DE10212507A1

DE10212507A1 - Anordnung zur Befestigung eines Ringmagneten auf einer Ankerwelle

Info

Publication number: DE10212507A1
Application number: DE10212507A
Authority: DE
Inventors: Helmut Meier; Andreas Wehrle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-02-09
Filing date: 2002-03-21
Publication date: 2003-08-21

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung zur Befestigung eines Ringmagneten (2) auf einer Ankerwelle (3) einer elektrischen Maschine. Der Ringmagnet (2) wird dabei zur Ermittlung der Ankerwellendrehzahl und/oder der Ankerwellendrehrichtung verwendet. Der Ringmagnet (2) liegt dabei an einer ersten Stirnseite (S¶1¶) an einem auf der Ankerwelle (3) ortsfest angeordneten Bauteil (9) an. An einer zweiten Stirnseite (S¶2¶) liegt der Ringmagnet (2) an einem auf der Ankerwelle (3) angeordneten Befestigungselement an. Das Befestigungselement (4, 14, 30) stellt dabei eine Vorspannkraft in Axialrichtung (A) und in Radialrichtung (R) bereit, um einen Längenausgleich von wärmebedingten Längenänderungen zu ermöglichen.

Description

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 Vorspannkraft in Axialrichtung, d. h. in Axialrichtung der Ankerwelle, aus. Dadurch wird der Ringmagnet gegen das ortsfest auf der Ankerwelle angeordnete Bauteil gedrückt. Weiterhin ist das Befestigungselement auf der Ankerwelle mit Vorspannung in Radialrichtung, d. h. in 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 Relativverdrehung 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 Relativverdrehung zwischen der Ankerwelle 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 aufweist. 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 Befestigungsanordnung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.

