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Stand der Technik
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DE 42 13 819 A1 bezieht
sich auf die automatische Einstellung der Halterung einer Welle.
Ein Druckstück steht auf einer Seite mit einer Welle in Eingriff,
auf der anderen Seite des Druckstücks tritt eine Schulter
aus dem Druckstück hervor. Ein Gehäuse positioniert
und hält einen Deckel, der das Druckstück derart
aufnimmt, dass dieses etwas axiale Bewegungsfreiheit besitzt. Die
Schulter des Druckstücks ist etwas größer
ausgebildet als die Dicke des Deckels, so dass das axiale Spiel
genau definiert bestimmt ist. Eine radiale Bewegungsfreiheit des Druckstücks
im Gehäuseraum wird dadurch hergestellt, dass der Druckstückdurchmesser
kleiner ist, als der Innendurchmesser des Gehäuseraumes.
Ein Dichtungsring um das Druckstück wirkt mit der Gehäusewand
zusammen und bildet einen Drehpunkt. Es ist ein Deckel mit einer Öffnung
vorgesehen zur Aufnahme der Schulter am Ende des Druckstücks, wobei
einen Vertiefung bei der Schulter um einen vorherbestimmbaren Abstand
größer ist als der Durchmesser des Deckels, um
automatisch einen Freiraum zu schaffen. Ein Gehäuse mit
einem axialen Hohlraum, mit dessen Innendurchmesser die Position
des Deckels bestimmt wird, erlaubt ein axiales Verschieben des Druckstücks
zur Schaffung eines axialen Spiels am Ende der Welle.
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DE 1 944 721 A1 bezieht
sich auf einen Anlasser. Der Anlasser umfasst ein Gehäuse
sowie einen in dem Elektromotor einen Magnetfluss erzeugenden Starter
und einen auf einer Welle drehbaren Rotor. Axial außerhalb
des Rotors weist die Welle einen genuteten Abschnitt und einen glatten
Abschnitt von geringerem Durchmesser auf, wobei auf letzterem axial
verschiebbar ein Antriebsritzel geführt ist. Das Abtriebsritzel
ist von einem teilweise hülsenförmig ausgebildeten
Mitnehmer umschlossen, der auf der Welle längsverschiebbar
angeordnet ist, und von dieser mittels Nuten in Umfangsrichtung
mitgenommen wird, die die gleiche Steigung aufweisen, wie die Nuten
des genuteten Abschnittes der Welle. Die Welle ist beidseits im
Gehäuse des Anlassers in Gleitlagern aufgenommen.
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Zum
Starten von Verbrennungskraftmaschinen kommen heute hauptsächlich
mechanische kommutierte Gleichstrommotoren, die als Anlasser dienen,
zum Einsatz. Der Strom wird durch Kohlebürsten über
den Kommutator in die Ankerwicklung eingeleitet. Der Anker ist bei
derzeit in Serie befindlichen Ausführungsvarianten in zwei
Sinterbuchsen gelagert. Eine Ankerwelle wird auf der Kommutatorlagerseite
heute üblicherweise in einer ölgetränkten Sinterbuchse,
die im Kommutatordeckel aufgenommen ist, gelagert. Der Anker und
dessen Längsspiel werden über eine axiale Führung,
die zum Beispiel als Einstich in der Ankerwelle eine Haltescheibe,
eine Ausgleichsscheibe, eine Verschlusskappe oder dergleichen umfasst,
im Kommutatorlager gehalten. Dadurch ist der Einbauraum, beziehungsweise
die sich daraus ergebende Länge des Anlassers im Kraftfahrzeug
eingeschränkt. Aufgrund der Vielzahl der Komponenten ist
die Anzahl der erforderlichen Montageschritte sehr hoch und damit
einher geht eine hohe Fehlerquote bei der Montage. Das Ankerlängsspiel ist
abhängig von den Toleranzen der Vielzahl von zu verbauenden
Einzelteilen. Das Ankerlängsspiel geht mit folgenden Nachteilen
in Bezug auf den Anlasser einher. Zunächst kann aufgrund
eines unzulässig hohen Ankerlängsspiels eine starke
Geräuschentwicklung entstehen. Ferner tritt eine sehr hohe
Schüttelbelastung des Anlassers auf, was dessen Lebensdauer
