DE102009015147A1

DE102009015147A1 - Lagerung einer Antriebseinheit

Info

Publication number: DE102009015147A1
Application number: DE102009015147A
Authority: DE
Inventors: Markus Dietrich; Matthias Gramann; Julian Botiov; Benjamin Messmer
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-04-17
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2009-10-22

Abstract

Die Erfindung betrifft die Lagerung einer Antriebseinheit, durch die sowohl deren radialer als auch axialer Bauraum nicht vergrößert wird bei gleichzeitiger Verbesserung der Konzentrizität, indem das Gehäuse aus zwei konzentrisch ineinander geschachtelten, endseitig verbundenen Teilgehäusen gebildet wird, und das gesamte Gehäuse über dem innenliegenden Teilgehäuse auf einer anzutreibenden Welle gelagert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Bei konventionellen Hebelaktoren, wie in der DE 10 2004 009 832 beschrieben, wird zum Antrieb ein EC-Motor verwendet. Sowohl dieser als auch die mittels eines Verbindungselements an ihn gekoppelte Getriebeeinheit bilden eine Antriebseinheit mit in sich geschlossenen Modulen mit jeweils separater Lagerung.
Eine Weiterentwicklung dieser Antriebseinheit sieht vor, deren Lagerung an der Verbindungsstelle von Motor- und Getriebeeinheit vorzunehmen. Die Lagerung wird hierbei durch ein standardisiertes Festlager vorgenommen, dessen Lagerschalen einerseits in die gemeinsame Spindelwelle und andererseits in das Motorgehäuse eingepresst sind. Eine weitere Lagerstelle wird über eine an der Getriebeeinheit angeordnete Rolleneinheit realisiert.
Da dieses Festlager im Motorbereich auf der Spindelwelle angeordnet und damit vom Rotor umhüllt wird, vergrößert sich zwangsläufig der Außendurchmesser des Elektromotors, was bei einigen Kraftfahrzeugen zu Bauraumproblemen führt.
Eine Lösung den Außendurchmesser des Elektromotors nicht zu vergrößern wird darin gesehen, dass das aus Stator und Rotor gebildete Paket in axialer Richtung in zwei Teilpakete aufgeteilt wird, zwischen denen die Lagerung erfolgt, die in herkömmlicher Weise mittels konventioneller Standardkugellager realisiert wird.
Zur Verringerung des erforderlichen Bauraumes und zur Einsparung von Bauteilen ist es bekannt, die Lagerschalen des Standardkugellagers dadurch zu ersetzen, dass diese in die entsprechenden angrenzenden Bauteile integriert werden.
Basierend auf diesem Stand der Technik und im Hinblick der steigenden Kosten für Stahl besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die Lagerung für diese Antriebseinheit so weiter zu entwickeln, dass sowohl deren radialer als auch axialer Bauraum nicht vergrößert wird bei gleichzeitiger Verbesserung der Konzentrizität, und die Herstellungskosten durch Reduzierung der Anzahl der Bauteile zu senken.
Diese Aufgabe wird mit einer Antriebseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 realisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit,
2 einen Ausschnitt aus 1 mit der Lagerung der Welle des Aktors in einem Teilgehäuse des E-Motors, sowie eine Vergrößerung der Einzelheit X,
3 eine Möglichkeit der Montage des Gehäuses des E-Motors bzw. der Antriebseinheit.
1 stellt eine schematische Darstellung einer Antriebseinheit 1 eines Aktors 3 zur Betätigung einer nicht dargestellten Kupplung dar. Da die erfindungsgemäße Lösung auf die Lagerung der Antriebseinheit 1 abzielt, ist in der Figur dieser Bereich ausführlicher und im Schnitt dargestellt, während die anderen Bauteile nur angedeutet sind. Diese Antriebseinheit 1 wird somit aus einem als Hebelaktor ausgebildeten Aktor 3 und einem Elektromotor 2 gebildet. Der Elektromotor 2 dient dabei dazu, den Aktor 3 über eine mit diesem und dem Elektromotor 2 verbundene Welle 3a in eine axiale Bewegung zu versetzen.
Der Elektromotor 2 besteht aus einem Gehäuse, in dem das Statorpaket 2c konzentrisch um den Rotor 2d angeordnet ist. Da der Rotor ringförmig ausgebildet ist, verbleibt ein freier Innenraum in diesem, in dem das Lager des E-Motors 2 angeordnet ist, das gleichzeitig als Lagerstelle für den Aktor 3 dient.
Um die Lagerstelle in das Innere des E-Motors 2 verlegen zu können, sind, wie aus dieser Figur ersichtlich, die Baugruppen, Elektromotor 2 und Welle 3a des Aktors 3, im Bereich des Übergangs ihrer Kraftübertragung konzentrisch ineinander angeordnet. Dazu war es notwendig, das Gehäuse des E-Motors 2 in zwei rotationssymmetrische Teilgehäuse 2a, 2b aufzuteilen, wobei der Außendurchmesser eines dieser Teilgehäuse, in diesem Beispiel des Teilgehäuses 2a, größer ist als der Außendurchmesser des anderen Teilgehäuses, hier dem Teilge häuse 2b. Dabei wurde für das Teilgehäuse 2a die übliche Topfform eines Gehäuses für einen E-Motor beibehalten. In diesem Teilgehäuse 2a sind die Elektronik 2e (vorzugsweise ist die Elektronik als Kommutierungselektronik mit Sensoren für die Feldkommutierung und passive