgemäße Befestigungselement der Ringmagnet federnd gegen ein auf der Ankerwelle ortsfest angeordnetes Bauteil gedrückt und kann somit axiale Wärmeausdehnungen insbesondere des Ringmagneten ausgleichen. Weiterhin ist das Befestigungselement auch federnd in Radialrichtung auf der Ankerwelle angeordnet, so dass es neben dem Ausgleich von Längenänderungen in Axialrichtung auch Längenänderungen in Radialrichtung ausgleichen kann und eine radiale Zentrierung auf der Ankerwelle ermöglicht wird. Das erfindungsgemäße Befestigungselement stellt somit einen zweifachen, in zwei unterschiedliche Richtungen (Axial- und Radialrichtung) wirkenden federnden Ausgleich bereit. Der Ringmagnet kann dabei auch lose, insbesondere mit einer engen Spielpassung, auf der Ankerwelle angeordnet werden und dreht sich aufgrund der vom Befestigungselement ausgeübten Vorspannung in
Axialrichtung mit der Ankerwelle mit. Dadurch kann auch eine zerstörungsfreie Demontage gewährleistet werden, um einzelne Bauteile einem Recycling zuzuführen bzw. einzelne beschädigte Bauteile ersetzen zu können, ohne dass z.B. die gesamte Baugruppe "Ankerwelle" ersetzt werden muss.
Vorzugsweise ist das Befestigungselement als Spannhülse mit einem Zylinderbereich und einem Flanschbereich ausgebildet . Der Flanschbereich ist dabei ungefähr senkrecht zum Zylinderbereich angeordnet und stellt die Vorspannung in
Axialrichtung zum Ringmagneten bereit. Der Zylinderbereich stellt die Vorspannung in Radialrichtung der Ankerwelle bereit .
Um einen einfachen Aufbau der Spannhülse bereitzustellen, sind am Flanschbereich und/oder am Zylinderbereich der Spannhülse vorzugsweise eine oder mehrere Federelemente angeordnet. Besonders bevorzugt sind die Federelemente als Federzungen bzw. federnde vorstehende Bereiche in Form von
Sicken ausgebildet, so dass die Federelemente integrale Bestandteile der Spannhülse sind. Dadurch kann das Befestigungselement als einteiliges Bauteil ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist das Befestigungselement mit dem Ringmagnet bzw. der Ankerwelle kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden. Bei einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Ringmagnet und dem Befestigungselement kann der Ringmagnet ein plane Anlagefläche für das
Befestigungselement aufweisen. Dabei ist die durch das Befestigungselement aufgebrachte Vorspannkraft in Axialrichtung auf den Ringmagneten so groß, dass beim Beschleunigen bzw. Verzögern keine Relatiwerdrehung zwischen dem Ringmagneten und dem auf der Ankerwelle ortsfest angeordneten Bauteil auftritt. Somit kann ein einfacher und kostengünstiger Aufbau der Bauteile bereitgestellt werden. Für eine formschlüssige Verbindung können beispielsweise am Ringmagneten bzw. der Ankerwelle Vorsprünge und/oder Aussparungen vorgesehen sein, in welche entsprechend gebildete Federzungen des Befestigungselements eingreifen. Insbesondere kann eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Ringmagneten und dem Befestigungselement mit Sicherheit eine Relatiwerdrehung zwischen der Ankerwellε und dem Ringmagneten ausschließen. Besonders bevorzugt wird eine Verbindung zwischen der Ankerwelle und dem Befestigungselement ausschließlich mittels einer kraftschlüssigen Verbindung ermöglicht.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Befestigungselement zweiteilig ausgebildet. Dabei umfasst das
Befestigungselement eine Spannhülse und einen Federring. Die Spannhülse stellt dabei die Vorspannung in Axialrichtung
bereit und der Federring stellt die Vorspannung in Radialrichtung bereit. Der Federring ist dabei vorzugsweise im Inneren der Spannhülse angeordnet, so dass der Federring zwischen der Ankerwelle und der Spannhülse liegt.