negativ beeinträchtigt. Es ist des weiteren eine Lebensdauerreduzierung
durch erhöhten Verschleiß in Bezug auf die Kohlebürsten
und die Sinterbuchse wahrscheinlich, was zum Beispiel ein häufiges
Auswechseln der Kohlebürsten zufolge haben kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird
vorgeschlagen, einen Kommutatorlagerdeckel einer elektrischen Maschine zum
Beispiel aus Aluminiummaterial, so zum Beispiel im Wege des Aluminiumdruckgusses,
oder als Stanzbiegeteil zu fertigen, wobei ein eingepresster Lagerbolzen
zur Einstellung des axialen Spiels in den Kommutatorlagerdeckel
eingepresst wird. In die Ankerwelle der elektrischen Maschine wird
ein Sinterlager eingepresst. Das Ankerlängsspiel des Ankers
der elektrischen Maschine wird zwischen der Antriebswelle, der Ankerwelle
und dem Lagerbolzen eingestellt. Der Lagerbolzen wird in den Kommutatorlagerdeckel
gefügt, so zum Beispiel eingepresst, und der axiale Anschlag,
zum Beispiel als separate Kugel oder Kugelform an der Antriebswelle
in Punkt- oder Linienauflage eingestellt. Nach Einstellung des Ankerlängsspiels
zwischen der Antriebswelle, der Ankerwelle und dem Lagerbolzen wird
der Lagerbolzen in den Kommutatorlagerdeckel gefügt, was
zum Beispiel durch Einpressen oder Verprägen erfolgen kann.
Eine Verschlusskappe, die von der Außenseite auf den Kommutatorlagerdeckel
aufgebracht wird, kann zum Beispiel aus Kunststoff gefertigt sein,
als Stanzbiegeteil ausgelegt werden und an der Außenseite
des Kommutatorlagerdeckels durch Einpressen, Verprägen
oder Verklipsen fixiert sein.
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Gegenüber
Lösungen des Standes der Technik baut somit die Lagerung
für die Ankerwelle kürzer; ferner entfällt
der Einstich auf der Ankerwelle, an der eine Haltescheibe oder eine
Ausgleichsscheibe angeordnet wird, sowie die nach außen
ausbauchende Verschlusskappe, mit der der Kommutatorlagerdeckel
gemäß der Lösungen aus dem Stande der Technik
derzeit verschlossen wird.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann der
Kommutatorlagerdeckel als Stanzbiegeteil und ohne Verschlusskappe
ausgebildet werden, für den Fall, dass der Lagerbolzen
zum Beispiel in die entsprechende Öffnung des als Stanzbiegeteil
ausgebildeten Kommutatorlagerdeckels eingepresst oder verprägt
ist. In dieser Ausführungsvariante kann die Verschlusskappe,
die gemäß der oben stehenden ersten Ausführungsvariante
erforderlich ist, eingespart werden. Es ergibt sich im Vergleich
zu oben stehend skizzierten ersten Ausführungsvariante
der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ein
relativ kurzbauender Lagerbolzen, der gleichzeitig durch Einpressen
und Verprägen in der entsprechenden Öffnung des
Kommutatorlagerdeckels als Abdichtung des Inneren der elektrischen
Maschine dient.
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Durch
die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung
lässt sich eine erhebliche Reduzierung der Einzelteile
in Bezug auf eine Gehäuselagerung der Ankerwelle einer
elektrischen Maschine erreichen, ferner eine einfachere und weniger
Montageschritte erfordernde Montage des Kommutatorlagerdeckels, der
sowohl als Aluminiumdruckgussteil als auch als Stanzbiegeteil gefertigt
sein kann. Aufgrund der plan ausgebildeten Stirnseite der elektrischen
Maschine, die insbesondere als Andrehvorrichtung für eine Brennkraftmaschine
dient, lässt sich eine Verkürzung der Einbaulänge
und damit eine bessere Handhabung bei der Montage angesichts des
zur Verfügung stehenden knappen Bauraums am Kraftfahrzeug
vorsehen. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung
lässt sich das Längsspiel der Ankerwelle minimieren
beziehungsweise dieses Ankerlängsspiel definiert vorgeben.
