DE102012206455B4

DE102012206455B4 - Elektrische Maschine sowie Verfahren zur Montage einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102012206455B4
Application number: DE102012206455.9A
Authority: DE
Inventors: Bernd Schroeder; Martin Henger
Original assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2012-04-19
Publication date: 2022-05-19
Anticipated expiration: 2032-04-20
Also published as: DE102012206455A1

Abstract

Elektrische Maschine (1) mit einer Antriebswelle (2), auf der ein Rotor (3) und ein Anschlusselement (4) angeordnet sind, und bei welcher eine zumindest teilweise kraftschlüssige Drehmomentübertragungsverbindung zwischen dem Rotor (3) und dem Anschlusselement (4) ausgebildet ist, indem das Anschlusselement (4) mittels einer Befestigungseinrichtung (7) in wenigstens die von dem Rotor (3) abgewandte Richtung festgelegt ist, wobei ein Befestigungselement (6) der Befestigungseinrichtung (7) als Befestigungsmutter vorliegt, welche ein erstes Innengewinde (18) aufweist und auf ein erstes Wellenaußengewinde (19) der Antriebwelle (2) aufgeschraubt ist, wobei ein Kopf der Schraubenmutter mit der Befestigungsmutter kraftschlüssig in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (4) auf der Antriebswelle (2) drehbar angeordnet ist, und dass ein an der Antriebswelle (2) befestigtes Arretierelement (22) vorgesehen ist, welches das Befestigungselement (6) und/oder das Anschlusselement (4) in Richtung des Rotors (3) drängt, wobei das Arretierelement (22) als Schraubenmutter ausgeführt ist, die ein zweites Innengewinde (23) aufweist, das in ein zweites Wellenaußengewinde (24) eingreift, wobei das zweite Wellenaußengewinde (24) einen Durchmesser aufweist, der von dem Durchmesser des ersten Wellenaußengewindes (19) verschieden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einer Antriebswelle, auf der ein Rotor und ein Anschlusselement angeordnet sind, und bei welcher eine zumindest teilweise kraftschlüssige Drehmomentübertragungsverbindung zwischen dem Rotor und dem Anschlusselement ausgebildet ist, indem das Anschlusselement mittels einer Befestigungseinrichtung in wenigstens die von dem Rotor abgewandte Richtung festgelegt ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Montage einer elektrischen Maschine.
Stand der Technik
Die elektrische Maschine der eingangs genannten Art ist aus dem Stand der Technik bekannt. Sie kann beliebig ausgestaltet sein und insbesondere als Motor, Generator oder Motor-Generator eines Kraftfahrzeugs vorliegen. Die elektrische Maschine verfügt über die Antriebswelle, über die sie ein Drehmoment abgibt oder alternativ das Drehmoment aufnimmt. Auf der Antriebswelle sind der Rotor und das Anschlusselement wenigstens teilweise angeordnet. Der Rotor ist mittels der Antriebswelle in der elektrischen Maschine gelagert. Neben dem Rotor ist auf der Antriebswelle das Anschlusselement vorgesehen, über welches das Drehmoment der Antriebswelle beziehungsweise des Rotors einer weiteren Einrichtung zur Verfügung gestellt oder ein Drehmoment von der weiteren Einrichtung zu dem Rotor übertragen wird. Das Anschlusselement liegt beispielsweise als Riemenscheibe vor, welche über ein biegeschlaffes Umlaufmittel, insbesondere einen Riemen, mit der weiteren Einrichtung drehmomentübertragend wirkverbunden ist. Zwischen dem Rotor und dem Anschlusselement liegt somit die Drehmomentübertragungsverbindung vor. Das bedeutet, dass der Rotor und das Anschlusselement derart miteinander verbunden sind, dass zwischen ihnen ein Drehmoment, vorzugsweise schlupffrei, übertragbar ist. Die Drehmomentübertragungsverbindung ist wenigstens teilweise kraftschlüssig, insbesondere vollständig kraftschlüssig.
Insoweit wird zum Beispiel das Drehmoment über die Drehmomentübertragungsverbindung zwischen dem Rotor und dem Anschlusselement nicht oder zumindest lediglich untergeordnet über eine formschlüssige oder stoffschlüssige Drehmomentübertragungsverbindung übertragen. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass der Rotor und das Anschlusselement drehbar auf der Antriebswelle angeordnet sind und eine Drehmomentübertragung zwischen den beiden Elementen lediglich durch Kraftschluss zwischen ihnen ermöglicht wird. Das bedeutet insbesondere, dass das Anschlusselement derart in Richtung des Rotors gedrängt ist, dass durch Kraftschluss beziehungsweise Reibschluss Drehmoment übertragen werden kann und die Drehmomentübertragungsverbindung vorliegt. Zu diesem Zweck ist die Befestigungseinrichtung vorgesehen, welche das Anschlusselement in axialer Richtung in wenigstens die von dem Rotor abgewandte Richtung festlegt oder es sogar in axialer Richtung, also in Richtung der Längsachse der Antriebswelle, auf den Rotor zudrängt.
