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Die
Erfindung betrifft einen Elektromotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 und einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einem Elektromotor
nach dem Oberbegriff der Ansprüche 13
und 14.
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Ein
Verfahren zur Montage eines Elektromotors mit Rotor und Stator nach
dem Stand der Technik ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 198 45 683 A1 bekannt.
Dabei wird zur Verbesserung der Montagegenauigkeit bei einem Elektromotor
vorgeschlagen, beim Ineinanderstecken von Rotor und Stator eine
Zentrierhilfe in den Luftspalt zwischen Rotor und Stator einzuführen, anschließend den
Rotor und den Stator zueinander festzulegen und abschließend die
Zentrierhilfe durch Öffnungen
im Motorgehäuse
herauszuziehen.
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Nachteilig
ist, dass Öffnungen
im Motorgehäuse
vorhanden sein müssen,
durch die die Zentrierhilfe herausgezogen werden kann. Derartige Öffnungen
im Motorgehäuse
erfordern mehr konstruktiven Aufwand und verteuern dadurch das Motorgehäuse merklich.
Das Einführen
und Herausziehen der Zentrierhilfe sind zusätzliche Montageschritte, wodurch
sich die Herstellungskosten des Elektromotors erhöhen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Montage eines Elektromotors
mit Rotor und Stator sowie eines Antriebsstranges mit einem solchen Elektromotor
so zu gestalten, dass konstruktiver Mehraufwand und zusätzliche
Montageschritte vermieden werden können.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch eine Anordnung mit den in den Ansprüchen 1,
13 oder 14 angegebenen Merkmalen.
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Bei
der Erfindung sind zur Montage eines Elektromotors mit einem Stator
und einem Rotor, der insbesondere zwischen einem Verbrennungsmotor mit
einer Kurbelwelle und einem Anfahrelement eines Antriebsstranges
eines Kraftfahrzeuges eingebaut ist, Zentrierelemente vorhanden,
die bei der Montage das Zentrieren des Rotors im Stator bewirken.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen,
dass die Zentrierelemente in den Stator bzw. in das Statorgehäuse integriert
sind und nach der Montage des Rotors dort verbleiben. Somit entfällt ein
umständliches
Einsetzen und Herausnehmen von separaten Zentrierhilfen, was die
Montage des Elektromotors wesentlich vereinfacht. Des weiteren entfallen
konstruktive Maßnahmen
am Gehäuse
des Elektromotors, wie beispielsweise Öffnungen, welche die Struktur
des Gehäuses
schwächen
und durch die – insbesondere
beim Einsatz in einem Kraftfahrzeug – Schmutz und Feuchtigkeit
in den Elektromotor gelangen können.
Ferner stellen die in das Gehäuse
integrierten Zentrierelemente auch das Zentrieren des Rotors im
Stator bei einer späteren
Montage nach einer vorangegangenen Demontage sicher.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dadurch, dass
die Zentrierelemente in einer Zentrierstellung an dem Rotor anliegen
und in einer Betriebsstellung beabstandet zum Rotor angeordnet sind.
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Durch
diese Anordnung führen
in der Zentrierstellung Anlagekräfte,
die insbesondere radial zur Hauptachse des Elektromotors wirken,
zur Zentrierung und/oder zur Transportstellung, wobei der Rotor
zentrisch im Stator bzw. Statorgehäuse angeordnet und gesichert
ist. In der Betriebsstellung entfallen diese Anlagekräfte, da
die Zentrierelemente dabei einen Abstand zum Rotor aufweisen.
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In
diesem Zusammenhang ergibt sich eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung
dadurch, dass die Zentrierelemente durch eine Bewegung derselben relativ
zum Stator bzw. Statorgehäuse
von der Zentrierstellung in die Betriebsstellung bringbar sind.
Die Bewegung der Zentrierelemente von der Zentrierstellung in die
Betriebsstellung verläuft
vorteilhaft in axialer Richtung; die Zentrierelemente werden dabei
um eine parallel zur Hauptachse des Elektromotors verlaufende Achse
verdreht. Als Alternative zur Verdrehbewegung ist eine Verschwenkung
der Zentrierelemente in axialer Richtung möglich.
