DE102008054850A1

DE102008054850A1 - Maschine mit Lagervorrichtung

Info

Publication number: DE102008054850A1
Application number: DE102008054850A
Authority: DE
Inventors: Stefan Einbock; Vincent Riou; Rüdiger Schroth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-12-18
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2010-07-01
Also published as: WO2010069715A2; WO2010069715A3

Abstract

Maschine mit einem Rotor (20), wobei der Rotor (20) mittels zumindest eines Festlagers (34) in einer Nabe (33) eines Gehäuses (13) gelagert ist, wobei das Festlager (34) als Wälzlager (28) ausgebildet ist und einen Außenring (35) aufweist, der mittels einer Halteplatte (31) am Gehäuse (13) befestigt ist, wobei zumindest ein Befestigungselement (36) die Halteplatte (31) am Gehäuse (13) hält, wobei die Halteplatte (31) ein Loch (68) radial zwischen dem Befestigungselement (36) und einer zentralen Öffnung (65) in der Halteplatte (31) aufweist und eine Außenbegrenzung (74) hat und die Halteplatte (31) eine Materialstärke (h) aufweist, wobei dieses Loch (68) vollständig in einem Bereich (77) beiderseits einer gedachten Linie (80) angeordnet ist, die eine Drehachse (83) des Rotors (20) und eine Position des Befestigungselements (36) verbindet, wobei der Bereich (77) begrenzt ist durch - zwei von der Drehachse (83) des Rotors (20) ausgehende Radien (86, 89), die beiderseits der Linie (80) mit einem Winkel (β) von dieser beabstandet sind, wobei der Winkel (β) einem Quotienten (Q) entspricht, wobei ein Zähler aus der Differenz von 360° und n · 5° gebildet ist und ein Nenner n entspricht, wobei n einer Anzahl an Befestigungselementen (36) entspricht, die zum Halten der Halteplatte (31) verwendet werden.