Durch das Festlegen des Anschlusselements wird eine axiale Kraft auf das Anschlusselement und ein unter Umständen in axialer Richtung zwischen Anschlusselement und Rotor vorliegendes Drehmomentübertragungselement ausgeübt oder zumindest aufrechterhalten, welches sie in Richtung des Rotors drängt. Das maximal zwischen dem Rotor und dem Anschlusselement übertragbare Drehmoment ist bei einer solchen Ausführungsform abhängig von der (maximalen) axialen Kraft. Diese kann jedoch nicht beliebig erhöht werden, weil sie in die Antriebswelle eingeleitet wird und es bei zu starker Beanspruchung zu einer Beschädigung der Antriebswelle kommen kann. Bei üblichen Ausführungsformen der elektrischen Maschine liegt das maximal übertragbare Drehmoment bei etwa 50 bis 60 Nm. Wird die axiale Kraft weiter erhöht, kann es zu Rissbildung und Versagen der Antriebswelle, insbesondere bei der Montage der elektrischen Maschine, kommen. Die Befestigungseinrichtung ist bei bekannten elektrischen Maschinen beispielsweise als Mutter ausgebildet, welche auf die Antriebswelle derart aufgeschraubt ist, dass sie das Anschlusselement in Richtung des Rotors drängt.
Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise die Druckschriften FR 2 894 007 A1 , US 5 544 991 A sowie GB 1 205 199 A bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Demgegenüber weist die elektrische Maschine mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen den Vorteil auf, dass das maximal zwischen Rotor und Anschlusselement übertragbare Drehmoment größer ist. Dies wird erfindungsgemäß durch ein an der Antriebswelle befestigtes Arretierelement erreicht, welches ein Befestigungselement der Befestigungseinrichtung und/oder das Anschlusselement in Richtung des Rotors drängt, wobei das Arretierelement als Schraubenmutter ausgeführt ist. Das Arretierelement drängt mithin das Anschlusselement unmittelbar oder mittelbar in Richtung des Rotors. In ersterem Fall steht das Arretierelement unmittelbar mit dem Anschlusselement in Berührkontakt. Zu diesem Zweck weisen das Arretierelement und das Anschlusselement Abmessungen auf, die ein Zusammenwirken zum Aufbringen einer axialen Kraft auf das Anschlusselement durch das Arretierelement ermöglichen. Soll lediglich das mittelbare Drängen vorliegen, so kann zwischen dem Anschlusselement und dem Arretierelement beispielsweise das Befestigungselement der Befestigungseinrichtung vorliegen, welches bevorzugt die axiale Kraft des Arretierelements wenigstens teilweise auf das Anschlusselement überträgt. Das Arretierelement soll als Schraubenmutter ausgeführt sein. Entsprechend ist es auf die Antriebswelle beziehungsweise ein Ende der Antriebswelle aufgeschraubt. Dies ist auf der dem Rotor abgewandten Seite der Antriebswelle vorgesehen.
Es kann vorgesehen sein, dass der Rotor drehmomentübertragend mit der Antriebswelle verbunden ist. Dies kann auf beliebige Art und Weise vorgesehen sein, beispielsweise durch Verstemmen des Rotors mit der Antriebswelle. Auf diese Weise wird eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige Wirkverbindung hergestellt. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Rotor und der Antriebswelle hergestellt sein. Zumindest über das Arretierelement liegt auf Seiten des Anschlusselements ebenfalls eine wenigstens kraftschlüssige Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem Anschlusselement vor. Entsprechend liegt zusätzlich zu der teilweise kraftschlüssigen ersten Drehmomentübertragungsverbindung eine weitere Drehmomentübertragungsverbindung vor, welche das Drehmoment jedoch nicht unmittelbar zwischen dem Rotor und dem Anschlusselement überträgt, sondern das Drehmoment zunächst in die Antriebswelle einleitet. Es liegt also nicht nur die unmittelbare kraftschlüssige erste Drehmomentübertragungsverbindung zwischen dem Anschlusselement und dem Rotor (eventuell über in axialer Richtung zwischen diesen angeordneten Drehmomentübertragungselemente), bei welcher Drehmoment nicht über die Antriebswelle übertragen wird, vor. Vielmehr ist auch eine mittelbare zweite Drehmomentübertragungsverbindung über die Antriebswelle vorgesehen, die - zumindest zwischen der Antriebswelle und dem Anschlusselement - üblicherweise ebenfalls überwiegend kraftschlüssig ist.
