DE102012208498A1

DE102012208498A1 - Axial verschiebbare Lagerung eines rotierbaren Maschinenelementes

Info

Publication number: DE102012208498A1
Application number: DE201210208498
Authority: DE
Inventors: Norbert Metten; Tom-Michel During; Daniel Pfeiffer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2013-11-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine axial verschiebbare Radiallagerung eines rotierbaren Maschinenelementes. Um das radiale Lagerspiel möglichst gering zu halten, umfasst das rotierbare – einer Welle (1), – ein auf der Welle gelagertes Rotorpaket (2) mit mindestens drei axial verlaufenden Nuten (3), die an einem der Welle (1) zugewandten Innenumfang des Rotorpaketes (2) verteilt angeordnet sind, und – ein Radiallager zur Lagerung des Rotorpakets (2) auf der Welle (1), wobei das Radiallager mindestens drei Lagereinheiten (4) umfasst, von denen jede in jeweils einer der Nuten (3) angeordnet ist, und – mindestens ein Linearlager (5) zur axial verschiebbaren Lagerung des Rotorpakets (2) auf der Welle (1) und – ein das Linearlager (5) tragendes Schiebelement (6) aufweist, wobei das Schiebelement (6) mit einer Kontur (7) an einer Gegenkontur (8) des Nutgrunds anliegt, wobei Kontur (7) und Gegenkontur (8) derart beschaffen sind, dass durch einer Verschiebung des Schiebelementes (6) entlang der Gegenkontur (8) ein radiales Lagerspiel zwischen dem Rotorpaket (2) und der Welle (1) einstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine axial verschiebbare Radiallagerung eines rotierbaren Maschinenelementes. Ein derartiges Maschinenelement kann beispielsweise ein Rotor einer dynamoelektrischen Maschine sein. Auch im Zusammenhang mit CVT-Getrieben werden rotierbare Maschinenelemente in Form von Kegelscheiben eingesetzt, die in axialer Richtung einen Freiheitsgrad aufweisen müssen.
Aus der DE 10 2006 020 867 A1 ist eine elektrische Maschine, insbesondere ein permanenterregter Synchronmotor mit einstellbarer Feldschwächung, bekannt. Zur Einstellung der Feldschwächung können Stator und Rotor axial gegeneinander verschoben werden, wobei gewährleistet ist, dass zwischen Stator und Rotor ein konstanter Luftspalt erhalten bleibt. Hierdurch lässt sich vorteilhaft das Temperaturverhalten der elektrischen Maschine bei Maximaldrehzahl und geringer Last verbessern.
In der bisher nicht veröffentlichten Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen DE 10 2012 201 347.4 wird eine dynamoelektrische Maschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs beschrieben, bei der zur Feldschwächung im hohen Drehzahlbereich eine axiale Verschiebung des Stators relativ zum Rotor vorgeschlagen wird.
Die axiale Verschiebbarkeit des Rotors gegenüber dem Stator kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass das Rotorblechpaket derart auf einer Rotorwelle gelagert wird, dass es in axialer Richtung der Welle gegen diese verschiebbar ist. Hierfür können beispielsweise aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannte Nadellager zur axial verschiebbaren Lagerung eingesetzt werden. Die hierbei eingesetzten Nadellager müssen derart dimensioniert werden, dass zwischen dem Rotorblechpaket und der Rotorwelle nahezu kein radiales Spiel verbleibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerung mit einem Freiheitsgrad in axialer Richtung auf einer Welle zu ermöglichen, die in radialer Richtung möglichst spielfrei ist.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch ein rotierbares Maschinenelement mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1. Ein derartiges Maschinenelement umfasst zunächst eine Welle und ein auf der Welle gelagertes Rotorpaket mit mindestens drei axial verlaufenden Nuten, die an einem der Welle zugewandten Innenumfang des Rotorpakets verteilt angeordnet sind, sowie ein Radiallager zur Lagerung des Rotorpakets auf der Welle. Unter dem Begriff „Rotorpaket” ist im Sinne der Erfindung jegliches Element zu verstehen, welches in irgendeiner Weise drehfest mit einer rotierbaren Welle verbunden wird. Beispiele hierfür sind Rotorblechpakete dynamoelektrischer Maschinen, wie Asynchronmaschinen, Synchronmaschinen, Reluktanzmaschinen oder Gleichstrommaschinen etc. Ein weiteres Beispiel für ein Rotorpaket im Sinne der Erfindung ist eine Kegelscheibe eines Variators von einem CVT-Getriebe.
