WO2006122522A1

WO2006122522A1 - Scheibenläufer für einen flachmotor zum antrieb einer verstelleinrichtung eines kraftfahrzeugs und verfahren zur herstellung des scheibenläufers

Info

Publication number: WO2006122522A1
Application number: PCT/DE2006/000820
Authority: WO
Inventors: Thomas Börnchen; Uwe Sommer; Joachim Müller; Helmut Sesselmann; Michael Eisentraudt; Werner Stammberger
Original assignee: Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kg, Coburg
Priority date: 2005-05-18
Filing date: 2006-05-09
Publication date: 2006-11-23
Also published as: DE102005023492A1; DE112006001173A5

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Scheibenläufer für einen Flachmotor zum Antrieb einer Verstelleinrichtung in einem Kraftfahrzeug, mit einer Ankerscheibe, die ein Spulensystem aufweist und zur Wechselwirkung mit Permanentmagneten eines Stators des Flachmotors ausgebildet und vorgesehen ist, und mit einem Stromwender, der sich in radialer Richtung nach innen an das Spulensystem der Ankerscheibe anschließt und der ausgebildet und vorgesehen ist, einen Bestandteil einer Kommutierungseinrichtung des Flachmotors zu bilden, sowie mit einem im zentralen Bereich der Ankerscheibe angeordneten Abtriebselement, mit dem eine Drehbewegung der Ankerscheibe auf ein nachgeordnetes Getriebeelement übertragbar ist. Erfindungsgemäß sind der Stromwender und das Abtriebselement zu einer Baueinheit zusammengefasst, die vor der Integration in die Ankerscheibe zusammengefügt worden ist.

Description

Scheibenläufer für einen Flachmotor zum Antrieb einer Verstelleinrichtung eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zur Herstellung des Scheibenläufers

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Scheibeniäufer für einen Flachmotor eines Kraftfahrzeugs zum Antrieb einer Verstelleinrichtung des Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung des Scheibenläufers nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 27.

Ein derartiger Scheibenläufer umfasst eine Ankerscheibe mit einem flach gewickelten Spulensystem, das eingerichtet und vorgesehen ist, im bestromten Zustand mit den Permanentmagneten eines zugeordneten Stators zusammenzuwirken, um den Scheibenläufer (Rotor) in eine Drehbewegung um eine Drehachse zu versetzen, sowie einen Stromwender, der sich an das Spulensystem (radial nach innen) anschließt und der einen Kommutierungsring aufweist, über den der Stromwender sowie das mit dem Stromwender elektrisch verbundene Spulensystem zum Betrieb des Flachmotors mittels einer Kommutierungseinrichtung bestrombar sind, indem Bürsten bzw. Kohlen der Kommutierungseinrichtung auf den Kommutierungsring des Stromwenders einwirken. Ferner umfasst der Scheibenläufer ein Abtriebselement zur Übertragung des bei einer Drehbewegung des Scheibenläufers erzeugten Drehmomentes auf nachgeordnete Getriebeelemente der Verstelleinrichtung.

Bei einem derartigen Scheibenläufer dient das Abtriebselement, das - in radialer Richtung betrachtet - innerhalb des Kommutierungsringes angeordnet ist, in der Regel auch zur drehbaren Lagerung des Scheibenläufers auf einer Lagerachse mittels einer hiefür vorgesehenen Lageröffnung. Es ist daher von Bedeutung, dass die Lageröffnung des Abtriebselementes einerseits und der Stromwender bzw. genauer dessen

Kommutierungsring andererseits exakt zueinander ausgerichtet sind. Es sollen also die Koaxialitätstoleranzen des Abtriebselementes bezüglich des Stromwenders minimiert werden.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, einen Scheibenläufer für einen Flachmotor zum Antrieb einer Verstelleinrichtung eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, der sich bei einfachem Aufbau dadurch auszeichnet, dass das Abtriebselement des Scheibenläufers sowie dessen Stromwender hochgenau koaxial zueinander anordenbar sind.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Schaffung eines Scheibenläufers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Danach sind das Abtriebselement einerseits und der Stromwender andererseits zu einer Baueinheit zusammengefasst, die bereits vor deren Montage an der Ankerscheibe des Scheibenläufers zusammengefügt ist.

Dies eröffnet die Möglichkeit, das Abtriebselement und den ringartigen, insbesondere im Querschnitt kreisrunden, Stromwender unabhängig von der Ankerscheibe und deren Spulensystem koaxial zueinander auszurichten und dann miteinander zu verbinden. Hierdurch besteht keine Gefahr, dass durch die Integration des Abtriebselementes in den Scheibenläufer die Wicklungen des Spulensystems beschädigt oder die elektrischen Kontakte zwischen dem Spulensystem und dem Stromwender unterbrochen werden könnten; denn der Zusammenbau des Stromwenders und des Abtriebselementes erfolgt schon, bevor anschließend das Spulensystem gewickelt und elektrisch mit dem Stromwender kontaktiert wird.