Wie bereits vorstehend ausgeführt, liegt die zumindest teilweise kraftschlüssige erste Drehmomentübertragungsverbindung zwischen dem Rotor und dem Anschlusselement vor, weil der Rotor und das Anschlusselement in axialer Richtung vorzugsweise gegeneinander gedrängt oder zumindest ortsfest gehalten sind. Der Rotor ist dabei derart an der Antriebswelle festgelegt, dass er der zwischen dem Rotor und dem Anschlusselement zu diesem Zweck wirkenden Kraft entgegenwirkt, also nicht in axialer Richtung ausweichen kann. Der Rotor ist insoweit zumindest in die von dem Anschlusselement wegzeigende Richtung in axialer Richtung auf der Antriebswelle festgelegt. Dies kann beispielsweise analog zu dem Anschlusselement erfolgen oder indem eine Verstemmung vorgesehen ist, welche den Rotor mit der Antriebswelle verbindet. In dem Bereich einer solchen Verstemmung kann die Antriebswelle in Umfangsrichtung verlaufende Umfangsriefen beziehungsweise Umfangsrillen aufweisen. In diese greift die Verstemmung bei ihrer Ausbildung wenigstens bereichsweise ein, sodass sie nicht nur eine kraftschlüssige, sondern auch eine formschlüssige Befestigung des Rotors an der Antriebswelle herstellt. Alternativ oder zusätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass der Rotor drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist, beispielsweise über eine Crimpverbindung.
Der Rotor kann wenigstens ein Permanentmagnetelement aufweisen oder elektrisch erregt sein. In letzterem Fall ist der Rotor beispielsweise als Klauenpolläufer ausgebildet und besteht insoweit insbesondere aus zwei Klauenpolplatinen, an deren Außenumfang jeweils sich in axialer Richtung erstreckende Klauenpolfinger ausgebildet sind. Letztlich ist der Rotor ein beliebiges Element, welches auf der Antriebswelle angeordnet ist und in Rotation versetzt werden kann. Es ist demnach nicht notwendig, dass der Rotor tatsächlich alle Elemente eines Läufers, Ankers, Induktors beziehungsweise Polrads der elektrischen Maschine aufweist. Vielmehr kann unter dem Begriff „Rotor“ auch nur ein Bereich eines solchen Elements, insbesondere ein Rotorkern, verstanden werden. Die Klauenpolplatinen sind beispielsweise derart zueinander angeordnet, dass sich ihre in axialer Richtung der elektrischen Maschine erstreckenden Klauenpolfingern am Umfang des Rotors einander als Nord- und Südpole abwechseln. Aus diesem Grund liegen üblicherweise zwischen den gegensinnigen magnetisierten Klauenpolfingern Klauenpolzwischenräume vor. Die Klauenpolfinger verjüngen sich vorzugsweise in Richtung ihrer freien Enden und verlaufen damit leicht schräg bezüglich einer Längsachse der elektrischen Maschine.
Es kann vorgesehen sein, dass die Befestigungseinrichtung ein Wellenaußengewinde der Antriebswelle umfasst, auf welches das ein Innengewinde aufweisende Anschlusselement aufgeschraubt ist. Bei einer derartigen, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform ist also das Anschlusselement selbst nach Art einer Schraubenmutter ausgeführt und mithin auf die Antriebswelle aufgeschraubt. Nach der Montage des Anschlusselements wird das Arretierelement ebenfalls auf die Antriebswelle aufgeschraubt, wobei dies derart erfolgt, dass das Arretierelement an dem Anschlusselement anliegt, sodass dieses auch durch eine Drehbewegung nicht mehr von der Antriebswelle entfernt werden kann. Das Arretierelement dient insoweit als Kontermutter für das Anschlusselement.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Befestigungselement als Befestigungsmutter, insbesondere Bundmutter, vorliegt, welche ein erstes Innengewinde aufweist und auf ein erstes Wellenaußengewinde der Antriebswelle aufgeschraubt ist, wobei ein Kopf der Schraubenmutter mit der Befestigungsmutter kraftschlüssig in Verbindung steht. Bei einer derartigen Ausführungsform ist das Anschlusselement üblicherweise lediglich auf die Antriebswelle aufgesetzt, ist also bezüglich dieser zunächst nicht gegen Verdrehen gesichert. Nach dem Aufsetzen des Anschlusselements auf die Antriebswelle wird das Befestigungselement auf die Antriebswelle aufgeschraubt. Das Befestigungselement ist dabei derart ausgebildet, dass es nach dem Aufschrauben das Anschlusselement zumindest in die von dem Rotor abgewandte Richtung festlegt oder sogar in Richtung des Rotors drängt. Schließlich wird das Arretierelement derart angebracht, dass ein Kopf der als Arretierelement dienenden Schraubenmutter an der Befestigungsmutter anliegt. Entsprechend ist die Befestigungsmutter beziehungsweise das Befestigungselement bezüglich der Antriebswelle festgesetzt und kann auch durch eine Drehbewegung nicht von dieser heruntergelangen, ohne dass zuvor das Arretierelement gelöst wird. Entsprechend dient bei dieser Ausführungsform das Arretierelement als Kontermutter für das Befestigungselement beziehungsweise die Befestigungsmutter.