Vorzugsweise weist der Federring des zweiteiligen Befestigungselements einen in Axialrichtung durchgehenden Schlitz auf. Die Vorspannung in Radialrichtung wird vorzugsweise durch eine Vielzahl von nach außen gerichteten, federnden Vorsprüngen (Sicken) bereitgestellt. Ein derartiger Federring kann in einfacher und kostengünstiger Weise beispielsweise durch Umformen eines Federblechs hergestellt werden.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Federring an seinen beiden in Axialrichtung liegenden Enden jeweils eine Vielzahl von an seinem Umfang verteilten Federzungen auf, welche die Vorspannkraft in Radialrichtung bereitstellen. Um einen Anschlag für den Federring bereitzustellen, weist die Spannhülse vorzugsweise an ihrem dem Flanschbereich entgegengesetzten Ende einen in Radialrichtung nach innen gerichteten Fortsatz auf.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist an der Ankerwelle ein
Wellenabsatz vorgesehen, welcher als Anschlag für das Befestigungselement bzw. die beiden Bauteile bei einem zweiteiligen Befestigungselement dient.
Vorzugsweise wird die Befestigungsanordnung bei einem Kommutator-Motor verwendet und das auf der Ankerwelle ortsfest angeordnete Bauteil ist der Kommutator der elektrischen Maschine oder ein Wellenabsatz in der Ankerwelle .
Eine in axialer Richtung besonders platzsparende Bauweise ergibt sich, wenn das fest auf der Ankerwelle angeordnete Bauteil ein Abschnitt des Befestigungselements ist und der Abschnitt und das Befestigungselement über einen
Zwischenabschnitt, um den der Ringmagnet angeordnet ist, miteinander verbunden sind. An diesem Abschnitt ist vorzugsweise ein Auflagebereich für den Ringmagneten vorgesehen, der wenigstens eine, vorzugsweise von der Ankerwelle, zumindest schräg abstehende Lasche für den
Ringmagneten auf eist. Eine gute Zentrierung ergibt sich, wenn die erste Stirnseite des Ringmagneten einen konischen Innenbereich aufweist.
In einer bevorzugten Weiterbildung weist der Abschnitt wenigstens ein Federelement auf, das sich an der Ankerwelle abstützt und der Verdrehsicherung und/oder axialen Sicherung dient, wobei vorzugsweise mehrere Federelemente angeordnet sind, die sich vorzugsweise an die Laschen anschließen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Befεstigungsanordnung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.
Zeichnungen
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematischε, teilweise geschnittene
Seitenansicht einer Befestigungsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Figur 2 eine geschnittene Seitenansicht des
Befestigungselements der in Figur 1 gezeigten
Befestigungsanordnung , Figur 3 eine Vorderansicht des in Figur 2 gezeigten Befestigungselements,
Figur 4 eine perspektivische Ansicht eines Ringmagneten, welcher mittels der erfindungsgemäßen
Befestigungsanordnung fixiert wird, Figur 5 eine Vorderansicht des in Figur 4 gezeigten Ringmagneten,
Figur 6 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer
Befestigungsanordnung gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Figur 7 eine geschnittene Seitenansicht einer Spannhülse des Befestigungselements gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel , Figur 8 eine Vorderansicht der in Figur 7 gezeigten
Spannhülse, Figur 9 eine Seitenansicht eines Federrings des Befestigungselements gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel , Figur 10 eine Vorderansicht des in Figur 9 gezeigten
Federelements , Figur 11 eine geschnittene Seitenansicht einer Befestigungsanordnung gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Figur 12 eine geschnittene Seitenansicht einer
Befestigungsanordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Figur 13 eine Vorderansicht einer Befestigungsanordnung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Figur 14 eine schematische, teilweise geschnittene
Seitenansicht einer Befestigungsanordnung gemäß
einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und Figur 15 eine Vorderansicht des Spannelements aus Figur 14.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 5 eine Befestigungsanordnung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie aus Figur 1 ersichtlich, ist die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung 1 zur Befestigung eines Ringmagneten 2 auf einer Ankerwelle 3 einer elektrischen Maschine vorgesehen. Der Ringmagnet 2 dient dabei zur Ermittlung einer Drehzahl der Ankerwelle 3 und/oder der Drehrichtung der Ankerwelle 3. Die Ankerwelle 3 ist dabei in einem nicht dargestellten Stator zentrisch angeordnet und wird mittels Lagern im Gehäuse des Stators gelagert. In Figur 1 ist aus Gründen einer vereinf chten Darstellung nur ein Lager 10 dargestellt.
