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Die
Erfindung betrifft eine Lageranordnung zum beweglichen Lagern eines
Rotors an einem Stator mittels wenigstens zweier voneinander axial
beabstandeter Lager, wobei der Rotor und der Stator einer elektrischen
Maschine zugeordnet sind, welche in einem Radraum zwischen einer
Radnabe und einer Felge eines Rades für ein Kraftfahrzeug
angeordnet ist, und wobei ein Durchmesser der wenigstens zwei axial
beabstandeten Lager zumindest etwa einem Innendurchmesser der elektrischen
Maschine entspricht.
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Die
DE 199 48 224 C1 beschreibt
eine Radbaugruppe, bei welcher in einem Radraum zwischen einer Radnabe
und einer Felge eines Rades für ein Kraftfahrzeug eine
elektrische Maschine angeordnet ist. Die als Außenläufermaschine
ausgebildete elektrische Maschine umfasst einen an einem drehfesten Fahrzeugteil
festgelegten Stator und einen beweglich an dem Stator gelagerten
Rotor. Der Rotor ist hierbei mittels einer einstückig mit
diesem ausgebildeten Halterung zusammen mit der Felge mittels Befestigungsschrauben
an der Radnabe festgelegt.
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An
dem Stator sind innenumfangsseitig, also radial innerhalb des Stators,
zwei voneinander axial beabstandete Lager zum beweglichen Lagern
des Rotors an dem Stator angeordnet. Ein Durchmesser der Lager,
welche rotorseitig an einem kreiszylindrischen, sich axial der Halterung
des Rotors erstreckenden Absatz angeordnet sind, entspricht hierbei etwa
einen Innendurchmesser der elektrischen Maschine.
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Bei
der beschriebenen Radbaugruppe erweist es sich als schwierig, einen
zwischen dem Stator und dem Rotor ausgebildeten Luftspalt über
eine gesamte axiale Länge des Rotors gleichbleibend präzise
einzustellen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Lageanordnung der
eingangs genannten Art zu schaffen, welche ein besonders präzises
bewegliches Lagern des Rotors an dem Stator ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Lageranordnung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen
der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen
angegeben.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lageranordnung zum beweglichen
Lagern eines Rotors an einem Stator mittels wenigstens zweier voneinander axial
beabstandeter Lager, wobei der Rotor und der Stator einer elektrischen
Maschine zugeordnet sind, welche in einem Radraum zwischen einer
Radnabe und einer Felge eines Rades für ein Kraftfahrzeug angeordnet
ist, und wobei ein Durchmesser der wenigstens zwei axial beabstandeten
Lager zumindest etwa einem Innendurchmesser der elektrischen Maschine
entspricht, sind zum Aufnehmen der wenigstens zwei Lager zwei voneinander
axial beabstandete Lageraufnahmen vorgesehen, welche axial außerhalb
des Stators angeordnet sind.
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Durch
die räumliche Nähe der Lager zu dem Rotor sind
ein besonders belastbares und sicheres Abstützen des Rotors
an dem Stator und ein besonders präzises Bewegen des Rotors
relativ zu dem Stator ermöglicht. Der Rotor ist also mittels
der axial außerhalb des Stators angeordneten Lager, welche in den
Lageraufnahmen aufgenommen sind, mit besonders hoher Präzision
an dem Stator beweglich gelagert.
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Des
Weiteren kann durch die axial außerhalb des Stators angeordneten
Lageraufnahmen der Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator sehr präzise
eingestellt werden. Insbesondere ist hierbei sichergestellt, dass
der Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator über die
gesamte axiale Länge des Rotors konstant ist. Die wenigstens
zwei voneinander axial beabstandeten Lager sind in vorteilhafter Weise
hinsichtlich ihrer Tragfähigkeit dahingehend ausgelegt,
ein Eigengewicht des Rotors sowie eines den Rotor umgebenden rotorseitigen
Gehäuseteils tragen zu können.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die wenigstens
zwei Lager als Dünnringlager ausgebildet. Dadurch ist eine
besonders präzise, geräuscharme und sehr tragfähige
Lagerung des Rotors in dem Stator ermöglicht.
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Des
Weiteren hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die wenigstens
zwei Lager eine angestellte O-Lagerung bilden. Hierdurch können
besonders gut axial von außen auf die Lageranordnung wirkende
Kräfte von den Lagern aufgenommen werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest
einem der wenigstens zwei Lager eine Dichtungseinrichtung zugeordnet. Falls
nur einem der wenigstens zwei Lager die Dichtungseinrichtung zugeordnet
ist, ist diese bevorzugt an dem felgennahen Lager vorzusehen. Bevorzugt weist
jedoch jedes der wenigstens zwei Lager die Dichtungseinrichtung
auf. Dadurch kann der Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor
von Verunreinigungen frei gehalten werden, welche eine Funktionsfähigkeit
der elektrischen Maschine beeinträchtigen können.