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Schraubenmutter ein zweites Innengewinde aufweist, das in ein zweites Wellenaußengewinde eingreift, wobei das zweite Wellenaußengewinde einen Durchmesser aufweist, der von dem Durchmesser des ersten Wellenaußengewindes verschieden ist. Weil das Arretierelement beziehungsweise die Schraubenmutter nach dem Anschlusselement und/oder nach dem Befestigungselement auf die Antriebswelle aufgebracht wird, ist üblicherweise vorgesehen, dass das zweite Wellenaußengewinde mit einem geringeren Durchmesser ausgebildet ist. Entsprechend können das Anschlusselement und/oder das Befestigungselement problemlos über das zweite Wellenaußengewinde hinwegbewegt werden und erst nachfolgend an der Antriebswelle befestigt werden. Selbstverständlich ist das zweite Innengewinde durchmesserangepasst zu dem zweiten Wellenaußengewinde ausgelegt, sodass die Schraubenmutter im Bereich des zweiten Wellenaußengewindes an der Antriebswelle befestigt werden kann.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das zweite Wellenaußengewinde eine andere Drehrichtung und/oder eine andere Steigung aufweist als das erste Wellenaußengewinde. Bevorzugt weist das zweite Wellenaußengewinde eine geringere Steigung auf als das erste Wellenaußengewinde. Durch diese Auslegung und/oder die unterschiedliche Drehrichtung kann erzielt werden, dass eine Drehbewegung des Befestigungselements und/oder des Anschlusselements nicht zu einer Drehbewegung des Arretierelements führen, sodass verhindert wird, dass die Elemente gemeinsam von der Antriebswelle abgeschraubt werden können.
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das Arretierelement stoffschlüssig oder formschlüssig mit der Antriebswelle verbunden ist. Auf diese Weise kann eine weitere Sicherung der Drehmomentübertragungsverbindung erzielt werden, weil das Arretierelement zuverlässig auf der Antriebswelle festgesetzt ist. Beispielsweise wird dazu als Schraubenmutter eine Kronenmutter verwendet, die mithilfe eines Splints bezüglich der Antriebswelle in Umfangsrichtung festgesetzt ist. Zusätzlich oder alternativ kann es vorgesehen sein, dass zwischen dem Befestigungselement und dem Arretierelement ein Sicherungselement, insbesondere eine Zahnscheibe, eine Wellenscheibe, eine Schnorrscheibe, ein Federring oder dergleichen, vorgesehen ist. Auch dies dient der zuverlässigeren Festsetzung des Arretierelements.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Antriebswelle benachbart zu dem Befestigungselement eine Freilaufkerbe aufweist. Die Freilaufkerbe liegt an der Antriebswelle als Freistich vor und dient insbesondere als Auslaufzone für das Wellenaußengewinde, vorzugsweise das erste Wellenaußengewinde, auf welches das Befestigungselement aufgeschraubt ist. Die Freilaufkerbe ist beispielsweise unmittelbar benachbart zu dem Befestigungselement beziehungsweise zu dem Wellenaußengewinde angeordnet. Es kann auch vorgesehen sein, dass sie von dem Anschlusselement und/oder dem Befestigungselement wenigstens bereichsweise übergriffen ist. Die Freilaufkerbe liegt üblicherweise in einem äußerst hoch beanspruchten Bereich der Antriebswelle vor. Die Antriebswelle wird durch das Vorsehen des Arretierelements zumindest teilweise entlastet, sodass eine Vergrößerung des übertragbaren Drehmoments möglich ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass auf der Antriebswelle zwischen dem Rotor und dem Anschlusselement - in axialer Richtung gesehen - mindestens ein Drehmomentübertragungselement angeordnet ist, das zur kraftschlüssigen Drehmomentübertragung zwischen dem Rotor und dem Anschlusselement vorgesehen ist. Der Rotor und das Anschlusselement müssen demnach nicht unmittelbar benachbart zueinander vorliegen, damit die (unmittelbare) Drehmomentübertragung, welche nicht über die Antriebswelle verläuft, hergestellt ist. Vielmehr kann es vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Drehmomentübertragungselement in axialer Richtung zwischen ihnen vorliegt, der Rotor und das Anschlusselement also insoweit in axialer Richtung voneinander beabstandet sind. Im Einzelnen ist demnach zwischen dem Rotor und dem Drehmomentübertragungselement sowie dem Drehmomentübertragungselement und dem Anschlusselement jeweils Drehmoment kraftschlüssig übertragbar.