Die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung umfasst ein Befestigungselement 4, welches im Detail in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist. Das Befestigungselement 4 umfasst einen Zylinderbereich 5 und einen Flanschbereich 6. Der Zylinderbereich 5 dient zur Befestigung des Befestigungselements 4 auf der Ankerwelle 3. Wie insbesondere in Figur 3 gezeigt, sind dabei am Zylinderbereich 5 nach innen gerichtete Vorsprünge (Sicken) ausgebildet, welche als Federelemente 8 vorgesehen sind, um eine Feder- bzw. Vorspannkraft in Radialrichtung R des Zylinderbεreichs 5 bereitzustellen. Die Spannhülse 4 ist dabei vorzugsweise aus einem Federblech hergestellt. Wie weiterhin aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich ist, wird eine
Vorspannkraft in Axialrichtung A der Spannhülse durch drei Federzungen 7 (vgl. Figur 3) bereitgestellt, welche an einem senkrechten Flanschbereich 6 der Spannhülse 4 vorgesehen sind und in Axialrichtung von der Spannhülse 4 vorstehen. 5 Die Federzungen 7 stehen dabei unmittelbar in Kontakt mit dem Ringmagnet 2 und drücken den Ringmagnet 2 gegen den Kommutator 9 (vgl. Figur 1) . Wie aus den Figuren 4 und 5 ersichtlich ist, sind im Ringmagnet 2 eine Vielzahl von V- förmigen Aussparungen 12 gebildet, welche für eine
L0 formschlüssige Verbindung mit dεn Federzungen 7 der Spannhülse vorgesehen sind. Somit stellt die Befestigungsanordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gleichzeitig einε formschlüssige Verbindung zwischen den Federzungen 7 und dem Ringmagnet 2 bereit als auch eine
L5 kraftschlüssige Verbindung zwischen den Federzungen 7 und dem Ringmagnet 2, da die Federzungen 7 den Ringmagnet 2 gegen den Kommutator in Axialrichtung A vorspannen.
Wie am besten aus Figur 3 ersichtlich ist, können die 20 Federzungen 7 einfach durch Ausstanzen von Bereichen am
Flanschbereich 6 und anschließendem Umformen der Federzungen 7 nach außen, so dass sie einen gewölbten Kontaktbereich aufweisen, hergestellt werden.
25 Es sei angemerkt, dass die Anzahl der Federzungen 7 und die Anzahl der Federelemente 8 beliebig gewählt v/erdεn kann. Es muss nur sichergestellt werden, dass eine ausreichende Vorspannkraf in Axialrichtung bzw. Radialrichtung bereitgestellt wird.
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Wie insbesondere aus Figur 2 ersichtlich ist, ist am Spannelement 4 noch zusätzlich ein äußerer zylindrischer Bereich 11 vorgesehen, welcher eine verbesserte Stabilität
der Spannhülse 4 bereitstellt und die Montage des komplettierten Ankers in das Polgehäuse vereinfacht.
Neben der Bereitstellung der Fedεrkraft in radialer Richtung bewirken die Federelemente 8 am inneren Umfang des
Zylinderbereichs 5 der Spannhülse 4 auch eine ortsfeste Positionierung der Spannhülse 4 auf der Ankerwelle 3. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, sind die Federelemente 8 derart ausgebildet, dass sie über die gesamte Länge des Zylinderbereichs 5 verlaufen. Es ist jedoch auch möglich, dass sie nur über einεn oder mehrεre Teilbereiche des Zylinderbεreichs 5 der Spannhülse 4 verlaufen. Somit ist die Spannhülse 4 mittels Kraftschluss ortsfest auf der Ankerwelle 3 positioniert. Ein auf die Ankerwelle 3 rollierter Wellenvorsprung 13 dient zur Fixierung des Lagers 10 auf der Ankerwelle.
