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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, insbesondere Stellmotor eines elektrischen Nockenwellenverstellers oder Antriebsmotor einer Verstellwelle einer Vorrichtung zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses zumindest einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, umfassend ein Statormodul mit einem Statorblechpaket und Statorwicklungen sowie einem mit einem Bodenabschnitt versehenes mehrteiliges Statorgehäuse, in welches das Statormodul in montierter Position eingefügt ist.
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Stand der Technik
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Ein Elektromotor kommt in den verschiedensten Bereichen als Aktuator zum Einsatz, beispielsweise als Antriebskomponente eines Nockenwellenverstellers einer Hubkolbenbrennkraftmaschine. Auf die Antriebswelle eines Verbrennungsmotors wirkende Drehmomente, welche ein Antriebsdrehmoment, ein durch Magnetkräfte verursachtes Bremsmoment, sowie ein von der Nockenwelle übertragenes, vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors abhängiges Drehmoment umfassen, sollen durch die Ansteuerung des Nockenwellenverstellers auch beim Abstellen des Verbrennungsmotors in gewünschter Relation zueinander gehalten werden. Durch die damit jederzeit, auch beim Motorstillstand, erreichte definierte Phasenbeziehung zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors soll beim erneuten Anlassen des Verbrennungsmotors ein günstiges Startverhalten erreicht werden. Der als Antriebskomponente des Nockenwellenverstellers verwendete Elektromotor dient der Verstellung einer Stellwelle eines hoch übersetzten mehrstufigen Getriebes, welches eine weitere Komponente des Nockenwellenverstellers bildet. Der Elektromotor weist ein eigenes vom Getriebe getrenntes, abgedichtetes Gehäuse auf.
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Bei der Montage eines Elektromotors wird ein Statormodul, welches mit einem Statorblechpaket und Statorwicklungen versehen ist, in einen topförmigen Gehäuseteil eines mehrteiligen Statorgehäuses eingefügt, welcher aus Aluminium besteht. Das Statorblechpaket setzt sich aus stanzpaketierten Einzelblechen zusammen, die aus Stahl gefertigt sind. Fertigungsbedingt weist ein solches Statorblechpaket scharfkantige Randbereiche auf. Um Relativbewegungen des Statormoduls zu dem Statorgehäuse durch eingebrachte externe Schwingungen, wie beispielsweise Schwingungen des Verbrennungsmotors, zu vermeiden, wird das Statormodul mittels Übermaßpassung in den Gehäuseteil des Statorgehäuses eingefügt. Die Übermaßpassung ist aufgrund der verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Aluminium und Stahl erforderlich, um Relativbewegungen im Betrieb des Elektromotors zu verhindern. Entsprechend kommt es beim Fügen zu einem Kontakt des Gehäuseteils mit dem scharfkantigen Randbereich des Statormoduls, was zu einer Spanbildung führt. Die von dem Gehäuseteil gelösten Späne fallen in Richtung des Bodenabschnitts des Statorgehäuses. Es können auch andere Fremdpartikel während des Fügevorgangs in das Statorgehäuse gelangen. Im laufenden Betrieb des Elektromotors können die Späne bzw. Fremdpartikel sich in konstruktionsbedingten Freiräumen zwischen dem Bodenabschnitt und dem Statormodul frei bewegen, was es zu vermeiden gilt.
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Ein Elektromotor der eingangs genannten Art ist aus der
DE 10 2015 204 560 A1 bekannt. Aus der
DE 10 2015 211 226 A1 ist ein Elektromotor zum Antreiben einer Verstellwelle einer Vorrichtung zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses zumindest einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Elektromotor der eingangs genannten Art weiterzubilden, der das Problem von frei beweglichen Fremdpartikeln im Statorgehäuse, die während der Montage eingebracht werden, zu vermeiden.