Zeichnungen

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht einer Befestigungsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht des Befestigungselements der in Fig. 1 gezeigten Befestigungsanordnung,
Fig. 3 eine Vorderansicht des in Fig. 2 gezeigten Befestigungselements,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Ringmagneten, welcher mittels der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung fixiert wird,
Fig. 5 eine Vorderansicht des in Fig. 4 gezeigten Ringmagneten,
Fig. 6 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Befestigungsanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 7 eine geschnittene Seitenansicht einer Spannhülse des Befestigungselements gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 8 eine Vorderansicht der in Fig. 7 gezeigten Spannhülse,
Fig. 9 eine Seitenansicht eines Federrings des Befestigungselements gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 10 eine Vorderansicht des in Fig. 9 gezeigten Federelements,
Fig. 11 eine geschnittene Seitenansicht einer Befestigungsanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 12 eine geschnittene Seitenansicht einer Befestigungsanordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 13 eine Vorderansicht einer Befestigungsanordnung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 14 eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht einer Befestigungsanordnung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und
Fig. 15 eine Vorderansicht des Spannelements aus Fig. 14.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 eine Befestigungsanordnung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie aus Fig. 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 Fig. 1 ist aus Gründen einer vereinfachten Darstellung nur ein Lager 10 dargestellt.
Die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung umfasst ein Befestigungselement 4, welches im Detail in den Fig. 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 Fig. 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 Zylinderbereichs 5 bereitzustellen. Die Spannhülse 4 ist dabei vorzugsweise aus einem Federblech hergestellt. Wie weiterhin aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, wird eine Vorspannkraft in Axialrichtung A der Spannhülse durch drei Federzungen 7 (vgl. Fig. 3) bereitgestellt, welche an einem senkrechten Flanschbereich 6 der Spannhülse 4 vorgesehen sind und in Axialrichtung von der Spannhülse 4 vorstehen. Die Federzungen 7 stehen dabei unmittelbar in Kontakt mit dem Ringmagnet 2 und drücken den Ringmagnet 2 gegen den Kommutator 9 (vgl. Fig. 1). Wie aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich ist, sind im Ringmagnet 2 eine Vielzahl von V-förmigen Aussparungen 12 gebildet, welche für eine formschlüssige Verbindung mit den Federzungen 7 der Spannhülse vorgesehen sind. Somit stellt die Befestigungsanordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gleichzeitig eine formschlüssige Verbindung zwischen den Federzungen 7 und dem Ringmagnet 2 bereit als auch eine 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. Fig. 3 ersichtlich ist, können die 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.
Es sei angemerkt, dass die Anzahl der Federzungen 7 und die Anzahl der Federelemente 8 beliebig gewählt werden kann. Es muss nur sichergestellt werden, dass eine ausreichende Vorspannkraft in Axialrichtung bzw. Radialrichtung bereitgestellt wird.
Wie insbesondere aus Fig. 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 Federkraft 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 Fig. 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 einen oder mehrere Teilbereiche des Zylinderbereichs 5 der Spannhülse 4 verlaufen. Somit ist die Spannhülse 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 S₁ gegen den Kommutator 9 gedrückt, wobei die Spannhülse 4 an seiner zweiten Stirnseite S₂ angreift. Somit kann die erfindungsgemäße Spannhülse 4 Längenänderungen des Kommutators und/oder des Ringmagneten 2 in Axialrichtung ausgleichen.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 10 eine Befestigungsanordnung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dabei sind gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
Wie insbesondere aus Fig. 6 ersichtlich ist, ist im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel die Befestigungsanordnung des zweiten Ausführungsbeispiels nicht mehr aus einem einstückigen Befestigungselement gebildet, sondern aus einem zweistückigen Befestigungselement. Genauer ist das Befestigungselement des zweiten Ausführungsbeispiels aus einer Spannhülse 24 und einem Federring 14 gebildet. Die Spannhülse 24 ist dabei in den Fig. 7 und 8 genauer dargestellt und der Federring 14 ist in den Fig. 9 und 10 genauer dargestellt. Wie aus den Fig. 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 verteilt sind. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel wird beim zweiten Ausführungsbeispiel jedoch die Vorspannkraft in Radialrichtung R durch den Federring 14 bereitgestellt. Wie aus den Fig. 9 und 10 ersichtlich ist, weist der Federring 14 hierzu eine Vielzahl von an seinem äußeren Umfang gebildeten 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.