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Dabei
hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Dichtungseinrichtung
wenigstens ein umfangsseitig umlaufendes, der Lageraufnahme zugeordnetes
Abweiselement umfasst. Das Abweiselement kann hierbei insbesondere
als ein sich radial von der Lageraufnahme weg erstreckendes Schutzblech
oder dergleichen ausgebildet sein. Durch das Abweiselement ist insbesondere
ein Fernhalten von vergleichsweise großen Schmutzpartikeln
von einem Inneren der elektrischen Maschine ermöglicht.
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Von
Vorteil ist es weiterhin, wenn eines der Abweiselemente statorseitig
und ein weiteres der Abweiselemente rotorseitig an der Lageraufnahme
festgelegt ist, wobei zwischen den Abweiselementen ein Spalt ausgebildet
ist. Dadurch ist eine besonders hohe Stabilität der Abweiselemente
gegeben, da eine jeweilige radiale Erstreckung der Abweiselemente
vergleichsweise gering gehalten werden kann. Des Weiteren ist der
ringförmige Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator im
Bereich der Lageraufnahme bevorzugt besonders eng ausgebildet, um
ein Eindringen von Schmutz in einen den Lageraufnahme zugeordneten
Bereich der elektrischen Maschine wirksam zu verhindern.
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Des
Weiteren ist es von Vorteil, wenn die Dichtungseinrichtung ein lagernahes,
insbesondere in das Lager integriertes, bevorzugt als Dichtungsring ausgebildetes,
Dichtungselement umfasst, welches einseitig an der Lageraufnahme
oder an dem Lager festgelegt ist. Ist das Dichtungselement ergänzend zu
dem Abweiselement vorgesehen, so ist das Dichtungselement bevorzugt
lagernäher als das Abweiselement angeordnet.
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Das
einseitig an der Lageraufnahme oder an dem Lager festgelegte Dichtungselement,
ist hierbei bevorzugt so ausgebildet, dass es beim Bewegen des Rotors
relativ zu dem Stator einen minimalen statorseitigen Schleifkontakt
ausbildet. Dadurch ist ein besonders gutes Abdichten des Lagers
gegen Verunreinigungen aus einer Umgebung der elektrischen Maschine
ermöglicht. Eine besonders kompakte Bauform ist erreichbar,
wenn das Dichtungselement bereits in das Lager integriert ist.
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Von
Vorteil ist es weiterhin, wenn die Dichtungseinrichtung axial außerhalb
des Lagers angeordnet ist. Dadurch ist ein Eindringen von Schmutz von
außerhalb des Lagers besonders sicher vermieden.
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Schließlich
hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die elektrische Maschine
als Außenläufermaschine ausgebildet ist, wobei
der Stator, und/oder der Rotor hohlzylindrisch ausgebildet sind.
Dadurch ist einerseits ein besonders großer Durchmesser
des Rotors geschaffen, welcher ein besonders leistungsfähiges
Antreiben des Rades. mittels der elektrischen Maschine ermöglicht.
Des Weiteren ist so innerhalb des hohlzylindrisch ausgebildeten
Stators ein vergleichsweise großer Bauraum zum Anordnen
einer Bremseinrichtung in der in dem Radraum zwischen der Radnabe
und der Felge geschaffen.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche
Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
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1 eine
Schnittdarstellung einer Radbaugruppe für ein Kraftfahrzeug
in Richtung einer Radachse, wobei in einem Radraum zwischen einer
Radnabe und einer Felge eine elektrische Maschine angeordnet ist,
welche einen innenliegenden Stator und einen als Außenläufer
ausgebildeten Rotor umfasst, wobei der Rotor an dem Stator mittels
zweier axial außerhalb des Stators angeordneter Lager beweglich
gelagert ist, welche in zwei zueinander axial beabstandeten Lageraufnahmen
aufgenommen sind; und
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2 eine
vergrößerte Detailansicht der zwei Lageraufnahmen
gemäß 1, wobei jedem der zwei Lager
eine axial außerhalb des Lagers angeordnete Dichtungseinrichtung
zugeordnet ist.
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1 zeigt
eine obere Hälfte einer Radbaugruppe 10 für
ein Kraftfahrzeug in einer entlang einer Radachse A geschnittenen
Ansicht. In einem Radraum zwischen einer Radnabe 12 und
einer Felge 14 ist eine elektrische Maschine 16 angeordnet. Die
elektrische Maschine 16 ist vorliegend als Außenläufermaschine
ausgebildet, wobei ein hohlzylindrisch ausgebildeter Rotor 18 einen
ebenfalls hohlzylindrisch ausgebildeten Stator 20 außenumfangseitig umgibt.