Das Radiallager zur Lagerung des Rotorpakets umfasst mindestens drei Lagereinheiten, von denen jede in jeweils einer der Nuten angeordnet ist. Jede der Lagereinheiten umfasst mindestens ein Linearlager zur axial verschiebbaren Lagerung des Rotorpaketes auf der Welle und ein das Linearlager tragendes Schiebeelement. Das Schiebeelement dient als Träger des Linearlagers, welches insbesondere als Nadellager ausgebildet sein kann. Die Drehachsen der Wälzkörper der Linearlager, insbesondere der Nadeln, sind hierbei tangential zum Wellenumfang orientiert. Um das Rotorpaket gegenüber der Welle verschieben zu können, wälzt es über die Linearlager in axialer Richtung gegenüber der Welle ab. Das Schiebeelement ist insbesondere fest mit dem Linearlager verbunden, sodass eine axiale Verschiebung des Schiebeelementes auch zu einer axialen Verschiebung des Linearlagers führt.
Erfindungsgemäß liegt das Schiebeelement mit einer Kontur an einer Gegenkontur des Nutgrundes an, wobei Kontur und Gegenkontur derart beschaffen sind, dass bei einer Verschiebung des Schiebeelementes entlang der Gegenkontur ein radiales Lagerspiel zwischen dem Rotorpaket und der Welle einstellbar ist. Besagte Verschiebung ist insbesondere in axialer Richtung der Welle orientiert, kann aber auch in Umfangsrichtung, das heißt tangential, erfolgen. Die erfindungsgemäße Gestaltung der Lagereinheit erlaubt es mithin, Bauteiltoleranzen der Lager, des Rotorpaketes oder auch der Welle bei der Montage des Rotorpaketes auf der Welle dadurch auszugleichen, dass die Lagereinheit axial oder tangential entsprechend positioniert wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung stellen Kontur und Gegenkontur, in axialer oder in Umfangsrichtung betrachtet, jeweils eine Schräge dar. Das Schiebeelement ist dabei in Form eines Keils gestaltet, der in einer ebenfalls keilförmig ausgebildeten Nut axial in Richtung der Wellenachse oder tangential in Richtung des Wellenumfangs verschiebbar ist. Die Keilform des Schiebeelementes liegt hierbei derart in der Keilform der Nut, dass die das Linearlager tragende Oberfläche des Schiebeelementes stets planparallel zum dort anliegenden Rotorpaket orientiert ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Schiebeelement über eine Schraube mit dem Rotorpaket derart verschraubt, dass durch Anziehen der Schraube besagte Verschiebung des Schiebeelementes bewirkbar ist. Die Anordnung ist hier zweckmäßigerweise derart, dass der Schraubenkopf aus dem Rotorpaket herausragt und somit von außen aktuierbar ist. Durch Anziehen der Schraube wird das Schiebeelement innerhalb der Nut in Richtung des Schraubenkopfes der Schraubenachse gezogen, während eine Drehrichtungsumkehr dazu führt, dass sich das Schiebeelement, in Richtung der Schraubenachse betrachtet, vom Kopf der Schraube entfernt.
Ist hierbei in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die Schraube in axialer Richtung der Welle orientiert, erfährt das Schiebeelement beim Drehen der Schraube eine transversale Bewegung innerhalb der Nut in Richtung der Wellenachse. In die eine Richtung wird hierbei das Lagerspiel vergrößert, während bei der anderen Drehrichtung das Lagerspiel verkleinert wird.