Das Verbinden des Stromwenders mit dem Abtriebselement kann dabei in besonders einfacher Weise dadurch erfolgen, dass diese beiden Bauelemente in einem Gusswerkzeug, insbesondere Spritzgusswerkzeug, zueinander ausgerichtet und dann durch eine Füllmasse in Form einer Vergussmasse, insbesondere Kunstharz, im Werkzeug miteinander verbunden werden. Ein entsprechendes Verfahren ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 27 charakterisiert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Scheibenläufers sind in den von Anspruch 1 abhängigen Patentansprüche angegeben.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Stromwender zum elektrischen Anschluss an das Spulensystem Anschlussabschnitte auf, die einen ersten, im Wesentlichen radial, d. h. in der Ebene der Ankerscheibe und des Spulensystems, nach außen abstehenden Schenkel umfassen sowie einen hiervon abgewinkelten, in Richtung auf den Stromwender zurückweisenden zweiten Schenkel.

Der zweite Schenkel ist dabei zunächst, d. h. vor der elektrischen Kontaktierung mit dem Spulensystem, in einem Winkel (∑. B. zwischen 20° und 60°) zu dem ersten Schenkel geneigt und bildet mit diesem eine triangelförmige Begrenzung eines Aufnahmebereiches für Anschlussschlaufen des Spulensystems. Nach dem Einfügen der Anschlussschlaufen des Spulensystems in die Aufnahmebereiche der Anschlussabschnitte kann dann durch rein axiale Kraftwirkung mittels eines beheizten Stempels der zweite Schenkel eines jeweiligen Anschlussabschnittes gegen den jeweiligen ersten Schenkel gedrückt werden, so dass sich dann beide Schenkel im Wesentlichen in radialer Richtung erstrecken. Dabei wird durch die Erwärmung gleichzeitig ein stoffschlüssiger elektrischer Kontakt zu den Anschlussschlaufen des Spulensystems hergestellt.

Durch die rein axiale anstelle einer radialen Einwirkung auf die Anschlussabschnitte des Stromwenders bzw. deren Schenkel wird eine Auswirkung auf den Kommutierungsring des Stromwenders weitgehend vermieden, so dass eine Beeinträchtigung des Kommutierungsringes bei Herstellung der elektrischen Kontakte zwischen Stromwender und Spulensystem weitgehend ausgeschlossen ist und insbesondere auch eine Beeinträchtigung der hochgenauen koaxial Anordnung und Ausrichtung des Abtriebselementes des Scheibenläufers sowie des Stromwenders gemäß Patentanspruch 1. Ferner können jeweils mehrere elektrische Kontakte gleichzeitig hergestellt werden, und zwar durch axiale Einwirkung auf mehrere, entlang des Umfangs des Stromwenders bevorzugt regelmäßig angeordnete, Anschlussabschnitte.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Figuren deutlich werden.

Es zeigen:

Fig. 1a eine perspektivische Vorderansicht einer aus einem Abtriebselement und einem Stromwender bestehenden Baueinheit für einen Scheibenläufer;

Fig. 1b eine perspektivische Rückansicht der Baueinheit aus Figur 1a;

Fig. 1c ein Detail der Baueinheit aus den Figuren 1a und 1b;

Fig. 2a eine perspektivische Ansicht des Abtriebselementes aus Figur 1a in

Form eines Zahnrades;

Fig. 2b eine Vorderansicht des Abtriebselementes aus Figur 2a;

Fig. 2c eine Rückansicht des Abtriebselementes aus Figur 2a;

Fig. 3a die Baueinheit aus den Figuren 1a und 1b zusammen mit einem die

Baueinheit radial umgebenden, an den Stromwender elektrisch angeschlossenen Spulensystem in einer perspektivischen Vorderansicht;

Fig. 3b die Anordnung aus Figur 3a in einer perspektivischen Rückansicht;

Fig. 3c eine Darstellung gemäß Figur 3a zusammen mit Permanentmagneten und Bürsten eines dem Scheibenläufer zugeordneten Stators;

Fig. 4a eine Darstellung des Scheibenläufers gemäß Figur 3a nach dem

Vergießen des Spulensystems mit einem Kunststoff; Fig. 4b eine perspektivische Rückansicht der Darstellung aus Figur 3a;

Fig. 5a eine Darstellung der Herstellung einer Verbindung zwischen dem

Abtriebselement und dem Stromwender in einem Gusswerkzeug;

Fig. 5b eine Darstellung der elektrischen Kontaktierung des Stromwenders mit dem Spulensystem;

Fig. 5c eine Darstellung des Umspritzens des Spulensystems mit Kunststoff.

Anhand der Figuren 1a bis 4b sind ein Rotor in Form eines Scheibenläufers für einen Flachmotor sowie Teile eines zugehörigen Stators, nämlich Permanentmagnete P sowie Bürsten bzw. Kohlen B einer Kommutierungseinrichtung dargestellt.

Der Rotor bzw. Scheibenläufer ist um eine Drehachse D drehbar gelagert und umfasst ein zentrales Abtriebselement 1 , einen durch einen Kommutierungsring gebildeten Stromwender 2 sowie eine Ankerscheibe 4, 5.

Bei dem zentralen Abtriebselement 1 handelt es sich um ein Zahnrad (Ritzel), das mit dem Stromwender 3 zu einer Baueinheit zusammengefasst ist. Das Zahnrad 1 weist zwei in axialer Richtung a hintereinander liegende Abschnitte auf, von denen der eine mit einer koaxial zur Drehachse D verlaufenden, leicht konischen äußeren Passungsfläche 10 versehen ist, die der Verbindung des Zahnrades 1 mit dem Stromwender 2 dient, und von denen der andere eine Außenverzahnung 11 aufweist.