Weiterhin ist an der Spannhülse 24 an dem dem Flanschbereich 6 entgegengesetzten Ende ein Anschlag 17 ausgebildet. Der Anschlag 17 dient zur Positionierung des Federringes 14 und zur Versteifung der Spannhülse 24 im zylindrischen Bereich.
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 15 am Federring 14 entspricht.
Es sei weiterhin angemerkt, 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 Fig. 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 bezeichnet.
Wie aus Fig. 11 ersichtlich ist, ist das Befestigungselement gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wieder zweiteilig aus einer Spannhülse 24 und einem Federring 14 ausgebildet. Der Federring 14 sorgt für eine kraftschlüssige Verbindung des Befestigungselements 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 Federrings 14 verteilt. Weiterhin stellt die Spannhülse 24 die axiale Vorspannkraft in diesem Ausführungsbeispiel nur mittels einer kraftschlüssigen Verbindung zu einer Seite 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 Fig. 12 ist eine Befestigungsanordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind dabei wieder 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 vorstehendes und federbelastetes Element 7 bereitgestellt. Bei einer Längendehnung des Ringmagneten 2 in axialer Richtung werden die federvorbelasteten Elemente 7 in Axialrichtung versetzt, wobei der Federring 14 und die Spannhülse 24 ortsfest an der Ankerwelle verbleiben. Sobald infolge von Abkühlung die axiale Längenänderung des Ringmagneten 2 zurückgeht, erfolgt durch die federbelastete formschlüssige Verbindung zwischen dem Ringmagneten 2 und der Spannhülse 24 wieder eine Rückstellung der Elemente 7 in ihre Ausgangspositionen. Wie aus Fig. 12 ersichtlich ist, ist der Federring 14 dabei wie der in den Fig. 9 und 10 dargestellte Federring ausgebildet. Die Elemente 7 sind stets federnde Elemente, die für die Funktion des Längenausgleichs infolge unterschiedlicher Wärmeausdehnung zum einen und für die Funktion der Mitnahme bei Ankerbeschleunigung bzw. -verzögerung dienlich sind. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verweisen werden.
In Fig. 13 ist eine Befestigungsanordnung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hierbei sind wieder gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet.
Im Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist beim fünften Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Federelementen 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 Federzungen oder Materialdicken oder dem Material der Federzungen beeinflusst werden kann.
In Fig. 14 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Befestigungsanordnung gezeigt. Diese erfindungsgemäße Befestigungsanordnung ist ebenfalls 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 ebenfalls in einem nicht dargestellten Stator angeordnet und wird mittels Lagern im Gehäuse des Stators gelagert. In Fig. 14 ist aus Gründen einer vereinfachten Darstellung nur ein Lager 10 dargestellt.
Zur Befestigung des Ringmagneten 2 auf der Ankerwelle 3 dient ein Befestigungselement 30 bzw. Spannelement - auch Spann- bzw. Klemmhülse genannt. Das Befestigungselement 30 erfüllt einerseits die Befestigungsfunktion des Ringmagneten 2 gegenüber der Ankerwelle 3 und ist andererseits ein eigenständiges System, das die unterschiedliche Längenausdehnungskoeffizienten 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 relatives Verdrehen und axiales Verschieben gegenüber der Ankerwelle 3 sichert. Das Spannelement 30 besteht vorzugsweise aus einem Federstahl, sollte jedoch zumindest aus einem steifen aber biegeelastischen Material bestehen.
