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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Antriebselement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 102017 103 936 A1 ist bereits ein Rotor mit einem federelastischen Element zur Lagerung des Rotors auf der Rotorachse bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es ein gattungsgemäßes Antriebselement mit einem vorteilhaften Geräuschverhalten bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einem Antriebselement, insbesondere für einen Stellantrieb, mit einem Grundkörper, mit einem Gleitlager zur drehbaren Lagerung des Grundkörpers auf einer feststehenden Achse, wobei das Gleitlager eine Lagerausnehmung zur zumindest teilweisen Aufnahme der feststehenden Achse aufweist, und mit einer Federeinheit, welche dazu vorgesehen ist, eine radial wirkende Federkraft auf die in der Lagerausnehmung der Gleitlagereinheit angeordnete Achse auszuüben.
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Das Antriebselement kann insbesondere in Stellantrieben, etwa in Automobil-, Industrie- und/oder Haushalts-Anwendungen, zur Anwendung kommen. Das Antriebselement kann insbesondere als Rotor eines Elektromotors oder als ein Getriebezahnrad ausgebildet sein. Insbesondere ist das Antriebselement dazu vorgesehen, um eine Drehachse drehbar auf einer feststehenden Achse gelagert zu sein. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Zu diesem Zweck weist das Antriebselement ein entsprechendes Gleitlager auf. Das Gleitlager ist meist als radiales Gleitlager ausgebildet und weist eine sich in axialer Richtung erstreckende Lagerausnehmung zur zumindest teilweisen Aufnahme der feststehenden Achse auf. Insbesondere ist die Lagerausnehmung zur Aufnahme eines axialen Endes der feststehenden Achse vorgesehen. Die Lagerausnehmung des Gleitlagers ist in einem Grundkörper des Antriebselements angeordnet. Der Grundkörper des Antriebselements ist zumindest im Wesentlichen aus einem Kunststoff und/oder einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildet. Eine Innengeometrie der Lagerausnehmung des Gleitlagers entspricht zumindest im Wesentlichen einer Au-ßengeometrie der Achse.
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Ein Ende der Achse ist in der Lagerausnehmung des Gleitlagers insbesondere in Spielpassung geführt. Insbesondere ist das Ende der Achse in der Lagerausnehmung mit radialem Spiel gelagert. Ein radialer Lagerspalt zwischen der Achse und der Lagerausnehmung ermöglicht allerdings eine radiale Bewegung des Grundkörper, was zu unerwünschter Geräuschentwicklung führen kann. Zur zumindest weitgehenden Vermeidung dieser Geräuschentwicklung weist das Antriebselement eine Federeinheit auf, welche dazu vorgesehen ist, eine radial wirkende Federkraft auf die in der Lagerausnehmung des Gleitlagers angeordnete Achse auszuüben. Die Federeinheit weist insbesondere zumindest ein Federelement auf, welches dazu vorgesehen ist, eine mittelbar oder unmittelbar radial auf die in der Lagerausnehmung des Gleitlagers angeordnete Achse wirkende Federkraft zu erzeugen. Die Federeinheit kann insbesondere zumindest teilweise oder vollständig in den Grundkörper des Antriebselements integriert sein und/oder zumindest teilweise oder vollständig einstückig mit dem Grundkörper des Antriebselements ausgebildet sein. Unter „einstückig“ soll insbesondere zumindest stoffschlüssig verbunden verstanden werden, beispielsweise durch einen Schweißprozess, einen Klebeprozess, einen Anspritzprozess und/oder einen anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Prozess, und/oder vorteilhaft in einem Stück geformt verstanden werden, wie beispielsweise durch eine Herstellung aus einem Guss und/oder durch eine Herstellung in einem Ein- oder Mehrkomponentenspritzverfahren und vorteilhaft aus einem einzelnen Rohling.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Federeinheit zumindest einen Federarm aufweist, welcher dazu vorgesehen ist, an einem Außenumfang der Achse anzuliegen und die Achse mit einer radial wirkenden Federkraft zu beaufschlagen. Insbesondere kann die Federeinheit auch eine Mehrzahl von Federarmen aufweisen. Der zumindest eine Federarm kann insbesondere einen Teil einer Innenwand der Lagerausnehmung des Gleitlagers ausbilden. Vorzugsweise ist der zumindest eine Federarm der Federeinheit einstückig mit dem Grundkörper ausgebildet ist. Der zumindest eine Federarm kann in Umfangsrichtung insbesondere einen insbesondere kreisbogenförmigen Teil einer Innenwand der Lagerausnehmung ausbilden. Der zumindest eine Federarm ist in radialer Richtung federelastisch verformbar bzw. biegbar. Der zumindest eine Federarm kann die Achse durch die radial wirkende Federkraft insbesondere in Richtung einer Innenwand der Lagerausnehmung des Gleitlagers und/oder in Richtung zumindest eines weiteren Federarms der Federeinheit drücken. Dadurch, dass der zumindest eine Federarm selbst eine radiale Federkraft auf das Ende der Achse ausübt, kann die Notwendigkeit eines separaten Federelements vorteilhaft entfallen. Es kann jedoch auch ein zusätzliches insbesondere ringförmig ausgebildetes Federelement vorgesehen sein, welches eine zusätzliche radial wirkende Federkraft auf den Federarm ausübt. Das zusätzliche Federelement kann insbesondere als ein federelastischer Elastomerring, beispielsweise als ein Gummiring, oder als ein Metall-Federring ausgebildet sein.