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Diese Aufgabe wird durch den unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind insbesondere in den abhängigen Patentansprüchen angegeben, die jeweils für sich genommen oder in verschiedener Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Ein erfindungsgemäßer Elektromotor, insbesondere Stellmotor eines elektrischen Nockenwellenverstellers oder Antriebsmotor einer Verstellwelle einer Vorrichtung zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses zumindest einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, umfasst ein Statormodul mit einem Statorblechpaket und Statorwicklungen sowie ein mit einem Bodenabschnitt versehenes Statorgehäuse, In das Statorgehäuse ist das Statormodul in montierter Position, insbesondere mittels Übermaßpassung, eingefügt, wodurch Relativbewegungen vermieden werden. Um zu vermeiden, dass sich während des Fügevorgangs in das Statorgehäuse eingebrachte Fremdpartikel im laufenden Betrieb des Elektromotors unkontrolliert bewegen können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass zwischen dem Statormodul und dem Bodenabschnitt ein hohlzylindrisches Auffangelement angeordnet ist, welches mit einer äußeren Mantelfläche am Statorgehäuse anliegt und eine zur Wandung des Statorgehäuses und dem Statorblechpaket hin offene umlaufende Ausnehmung aufweist. In montierter Position des Statormoduls bildet sich zwischen der umlaufenden Ausnehmung und der Wandung sowie der Unterseite des Statorblechpakets ein Hohlraum aus, in welchen bei dem Fügevorgang vom Statorgehäuse gelöste Späne aufgenommen und eingeschlossen werden. Die äußere Mantelfläche des Auffangelementes, die vollumfänglich an der Wandung anliegt, bildet eine dabei Sperrfläche, welche verhindert, dass in dem Hohlraum eingeschlossene Späne oder Fremdpartikel aus diesem in Richtung des Bodenabschnitts austreten können. Die äußere Mantelfläche liegt zumindest linienförmig der Wandung an.
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Weiterhin kann das Auffangelement an einer dem Bodenabschnitt zugewandten Stirnfläche eine Fase aufweisen. Die Fase kann der Vorzentrierung des Statormoduls dienen. Dadurch kann durch eine Spanbildung während des Fügevorgangs minimiert werden.
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Bevorzugt kann das Auffangelement als ein auf das Statormoduls aufsteckbares Bauteil ausgebildet sein. Das Auffangelement kann aus einem Kunststoff bestehen und insbesondere im Spritzgussverfahren hergestellt werden. Eine einfache Geometrie des Auffangelementes ermöglicht eine kostengünstige Fertigung.
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Alternativ kann das Auffangelement Teil des Statormoduls sein. So kann das Auffangelement unmittelbar an dem Statormodul angeformt sein. Insbesondere kann das Auffangelement an einer Umspritzung des Statormoduls angeformt sein.
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Insbesondere kann die umlaufende Ausnehmung einen im Wesentlichen quaderförmigen Querschnitt aufweisen. Bei dieser Querschnittsform kann sich ein möglichst großer Hohlraum ausbilden, um während des Fügevorgangs aufgenommene Fremdpartikel sicher einzuschließen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann die Ausnehmung im Wesentlichen U-förmig ausgebildet und auf ihrer dem Statorblechpaket zugewandten Seite hin offen sein. Hierzu kann die Ausnehmung in der dem Statormodul zugewandten Stirnfläche des Auffangelements angeordnet sein, so dass die äußere Mantelfläche zumindest abschnittsweise die Ausnehmung in Umfangsrichtung umgibt.
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Insbesondere kann ein sich koaxial zum Statorgehäuse erstreckender, elastischer Abschnitt die Ausnehmung des Auffangelements in Umfangsrichtung begrenzen.
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Dabei kann der Abschnitt des Auffangelements sich zumindest abschnittsweise in radialer Richtung aufweiten. Der Außendurchmesser des Abschnitts ist zumindest endseitig größer ausgeführt als der Innendurchmesser der Wandung des Statorgehäuses. Auf diese Weise liegt der elastische Abschnitt des Auffangelementes während des Fügevorgangs stets an der Wandung an. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass Späne oder Fremdpartikel im Verlauf des Fügevorgangs zwischen die Mantelfläche und die Wandung gelangen können. Der elastische Abschnitt bildet somit eine Art Dichtlippe, welche in der Lage ist kleinste Partikel räumlich unter unterschiedlichsten Temperaturbereichen zu begrenzen.