Die erfindungsgemäße Ausbildung des Radiallagers mittels mehrerer Lagereinheiten, deren axiale bzw. tangentiale Verschiebung innerhalb der Nut eine Einstellung des Lagerspiels in radialer Richtung bewirkt, ermöglicht auf besonders vorteilhafte Weise auch eine Kompensation einer Unwucht des Rotorpaketes. Hierbei kann besagte Schraube zur Verbindung des Schiebeelementes mit dem Rotorpaket besonders vorteilhaft zur individuellen Einstellung des radialen Abstandes zwischen Rotorpaket und Welle an allen verwendeten Lagereinheiten genutzt werden. Materialabtragende oder -hinzufügende Auswuchtverfahren können so vermieden werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass das Schiebeelement über eine vorgespannte Feder gegen das Rotorpaket abgestützt ist. Bei dieser Weiterbildung wir die Verschiebung des Schiebeelementes gegenüber den Wänden der Nut durch die Druckkraft der Feder verwirklicht.
Bei einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist die Feder axial vorgespannt, sodass sie auf das Schiebeelement eine axial gerichtete Kraft ausübt. Axial bedeutet auch hier – sowie in der gesamten Anmeldung – in Richtung der Wellenachse orientiert.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Feder hingegen tangential in Richtung des Wellenumfangs vorgespannt, sodass sie auf das Schiebeelement eine tangential gerichtete Kraft ausübt. Der Kerngedanke der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die zur Einstellung des Lagerspiels radial orientierte Kraftwirkung des Schiebeelementes durch eine Verschiebung des Schiebeelementes ausgelöst ist, die orthogonal zur radialen Richtung orientiert ist. Mithin kann die Bewegung unabhängig davon, ob eine Feder oder eine Schraube auf das Schiebeelement wirkt, grundsätzlich in Richtung der Wellenachse oder in Richtung des Wellenumfangs orientiert sein, um das Lagerspiel einzustellen.
Eine tangential orientierte Kraftwirkung mittels besagter Feder gelingt in weiterer vorteilhafter Ausbildung der Erfindung dadurch, dass jede Lagereinheit zwei Linearlager und zwei Schiebeelemente umfasst, wobei die Schiebeelemente einer Lagereinheit über die Feder gegeneinander vorgespannt sind. Die Feder befindet sich bei dieser Ausführungsform insbesondere mittig zwischen den beiden Schiebeelementen und den von ihnen getragenen Linearlagern. Die Federkraft drückt die beiden in der Nut gelagerten Schiebeelemente entsprechend auseinander, bis sich das Lagerspiel auf null reduziert hat.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Welle einen Wellenabschnitt mit einem Kantenprofil, insbesondere einem Dreikantprofil, aufweist, auf dem das Rotorpaket axial verschiebbar gelagert ist, wobei sich jede Lagereinheit über ihr Linearlager an jeweils einer Seite des Kantenprofils abstützt. Das Kantprofil kann grundsätzlich einstückig mit der Welle verbunden sein. Es kann sich jedoch auch um eine insbesondere auf die Welle gepresste Hülse oder Nabe handeln, die als Verbindungelement zwischen der Welle und dem Rotorpaket fungiert. Eine mögliche Ausbildung eines Schiebeelementes für eine derartige Ausführungsform ist ein Keil, der auf einer Seite ein Linearlager, insbesondere in Form eines Nadellagers, umfasst.
Eine alternative Ausführungsform der Erfindung ist hingegen dadurch gekennzeichnet, dass die Welle einen Wellenabschnitt mit einem Kantenprofil, insbesondere einem Vierkantprofil, aufweist, auf dem das Rotorpaket axial verschiebbar gelagert ist und wobei das Radiallager je Kante des Kantenprofils eine der besagten Lagereinheiten aufweist, von denen jedes zwei Linearlager auf einem gemeinsamen Schiebeelement umfasst, die in dem Winkel des Kantenprofils zueinander angeordnet sind, wobei jede der Lagereinheiten im Bereich jeweils einer der Kanten des Wellenabschnitts derart angeordnet ist, dass sich seine beiden Linearlager auf den an die Kante angrenzenden Seiten des Wellenabschnitts abstützen. Das Schiebeelement ist hierbei in Form eines Winkelprofils ausgebildet, wobei sich an den Innenseiten des Winkelprofils die Linearlager, insbesondere in Form von Nadellagern, befinden. Bei einem Vierkantprofil im Bereich des Wellenabschnitts, auf dem das Rotorpaket axial verschiebbar gelagert ist, beträgt besagter Winkel im Wesentlichen 90 Grad. Entsprechend würde sich bei einer Ausbildung des Wellenabschnitts als Dreikantprofil besagter Winkel auf einen Wert von 60 Grad reduzieren.