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Durch eine derartige Ausgestaltung kann ein gattungsgemäßes Antriebselement, insbesondere ein Antriebselement für einen Stellantrieb, mit einem vorteilhaften Geräuschverhalten während eines Betriebs bereitgestellt werden. Insbesondere können durch die radial auf das in der Lagerausnehmung des Gleitlagers gelagerte Ende der Achse wirkenden Federkraft Schwingungen, Eigenresonanzen, Vibrationen und/oder ein radiales Ausschlagen vorteilhaft gedämpft und/oder vorzugsweise vollständig eliminiert werden, wodurch ein Geräuschverhalten vorteilhaft verbessert werden kann.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Federeinheit eine Mehrzahl von Federarmen aufweist, welche in Umfangsrichtung um die in der Lagerausnehmung des Gleitlagers gelagerte Achse angeordnet sind. Vorzugzugsweise weist die Federeinheit drei Federarme auf, welche entlang eines Außenumfangs der Achse äquidistant voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Federarme der Federeinheit sind insbesondere identisch zueinander ausgebildet. Vorzugsweise erstrecken sich die Federarme ausgehend von einer Einführöffnung der Lagerausnehmung des Gleitlagers in axialer Richtung in Verlängerung der Lagerausnehmung des Gleitlagers. Die Federarme weisen vorzugsweise jeweils eine in Richtung der Achse gerichtete Aushebung aufweisen, welche dazu vorgesehen ist, am Außenumfang der Achse anzuliegen. Die in der Lagerausnehmung des Gleitlagers angeordnete Achse drückt die Federarme nach außen bzw. drücken die Federarme auf die Achse. Hierdurch wird eine radiale Federkraft erzeugt, wobei die Federarme als Federelemente wirken. Vorzugsweise liegen zu jedem Zeitpunkt alle Federarme der Federeinheit an der Achse an. Bei einer radialen Bewegung des Antriebselements relativ zur Achse werden einer oder mehrere der Federarme von der Achse radial nach außen gedrückt. Die übrigen Federarme folgen der Bewegung der relativen Bewegung der Achse radial nach innen. Damit ist sichergestellt, dass die Achse in jedem Zeitpunkt durch das Anliegen der Federarme gedämpft wird. Zusätzlich kann ein insbesondere ringförmig ausgebildetes Federelement der Federeinheit vorgesehen sein, welches die Federarme in Umfangsrichtung umschließt und eine zusätzliche radial wirkende Federkraft auf die Federarme ausübt. Das ringförmige Federelement kann beispielsweise als ein Federring aus Metall ausgebildet sein. Das zusätzliche ringförmige Federelement kann die Federarme insbesondere in einem axialen Endbereich der Federarme umschließen. In einem montierten Zustand drückt das ringförmige Federelement die Enden der Federarme zusätzlich an die in der Lagerausnehmung des Gleitlagers gelagerte Achse an.
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Das Antriebselement kann insbesondere als ein Rotor eines Elektromotors oder als ein Getriebezahnrad ausgebildet sein. Bei einer Ausbildung des Antriebselements als ein Rotor eines Elektromotors, ist der Grundkörper vorzugsweise als ein Rotorkörper zur Aufnahme eines Rotormagneten ausgebildet. Vorzugsweise weist der Rotorkörper an seinen axialen Enden jeweils einen Befestigungsbereich aufweist, wobei die Befestigungsbereiche einen größeren Umfang als ein dazwischen gelegener Haltebereich aufweisen und wobei der Rotormagnet an dem Haltebereich angeordnet ist und durch die Befestigungsbereiche gehalten wird. Ferner kann es vorgesehen sein, dass an dem Befestigungsbereich Vorsprünge oder Haken angeordnet oder ausgeformt sind, welche in Ausnehmungen oder Taschen des Rotormagneten eingreifen. Alternativ kann das Antriebselement als ein Getriebeelement ausgebildet sein. Bei einer Ausbildung des Antriebselements als ein Getriebeelement, ist der Grundkörper vorzugsweise als ein Getriebezahnrad, beispielsweise ein Stirnrad ausgebildet.