Auf der der Verzahnung 11 abgewandten Stirnseite sind an dem mit der äußeren Passungsfläche 10 versehenen Grundkörper des Ritzels 1 Formschlussbereiche 15 in Form von Erhebungen ausgebildet, über die eine Drehmomenteinleitung in das Zahnrad 1 erfolgen kann. Die Formschlussbereiche in Form von Erhebungen 15 gewährleisten zudem eine gleichmäßige Verdichtung des bevorzugt aus einem Sintermetall (oder auch aus einem Kunststoff) bestehenden Zahnrades und erleichtern die Entformbarkeit des zum Umspritzen des Zahnrades mit einer Vergussmasse verwendeten Werkzeugs.

Ferner ist der mit der äußeren Passungsfläche 10 versehene Grundkörper des Zahnrades 1 sowohl auf seiner der Verzahnung 11 abgewandten Stirnseite als auch auf seiner der Verzahnung 11 zugewandten Stirnseite jeweils mit einer ringartigen Dichtfläche 101 bzw. 102 versehen, die bei Herstellung einer Verbindung zwischen dem Zahnrad 1 und dem Stromwender 2 der Werkzeugabdichtung dienen.

Schließlich weist das Zahnrad 1 eine axial durchgehende Lageröffnung 12 (Bohrung) auf, über die das Zahnrad 1 um die Drehachse D drehbar auf einem Lagerelement des Motors lagerbar ist.

Der Stromwender 2 ist trommelartig ausgestaltet und koaxial zur Drehachse D bzw. der äußeren Passungsfläche 10 des Zahnrades 1 angeordnet, so dass er mit einer inneren Mantelfläche 20 die äußere Passungsfläche 10 des Zahnrades 1 ringartig umgreift. Der Raum zwischen der äußeren Passungsfläche 10 des Zahnrades 1 und der inneren Mantelfläche 20 des Stromwenders 2 ist mit einer Füll- bzw. Vergussmasse 3, insbesondere in Form spritzgegossenen Kunststoffes (Kunstharz) gefüllt, über die das Zahnrad 1 und der Stromwender 2 miteinander verbunden sind, wobei diese Füllmasse 3 in einer Weiterbildung des Ausführungsbeispieles zumindest einen Teil des Antriebselementes in Form eines Zahnrades 1 bilden kann.

Der Stromwender 2 in Trommelbauart weist eine Vielzahl in axialer Richtung a erstreckter, ringförmig hintereinander angeordneter und durch jeweils einen Schlitz 22 voneinander getrennter Lamellen 21 auf, die an ihren einen (oberen) axialen Enden jeweils über die isolierenden Bereiche 23 miteinander verbunden sind. Jene isolierenden Bereiche 23 bilden jeweils ein axiales Ende jedes Schlitzes 22, wobei ein jeweiliger Schlitz 22 über eine Ausfräsung 22a in den jeweiligen isolierenden Bereich 23 übergeht.

Ferner ist am besagten axialen Ende einer jeden Lamelle 21 ein in radialer Richtung abstehender, hakenartiger Anschlussabschnitt 25 vorgesehen. Jeder dieser hakenartigen Anschlussabschnitte 25 weist einen ersten, radial von dem Stromwender 2 abstehenden Schenkel 26 sowie einen in Richtung auf die Lamellen 21 des Stromwenders 2 zurückgeführten zweiten Schenkel 27 auf. Zwischen den beiden Schenkeln 26, 27 eines jeden hakenartigen Anschlussabschnittes 25 ist ein Aufnahmebereich 28 zur Aufnahme und zum elektrischen Anschluss einer Anschlussschlaufe eines Spulensystems des Scheibenläufers ausgebildet.

Dadurch dass die beiden Schenkel 26, 27 der hakenförmigen Anschlussabschnitte 25 des Stromwenders 2 sich jeweils im Wesentlichen in radialer Richtung bezüglich der

Lamellen 21 bzw. der Drehachse D erstrecken, beanspruchen diese nur minimalen

Bauraum in axialer Richtung a, entlang der eine möglichst flache Bauweise angestrebt wird. In Umfangsrichtung des Stromwenders 2 weisen die Anschlussabschnitte 25 jeweils eine kleinere Ausdehnung auf als die Lamellen 21.

Der Stromwender 2 bildet einen Bestandteil einer Kommutierungseinrichtung, die weiterhin Bürsten bzw. Kohlen B eines zugeordneten Stators umfasst, vergleiche Figur 3c, die mit den Lamellen 21 des Stromwenders 2 zusammenwirken.

Zusammenfassend bilden das Abtriebselement 1 in Form eines Zahnrades sowie der Stromwender 2, die über Vergussmasse 3 in Form von Kunststoff miteinander verbunden sind, eine vorgefertigte Baueinheit, die bereits vor dem Einbau des Zahnrades 1 und des Stromwenders 2 in einen Scheibenläufer eines Flachmotors vormontiert bzw. fertiggestellt ist. Als Material für das Zahnrad 1 dient dabei bevorzugt ein Sintermetall, während der Stromwender 2 aus einem gut leitenden Metall, beispielsweise Kupfer, besteht.

Wegen der leichte Konizität der von der Vergussmasse 3 umschlossenen Passungsfläche 10 des Zahnrades 1 wird durch einen zusätzlichen Formschluss die feste Einbettung des Zahnrades 1 mit seinem mit der Passungsfläche 10 versehenen Grundkörper in der Vergussmasse 3 gewährleistet.