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Eine
besonders kostengünstige
Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, wenn die Bewegung von der
Zentrierstellung in die Betriebsstellung der Zentrierelemente manuell
applizierbar ist, dass also die Bewegung der Zentrierelemente durch
einen Benutzer von außen
herbeigeführt
wird; gegebenenfalls ist hierzu eine Bohrung im Statorgehäuse notwendig. Die
Applikation kann bei einer axialen Bewegung durch Kraftausübung vorgenommen
werden, bei einer Verdrehbewegung durch eine Momentenausübung, beispielsweise
durch geeignete Werkzeuge wie einen Schraubenschlüssel oder
Imbusschlüssel (Sechskantschlüssel) und
bei einer Verschwenkung durch Kraftausübung und/oder Momentenausübung.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung schlägt vor, dass die Bewegung der
Zentrierelemente von der Zentrierstellung in die Betriebsstellung
durch die Montage des Elektromotors mit einem benachbarten Bauteil
veranlasst ist. Insbesondere ist die Bewegung mit dem Anziehen eines
Befestigungsmittels wie beispielsweise einer Schraube gekoppelt.
Alternativ kann die Bewegung von der Zentrierstellung in die Betriebsstellung
an den Abstand zu dem benachbarten Bauteil gekoppelt sein, so dass
beispielsweise durch die Annäherung
von Elektromotor und dem benachbarten Bauteil die Zentrierelemente
von der Zentrierstellung in die Betriebsstellung verbracht werden.
Bei dieser sehr eleganten Lösung
ist demgemäß zur Bewegung
der Zentrierelemente von der Zentrierstellung in die Betriebsstellung
kein spezielles Zutun eines Benutzers erforderlich.
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Bei
weiteren bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung wird vorgeschlagen,
dass es sich bei den Zentrierelementen um Zentrierstifte oder -bolzen handelt,
und dass sie vorteilhaft elastisch oder mittels Kraftspeicher abgestützt sind.
Handelsübliche
Zentrierstifte oder -bolzen verteuern, im Gegensatz zu den aus dem
Stand der Technik bekannten speziellen Zentrierhilfen, die Herstellkosten
nicht wesentlich und können
somit auch unter Kostengesichtspunkten nach der Montage des Rotors
im Elektromotorgehäuse
verbleiben. Dadurch, dass sie elastisch oder mittels Kraftspeicher
abgestützt
sind, funktionieren sie, beispielsweise im Servicefall, auch bei
einer Demontage, bei der das Zentrieren des Rotors im Stator unbedingt
notwendig ist, und einer darauffolgenden erneuten Montage des Elektromotors
wieder problemlos.
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In
einer Weiterentwicklung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zentrierelemente
koaxial zu einer Hauptachse des Rotors angeordnet und in einer Bohrung
im Statorgehäuse
gelagert sind. Dadurch ist gewährleistet,
dass sich die als Zentrierelemente vorgeschlagenen Zentrierstifte
oder -bolzen beim Zusammenbau von Stator und Rotor ohne weiteres
Zutun und ohne den Einsatz von Hilfsmitteln in der Bohrung im Statorgehäuse bzw.
im Gehäuse
des Elektromotors versenken. Gleiches gilt bei einer Demontage und
einer sich anschließenden
erneuten Montage.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen, der
Beschreibung und/oder den Figuren angegeben.
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Die
Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme
der Zeichnung erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
Explosionszeichnung eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges
mit einem Elektromotor,
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2a-c
eine Detaildarstellung einer ersten Ausgestaltung einer im Statorgehäuse des
Elektromotors integrierten Zentrierhilfe, vor, während und nach der Montage
des Rotors,
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3 eine
Detaildarstellung einer zweiten Ausgestaltung einer im Statorgehäuse des
Elektromotors integrierten Zentrierhilfe,
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4a eine
Detaildarstellung einer dritten Ausgestaltung einer im Statorgehäuse des
Elektromotors integrierten Zentrierhilfe und
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4b eine
schnittbildliche Darstellung der dritten Ausgestaltung einer Zentrierhilfe
gemäß 4a.
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Die
Erfindung eignet sich insbesondere zur Montage eines Elektromotors
mit einem Rotor und einem Stator.
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1 zeigt
einen Teil eines Antriebsstranges 10 mit einem Elektromotor 1 und
einem Getriebe 3, beispielsweise einem Automatikgetriebe.