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Zudem wird ein Stellantrieb mit zumindest einem erfindungsgemäßen Antriebselement vorgeschlagen. Insbesondere weist der Stellantrieb einen Elektromotor und ein Getriebe auf, welches insbesondere eine Mehrzahl von Getriebeelementen, insbesondere Getriebezahnräder, umfasst. Insbesondere weist der Stellantrieb zumindest ein erfindungsgemäßes Antriebselement auf, welches als ein Rotor des Elektromotors ausgebildet ist. Das als Rotor des Elektromotors ausgebildete Antriebselement ist insbesondere drehbar auf einer stehenden Achse des Stellantriebs gelagert. Alternativ oder zusätzlich kann der Stellantrieb zumindest ein als ein Getriebeelement ausgebildetes Antriebselement umfassen. Durch die Verwendung erfindungsgemäßer Antriebselemente kann während eines Betriebs ein vorteilhaftes Geräuschverhalten des Stellantriebs erreicht werden. Insbesondere können durch die radial auf die in dem Lagerausnehmungen der Gleitlager der Antriebselemente gelagerten Achse wirkenden Federkräfte Schwingungen, Eigenresonanzen, Vibrationen und/oder ein radiales Ausschlagen vorteilhaft gedämpft und/oder vorzugsweise vollständig eliminiert werden, wodurch ein Geräuschverhalten des Stellantriebs vorteilhaft verbessert werden kann.
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Das erfindungsgemäße Antriebselement soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Antriebselement zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines als Rotor ausgebildeten Antriebselements,
- 2 eine Schnittdarstellung des Antriebselements aus 1,
- 3 eine Explosionsdarstellung des Antriebselements aus 1,
- 4 eine perspektivische Darstellung eines als Getriebeelement ausgebildeten Antriebselements und
- 5 eine Schnittdarstellung eines Stellantriebs.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Die 1 und 2 zeigen ein erfindungsgemäßes Antriebselement 10a. Währen 1 eine perspektivische Darstellung des Antriebselements 10a zeigt, zeigt 2 eine Schnittdarstellung des Antriebselements 10a entlang der Axialrichtung. Das Antriebselement 10a ist als ein Rotor 40a für einen in den 1 und 2 nicht dargestellten Elektromotor 44 ausgebildet (vgl. 5). Das Antriebselement 10a weist einen Grundkörper 12a auf, welcher als ein Rotorkörper 28a zur Aufnahme eines Rotormagneten 30a ausgebildet ist. Das Antriebselement 10a umfasst zudem ein Gleitlager 14a zur drehbaren Lagerung des Grundkörpers 12a auf einer feststehenden Achse 16a. Das Gleitlager 14a weist eine Lagerausnehmung 18a zur Aufnahme eines freien Endes der feststehenden Achse 16a auf. Die Lagerausnehmung 18a des Gleitlagers 14a ist unmittelbar in den Grundkörper 12a des Antriebselements 10a eingebracht. Zudem weist das Antriebselement 10a ein Antriebszahnrad 52a auf, welches stirnseitig an den Grundkörper 12a angeformt ist.
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Des Weiteren weist das Antriebselement eine Federeinheit 20a auf, welche dazu vorgesehen ist, eine radial wirkende Federkraft auf die Achse 16a auszuüben, welche in der Lagerausnehmung 18a der Gleitlagereinheit 14a angeordnete ist. Die Federeinheit 20a weist hierzu zumindest einen Federarm 22a auf, welcher dazu vorgesehen ist, an einem Außenumfang der Achse 16a anzuliegen und die Achse 16a mit einer radial wirkenden Federkraft zu beaufschlagen. Wie dargestellt weist die Federeinheit 20a vorzugsweise eine Mehrzahl von Federarmen 22a auf, welche in Umfangsrichtung um die Achse 16a angeordnet sind. Besonders bevorzugt weist die Federeinheit 20a wie dargestellt drei Federarme 22a auf, welche entlang eines Außenumfangs der Achse 16a äquidistant voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Federarme 22a sind einstückig mit dem Grundkörper 12a des Antriebselements 10a ausgebildet und erstecken sich ausgehend von einer Einführöffnung 24a der Lagerausnehmung 18a des Gleitlagers 14a in axialer Richtung in Verlängerung der Lagerausnehmung 18a des Gleitlagers 14a. Die Federarme 22a weisen jeweils eine in Richtung der Achse 16a gerichtete Aushebung 26a auf, welche dazu vorgesehen ist, am Außenumfang der Achse 16a anzuliegen. Die Achse 16a drückt die Federarme 22a nach außen bzw. drücken die Federarme 22a auf die Achse 16a. Vorzugsweise liegen zu jedem Zeitpunkt alle Federarme 22a an der Achse 16a an. Bei einer radialen Bewegung des Antriebselements 10a relativ zur Achse 16a werden einer oder mehrere der Federarme 22a von der Achse 16a radial nach außen gedrückt. Die übrigen Federarme 22a folgen der Relativbewegung der Achse 16a radial nach innen. Damit ist sichergestellt, dass die Achse 16a in jedem Zeitpunkt durch das Anliegen der Federarme22a gedämpft wird.