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Weiterhin wird die Aufgabe durch eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Elektromotor als Stellmotor eines elektrischen Nockenwellenverstellers oder als Antrieb einer Verstellwelle einer Verstellvorrichtung zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses zumindest einer Zylindereinheit gelöst, wobei der Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des unabhängigen Patenanspruches 1 und den von diesem abhängigen Patentansprüchen beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus den Figuren ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Figuren durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Patentansprüche auf keinen Fall auf die dargestellten Ausgestaltungsbeispiele beschränken.
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Figurenliste
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen unterschiedliche Ausführungsbeispiele vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
- 1a eine Montageansicht eines Statormoduls und eines Statorgehäuses eines Elektromotors;
- 1b eine Detailansicht II eines Statorblechpakets des Statormoduls gemäß 1a;
- 2 eine Montageansicht des Statormoduls und eines Auffangelements;
- 3 eine Montageansicht des Statormoduls mit montiertem Auffangelement;
- 4 eine Montageansicht des Statormoduls in vorzentrierter Position;
- 5 eine Montageansicht des Statormoduls zu Beginn des Einfügens des Statorblechpakets in das Statorgehäuse;
- 6 eine Ansicht des Statormoduls in eingefügter Position des Statorblechpakets;
- 7 eine Schnittansicht des Auffangelements; und
- 8 eine Schnittansicht eines Auffangelements gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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In 1a ist eine Montageansicht eines Statormoduls 2 und eines Statorgehäuses 4 eines Elektromotors 1 dargestellt. Die Darstellung in 1b zeigt eine Detailansicht II eines Statorblechpakets 3 des Statormoduls 2 gemäß 1a. Der Elektromotor 1 ist insbesondere als Stellmotor eines elektrischen Nockenwellenverstellers eines Verbrennungsmotors ausgebildet.
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Das Statorgehäuse 4 ist zweiteilig ausgeführt und umfasst einen topfförmigen Gehäuseteil 4a sowie einen - nicht dargestellten - weiteren Gehäuseteil, der die Funktion eines Deckels hat. Das Statorgehäuse 4 ist auf dem Statormodul 2 gehalten. Das topfförmige Gehäuseteil 4a ist aus einem Metall gefertigt, vorzugsweise Aluminium. Das topfförmige Gehäuseteil 4a weist einen Bodenabschnitt 5 sowie eine sich koaxial zur Längsachse des Gehäuseteils 4a erstreckende Wandung 6 mit einer Innenmantelfläche 7 auf. Im Fall des Elektromotors 1 bildet sich durch das hohe Gewicht des Statormoduls 2 ein Drehpunkt aus, wodurch Relativbewegungen des Statormoduls 2 zu dem Statorgehäuse 4 hin durch eingebrachte externe Schwingungen, wie beispielsweise Schwingungen des Verbrennungsmotors, auftreten können. Um Relativbewegungen zu verhindern, wird das Statormodul 2 daher mittels Übermaßpassung in den Gehäuseteil 4a eingefügt. In eingefügter Position liegt das Statormodul 2 abschnittsweise an der Innenmantelfläche an, wie in 6 dargestellt. Eine Detailansicht II zeigt einen scharfkantigen Randbereich des Statormoduls 2, dessen Statorblechpaket 3 aus einer Vielzahl von stanzpaketierten Einzelblechen 8 besteht, die aus Stahl gefertigt sind.
