DE102014007568A1 - Mounting arrangement of a stator of an electrical machine to a component, in particular for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung wenigstens eines aus einem ersten Werkstoff gebildeten Statorelements (12) als erstem Bauelement einer elektrischen Maschine (10) an einem aus einem vom ersten Werkstoff unterschiedlichen, zweiten Werkstoff gebildeten zweiten Bauelement (14), insbesondere für einen Kraftwagen, bei welcher das erste Bauelement (12) zumindest in Umfangsrichtung des Statorelements (12) am zweiten Bauelement (14) über wenigstens eine Befestigungseinrichtung (26) befestigt ist, wobei die Befestigungseinrichtung (26) eine an einem der Bauelemente (12, 14) vorgesehene und sich in radialer Richtung erstreckende Führung (28) und eine in die Führung (28) eingreifende und mittels eines Schraubelements (30) an dem anderen der Bauelemente (12, 14) festgelegte Buchse (32) aufweist, entlang welcher das eine Bauelement (12) bei einer thermisch bedingten Bewegung relativ zu dem anderen Bauelement (14) in radialer Richtung verschiebbar ist.The invention relates to a fastening arrangement of at least one stator element (12) formed from a first material as the first component of an electric machine (10) on a second component (14) formed from a second material different from the first material, in particular for a motor vehicle, in which the first component (12) is fastened at least in the circumferential direction of the stator element (12) to the second component (14) via at least one fastening device (26), the fastening device (26) being provided on one of the components (12, 14) and extending into radial direction extending guide (28) and in the guide (28) engaging and by means of a screw (30) on the other of the components (12, 14) fixed bushing (32) along which the one component (12) at a thermally induced movement relative to the other component (14) is displaceable in the radial direction.
Description
Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung eines Statorelements einer elektrischen Maschine an einem Bauelement, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a fastening arrangement of a stator element of an electrical machine to a component, in particular for a motor vehicle, according to the preamble of patent claim 1.
Derartige Befestigungsanordnungen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik, insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau, bereits hinlänglich bekannt. Bei einer solchen Befestigungsanordnung ist wenigstens ein aus einem ersten Werkstoff gebildetes Statorelement als erstes Bauelement einer elektrischen Maschine an einem aus einem vom ersten Werkstoff unterschiedlichen, zweiten Werkstoff gebildeten zweiten Bauelement befestigt. Mit anderen Worten umfasst die elektrische Maschine einen Stator mit dem Statorelement, wobei das Statorelement ein erstes Bauelement der elektrischen Maschine ist. Üblicherweise umfasst die elektrische Maschine auch einen Rotor, welcher um eine Drehachse relativ zum Stator drehbar ist. Bei den Werkstoffen handelt es sich beispielsweise um metallische Werkstoffe.Such mounting arrangements are already well known from the general state of the art, in particular from production vehicle construction. In such a fastening arrangement, at least one stator element formed from a first material is fastened as a first component of an electrical machine to a second component formed from a second material different from the first material. In other words, the electric machine comprises a stator with the stator element, wherein the stator element is a first component of the electric machine. Usually, the electric machine also includes a rotor, which is rotatable about an axis of rotation relative to the stator. The materials are, for example, metallic materials.
Das zweite Bauelement ist beispielsweise ein Gehäuse, in welchem das Statorelement zumindest teilweise anordenbar oder angeordnet ist. Bei dem Gehäuse kann es sich um ein eigenständiges Gehäuse für die elektrische Maschine handeln. Das zweite Bauelement kann jedoch auch eine Trägerstruktur oder ein Gehäuse einer von der elektrischen Maschine unterschiedlichen Komponente oder Baueinheit, insbesondere des Kraftwagens, sein. Bei dieser Komponente handelt es sich beispielsweise um ein Getriebe, wobei das zweite Bauelement ein Gehäuse des Getriebes, das heißt ein Getriebegehäuse, ist. Hierbei ist die elektrische Maschine beispielsweise als sogenannte getriebeintegrierte elektrische Maschine ausgebildet, welche zumindest teilweise und beispielsweise zumindest überwiegend oder vollständig in dem Getriebegehäuse aufgenommen ist.The second component is for example a housing in which the stator element is at least partially arranged or arranged. The housing may be a self-contained housing for the electrical machine. However, the second component may also be a carrier structure or a housing of a different component of the electrical machine or assembly, in particular of the motor vehicle. This component is, for example, a transmission, wherein the second component is a housing of the transmission, that is to say a transmission housing. Here, the electric machine is designed, for example, as a so-called gear-integrated electric machine, which is at least partially and for example at least predominantly or completely received in the transmission housing.