Description

Stand der Technik
Stand der Technik bei Generatoren sind sogenannte Kompaktgeneratoren, welche sich durch das Merkmal innenliegender Lüfter auszeichnen. Dadurch müssen in den A-(antriebseitigen) als auch B-(bürstenseitigen) Lagerschilden Öffnungen für die Kühlluft vorgesehen werden. Diese Öffnungen gehen sehr zu Lasten der Steifigkeit der Lagerschilde. Eine Vergrößerung der Lagerschilde widerspricht den Bauraumanforderungen möglichst (klein zu bauen, so dass für die auftretenden Kräfte spezielle Lösungen gefordert sind, welche den Bauraum nicht vergrößern und auch nicht im Kühlungsluftstrom liegen. Die Lagerung erfolgt mittels eines Festlagers im A-Lagerschild und eines Loslagers im B-Lagerschild. Das Kugellager ist axial zwischen Lagerschild und einer Halteplatte fixiert. Durch das generell vorhandene Lagerspiel kommt es zu Schwingungen des Läufers als Gesamtkörper in axialer Richtung. Die wie oben beschrieben bedingte geringe Steifigkeit des A-Lagerschildes verstärkt den Effekt zusätzlich. Durch das B-seitige Loslager wird die Bewegung in ihrer axialen Richtung nicht eingeschränkt. Dieses Läuferprellen tritt in der Regel zwischen 150 und 500 Hz auf und erzeugt hohe mechanische Spannungen im Generator an verschiedenen Bauteilen.
Aus dem Stand der Technik sind Maschinen, ausgeführt als Wechselstromgeneratoren bekannt, deren Rotor mittels eines Festlagers in einer Nabe eines Gehäuses gelagert ist. Das Festlager ist dabei als Wälzlager ausgebildet und weist einen Außenring auf, der mittels einer Halteplatte am Gehäuse befestigt ist. Üblicherweise sind drei oder vier Befestigungsschrauben vorgesehen, um die Halteplatte am Gehäuse zu befestigen und dadurch das Wälzlager bzw. dessen Außenring ortsfest zu halten. Eine derartige Lösung ist aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 298 18 190 U1 bekannt. Durch die Befestigung eines Kugellagers durch am Umfang verteilte Schrauben wirkt ganz besonders in dem Bereich eines Außenrings eine besonders hohe punktuelle Axiallast, an der eine derartige Schraube befestigt ist. Im Umfangsbereich zwischen zwei Schrauben ist demzufolge die Belastung geringer. Nachteilig ist hierbei, dass die hohe punktuelle Umfangslast eine Verformung des Außenrings zur Folge hat und demzufolge Laufbahnen für die Wälzkörper punktuell besonders stark vom Idealzustand abweichen. Die Lösung gemäß DE 1575609 weist zwar demgegenüber gewisse Vorteile auf. Dagegen ist die Abstützung des Lagers in Axialrichtung zu elastisch bzw. nachgiebig
Demgegenüber besteht die Aufgabe, eine Befestigung für einen Lagerring eines Wälzlagers zu gestalten, die allzu große Elastizitäten vermeidet.
Offenbarung der Erfindung
Kurze Beschreibungen der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Figuren näher erläutert:
Es zeigen
1 einen Längsschnitt durch einen Wechselstromgenerator,
2 eine Ansicht auf die Halteplatte aus 1 von der Innenseite des Gehäuses aus gesehen,
3a bis 3e verschiedene Teilansichten unterschiedlicher Halteplatten.
Beschreibung
In 1 ist ein Querschnitt durch eine elektrische Maschine 10, hier in der Ausführung als Generator bzw. Wechsel-, insbesondere Drehstromgenerator, für Kraftfahrzeuge, dargestellt. Diese elektrische Maschine 10 weist u. a. ein zweiteiliges Gehäuse 13 auf, das aus einem ersten Lagerschild 13.1 und einem zweiten Lagerschild 13.2 besteht. Das Lagerschild 13.1 und das Lagerschild 13.2 nehmen in sich einen sogenannten Stator 16 auf, der einerseits aus einem im Wesentlichen kreisringförmigen Ständereisen 17 besteht, und in dessen nach radial innen gerichtete, sich axial erstreckende Nuten eine Ständerwicklung 18 eingelegt ist. Dieser ringförmige Stator 16 umgibt mit seiner radial nach innen gerichteten genuteten Oberfläche einen Rotor 20, der als Klauenpolläufer ausgebildet ist. Der Rotor 20 besteht u. a. aus zwei Klauenpolplatinen 22 und 23, an deren Außenumfang jeweils sich in axialer Richtung erstreckende Klauenpolfinger 24 und 25 angeordnet sind. Beide Klauenpolplatinen 22 und 23 sind im Rotor 20 derart angeordnet, dass deren sich in axialer Richtung erstreckende Klauenpolfinger 24 bzw. 25 am Umfang des Rotors 20 einander abwechseln. Es ergeben sich dadurch magnetisch erforderliche Zwischenräume zwischen den gegensinnig magnetisierten Klauenpolfingern 24 und 25, die als Klauenpolzwischenräume bezeichnet werden. Der Rotor 20 ist mittels einer Welle 27 und je einem auf je einer Rotorseite befindlichen Wälzlager 28 in den jeweiligen Lagerschilden 13.1 bzw. 13.2 drehbar gelagert. Die Welle 27 ist durch eine Riemenscheibe 29 antreibbar. Das antriebsseitige Wälzlager 28, jenes, welches der antreibenden Riemenscheibe 29 nächstgelegen ist, ist durch eine Halteplatte 31 ortsfest gehalten (Festlager 34). Die Halteplatte 31 verhindert dabei eine axiale Verschiebung eines Außenrings 35. Die Halteplatte 31 selbst ist durch mehrere Halteplattenschrauben 32 (Befestigungselemente 36) an einer Nabe 33 befestigt.
