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WO2011160984A2 - Elektrische maschine - Google Patents

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WO2011160984A2
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shaft
spring element
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electrical machine
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Uwe Roessler
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/16—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields
    • H02K5/173—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings
    • H02K5/1732—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C25/00—Bearings for exclusively rotary movement adjustable for wear or play
    • F16C25/06—Ball or roller bearings
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C35/04—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers in the case of ball or roller bearings
    • F16C35/06—Mounting or dismounting of ball or roller bearings; Fixing them onto shaft or in housing
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    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/04—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly
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    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2380/00—Electrical apparatus
    • F16C2380/26—Dynamo-electric machines or combinations therewith, e.g. electro-motors and generators

Definitions

  • the present invention relates to an electric machine, in particular a windscreen wiper motor, a sunroof drive or a seat servomotor, which are used in motor vehicles.
  • armature shafts of electric machines are usually supported by arranged in the housing or pole pot bearings, one of which is fixed as a fixed bearing for receiving radial and axial forces either in the middle or at the end of the armature shaft on the pole pot. It is disadvantageous that an axial bias of the armature shaft is possible only with elaborate and risky manufacturing steps, which has higher process and material costs and a shorter life result.
  • the electric machine according to the invention and the method for producing such with the features of the independent claims have the advantage that an additional spring element is provided, which is arranged in the axial direction of the shaft between a pole pot bottom and the rolling bearing and the spring element, the rolling bearing in the axial direction biases.
  • This makes it possible to achieve a targeted axial preload in the rolling bearing for minimizing noise and increasing the efficiency by means of a fixed spring characteristic in a simple and cost-effective manner.
  • damage to the bearing by axial shocks and shocks is largely prevented, so that a longer durability or
  • the rolling bearing is attached to the inner ring by means of a rolling connection to the shaft and / or attached to the outer ring by means of a Rollierharm the pole pot.
  • the spring element bears against the outer ring of the rolling bearing.
  • the spring element engages on one side of the outer ring and the other side of the outer ring is supported against a bead of the rolling connection.
  • the pole pot is formed with at least one step and the spring element is supported at the bottom of the step. This will be a
  • the rolling bearing is arranged on a shaft end of the shaft and can be used without the risk of scoring during manufacture together with the shaft in the pole pot and fixed by a Rollierharm the pole housing.
  • an abutment is provided, which supports the shaft at least radially. Further preferably, the abutment is designed as a floating bearing and the rolling bearing as a fixed bearing.
  • the spring element in the form of a corrugated spring or a
  • Figure 1 is a sectional view of an electric machine
  • Figure 2 is a partial sectional view of an electrical machine
  • FIG. Figure 1 shows a sectional partial view of an electric machine 1, a pole pot 2, a shaft 3 and a rolling bearing 4 with an inner ring 5, a Outer ring 6 and a plurality of rolling elements 7, of which only two rolling elements 7 are shown visible in this sectional view.
  • the rolling bearing 4 is connected to the inner ring 5 by means of a first and second
  • Rollierharm 20, 21 attached to a shaft end portion 1 1 of the shaft 3, which is inserted into a Poltopfêt 9 of the pole pot 2.
  • the outer ring 6 supports the shaft 3 radially from the pole pot 2.
  • a spring element 8 is arranged in the axial direction X-X of the shaft 3, which rests with one side on the outer ring 6 of the rolling bearing 4 and the other side is supported on a trained in Poltopfêt 9 stage 10. Since the rolling bearing 4 is arranged at the shaft end portion 11, there is no risk of scoring or the like on the shaft through the assembly process.
  • the electric machine 1 additionally comprises an abutment which supports the shaft 3 at least radially on the pole pot 2.
  • the anvil forms the floating bearing and the rolling bearing 4, the fixed bearing.
  • the anvil may preferably be formed as a plain bearing, which claims a smaller volume of construction relative to the rolling bearing 4 and thus contributes to the space optimization of the electric machine 1.
  • the electrical machine 1 according to the invention thus provides a shaft
  • Spring element 8 allows a targeted axial bias of the shaft assembly in the pole housing 2 with a smaller number of components and minimized volume.
  • the outer ring 6 of the rolling bearing 4 is fixed in this second embodiment by means of a third Rollierharm 22 which is applied in the manufacture of the electric machine 1 from an outer side 13 of the pole pot 2.
  • Rolling 4 is hereby moved in the axial direction XX to level 10 and the spring element 8 acting on the outer ring 6 of the roller bearing 4 is compressed, while the opposite side of the outer ring 6 is supported against a bead 12 of the third rolling connection 22.
  • the position and depth of the third Rollierharm 22 is in this case dimensioned so that an axial biasing force corresponding to the spring characteristic of the spring element 8 is generated.
  • the spring element 8 may be formed in all embodiments here in the form of a wave spring or a spring washer or a plate spring or the like. In this case, the spring element 8 may be closed or slotted around the shaft over the circumference. Likewise, a corrugated spring of several elements can be axially layered or wound. Axially splayed spring tongues are advantageously arranged on the spring element 8, which are preferably supported on the roller bearing 4 in the mounted state. On the spring element 8 recesses can be formed, by means of which the force distribution in
  • the rolling bearing 4 can then be fixed relative to the pole pot 2, whereby the anchor longitudinal play is effectively eliminated.
  • the wall of the pole pot 2 by means of plastic material deformation - for example, rolling or notching or embossing - be reshaped.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)
  • Support Of The Bearing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine umfassend einen Poltopf (2), eine Welle (3), ein Wälzlager (4) mit einem Innenring (5), einem Außenring (6) und einer Vielzahl von Wälzkörpern (7), wobei das Wälzlager (4) die Welle (3) am Poltopf (2) lagert, und ein Federelement (8), welches in Axialrichtung (X-X) der Welle (3) zwischen einem Poltopfboden (9) und dem Wälzlager (4) angeordnet ist, wobei das Federelement (8) das Wälzlager (4) in Axialrichtung vorspannt.