Bei dem zweiten Werkstoff des zweiten Bauelements handelt es sich beispielsweise um ein Leichtmetall, insbesondere Aluminium beziehungsweise eine Aluminiumlegierung. Dadurch kann das Gewicht des zweiten Bauelements besonders gering gehalten werden.The second material of the second component is, for example, a light metal, in particular aluminum or an aluminum alloy. As a result, the weight of the second component can be kept particularly low.
Bei dem ersten Werkstoff des Statorelements handelt es sich beispielsweise um einen Werkstoff mit magnetischen Eigenschaften. Hierbei kann der erste Werkstoff ein Stahl oder Eisen sein. Üblicherweise haben die Werkstoffe voneinander unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten, so dass es während des Betriebs der elektrischen Maschine zu unterschiedlichen, temperaturbedingten Bewegungen, insbesondere Ausdehnungen, der Bauelemente kommen kann. Daraus resultieren thermisch bedingte Relativbewegungen zwischen den Bauelementen.The first material of the stator element is, for example, a material with magnetic properties. Here, the first material may be a steel or iron. Usually, the materials have mutually different thermal expansion coefficients, so that during operation of the electrical machine different, temperature-induced movements, in particular expansions, of the components can occur. This results in thermally induced relative movements between the components.
Es sind unterschiedliche Möglichkeiten bekannt, das Statorelement mit dem zweiten Bauelement zu verbinden. Im Rahmen der Befestigungsanordnung kann das Statorelement mittels wenigstens einer Befestigungseinrichtung am zweiten Bauelement zumindest in Umfangsrichtung des Statorelements befestigt sein. Herkömmlicherweise umfasst die Befestigungseinrichtung wenigstens ein Schraubelement, insbesondere eine Schraube, mittels welcher die Bauelemente verschraubt sind. Somit ist beispielsweise wenigstens eine Verschraubung vorgesehen, mittels welcher die Bauelemente miteinander verbunden sind.There are different ways known to connect the stator with the second component. In the context of the fastening arrangement, the stator element can be fastened by means of at least one fastening device on the second component at least in the circumferential direction of the stator element. Conventionally, the fastening device comprises at least one screw, in particular a screw, by means of which the components are screwed. Thus, for example, at least one screw is provided, by means of which the components are connected to each other.
Darüber hinaus ist es bekannt, das Statorelement mit dem Bauelement mittels einer Presspassung zu verbinden. Vor allem bei der Verbindung der Bauelemente über eine Presspassung sind unterschiedliche Wärmeausdehnungen der Bauelemente problematisch, da es hierdurch zu einer Lockerung oder gar einem Lösen der Presspassung kommen könnte. Jedoch auch bei Verschraubungen beziehungsweise Schraubverbindungen sind thermisch bedingte, unterschiedliche Wärmeausdehnungen zu berücksichtigen, um zu verhindern, dass sich die Bauelemente lösen.Moreover, it is known to connect the stator to the device by means of a press fit. Especially in the connection of the components via a press fit different thermal expansions of the components are problematic, since this could lead to a relaxation or even a release of the interference fit. However, even when screwing or screw thermally induced, different thermal expansions are taken into account to prevent the components solve.
Kommt es beispielsweise zu thermisch bedingten, unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der Bauelemente, so kann damit eine Erhöhung eines Radialspiels zwischen den Bauelementen einhergehen. Dies kann dazu führen, dass das Statorelement desachsiert, woraus eine Funktionsbeeinträchtigung und/oder eine Wirkungsgradverschlechterung der elektrischen Maschine resultieren können. Bei einer starren, konventionellen Verschraubung der Bauelemente resultieren aus den unterschiedlichen Wärmeausdehnungen Verspannungen der Bauelemente, was zu undefinierten Verformungen führt. Daraus können Desachsierungen und hohe Bauteilbelastungen resultieren.If, for example, thermally induced, different thermal expansions of the components, so it may be accompanied by an increase in a radial clearance between the components. This can lead to the stator element becoming out of alignment, which may result in a functional impairment and / or an efficiency deterioration of the electrical machine. In a rigid, conventional screwing of the components resulting from the different thermal expansion stresses of the components, resulting in undefined deformations. This can result in offsets and high component loads.