Auch hier kann das Kantprofil grundsätzlich einstückig mit der Welle verbunden sein. Es kann sich auch hier alternativ um eine insbesondere auf die Welle gepresste Hülse oder Nabe handeln, die als Verbindungelement zwischen der Welle und dem Rotorpaket fungiert.
Bei dynamoelektrischen Maschinen werden hohe Maschinendrehzahlen in der Regel dadurch eingestellt, dass ab einem gewissen Punkt das Erregerfeld der Maschine geschwächt wird. Bei elektrisch erregten Maschinen gelingt dies sehr einfach dadurch, dass der Erregerstrom reduziert wird.
Permanenterregte Maschinen, insbesondere permanenterregte Synchronmaschinen, zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad und eine große Leistungsdichte aus. Da das Erregerfeld bei diesem Maschinentyp jedoch nicht durch eine bestromte Spule, sondern durch Permanentmagnete erzeugt wird, ist die zuvor beschriebene Feldschwächung auf elektrischem Wege nicht so einfach möglich. Zwar ist es möglich, elektrisch ein das Feld der Permanentmagnete schwächendes Gegenfeld zu erzeugen. Dies geht jedoch zulasten des Wirkungsgrades der Maschine.
Hingegen kann bei einer permanenterregten dynamoelektrischen Maschine Feldschwächung beispielsweise dadurch erzielt werden, dass Stator und Rotor axial gegeneinander verschoben werden, sodass auf diese Art und Weise die aktive Luftspaltfläche reduziert wird. Dies gelingt in besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung dadurch, dass das rotierbare Maschinenelement als Rotor einer dynamoelektrischen Maschine ausgebildet ist. Dieser wirkt vorteilhafterweise mit einem Ständer innerhalb einer dynamoelektrischen Maschine elektromagnetisch zusammen, wobei durch axiale Verschiebung des Rotorpaketes gegenüber der Welle die variable Einstellung des aktiven Luftspaltes gelingt.
Eine alternative, weitere besonders vorteilhafte Ausbildung der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass das rotierbare Maschinenelement als Kegelscheibe eines Variators eines CVT-Getriebes ausgebildet ist. Zweckmäßigerweise umfasst ein derartiges CVT-Getriebe bzw. dessen Variator zwei Kegelscheibenpaare und ein Zugmittel zur trieblichen Kopplung der Kegelscheibenpaare, wobei jedes der Kegelscheibenpaare ein rotierbares Maschinenelement gemäß einer Ausführung der Erfindung aufweist. Die Kegelscheiben, die gegenüber ihrer Welle eine axiale Verschiebbarkeit zwischen Scheibe und Welle aufweisen, sind zweckmäßigerweise diagonal gegenüber angeordnet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
Gleiche oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichem Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:
1 ein auf einer Welle gelagertes Rotorpaket gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung in Schnittdarstellung,
2 eine vergrößerte Darstellung der Ausführungsform nach 1,
3 eine Schnittdarstellung der Ausführungsform nach 1 entlang der Linie B-B,
4 eines der Lagerelemente der zuvor dargestellten ersten Ausführungsform in perspektivischer Ansicht,
5 ein auf einer Welle elagertes Rotorpaket gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in Schnittdarstellung,
6 eine vergrößerte Darstellung der zweiten Ausführungsform nach 5,
7 eine Schnittdarstellung der zweiten Ausführungsform nach 5 entlang der Linie B-B,
8 eines der Lagerelemente der in 5 dargestellten zweiten Ausführungsform in perspektivischer Ansicht,
9 ein auf einer Welle elagertes Rotorpaket gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung in Schnittdarstellung,
10 eine vergrößerte Darstellung der dritten Ausführungsform nach 9,
11 eine Schnittdarstellung der dritten Ausführungsform nach 9 entlang der Linie B-B,