In der Vergussmasse 3 an einer Stirnseite der Baueinheit 1 , 2 vorgesehene Vertiefungen 31 in Form von Sachlöchern dienen der Ausrichtung der Baueinheit 1, 2 beim Einlegen in eine Wickelform, in der jene zentrale Baueinheit eines Scheibenläufers mit einem Spulensystem versehen wird. Hierzu weist die zur Herstellung des Spulensystems verwendete Wickelform korrespondierende Stifte auf, die in die Vertiefungen 31 der zentralen Baueinheit 1 , 2 eingreifen können. Außerdem kann über jene Vertiefungen 31 bei einem Drehen (Überdrehen) der zentralen Baueinheit 1 , 2 im späteren Betrieb des Motors das antreibende Moment eingebracht werden.

Die Vertiefungen 31 sind bevorzugt in gleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung, d. h. die Drehachse D ringartig umgreifend, hintereinander angeordnet, wobei die Zahl der Vertiefungen 31 bevorzugt einem ganzzahligen Teiler der Anzahl an Lamellen 21 entspricht.

Die vorgefertigte, ein Abtriebselement 1 in Form eines Zahnrades und einen Stromwender 2 umfassende zentrale Baueinheit 1 , 2 ist integriert in einen jene Baueinheit 1 , 2 ringartig umgreifende Ankerscheibe 4, 5, die ein Spulensystem 4 sowie eine durch Spritzgießen hergestellte, aus Kunststoff bestehende, das Spulensystem 4 überdeckende Beschichtung 5 aufweist.

Das flache Spulensystem 4 umfasst - in radialer Richtung betrachtet - äußere und innere Wickelzöpfe 41 , 43, zwischen denen sich in radialer Richtung die Aktivbereiche 42 des Spulensystems 4 erstrecken, die zur Wechselwirkung mit Permanentmagneten P eines Stators vorgesehen sind, vergleiche Figur 3c.

Von den inneren Wickelzöpfen 43 des Spulensystems erstrecken sich Anschlussschlaufen 45 zu den Anschlussabschnitten 25 des Stromwenders 2 und sind dort jeweils in einer von den beiden Schenkeln 26, 27 eines jeweiligen Anschlussabschnittes 25 gebildeten Aufnahme 28 festgelegt.

Das Spulensystem 43 erstreckt sich dabei im Wesentlichen in der Ebene, in der auch die Schenkel 26, 27 der Anschlussabschnitte 25 des Stromwenders 2 verlaufen, so dass nach dem Wickeln des Spulensystems 4 und der Herstellung der elektrischen Kontakte mit dem Stromwender 2 nur eine kleine oder idealerweise keine axiale Verschiebung des

Stromwenders 2 aus der Wickelposition in seine Endlage erforderlich ist. Hiermit wird das Risiko eines Leitungsbruchs oder eines Lösens der elektrischen Kontakte zwischen Spulensystem 4 und Stromwender 2 minimiert.

Das Spulensystem 4 ist zur Bildung der kompletten Ankerscheibe 4, 5 mit einer Kunststoff beschichtung 5 umspritzt, die auf der zahnradseitigen Oberfläche der Ankerscheibe 4, 5 eine durchgehende Beschichtung 51 bildet und die auf der gegenüberliegenden, der Verzahnung 11 des Zahnrades 1 abgewandten Oberfläche eine durch Aussparungen 53 unterbrochene Beschichtung bildet, deren Beschichtungsbereiche 52 lediglich der Beschichtung der Wicklungen des Spulensystems 4 nicht aber der Zwischenräume zwischen den Wicklungen dienen.

In radialer Richtung nach außen abstehende Fortsätze 55 der Beschichtung 5, die entlang des äußeren Umfangs der Ankerscheibe 4, 5 ringförmig hintereinander und voneinander beabstandet angeordnet sind, dienen der Lageerfassung mittels optischer Sensoren und ermöglichen so beispielsweise eine Drehzahlbestimmung.

Femer ist auf der Beschichtung 5 der Ankerscheibe 4, 5 eine ringförmig umlaufende Montagehilfe 57 zum Entriegeln der statorseitigen Bürsten bzw. Kohlen B bei der Montage vorgesehen, um diese aus einer Vormontageposition in eine Funktionsposition überführen zu können .

Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung des in den Figuren 1a bis 4b dargestellten Scheibenläufers anhand der Figuren 5a bis 5c erläutert werden.

Gemäß Figur 5a werden das Abtriebselement in Form eines Zahnrades 1 sowie der Stromwender 2 in ein Spritzgusswerkzeug eingefügt, das zwei entlang einer Entformungsachse E zueinander bewegliche Werkzeugteile W1, W2 umfasst. Das Einsetzen des Zahnrades 1 sowie des Stromwenders 2 in das Spritzgusswerkzeug W1 , W2 erfolgt dabei in der Weise, dass die axiale Richtung a der durch das Zahnrad 1 und den Stromwender 2 gebildeten Baueinheit mit der Entformungsachse E des Spriztgusswerkzeugs W1 , W2 zusammenfällt.