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Befestigungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher übermäßige Beeinträchtigungen der elektrischen Maschine infolge von thermisch bedingten Wärmeausdehnungen der Bauelemente vermieden werden können.Object of the present invention is to provide a mounting arrangement of the type mentioned, in which excessive damage to the electrical machine due to thermally induced thermal expansion of the components can be avoided.
Diese Aufgabe wird durch eine Befestigungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a fastening arrangement having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the remaining claims.
Um eine Befestigungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich übermäßige Beeinträchtigungen der elektrischen Maschine infolge von thermisch bedingten Wärmeausdehnungen der Bauelemente vermeiden lassen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Befestigungseinrichtung eine an einem der Bauelemente vorgesehene und sich in radialer Richtung erstreckende Führung und eine in die Führung eingreifende und mittels eines Schraubelements an dem anderen der Bauelemente festgelegte Buchse aufweist, entlang welcher das eine Bauelement bei einer thermisch bedingten Bewegung relativ zu dem anderen Bauelement in radialer Richtung verschiebbar ist.In order to develop a mounting arrangement specified in the preamble of claim 1 type such that can be avoided due to thermally induced thermal expansion of the components, it is inventively provided that the fastening means provided on one of the components and in the radial direction extending guide and one engaging in the guide and fixed by means of a screw on the other of the components socket along which the one component is displaced in a thermally induced movement relative to the other component in the radial direction.
Dadurch, dass sich das eine Bauelement bei einer thermisch bedingten Bewegung relativ zu dem anderen Bauelement in radialer Richtung beispielsweise nach außen hin bewegen kann, ist der radiale Freiheitsgrad des einen Bauelements relativ zum anderen Bauelement nicht eingeschränkt. Dadurch können beispielsweise bei thermisch bedingten, voneinander unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der Bauelemente undefinierte und übermäßige Verformungen dieser vermieden werden. In der Folge können unerwünschte Desachsierungen und übermäßige Bauteilbelastungen vermieden werden, so dass die elektrische Maschine effizient und somit wirkungsgradgünstig betrieben werden kann.The fact that the one component can move relative to the other component in the radial direction, for example to the outside in a thermally induced movement relative to the other component, the radial degree of freedom of a component is not limited relative to the other component. As a result, for example, in the case of thermally induced, mutually different thermal expansions of the components, undefined and excessive deformations of these components can be avoided. As a result, unwanted desalination and excessive component loads can be avoided, so that the electric machine can be operated efficiently and thus efficient efficiency.
Die Buchse und die Führung gewährleisten dabei eine definierte und kontrollierte, geführte Bewegung der Bauelemente relativ zueinander, so dass unerwünschte Bewegungen der Bauelemente relativ zueinander vermieden werden können. Bewirkt beispielsweise eine Temperaturerhöhung der elektrischen Maschine eine Erhöhung eines Durchmesserspiels zwischen den Bauelementen, so kann mittels der Buchse und der Führung dennoch eine Zentrierung des Statorelements relativ zum zweiten Bauelement gewährleistet werden. Die Zentrierung ist desto präziser und besser, je kleiner ein Spiel zwischen der Buchse und der Führung beziehungsweise einer die Führung begrenzenden Wandung des einen Bauelements ist. Ist die Buchse bezogen auf die Führung beziehungsweise das eine Bauelement beispielsweise spielfrei, so kann eine Desachsierung vermieden werden.The bushing and the guide thereby ensure a defined and controlled, guided movement of the components relative to one another, so that undesired movements of the components relative to each other can be avoided. For example, causes an increase in temperature of the electric machine, an increase in a diameter clearance between the components, it can be ensured relative to the second component by means of the bushing and the guide yet a centering of the stator. The centering is more precise and better, the smaller a clearance between the bushing and the guide or a wall bounding the guide of the one component. If, for example, the bush is free of play with respect to the guide or the one component, then a desalination can be avoided.