Der Elektromotor 1 weist einen Stator bzw. ein Statorgehäuse 4 und
einen Rotor 5 auf, das Getriebe 3 beispielsweise
ein Anfahrelement 7 mit einem zugehörigen Gehäuse 8. Als Anfahrelement 7 kommen
beispielsweise ein hydrodynamischer Drehmomentwandler, eine trockene
oder eine nasse Anfahrkupplung in Frage. Beim Elektromotor 1 handelt
es sich beispielsweise um einen permanent erregten Synchronmotor
mit Permanentmagneten zur Felderzeugung. Weiterhin zeigt 1 eine
Welle 2 mit einem Flansch 9. Bei der Welle 2 handelt
es sich beispielsweise um eine Kurbelwelle eines Antriebsmotors,
um eine Getriebeeingangswelle, Gelenkwelle, Hinterachsgetriebewelle, Seitenwelle
oder um eine sonstige Antriebswelle. Der Flansch 9 ist
beispielsweise mittels Schrauben oder Bolzen an das Gehäuse 8 angeschraubt.
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Der
Rotor 5 weist eine An-/Abtriebswelle 6 auf, wobei
das freie Ende der An-/Abtriebswelle 6 einen Zentrierzapfen 22 aufweist.
Das Anfahrelement 7 weist eine Abtriebswelle 20 auf.
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Im
Anlieferungszustand ist der Elektromotor 1 bereits montiert,
d.h. der Rotor 5 ist konzentrisch in den Stator 4 eingepasst
und wird in diesem Zustand durch die als Transportsicherungen dienenden
Zentrierelemente 11 gehalten. Die Zentrierelemente 11 befinden
sich dabei in einer Zentrierstellung.
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Bei
der Montage des dargestellten Teils des Antriebsstranges 10 müssen u.a.
der Elektromotor 1 und das Getriebe 3 miteinander
verbunden werden. Hierzu sind zum einen das ortsfeste Statorgehäuse 4 und
das ortsfeste Gehäuse 8,
beispielsweise mittels Verschraubungen, miteinander zu verbinden,
und zum anderen die rotierende Welle 6 und die rotierende
Welle 20 zusammenzufügen,
beispielsweise durch Ineinanderstecken. Nach dem Zusammenfügen der
beiden Wellen 6 und 20 sind die Transportsicherungen
in Form der Zentrierelemente 11 von ihrer Zentrierstellung
in eine Betriebsstellung zu bringen, so dass sich der Rotor 5 im
Stator 4 frei drehen kann.
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Im
fertig montierten Zustand sind einerseits der jetzt drehbare Rotor 5 über seine
An-/Abtriebswelle 6 mit der Welle 20 des Anfahrelementes 7 und andererseits
der Stator bzw. das Statorgehäuse 4 mit dem
Gehäuse 8 des
Anfahrelementes 7 verbunden.
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2c zeigt
die Anordnung am Ende des Zusammenführens des Gehäuses 8 und
des Stators 4. Jedes Zentrierelement 11 befindet
sich jetzt in der Betriebsstellung und ist soweit in die zugehörige Bohrung 12 eingedrückt, dass
seine Spitze 14 den Rotor 5 nicht mehr berührt, sondern
beabstandet zum Rotor 5 angeordnet ist. In diesem Stadium
der Montage ist der Zentrierzapfen 22 soweit in die Zentrierbohrung 21 eingesteckt,
dass die Lage des Rotors 5 in radialer Richtung fixiert
und ein Zentrieren im Stator 4 mittels der Zentrierelemente 11 nicht
mehr notwendig ist. Nach erfolgter Montage verbleiben die Zentrierelemente 11 in
der Betriebsstellung in der jeweils zugehörigen Bohrung 12 versenkt.
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Bei
einer Demontage von Gehäuse 8 und Stator 4 schnellen
die Zentrierelemente 11 aufgrund ihrer elastischen Lagerung
bzw. der Kraftspeicher 16 wieder aus der Bohrung 12 heraus
in die Zentrierstellung und übernehmen
die Positionierung des Rotors 5 relativ zum Stator 4;
somit verhindern sie ein Anlegen des Rotors 5 an den Stator 4 aufgrund
der Magnetkräfte
beim Herausziehen des Zentrierzapfens 22 aus der positionsgebenden
Zentrierbohrung 21. Die Zentrierelemente 11 sind
für weitere
Demontagen bzw. Montagen beliebig oft verwendbar.
