DE102007036788A1

DE102007036788A1 - Elektromotor, insbesondere für Hilfseinrichtungen in Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE102007036788A1
Application number: DE102007036788A
Authority: DE
Inventors: Stephan Pauli; Michael Rummel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-08-03
Filing date: 2007-08-03
Publication date: 2009-02-05
Also published as: WO2009019056A2; WO2009019056A3

Abstract

Ein Elektromotor weist einen Stator und einen Rotor auf, der eine Rotorwelle umfasst, welche gegenüber dem Stator drehbar gelagert ist, wobei ein Zahnrad drehfest mit der Rotorwelle verbunden ist. In die Rotorwelle ist ein Isolationsteil integriert, das einen kleineren Wärmeleitkoeffizient als die Rotorwelle aufweist, wobei zumindst ein Abschnitt des Isolationsteils zwischen dem Zahnrad und dem Stator liegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor, insbesondere für Hilfseinrichtungen in Kraftfahrzeugen, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
Derartige Elektromotoren werden beispielsweise für Scheibenwischvorrichtungen eingesetzt, wobei die Rotationsbewegung des Elektromotors in die Wischbewegung des Scheibenwischers umgesetzt wird. Als Elektro- bzw. Wischermotoren kommen permanenterregte Gleichstrommotoren in Betracht, die zwei Permanentmagnete auf der Gehäuseinnenwand eines Statorgehäuses und einen im Statorgehäuse drehbar gelagerten Anker auf einer Ankerwelle mit einer elektrisch beaufschlagbaren Spulenwicklung umfassen. Ein Gleichstrommotor dieser Art ist beispielsweise aus der DE 10 2004 008 936 A1 bekannt.
Die Übertragung der Antriebsbewegung des Wischermotors auf den Wischerarm erfolgt in der Regel über eine Zahnstange oder Schnecke, die drehfest auf der Rotorwelle aufsitzt und mit einem Zahnrad kämmt, welches die Drehbewegung des Wischermotors in die Wischerbewegung umsetzt. Im laufenden Betrieb können thermische Probleme auftreten, die dadurch entstehen, dass die Wärmeentwicklung des Elektromotors über die aus Metall gefertigte Rotorwelle in das Getriebe der Wischereinrichtung übertragen wird. Aus Kunststoff bestehende Getriebe- bzw.
Gehäuseteile der Wischereinrichtung können durch die Wärmeausbreitung an Festigkeit verlieren und schließlich unter den mechanischen Belastungen zerstört werden.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen die Wärmeausbreitung in Elektromotoren, die insbesondere für Hilfseinrichtungen in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, einzuschränken.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Der erfindungsgemäße Elektromotor weist einen Stator und einen Rotor auf, wobei der Rotor mit einer Rotorwelle versehen ist, welche gegenüber dem Stator drehbar gelagert ist. Des Weiteren ist auf der Rotorwelle ein Zahnrad drehfest angeordnet, welches entweder als separates Bauteil ausgebildet ist, das auf die Rotorwelle aufgeschoben ist, oder nach Art einer Gewindestange als Verzahnung in der Mantelfläche der Rotorwelle ausgebildet ist. Dieses Zahnrad dient zur Übertragung der Wellenbewegung der Rotorwelle auf ein kämmendes Zahnrad der Hilfseinrichtung.
Um die Wärmeausbreitung einzuschränken, ist in die Rotorwelle ein Isolationsteil integriert, das einen kleineren Wärmeleitkoeffizienten als die Rotorwelle aufweist und dadurch in Achsrichtung der Rotorwelle thermisch isolierend wirkt. Des Weiteren liegt zumindest ein Abschnitt des Isolationsteils zwischen dem Zahnrad und dem Stator des Elektromotors, so dass das Isolationsteil die Wärmeausbreitung zu dem Zahnrad auf der Rotorwelle einschränkt und dadurch eine weitere Wärmeausbreitung auf Bauteile der Hilfseinrichtung verhindert oder zumindest stark reduziert wird. Dadurch ist sichergestellt, dass auch bei längerem Betrieb des Elektromotors und einer damit einhergehenden Wärmeentwicklung wärmeempfindliche Bauteile, insbesondere Kunststoffbauteile wie ein Kunststoffgehäuse oder Zahnräder aus Kunststoff vor der Wärmeeinwirkung geschützt sind und sich nicht verformen können.
Die Integration des Isolationsteils in die Rotorwelle kann auf verschiedene Arten durchgeführt werden. Möglich ist zum einen eine Positionierung des Isolationsteils mit Abstand zur freien Stirnseite der Rotorwelle, also eine Integration in einen mittleren Abschnitt der Rotorwelle, wobei in diesem Fall das Zahnrad auf dem außen liegenden Teil der Rotorwelle jenseits des Isolationsteils angeordnet ist. Als Alternative hierzu kommt auch eine Positionierung des Isolationsteils an der Stirnseite der Rotorwelle in Betracht, so dass das Isolationsteil selbst die freie Stirnseite der Welle bildet, wobei in diesem Fall das Zahnrad unmittelbar auf dem Isolationsteil aufsitzt. In jedem Fall ist sichergestellt, dass im Übertragungsweg zwischen dem Stator des Elektromotors und dem außerhalb des Statorgehäuses liegenden Zahnrad zumindest ein Abschnitt des Isolationsteil liegt und dadurch die Wärmeausbreitung gedämmt ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann sich das Isolationsteil über den gesamten Querschnitt der Rotorwelle erstrecken, so dass die Rotorwelle vollständig von dem Isolationsteil unterbrochen bzw. – im Falle einer stirnseitigen Anordnung – von diesem stirnseitig abgeschlossen ist. Diese Ausführung bietet die beste Hemmung der Wärmeausbreitung.