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Die Darstellung in 2 zeigt eine Montageansicht des Statormoduls 2 und eines Auffangelements 9. Das Auffangelement 9 ist als ein separates, hohlzylindrisches Bauteil ausgeführt, welches auf einem Abschnitt 14 des Statormoduls 2 angeordnet, insbesondere aufgesteckt, wird, der dem Bodenabschnitt 6 des Gehäuseteils 4a zugewandt ist. Das Auffangelement 9 ist somit unterhalb des Statorblechpakets 3 positioniert. Das Auffangelement 9 weist an seiner dem Statorblechpaket 3 abgewandten Stirnfläche 10 eine umlaufende Fase 11 auf. An die Fase 11 schließt sich eine äußere Mantelfläche 12 an, die sich abschnittsweise koaxial zur Längsachse des Auffangelements 9 erstreckt. Die äußere Mantelfläche 12 weist eine zu der Wandung 6 des Gehäuseteils 4a und dem Statorblechpaket 3 hin offene umlaufende Ausnehmung 13 auf. Die Ausnehmung 13 erstreckt sich abschnittsweise in radialer und axialer Richtung Auffangelements 9. Das Auffangelement 9 besteht aus einem Metall oder einem Kunststoff. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann das Auffangelement 9 unmittelbar an dem Statormodul 2 angeformt sein, insbesondere an einer Umspritzung des Statormoduls 2.
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In 3 ist eine Montageansicht des Statormoduls 2 mit daran montiertem Auffangelement 9 dargestellt. Das Auffangelement 9 wird dazu auf den Abschnitt 14 des Statormoduls 2 aufgeschoben bzw. aufgesteckt. Der Außendurchmesser der Mantelfläche 12 des Auffangelementes 9 korrespondiert mit dem Innendurchmesser der Innenmantelfläche 7 der Wandung 6, so dass in das Gehäuseteil 4a eingefügter Position des Statormoduls 2 die äußere Mantelfläche 12 an der Innenmantelfläche 7 vollumfänglich bündig anliegt und sich abstützt, wie in 6 gezeigt. Die äußere Mantelfläche 12 bildet eine Sperrfläche, wodurch eine Spaltbildung zwischen dem Auffangelement 9 und der Wandung 6 wird verhindert wird.
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Die Darstellung in 4 zeigt eine Montageansicht des Statormoduls 2 in vorzentrierter Position. In dieser Position ist das Auffangelement 9 in das Gehäuseteil 4a eingeführt. Durch die Fase 11 an der Stirnfläche 10 des Auffangelementes 9 wird beim Einfügen in das Gehäuseteil 4a eine Vorzentrierung des Statormoduls 2 erreicht. Zudem wird durch die Fase 11 eine Spanbildung beim Einfügen des Statormoduls 2 miniert.
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In 5 ist eine Montageansicht des Statormoduls 2 zu Beginn des Einfügens des Statorblechpakets 3 in das Statorgehäuse 4 dargestellt. In der dargestellten Fügeposition befindet sich das Auffangelement 9 im Inneren des Gehäuseteils 4a. Das Statorblechpaket 3 schließt mit der Wandung 6 ab. In dieser Fügeposition des Statormoduls 2 bildet die umlaufende Ausnehmung 13 zusammen mit der Innenmantelfläche 7 der Wandung 6 sowie dem Statorblechpaket 3 einen ringförmigen Hohlraum 15 aus, der allseitig geschlossen ist. In radialer Richtung begrenzen das Auffangelement 9 respektive die äußere Mantelfläche 12 und die Wandung 6 den Hohlraum 15. In axialer Richtung wird der Hohlraum 15 durch das Auffangelement 9 und das Statorblechpaket 3 begrenzt.