Sind mehrere Drehmomentübertragungselemente vorgesehen, so sind diese derart zueinander angeordnet, dass zwischen jeweils zwei Drehmomentübertragungselementen ebenfalls Drehmoment kraftschlüssig übertragbar ist. Entsprechend ergibt sich eine Drehmomentübertragungskette, also die Drehmomentübertragungsverbindung, zwischen dem Rotor und dem Anschlusselement über das mindestens eine Drehmomentübertragungselement und außerhalb der Antriebswelle. Mithilfe des Drehmomentübertragungselements kann der Abstand in axialer Richtung zwischen dem Rotor und dem Anschlusselement vergrößert werden, ohne dass der Rotor oder das Anschlusselement selbst vergrößert werden müssen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Anschlusselement und/oder das Drehmomentübertragungselement auf der Antriebswelle drehbar angeordnet sind. Das bedeutet, dass die beiden Elemente keine Drehmomentübertragungsverbindung zu der Antriebswelle aufweisen, in Umfangsrichtung also drehbar sind. Insbesondere ist keine Verzahnung zwischen Anschlusselement und Antriebswelle beziehungsweise Drehmomentübertragungselement und Antriebswelle vorgesehen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Drehmomentübertragungselement ein Distanzring, ein Kugellager oder ein Lüfterrad ist. Anstelle des Distanzrings kann auch eine Distanzhülse mit einer größeren axialen Erstreckung vorgesehen sein. Das Kugellager dient der Lagerung der Antriebswelle und damit der auf diesen angeordneten Elementen, wie beispielsweise dem Rotor und dem Anschlusselement. Anstelle des Kugellagers kann selbstverständlich auch ein beliebiges Lager, insbesondere ein beliebiges Wälzlager, vorgesehen sein. Das Lüfterrad ist Bestandteil eines Lüfters, welcher der Kühlung der elektrischen Maschine dient. Das Lüfterrad verfügt üblicherweise über mehrere Schaufeln, die bei einer Rotation der Antriebswelle einen Luftstrom in Richtung des Rotors oder in umgekehrter Richtung, die insbesondere über oder durch den Rotor, bewirken.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Montage einer elektrischen Maschine, insbesondere einer elektrischen Maschine gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei die elektrische Maschine eine Antriebswelle aufweist, auf der ein Rotor und ein Anschlusselement angeordnet sind, und bei welcher eine zumindest teilweise kraftschlüssige Drehmomentübertragungsverbindung zwischen dem Rotor und dem Anschlusselement ausgebildet wird, indem das Anschlusselement mittels einer Befestigungseinrichtung in wenigstens die von dem Rotor abgewandte Richtung festgelegt wird. Dabei ist vorgesehen, dass an der Antriebswelle ein Arretierelement befestigt wird, welches ein Befestigungselement der Befestigungseinrichtung und/oder das Anschlusselement in Richtung des Rotors drängt, wobei das Arretierelement als Schraubenmutter ausgeführt ist. Die elektrische Maschine kann gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein.
Bei der Montage der elektrischen Maschine wird die Antriebswelle bereitgestellt und anschließend der Rotor, das Anschlusselement sowie unter Umständen wenigstens ein Drehmomentübertragungselement angeordnet. Dabei kann es vorgesehen sein, den Rotor beispielsweise durch Crimpen mit der Antriebswelle zu verbinden. Das Anschlusselement sowie das Drehmomentübertragungselement sind üblicherweise zunächst auf der Antriebswelle drehbar angeordnet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Anschlusselement über das erste Innengewinde verfügt und entsprechend auf die Antriebswelle aufgeschraubt ist. Ist dies der Fall, so wird nachfolgend lediglich das Arretierelement, welches als Schraubenmutter ausgeführt ist, auf die Antriebswelle derart aufgeschraubt, dass es an dem Anschlusselement anliegt. Entsprechend drängt es das Anschlusselement in Richtung des Rotors und dient als Kontermutter für das Anschlusselement. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass das Anschlusselement drehbar auf der Antriebswelle angeordnet ist. In diesem Fall wird nach dem Aufbringen des Anschlusselements das Befestigungselement, welches insbesondere als Befestigungsmutter ausgebildet ist, auf die Antriebswelle aufgeschraubt. Nachfolgend wird das Arretierelement aufgeschraubt, sodass dieses wiederum als Kontermutter, nun allerdings für das Befestigungselement, dient.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt:

1 einen Längsschnitt durch eine elektrische Maschine mit einer Antriebswelle, auf der ein Rotor und ein Anschlusselement angeordnet sind, in einer ersten Ausführungsform,
2 eine Detailansicht eines Anschlusselements der elektrischen Maschine in der ersten Ausführungsform, und
3 eine Detailansicht des Anschlusselements der elektrischen Maschine in einer zweiten, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform.