In dem Spritzgusswerkzeug W1 , W2 werden das Zahnrad 1 und der Stromwender 2 präzise zueinander ausgerichtet, wobei sie sich an entsprechenden Kanten der durch das Spritzgusswerkzeug W1 , W2 gebildeten Gussform abstützen. Dabei umgreift der Stromwender 2 mit seiner inneren Mantelfläche 20 die leicht konische äußere Passungsfläche 10 des Grundkörpers des Zahnrades 1, so dass zwischen der äußeren Passungsfläche 10 des Zahnrades 1 und der inneren Mantelfläche 20 des Stromwenders 2 ein mit einer Vergussmasse, z. B. Kunstharz, zu füllender Hohlraum besteht.

Solche Bereiche des Zahnrades 1 und des Stromwenders 2, die beim Spritzgießen nicht mit Vergussmasse überdeckt werden sollen, wie z. B. die Verzahnung 11 des Zahnrades 1 , die Lageröffnung 12 des Zahnrades 1 und die Kontaktbereiche 25 des Stromwenders 2 sind mit haubenartigen Schieberbereichen H1 , H2, H3 überdeckt, die jeweils an zugeordneten Dichtkanten 101 , 102 bzw. 201 , 202 des Zahnrades 1 bzw. des Stromwenders 2 anliegen, so dass keine Vergussmasse in die zu schützenden Bereiche eindringen kann.

Anhand Figur 5a ist ferner erkennbar, dass im Ausgangszustand des Stromwenders 2, also vor dem elektrischen Kontaktieren des Stromwenders 2 mit dem Spulensystem 4, vergleiche Figuren 3a bis 3c, die zweiten Schenkel 27 der Anschlussabschnitte 25 des Stromwenders 2 nicht parallel zu den ersten Schenkeln 26 in radialer Richtung verlaufen, sondern dass vielmehr die zweiten Schenkel 27 sowohl geneigt zur radialen Richtung als auch zur axialen Richtung orientiert sind und dabei zurück in Richtung auf den Stromwender 2 weisen. Mit anderen Worten ausgedrückt sind die zweiten Schenkel 27 der Anschlussabschnitte 25 derart von den radial erstreckten ersten Schenkeln 26 abgewinkelt, dass zwischen den beiden Schenkeln 26, 27 ein spitzer Winkel besteht und zwischen den beiden Schenkeln eine triangelartige Aufnahme 28 für jeweils eine Anschlussschlaufe des Spulensystems gebildet ist.

In dem in Figur 5a gezeigten Zustand der Baueinheit 1 , 2 sind vorteilhaft an dem Stromwender 2 noch keine Lamellen ausgebildet, d. h. der Stromwender 2 besitzt in diesem Zustand noch eine durchgehende, nicht geschlitzte äußere Oberfläche.

Nachdem das Zahnrad 1 und der Stromwender 2 in das in Figur 5a dargestellte Werkzeug W1 , W2 eingefügt und präzise zueinander ausgerichtet sind, wird der Raum zwischen der leicht konischen äußeren Passungsfläche 10 des Grundkörpers des Zahnrades 1 und der inneren Mantelfläche 20 des Stromwenders 2 mit Vergussmasse befüllt, die hierbei auch die Formschlussbereiche 15 des Grundkörpers des Zahnrades 1 umgreift. Hierdurch wird nach dem Auskühlen der Vergussmasse, bei der es sich bevorzugt um Kunstharz handeln kann, eine feste Verbindung zwischen dem Abtriebselement in Form eines Zahnrades 1 und dem Stromwender 2 hergestellt, wobei diese beiden Bauelemente 1 , 2 zugleich definiert zueinander ausgerichtet sind. So wird mit einfachen Mitteln, nämlich durch einfaches Umspritzen, eine Baueinheit für einen Scheibenläufermotor geschaffen, bei der eine definierte räumliche Anordnung und Ausrichtung des Abtriebselementes in Form eines Zahnrades 1 bezüglich des Stromwenders 2 gewährleistet ist.

Dabei weist das eine Werkzeugteil W2 Zapfen auf, die zur Formung der Vertiefungen bzw. Sacklöcher 31 in der Vergussmasse 3 dienen, über die das Zahnrad 1 und der Stromwender 2 miteinander verbunden werden.

Nach dem Verbinden des durch einen Kommutierungsring gebildeten Stromwenders 2 mit dem Abtriebselement in Form eines Zahnrades 1 werden, z. B. durch Fräsen, die axial erstreckten Längsschlitze 22, vergleiche Figuren 1a bis 1c, in den Kommutierungsring des Stromwenders 2 eingebracht, so dass dieser schließlich, wie in den Figuren 1a bis 1c dargestellt, aus einer Vielzahl in Umfangsrichtung hintereinander angeordneter Lamellen 21 besteht.

Durch die Herstellung einer Verbindung zwischen dem Abtriebselement 1 und dem Stromwender 2 bei exakter koaxialer Ausrichtung dieser beiden Bauelemente 1 , 2 in einem Werkzeug W1 , W2 und durch das anschließende Schlitzen (durch Fräsen oder elektrisches Trennen) des Stromwenders 2 zur Herstellung der Lamellen 22, wobei das zum Schlitzen verwendete Werkzeug mit Bezug auf die Lageröffnung 12 des Abtriebselementes 1 geführt werden kann, werden die Koaxialitätstoleranzen (Abweichungen von optimaler Koaxialität) zwischen der äußeren Oberfläche des durch die Lamellen 21 gebildeten Kommutierungsringes einerseits und der an der Lageröffnung 12 des Abtriebselementes 1 gebildeten Gleitlagerfläche minimiert.