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Aufgrund der unterschiedlichen Materialien, die für das Statorblechpaket 3 und das Gehäuseteil 4a verwendet werden, sowie der fertigungsbedingt scharfkantigen Ausbildung des Randbereichs des Statorblechpakets 3, kann es während des weiteren Fügevorgangs, in welchem das Statormodul 2 in das Gehäuseteil 4a eingepresst wird, zwischen dem Statorblechpaket 3 und dem Gehäuseteil 4a zu einer Spanbildung kommen, bei welcher sich Metallspäne insbesondere von dem Gehäuseteil 4a lösen. Sich während des weiteren Fügevorgangs lösende Metallspäne oder sonstige Fremdkörper werden nun von dem Hohlraum 15 aufgenommen und von diesem eingeschlossen. Das bündige Abschließen der Mantelfläche 12 des Auffangelements 9 mit der Innenmantelfläche 7 der Wandung 6 unterstützt die Führung beim Fügen und verhindert, dass sich ein Spalt bildet, durch den im Hohlraum 15 aufgenommene Metallspäne oder Fremdkörper hindurchtreten können.
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Die Darstellung in 6 zeigt eine Ansicht des Statormoduls 2 in vollständig in das Gehäuseteil 4a eingefügter Position des Statorblechpakets 3. Die während des Fügevorgangs gelösten Metallspäne können somit nicht in einen freien Bereich zwischen dem Statorblechpaket 3 und dem Bodenabschnitt5 des Gehäuseteils 4a gelangen.
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In 7 ist eine Schnittansicht des Auffangelements 9 dargestellt. Das Auffangelement 9 ist ringförmig ausgebildet. Die umlaufende Ausnehmung 13 weist einen quaderförmigen Querschnitt. Es sind dabei auch andere Querschnittsformen denkbar, welche eine sichere Aufnahme und das Einschließen von Metallspänen während des Fügevorgangs ermöglichen.
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Die Darstellung in 8 zeigt eine Schnittansicht eines Auffangelements 16 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Das Auffangelement 16 ist ebenfalls hohlzylindrisch bzw. ringförmig ausgeführt. Es weist ebenfalls eine an einer Stirnfläche 10 vorgesehene Fase 11 auf, welche die Spanbildung beim Fügevorgang minimiert und der Vorzentrierung des Statormoduls 2 dient, an dem es angeordnet ist. Mit der flächig an der Innenmantelfläche 7 der Wandung 6 anliegenden Mantelfläche 12 stützt sich das Auffangelement 16 ab. Das Auffangelement 16 weist ebenfalls eine Ausnehmung 17 auf, welche sich ausgehend von einer dem Statormodul 2 zugewandten Stirnfläche 18 in axialer und radialer Richtung erstreckt. Die Ausnehmung 17 ist durch einen sich axial erstreckenden, ringförmigen Abschnitt 19, der sich an die Mantelfläche 12 anschließt, in Umfangsrichtung begrenzt. Der, insbesondere elastische, Abschnitt 19 hat die Funktion einer Dichtlippe, welche sich beim Fügen des Statormoduls 2 in das Gehäuseteil 4a an die Innenmantelfläche 7 anlegt. Das derart ausgebildete Auffangelement 16 ist in der Lage selbst kleinste Partikel bzw. Späne räumlich unter unterschiedlichsten Temperaturbereichen zu begrenzen. Auch das Auffangelement 16 gemäß der zweiten Ausführungsform kann auf den Abschnitt 14 des Statormoduls 2 aufgesteckt werden, bevor das Statormodul 2 in das Gehäuseteil 4a eingefügt wird, oder alternativ unmittelbar an dem Statormodul 2 angeformt sein, insbesondere an einer Umspritzung des Statormoduls 2.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektromotor
- 2
- Statormodul
- 3
- Statorblechpaket
- 4
- Statorgehäuse
- 4a
- Topfförmiges Gehäuseteil
- 5
- Bodenabschnitt von 4
- 6
- Wandung
- 7
- Innenmantelfläche
- 8
- Einzelblech
- 9
- Auffangelement
- 10
- Stirnfläche
- 11
- Fase
- 12
- Mantelfläche
- 13
- Ausnehmung
- 14
- Abschnitt von 2
- 15
- Hohlraum
- 16
- Auffangelement
- 17
- Ausnehmung
- 18
- Stirnfläche
- 19
- Ringförmiger Abschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015204560 A1 [0004]
- DE 102015211226 A1 [0004]