Die 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine elektrische Maschine 1, die beispielsweise als Motor, als Generator oder als Motor-Generator vorliegt. Sie verfügt über eine Antriebswelle 2, über welche sie ein Drehmoment abgeben oder aufnehmen kann. Auf der Antriebswelle 2 ist ein Rotor 3 und, vorzugsweise in axialer Richtung zu dem Rotor 3 beabstandet, ein Anschlusselement 4 angeordnet. Das Anschlusselement 4 liegt beispielsweise als Riemenscheibe vor, weist also eine Lauffläche 5 für ein biegeschlaffes Umschlingungsmittel auf, beispielsweise für einen Riemen. Das Anschlusselement 4 ist mittels eines Befestigungselements 6 einer Befestigungseinrichtung 7 an der Antriebswelle 2 befestigt und wird von dem Befestigungselement 6 wenigstens in die von dem Rotor 3 abgewandte Richtung festgesetzt oder in Richtung des Rotors 3 gedrängt. Auf diese Weise entsteht eine in axialer Richtung (also parallel zu einer Längsachse 8 der elektrischen Maschine 1) wirkende Kraft. Der Rotor 3 weist eine Wicklung 9 auf und ist mittels der Lager 10 und 11 drehbeweglich gelagert. Ein Stator 12 der elektrischen Maschine 1 ist beidseitig durch Lagerschilde 13 und 14 fixiert, welche auch die Lager 10 und 11 aufnehmen. Die Ansteuerung von Rotor 3 und Stator 12 erfolgt über eine Leistungselektronik 15, die an dem Lagerschild 14 befestigt ist.
Bei der hier vorgestellten elektrischen Maschine 1 ist, was nicht unmittelbar erkennbar ist, eine erste Drehmomentübertragungsverbindung zwischen dem Anschlusselement 4 und dem Rotor 3 hergestellt. Diese erste Drehmomentübertragungsverbindung ist wenigstens teilweise kraftschlüssig, oder sogar vollständig kraftschlüssig. Das bedeutet, dass das Drehmoment zwischen dem Rotor 3 und dem Anschlusselement 4 unter Umständen vollständig durch Kraftschluss über die erste Drehmomentübertragungsverbindung übertragen werden kann. Die erste Drehmomentübertragungsverbindung liegt dabei nicht über die Antriebswelle 2, sondern unmittelbar zwischen dem Anschlusselement 4 und dem Rotor 3 vor.
Der Rotor 3 ist beispielsweise mithilfe einer Crimpverbindung 16 zumindest in axialer Richtung bezüglich der Antriebswelle 2 festgesetzt. Bei dem Herstellen der Crimpverbindung 16 wird der Rotor 3 derart plastisch verformt, dass er bereichsweise in in Umfangsrichtung der Antriebswelle 2 verlaufende Vertiefungen 17 der Antriebswelle 2 eingreift. Dies verhindert, dass der Rotor 3 bezüglich der Antriebswelle 2 in axialer und/oder radialer Richtung verlagert werden kann. Das Anschlusselement 4 ist dagegen zumindest in die von dem Rotor 3 abgewandte Richtung mittels der Befestigungseinrichtung 7 beziehungsweise dem Befestigungselement 6 festgesetzt. Das Befestigungselement 6 liegt hier in Form einer Befestigungsmutter vor, welche über ein Innengewinde 18 verfügt, das mit einem Wellenaußengewinde 19 der Antriebswelle 2 zum Befestigen des Befestigungselements 6 an der Antriebswelle 2 zusammenwirkt. Das Befestigungselement 6 ist also auf die Antriebswelle 2 aufgeschraubt. Dies erfolgt derart, dass eine Reibfläche 20 des Befestigungselements 6 derart mit einer Reibgegenfläche 21 des Anschlusselements 4 zusammenwirkt, dass das Anschlusselement 4 in Richtung des Rotors 3 gedrängt oder zumindest in axialer Richtung ortsfest gehalten ist. Zusätzlich ist ein Arretierelement 22 vorgesehen, welches ebenfalls auf die Antriebswelle 2 aufgeschraubt ist. Das Arretierelement 22, welches als Schraubenmutter ausgebildet ist, verfügt zu diesem Zweck über ein Innengewinde 23, das mit einem Wellenaußengewinde 24 in Eingriff steht. Das Arretierelement 22 dient insoweit als Kontermutter für das Befestigungselement 6.