Die bauchig ausgebildete Verschlusskappe bei den aus dem Stande
der Technik bekannten Lösungen kann durch eine plane aus Kunststoffmaterial
gefertigte Abdeckkappe ersetzt werden, die in die korrespondierende Öffnung
für den Lagerbolzen im Kommutatorlagerdeckel entweder eingepresst,
dort verklipst oder auch dort eingeprägt werden kann. Aufgrund
der Verringerung des definierten Einstellens des Ankerlängsspiels
lässt sich die Schüttelbelastung der elektrischen
Maschine drastisch herabsetzen, verbunden mit einer Erhöhung
der Lebensdauer durch Minimierung des Verschleißes der
Kohlebürsten am Kommutator.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Anhand
der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es
zeigt:
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1 eine
aus dem Stand der Technik bekannte Lagerung einer Ankerwelle einer
elektrischen Maschine in einem Kommutatorlagerdeckel,
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2 eine
erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lagerung der Ankerwelle im Kommutatorlagerdeckel und
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3 eine
weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lagerung einer Ankerwelle eine elektrischen Maschine im Kommutatorlagerdeckel – hier
ohne Verschlusskappe dargestellt.
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1 zeigt
eine Lagerung einer Ankerwelle in einer elektrischen Maschine gemäß des
Standes der Technik.
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Aus
der Darstellung gemäß 1 geht hervor,
dass eine elektrische Maschine 10 eine Gehäuse 12 umfasst.
Das Gehäuse 12 der elektrischen Maschine 10 ist über
einen Kommutatorlagerdeckel 14 verschlossen. In diesem
ist eine Ankerwelle 16 gelagert, an der zum Beispiel ein ölgetränktes
Sinterlager 18 ausgebildet ist. Eine Axialfixierung 20 der
Ankerwelle 16 in Bezug auf das Lager 18 wird durch
eine Haltescheibe 22 dargestellt, die in eine Umlaufnut 24 in
der Mantelfläche der Ankerwelle 16 eingreift.
Das Lager 18, die Haltescheibe 22 der Axialfixierung 20 und
der Wellenstummel der Ankerwelle 16 sind durch eine Verschlusskappe 26 nach
außen geschützt, welche um ein Überstandsmaß 28 über
die Planseite der elektrischen Maschine 10 hervorstehend ausgebildet ist.
Diese aus dem Stand der Technik bekannte Ausführungsvariante
der Lagerung der Ankerwelle 16 erfordert hinsichtlich des
Einbaus der elektrischen Maschine 10 einen größeren
Bauraum, was schlussendlich darin begründet liegt, dass
die Ankerwelle 16 samt deren Lagerung im Kommutatorlagerdeckel 14 über
das Überstandsmaß 28 über die
ansonsten plan ausgebildete Stirnseite des Kommutatorlagerdeckels 14 hervorsteht.
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Ausführungsvarianten
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2 zeigt
eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung der Ankerwelle im Kommutatorlagerdeckel der elektrischen
Maschine.
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Der
Darstellung gemäß 2 ist zu
entnehmen, dass die dort dargestellte elektrische Maschine 10 das
Gehäuse 12 umfasst, welches durch den Kommutatordeckel 14 verschlossen
ist. Im Unterschied zum Kommutatorlagerdeckel 14 gemäß der Ausführungsvariante
in 1 ist der Kommutatorlagerdeckel 14 nach
der erfindungsgemäßen Lösung im Wesentlichen
plan ausgebildet. Insbesondere ist die Verschlusskappe 26 plan
ausgebildet und steht nicht um das in 1 dargestellte Überstandsmaß 28 erhaben über
die plan ausgebildete Stirnseite des Kommutatorlagerdeckels 14 hervor.
