DE102009001942A1

DE102009001942A1 - Gehäuse einer elektrischen Maschine und elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102009001942A1
Application number: DE200910001942
Authority: DE
Inventors: Christian Glaab; Horst Steegmüller
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2010-09-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse einer elektrischen Maschine, die mittels eines Fließpressverfahrens hergestellt ist. Die Erfindung betrifft ferner eine elektrische Maschine, mit einem solchen Gehäuse zur Aufnahme einer in Lagern drehbar gelagerten Ankerwelle und eines Stators, wobei das Gehäuse mittels eines Fließpressverfahrens hergestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse einer elektrischen Maschine und eine elektrische Maschine mit einem solchen Gehäuse.
Derartige Gehäuse elektrischer Maschinen, wie zum Beispiel Motoren und/oder Generatoren, sind allgemein bekannt. Solche elektrischen Maschinen werden beispielsweise in Einrichtungen von Kraftfahrzeugen, wie zum Beispiel als Motoren in Servoantrieben, Scheibenwischerantrieben und dergleichen, eingesetzt.
Solche elektrischen Maschinen sind in vielen Anwendungen extremen Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise hohe Temperaturen und hohe Temperaturunterschiede, hohe Feuchtigkeit, Spritzwasser, Staub, Salz und dergleichen, ausgesetzt und erfordern daher eine entsprechende Dichtigkeit und Korrosionsbeständigkeit.
1 zeigt eine bekannte elektrische Maschine 1 in einer Ausführung als Motor mit einem Gehäuse 2, in welchem eine Ankerwelle 10 mit einem Rotor 11 über Lager 15, 16 drehbar gelagert ist. Ein Lagerflansch 8 bildet das so genannte A-Lagerschild an der Abtriebsseite der elektrischen Maschine. Diese Abtriebsseite ist hier als vorderes Ende 6 bezeichnet. Der Lagerflansch 8 ist mit einer Lageraufnahme 4 zur Aufnahme eines vorderen Lagers 15 versehen. Der Lagerflansch 8 ist mit dem vorderen Ende des zylinderförmigen Gehäuses 2 mittels Gewinde verschraubt. Ein O-Ring 8 dichtet den Innenraum des Gehäuses 2 gegenüber der Umgebung an dieser Verbindungsstelle ab. Das Gehäuse 2 weist an seinem hinteren axialen Ende 6 eine hintere Lageraufnahme 17 für ein hinteres Lager 16 auf. Die hintere Lageraufnahme 17 ist als ein hinterer, ins Innere des Gehäuses 2 einzogener Lagerschild ausgebildet. Beide Lager 15, 16 sind mit entsprechenden Axialdichtungen versehen.
Das Gehäuse 2 und der Lagerflansch 8 bilden hier ein zweiteiliges Motorgehäuse. Das Gehäuse 2 wird meistens aus Aluminium-(Al-)Druckguss oder Al-Strangguss hergestellt, wobei der Lagerflansch meistens aus Al-Druckguss besteht. Al-Druckguss ist ein Druckgussverfahren, bei welchem Aluminium im flüssigen oder teigigen Zustand unter hohem Druck in eine vorgewärmte Stahlform gepresst wird. Der aufgebrachte Druck bleibt auch während der Erstarrung wirksam. Die Stahlform ist das um das Schwindmaß vergrößerte Negativ des herzustellenden Gussteils. Daher müssen Druckgusslegierungen ein gutes Formfüllungsvermögen und geringes Schwindmaß aufweisen. Gießbarkeit und Schmelzbarkeit einer Al-Gusslegierung sind von den Legierungsbestandteilen abhängig, wobei zum Beispiel Zusätze zur Erhöhung der Gießbarkeit und Schmelzbarkeit die Korrosionsbeständigkeit verringern können.
Al-Druckguss kann aufgrund der durch den Herstellungsprozess bedingten Lunkerbildung nur eingeschränkt druckdicht hergestellt werden. Vor allem bei Anwendungen, bei denen sehr hohe Dichtheitsforderungen im Vordergrund stehen, ist daher eine zusätzliche Materialprüfung erforderlich, was unmittelbar mit Zusatzkosten einhergeht. Die Bauteilkosten sind somit verursacht durch die hohen Werkzeugkosten (insbesondere Folgewerkzeuge) wegen geringerer Stückzahlausbringung hoch. Dies ist insbesondere bei einteiligen Gehäusen der Fall, wobei daher wegen hoher Komplexität der Werkzeuge und Bauteil meist die zweiteilige Version mit Gehäuse und separatem Lagerflansch notwendig sein kann.
Auch eine Herstellung auf genaues Maß gestaltet sich bei Al-Druckgussteilen als schwierig und ist daher ebenfalls mit beträchtlichem Herstellungsaufwand verbunden.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse für eine elektrische Maschine zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Gehäuse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst.
Demgemäß ist vorgesehen:

– Ein Gehäuse einer elektrischen Maschine, bei welchem das Gehäuse mittels eines Fließpressverfahrens hergestellt ist.
– Weiterhin wird eine elektrische Maschine mit einem Gehäuse zur Aufnahme einer in Lagern drehbar gelagerten Ankerwelle und eines Stators bereitgestellt, bei welcher das Gehäuse mittels eines Fließpressverfahrens hergestellt ist.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, das Gehäuse einer elektrischen Maschine nicht in herkömmlicher Weise mittels Al-Druckguss herzustellen, sondern hierzu nunmehr zumindest teilweise ein Al-Fließpressverfahren zu verwenden. Der besondere Vorteil besteht darin, dass die gewünschte Druckdichtheit herstellungsbedingt bereits durch das Fließpressverfahren durch das damit einhergehende Massivumformen eines Aluminium-Gutzens erreicht wird. Durch die damit verbundene lamellaren Ausrichtung der Gefügestruktur wird diese sehr homogen und lunkerfrei. Ein nachträgliches Prüfen auf Lunker kann entfallen.
Bei einem Fließpressverfahren handelt es sich um ein Massivumformen bei Raumtemperatur zur Herstellung von Voll- und Hohlkörpern. Es ist ein Durchdrückverfahren nach DIN 8583, bei dem ein Werkstück mittels eines Pressstempels durch eine Düse (Pressbüchse) gedrückt wird. Die Form des herzustellenden Werkstücks ergibt sich aus der Form von Pressstempel und Pressbüchse. Da die Streckgrenze des Werkstoffs überschritten werden muss, sind hohe Drücke notwendig. Beim Vorwärtsfließ pressen sind Stempel- und Werkstückbewegung gleichsinnig, beim Rückwärts-Fließpressen sind sie gegenläufig.
Das Gehäuse besteht bevorzugt aus einer Al-Knetlegierung.
Eine Aluminiumlegierung wird als Aluminiumknetlegierung bezeichnet, wenn sie vor allem durch Umformen (Walzen, Pressen) bearbeitet wird.
Durch den sehr hohen Reinalumimiumanteil der Knetlegierungen ist die Korrosionsbeständigkeit gegenüber bisher verwendeten Aluminium-Druckgussgehäusen erheblich verbessert.
Der hohe Reinaluminiumanteil bietet einen weiteren Vorteil in der gegenüber herkömmlichen Aluminium-Druckgussgehäusen verbesserten Wärmeleitfähigkeit. Somit kann das Gehäuse als Wärmesenke für die elektrische Maschine besser genutzt werden und zum Beispiel als Kühlkörper in der Verlustleistungsbetrachtung einer Steuer-/Schalteinheit der elektrischen Maschine einbezogen werden. Dadurch ergibt sich ein deutlich kostenoptimiertes Gesamtsystem.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine Herstellung mittels Fließpressverfahren als Massivumformung keine unerwünschte Textur ergibt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren der Zeichnung.
Durch eine Kombination des Fließpressverfahrens, welches ein Vorwärts-, Rückwärts- oder kombinierten Fließpressverfahren sein kann, sowie der Verwendung einer Al-Knetlegierung werden die Anforderungen Druckdichtheit, Korrosionsbeständigkeit und gute Wärmeleitfähigkeit gleichzeitig erzielt.
Außerdem kann vorzugsweise ein axiales Ende des Gehäuses mit einem Boden versehen sein, welcher einen Anschlag für ein separates Lagerschild bildet.
Alternativ ist es möglich, dass der Boden mit einer Lageraufnahme versehen ist und ein Lagerschild bildet. Somit sind Gehäuse und Lagerschild einstückig miteinander und der Lageraufnahme verbunden, wodurch die gesamte Anzahl an benötigten Teilen auf herstellungstechnisch vereinfachte Weise und insbesondere im Hinblick auf eine Kostenreduzierung hergestellt werden können. Ebenfalls reduzieren sich dadurch eine Zusammenbauzeit und damit der Montageaufwand.
Die elektrische Maschine kann bei beliebigen Motoren und vor allem bei Elektromotoren und/oder bei Generatoren zum Einsatz kommen. Sie kann auch als abgedichtete Maschine oder dergleichen ausgeführt sein.
Das oben beschriebene Gehäuse ist besonders für elektrische Maschinen geeignet, welche für den Betrieb in einem Kraftfahrzeug, zum Beispiel als Servolenkantrieb (Lenksysteme, Lenkgetriebe) und/oder Scheibenwischerantrieb, vorgesehen sind. Dies Gehäuse kann aber ebenso Verwendung bei allen sich drehenden elektrischen Maschinen mit beliebigem Einsatzzweck Verwendung finden.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung lassen sich auch auf beliebige und geeignete Art und Weise miteinander kombinieren.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