In axialer Richtung zwischen dem Rotor 3 und dem Anschlusselement 4 liegen mehrere Drehmomentübertragungselemente 25 vor. Eines dieser Drehmomentübertragungselemente 25 ist als Lagerschale 26 des Lagers 10 ausgebildet. Das Lager 10 ist dabei vorzugsweise ein Kugellager, wie in der 1 zu erkennen ist. Prinzipiell kann jedoch jede beliebige Lagerart vorgesehen sein. Die Lagerschale 26 wird von als Distanzringe 27 ausgebildeten Drehmomentübertragungselementen 25 - in axialer Richtung gesehen - beidseitig eingefasst. Die Drehmomentübertragungselemente 25 können ebenso wie das Anschlusselement 4 zunächst auf der Antriebswelle 2 drehbar angeordnet sein. Das bedeutet, dass in diesem Fall keine formschlüssige oder stoffschlüssige Verbindung unmittelbar zwischen diesen Elementen 25 und der Antriebswelle 2 vorliegt. Die Drehmomentübertragung zwischen dem Rotor 3 und dem Anschlusselement 4 erfolgt bei einer solchen Ausführungsform entsprechend allein durch die kraftschlüssige Drehmomentübertragungsverbindung, welche über die Drehmomentübertragungselemente 25 hergestellt ist.
Zu diesem Zweck drängt das Befestigungselement 6 nicht nur das Anschlusselement 4, sondern auch die Drehmomentübertragungselemente 25 in Richtung des Rotors 3. Die Antriebswelle 2 wirkt der dabei entstehenden Kraft entgegen. Durch das Drängen des Anschlusselements 4 in Richtung des Rotors 3 wird zwischen dem Anschlusselement 4 und dem nächstgelegenen Drehmomentübertragungselement 25, zwischen den jeweils benachbarten Drehmomentübertragungselementen 25, sowie dem Rotor 3 und dem diesen benachbarten Drehmomentübertragungselement 25 das kraftschlüssige Übertragen eines Drehmoments ermöglicht, sodass insgesamt eine kraftschlüssige Drehmomentübertragungskette, also die Drehmomentübertragungsverbindung, zwischen dem Rotor 3 und dem Anschlusselement 4 vorliegt. Die Antriebswelle 2 überträgt demnach kein oder lediglich einen geringen Teil des Drehmoments zwischen dem Rotor 3 und dem Anschlusselement 4. Vielmehr dient sie im Wesentlichen der axialen Verspannung von Anschlusselement 4, Drehmomentübertragungselementen 25 und Rotor 3.
Die 2 zeigt eine Detailansicht des Anschlusselements 4 in der anhand der 1 beschriebenen Ausführungsform, sodass insoweit auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen sei. Es wird deutlich, dass das Anschlusselement 4 auf einem Bereich der Antriebswelle 2 aufsitzt, welche den Durchmesser D₁ aufweist. Das Befestigungselement 6 ist dagegen in einem Bereich angeordnet, welcher den Durchmesser D₂ aufweist. Im Bereich des Arretierelements 22 weist die Antriebswelle 2 schließlich einen Durchmesser von D₃ auf. Dabei ist D₁ > D₂ > D₃. Entsprechend weist das Wellenaußengewinde 19 einen größeren Durchmesser auf als das Wellenaußengewinde 24. Somit können die Wellenaußengewinde 19 und 24 voneinander abweichende Drehrichtungen und/oder unterschiedliche Steigungen aufweisen. Gleichzeitig ist jedoch weiterhin eine einfache Montage des Anschlusselements 4 und seiner Befestigung mithilfe des Befestigungselements 6 und des Arretierelements 22 möglich.
Die 3 schließlich zeigt einen Bereich der elektrischen Maschine 1 in einer weiteren, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei wiederum eine Detailansicht des Anschlusselements 4 dargestellt ist. Grundsätzlich wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen. Es ist nun jedoch vorgesehen, dass die Befestigungseinrichtung 7 in Form eines Innengewindes 28 des Anschlusselements 4 und eines Wellenaußengewindes 29 der Antriebswelle 2 vorliegt, wobei das Innengewinde 28 in das Wellenaußengewinde 29 eingreift. Entsprechend ist das Anschlusselement 4 auf die Antriebswelle 2 aufgeschraubt und bereits weitestgehend in axialer Richtung festgesetzt. Zusätzlich wird nun noch das Arretierelement 22 auf die Antriebswelle 2 aufgeschraubt, sodass das Arretierelement 22 an dem Anschlusselement 4 anliegt. Die Reibfläche 20 liegt also nunmehr an dem Arretierelement 22 vor, während die Reibgegenfläche 21 weiterhin an dem Anschlusselement 4 ausgebildet ist. Die Antriebswelle 2 ist analog zu den vorstehenden Ausführungen gestuft und weist demnach verschiedene Durchmesser D₁, D₂ und D₃ auf. In dem Bereich, der den Durchmesser D₁ aufweist, ist keinerlei Wellenaußengewinde vorgesehen. Dieses beginnt erst in dem Bereich, welches den Durchmesser D₂ aufweist. Die hier angegebenen Durchmesser sind die Kerndurchmesser der Antriebswelle 2. Die angegebenen Größenverhältnisse sind jedoch selbstverständlich auch auf andere Durchmesser, insbesondere die Innendurchmesser, übertragbar.