12 eines der Lagerelemente der in 9 dargestellten dritten Ausführungsform in perspektivischer Ansicht,
13 ein auf einer Welle elagertes Rotorpaket gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung in Schnittdarstellung,
14 eine vergrößerte Darstellung der vierten Ausführungsform nach 13,
15 eine Schnittdarstellung der vierten Ausführungsform nach 13 entlang der Linie B-B,
16 eines der Lagerelemente der in 13 dargestellten vierten Ausführungsform in perspektivischer Ansicht,
17 ein auf einer Welle elagertes Rotorpaket gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung in Schnittdarstellung,
18 eine vergrößerte Darstellung der fünften Ausführungsform nach 17,
19 eine Schnittdarstellung der fünften Ausführungsform nach 17 entlang der Linie B-B,
20 eines der Lagerelemente der in 17 dargestellten fünften Ausführungsform in perspektivischer Ansicht,
21 eine schematische Darstellung einer dynamoelektrischen Maschine mit einem Rotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
22 eine schematische Darstellung eines Variators eines CVT-Getriebes mit Kegelscheiben gemäß einer Ausbildung der Erfindung.
In den 1 bis 5 ist eine erste Ausführungsform der Erfindung dargestellt. 1 zeigt hierbei ein auf einer Welle 1 gelagertes Rotorpaket 2 mit einer Lagereinheit zur Lagerung des Rotorpakets 2 auf der Welle 1 in Schnittdarstellung. Es handelt sich hierbei um das Rotorblechpaket einer dynamoelektrischen Maschine. Dieses ist aus zwei axial aneinandergefügten Blechpaketen aufgebaut und unterscheidet sich bis auf seine Lagerung auf der Welle 1 nicht von dem in den 6 bis 20 dargestellten Rotorpaket 2. Jede der Lagereinheiten, die zur Lagerung des Rotorpakets 2 auf der Welle 1 verwendet werden, umfasst ein Schiebeelement 6 und ein Linearlager 5, wobei in der 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eines dieser Lagerelemente mit Bezugszeichen versehen wurde. Bevor die beiden Blechpakete zu dem Rotorpaket 2 zusammengefügt wurden, konnten die Lagereinheiten von den nunmehr aneinandergrenzenden Stirnseiten der Blechpakete axial in Nuten 3 des jeweiligen Blechpaketes eingeschoben werden. Anschließend wurden die so mit den Lagereinheiten bestückten Blechpakete auf die Welle 1 derart aufgeschoben, dass besagte Stirnseiten aneinandergrenzten. Die beiden symmetrisch aufgebauten Blechpakete bilden somit das gesamte Rotorpaket 2. An den frei bleibenden Stirnseiten des Rotorpakets 2 ist für jede Lagereinheit eine Schraube 9 axial eingeschraubt, die das zugehörige Blechpaket mit dem Schiebeelement 6 verbindet.
Eine vergrößerte Darstellung hierzu ist in 2 gegeben. Das Schiebeelement 6 liegt mit einer keilförmigen Kontur 7 an einer ebenfalls keilförmigen Gegenkontur 8 der Nut an. Mithin bildet die Grenzfläche zwischen dem Schiebeelement 6 und der Nut 3 eine Schräge, entlang der das Schiebeelement 6 mit der Lagereinheit 5 bei einer Verschiebung dieser Lagereinheit wandert. Eine solche Verschiebung der Lagereinheit in Richtung der Achse der Welle 1 kann durch die Schraube 9 durch Verdrehen gezielt eingestellt werden. Aufgrund der durch Kontur 7 und Gegenkontur 8 definierten Schräge drückt das Schiebeelement in radialer Richtung betrachtet das Rotorpaket 2 von der Welle 1 fort, wenn das Schiebeelement durch die Schraube 9 in Richtung ihres Kopfes gezogen wird. Auf diese Art und Weise wird ein radiales Lagerspiel vermindert. Wird hingegen die Schraube in umgekehrter Drehrichtung betätigt, entfernt sich das Schiebeelement 6 vom Schraubenkopf und das Rotorpaket nähert sich der Welle 1. Demnach wird hierbei das Lagerspiel vergrößert.