Anschließend wird die durch das Zahnrad 1 und den Stromwender 2 gebildete Baueinheit in eine Wickelvorrichtung eingelegt, die die besagte Baueinheit 1, 2 aufnimmt und in der das Spulensystem 4 gewickelt wird, das sich in einer radial zum Zahnrad 1 und zum Stromwender 2 verlaufenden Ebene erstreckt.

Das Spulensystem 4 weist an seinem dem Stromwender 2 zugewandten radial inneren Rand Leiterschleifen auf, die als Anschlussschlaufen 45 zwischen die Schenkel 26, 27 je eines Anschlussabschnittes 25 des Stromwenders 2 geführt sind. Dort werden die Anschlussschlaufen 45 in der jeweiligen Aufnahme 28 aufgrund des spitzen Winkels zwischen den beiden Schenkeln 26, 27 eines jeweiligen Anschlussabschnittes 25 sicher gehalten.

Anschließend werden die elektrischen Kontakte zwischen den Anschlussabschnitten 25 des Stromwenders 2 und den diese durchgreifenden Anschlussschlaufen 45 des Spulensystems 4 hergestellt, indem gemäß Figur 5b auf einen jeweiligen Anschlussabschnitt 25 des Stromwenders 2 eine Kraft F in axialer Richtung a mittels eines Stempels S ausgeübt wird. Der jeweilige Anschlussabschnitt 25 des Stromwenders 2 ist dabei auf der dem Stempel S abgewandten Seite mittels eines Widerlagers W abgestützt. Mit anderen Worten ausgedrückt, wirken der Stempel S einerseits und das Widerlager W andererseits in axialer Richtung a und dabei entgegengesetzt zueinander auf jeweils einen der Schenkel 26, 27 eines jeweiligen Anschlussabschnittes 25 des Stromwenders ein. Hierbei werden die zunächst noch schräg abgewinkelten zweiten Schenkel 27 der Anschlussabschnitte 25 gegen die ersten Schenkel 26 gedrückt, so dass sich letztere nun auch im Wesentlichen in radialer Richtung erstrecken, wobei gleichzeitig die Aufnahmen 28 für die Anschlussschlaufen 45 des flachen Spulensystems verschlossen werden.

Der oder die zum elektrischen Kontaktieren verwendeten Stempel S sind an ihren dem jeweiligen Anschlussabschnitt 25 zugewandten axialen Ende mit einer Heizeinrichtung H, z.B. in Form einer Heizelektrode, versehen, so das durch Erwärmen des Anschlussabschnittes 25 eine stoffschlüssige Verbindung mit der jeweiligen Anschlussschlaufe 45 hergestellt wird („Hot Staking"). Aufgrund der axialen Einwirkung eines jeweiligen Stempels S und des zugeordneten Widerlagers W auf die Anschlussabschnitte 25 beim elektrischen Kontaktieren kommt es zu keiner Einwirkung auf die axial erstreckten Lamellen 21 des Kollektorringes des Stromwenders 2, insbesondere wird also vermieden, dass die Geometrie des Stromwenders negativ beeinträchtigt wird.

Ferner eröffnet die axiale Einwirkung auf die Anschlussabschnitte 25 des Stromwenders 2 beim elektrischen Kontaktieren die Möglichkeit, durch Verwendung einer Mehrzahl von Stempeln S und zugeordneter Widerlager W jeweils an mehreren Anschlussabschnitten 25 gleichzeitig eine elektrische Kontaktierung mit der jeweils zugehörigen Anschlussschlaufe 45 vorzunehmen, ohne dass die Geometrie des Stromwenders beeinträchtigt würde. Besonders vorteilhaft wird dabei in der Weise vorgegangen, dass die Zahl zeitgleich zu kontaktierender Anschlussabschnitte 25 einem ganzzahligen Teiler der Gesamtzahl der Anschlussabschnitte 25 entspricht und dass die jeweils gleichzeitig zu kontaktierenden Anschlussabschnitte 25 entlang des Umfangs des Stromwenders 2 möglichst gleichmäßig, also in gleichem Abstand (äquidistant) hintereinander angeordnet sind. So können etwa bei einem Stromwender mit insgesamt einundzwanzig Lamellen 21 und dementsprechend einundzwanzig Kontaktierungsbereichen 25 jeweils drei Kontaktierungsbereiche gleichzeitig mit der jeweils zugeordneten Anschlussschlaufe 45 elektrisch kontaktiert werden, so dass der gesamte Kontaktierungsprozess aus einem Zyklus mit sieben Kontaktierungsschritten besteht, bei denen jeweils drei Anschlussabschnitte 25 mit der zugeordneten Anschlussschlaufe 45 elektrisch verbunden werden.

In einem letzten Verfahrensschritt wird schließlich die nun aus dem Abtriebselement in Form eines Zahnrades 1 , dem Stromwender 2 und dem Spulensystem 4 bestehende Baugruppe in ein weiteres Werkzeug W3, W4 eingelegt, in dem dann das Spulensystem 4 zur Bildung einer Kunststoffbeschichtung 5 mit einem geeigneten Material, insbesondere Kunststoff umgössen bzw. umspritzt wird. In diesem Werkzeug dienen Zentrierungszapfen Z zur genauen Ausrichtung der eingefügten Baugruppe 1 , 2, 4, indem die Zentrierungszapfen Z in die Vertiefungen bzw. Sacklöcher 31 eingreifen, die auf einer Stirnseite der Vergussmasse 3 zwischen dem Zahnrad 1 und dem Stromwender 2 vorgesehen sind. Ferner ermöglichen an den Stirnseiten der Vergussmasse 3 vorgesehene Dichtbereiche 303 eine dichtende Anlage von Bereichen des Werkzeugs W3, W4, um das Eindringen von Gussmasse in solche Bereiche der Baugruppe 1 , 2, 4 zu verhindern, die nicht umgössen bzw. umspritzt werden sollen.