Claims

Elektrische Maschine (1) mit einer Antriebswelle (2), auf der ein Rotor (3) und ein Anschlusselement (4) angeordnet sind, und bei welcher eine zumindest teilweise kraftschlüssige Drehmomentübertragungsverbindung zwischen dem Rotor (3) und dem Anschlusselement (4) ausgebildet ist, indem das Anschlusselement (4) mittels einer Befestigungseinrichtung (7) in wenigstens die von dem Rotor (3) abgewandte Richtung festgelegt ist, wobei ein Befestigungselement (6) der Befestigungseinrichtung (7) als Befestigungsmutter vorliegt, welche ein erstes Innengewinde (18) aufweist und auf ein erstes Wellenaußengewinde (19) der Antriebwelle (2) aufgeschraubt ist, wobei ein Kopf der Schraubenmutter mit der Befestigungsmutter kraftschlüssig in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (4) auf der Antriebswelle (2) drehbar angeordnet ist, und dass ein an der Antriebswelle (2) befestigtes Arretierelement (22) vorgesehen ist, welches das Befestigungselement (6) und/oder das Anschlusselement (4) in Richtung des Rotors (3) drängt, wobei das Arretierelement (22) als Schraubenmutter ausgeführt ist, die ein zweites Innengewinde (23) aufweist, das in ein zweites Wellenaußengewinde (24) eingreift, wobei das zweite Wellenaußengewinde (24) einen Durchmesser aufweist, der von dem Durchmesser des ersten Wellenaußengewindes (19) verschieden ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmutter als Bundmutter vorliegt.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Wellenaußengewinde (24) eine andere Drehrichtung und/oder eine andere Steigung aufweist als das erste Wellenaußengewinde (19).
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle benachbart zu dem Befestigungselement (6) eine Freilaufkerbe aufweist.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Antriebswelle (2) zwischen dem Rotor (3) und dem Anschlusselement (4) - in axialer Richtung gesehen - mindestens ein Drehmomentübertragungselement (25) angeordnet ist, das zur kraftschlüssigen Drehmomentübertragung zwischen Rotor (3) und dem Anschlusselement (4) vorgesehen ist.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomentübertragungselement (25) auf der Antriebswelle (2) drehbar angeordnet ist.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomentübertragungselement (25) ein Distanzring (27), ein Kugellager (10,11) oder ein Lüfterrad ist.
Verfahren zur Montage einer elektrischen Maschine (1), insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Maschine (1) eine Antriebswelle (2) aufweist, auf der ein Rotor (3) und ein Anschlusselement (4) angeordnet sind, und bei welcher eine zumindest teilweise kraftschlüssige Drehmomentübertragungsverbindung zwischen dem Rotor (3) und dem Anschlusselement (4) ausgebildet ist, indem das Anschlusselement (4) mittels einer Befestigungseinrichtung (7) in wenigstens die von dem Rotor (3) abgewandte Richtung festgelegt wird, wobei ein Befestigungselement (6) der Befestigungseinrichtung (7) als Befestigungsmutter vorliegt, welche ein erstes Innengewinde (18) aufweist und auf ein erstes Wellenaußengewinde (19) der Antriebwelle (2) aufgeschraubt ist, wobei ein Kopf der Schraubenmutter mit der Befestigungsmutter kraftschlüssig in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (4) auf der Antriebswelle (2) drehbar angeordnet wird, und dass an der Antriebswelle (2) ein Arretierelement (22) befestigt wird, welches das Befestigungselement (6) und/oder das Anschlusselement (4) in Richtung des Rotors (3) drängt, wobei das Arretierelement (22) als Schraubenmutter ausgeführt ist, die ein zweites Innengewinde (23) aufweist, das in ein zweites Wellenaußengewinde (24) eingreift, wobei das zweite Wellenaußengewinde (24) einen Durchmesser aufweist, der von dem Durchmesser des ersten Wellenaußengewindes (19) verschieden ist.