Somit kann mit der erfindungsgemäßen Spannhülse 4 eine Vorspannkraft sowohl in axialer Richtung A als auch in radialer Richtung R bereitgestellt werden, wodurch es möglich ist, wärmebedingte Größenänderungen der Ankerwelle 3 bzw. des Ringmagneten 2 auszugleichen. Durch die Spannhülse 4 wird der Ringmagnet 2 mit seiner ersten Stirnseite St gegεn den Kommutator 9 gedrückt, wobei die Spannhülse 4 an seiner zweiten Stirnseitε S2 angrεift. Somit kann diε erfindungsgemäße Spannhülse 4 Längenänderungen des Kommutators und/oder dεs Ringmagnεten 2 in Axialrichtung ausgleichen.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 6 bis 10 eine Befestigungsanordnung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dabei sind gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den
gleichεn Bεzugszεichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet .
Wie insbesonderε aus Figur 6 εrsichtlich ist, ist im Gegεnsatz zum εrstεn Ausführungsbeispiel die
Befestigungsanordnung des zweiten Ausführungsbeispiels nicht mehr aus einem einstückigen Befestigungselement gebildet, sondern aus εinεm zwεistückigεn Befestigungselement. Genauer ist das Befestigungselement des zweiten Ausführungsbeispiels aus einer Spannhülse 24 und einem Federring 14 gebildet. Die Spannhülse 24 ist dabei in den Figuren 7 und 8 genauer dargestellt und der Federring 14 ist in den Figuren 9 und 10 genauer dargestellt. Wie aus den Figuren 7 und 8 ersichtlich ist, stellt die Spannhülse 24 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nur noch eine Vorspannkraft in axialer
Richtung A bereit. Diese Vorspannkraft in axialer Richtung A wird dabei wie im ersten Ausführungsbeispiel durch drei ausgestanzte und umgeformte Federzungen 7 bereitgestellt, welche gleichmäßig am Umfang des Flanschbereichs 6 der Spannhülse 24 vertεilt sind. Im Untεrschied zum ersten
Ausführungsbeispiel wird beim zweiten Ausführungsbeispiel jedoch die Vorspannkraft in Radialrichtung R durch den Federring 14 bereitgestellt . Wie aus den Figuren 9 und 10 ersichtlich ist, weist der Federring 14 hierzu eine Vielzahl von an seinem äußerεn Umfang gεbildeten Sicken 16 auf, welche gegen den kreiszylindrischen Zylinderbereich 5 der Spannhülse 24 drücken. Somit dient die Spannhülse 24 zur Bereitstellung der axialen Vorspannkraft und der Federring 14 dient zur Bereitstellung -der radialen Vorspannkraft.
Weitεrhin ist an der Spannhülse 24 an dem dem Flanschbereich 6 entgegengesεtzten Ende ein Anschlag 17 ausgebildet. Der Anschlag 17 dient zur Positionierung des Fedεrringes 14 und zur Versteifung der Spannhülse 24 im zylindrischen Berεich.
Zur einfacheren Montage und zum Längenausgleich unter Belastung ist am Federring 14 ein Schlitz 15 vorgesehen, welcher eine Breite D aufweist, die ungefähr der Breite einer der Sicken 16 am Federring 14 entspricht.
Es sei weiterhin angemεrkt, dass die Sicken 16 am Federring 14 selbstverständlich auch am inneren Umfang des Federrings ausgebildet sein können, oder sowohl am inneren als auch am äußeren Umfang des Federrings 14 ausgebildet sein können.
Somit ermöglicht das erfindungsgemäße Befestigungselement gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ebenfalls einen Ausgleich von wärmebedingten Längenänderungen in Radialrichtung und in Axialrichtung. Da vorzugsweise die
Ankerwelle und der Federring aus Stahl hergestellt sind, ist ein Ausgleich nur zwischen Bauteilen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten erforderlich.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 11 eine
Befestigungsanordnung gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnεt.