3 zeigt eine Schnittdarstellung der Ausführungsform nach 1 entlang der Linie B-B. Hier ist zu erkennen, dass die Welle 1 als Vierkantprofil 12 zumindest in dem Bereich ausgebildet ist, in dem das Rotorpaket 2 gegenüber der Welle 1 verschiebbar ist. An jeder der Kanten der Vierkantprofils 12 befindet sich eine Lagereinheit umfassend jeweils ein Schiebeelement 6 und zwei winklig angeordnete Linearlager 5. Die Linearlager 5 eines Schiebeelementes 6 schmiegen sich an die einer Kante benachbarten Seiten jeweils an. Entsprechend sind die beiden Linearlager 5 einer Lagereinheit derart winklig zueinander angeordnet, wie es das Vierkantprofil vorgibt. Folglich handelt es sich in der Darstellung um einen Winkel von in etwa 90 Grad.
In der in 4 gezeigten perspektivischen Ansicht eines der Lagerelemente 4 ist erkennbar, dass die Querschnittsfläche des Schiebeelementes 6 in axialer Richtung betrachtet zunimmt, wodurch die Keilform des Schiebeelementes 6 begründet wird.
In den 5 bis 9 ist eine zweite Ausführungsform eines auf der Welle 1 gelagerten Rotorpaketes 2 dargestellt. Im Unterschied zu dem in den 1 bis 4 jeweils eingesetzten Lagerelement wird hier eine Feder 10 anstelle einer Schraube 9 eingesetzt, um das jeweilige Schiebeelement 6 axial gegenüber dem Rotorpaket 2 abzustützen. Die Feder 10 ist axial vorgespannt und drückt, wie beispielsweise in 6 besonders gut zu erkennen ist, das Schiebeelement 6 entlang der durch Kontur 7 und Gegenkontur 8 gebildeten Schräge in die Nut. Durch die von der Feder 10 aufgebrachte Vorspannkraft wird das Schiebeelement 6 in radialer Richtung gegen das Rotorpaket 2 gedrückt, sodass ein radiales Lagerspiel auf nahezu null reduziert wird.
In den 9 bis 12 ist eine dritte Ausführungsform des auf der Welle 1 gelagerten Rotorpaketes 2 wiederum jeweils als Schnittdarstellung, als vergrößerte Darstellung eines Lagerelementes, als Schnittdarstellung entlang der Linie B-B sowie als perspektivische Darstellung eines der Lagerelemente gegeben. Zur axialen Verschiebung des Lagerelementes 4 wird hier wiederum eine Schraube 9 eingesetzt, die in gleicher Weise zur axialen Verschiebung des Schiebeelementes 6 eingesetzt wird wie bei der in den 1 bis 4 beschriebenen ersten Ausführungsform. Wie in der 11 zu erkennen ist, besitzt die Welle 1 hier im Bereich des Wellenabschnittes, in dem das Rotorpaket 2 gegenüber der Welle 1 verschiebbar ist, ein Dreikantprofil 11. Die Lagerelemente 4 sind hier auf den flachen Seiten dieses Dreikantprofils 11 angeordnet und nicht, wie in den 1 bis 4, an den Kanten. Demnach umfasst hier ein Lagerelement 4 auch nur ein Linearlager 5 je Schiebeelement 6. Das Schiebeelement 6 ist, wie in 12 besonders gut zu erkennen ist, in Form eines einfachen Keils ausgebildet. Auf der einen Seite des Keils befindet sich das Linearlager 5, während die gegenüberliegende Seite des Keils die Kontur 7 bildet, die mit der Gegenkontur 8 der Nut 3 derart zusammenwirkt, dass eine axiale Verschiebung des Schiebeelementes 6 zu einer radial gerichteten Kompensation des Lagerspiels führt.