Möglich ist aber auch eine Ausführung mit lediglich reduziertem Querschnitt des Isolationsteils im Vergleich zum Querschnitt der Rotorwelle. Beispielsweise kann die Rotorwelle selbst einen Abschnitt mit reduziertem Durchmesser aufweisen, in den ein als Hülse ausgebildetes Isolationsteil eingesetzt wird. Der Vorteil dieser Ausführung liegt in der einfachen Realisierung, außerdem ist eine ausreichend hohe Festigkeit der durchgehend ausgebildeten Rotorwelle gegeben.
Gemäß noch einer weiteren Ausführung besteht der isolierende Abschnitt aus einer Mischung von Rotorwellenmaterial und Isolationsmaterial, dergestalt, dass in diesem Bereich in das Material der Rotorwelle zusätzlich Isolationsmaterial eingebracht ist. Auch in dieser Ausführung, in der das Isolationsteil kein separates Bauteil bildet, sondern Bestandteil der Rotorwelle ist, ist die axiale Wärmeausbreitung reduziert.
Die axiale Länge des Isolationsteils wird je nach Anforderung an das Wärmeisolationsvermögen, an konstruktive Gegebenheiten und an die Festigkeit der Rotorwelle bestimmt. Zweckmäßigerweise weist das Isolationsteil aber eine signifikant kürzere Länge als die Rotorwelle auf, die insbesondere nicht mehr als 10% der Rotorwellenlänge beträgt, ggf. aber auch deutlich kürzer als 10% sein kann, beispielsweise 3% oder 5% der Rotorwellenlänge.
Der Elektromotor wird insbesondere als Wischermotor für Scheibenwischereinrichtungen in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Hierbei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, permanenterregte Gleichstrommotoren zu verwenden, die bevorzugt als Innenläufer-Motor mit innen liegender Rotorwelle ausgebildet sind. Das Permanentmagnetfeld wird von Permanentmagneten im Statorgehäuse erzeugt, das magnetische Wechselfeld von einer bestrombaren Spule, die auf der als Ankerwelle ausgebildeten Rotorwelle aufsitzt.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, in der ein permanenterregter Innenläufer-Gleichstrommotor in schematischer Weise dargestellt ist, dessen Ankerwelle stirnseitig eine Schnecke trägt, die mit einem Zahnrad einer Hilfseinrichtung kämmt.
Der Elektromotor 1 dient beispielhaft als Wischermotor für eine Scheibenwischeinrichtung in einem Kraftfahrzeug. Der Elektromotor 1 besteht aus einem Stator mit einem Statorgehäuse 3, an dessen Innenseiten Permanentmagnete 4a, 4b angeordnet sind, und einem Rotor bzw. Anker 5, der eine drehbar im Inneren des Stators 2 gelagerte Rotorwelle 6 und eine auf der Rotorwelle 6 angeordnete, über einen Kommutator 8 bestrombare Spule 7 aufweist.
Die Anker- bzw. Rotorwelle 6 trägt im Bereich ihrer freien, außerhalb des Statorgehäuses 3 liegenden Stirnseite eine Schnecke 9, die drehfest mit der Rotorwelle 6 verbunden ist und mit einem Zahnrad 10 kämmt, welches Bestandteil der Wischereinrichtung ist. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die Schnecke 9 nicht als separates Bauteil auszubilden, sondern die Mantelfläche der Rotorwelle 6 mit einem Gewinde nach Art eines Spindelantriebs zu versehen.
Außerhalb des Statorgehäuses 3 ist in die Rotorwelle 6 ein Isolationsteil 11 integriert, welches einen kleineren Wärmeleitkoeffizienten als die Rotorwelle aufweist und dadurch in Achsrichtung thermisch isolierend wirkt. Das Isolationsteil 11 besteht beispielsweise aus einem festen Kunststoffmaterial, wobei grundsätzlich alle Materialien infrage kommen, die zum einen thermisch isolierend wirken und zum anderen eine ausreichend hohe Festigkeit aufweisen, um die im Betrieb auftretenden Kräfte und Momente in der Rotorwelle übertragen zu können.
Im Ausführungsbeispiel besitzt das Isolationsteil 11 den gleichen Durchmesser wie die Wellenabschnitte der Rotorwelle 6, die sich zu beiden Seiten des Isolationsteils erstrecken. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, unterschiedliche Durchmesser und/oder unterschiedliche Querschnittsflächen von Isolationsteil und Rotorwelle vorzusehen. Des Weiteren ist es möglich, dass das Isolationsteil 11 an der Stirnseite der Rotorwelle angeordnet wird, wobei in diesem Fall die Schnecke 9 bzw. der Gewindeabschnitt eine kleinere axiale Länge als das Isolationsteil aufweist und außerdem zumindest ein Abschnitt des Isolationsteils zwischen dem Gewinde bzw. der Schnecke 9 und dem in das Statorgehäuse einragenden Wellenabschnitt liegt.
Aufgrund der thermisch isolierenden Eigenschaften des Isolationsteiles 11 ist die axiale Wärmeausbreitung gehemmt, so dass auch Zahnräder 10 der Hilfseinrichtung aus Kunststoff eingesetzt werden können, ohne dass die Gefahr besteht, dass derartige Kunststoffzahnräder durch Wärmeeinwirkung erweichen.
Grundsätzlich kommt auch eine Anwendung der Erfindung auf Außenläufer-Motoren in Betracht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004008936 A1 [0002]