Dies verkürzt die Einbaulänge der elektrischen
Maschine 10 der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung um entscheidende Millimeter, was deren Handhabung
erleichtert. 2 zeigt, dass die dort dargestellte
Ankerwelle 16 ein Lager 18, bei dem es sich bevorzugt
um ein ölgetränktes Sinterlager 18 handelt,
umfasst. Das Lager 18 ist in eine Stirnseite der Ankerwelle 16 eingelassen.
Auf der Ankerwelle 16 ist ein Sonnenrad 46 eines
Umlaufgetriebes 40 angeordnet, welches eine Anzahl von
Planetenrädern 48 umfasst, die mit einem Hohlrad
an der Gehäuseinnenseite des Gehäuses 12 kämmen.
Die Ankerwelle 16 gemäß der Darstellung in 2 wird über
eine Antriebswelle 30 angetrieben. In die Antriebswelle 30 ist
ein erster Axialanschlag 32 eingelassen, welcher als separates
kugelförmiges Bauteil ausgebildet sein kann, oder in Kugelform
ausgebildet ist. Dieser erste Axialanschlag 32 dient der Einstellung
des Ankerlängsspiels, d. h. des Axialspiels der Ankerwelle 16,
die an ihrer dem ersten Axialanschlag 32 gegenüberliegenden
Seite in einem Lagerbolzen 36 gelagert ist. Der Lagerbolzen 36 wird bevorzugt
in den Kommutatorlagerdeckel 14 unter genauer Vorgabe des
Axialspiels eingepresst, dort verprägt oder auf eine andere,
einen Festsitz ermöglichende Weise, in einer entsprechenden Öffnung des
Kommutatorlagerdeckels 14 gefügt. Zwischen dem
in 2 beispielhaft als Kugel ausgebildeten ersten
Axialan schlag 32 und einem am Lagerbolzen 36 als
gerundete Stirnfläche ausgebildeten zweiten Axialanschlag 34 wird
das Axialspiel der Ankerwelle 16 genauestens eingestellt.
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Der
Kommutatorlagerdeckel 14 der elektrischen Maschine gemäß Ausführungsvariante
in 2 wird bevorzugt als Aluminiumdruckgussbauteil oder
auch als Stanzbiegebauteil ausgebildet. Die erforderlichen Geometrien,
insbesondere die Versteifung in dem Bereich, in dem der Lagerbolzen 36 aufgenommen
wird, kann durch diese Fertigungsverfahren leicht erzeugt werden.
Der Kommutatorlagerdeckel 14 überdeckt einen Bürstenhalter 38,
in dem eine Anzahl von Kohlebürsten gelagert ist, über
welche am Kommutator einzelne Bereiche einer Läuferwicklung 44,
die auf der Ankerwelle 16 aufgenommen ist, bestromt werden.
Die Läuferwicklung 44 der elektrischen Maschine 10 gemäß der
Darstellung in 2 ist von einer Statorwicklung 42 an
der Innenseite des rohrförmigen Gehäuses 12 umgeben.
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Während
das bevorzugt als Hinterlager ausgebildete Lager 18 in
die im Kommutatorlagerdeckel 14 gegenüberliegende
Stirnseite der Ankerwelle 16 eingeschrumpft sein kann,
wird der Lagerbolzen 36 in axiale Richtung durch Presssitz
oder durch Verprägen in der zentralen Öffnung
des Kommutatorlagerdeckels 14 befestigt. Das Ankerlängsspiel
der Ankerwelle 16 wird zwischen der Antriebswelle 30,
der Ankerwelle 16 und dem Lagerbolzen 36 eingestellt.