1 eine Schnittansicht einer elektrischen Maschine nach dem Stand der Technik;
2 eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine;
3 eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine; und
4 eine perspektivische Explosionsdarstellung des zweiten Ausführungsbeispiels nach 3 in Teilachnittansiccht.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche und funktionsgleiche Elemente und Merkmale – sofern nichts Anderes ausgeführt ist – mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 2 ist eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 1 dargestellt.
Ein Gehäuse 2 ist als zylindrischer Körper mit einem vorderen axialen Ende 6 und einem hinteren axialen Ende 5 und mit einem Boden 3 mittels eines Fließpressverfahrens aus einem Butzen aus einer Al-Knetlegierung hergestellt. Der Boden 3 ist als innen liegenden umlaufender ringförmiger Rand an dem vorderen axialen Ende 6 des Gehäuses 2 ausgebildet und dient als axialer Anschlag für ein vorderes Lagerschild 7, auch als A-Lagerschild bezeichnet, das innerhalb des Gehäuses 2 an dem Boden 3 axial dicht anliegend und an der Innenwand des Gehäuses 2 innen radial dicht anliegend angebracht ist. Das vordere Lagerschild 7 kann mit dem Gehäuse 2 auf unterschiedliche Weise dicht verbunden sein, wie zum Beispiel durch Schweißen (Reibschweißen), Kleben, Pressen und dergleichen.
Das vordere Lagerschild 7 weist eine Lageraufnahme 4 für ein vorderes Lager 15 für eine drehbare Ankerwelle 10 auf, die sich durch das Gehäuse 2 hindurch erstreckt und einen Rotor 11 trägt. Um den Rotor 11 herum ist ein Stator 12 im Inneren des Gehäuses 2 an dessen Innenwand in geeigneter Weise befestigt angeordnet.
Die Ankerwelle 10 erstreckt sich in diesem Beispiel durch das vordere axiale Ende 6 des Gehäuses 2 mit einem vorstehenden Abtriebsabschnitt. Der hintere Endabschnitt der Ankerwelle 10 (in der 2 rechts) ist über ein hinteres Lager 16 in einem hinteren Lagerschild 9 (auch als B-Lagerschild bezeichnet) im Gehäuse 2 drehbar gelagert. Das hintere Lagerschild 9 ist wie das vordere Lagerschild 7 mit dem Gehäuse 2 dicht verbunden.
Weiterhin sind am hinteren Lagerschild eine Schalteinheit 13 und eine Kundenkontakteinheit 14 (siehe auch 4) angebracht. Die Schalteinheit 13 weist eine entsprechende elektrische Steuereinheit für die elektrische Maschine 1 auf. Die Kundenkontakteinheit 14 weist zum Beispiel einen kundenspezifischen elektrischen Anschluss für die elektrische Maschine 1 auf, welcher hier abgedichtet ist und sich in einem vom Gehäuse 2 umgebenen Raum zwischen dem hinteren axialen Ende 5 und dem hinteren Lagerschild 9 befindet.
3 zeigt eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 1. In diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Boden 3 an dem vorderen axialen Ende 6 des Gehäuses 2 mit einer zentralen Lageraufnahme 4 für das vordere Lager 15 versehen. Der Boden 3 bildet hier gleichzeitig und einstückig mit dem Gehäuse 2 ein vorderes Lagerschild.
Schließlich zeigt 4 eine perspektivische Explosionsdarstellung des zweiten Ausführungsbeispiels nach 3 in Teilschnittansicht.
Hierbei ist zu erkennen, dass der Stator 3 Wicklungen aufweist, die an der Schalteinheit 13 angeschlossen sind. Der Rotor 11 ist in diesem Beispiel mit Permanentmagneten ausgerüstet, wobei die elektrische Maschine 1 ein kollektorloser Motor sein kann.
Die vorliegende Erfindung sei nicht auf die vorstehenden konkreten oder abstrakten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich auf beliebige Art und Weise modifizieren, ohne vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
So kann zum Beispiel das Gehäuse 2 als Fließpressteil mit hohem Reinaluminiumanteil mit daraus resultierender hoher Wärmeleitfähigkeit eine Wärmesenke bilden. Die im Stator 12 entstehende Wärme kann durch Wärmeleitung gut auf das Gehäuse 2 übertragen werden. Ebenso kann das Gehäuse 2 als Kühlkörper, zum Beispiel für Leistungshalbleiter, der Schalteinheit 13 benutzt werden, indem entsprechende Wärmeübertragungsabschnitte zwischen Wärmequellen und der Innenwand des Gehäuses 2 vorgesehen werden.
So sei die Erfindung auch nicht auf kollektorlose Motoren beschränkt. Selbstverständlich können auch Motoren und/oder Generatoren mit Kollektoren in ein derartiges Gehäuse eingebaut werden.