Der Rotor 20 weist insgesamt zwei axiale Stirnflächen auf, an denen jeweils ein Lüfter 30 befestigt ist. Dieser Lüfter 30 besteht im Wesentlichen aus einem plattenförmigen bzw. scheibenförmigen Abschnitt, von dem Lüfterschaufeln in bekannter Weise ausgehen. Diese Lüfter 30 dienen dazu, über Öffnungen 40 in den Lagerschilden 13.1 und 13.2 einen Luftaustausch zwischen der Außenseite der elektrischen Maschine 10 und dem Innenraum der elektrischen Maschine 10 zu ermöglichen. Dazu sind die Öffnungen 40 im Wesentlichen an den axialen Enden der Lagerschilde 13.1 und 13.2 vorgesehen, über die mittels der Lüfter 30 Kühlluft in den Innenraum der elektrischen Maschine 10 eingesaugt wird. Diese Kühlluft wird durch die Rotation der Lüfter 30 nach radial außen beschleunigt, so dass diese durch den kühlluftdurchlässigen Wicklungsüberhang 45 hindurchtreten kann. Durch diesen Effekt wird der Wicklungsüberhang 45 gekühlt. Die Kühlluft nimmt nach dem Hindurchtreten durch den Wicklungsüberhang 45 bzw. nach dem Umströmen dieses Wicklungsüberhangs 45 einen Weg nach radial außen, durch hier in dieser 1 nicht dargestellte Öffnungen.
In 1 auf der rechten Seite befindet sich eine Schutzkappe 47, die verschiedene Bauteile vor Umgebungseinflüssen schützt. So deckt diese Schutzkappe 47 beispielsweise eine sogenannte Schleifringbaugruppe 49 ab, die dazu dient, eine Erregerwicklung 51 mit Erregerstrom zu versorgen. Um diese Schleifringbaugruppe 49 herum ist ein Kühlkörper 53 angeordnet, der hier als Pluskühlkörper wirkt. Als sogenannter Minuskühlkörper wirkt das Lagerschild 13.2. Zwischen dem Lagerschild 13.2 und dem Kühlkörper 53 ist eine Anschlussplatte 56 angeordnet, die dazu dient, im Lagerschild 13.2 angeordnete Minusdioden 58 und hier in dieser Darstellung nicht gezeigte Plusdioden im Kühlkörper 53 miteinander zu verbinden und somit eine an sich bekannte Brückenschaltung darzustellen.
In 2 ist eine Ansicht auf die Halteplatte von der Innenseite des ersten Lagerschilds 13.1 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, die Halteplatte 31 mittels vier Befestigungselementen 36 in Gestalt von Halteplattenschrauben 32 am Lagerschild 13.1 zu befestigen. Die vier Halteplattenschrauben 32 sind dabei in die Nabe 33 eingeschraubt, wobei an der jeweiligen Umfangsposition der Halteplattenschrauben 32 eine Stütze 60 die Nabe 33 und damit mittelbar auch das Wälzlager 28 abstützt. Die Stützen 60 selbst sind einstückig mit einem Außenring 63 des ersten Lagerschilds 13.1 verbunden. Die Halteplatte 31 weist in ihrer Mitte eine zentrale Öffnung 65 auf, durch die beispielsweise die Welle 27 hindurchragt. Die Halteplatte 31 weist bei jedem Befestigungselement 36 ein Loch 68 auf, das zwischen einem Befestigungsloch 71 und der zentralen Öffnung 65 angeordnet ist. Dieses Loch 68 befindet sich radial zwischen dem Befestigungselement 36 und der zentralen Öffnung 65. Die Halteplatte 31 weist eine Materialstärke h und eine Außenbegrenzung 74 auf. Das Loch 68 befindet sich vollständig in einem Bereich 77 beiderseits einer gedachten Linie 80, die eine Drehachse 83 des Rotors 20 und eine Position des Befestigungselements 36 verbindet, wobei der Bereich 77 begrenzt ist durch zwei von der Drehachse 83 des Rotors 20 ausgehenden Radien 86 und 89, die beiderseits der Linie 80 mit einen Winkel β von dieser beabstandet sind, wobei der Winkel β einem Quotienten Q entspricht, wobei ein Zähler aus der Differenz von 360° und n·5° gebildet ist und ein Nenner n entspricht, wobei n einer Anzahl an Befestigungselementen 36 entspricht, die zum Halten der Halteplatte 31 verwendet werden.
Das Befestigungselement 36 ist ein Bolzenelement 92 ist, welches in ein Befestigungsloch 71 ragt, wobei zwischen dem Loch 68 und dem Befestigungsloch 71 ein Mindestabstand A eingehalten ist, siehe auch 3b.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass das zwischen dem Loch 68 und der zentralen Öffnung 65 ein Mindestabstand A eingehalten ist, der mindestens einer halben Materialstärke h entspricht.
Zwischen dem Loch 68 und der Außenbegrenzung 74 ist ein Mindestabstand A eingehalten, der mindestens einer halben Materialstärke h entspricht.
Je Befestigungselement 36 ist mindestens ein Loch 68 zugeordnet ist. Das Loch 68 ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen auf der gedachten Linie 80 angeordnet. Je nach Erfordernis kann das Loch auch neben der Linie 80 angeordnet sein, 3e.
Das Loch 68 und der Außenring 35 weisen gemäß 3d je eine Projektionsfläche 95 bzw. 98 auf, wobei sich die beiden Projektionsflächen 95, 98 nicht überschneiden. Dadurch wird vermieden, dass der Außenring 35 an der Stelle der Projektionsfläche 98 entlastet wird und sich dadurch eine Unsymmetrie hinsichtlich der axialen Belastung des Außenrings 35 ergibt. Die Lebensdauer des Wälzlagers 28 wird dadurch erhöht.
Das Loch 68 kann unterschiedlich gestaltet sein: So kann es bogenförmig sein und sich vorzugsweise konzentrisch um ein Befestigungsloch 71 erstrecken oder geradlinig oder wellenförmig sein, 3a bis 3d.
Das Loch 68 weist ausschließlich einer oder mehrerer Ausrundungen 101 an Enden 104 des Loches 68 eine zentrale Länge 107 und eine maximale Breite B auf, wobei ein Verhältnis aus zentraler Länge 107 und maximaler Breite B kleiner 20 ist.
Mehrere Löcher 68 haben in Summe eine Projektionsfläche 98 von zumindest 10 mm2 und maximal 300 mm2.
Hat die Maschine vier Schrauben je Halteplatte, so soll eine Projektionsfläche von 75 mm²/Schraube bzw. bei drei Schrauben von 100 mm²/Schraube nicht überschritten werden.
Durch die Löcher 68 wird sowohl die Belastung der Halteplatten als auch die Belastung auf die Schraubenköpfe reduziert
Das Loch 71 kann beispielsweise ein Gewindeloch sein. Bzgl. des zu messenden Abstandes A ist das Bezugsmaß der Kernlochdurchmesser, wie er üblicherweise den Normen bzgl. Gewindemaßen zu entnehmen ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 29818190 U1 [0002]
- DE 1575609 [0002]