Description

Beschreibung Titel
Elektrische Maschine Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere einen Scheibenwischermotor, einen Schiebedachantrieb oder einen Sitzservomotor, die bei Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.
Beim Stand der Technik werden Ankerwellen von elektrischen Maschinen üblicherweise über im Gehäuse bzw. Poltopf angeordnete Wälzlager abgestützt, von denen eines als Festlager zur Aufnahme von Radial- und Axialkräften entweder in der Mitte oder am Ende der Ankerwelle am Poltopf fixiert ist. Hierbei ist es von Nachteil, dass eine axiale Vorspannung der Ankerwelle nur mit aufwendigen und risiko behafteten Fertigungsschritten möglich ist, was höhere Prozess- und Stoffkosten sowie eine kürzere Lebensdauer zur Folge hat.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine und das Verfahren zur Herstellung einer solchen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche weisen demgegenüber den Vorteil auf, dass ein zusätzliches Federelement vorgesehen ist, welches in Axialrichtung der Welle zwischen einem Poltopfboden und dem Wälzlager angeordnet ist und das Federelement das Wälzlager in Axialrichtung vorspannt. Hierdurch ist es möglich, auf einfache und kostengünstige Weise eine gezielte axiale Vorspannung im Wälzlager zur Geräuschminimierung und Wirkungsgraderhöhung mittels einer festgelegten Federkennlinie zu erreichen. Zudem wird eine Beschädigung des Lagers durch axiale Stöße und Schläge weitestgehend verhindert, sodass eine längere Dauerhaltbarkeit bzw.
Lebensdauer gewährleistet ist. Ferner wird ein Toleranzausgleich bei prozessbedingten Dimensionsänderungen, wie z. B. einer Phasenänderung am Wälzlager, eine Änderung der Blechdicke des Polgehäuses, oder einer Änderung der Tiefe und Position einer Rollierverbindung des Wälzlagers, ermöglicht.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Wälzlager mit dem Innenring mittels einer Rollierverbindung an der Welle befestigt und/oder mit dem Außenring mittels einer Rollierverbindung am Poltopf befestigt. Hierdurch ist es möglich, die Welle zusammen mit dem an der Welle befestigten Wälzlager zeit- und kosteneffizient im Polgehäuse zu montieren. Ferner sind keine zusätzlichen Befestigungsbauteile und deren Montageschritte erforderlich, was zu geringeren Bauteilkosten und kürzeren Taktzeiten bei der Fertigung führt. Darüber hinaus ist die Verwendung von Standard-Wälzlagern möglich, die die Rollierverbindung mit dem Polgehäuse auch bei dünnwandigen Außenringen zulassen.
Weiterhin bevorzugt liegt das Federelement am Außenring des Wälzlagers an. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung greift das Federelement an einer Seite des Außenrings an und die andere Seite des Außenrings stützt sich gegen eine Wulst der Rollierverbindung ab.
Vorzugsweise ist der Poltopf mit wenigstens einer Stufe ausgebildet und das Federelement stützt sich am Boden der Stufe ab. Hierdurch wird eine
zuverlässige Abstützung auch mit geringeren Ebenheitsanforderungen an den
Boden der Stufe des Poltopfs gewährleistet. Ferner ist eine höhere
Axialkraftaufnahme durch ein stabiles, z. B. durch Tiefziehen, aus Stahl gefertigtes Polgehäuse erreichbar. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Wälzlager an einem Wellenendbereich der Welle angeordnet und kann ohne das Risiko einer Riefenbildung bei der Fertigung zusammen mit der Welle in den Poltopf eingesetzt werden und durch eine Rollierverbindung am Polgehäuse fixiert werden. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ein Gegenlager vorgesehen, welches die Welle zumindest radial abstützt. Weiterhin bevorzugt ist das Gegenlager als Loslager und das Wälzlager als Festlager ausgebildet.
Hierdurch ist es möglich das Gegenlager als Gleitlager auszubilden, das ein geringeres Bauvolumen und Gewicht als ein Wälzlager aufweist sowie bei der Fertigung einfacher und schneller und besonders vorteilhaft in Getriebenähe montiert werden kann.
Vorzugsweise ist das Federelement in Form einer Wellfeder oder einer
Federscheibe oder einer Tellerfeder ausgebildet. Durch die Verwendung von Standard-Bauteilen wird eine einfache Anpassung der entsprechend der Einsatzart der elektrischen Maschine erforderlichen Federkennlinie mit minimalem Bauvolumen ermöglicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine geschnittene Teilansicht einer elektrischen Maschine
gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung und
Figur 2 eine geschnittene Teilansicht einer elektrischen Maschine
gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 1 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel im Detail beschrieben. Figur 1 zeigt eine geschnittene Teilansicht einer elektrischen Maschine 1 , die einen Poltopf 2, eine Welle 3 und ein Wälzlager 4 mit einem Innenring 5, einem Außenring 6 und eine Vielzahl von Wälzkörpern 7 aufweist, von denen in dieser Schnittdarstellung lediglich zwei Wälzkörper 7 sichtbar dargestellt sind. Das Wälzlager 4 ist mit dem Innenring 5 mittels einer ersten und zweiten
Rollierverbindung 20, 21 an einem Wellenendbereich 1 1 der Welle 3 befestigt, der in einen Poltopfboden 9 des Poltopfs 2 eingeführt ist. Der Außenring 6 stützt die Welle 3 hierbei radial am Poltopf 2 ab. Zwischen dem Poltopfboden 9 und dem Wälzlager 4 ist ein Federelement 8 in Axialrichtung X-X der Welle 3 angeordnet, das mit einer Seite am Außenring 6 des Wälzlagers 4 anliegt und dessen andere Seite sich an einer im Poltopfboden 9 ausgebildeten Stufe 10 abstützt. Da das Wälzlager 4 am Wellenendbereich 1 1 angeordnet ist, besteht kein Risiko von Riefen o. ä. auf der Welle durch den Montageprozess.
Obwohl in Figur 1 nicht dargestellt, umfasst die elektrische Maschine 1 zudem ein Gegenlager, welches die Welle 3 zumindest radial am Poltopf 2 abstützt. Hierbei bildet das Gegenlager das Loslager und das Wälzlager 4 das Festlager.
Das Gegenlager kann vorzugsweise als Gleitlager ausgebildet sein, das gegenüber dem Wälzlager 4 ein kleineres Bauvolumen beansprucht und somit zur Bauraumoptimierung der elektrischen Maschine 1 beiträgt. Die erfindungsgemäße elektrische Maschine 1 stellt somit eine Wellen-
Baugruppe bereit, welche aufgrund ihres zusätzlich in Axialrichtung der Welle zwischen dem Poltopfboden 9 und dem Wälzlager 4 angeordneten
Federelements 8 eine gezielte axiale Vorspannung der Wellen-Baugruppe im Polgehäuse 2 mit einer geringeren Anzahl von Bauteilen und minimiertem Bauvolumen ermöglicht.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 2 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile sind hierbei mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
Im Gegensatz zum zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ist der Außenring 6 des Wälzlagers 4 bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel mittels einer dritten Rollierverbindung 22 fixiert, die bei der Fertigung der elektrischen Maschine 1 von einer Außenseite 13 des Poltopfs 2 aufgebracht wird. Das
Wälzlager 4 wird hierbei in Axialrichtung X-X zur Stufe 10 hin verschoben und das am Außenring 6 des Wälzlagers 4 angreifende Federelement 8 wird zusammengedrückt, während sich die entgegengesetzte Seite des Außenrings 6 gegen eine Wulst 12 der dritten Rollierverbindung 22 abstützt. Die Position und Tiefe der dritten Rollierverbindung 22 ist hierbei so bemessen, dass eine axiale Vorspannkraft entsprechend der Federkennlinie des Federelements 8 erzeugt wird.
Das Federelement 8 kann bei allen Ausführungsbeispielen hierbei in Form einer Wellfeder oder einer Federscheibe oder einer Tellerfeder oder dergleichen ausgebildet sein. Dabei kann das Federelement 8 über den Umfang um die welle geschlossen oder geschlitzt ausgebildet sein. Ebenso kann eine Wellfeder aus mehreren Elementen axial geschichtet bzw. gewickelt sein. Vorteilhaft sind am Federelement 8 axial abgespreizte Federzungen angeordnet, die sich im montierten Zustand vorzugsweise am Wälzlager 4 abstützen. Am Federelement8 können Freisparungen ausgebildet werden, mittels deren die Kraftverteilung im
Federelement 8 bestimmt werden kann.
Wird das Federelement 8 bei der Montage mittels einer definierten Axialkraft auf das Wälzlager 4 axial vorgespannt, kann das Wälzlager 4 anschließend gegenüber dem Poltopf 2 fixiert werden, wodurch das Ankerlängsspiel wirkungsvoll eliminiert wird. Zum Fixieren des Wälzlagers 4 kann die Wand des Poltopfes 2 mittels plastischer Materialumformung - beispielsweise Rollieren oder Kerben oder Prägen - umgeformt werden.