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Die 3 zeigt eine Explosionsdarstellung des Antriebelements 10a. Der als Rotorkörper 28a ausgebildete Grundkörper 12a weist an seinen axialen Enden jeweils einen Befestigungsbereich 32a auf, wobei die Befestigungsbereiche 32a einen größeren Umfang als ein dazwischen gelegener Haltebereich 34a aufweisen. Der Rotormagnet 30a ist an dem Haltebereich 34a angeordnet und wird durch die Befestigungsbereiche 32a gehalten. Zur Befestigung des Rotormagnets 30a sind an den Befestigungsbereichen 32a ferner Vorsprünge 46a ausgebildet, die in Taschen 48a greifen, die wiederum in den Rotormagneten 30a eingebracht sind. Dabei wird der als Rotorkörper 28a ausgebildete Grundkörper 12a mittels eines Spritzgießverfahrens in den Rotormagneten 30a eingespritzt und somit montiert.
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In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung des anderen Ausführungsbeispiels verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 3 nachgestellt. In den Ausführungsbeispielen der 4 ist der Buchstabe a durch den Buchstaben b ersetzt.
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Die 4 zeigt eine perspektivische Darstellung eines alternativen Antriebselements 10b. Das Antriebselement 10b ist als ein Getriebeelement 42b für einen in der 4 nicht dargestellten Antrieb ausgebildet (vgl. 5). Das Antriebselement 10b weist einen Grundkörper 12b auf, welcher als ein Getriebezahnrad 36b ausgebildet ist. Das Antriebselement 10b umfasst zudem ein Gleitlager 14b zur drehbaren Lagerung des Grundkörpers 12b auf einer feststehenden Achse 16b. Das Gleitlager 14b weist eine Lagerausnehmung 18b zur Aufnahme eines freien Endes der feststehenden Achse 16b auf. Die Lagerausnehmung 18b des Gleitlagers 14b ist unmittelbar in den Grundkörper 12b des Antriebselements 10b eingebracht.
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Des Weiteren weist das Antriebselement eine Federeinheit 20b auf, welche dazu vorgesehen ist, eine radial wirkende Federkraft auf die Achse 16b auszuüben, welche in der Lagerausnehmung der Gleitlagereinheit 14b angeordnete ist. Besonders bevorzugt weist die Federeinheit 20b wir dargestellt drei Federarme 22b auf, welche entlang eines Außenumfangs der Achse 16a äquidistant voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Federarme 22b erstecken sich ausgehend von einer Einführöffnung 24b der Lagerausnehmung 18b des Gleitlagers 14b in axialer Richtung in Verlängerung der Lagerausnehmung 18a des Gleitlagers 14a erstrecken. Die Federarme 22b weisen jeweils eine in Richtung der Achse 16b gerichtete Aushebung 26b auf, welche dazu vorgesehen ist, am Außenumfang der Achse 16b anzuliegen
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Die 6 zeigt eine Schnittdarstellung eines Stellantriebs 38. Der Stellantrieb umfasst einen Elektromotor 44 und ein mehrstufiges Getriebe 50. Zudem weist der Stellantrieb 38 beispielhaft zwei erfindungsgemäße Antriebselemente 10a, 10b auf. Ein erstes Antriebselement 10a ist gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 als ein Rotor 40a des Elektromotors 44 ausgebildet. Das zweite Antriebselement 10b ist gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4 als ein Getriebeelement 42b des Getriebes 50 ausgebildet. Die Antriebselemente 10a, 10b sind jeweils drehbar auf stehenden Achsen 16a, 16b des Stellantriebs 38 gelagert.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Antriebselement
- 12
- Grundkörper
- 14
- Gleitlager
- 16
- Achse
- 18
- Lagerausnehmung
- 20
- Federeinheit
- 22
- Federarm
- 24
- Einführöffnung
- 26
- Aushebung
- 28
- Rotorkörper
- 30
- Rotormagnet
- 32
- Befestigungsbereich
- 34
- Haltebereich
- 36
- Getriebezahnrad
- 38
- Stellantrieb
- 40
- Rotor
- 42
- Getriebeelement
- 44
- Elektromotor
- 46
- Vorsprung
- 48
- Tasche
- 50
- Getriebe
- 52
- Antriebszahnrad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017103936 A1 [0002]