bzw. aktive elektronische Komponenten auszuführen) und das Statorpaket 2c untergebracht, wobei das Statorpaket 2c in das Teilgehäuse 2a eingepresst ist. Entgegen eines handelsüblichen Gehäuses weist der Boden dieses Teilgehäuses eine Öffnung mit einem Durchmesser D2 auf (siehe 3). Für die Gestalt des Teilgehäuses 2b wurde ebenfalls eine Topfform gewählt, allerdings verläuft diese invers zur Topfform des Teilgehäuses 2a. Das Teilgehäuse 2b weist daher einen nach außen weisenden Kragen 2f auf, der in den 2 und 3 besser ersichtlich ist. Das Teilgehäuse 2b kann somit in die Bodenöffnung des Teilgehäuses 2a eingeführt werden, wobei diese mit dem Kragen 2f verschlossen wird. An der Berührungsstelle beider Teilgehäuse 2a, 2b werden diese durch eine Verbindungsnaht 5 fest miteinander verbunden.
Zur Einsparung von Bauraum ist, wie aus 1 ersichtlich, auch die Form des Rotors 2d an die Form des Teilgehäuses 2b angepasst, so dass der Rotor 2d um die Mantelfläche des Teilgehäuses 2b angeordnet werden kann. Der Topfboden des Rotors 2d ist dabei zusätzlich so ausgebildet, dass er im Bereich des Stumpfes der Welle 3a diesen als Zylinder umschließt. Der Rotor 2d ist zur Kraftübertragung am Wellenstumpf mit der Welle 3a fest verbunden. Durch diese Ausgestaltung bzw. Formgebung insbesondere des Teilgehäuses 2b und des Rotors 2d ist es möglich, die Welle 3a des Aktors 3 in den Innenraum des E-Motors 2 hinein zu ziehen und in diesem die Lagerung in Form eines Axial-Radiallagers für den E-Motor 2 vorzusehen. Diese Lagerstelle dient dabei gleichzeitig als Abstützung für das Gehäuse bzw. als Lagerung für den Aktor 3.
Zur Einsparung sowohl von Bauraum als auch von Teilen sind die Lagerschalen 4a, 4b des Axiallagers in das Teilgehäuse 2b und in die Welle 3a eingearbeitet.
So wird die innere Lagerschale 4a von einer entsprechend in die Welle 3a eingearbeiteten Nut gebildet, während die äußere Lagerschale 4b in das Innere des E-Motors 2 eingezogene Ende des Teilgehäuses 2b eingearbeitet ist. In den Lagerschalen 4a, 4b befinden sich in Käfigen geführte Kugeln 4. Beide Teilgehäuse 2a, 2b des E-Motors 2 werden beispielsweise mittels einer Schweißnaht 5 miteinander verbunden, nachdem sie zueinander positioniert wurden. Allerdings sind auch andere Verbindungsmöglichkeiten denkbar.
Zur Herstellung der Verbindung von Welle 3a und topfförmigem Rotor 2d werden, wie aus 2 ersichtlich, nach dem Einpressen des Endes der Welle 3a in den Rotor 2d beide Bauteile im Bereich A verschweißt oder deformiert. Aus der Vergrößerung der Einzelheit X dieser Figur ist das Axial-Radiallager mit seinem Außendurchmesser d erkennbar, dessen äußere Lagerschale 4b in den Rotor 2d eingearbeitet und dessen Lagerschale 4a in den verstärkten Bund der Welle 3a eingearbeitet ist. Die Innendurchmesser dieser Lagerschalen 4a, 4b sind dabei an den Durchmesser der Kugeln 4 angepasst. Allerdings ist die Lagerschale 4b in die Wand des Rotors 2d derart eingearbeitet, dass der Durchmesser d am Ausgang der Wandstärke für die Kugeln 4 mit einem Durchmesser d1 einen hinteren Anschlag und am Eingang zur Lagerschale 4b einen vorderen Anschlag bildet, der einen Durchmesser d2 aufweist. Dabei ist es für die Montage der Kugeln 4 vorteilhaft, wenn der Durchmesser d2 größer als der Durchmesser d1 ist. Durch die Bildung dieser Anschläge werden die Kugeln zusätzlich in axialer Richtung bezüglich der Lagerschale 4a fixiert. Weiterhin ist aus der Einzelheit X erkennbar, dass zur Ermöglichung des Einbringens der Kugeln 4 zwischen die Lagerschalen 4a, 4b eine Einlaufkontur K in einem Bereich der Innenfläche des Rotors 2d vorgesehen ist, so dass der Innendurchmesser des Rotors 2d in diesem Bereich vergrößert ist.
3 zeigt das erste topfförmig gestaltete, mit einem Kragen 2f versehene Gehäuseteil 2a, bei dem der Übersichtlichkeit halber das in dieses eingepresste Statorpaket 2c weggelassen wurde, um die im Boden dieses Gehäuseteils 2a vorgesehene Öffnung deutlich sichtbar zu machen. Diese Öffnung mit ihrem Durchmesser D2, dient zur Aufnahme der Welle 3a und dem mit dieser verbundenen Rotor 2d. Der Durchmesser D1 des Rotors 2d wird dabei bestimmt durch die um diesen beispielsweise mittels Kleben angebrachten Magnete 6.
Nachdem die Kugeln 4 mit ihrem Käfig auf der Welle 3a und dem an dieser befestigten Gehäuseteil 2b aufgeschoben sind und sie sich somit im Gehäuseteil 2b befinden, wird diese so vorbereitete Baugruppe zum Gehäuseteil 2b positioniert. Im Anschluss an das Aufschieben des Gehäuseteils 2a auf die zuvor montierte Rotor-Baugruppe (Rotor) wird die Bodenöffnung des Gehäuseteils 2a durch den Kragen 2f des Gehäuseteils 2b abgedeckt und damit verschlossen. Der Pfeil gibt dabei die Montagerichtung an. Die Verbindung des Teilgehäuses 2b mit dem Teilgehäuse 2a erfolgt beispielsweise mittels Schweißen an der Stelle 5, wo der Kragen 2f in den Durchmesser D2 eintaucht.

