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Die Erfindung bezieht sich auf ein Motorgehäuse für einen Elektromotor, insbesondere für einen elektrischen Lenkmotor in einem Lenksystem.
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Stand der Technik
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Bekannt sind elektrische Lenkmotoren, die in Lenksystemen von Fahrzeugen als Servomotoren zur Erzeugung eines unterstützenden Servomomentes eingesetzt werden. Das Gehäuse des Lenkmotors besteht üblicherweise auf Grund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit aus Aluminium, das die im Motorbetrieb entstehende Wärme an weitere Bauteile des Lenksystems, insbesondere an das Lenkgehäuse, abgibt. Das Motorgehäuse aus Aluminium wird üblicherweise im Druckgussverfahren hergestellt, hierbei werden an das Motorgehäuse Befestigungsaugen angespritzt, über die das Motorgehäuse am Lenkgehäuse fixiert werden kann.
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Bei Motorgehäusen, die im Aluminium-Druckgussverfahren hergestellt werden, kann es beim Gießvorgang zur Bildung von Lunkern kommen. Derartige Lufteinschlüsse im Material des Motorgehäuses führen zu lokalen Schwächungen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Motorgehäuse wird für Elektromotoren eingesetzt, insbesondere für elektrische Lenk- bzw. Servomotoren in Lenksystemen von Fahrzeugen zur Erzeugung eines die Lenkbewegung unterstützenden Servomoments. Das Motorgehäuse umfasst ein zylindrisches Gehäuserohr zur Aufnahme des Stators sowie ein am Gehäuserohr angeordnetes Befestigungsbauteil, das zur Verbindung des Motorgehäuses mit einem weiteren Bauteil, beispielsweise einem Lenkgehäuse, im Lenksystem dient.
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Bei dem erfindungsgemäßen Motorgehäuse sind das Gehäuserohr und das Befestigungsbauteil als separate Bauteile ausgebildet, die jedoch fest miteinander verbunden sind. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass das Gehäuserohr und das Befestigungsbauteil separat voneinander gefertigt werden können, wobei insbesondere im Gehäuserohr konstante oder annähernd konstante Wanddicken realisiert werden können, wodurch die Gefahr von Wandschwächungen reduziert ist. Es ist insbesondere möglich, das Gehäuserohr als ein stranggepresstes Bauteil auszubilden, welches durch Strangpressen aus einem Ausgangsbauteil hergestellt wird. Als Ausgangsbauteil kommt beispielsweise ein auf Lunkerfreiheit geprüfter Butzen in Betracht. In dem durch Umformen aus dem Butzen hergestellten Gehäuserohr sind keine Lunker enthalten.
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Auf Grund der Zweiteilung des Motorgehäuses in ein Gehäuserohr und ein Befestigungsbauteil kann das Gehäuserohr unabhängig von dem Befestigungsbauteil hergestellt werden. Im Befestigungsbauteil können kompliziertere Geometrien und/oder unsymmetrische Materialanhäufungen realisiert werden, unabhängig von der Herstellung des Gehäuserohrs. Das Befestigungsbauteil wird entweder analog zu dem Gehäuserohr durch Umformen aus einem Ausgangsmaterial (Butzen) hergestellt, insbesondere durch Fließpressen, oder ist als gestanztes Bauteil ausgebildet.
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Vorteilhafterweise bestehen Gehäuserohr und Befestigungsbauteil aus dem gleichen Material, insbesondere aus Aluminium. Es sind aber auch Ausführungen aus unterschiedlichen Materialien möglich; beispielsweise kann das Gehäuserohr aus Aluminium und das Befestigungsbauteil aus Stahl gefertigt sein, das insbesondere im Tiefziehverfahren hergestellt wird.
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Gegebenenfalls kommt auch für das Gehäuserohr ein anderes Material als Aluminium in Betracht, beispielsweise Stahl.
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Das Befestigungsbauteil ist, gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung, entweder als Befestigungsflansch oder als Befestigungsring ausgebildet. Der Befestigungsflansch liegt an einer Stirnseite des Gehäuserohrs und deckt die Stirnseite vollständig oder teilweise ab. Die Verbindung zwischen Befestigungsflansch und Gehäuserohr erfolgt insbesondere durch Schweißen, beispielsweise durch Reibschweißen, indem die zu fügenden Bauteile aufeinander gepresst und relativ zueinander bewegt werden und die dabei entstehende Reibungswärme in der Verbindungszone zu einer Plastifizierung und damit einhergehend zu einer Verbindung der Materialien führt. Seitlich auskragendes Material, das bei der Plastifizierung entsteht, kann nach Beendigung des Reibschweißvorgangs spanend entfernt werden. Diese stoffschlüssige Verbindung zwischen Befestigungsbauteil und Gehäuserohr hat zudem den Vorteil, dass Dichtelemente zwischen diesen Gehäusebauteilen entfallen können.