Eine vierte Ausführungsform der Erfindung ist in den 13 bis 16 dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform im Wesentlichen durch die Form des Schiebeelementes 6. Kontur 7 und Gegenkontur 8 werden hier im Wesentlichen durch jeweils zwei Seiten des Schiebeelementes 6 bzw. der Nut 3 gebildet, die in einem rechten Winkel zueinander stehen. Die axiale Vorspannkraft wird bei der vierten Ausführungsform wiederum durch eine Feder 10, über die sich jedes Schiebeelement in Richtung der Wellenachse gegen das Rotorpaket 2 abstützt, aufgebracht.
Eine fünfte Ausführungsform der Erfindung wird in den 17 bis 20 dargestellt. Im Unterschied zu den zuvor dargestellten Ausführungsbeispielen wird hier eine tangentiale Kraft, d. h. eine in Richtung des Wellenumfangs orientierte Kraft, auf das Schiebeelement ausgeübt, um das Lagerspiel in radialer Richtung zu reduzieren. Dies gelingt durch ein Lagerelement 4, welches jeweils zwei Schiebeelemente 6 und zwei darauf angeordnete Linearlager 5 umfasst. Die beiden Schiebeelemente 6 einer Lagereinheit sind innerhalb der Nut 3 durch eine Feder 10 vorgespannt, die eine Kraft in tangentialer Richtung auf die Schiebeelemente 6 ausübt. Durch die von der Feder 10 aufgebrachte Vorspannkraft wandern die Schiebeelemente 6 entlang einer Schräge innerhalb der Nut in Umfangsrichtung, bis das Lagerspiel in radialer Richtung zwischen Rotorpaket 2 und Welle 1 auf nahezu null reduziert ist.
21 zeigt eine schematische Darstellung einer dynamoelektrischen Maschine 13 mit einem Rotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Rotor umfasst ein Rotorblechpaket, welches axial verschiebbar auf einer Welle 1 des Rotors angeordnet ist. Innerhalb des Maschinengehäuses kann somit das Rotorblechpaket gegenüber dem Stator der Maschine axial derart verschoben werden, dass ein Teil des Rotorblechpaketes nicht mehr in magnetischer Wechselwirkung mit dem Ständer steht. Eine solche Reduktion der effektiven Luftspaltfläche führt zur sogenannten Feldschwächung, die einen Betrieb der dynamoelektrischen Maschine in einem höheren Drehzahlbereich erlaubt. Besonders vorteilhaft ist eine solche Feldschwächung bei permanenterregten Maschinen einzusetzen, deren Erregung nicht auf einfache Art und Weise elektrisch beeinflussbar ist.
22 zeigt eine schematische Darstellung eines Variators eines CVT-Getriebes mit Kegelscheiben gemäß einer Ausbildung der Erfindung. Das CVT-Getriebe umfasst ein erstes Kegelscheibenpaar 14 und ein zweites Kegelscheibenpaar 15, die über ein als Riemen ausgebildetes Zugmittel 16 trieblich miteinander gekoppelt sind. Jeweils eine der Kegelscheiben der beiden Kegelscheibenpaare 14, 15 ist axial verschiebbar, sodass sich das Übersetzungsverhältnis zwischen den beiden Kegelscheibenpaaren 14, 15 einstellen lässt.
Bezugszeichenliste

1: Welle
2: Rotorpaket
3: Nut
4: Lagereinheit
5: Linearlager
6: Schiebeelement
7: Kontur
8: Gegenkontur
9: Schraube
10: Feder
11: Dreikantprofil
12: Vierkantprofil
13: dynamoelektrische Maschine
14: erstes Kegelscheibenpaar
15: zweites Kegelscheibenpaar
16: Zugmittel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006020867 A1 [0002]
DE 102012201347 [0003]

Claims

Rotierbares Maschinenelement mit – einer Welle (1), – einem auf der Welle gelagerten Rotorpaket (2) mit mindestens drei axial verlaufenden Nuten (3), die an einem der Welle (1) zugewandten Innenumfang des Rotorpaketes (2) verteilt angeordnet sind, und – einem Radiallager zur Lagerung des Rotorpakets (2) auf der Welle (1), wobei das Radiallager mindestens drei Lagereinheiten (4) umfasst, von denen jede in jeweils einer der Nuten (3) angeordnet ist, und – mindestens ein Linearlager (5) zur axial verschiebbaren Lagerung des Rotorpakets (2) auf der Welle (1) und – ein das Linearlager (5) tragendes Schiebelement (6) aufweist, wobei das Schiebelement (6) mit einer Kontur (7) an einer Gegenkontur (8) des Nutgrunds anliegt, wobei Kontur (7) und Gegenkontur (8) derart beschaffen sind, dass durch einer Verschiebung des Schiebelementes (6) entlang der Gegenkontur (8) ein radiales Lagerspiel zwischen dem Rotorpaket (2) und der Welle (1) einstellbar ist.