Wiε aus Figur 11 εrsichtlich ist, ist das Befestigungsεlement gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wieder zweiteilig aus einεr Spannhülse 24 und einem Federring 14 ausgebildet. Der Federring 14 sorgt für eine kraftschlüssige Verbindung des Befεstigungselements mit der Ankerwelle 3. Hierzu sind an den beiden jeweils in Axialrichtung angeordneten Enden des Federrings 14 Federzungen 18 und 19 vorgesehen, welche in Form von einer
Vielzahl vorstehender Bereiche bzw. Sicken vorgesehen sind. Die Vielzahl der Federzungen 18 und 19 sind vorzugsweise gleichmäßig um den Umfang des Fedεrrings 14 verteilt. Weiterhin stellt die Spannhülse 24 die axiale Vorspannkraft in diesem Ausführungsbeispiel nur mittels einer kraftschlüssigen Verbindung zu einer Seitε S2 des Ringmagneten 2 bereit. Ansonsten entspricht das dritte Ausführungsbeispiel den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
In Figur 12 ist eine Befestigungsanordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind dabei wiedεr mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet.
Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist zwischen der Spannhülse 24 und dem Ringmagneten 2 eine formschlüssige Verbindung durch ein vorstehendεs und federbelastetes Element 7 bereitgestellt. Bei einer Längendehnung des Ringmagneten 2 in axialer Richtung werden die federvorbelasteten Elemente 7 in Axialrichtung versεtzt, wobεi der Fedεrring 14 und die Spannhülse 24 ortsfest an der Ankerwelle verbleiben. Sobald infolge von Abkühlung die axiale Längenänderung des Ringmagneten 2 zurückgeht , erfolgt durch die fedεrbelastete formschlüssige Verbindung zwischen dem Ringmagneten 2 und der Spannhülse 24 wieder eine Rückstellung der Elementε 7 in ihre Ausgangspositionen. Wie aus Figur 12 ersichtlich ist, ist der Federring 14 dabei wie der in den Figuren 9 und 10 dargestellte Fedεrring ausgebildet. Die Elemente 7 sind stets federndε Elemente, die für die Funktion des Längenausgleichs infolge unterschiedlichεr Wärmeausdehnung zum einen und für die
Funktion der Mitnahme bei Ankerbeschleunigung bzw. -Verzögerung dienlich sind. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehεndεn Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verweisen werden.
In Figur 13 ist eine Befestigungsanordnung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hierbei sind wieder gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichεn Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezεichnet.
Im Gegensatz zu den vorhergehεnden Ausführungsbeispielen ist beim fünften Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Federεlementen 7, 7' vorgesehen, welche am Flanschbereich 6 zur kraft- und formschlüssigen Verbindung mit einer Seite des Ringmagneten 2 vorgesehen sind. Wie im zweiten Ausführungsbeispiel ist das Befestigungselement wieder zweiteilig aus einer Spannhülse 24 und einem Federring 14 gebildet. Die Federzungen 7, 7' stellen dabei wieder eine Vorspannkraft in axialer Richtung bereit, während der Federring 14 eine Vorspannkraft in radialer Richtung bereitstellt. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel wieder den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass auf eine detaillierte
Beschreibung verzichtet werden kann.
Es sei angemerkt, dass die Federkraft der Federelemente 7, 7' bzw. 8, 16 durch konstruktive Maßnahmen wie Vorsehen bestimmter Radien bzw. Längen der Federzungεn oder
Materialdicken oder dem Material der Federzungen beeinflusst werden kann.
In Figur 14 ist ein weitεrεs Ausführungsbeispiel einer Befestigungsanordnung gezeigt. Diese erfindungsgemäße Befestigungsanordnung ist ebenfalls zur Befestigung eines Ringmagneten 2 auf einεr Ankerwelle 3 einer elektrischen Maschine vorgesehen. Der Ringmagnet 2 dient dabei zur
Ermittlung einεr Drεhzahl der Ankerwelle 3 und/oder der Drehrichtung der Ankerwelle 3. Die Ankerwellε 3 ist ebenfalls in einem nicht dargestellten Stator angeordnet und wird mittels Lagern im Gehäuse des Stators gelagert. In Figur 14 ist aus Gründen einer vereinfachten Darstellung nur ein Lager 10 dargestellt.