1: Elektrische Maschine
2: Gehäuse
3: Boden
4: Lageraufnahme
5: Hinteres axiales Ende
6: Vorderes axiales Ende
7: Vorderes Lagerschild
8: Lagerflansch
9: Hinteres Lagerschild
10: Ankerwelle
11: Rotor
12: Stator
13: Schalteinheit
14: Kundenkontakteinheit
15: Vorderes Lager
16: Hinteres Lager
17: Hintere Lageraufnahme
18: Dichtelement

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 Nicht-Patentliteratur

- DIN 8583 [0012]

Claims

Gehäuse (2) einer elektrischen Maschine (1), welches mittels eines Fließpressverfahrens hergestellt ist.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) mittels eines Vorwärts-, Rückwärts- oder kombinierten Fließpressverfahrens hergestellt ist.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) mit einem Boden (3) versehen ist, welcher einen axialen Anschlag bildet.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) mit einem Boden (3) versehen ist, welcher mit einer Lageraufnahme (4) versehen ist und ein Lagerschild bildet.
Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) aus einer Al-Knetlegierung besteht.
Elektrische Maschine (1), mit einem Gehäuse (2) zur Aufnahme einer in Lagern (15, 16) drehbar gelagerten Ankerwelle (10) und eines Stators (12) wobei das Gehäuse (2) mittels eines Fließpressverfahrens hergestellt ist.
Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) einen Boden (3) aufweist, welcher einen axialen Anschlag für ein eine Lageraufnahme (4) aufweisendes Lagerschild (7) bildet.
Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) als ein Gehäuse nach zumindest einem der Ansprüche 2, 4 oder 5 ausgebildet ist.
Maschine nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine Wärmesenke für die elektrische Maschine (1) bildet.
Maschine nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1) als Motor und/oder als Generator ausgebildet ist.
Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1) als abgedichtete elektrische Maschine (1) ausgebildet ist.
Maschine nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine Bestandteil eines Lenkgetriebes oder eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs ist.