1: Antriebseinheit
2: E-Motor
2a: erstes Teilgehäuse
2b: zweites Teilgehäuse
2c: Stator/Statorpaket
2d: Rotor
2e: Elektronik (Kommutierungselektronik)
2f: Kragen
3: Aktor/Hebelaktor
3a: Welle Hebelaktor
4: Kugeln des Axiallagers
4a: Nut/Lagerschale
4b: Lagerschale
5: Verbindungsnaht/Schweißnaht
6: Magnet
d: Außendurchmesser des Axiallagers
d1: hinterer „Anschlag”-Durchmesser
d2: vorderer „Anschlag”-Durchmesser
A: Bereich/Verbindungsstelle
D1: Durchmesser Rotor
D2: Durchmesser der Öffnung des ersten Gehäuseteils
K: Einlaufkontur
Pfeil: Montagerichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004009832 [0002]

Claims

Antriebseinheit (1) aus einem Elektromotor (2) und einer mit diesem in Wirkverbindung stehenden Welle (3a) zum Antrieb eines Aktors, wobei der Elektromotor (2) aus einem in einem Gehäuse angeordneten Statorpaket (2c) und einem Rotor (2d) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus zwei konzentrisch ineinander geschachtelten, endseitig verbundenen Teilgehäusen (2a, 2b) gebildet wird, und über dem innen liegenden Teilgehäuse (2b) auf der Welle (3a) gelagert ist.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilgehäuse (2a, 2b) rotationssymmetrisch ausgebildet sind.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilgehäuse (2a, 2b) topfförmig gestaltet sind, wobei die Form des Teilgehäuses (2b) zu der des Teilgehäuses (2a) invers ausgeführt ist.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden dieses Teilgehäuses (2a, 2b) eine konzentrische Öffnung mit einem Durchmesser (D2) aufweist.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in das innen liegende Teilgehäuse (2b) eine Lagerschale (4b) zur Aufnahme von Kugeln (4) eingearbeitet ist.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass korrespondierend zur Lagerschale (4b) in das Ende der Welle (3a) eine Lagerschale (4a) eingearbeitet ist.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Statorpaket (2c) in das Teilgehäuse (2a oder 2b) eingepresst ist.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2d) der topfförmigen Kontur des Teilgehäuses (2b) angepasst ist.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2d) mit der Welle (3a) fest verbunden ist.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2d) die Mantelfläche des topfförmig ausgebildeten Teilgehäuses (2b) umhüllt.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2d) zusammen mit den um diesen angeordneten Magneten (6) einen Durchmesser (D1) aufweist.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 4 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Durchmessers (D2) der Bodenöffnung mindestens der Größe des Durchmessers (D1) entspricht.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung beider Teilgehäuse (2a, 2b) im Bereich des Durchmessers (D2) mittels einer Schweißnaht (5) hergestellt wird.