Das Befestigungselement 30 umfasst einen Flanschbereich 6, der dem der Fig. 2 und 3 ähnlich ist. An den Flanschbereich 6 schließt sich ein vorzugsweise hülsenförmiger Zwischenabschnitt 32 an, an den sich seinerseits ein Endabschnitt 34 anschließt, 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 Federelemente 7 ausgebildet, die den Ringmagneten 2 primär gegen ein Verdrehen gegenüber der Ankerwelle 3 sichern. Die Federelemente 7 dienen vorzugsweise aber auch einem axialen Längenausgleich, der durch die unterschiedlichen Temperaturausdehnungen des Materials des Ringmagneten 2 und des Materials der Ankerwelle 3 bzw. des Befestigungselements 30. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Federelemente 7 als Federlaschen ausgebildet, die am Außenumfang des Flanschbereichs ausgebildet sind. Die Federelemente 7 haben die Form von Ringscheibensegmenten, die sich über ca. 90° erstrecken. Über einen radial verlaufenden Verbindungsabschnitt 7a sind die Federelemente 7 mit dem Zwischenabschnitt 32 verbunden. Mit einem, vorzugsweise im Wesentlichen eben ausgebildeten Mittelabschnitt 7b verlaufen die Federelemente mit einem Abstand um den Zwischenabschnitt 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 Federwirkung aus dieser Ebene herausragen. Die Enden 7c der Federelemente 7 sind in Richtung des Endabschnitts 34 gewölbt wobei die Kanten 7d vom Endabschnitt 34 wegweisen. Alternativ 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 Ankerwelle 3 angepassten geometrischen Ausbildung haben; zum Beispiel kann dies durch zwischen dem Flanschbereich 6 und dem Endabschnitt 34 verlaufende Stege erfolgen. Weiterhin ist der Ringmagnet 2 um den Zwischenabschnitt 32 angeordnet, wodurch, insbesondere gegenüber den vorigen Ausführungsbeispielen, weiterer 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 Fig. 15 hervorgeht. Es sind ebenfalls nach innen gerichtete Vorsprünge (Sicken) bzw. so genannte Federtaschen ausgebildet, welche 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 einen 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 Federelemente 8 als radial verlaufende, nach innen gerichtete Vorsprünge ausgebildet sind. Die Herstellung der gezeigten Federelemente 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 eine 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 gezeigt - auch möglich, am Umfang mehrere 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 S₁ 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 aufreissen.
Die Federelemente 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 Federelemente 7 dem Ausgleich von unterschiedlichen Wärmedehnungen dienen. Außerdem kann sich der Ringmagnet 2 sogar auf den Laschen 38 bzw. einem entsprechend dem konischen Innenbereich 40 angepassten Bereich 36 bewegen.
Ferner ist es auch denkbar, dass keine Federelemente 7 vorgesehen sind. Dann ist der Flanschbereich 6 einfach nur ein Anschlag. Vorzugsweise weist der Flanschbereich 6 in diesem Fall auch vorstehende Abschnitte auf, die einer Verdrehsicherung dienen. Die Abschnitte bilden beispielsweise eine sogenannte Hirtverzahnung, die mit der Oberfläche der Stirnseiten S₁, S₂ des Ringmagneten 2 bzw. eines 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 Unifang 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 gewährleistet. 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 stehen die laschenförmigen Federelemente 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 Federelemente 8 bzw. die Federelemente 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 Federelemente 7 bereits beaufschlagt, geht der Endabschnitt 32 in seine Ausgangslage zurück. Danach wird die aus dem Ringmagnet 2 und dem Befestigungselement 30 bestehende Baugruppe auf die Ankerwelle 3 geschoben.
Zusammenfassend dient die Befestigungsanordnung gemäß den Fig. 14 und 15 zur Befestigung des Ringmagneten 2 auf der Ankerwelle 3 einer elektrischen Maschine. Der Ringmagnet 2 wird zur Ermittlung der Ankerwellendrehzahl und/oder der Ankerwellendrehrichtung verwendet. Der Ringmagnet 2 liegt an der ersten Stirnseite S₁ an dem fest bzw. ortsfest auf der Ankerwelle 3 angeordneten Endabschnitt 9 an und an der zweiten Stirnseite S₂ an dem Flanschbereich 6 des Befestigungselements 30. Das Befestigungselement 30 stellt insbesondere durch den Flanschbereich 6 eine Vorspannkraft in Axialrichtung A und Radialrichtung R der Ankerwelle 3 bzw. des Befestigungselements 30 bereit. Wesentlich ist, dass der ortsfest auf der Ankerwelle angeordnete Endabschnitt 34 Bestandteil des Befestigungselements 30 ist bzw. in dieses integriert ist und der Endabschnitt 34 und das Befestigungselement 30 über einen Zwischenabschnitt 34, um den der Ringmagnet 2 angeordnet ist, miteinander verbunden sind.
Es versteht sich, dass das Befestigungselement 30 auch der Befestigung anderer ringförmiger Bauteile als nur der von Ringmagneten 3 dienen kann.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung mit all ihren Ausführungsbeispielen eine Befestigungsanordnung zur Befestigung eines Ringmagneten 2 auf einer Ankerwelle 3 einer elektrischen Maschine. Der Ringmagnet 2 wird dabei zur Ermittlung der Ankerwellendrehzahl und/oder der Ankerwellendrehrichtung verwendet. Der Ringmagnet 2 liegt dabei an einer ersten Stirnseite S₁ 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 Befestigungselement 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.