Der Lagerbolzen 36 wird mit dem Kommutatorlagerdeckel 14 gefügt
und in Bezug auf den ersten Axialanschlag 32, der als separates
kugelförmiges Bauteil ausgebildet sein kann oder in Kugelform
ausgebildet sein kann, unter Ausbildung des exakten Ankerlängsspiels
montiert. Es stellt sich eine linienförmige Berührung
zwischen der dem Lagerbolzen 36 gegenüberliegenden
Stirnseite der Ankerwelle 16 und dem ersten Axialanschlag 32 in
Kugelform ein. Durch Punkt- beziehungsweise Linienauflage wird die
Reibung zwischen dem ersten Axialanschlag 32 und der dieser
gegenüberliegenden korrespondierend zum Beispiel gerundet
ausgeführten Stirnseite der Ankerwelle herabgesetzt. Danach
erfolgt das Einpressen oder Verprägen des Lagerbolzens 36 in
der korrespondierenden Öffnung, die im Kommutatorlagerdeckel 14,
sei diese als Aluminiumdruckgussteil, sei diese als Stanzbiegeteil
gefertigt. Eine Verschlusskappe 26, die bevorzugt aus Kunststoff
gefertigt werden kann, oder auch als Stanzbiegeteil ausgebildet sein
kann, wird in die korrespondierende Öffnung, die rückwärtige
Stirnseite des Lagerbolzens 36 verschließend,
in den Kommutatorlagerdeckel 14 eingepresst, eingeprägt,
verklipst oder auf andere Weise fixiert.
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Der
Darstellung gemäß 3 ist eine
weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung zu entnehmen, bei der der Kommutatorlagerdeckel 14 als
Stanzbiegeteil einer einfachen Geometrie gefertigt ist.
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Wie 3 zeigt,
verschließt auch gemäß dieser Ausführungsvariante
ein Kommutatorlagerdeckel 50 das Gehäuse 12 der
elektrischen Maschine 10. Im Unterschied zur Darstellung
gemäß 2 ist der in 3 dargestellte
Kommutatorlagerdeckel als Stanzbiegeteil 50 in einer vereinfachten
Geometrie ausgebildet. Insbesondere umfasst der Kommutatorlagerdeckel
als Stanzbiegeteil 50 eine Öffnung 54, die
durch eine Umrandung 56 begrenzt ist. Der Lagerbolzen 36 gemäß der
in 3 dargestellten weiteren Ausführungsvariante
weist ein stummelförmig ausgebildetes Ende auf, wobei die
Planseite, welche von der Umrandung 36 der Öffnung 54 umschlossen ist,
den Kommutatorlagerdeckel als Stanzbiegeteil 50 nach außen
hin verschließt. Verdeckt durch die zu kontaktierenden
Kommutatorlamellen, ist am nicht dargestellten, sich in axialer
Richtung parallel zur Achse 52 erstreckenden Bereich des
Lagerbolzens 36 das Lager 18 aufgenommen, bei
dem es sich analog zur Darstellung gemäß 2 um
ein in die Ankerwelle 16 eingepresstes oder eingeschrumpftes ölgetränktes
Sinterlager handeln kann. Die Kommutatorlamellen des Kommutators überdecken
in der Ausführungsvariante gemäß 3 den
zweiten Axialanschlag 34 der an dem der Ankerwelle 16,
vgl. 2, zuweisenden Ende des Lagerbolzens 36 ausgebildet ist.
Zwischen dem in 3 nicht dargestellten ersten Axialanschlag 32 und
dem am Lagerbolzen 36 ausgebildeten zweiten Axialanschlag 34 wird
analog zur Ausführungsvariante gemäß 2 das
Axialspiel der Ankerwelle 16 eingestellt.
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Die
Planseite des Lagerbolzens 36 kann über die in 2 dargestellte,
als Kunststoffmaterial gefertigte oder als Stanzbiegeteil gefertigte
Verschlusskappe 26 überdeckt werden. Diese kann auch
entfallen, da das Innere des Gehäuses 12 bei Presssitz
des Lagerbolzens 36 in der Umrandung 56 der Öffnung 54 die
Abdichtung des Inneren des Gehäuses 12 übernimmt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4213819
A1 [0001]
- - DE 1944721 A1 [0002]