Zur Befestigung des Ringmagneten 2 auf der Ankerwelle 3 dient ein Befestigungsεlement 30 bzw. Spannelemεnt - auch Spann- bzw. Klεmmhülsε genannt. Das Befestigungselemεnt 30 erfüllt einerseits die Befestigungsfunktion des Ringmagneten 2 gegenüber der Ankerwelle 3 und ist andererseits ein eigenständiges System, das die unterschiedlichε Längenaus - dehnungskoeffiziεntεn des Ringmagneten 2 und der Ankerwelle 3 mit geringstem Bauraum ausgleicht. Das Spannelement 30 ist dabei so ausgebildet, dass es sich auf der Ankerwelle 3 festklemmt und den Ringmagneten 2 gegen relativεs Verdrehen und axiales Verschieben gegenüber der Ankerwelle 3 sichert. Das Spannelement 30 besteht vorzugsweise aus einem Federstahl, sollte jedoch zumindest aus einem steifen aber biegeelastischεn Matεrial bestehen.
Das Befεstigungselement 30 umfasst einen Flanschbereich 6, der dem der Figuren 2 und 3 ähnlich ist. An den Flanschbereich 6 schließe sich ein vorzugsweisε hülsenförmiger Zwischenabschnitt 32 an, an den sich seinεrsεits εin Endabschnitt 34 anschliεßt, der vorzugsweise - ähnlich den vorhergehenden - Ausführungsbeispielen einem fest auf der Ankerwelle 3 angeordneten Bauteil entspricht .
Der Flanschbereich 6 ist liegt etwa in einer Ebene und ist vorzugsweise im Wesentlichen scheibenringförmig ausgebildet. Dadurch wird axialer Bauraum gespart. An dem Flanschbereich 6 sind in Richtung des Endabschnitts 34 wirkende
Federelemεntε 7 ausgebildet, die den Ringmagneten 2 primär gegen ein Verdrehεn gegenüber der Ankerwelle 3 sichern. Die Federelemente 7 dienen vorzugsweise aber auch einem axialen Längenausgleich, der durch die unterschiedlichen Temperaturausdehnungεn des Materials des Ringmagneten 2 und des Materials dεr Ankεrwelle 3 bzw. des Befεstigungsεlεments 30. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Federelemente 7 als Federlaschen ausgebildet, die am Außenumfang des Flanschbεrεichs ausgεbildet sind. Die Federelemente 7 haben die Form von Ringscheibensegmenten, die sich über ca. 90° erstrecken. Über einen radial verlaufenden Verbindungsabschnitt 7a sind die Federelementε 7 mit dem Zwischenabschnitt 32 verbunden. Mit einεm, vorzugswεisε im Wesentlichen eben ausgebildεten Mittelabschnitt 7b verlaufen die Federεlemente mit einem Abstand um den Zwischεnabschnitt 32 herum. Die Verbindungsabschnitte 7a und Mittelabschnitte 7b verlaufen hierbei in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Befestigungselements 30, sie können aber auch je nach gewünschter Stärke der Fedεrwirkung aus dieser Ebene herausragen. Die Enden 7c der Federelementε 7 sind in Richtung des Endabschnitts 34 gewölbt wobei die Kanten 7d vom Endabschnitt 34 wegwεisεn. Altεrnativ können die Federelemente 7 mit ihren Mittelstücken 7b aber auch beispielsweise radial abstehen und partielle
Verdrehsicherungen mit oder ohne Federwirkung darstellen.
Der Zwischenabschnitt 32 dient zunächst der Verbindung des Endabschnitts 34 und des Befestigungselements 30 und kann
daher eine dieser Funktion dienenden und der Form der Ankerwellε 3 angεpassten geomεtrischεn Ausbildung habεn; zum Bεispiεl kann diεs durch zwischεn dεm Flanschbereich 6 und dem Endabschnitt 34 vεrlaufεndε Stεge erfolgen. Weitεrhin ist der Ringmagnet 2 um den Zwischenabschnitt 32 angeordnet, wodurch, insbesondere gegenüber den vorigen Ausführungsbeispielen, weiterεr axialer Bauraum eingespart wird.