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Im Rahmen einer Schweißverbindung zwischen Befestigungsbauteil und Gehäuserohr kommt auch ein Reibrührschweißen in Betracht, bei dem die zu fügenden Bauteile aufeinander gepresst und ein sich drehender Rührfinger in der Fügezone das Material von Gehäuserohr und Befestigungsbauteil erwärmt, bis sich die gewünschte Plastifizierung des Materials einstellt. Durch die Rührbewegung werden die beiden Bauteilmaterialien miteinander vermischt und verbunden. Auch in diesem Fall können zusätzliche Dichtelemente auf Grund der stoffschlüssigen Verbindung entfallen.
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Des Weiteren kommt als Schweißverbindungsart Laserschweißen in Betracht, bei dem die eingebrachte Energie des Lasers zu einer Aufschmelzung der Materialien und zur Verbindung der beiden Schweißpartner führt.
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In einer weiteren Verbindungsart, die sich insbesondere für eine Ausführung des Befestigungsbauteils als Befestigungsring eignet, wird das Befestigungsbauteil auf das Gehäuserohr aufgepresst.
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Das Befestigungsbauteil weist, gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung, Befestigungsaugen auf, über die die Befestigung des Motorgehäuses an einem weiteren Bauteil wie z.B. dem Lenkgehäuse erfolgt, beispielhaft mittels Schrauben. Die Befestigungsaugen liegen vorteilhafterweise mit einem radialen Abstand im Befestigungsbauteil, der größer oder kleiner ist als der Außendurchmesser des Gehäuserohrs. Beispielsweise liegen die Befestigungsaugen radial außerhalb des Außendurchmessers des Gehäuserohrs; diese Ausführung eignet sich sowohl bei Befestigungsbauteilen, die als Befestigungsring ausgebildet sind und auf das Gehäuserohr aufgeschoben werden, als auch bei Ausführungen des Befestigungsbauteils als Befestigungsflansch an der Stirnseite des Gehäuserohrs.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung liegen die Befestigungsaugen im Befestigungsbauteil radial innerhalb des Außendurchmessers des Gehäuserohrs. In diesem Fall ist das Befestigungsbauteil bevorzugt als ein Befestigungsflansch ausgeführt, der an der Stirnseite des Gehäuserohrs angeordnet ist. Auch die Befestigungsaugen liegen im Bereich der Stirnseite des Gehäuserohrs.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems in einem Fahrzeug mit einem elektrischen Lenk- bzw. Servomotor,
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2 ein Gehäuserohr als Teil des Motorgehäuses zur Aufnahme eines Stators,
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3 ein stirnseitig auf das Motorgehäuse aufsetzbarer Befestigungsflansch,
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4 ein Befestigungsflansch in einer weiteren Ausführung,
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5 ein Motorgehäuse in Topfform mit einem aufgeschobenen Befestigungsring,
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6 ein topfförmiges Motorgehäuse und Befestigungsring in einer weiteren perspektivischen Darstellung,
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7 der Befestigungsring in Einzeldarstellung,
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8 ein Befestigungsring in einer weiteren Ausführung,
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9 ein Befestigungsring in einer weiteren Ausführung,
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10 ein Befestigungsring in einer weiteren Ausführung.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist beispielhaft ein Lenksystem 1 für ein Fahrzeug dargestellt. Das Lenksystem 1 umfasst eine Lenkwelle 2, über die ein vom Fahrer über das Lenkrad vorgegebener Lenkwinkel übertragen wird, ein Lenkgehäuse 3 mit einem darin aufgenommenen Lenkgetriebe und ein Lenkgestänge mit einer Lenkzahnstange 4, über die die Lenkbewegung auf die lenkbaren Räder des Fahrzeugs übertragen wird. Zur Unterstützung des vom Fahrer aufgebrachten Handmoments dient ein elektrischer Lenk- bzw. Servomotor 5, der ein Servomoment erzeugt, welches in das Lenkgetriebe im Lenkgehäuse 4 eingespeist wird. Der elektrische Servomotor ist im Ausführungsbeispiel achsparallel zum Lenkgestänge 5 angeordnet, die Motorwellenlängsachse 6 des Lenkmotors 5 verläuft parallel zur Längsachse 7 des Lenkgehäuses 4 bzw. der Zahnstange. Das Motorgehäuse 8 ist über einen Befestigungsring oder einen Befestigungsflansch, der fest mit einem Gehäuserohr des Motorgehäuses verbunden ist, mit dem Lenkgehäuse 3 verbunden.
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Der elektrische Lenkmotor 5 ist beispielsweise als elektronisch kommutierter Synchron- oder Asynchronmotor ausgeführt.