Die elektrische Maschine 16 ist zum Antreiben eines Rades
des Kraftfahrzeugs ausgebildet.
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Zwischen
dem Rotor 18 und dem Stator 20 ist gemäß 1 ein
Luftspalt 22 ausgebildet. Der Rotor 18 ist in
einem rotorseitigen Gehäuseteil 24 aufgenommen.
Dem rotorseitigen Gehäuseteil 24 sind zwei axial
außerhalb des Stators 20 angeordnete Lageraufnahmen 26 zugeordnet.
In jeder der Lageraufnahmen 26 ist ein vorliegend als Dünnringlager
ausgebildetes Lager 28 aufgenommen.
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Ein
Durchmesser der zwei axial beabstandeten, axial außerhalb
des Stators 20 angeordneten, in den Lageraufnahmen 26 aufgenommenen
Lager 28 entspricht vorliegend etwa einem Innendurchmesser des
hohlzylindrischen Stators 20 der elektrischen Maschine 16.
Durch das vergleichsweise rotornahe Anordnen der Lager 28 ist
ein besonders gutes Abstützen des Rotors 18 an
einem statorseitigen Gehäuseteil 30 gegeben.
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Ebenso
ist durch die als Dünnringlager ausgebildeten Lager 28 ein
hochpräzises, und geräuscharmes Bewegen des Rotors 18 relativ
zu dem Stator 20 ermöglicht. Hierbei kann insbesondere
der Luftspalt 22 zwischen dem Rotor 18 und dem
Stator 20 auf einer gesamten Länge des Rotors 18 besonders
präzise eingestellt werden.
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Aus 1 ist
des Weiteren erkennbar, dass das statorseitige Gehäuseteil 30 mittels
eines an dem statorseitigen Gehäuseteil 30 festgelegten
Anschlusselement 32 an einem drehfesten Fahrzeugteil 34 festgelegt
ist. Das Anschlusselement 32 weist hierbei einen Lochkranz
auf, welcher axial innenseitig einer in dem Radraum zwischen der
Nabe 12 und der Felge 14 angeordneten Bremseinrichtung 36 mittel
Befestigungsschrauben 38 an dem drehfesten Fahrzeugteil 34 festgelegt
ist.
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Die
vorliegend als Scheibenbremse ausgebildete Bremseinrichtung 36 umfasst
eine Bremsscheibe 40 und einen Bremssattel 42.
Selbstverständlich kann in alternativen Ausführungsformen der
Radbaugruppe 10 die Bremseinrichtung 36 als Trommelbremse
oder dergleichen mechanische Bremseinrichtung 36 ausgebildet
sein.
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Durch
das Anordnen der Lageraufnahmen 26 axial außerhalb
des Stators 20, in welchen die Lager 28 mit ihrem
dem Innendurchmesser des Stators 20 im Wesentlichen entsprechenden
Durchmesser aufgenommen sind, sowie durch die Ausbildung des Anschlusselements 32 ist
erreicht, dass die Lager 28 radial lediglich ein Eigengewicht
des rotorseitigen Gehäuseteils 24 mit dem Rotor 18 tragen
müssen.
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Hauptlasten,
welche als Kräfte und von einer Fahrbahn auf die Radbaugruppe 10 übertragene
Stöße auftreten können, werden demgegenüber
von der Felge 14 aufgenommen. Des Weiteren ist durch die Ausbildung
des Anschlusselements 32 ein Warten und Wechseln der Bremseinrichtung 36 und/oder
ihrer Komponenten ermöglicht, ohne dass die elektrische
Maschine 16 demontiert werden muss.
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Aus 1 ist
des Weiteren erkennbar, dass ein formschlüssiges Verbinden
des rotorseitigen Gehäuseteils 24 mit der Felge 14 mittels
radial über das rotorseitige Gehäuseteil 24 überstehender
Zähne 44 erfolgt. Hierbei sind die Zähne 44 mit
felgenseitigen, korrespondierenden Zähnen 46 in
Anlage gebracht, welche vorliegend einstückig mit der Felge 14 ausgebildet
sind. Aufgrund des formschlüssigen Verbindens des rotorseitigen
Gehäuseteils 24 mit der Felge 14 mittels
der als Mitnehmereinrichtung wirkenden Zähne 44, 46 ist
ein besonders einfaches Wechseln der Felge 14 ermöglicht,
ohne dass hierfür die elektrische Maschine 16 demontiert
werden muss.
