WO2009100963A1

WO2009100963A1 - Elektromotor

Info

Publication number: WO2009100963A1
Application number: PCT/EP2009/050408
Authority: WO
Inventors: Lothar Schröder
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2009-01-15
Publication date: 2009-08-20
Anticipated expiration: 2010-08-13
Also published as: DE102008008965A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Gehäuse 4 und einem Rotor, der im Gehäuse 4 mittels eines Loslagers und eines Festlagers 6, das als ein Rillenkugellager mit einem Innenring 10 und einem Außenring 8 ausgebildet ist, gelagert ist. Zur Milderung dynamischer Kraftspitzen ist der Innenring 10 oder der Außenring 8 des Festlagers 6 mittels einer Spannvorrichtung im Gehäuse 4 bzw. an dem Rotor elastisch eingespannt.

Description

Beschreibung

Elektromotor

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Gehäuse und einem Rotor, der in dem Gehäuse über eine Fest-/Loslagerung gelagert ist, wobei als Festlager ein Rillenkugellager mit einem Innenring und einem Außenring vorgesehen ist.

Elektromotoren finden beispielsweise in der Kraftfahrzeugtechnik vielfache Verwendung, etwa als Antriebe für Drosselklappenstellglieder, Nockenwellenversteller oder Lüfter, um nur einige Beispiele zu nennen. Dabei handelt es sich meist um als Gleichstrommotoren ausgebildete Elektromotoren, die in Verbindung mit einem Getriebe eingesetzt werden. Diese Elektromotoren bestehen aus einem Stator und einem Rotor, der mittels eines aus zwei Rillenkugellagern bestehenden Fest-/Los- lagerung innerhalb eines Gehäuses aufgenommen ist. Das als Festlager fungierende Rillenkugellager fixiert den Rotor starr in axialer Richtung, indem einerseits der Außenring des Rillenkugellagers im Gehäuse und andererseits der Innenring auf dem Rotor starr eingespannt sind. Ein solches Rillenkugellager ist immer mit einem Axialspiel behaftet. Der Rotor eines solchen Elektromotors kann im Normalbetrieb eine bestimmte Kraft in axialer Richtung erfahren, die z. B. vom Getriebe herrührt und mit der der Rotor auf das Festlager drückt. Es hat sich gezeigt, dass infolge des Axialspiels des Festlagers der Rotor, der als solcher eine ungefederte Masse darstellt, aufgrund von Schwingungen in einem Kraftfahrzeug, die einerseits vom Kurbeltrieb eines Verbrennungsmotors und andererseits vom Überfahren von Fahrbahnunebenheiten zu Eigenschwingen angeregt wird und dann der Rotor mit seiner Masse dynamisch gegen das starr eingespannte Festlager anschla- gen kann, wobei unzulässig hohe Axialbelastungen auftreten, die das Festlager schließlich beschädigen können. Dieser Umstand ist bei den besagten Gleichstrommotoren besonders schwerwiegend, da die Rotoren derartiger Elektromotoren zugleich die Spulenkörper aufweisen und daher besonders große Massen bilden, womit auch die dynamischen Kräfte entsprechend groß sind. Die Massen bestehen im Wesentlichen aus einem auf dem Rotor aufgepressten Blechpaket, das am äußeren Umfang mit Nuten versehen ist, in die Kupferdrähte eingelegt sind. Andererseits erlauben die Rillenkugellager nur vergleichsweise geringe Axialkräfte, die zwar zur Aufnahme der Betriebskräfte hinreichend sind, aber den beschriebenen Axialkräften nicht dauerhaft widerstehen können. Zwar kann diese zusätzliche A- xialbelastung durch eine Verringerung des Axialspiels reduziert werden, allerdings ist dies insbesondere wegen des breiten Temperaturbereiches z. B. im Kraftfahrzeugbau nur bedingt möglich, da die Reibung in dem Lager erheblich erhöht wird und der Verschleiß und der Bedarf an Antriebsleistung zunimmt .

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei Elektromotoren der eingangs genannten Art eine unzulässig hohe Axi- albelastung der als Festlager eingesetzten, mit einem Axialspiel behafteten Rillenkugellager zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Innenring oder der Außenring des Festlagers mittels einer Spannvorrichtung im Gehäuse elastisch eingespannt ist.

Die Spannvorrichtung wirkt dabei als ein Federelement, das den Rotor axial elastisch abstützt und die im Fall des Axialspiels des Festlagers durch die Fahrzeugschwingungen verur- sachten axialen Stöße des Rotors gegen das Festlager elastisch abfängt. Dabei macht man sich bevorzugt die innere und äußere Reibung der Spannvorrichtung als Dämpfung zu Nutze, um die unter der Bewegung des Rotors vorhandene kinetische Energie in Wärme umzuwandeln. Die Spannvorrichtung ist dabei vorzugsweise als eine axial elastisch gegen das Festlager vorgespannte Blechscheibe ausgeführt .