Vorzugsweise ist der Zwischenabschnitt 32 jedoch im
Wesentlichen zylindrisch ausgebildet, bzw. hat die Form einer zylindrischen Hülse, wie besonders deutlich aus Figur 15 hervorgεht . Es sind ebenfalls nach innen gerichtete Vorspringe (Sicken) bzw. so genannte Federtaschen ausgebildet, welchε als Federelemente 8 vorgesehen sind, um eine Feder- bzw. Vorspannkraft in Radialrichtung bereitzustellen. Diese Ausbildung ist besonders vorteilhaft bezüglich unterschiedlicher Wärmeausdehnungen des Zwischenabschnitts 32 und der Ankerwelle 3, da hierfür nur wenig radialer Bauraum benötigt wird. Realisiert kann dies durch einεn Passsitz werden. Alternativ ist auch ein vollkommen zylindrischer Zwischenabschnitt denkbar, auf dem ein weiteres elastisches Element bzw. ein so genannter Toleranzring angeordnet ist .
Alternativ ist es auch möglich, dass die Fedεrelemente 8 als radial verlaufende, nach innen gerichtete Vorspringe ausgebildet sind. Die Herstellung der gezeigten Federelemεntε 8, die in axialer Richtung verlaufen, ist in der Regel jedoch einfacher.
Der sich an den Zwischenabschnitt 32 anschließende Endabschnitt 34 weist wenigstens einen Auflagebereich 36 für den Ringmagneten 2 auf. Hierzu sollte wenigstens einε von
der Ankerwelle 3 zumindest schräg abstehende Lasche 38 zur Anlage des Ringmagneten 2 vorgesehen sein. Eine Lasche 38 ist ausreichend, wenn der Ringmagnet 2 radial durch Anlage an den Zwischenabschnitt 32 gesichert ist. Dabei ist es auch denkbar, dass die Lasche 38 radial senkrecht absteht. Es ist jedoch - wie gezεigt - auch möglich, am Umfang mεhrere Laschen 38 vorzusehen.
Die Lasche oder Laschen 38 stehen vom Zwischenabschnitt 32 schräg nach außen ab bzw. liegen auf einer konischen
Mantelfläche. Die erste Stirnseite S^ des Ringmagneten 2 weist einen konischen Innenbereich 40 auf, der an den Laschen 38 anliegt. Zwischen dem Ringmagnet 2 und dem Zwischenabschnitt 34 ist hierbei ein Spalt vorgesehen. Dies wird durch eine entsprechende Dimensionierung des
Befestigungselements 30 erreicht. Der Ringmagnet 2 darf höchstens bei tiefen Betriebstemperaturen zur Anlage am Zwischenabschnitt 34 kommen. Liegt der Ringmagnet 2 am Zwischenabschnitt 32 an und werden die Betriebstemperaturen unterschritten, so zieht sich der Ringmagnet 2 stärker zusammen als die Ankerwelle 3 und der Ringmagnet 2 kann aufreissεn.
Diε Fεderelemente 8 könnten auch entfallen. Denn bei einer unterschiedlichen Temperaturdehnung der Ankerwelle 3 und des Ringmagnets 30 reicht in radialer Richtung ein entsprechend dimensionierter Spalt aus, wodurch die Fedεrelemente 7 dem Ausgleich von unterschiedlichen Wärmedehnungen dienen. Außerdem kann sich der Ringmagnet 2 sogar auf den Laschen 38 bzw. einem entsprechend dem konischen Innenbεreich 40 angepasstεn Bereich 36 bewegen.
Ferner ist es auch denkbar, dass keine Federelemente 7 vorgesehen sind. Dann ist der Flanschbereich 6 einfach nur
ein Anschlag. Vorzugsweisε weist der Flanschbereich 6 in diεsem Fall auch vorstehende Abschnitte auf, die einer Verdrehsicherung dienen. Die Abschnitte bilden beispielsweise einε sogenannte Hirtverzahnung, die mit der Oberfläche der Stirnseiten SQ_, S2 des Ringmagneten 2 bzw. einεs zu befestigenden Bauteils korrespondiert. Eine federnde Wirkung ist hierbei auch durch die Laschen 40 in Verbindung mit sich anschließenden Federelementen 42 erzielbar. Dadurch ist der Ringmagnet 2 durch Reibschluss gesichert, was bei niedrigen Belastungen durchaus ausreicht.