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2 zeigt
die in den Lageraufnahmen 26 aufgenommenen Lager 28 in
einer vergrößerten Detailansicht. Die Lager 28 bilden
vorliegend eine angestellte O-Lagerung. Dadurch sind durch die Lager 28 nicht
nur radiale, sondern auch axiale Kräfte besonders gut aufzunehmen.
Ein Innenring der als Dünnringlager ausgebildeten Lager 28 ist
hierbei an der dem statorseitigen Gehäuseteil 30 zugeordneten
Lageraufnahme 26 festgelegt.
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Des
Weiteren ist insbesondere aus 2 erkennbar,
dass jedem der zwei Lager 28 eine Dichtungseinrichtung
zugeordnet ist. Die Dichtungseinrichtung umfasst gemäß 2 ein
statorseitig an der Lageraufnahme 26 festgelegtes Abweiselement 48, welches
als umfangseitig umlaufendes Schutzblech ausgebildet ist. Das statorseitige
Abweiselement 48 erstreckt sich hierbei von dem die Lageraufnahme 26 bildenden
Bereich des statorseitigen Gehäuseteils 30 radial
in Richtung des Rotors 18.
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Ein
weiteres, rotorseitiges Abweiselement 50 ist ebenfalls
der Lageraufnahme 26 zugeordnet und erstreckt sich von
dieser umfangseitig umlaufend radial in Richtung des Stators 20.
Die als Schutzbleche ausgebildeten Abweiselemente 48, 50 sind
axial außerhalb der Lager 28 angeordnet und verhindern
so ein Eindringen von insbesondere groben Schmutzpartikeln in die
elektrische Maschine 16 von außen. Zwischen den
Abweiselementen 48, 50 ist ein ebenfalls umlaufender
Spalt 52 ausgebildet.
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Die
Dichtungseinrichtung umfasst des Weiteren ein lagernahes Dichtungselement 54,
welches vorliegend als Dichtungsring ausgebildet ist. Die jedem
der zwei Lager 28 zugeordneten Dichtungsringe tragen zu
einem Abhalten insbesondere feiner Schmutzpartikel von den Lagern 28 besonders
wirksam bei. Die Dichtungselemente 54 werden von den Abweiselementen 50, 48 dabei
entlastet, insbesondere den Luftspalt 22 zwischen dem Rotor 18 und dem
Stator 20 von Verunreinigungen aus der Umgebung der elektrischen
Maschine 16 freizuhalten.
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Das
als Dichtungsring ausgebildete Dichtungselement 54 ist
vorliegend zwischen den Abweiselementen 48, 50 und
den Lagern 28 angeordnet. Die Dichtungsringe sind vorliegend
fest mit den Lageraufnahmen 26 des rotorseitigen Gehäuseteils 24 verbunden,
wobei zwischen den Dichtungsringen und dem statorseitigen Gehäuseteil 30 beim
Bewegen des Rotors 18 gegenüber dem Stator 20 ein Schleifkontakt
besteht. Die Dichtungsringe gleiten beim Bewegen des Rotors 18 besonders
reibungsarm auf dem statorseitigen Gehäuseteil 30.
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Durch
die vorliegend beschriebene Dichtungseinrichtung ist die elektrische
Maschine 16 besonders sicher vor einem Eindringen von Schmutz aus
der Umgebung geschützt.
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In
alternativen Ausführungsformen kann es vorgesehen sein,
das Dichtungselement 54 in das Lager 28 integriert
auszubilden. Durch das lagernah oder in das Lager 28 integriert
ausgebildete Dichtungselement 54 ist ein Warten der Bremseinrichtung 36 ermöglicht,
ohne die elektrische Maschine 16 demontieren zu müssen.
Durch ein Anordnen der Lager 28 und der Dichtungseinrichtungen
in verhältnismäßig großer Entfernung
von der Radachse A ist ein Umströmen der elektrischen Maschine 16 von
kühlender Luft erleichtert, wodurch ein besonders effizientes
Kühlen der elektrischen Maschine 16 ermöglicht
ist.
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- 10
- Radbaugruppe
- 12
- Radnabe
- 14
- Felge
- 16
- elektrische
Maschine
- 18
- Rotor
- 20
- Stator
- 22
- Luftspalt
- 24
- rotorseitiges
Gehäuseteil
- 26
- Lageraufnahme
- 28
- Lager
- 30
- statorseitiges
Gehäuseteil
- 32
- Anschlusselement
- 34
- Fahrzeugteil
- 36
- Bremseinrichtung
- 38
- Befestigungsschraube
- 40
- Bremsscheibe
- 42
- Bremssattel
- 44
- Zahn
- 46
- felgenseitiger
Zahn
- 48
- Abweiselement
- 50
- Abweiselement
- 52
- Spalt
- 54
- Dichtungselement
- A
- Radachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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