Claims

Ansprüche
1 . Elektrische Maschine, umfassend:
einen Poltopf (2),
- eine Welle (3),
ein Wälzlager (4) mit einem Innenring (5), einem Außenring (6) und einer Vielzahl von Wälzkörpern (7), wobei das Wälzlager (4) die Welle (3) am Poltopf (2) lagert, und
ein Federelement (8), welches in Axialrichtung (X-X) der Welle (3) zwischen einem Poltopfboden (9) und dem Wälzlager (4) angeordnet ist, wobei das Federelement (8) das Wälzlager (4) in Axialrichtung vorspannt.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (4) mit dem Innenring (5) - insbesondere mittels einer ersten und zweiten Rollierverbindung (20, 21 ) - an der Welle (3) befestigt ist und/oder mit dem Außenring (6) - insbesondere mittels einer dritten Rollierverbindung (22)
- am Poltopf (2) befestigt ist.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (8) am Außenring (6) des Wälzlagers (4) anliegt.
4. Elektrische Maschine nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (8) an einer Seite des Außenrings (6) angreift und die andere Seite des Außenrings (6) sich gegen eine Wulst (12) der dritten Rollierverbindung (22) abstützt.
5. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Poltopfboden (9) mit wenigstens einer Stufe (10) ausgebildet ist und das Federelement (8) sich am Boden der Stufe (10) abstützt.
6. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (4) an einem Wellenendbereich (1 1 ) der Welle (3) angeordnet ist.
7. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Gegenlager, welches die Welle (3) zumindest radial abstützt.
8. Elektrische Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenlager ein Loslager und das Wälzlager (4) ein Festlager ist.
9. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (8) in Form einer Wellfeder oder einer Federscheibe oder einer Tellerfeder ausgebildet ist.
10. Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst das Federelement (8) mittels einer definierten axialen Montagekraft axial vorgespannt wird, und anschließend das Wälzlager 4 gegenüber dem Poltopf (2) fixiert - insbesondere mittels plastischer Materialumformung umgeformt - wird.
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