Claims

Elektromotor, insbesondere für Hilfseinrichtungen in Kraftfahrzeugen, mit einem Stator (2) und einem Rotor (5), der eine Rotorwelle (6) umfasst, welche gegenüber dem Stator (2) drehbar gelagert ist, wobei ein Zahnrad (10) drehfest mit der Rotorwelle (6) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in die Rotorwelle (6) ein Isolationsteil (11) integriert ist, das einen kleineren Wärmeleitkoeffizient als die Rotorwelle (6) aufweist und in Achsrichtung der Rotorwelle (6) thermisch isolierend wirkt, wobei zumindest ein Abschnitt des Isolationsteils (11) zwischen dem Zahnrad (10) und dem Stator (2) liegt.
Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsteil (11) mit Abstand zur freien Stirnseite der Rotorwelle (6) angeordnet ist.
Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsteil (11) die freie Stirnseite der Rotorwelle (6) bildet.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsteil (11) sich über den gesamten Querschnitt der Rotorwelle (6) erstreckt.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsteil (11) sich nur über einen Teilquerschnitt der Rotorwelle (6) erstreckt.
Elektromotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Isolationsteils (11) der Querschnitt teilweise von dem Material der Rotorwelle (6) oder einem sonstigen Material ausgefüllt ist.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Isolationsteil (11) in Achsrichtung eine signifikant kürzere Länge als die Rotorwelle (6) aufweist, insbesondere nicht länger als 10% der Rotorwellenlänge ist.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsteil (11) in einen Abschnitt der Rotorwelle (6) integriert ist, der außerhalb des Statorgehäuses (3) liegt.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) als Innenläufer-Motor ausgebildet ist.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) als Gleichstrommotor ausgebildet ist.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10 für Scheibenwischeinrichtungen in Kraftfahrzeugen.