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Blechscheibe einen mit dem Gehäuse verbindbaren Abschnitt und einen axial gegen das Festlager andrückbaren, elastischen Abschnitt auf. Eine derartige Blechscheibe lässt sich unmittelbar mit dem Gehäuse verbinden, so dass kein zusätzliches An- drückteil erforderlich ist. Der elastische Abschnitt der

Blechscheibe besteht dabei aus mindestens einem von dem starren Abschnitt abstehenden Vorsprung, der entweder gegen den Innenring oder den Außenring des Kugellagers andrückbar ist.

Der starre Abschnitt der Blechscheibe ist mit dem Gehäuse vorzugsweise verschweißt. Alternativ zu einer derartig Stoff- schlüssigen Verbindung ist es aber auch denkbar, die Blechscheibe mit dem Gehäuse zu verschrauben oder zu verstemmen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der wenigstens eine Vorsprung im Wesentlichen T-förmig und bezogen auf die Anlegestellen am Kugellager konkav gewölbt ausgestaltet. Dadurch erfolgt eine punktuelle Krafteinleitung. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen des Vor- sprungs denkbar. Der Vorsprung kann dabei aus der Blechscheibe sein, oder, alternativ dazu, durch Herausschneiden aus der Blechscheibe mittels eines Lasers und eine sich an den Schneidvorgang anschließende Umformung herausgebildet sein. Als Material kommt zweckmäßigerweise Federstahl zum Einsatz.

Als Blechscheibe eignet sich zum Beispiel auch eine Tellerfeder, die mittels eines am Gehäuse befestigbaren Andrückteils auf das Festlager wirkt. Die Tellerfeder stellt als Normteil eine kostengünstige Lösung dar. Je nach gewünschter Einspann- kraft ist auch ein Federpaket bestehend aus Tellerfedern denkbar . In einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wirkt die Spannvorrichtung mit einer elastischen Einspannkraft auf den eingespannten Ring, die einem Mehrfachen der axialen Belastung des Kugellagers im Normalbetrieb ent- spricht. Dadurch wird vermieden, dass der eingespannte Ring sich infolge normaler Betriebskräfte verlagern kann. Die elastische Einspannkraft entspricht dabei vorzugsweise wenigstens dem Zehnfachen der axialen Belastung des Kugellagers im Normalbetrieb.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der jeweils elastisch eingespannte Innenring oder Außenring des Rillenkugellagers in seinem Sitz eine geeignete Passung auf, die eine reibungsbehaftete, dämpfende axiale Be- wegung des jeweiligen Lagerrings bei Überschreitung der Einspannkraft ermöglicht. Die Reibungsdämpfung der Bewegung unterstützt dabei die Reduzierung dynamischer Kräfte.

Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfin- düng unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eingehend erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine geschnittene Darstellung einer erfindungsgemäß elastischen Einspannung eines Rillenkugellagers mittels einer Blechscheibe,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Blechscheibe,

Fig. 3 eine Seitenansicht der in Fig. 1 dargestellten Blechscheibe und

Die in der Fig. 1 dargestellte, erfindungsgemäß elastische Einspannung 2 zeigt ein Gehäuse 4 eines Drosselklappenstell- gliedes für den Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors. Im Gehäuse 4 ist ein als Festlager fungierendes Rillenkugellager 16 angeordnet mit einem auf den Rotor (nicht gezeigt) festge- legten Innenring 10 und einem Außenring 8. Das Rillenkugellager 6 ist Bestandteil eines Wälzlagerpaares, das der Lagerung eines hier nicht dargestellten Rotors eines Gleichstrommotors dient, der den elektrischen Stellantrieb für das Drosselklap- penstellglied bildet. Der Außenring 8 des Rillenkugellagers 6 ist mittels einer als Spannvorrichtung wirkenden Blechscheibe 22 im Gehäuse 4 elastisch eingespannt. Die Einspannkraft liegt erheblich über normalen Betriebskräften, so dass sich das Lager in diesem Bereich unterhalb des Schwellenwertes wie ein normales starres Festlager verhält.

Die Blechscheibe 22, die aus einem Federstahl gefertigt ist, weist einen starren, mit dem Gehäuse 4 verbundenen Abschnitt 18 und einen axial gegen das Festlager 6 drückenden, elasti- sehen Abschnitt 20 auf. Der starre Abschnitt 18 ist dabei mit dem Gehäuse 4 verschweißt. Der elastische Abschnitt 20 besteht aus vier über den Umfang verteilten und von dem starren Abschnitt 18 abstehenden Vorsprüngen 20, die jeweils gegen den Außenring 8 des Rillenkugellagers 6 drücken. Die mittels Lasertechnik ausgeschnittenen oder freigestanzten Vorsprünge 20 sind jeweils im Wesentlichen T-förmig oder in einer sonstigen geeigneten Form ausgestaltet und bezogen auf das Kugellager konkav gewölbt oder an den Enden zum Lager hin abgewinkelt (Fig. 2, 3), so dass die Enden 24 der T-förmigen Vor- sprünge punktuell an dem Außenring des Rillenkugellagers anliegen .