Claims

1. Befestigungsanordnung zur Befestigung eines Ringmagneten (2) auf einer Ankerwelle (3) einer elektrischen Maschine, wobei der Ringmagnet (2) zur Ermittlung der Ankerwellendrehzahl und/oder der Ankerwellendrehrichtung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringmagnet (2) an einer ersten Stirnseite (S₁) an einem auf der Ankerwelle (3) ortsfest angeordneten Bauteil (9) anliegt und an einer zweiten Stirnseite (S₂) an einem auf der Ankerwelle (3) angeordneten Befestigungselement (4; 14, 24, 30) anliegt, wobei das Befestigungselement eine Vorspannkraft in Axialrichtung (A) und Radialrichtung (R) der Ankerwelle bereitstellt.

2. Befestigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement als einstückige Spannhülse (4), umfassend einen Zylinderbereich (5) und einen Flanschbereich (6) ausgebildet ist.

3. Befestigungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Zylinderbereich (5) und am Flanschbereich (6) der Spannhülse (4) eine oder mehrere Federelemente (7, 8) angeordnet sind, um die Vorspannkraft in Axial- bzw. Radialrichtung bereitzustellen und eine Sicherung gegen eine Relativverdrehung zwischen Ringmagnet (2) und Ankerwelle (3) bereitzustellen.

4. Befestigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement zweiteilig ausgebildet ist und eine Spannhülse (24) und einen Federring (14) umfasst, wobei die Spannhülse (24) die Vorspannung in Axialrichtung (A) bereitstellt und der Federring (14) die Vorspannung in Radialrichtung (R) bereitstellt.

5. Befestigungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Federring in Axialrichtung einen durchgehenden Schlitz (15) aufweist und die Vorspannung in Radialrichtung (R) durch eine Vielzahl von nach außen oder nach innen gerichteten vorstehenden Bereichen (16) bereitgestellt wird.

6. Befestigungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Federring (14) an seinen beiden in Axialrichtung liegenden Enden eine Vielzahl von in Umfangsrichtung angeordneten Federzungen (18, 19) aufweist, um eine Vorspannkraft in Radialrichtung (R) bereitzustellen.

7. Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülse (24) an ihrem dem Flanschbereich (6) entgegengesetzten Ende einen in Radialrichtung nach innen gerichteten Anschlag (17) für den Federring (14) aufweist.

8. Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (4; 14, 24) mit dem Ringmagneten (2) bzw. der Ankerwelle (3) kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden ist.

9. Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das ortsfest angeordnete Bauteil (9) ein Kommutator der elektrischen Maschine oder ein Wellenabsatz an der Ankerwelle (3) ist.

10. Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein Abschnitt (34) des Befestigungselements (30) ist und der Abschnitt (34) und das Befestigungselement (30) über einen Zwischenabschnitt (32), um den der Ringmagnet (2) angeordnet ist, miteinander verbunden sind.

11. Befestigungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (34) wenigstens einen Auflagebereich (36) für den Ringmagneten (2) aufweist.

12. Befestigungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Auflagebereich (36) wenigstens eine, vorzugsweise von der Ankerwelle (2), zumindest schräg abstehende Lasche (38) für den Ringmagneten (2) aufweist.

13. Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stirnseite (S₁) des Ringmagneten (2) einen konischen Innenbereich (40) aufweist und dass der Auflagebereich (36) mehrere Laschen (38) aufweist, an denen der konische Innenbereich (40) anliegt.

14. Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (34) wenigstens ein Federelement (42) aufweist, das sich an der Ankerwelle (3) abstützt und der Verdrehsicherung und/oder axialen Sicherung dient.

15. Befestigungsanordnung nach Anspruch 13 und/oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass am Umfang der Ankerwelle (3) mehrere Federelemente (42) angeordnet sind, die sich vorzugsweise an die Laschen (38) anschließen.

16. Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenabschnitt (32) im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und dass am Zwischenabschnitt (32) nach innen ragende, vorzugsweise in axialer Richtung verlaufende, Federelemente (8), ausgebildet sind.

17. Befestigungsanordnung nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (42) in axialer Richtung verlaufende radiale Vertiefungen (8) des hülsenförmigen Zwischenabschnitts (32) sind.

18. Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringmagnet (2) höchstens bei tiefen Betriebstemperaturen am Außenumfang des Zwischenabschnitts (32) aufliegt.

19. Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die der Verdrehsicherung und/oder axialen Sicherung dienenden Federelemente (42) in radialer Richtung weiter nach innen stehen als die Federelemente (8).

20. Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (30) einen Flanschbereich (6) aufweist, an dem der Ringmagnet. (2) anliegt und der vorzugsweise eine Verdrehsicherung für den Ringmagneten (2) aufweist.