Claims

Maschine mit einem Rotor (20), wobei der Rotor (20) mittels zumindest eines Festlagers (34) in einer Nabe (33) eines Gehäuses (13) gelagert ist, wobei das Festlager (34) als Wälzlager (28) ausgebildet ist und einen Außenring (35) aufweist, der mittels einer Halteplatte (31) am Gehäuse (13) befestigt ist, wobei zumindest ein Befestigungselement (36) die Halteplatte (31) am Gehäuse (13) hält, wobei die Halteplatte (31) ein Loch (68) radial zwischen dem Befestigungselement (36) und einer zentralen Öffnung (65) in der Halteplatte (31) aufweist und eine Außenbegrenzung (74) hat und die Halteplatte (31) eine Materialstärke (h) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Loch (68). vollständig in einem Bereich (77) beiderseits einer gedachten Linie (80) angeordnet ist, die eine Drehachse (83) des Rotors (20) und eine Position des Befestigungselements (36) verbindet, wobei der Bereich (77) begrenzt ist durch – zwei von der Drehachse (83) des Rotors (20) ausgehenden Radien (86, 89), die beiderseits der Linie (80) mit einen Winkel (β) von dieser beabstandet sind, wobei der Winkel (β) einem Quotienten (Q) entspricht, wobei ein Zähler aus der Differenz von 360° und n·5° gebildet ist und ein Nenner n entspricht, wobei n einer Anzahl an Befestigungselementen (36) entspricht, die zum Halten der Halteplatte (31) verwendet werden.
Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (36) ein Bolzenelement (92) ist, welches in ein Befestigungsloch (71) ragt, wobei zwischen dem Loch (68) und dem Befestigungsloch (71) ein Mindestabstand (A) eingehalten ist.
Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen dem Loch (68) und der zentralen Öffnung (65) ein Mindestabstand (A) eingehalten ist, der mindestens einer halben Materialstärke (h) entspricht.
Maschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Loch (68) und der Außenbegrenzung (74) ein Mindestabstand (A) eingehalten ist, der mindestens einer halben Materialstärke (h) entspricht.
Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass je Befestigungselement (36) mindestens ein Loch (68) zugeordnet ist.
Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Loch (68) auf der gedachten Linie (80) angeordnet ist.
Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Loch (68) und der Außenring (35) je eine Projektionsfläche (95, 98) aufweisen, wobei sich die beiden Projektionsflächen (95, 98) nicht überschneiden.
Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Loch (68) bogenförmig ist und sich vorzugsweise konzentrisch um ein Befestigungsloch (71) erstreckt oder geradlinig oder wellenförmig ist.
Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Loch (68) ausschließlich eine oder mehrere Ausrundungen (101) an Enden (104) des Loches (68) eine zentrale Länge (107) und eine maximale Breite (B) aufweist, wobei ein Verhältnis aus zentraler Länge (107) und maximaler Breite (B) kleiner 20 ist.
Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Löcher (68) in Summe eine Projektionsfläche (98) von zumindest 10 mm2 und maximal 300 mm2 haben.
Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (10) ein Erzeuger elektrischer Energie ist.