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3 zeigt
eine zweite Ausgestaltung von im Statorgehäuse 4 des Elektromotors 1 integrierten Zentrierelementen 11'. Die Zentrierelemente 11' verfügen über einen
ersten Querschnittsbereich 23 sowie einen gegenüber dem
ersten Querschnittsbereich 23 verjüngten zweiten Querschnittsbereich 24. In
der (hier nicht dargestellten) Zentrierstellung liegt der Rotor 5 im
Bereich des ersten Querschnittsbereiches 23 an den Zentrierelementen 11' an, in der
hier gezeigten Betriebsstellung weisen die ersten Querschnittsbereiche 23 einen
Abstand zum Rotor 5 auf. In der Betriebsstellung befindet
sich der zweite Querschnittsbereich 24 im Bereich des Rotors 5,
wobei der zweite Querschnittsbereich 24 aufgrund seines verjüngten Querschnittes
nicht am Rotor 5 anliegt.
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Der Übergang
vom ersten Querschnittsbereich 23 zum zweiten Querschnittsbereich 24 kann fließend sein,
stufenförmig
oder gemäß einer
anderen Form verlaufen. Der Wechsel von der Zentrierstellung in
die Betriebsstellung erfolgt ebenso wie im Ausführungsbeispiel der 2a-c
durch eine translatorische Bewegung der Zentrierelemente 11', wobei diese
Bewegung der Zentrierelemente 11' durch das Zusammenführen des
Elektromotors 1 mit dem Gehäuse 8 als benachbartem
Bauteil veranlasst ist.
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Die
Zentrierelemente 11' sind
beispielsweise durch ähnliche
Maßnahmen
wie im Ausführungsbeispiel
der 2a-c gegen Herausfallen aus der Bohrung 12 gesichert.
Form, Kontur und Abmessungen einerseits der Zentrierelemente 11', insbesondere
ihrer Querschnittsbereiche 23 und 24, und andererseits
der (hier nicht dargestellten) Zentrierbohrung 21 (1, 2a-c)
und des Zentrierzapfens 22 (1, 2a-c)
müssen
wiederum aufeinander abgestimmt sein.
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Die 4a,
b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel
von Zentrierelementen 11''. Dabei verfügen die
Zentrierelemente 11'' über unterschiedliche Querschnittsbereiche,
und zwar über
einen ersten Querschnittsbereich mit einer ersten Außenkontur 25 und
einen zweiten Querschnittsbereich mit einer zweiten Außenkontur 26,
wobei bei der zweiten Außenkontur 26 deren
Abstand von der Zentralachse 27 der Zentrierelemente 11'' geringer ist als der Abstand der
ersten Außenkontur 25.
Der Übergang
von der ersten Außenkontur 25 zur
zweiten Außenkontur 26 kann
fließend
sein, stufenförmig
oder gemäß einer anderen
Form verlaufen.
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In
der Zentrierstellung liegt der Rotor 5 im Bereich der ersten
Außenkontur 25 an
den Zentrierelementen 11'' an; in der Betriebsstellung
ist der Rotor 5 im Bereich der zweiten Außenkontur 26 von
den Zentrierelementen 11'' beabstandet
angeordnet. Ein Wechsel von der Zentrierstellung in die Betriebsstellung
erfolgt durch eine rotatorische Bewegung der Zentrierelemente 11'' um die Zentralachse 27.
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Dabei
kann die Bewegung der Zentrierelemente 11'' manuell
appliziert werden, indem beispielsweise ein geeignetes Werkzeuge
wie ein Schraubenschlüssel
oder Imbusschlüssel
(Sechskantschlüssel)
durch eine durch das Statorgehäuse 4 gehende
Bohrung 28 eingeführt,
in eine zum Werkzeug passende Aufnahme 29 gesteckt und
manuell oder maschinell um die Zentralachse 27 gedreht
bzw. verschwenkt wird.
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Die
Zentrierelemente 11'' sind beispielsweise
durch ähnliche
Maßnahmen
wie im Ausführungsbeispiel
der 2a-c gegen Herausfallen aus der Bohrung 12 gesichert.
Form, Kontur und Abmessungen einerseits der Zentrierelemente 11'', insbesondere ihrer Konturen 25 und 26,
und andererseits der (hier nicht dargestellten) Zentrierbohrung 21 (1, 2a-c)
und des Zentrierzapfens 22 (1, 2a-c)
müssen
wiederum aufeinander abgestimmt sein.