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Claims

Patentansprüche

1. Scheibenläufer für einen Flachmotor zum Antrieb einer Verstelleinrichtung eines Kraftfahrzeugs, mit

- einer um eine Achse drehbar zu lagernden Ankerscheibe, die ein Spulensystem aufweist und die zur Wechselwirkung mit magnetischen Elementen eines Stators des Flachmotors ausgebildet und vorgesehen ist,

- einem Stromwender, der sich in radialer Richtung nach innen an das Spulensystem der Ankerscheibe anschließt und der ausgebildet und vorgesehen ist, einen Bestandteil einer Kommutierungseinrichtung des Flachmotors zu bilden, und

- einem im zentralen Bereich der Ankerscheibe angeordneten Abtriebselement, mit dem eine Drehbewegung der Ankerscheibe auf ein nachgeordnetes

Getriebeelement übertragbar ist,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Stromwender (2) und das Abtriebselement (1) durch eine feste Verbindung zu einer Baueinheit zusammengefasst sind, die vor der Integration der Baueinheit in die Ankerscheibe (4, 5) zusammengefügt worden ist.

2. Scheibenläufer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebselement (1) und der Stromwender (2) über eine elektrisch isolierende Füllmasse miteinander verbunden sind.

3. Scheibenläufer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebselement (1) und der Stromwender (2) mittels einer Füllmasse (3) miteinander vergossen sind.

4. Scheibenläufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebselement (1) eine koaxial zur Drehachse (D) des Scheibenläufers verlaufende Passungsfläche (10) aufweist, zu der wiederum koaxial eine Mantelfläche (20) des Stromwenders verläuft.

5. Scheibenläufer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Passungsfläche (10) des Abtriebselementes (1) durch eine innere oder äußere

Oberfläche eines bezüglich der Drehachse (D) rotationssymmetrischen Körpers gebildet wird.

6. Scheibenläufer nach Anspruch 2 oder 3 und Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllmasse (3) zwischen der Passungsfläche (10) des Abtriebselementes (1) und der hierzu koaxialen Mantelfläche (20) des Stromwenders (2) vorgesehen ist.

7. Scheibenläufer nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (20) des Stromwenders (2) die Passungsfläche (10) des Abtriebselementes (1) umschließt.

8. Scheibenläufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebselement (1) an mindestens einer Stirnseite einen ringförmig umlaufenden Bereich (101 , 102) aufweist, mit dem es dichtend an der Fläche eines Werkzeugs anliegen kann, in dem das Abtriebselement (1) und der Stromwender (2) durch eine Füllmasse (3) miteinander verbunden werden.

9. Scheibenläufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebselement (1) aus Sintermetall oder aus Kunststoff besteht.

10. Scheibenläufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebselement (1) entlang seines äußeren Umfangs verteilte Formschlussbereiche (15) aufweist, über die bei einer Drehbewegung des Scheibenläufers ein Drehmoment in das Abtriebselement (1) einleitbar ist.

11. Scheibenläufer nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Passungsfläche (10) des Abtriebselementes (1) zumindest Abschnittsweise konisch ausgestaltet ist.

12. Scheibenläufer für einen Flachmotor zum Antrieb einer Verstelleinrichtung eines

Kraftfahrzeugs, mit

- einer Ankerscheibe, die ein Spulensystem aufweist und zur Wechselwirkung mit magnetischen Elementen eines Stators des Flachmotors ausgebildet und vorgesehen ist,

- einem Stromwender, der sich in radialer Richtung nach innen an das

Spulensystem der Ankerscheibe anschließt und der ausgebildet und vorgesehen ist, einen Bestandteil einer Kommutierungseinrichtung des Flachmotors zu bilden, und

- einem im zentralen Bereich der Ankerscheibe angeordneten Abtriebselement, mit dem eine Drehbewegung der Ankerscheibe auf ein nachgeordnetes Getriebeelement übertragbar ist,

insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass von dem Stromwender (2) eine Mehrzahl Anschlussabschnitte (25) mit einem ersten Schenkel (26) im Wesentlichen parallel zur Ebene der Ankerscheibe (4, 5) radial nach außen abstehen und dass die Anschlussabschnitte (25) mit einem jeweiligen zweiten Schenkel (27) in radialer Richtung nach innen in Richtung auf den Stromwender (2) zurückgeführt sind, wobei ein jeweiliger Anschlussabschnitt (25) zur Aufnahme einer Anschlussschlaufe (45) des Spulensystems (4) dient.

13. Scheibenläufer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Schenkel (27) der von dem Stromwender (2) abstehenden Anschlussabschnitte (25) vor der Kontaktierung der Anschlussschlaufen (45) des Spulensystems (4) mit einem Öffnungswinkel größer als 0°, vorzugsweise zwischen 20° und 60°, bezüglich der nach außen abstehenden ersten Schenkel (26) der Anschlussabschnitte (25) geneigt sind, so dass sie durch axiale Verformung gegen die ersten Schenkel (26) drückbar sind.