Die Federelemente 42, die sich an die Laschen 40 anschließen und am Umfang des Endabschnitts 34 verteilt sind, stützen sich an der Ankerwelle 3 ab und dienen der Verdrehsicherung und/oder axialen Sicherung. Wenigstens ein Federelement 42 würde ausreichen. Mit mehreren Federelementen 42 ist jedoch ein sichererer Halt gewährleistεt. Es ist auch möglich, dass die Federelemente 42 statt dessen oder zusätzlich am Flanschbereich 6 oder einer anderen geeigneten Stelle vorgesehen sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel stehεn diε laschεnförmigεn Fεdεrelemente 42 schräg nach innen.
Eine Verdrehsicherung und/oder axiale Sicherung durch die Federelemente 42 wird dadurch gewährleistet, dass die Federelemente 42 in radialer Richtung weiter nach innen stehen als die Federelemεnte 8 bzw. die Federele εnte 42 haben einen stärkeren Passsitz bzw. Presssitz als die Federelemente 8 bzw. der Zwischenabschnitt 34.
Zur Montage wird der Ringmagnet 2 zunächst auf das
Befestigungselement 30 geschoben. Der konische Innenbereich 40 biegt den Endabschnitt mit den Federelementen 42 und Laschen 38 radial nach innen. Sobald der Ringmagnet 2 vollständig auf dem Befestigungselement 30 angeordnet ist
und die Fedεrεle ente 7 bereits beaufschlagt, geht der Endabschnitt 32 in seine Ausgangslage zurück. Danach wird die aus dem Ringmagnet 2 und dem Befestigungselement 30 bestεhende Baugruppε auf diε Ankerwellε 3 gεschoben.
Zusammenfassend dient die Befestigungsanordnung gemäß den Figuren 14 und 15 zur Befεstigung des Ringmagneten 2 auf der Ankerwεllε 3 einer elektrischen Maschine. Der Ringmagnet 2 wird zur Ermittlung der Ankerwellendrεhzahl und/odεr dεr Ankerwellendrehrichtung verwεndet. Der Ringmagnet 2 liegt an der ersten Stirnseite Sx an dem fest bzw. ortsfest auf der Ankerwelle 3 angeordneten Endabschnitt 9 an und an der zweitεn Stirnseite S2 an dem Flanschbereich 6 des Befestigungselεments 30. Das Befestigungselεmεnt 30 stellt insbesondere durch den Flanschberεich 6 eine Vorspannkraft in Axialrichtung A und Radialrichtung R der Ankerwelle 3 bzw. des Befεstigungselements 30 bereit. Wesεntlich ist, dass der ortsfest auf der Ankerwεlle angeordnete Endabschnitt 34 Bestandtεil des Befestigungselements 30 ist bzw. in diesεs integriert ist und der Endabschnitt 34 und das Befεstigungsεlεmεnt 30 über einen Zwischenabschnitt 34, um den der Ringmagnet 2 angeordnεt ist, miteinander verbunden sind.
Es verstεht sich, dass das Befestigungselεment 30 auch der Befestigung anderer ringförmiger Bauteile als nur der von Ringmagnetεn 3 diεnεn kann.
Somit bεtrifft diε vorliεgende Erfindung mit all ihren Ausführungsbeispiεlen eine Befestigungsanordnung zur
Befestigung eines Ringmagnetεn 2 auf εinεr Ankerwelle 3 einer elεktrischen Maschine. Dεr Ringmagnεt 2 wird dabεi zur Ermittlung dεr Ankεrwεllendrεhzahl und/oder der Ankerwellendrehrichtung verwεndet. Der Ringmagnet 2 liegt
dabei an einer ersten Stirnseite Sx an einem auf der Ankerwelle 3 ortsfest angeordneten Bauteil 9 an. An einer zweiten Stirnseite S2 liegt der Ringmagnet 2 an einem auf der Ankerwelle 3 angeordneten Befestigungselεment an. Das Befestigungselement 4, 14 stellt dabei eine Vorspannkraft in Axialrichtung A und in Radialrichtung R bereit, um einen Längenausgleich von wärmebedingten Längenänderungen zu ermöglichen und eine Sicherung gegen relatives Verdrehen zwischen Ankerwelle 3 und Ringmagnet 2 bereit.
Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der 'Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.