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2 zeigt ein an beiden axialen Stirnseiten offenes, zylindrisches Gehäuserohr 9, die 3 und 4 jeweils ein Ausführungsbeispiel eines flanschförmigen Befestigungsbauteils 10, das an eine Stirnseite des Gehäuserohrs 9 angeflanscht und mit diesem fest verbunden wird. Das Gehäuserohr 9 und das Befestigungsbauteil 10 bilden gemeinsam das Motorgehäuse des elektrischen Lenkmotors. Sowohl das Gehäuserohr 9 als auch das Befestigungsbauteil 10 bestehen vorteilhafterweise aus Aluminium, wobei das Gehäuserohr 9 aus einem Aluminium-Ausgangsmaterial im Strangpressverfahren hergestellt und der Befestigungsflansch 10 aus dem Aluminium-Ausgangsmaterial im Fließpressverfahren erzeugt wird. Gegebenenfalls kann der Befestigungsflansch 10 auch als Stanzteil ausgeführt sein.
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Die Verbindung zwischen dem Gehäuserohr 9 und dem flanschförmigen Befestigungsbauteil 10 erfolgt vorzugsweise durch Schweißen, beispielsweise durch Reibschweißen, Reibrührschweißen oder Laserschweißen.
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Im montierten Zustand befindet sich das flanschförmige Befestigungsbauteil 10 an der Stirnseite des Gehäuserohrs 9 und deckt die Stirnseite ab. In das Befestigungsbauteil 10 ist eine zentrische Ausnehmung 12 für die Motorwelle eingebracht. Einteilig mit dem Befestigungsbauteil 10 sind des Weiteren Befestigungsaugen 11 angeordnet, über die der Lenkmotor an einem weiteren Bauteil wie z.B. dem Lenkgehäuse mittels Verschraubung befestigt werden kann. Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 befinden sich die Befestigungsaugen 11 innerhalb des Außenumfangs des scheibenförmigen Befestigungsbauteils 10; die Befestigungsaugen 11 liegen auch mit radialem Abstand innerhalb des Außendurchmessers des Gehäuserohrs 9.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 ragen dagegen die Befestigungsaugen 11 radial nach außen und befinden sich im montierten Zustand radial außerhalb des Außendurchmessers des Gehäuserohrs 9. Sowohl bei 3 als auch bei 4 sind gleichmäßig über den Umfang verteilt drei Befestigungsaugen 11 am Befestigungsbauteil 10 angeordnet.
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In 3 sowie in 4 sind die Befestigungsaugen 11 jeweils in Gehäuseausformungen angeordnet, die axial nicht über die beiden gegenüberliegenden Stirnflächen der Befestigungsbauteile 10 hinausragen. In 3 liegen die Befestigungsaugen 11 radial unmittelbar an der Innenseite des axial auskragenden, umlaufenden Randes des Befestigungsbauteils.
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In den 5 und 6 ist jeweils ein Motorgehäuse 8 mit einem Gehäuserohr 9 und einem Befestigungsbauteil 10 dargestellt, 7 zeigt das Befestigungsbauteil 10 in Alleindarstellung. Das Gehäuserohr 9 ist topfförmig ausgebildet und weist an einer axialen Stirnseite einen einteilig mit der zylindrischen Wandung ausgebildeten Topfboden 9a auf, in den eine zentrische Ausnehmung 9b für die Motorwelle eingebracht ist.
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Das Befestigungsbauteil 10 ist als ein Befestigungsring ausgebildet, der auf die Mantelfläche des Gehäuserohrs 9 aufgeschoben ist. Das ringförmige Befestigungsbauteil 10 wird aufgepresst, die hierbei auftretenden Kräfte in Radialrichtung reichen für eine sichere Verbindung zwischen den Bauteilen 9 und 10 aus. Gegebenenfalls kann das Befestigungsbauteil 10 auch im Wege des Schweißens mit dem Gehäuserohr 9 verbunden werden.
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Gehäuserohr 9 und Befestigungsbauteil 10 bestehen jeweils aus Aluminium und können im Strang- bzw. Fließpressverfahren erzeugt werden. Das Befestigungsbauteil 10 kann ggf. auch als Stanzteil ausgebildet sein. Des Weiteren kommt eine Ausführung des Befestigungsrings 10 aus Stahl in Betracht, beispielsweise hergestellt durch Tiefziehen.
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Am Befestigungsring 10 sind zwei Befestigungsaugen 11 angeformt, die sich an der radial außen liegenden Seite des Befestigungsringes 10 befinden und auf diametral gegenüberliegenden Seiten des Befestigungsringes angeordnet sind.
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In den 8 bis 10 sind weitere Ausführungsvarianten eines ringförmigen Befestigungsbauteils 10 dargestellt. Der Befestigungsring 10 kann wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel aus Aluminium oder aus Stahl bestehen und weist an seiner Außenseite diametral gegenüberliegend zwei Befestigungsaugen 11 auf.