14. Scheibenläufer nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussschlaufen (45) des Spulensystems (4) als Leiterschleifen zwischen den ersten und zweiten Schenkeln (26, 27) der Anschlussabschnitte (25) verlaufen.

15. Scheibenläufer nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Anschlussabschnitte (25) im Wesentlichen in der durch das Spulensystem (4) aufgespannten Ebene erstrecken.

16. Scheibenläufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromwender (2) als Trommelkollektor mit einer Mehrzahl axial erstreckter, ringartig hintereinander angeordneter Kollektorlamellen (21) ausgebildet ist.

17. Scheibenläufer nach einem der Ansprüche 12 bis 15 und Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussabschnitte (25) von jeweils einer der Kollektorlamellen (21) abstehen.

18. Scheibenläufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromwender (2) eine Mehrzahl ringförmig angeordneter, voneinander beabstandeter Formschlussbereiche (31 ) aufweist.

19. Scheibenläufer nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlussbereiche (31) des Stromwenders (2) durch Erhebungen und/oder Vertiefungen gebildet werden

20. Scheibenläufer nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlussbereiche (31) des Stromwenders (2) an einer Stirnseite des Stromwenders (2) vorgesehen sind.

21. Scheibenläufer nach einem der Ansprüche 18 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlussbereiche (31) derart ringförmig hintereinander angeordnet sind, dass die Abstände zwischen benachbarten Formschlussbereichen (31) jeweils identisch sind.

22. Scheibenläufer nach einem der Ansprüche 13 bis 17 und einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Formschlussbereiche (31) einem ganzzahligen Teiler der Zahl der Anschlussabschnitte (25) entspricht.

23. Scheibenläufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spulensystem (4) mit einer Beschichtung (5) umgössen oder umspritzt ist.

24. Scheibenläufer nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromwender (2) eine ringförmig umlaufende Kante aufweist, die in einer Ebene mit einer inneren Ringfläche des umgossenen oder umspritzten Spulensystems (4) liegt.

25. Scheibenläufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerscheibe (4, 5) eine Montagehilfe (57) zum Entriegeln von Bürsten (B) eines zugeordneten Stators aufweist.

26. Scheibenläufer nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagehilfe (57) durch einen ringförmigen Steg gebildet wird.

27. Verfahren zur Herstellung eines Scheibenläufers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

das Abtriebselement (1) und der Stromwender (2) ohne das Spulensystem (4) in ein

Gusswerkzeug (W1 , W2) eingesetzt und zueinander ausgerichtet werden und dass das Abtriebselement (1) und der Stromwender (2) in dem Spritzgusswerkzeug (W1 , W2) durch eine Füllmasse in Form einer Gussmasse (3) miteinander verbunden werden.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass in dem

Gusswerkzeug Schieberbereiche (H1 , H2, H3) derart positioniert werden, dass

Bereiche (11 , 12, 25) des Abtriebselementes (1) und des Stromwenders (2) nicht vergossen werden, wobei die Schieberbereiche (H1 , H2, H3) an Dichtflächen (101 ,

102, 201 , 202) des Abtriebselementes (1) und/oder des Stromwenders (2) anliegen.

29. Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromwender (2) erst nach dem Verbinden mit dem Abtriebselement (1) mit Schlitzen

(22) versehen wird, durch die ein Kommutierungsring des Stromwenders (2) in eine Mehrzahl elektrisch voneinander getrennter Lamellen (21) unterteilt wird.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verbinden des Abtriebselementes (1) mit dem Stromwender (2) die aus dem Abtriebselement (1) und dem Stromwender (2) bestehende Baueinheit in eine Wickelform eingefügt und darin das Spulensystem (4) des Scheibenläufers gewickelt wird.

31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromwender (2) radial abstehende Anschlussabschnitte (25) aufweist, die beim Wickeln des Spulensystems (4) Anschlussschlaufen (45) des Spulensystems (4) aufnehmen.

32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussabschnitte (25) des Stromwenders (2) in axialer Richtung (a) derart heiß, verformt werden, dass ein stoffschlüssiger elektrischer Kontakt mit den Anschlussschlaufen (45) des Spulensystems (4) hergestellt wird.

33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mehrere Anschlussabschnitte (25) des Stromwenders (2) gleichzeitig durch Krafteinwirkung in axialer Richtung (a) verformt werden.

34. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichzeitig verformten Anschlussabschnitte (25) des Stromwenders (2) entlang des Umfangs des Stromwenders (2) in gleichen Abständen angeordnet sind.

35. Verfahren nach Anspruch 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der gleichzeitig verformten Anschlussabschnitte (25) des Stromwenders (2) einem ganzzahligen Teiler der Gesamtzahl an Anschlussabschnitten (25) des Stromwenders (2) entspricht.

36. Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Wickeln des Spulensystems (4) die das Abtriebselement (1), den Stromwender (2) und das Spulensystem (4) umfassende Baueinheit in ein Gusswerkzeug (W3, W4) eingefügt wird und dass in dem Gusswerkzeug (W3, W4) das Spulensystem (4) mit einer Beschichtung aus Vergussmasse (5) versehen wird.

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