Rotierbares Maschinenelement nach Anspruch 1, wobei Kontur (7) und Gegenkontur (8) in axialer oder in Umfangsrichtung betrachtet jeweils eine Schräge darstellen.
Rotierbares Maschinenelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Schiebeelement (6) über eine Schraube (9) mit dem Rotorpaket (2) derart verschraubt ist, dass durch Anziehen der Schraube (9) besagte Verschiebung des Schiebelementes (6) bewirkbar ist.
Rotierbares Maschinenelement nach Anspruch 3, wobei die Schraube (9) in axialer Richtung der Welle (1) orientiert ist.
Rotierbares Maschinenelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Schiebelement (6) über eine vorgespannte Feder (10) gegen das Rotorpaket (2) abgestützt ist.
Rotierbares Maschinenelement nach Anspruch 5, wobei die Feder (10) axial vorgespannt ist, so dass sie auf das Schiebelement (6) eine axial gerichtete Kraft ausübt.
Rotierbares Maschinenelement nach Anspruch 5, wobei die Feder (10) tangential in Richtung des Wellenumfangs vorgespannt ist, so dass sie auf das Schiebeelement (6) eine tangential gerichtete Kraft ausübt.
Rotierbares Maschinenelement nach Anspruch 7, wobei jede Lagereinheit (4) zwei Linearlager (5) und zwei Schiebelemente (6) umfasst, wobei die Schiebelemente (6) einer Lagereinheit (4) über die Feder (10) gegeneinander vorgespannt sind.
Rotierbares Maschinenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Welle (1) einen Wellenabschnitt mit einem Kantenprofil, insbesondere einem Dreikantprofil (11), aufweist, auf dem das Rotorpaket (2) axial verschiebbar gelagert ist, wobei sich jede Lagereinheit (4) über ihr Linearlager (5) an jeweils einer Seite des Kantenprofils abstützt.
Rotierbares Maschinenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Welle (1) einen Wellenabschnitt mit einem Kantenprofil, insbesondere einem Vierkantprofil (12), aufweist, auf dem das Rotorpaket (2) axial verschiebbar gelagert ist, und wobei das Radiallager je Kante des Kantenprofils eine der besagten Lagereinheiten (4) aufweist, von denen jedes zwei Linearlager (5) auf einem gemeinsamen Schiebelement (6) umfasst, die in dem Winkel der Kanten des Kantenprofils zueinander angeordnet sind, wobei jede der Lagereinheiten (4) im Bereich jeweils einer der Kanten des Wellenabschnitts derart angeordnet ist, dass sich seine beiden Linearlager (5) auf den an die Kante angrenzenden Seiten des Wellenabschnitts abstützen.
Rotierbares Maschinenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das rotierbare Maschineneelement als Rotor einer dynamoelektrischen Maschine (13) ausgebildet ist.
Dynamoelektrische Maschine (13) mit einem Ständer und einem rotierbaren Maschinenelement nach Anspruch 11.
Rotierbares Maschinenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das rotierbare Maschinenelement als Kegelscheibe eines Variators eines CVT-getriebes ausgebildet ist.
CVT-Getriebe mit einem Variator umfassend zwei Kegelscheibenpaare und ein Zugmittel zur trieblichen Kopplung der Kegelscheibenpaare, wobei jedes der Kegelscheibenpaare ein rotierbares Maschinenelement nach Anspruch 13 aufweist.