Im Rahmen einer Montage der Buchse wird diese in der Führung positioniert und anschließend mittels des Schraubelements am anderen Bauelement befestigt. Mit anderen Worten wird die Buchse an das andere Bauelement angeschraubt. Im Zuge dieses Anschraubens können Positionstoleranzen und somit Bauteiltoleranzen durch ein Spiel zwischen der Schraube, insbesondere einem Außendurchmesser der Schraube, und der die Schraube umgebenden Buchse, insbesondere einem Innendurchmesser der Buchse, ausgeglichen werden.As part of an assembly of the socket this is positioned in the guide and then fastened by means of the screw on the other component. In other words, the socket is screwed to the other component. In the course of this screwing position tolerances and thus component tolerances can be compensated by a game between the screw, in particular an outer diameter of the screw, and the bush surrounding the screw, in particular an inner diameter of the bushing.
Um eine besonders vorteilhafte Positionierung des Statorelements relativ zum zweiten Bauelement zu gewährleisten, sind bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wenigstens drei Befestigungseinrichtungen vorgesehen. Die vorigen Ausführungen zur Befestigungseinrichtung können ohne weiteres auch auf die anderen Befestigungseinrichtungen übertragen werden. Vorzugsweise sind die Befestigungseinrichtungen in Umfangsrichtung des Statorelements verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt, angeordnet. Dies bedeutet beispielsweise bei genau drei Befestigungseinrichtungen, dass die Befestigungseinrichtungen in Umfangsrichtung des Statorelements paarweise um 120 Grad voneinander beabstandet sind. Je nach Anordnung ergeben sich durch das Spiel zwischen der Buchse und der Führung beziehungsweise einem Bauelement unterschiedlich große Restspiele.In order to ensure a particularly advantageous positioning of the stator relative to the second component, at least three fastening devices are provided in an advantageous embodiment of the invention. The previous versions of the fastening device can be easily transferred to the other fasteners. Preferably, the fastening means are distributed in the circumferential direction of the stator, in particular evenly distributed, arranged. This means, for example, with exactly three fastening devices, that the fastening devices in the circumferential direction of the stator element are spaced apart in pairs by 120 degrees. Depending on the arrangement resulting from the game between the jack and the guide or a component of different size residual games.
Eine axiale Ausrichtung des einen Bauelements relativ zum anderen Bauelement erfolgt beispielsweise mittels wenigstens eines dritten Bauelements, insbesondere eines elastischen dritten Bauelements. Das dritte Bauelement kann beispielsweise als Feder oder Federelement ausgebildet sein. Mittels des dritten Bauelements ist das eine Bauelement in axialer Richtung des Statorelements gegen das andere Bauelement gespannt. Dadurch kann ein Verkippen der Bauelemente relativ zueinander sicher verhindert werden.An axial alignment of the one component relative to the other component takes place, for example, by means of at least one third component, in particular an elastic third component. The third component may be formed, for example, as a spring or spring element. By means of the third component, a component is tensioned in the axial direction of the stator element against the other component. As a result, tilting of the components relative to one another can be reliably prevented.
Das zweite Bauelement ist beispielsweise als ein Gehäuseelement ausgebildet, in welchem das erste Bauelement in Form des Statorelements zumindest teilweise angeordnet ist. Um im Rahmen einer Montage des Statorelements in das Gehäuseelement eine Vorzentrierung zu realisieren, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass in radialer Richtung zwischen den Bauelementen wenigstens ein elastisches Element angeordnet ist. Das elastische Element ist beispielsweise in radialer Richtung einerseits am Statorelement und andererseits am das Statorelement außenumfangsseitig zumindest teilweise umgebenden Gehäuseelement angeordnet. Bei diesem elastischen Element kann es sich um ein Dichtelement wie beispielsweise ein O-Ring handeln, das beziehungsweise der aus Gummi gebildet ist.The second component is designed, for example, as a housing element in which the first component in the form of the stator element is arranged at least partially. In order to realize a pre-centering in the housing element during assembly of the stator element, it is preferably provided that at least one elastic element is arranged in the radial direction between the components. The elastic element is arranged, for example, in the radial direction on the one hand on the stator element and on the other hand on the stator peripheral side at least partially surrounding the housing element. This elastic element may be a sealing element such as an O-ring, which is formed of rubber.
Eine Drehmomentübertragung und somit eine Drehmomentabstützung zwischen den Bauelementen erfolgt beispielsweise durch einen Formschluss, welcher durch die in die Führung und somit in das eine Bauelement eingreifende Buchse bewirkt ist. Die Buchse wird ihrerseits mittels des Schraubelements am anderen Bauelement gehalten. Mittels des Schraubelements ist eine Verschraubung geschaffen, mittels welcher die Buchse am anderen Bauelement gehalten ist. Hierbei ist mittels des Schraubelements eine Vorspannkraft bewirkt, mittels welcher die Buchse gegen das andere Bauelement gespannt ist. Die Buchse wird durch diese Vorspannkraft der Verschraubung an dem anderen Bauelement reibschlüssig fixiert. Darüber hinaus können eine Drehmomentübertragung und somit eine Drehmomentabstützung durch die genannte axiale Vorspannung des einen Bauelements gegen das andere Bauelement erfolgen. Durch diese axiale Vorspannung kann ein zusätzliches Drehmoment durch Reibschluss zwischen den Bauelementen übertragen werden.A torque transmission and thus a torque support between the components takes place for example by a positive connection, which is effected by the engaging in the guide and thus in the one component sleeve. The socket is in turn held by means of the screw on the other component. By means of the screw a screw is created, by means of which the socket is held on the other component. Here, by means of the screw a biasing force causes, by means of which the bush is clamped against the other component. The bush is frictionally fixed by this biasing force of the screw to the other component. In addition, a torque transmission and thus a torque support by said axial bias of the one component can be carried out against the other component. By means of this axial prestressing, an additional torque can be transmitted by frictional engagement between the components.
Bei der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung kann das Statorelement über alle Temperaturbereiche formschlüssig relativ zum zweiten Bauelement zentriert bleiben. Da durch die Führung eine thermisch bedingte Bewegung des einen Bauelements relativ zum anderen Bauelement zugelassen wird, können aus Temperaturausdehnungen resultierende Verspannungen sicher vermieden werden.In the case of the fastening arrangement according to the invention, the stator element can remain positively centered relative to the second component over all temperature ranges. Since a thermally induced movement of one component is permitted by the guide relative to the other component, resulting from thermal expansion stresses can be safely avoided.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
Der Stator
Aus
Das Statorelement
Während des Betriebs der elektrischen Maschine
Darüber hinaus umfasst die Befestigungseinrichtung
Die Führung
Ferner ist es beispielsweise vorgesehen, dass das Statorelement
Insbesondere ist eine Drehmomenten- und Kräfteübertragung bei allen Temperaturen gewährleistet. Die Buchse
Es kann vorgesehen sein, dass ein Außenumfang, insbesondere ein Außendurchmesser, der Buchse
Aus
In
Es können wie in der beispielhaften Ausführung der
Aus
Anhand von
In alternativen nicht dargestellten Ausführungen können auch mehr oder weniger als drei Befestigungseinrichtungen
Aus
Besonders gut aus
In
Aus
Umgekehrt ist es beispielsweise möglich, zunächst den Deckel
Bei einer solchen überdeckungsfreien Anordnung ist beispielsweise eine axiale Fixierung des Statorelements
Alternativ dazu ist es möglich, dass die Buchse
Bei der dritten und vierten Ausführungsform jedoch weist die Buchse
Bei der in
Durch die rotationsunsymmetrische Ausgestaltung der Buchse
Es kann vorgesehen sein, dass die kleinste Erstreckung der außenumfangsseitigen Mantelfläche
Im Allgemeinen wird durch die Kombination der Führung
Das Statorelement
Vorteilhaft ist eine symmetrische Kräfteverteilung über das gesamte Statorelement
Bei den in
Ferner kann eine Pressung oder Presspassung zwischen der Buchse
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- elektrische Maschineelectric machine
- 1212
- Statorelementstator
- 1414
- Gehäuseelementhousing element
- 1616
- Statorstator
- 1818
- Rotorrotor
- 2020
- Statorelementstator
- 2222
- Aufnahmeraumaccommodation space
- 2424
- Deckelcover
- 2626
- Befestigungseinrichtungfastening device
- 2828
- Führungguide
- 3030
- Schraubescrew
- 3232
- BuchseRifle
- 3333
- DurchgangsöffnungThrough opening
- 3434
- Schraubenkopfscrew head
- 3535
- Werkzeugangrifftool application
- 3636
- Lascheflap
- 3838
- BundFederation
- 4040
- Federelementspring element
- 4242
- Drehachseaxis of rotation
- 4444
- Stirnflächeface
- 4545
- O-RingO-ring
- 4646
- Schaftshaft
- 4848
- Spielgame
- 5050
- Spielgame
- 5151
- Doppelpfeildouble arrow
- 5252
- außenumfangsseitige Mantelflächeouter peripheral side surface
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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