Die Blechscheibe 22 ist mit dem Gehäuse 4 in einer derartigen Relativposition verschweißt, dass sie mit einer elastischen Einspannkraft gegen das Rillenkugellager 6 vorgespannt ist, die z. B. ungefähr dem Zehnfachen der axialen Belastung des Rillenkugellagers im Normalbetrieb entspricht. Dieser Faktor kann bei anderen Anwendungen erheblich abweichen. Ferner weist der Außenring 8 des Rillenkugellagers 6 eine Über- gangspassung auf, die eine reibungsbehaftete, dämpfende Axialbewegung des Außenrings 8 in seinem Passungssitz ermöglicht. Die das Rillenkugellager 6 elastisch einspannende Blechscheibe 22 wirkt als ein Federelement, das den Rotor axial elastisch im Gehäuse 4 abstützt. Damit ist die Blechscheibe 22 in der Lage, die durch das Axialspiel des Festlagers ermöglich- ten und aufgrund von Fahrzeugschwingungen angeregten Eigenschwingungen des Rotors und dadurch verursachten axialen Stöße des Rotors gegen das Festlager elastisch abzumildern. Diese Kraftspitzen liegen oberhalb der Einspannkraft, so dass der betreffende Ring die dann gewünschte Axialbewegung aus- führen kann. Dabei macht man sich den Reibungseffekt als

Dämpfung zu Nutze, um die bei der Bewegung des Rotors entstehende zusätzliche Axialbelastung des Festlagers abzuschwächen. Die bei der Relativbewegung des Außenrings 8 entstehende Reibungsdämpfung unterstützt dabei die Reibungsdämpfung der Blechscheibe. Die Blechscheibe besteht aus einem Federstahl, der ein Verschweißen mit dem Gehäuse erlaubt.

Claims

Patentansprüche

1. Elektromotor mit einem Gehäuse (4) und einem Rotor, der in dem Gehäuse über eine Fest-/Loslagerung (6) gelagert ist, wobei als Festlager (6) ein Rillenkugellager mit einem Innenring (10) und einem Außenring (8) vorgesehen ist, und d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Innenring (10) oder der Außenring (8) des Festlagers (6) mittels einer axial wirkenden Spannvorrichtung (22) im Gehäuse (4) bzw. auf dem Rotor elastisch eingespannt ist .

2. Elektromotor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Spannvorrichtung als eine Blechscheibe (22) ausgebildet ist, die axial gegen das Festlager (6) elastisch vorgespannt ist.

3. Elektromotor nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Blechscheibe (22) einen mit dem Gehäuse (4) verbindbaren Abschnitt (18) und einen axial elastisch an den jeweiligen Ring des Festlagers (6) anliegenden, elastischen Abschnitt (20) aufweist.

4. Elektromotor nach Anspruch 3, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , dass der elastische Abschnitt

(20) der Blechscheibe aus wenigstens einem von dem star^¬ ren Abschnitt (18) abstehenden Vorsprung besteht.

5. Elektromotor nach Anspruch 4, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , dass der elastische Abschnitt

(20) der Blechscheibe über den Umfang verteilt vier von dem starren Abschnitt (18) abstehende Vorsprünge auf^¬ weist .

6. Elektromotor nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der wenigstens eine Vor^¬ sprung (20) im Wesentlichen T-förmig ist und im Anlagebe- reich an dem Lager konkav gewölbt ausgestaltet ist, so dass er punktuell an dem jeweiligen Lagerring anliegt.

7. Elektromotor nach einem der Ansprüche 3 bis 6, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der starre

Abschnitt (18) der Blechscheibe (22) mit dem Gehäuse (4) Stoffschlüssig verbunden ist.

8. Elektromotor nach Anspruch 2, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , dass die Blechscheibe eine Tel^¬ lerfeder ist.

9. Elektromotor nach einem der Ansprüche 2 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Blech- Scheibe am Außenring (8) des Rillenkugellagers (6) an^¬ liegt .

10. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Spannvor- richtung (22) mit einer elastischen Einspannkraft auf das Rillenkugellager wirkt, die einem Mehrfachen der maximalen axialen Belastung des Rillenkugellagers im Normalbe^¬ trieb entspricht.

11. Elektromotor nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die elastische Einspann^¬ kraft wenigstens dem Zehnfachen der axialen Belastung des Rillenkugellagers im Normalbetrieb entspricht.

12. Elektromotor nach einem der Ansprüche 2 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Blech^¬ scheibe (22) aus einem Federstahl gefertigt ist.

13. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der jeweils elastisch eingespannte Innenring (10) oder Außenring (8) des Rillenkugellagers eine Übergangspassung aufweist, die eine reibungsbehaftete, dämpfende axiale Bewegung des jeweiligen Lagerrings (8, 10) in der Passung ermöglicht.

14. Verwendung eines Elektromotors nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als Antrieb eines Drosselklappenstellgliedes für den Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors.