DE102017219058A1

DE102017219058A1 - Elektrische Maschine mit integriertem Riementrieb

Info

Publication number: DE102017219058A1
Application number: DE102017219058.2A
Authority: DE
Inventors: Bernd Schroeder; Andreas Hoch; Benjamin Klein
Original assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2017-10-25
Filing date: 2017-10-25
Publication date: 2019-04-25
Also published as: CN109707811A; CN109707811B

Abstract

Eine elektrische Maschine mit integriertem Riementrieb weist eine Riemenscheibe zur Aufnahme eines Riemens und einen Riemenspanner auf. An einem Gehäuseteil der Maschine ist eine ringförmige Anlagefläche mit einem axial überstehenden Stützkragen gebildet, auf den ein Haltering des Riemenspanners aufgeschoben ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine mit integriertem Riementrieb, der eine vom Rotor der elektrischen Maschine angetriebene Riemenscheibe zur Aufnahme eines Riemens und einen an einem Gehäuseteil der elektrischen Maschine abgestützten Riemenspanner umfasst.
Stand der Technik
In der DE 100 45 143 A1 wird ein riemengetriebener Startergenerator beschrieben, der zum einen zum Starten einer Brennkraftmaschine und zum anderen bei laufender Brennkraftmaschine als Generator eingesetzt werden kann. Der Startergenerator weist eine Riemenscheibe auf, die von einem Elektromotor angetrieben wird und von einem Keilriemen umschlungen ist, welcher zusätzlich um eine Kurbelwellenabtriebswelle der Brennkraftmaschine gelegt ist. Der Keilriemen wird von einem Riemenspanner beaufschlagt, der in beide Bewegungsrichtungen des Keilriemens eine ausreichende Vorspannung sicherstellt. Der Riemenspanner umfasst zwei Spannrollen, die am Keilriemen anliegen und über Hebelarme drehbar an einer Nabe befestigt sind.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine ist mit einem integrierten Riementrieb ausgestattet, der eine vom Rotor der elektrischen Maschine angetriebene Riemenscheibe zur Aufnahme eines Riemens und einen an einem Gehäuseteil der elektrischen Maschine abgestützten Riemenspanner umfasst. Der Riemenspanner bildet ein Spannsystem, mit dem der Riemen vorzugsweise in beide Antriebsrichtungen unter Vorspannung gesetzt wird.
An einer Stirnseite des Gehäuseteils ist auf der der Riemenscheibe benachbarten Seiten eine ringförmige Anlagefläche am Gehäuseteil gebildet, an deren radial innenliegender Seite ein axial überstehender Stützkragen angeordnet ist, auf den ein Haltering des Riemenspanners aufgeschoben ist. Der Haltering, der den Riemenspanner am Gehäuse der elektrischen Maschine hält, oder ein mit dem Haltring verbundenes Bauteil liegt unmittelbar an der gehäuseseitigen Anlagefläche an.
Diese Ausführung hat den Vorteil, dass der Riementrieb einschließlich Riemenspanner in Achsrichtung - bezogen auf die Rotorachse der elektrischen Maschine - verhältnismäßig kurz baut und entsprechend nur einen verhältnismäßig geringen Platzbedarf hat. Dementsprechend weist der Riementrieb, insbesondere der Riemenspanner des Riementriebs, auch nur kurze Hebellängen auf und sind die Bauteile der elektrischen Maschine wie beispielsweise Kugellager nur verhältnismäßig gering belastet. Durch die platzsparende Bauweise und kompakte Integration des Riemenspanners an der elektrischen Maschine wird insgesamt eine kleinere axiale Baulänge erreicht.
Die ringförmige Anlagefläche kann gegenüber axial überstehenden Abschnitten des Gehäuseteils, beispielsweise Kühlrippen, axial zurückversetzt sein, so dass entsprechend auch der Riementrieb kompakt anliegend am Gehäuseteil angeordnet ist.
Der Haltering befindet sich unmittelbar benachbart zu der gehäuseseitigen Anlagefläche, er liegt aber vorzugsweise mit kleinem Abstand zu der Anlagefläche. Der Haltering ist Bestandteil des Riemenspanners, der vorzugsweise eine oder mehrere Umlenkrollen und mindestens ein Spannelement umfasst, beispielsweise eine Spannrolle, über die der Riemen unter Spannung gesetzt wird. Der Riemenspanner ist insbesondere als ein Pendelriemenspanner ausgebildet. Der Riemenspanner ist vorteilhafterweise drehbar an dem Gehäuseteil angeordnet, was durch eine drehbare Lagerung des Halterings am Gehäuseteil erreicht wird. Der Haltering ist Träger der Umlenkrollen und des Spannelementes, wobei mit der Sicherung des Halterings am Gehäuseteil entsprechend auch die Umlenkrollen und das Spannelement am Gehäuseteil gehalten sind.
Die Riemenscheibe, um die der Riemen gelegt ist, ist vorteilhafterweise axial beabstandet zu der ringförmigen Anlagefläche am Gehäuseteil positioniert. Dies ermöglicht es, den Haltering, der an der Anlagefläche anliegt, axial beabstandet zu der Riemenscheibe zu positionieren. Der axiale Abstand zwischen der Außenseite des Halterings und der Riemenscheibe ist jedoch klein bemessen, er beträgt beispielsweise nicht mehr als die Dicke eines den Haltering axial am Gehäuseteil sichernden Klemmrings.
Der Haltering befindet sich axial vorteilhafterweise in Höhe eines Lagers der Rotorwelle, wodurch entsprechend kurze Hebellängen und geringe Kräfte des Riemenspanners auf die elektrische Maschine übertragen werden. Die Außenseite des Halterings erstreckt sich beispielsweise in Achsrichtung nicht über die außenliegende Stirnseite des Lagers hinaus.
Der Haltering ist vorteilhafterweise drehbar gegenüber dem Gehäuseteil angeordnet. Die Drehbarkeit wird insbesondere über einen Gleitlagerring erreicht, an dem der Haltering drehbar gelagert und der auf den Stützkragen aufgeschoben ist. Der Gleitlagerring bildet insbesondere einen Innenring, der Haltering den Außenring. Der Gleitlagerring weist beispielsweise einen radial nach außen offenen U-förmigen Querschnitt auf, in den der Haltering eingesetzt ist. Der Gleitlagerring ist vorzugsweise in Drehrichtung formschlüssig an dem Stützkragen gesichert, wohingegen der Haltering einschließlich der am Haltering befestigten Bauteile - Umlenkrollen und Spannelement - sich gegenüber dem Gleitlagerring und damit auch gegenüber dem Gehäuse der elektrischen Maschine verdrehen kann.
In weiterer bevorzugter Ausführung besteht der Formschluss zwischen dem Gleitlagerring und dem Gehäuseteil, insbesondere dem Stützkragen, aus einer radialen Formschlussausnehmung und einem korrespondierenden, radial eingreifenden Formschlussvorsprung. Beispielsweise kann am gehäuseseitigen Stützkragen ein Formschlussteil als Formschlussausnehmung ausgebildet sein und das Formschlussteil am Gleitlagerring als radialer, nasenförmiger Formschlussvorsprung, der in die Ausnehmung eingreift.
Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der Haltering mithilfe eines Klemmrings axial auf dem Stützkragen gesichert. Hierbei ist es insbesondere zweckmäßig, den Haltering axial unverlierbar am Gleitlagerring anzuordnen und den Gleitlagerring, der verdrehsicher auf dem Stützkragen angeordnet ist, mithilfe des Klemmrings axial auf dem Stützkragen zu sichern. Der Klemmring wird beispielsweise mit Presspassung auf den Stützkragen aufgeschoben, wodurch eine ausreichende axiale Sicherung des Riemenspanners an der elektrischen Maschine erreicht wird. Der Klemmring auf der radial innenliegenden Seite oder auf der radial außenliegenden Seite des Stützkragens auf diesen aufgeschoben werden. Vorteilhafterweise erfolgt die axiale Sicherung ausschließlich über den Klemmring, so dass auf zusätzliche axiale Sicherungsmaßnahmen des Riemenspanners am Gehäuseteil, beispielsweise eine Verschraubung, verzichtet werden kann.
Bei der elektrischen Maschine handelt es sich beispielhaft um eine Klauenpolmaschine.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

1 eine elektrische Maschine mit einem Riementrieb mit einem in Explosionsdarstellung gezeigten Riemenspanner, der an einer ringförmigen, stirnseitigen Anlagefläche am Gehäuse der elektrischen Maschine angeordnet wird,
2 die elektrische Maschine mit montiertem Riemenspanner,
3 in vergrößerter Darstellung eine Formschlussausnehmung an einem gehäuseseitigen Stützkragen als Verdrehsicherung für den Riementrieb,
4 einen Längsschnitt durch die elektrische Maschine einschließlich Riementrieb und Riemenspanner.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In den 1, 2 und 4 ist eine elektrische Maschine 1 dargestellt, die als Klauenpolmaschine ausgebildet und mit einem integrierten Riementrieb 2 versehen ist. Die elektrische Maschine 1 einschließlich Riementrieb 2 wird beispielsweise als Boost-Rekuperations-System in Brennkraftmaschinen eingesetzt, um zum einen die Brennkraftmaschine zu starten und zum anderen einen Generatorbetrieb zu ermöglichen.
Der Riementrieb 2 umfasst eine Riemenscheibe 3 mit einem um die Riemenscheibe 3 gelegten Riemen 4, der außerdem - nicht dargestellt - im Fall eines Boost-Rekuperations-Systems um eine Kurbelwellenabtriebsscheibe der Brennkraftmaschine gelegt ist. Der Riementrieb 2 umfasst außerdem einen Riemenspanner 5, der als Pendelriemenspanner ausgebildet ist und mit dem der Riemen 4 unter Vorspannung gesetzt werden kann. Der Riementrieb 2 befindet sich an einer Stirnseite der elektrischen Maschine 1 auf der einer Leistungselektronik 6 axial gegenüberliegenden Seite. Der Riementrieb 2 ist an einem Lagerschild 7 der elektrischen Maschine 1 angeordnet, der ein Gehäuseteil der elektrischen Maschine bildet.
Der Riementrieb 5 umfasst einen Haltering 8, zwei Umlenkrollen 9 und ein Spannelement 10, das als Spannrolle ausgebildet ist. Der Haltering 8 ist Träger der Umlenkrollen 9 und des Spannelementes 10, das einer Umlenkrolle zugeordnet ist und relativschwenkbeweglich und mit Federkraft beaufschlagt an der Umlenkrolle 9 gehalten ist. Das Spannelement 10 übt eine Spannkraft auf den Riemen 4 aus.
Der Haltering 8 sitzt auf einem innenliegenden Gleitlagerring 11 auf, gegenüber dem der außenliegende Haltering 8 rotieren kann. In Achsrichtung - bezogen auf die Rotorlängsachse der elektrischen Maschine 1 sowie der Längsachse des Halterings 8 - sind Haltering 8 und Gleitlagerring 11 miteinander verbunden, so dass keine axiale Relativbewegung zwischen Haltering 8 und Gleitlagerring 11 möglich ist.
An der Stirnseite des Lagerschilds 7 befindet sich eine ringförmige Anlagefläche 12, an der der Haltering 8 einschließlich Gleitlagerring 11 unmittelbar anliegt. Die ringförmige Anlagefläche 12 ist radial nach innen von einem Stützkragen 13 begrenzt, der axial über die Anlagefläche 12 hinausragt und entweder als separates Bauteil ausgebildet ist, das in eine Ausnehmung im Lagerschild 7 eingesetzt ist, oder einteilig mit dem Lagerschild 7 ausgeführt ist. Der Gleitlagerring 11 und der Haltering 8 werden auf den Stützkragen 13 axial aufgeschoben, wobei der Gleitlagerring 13 unmittelbar an der Anlagefläche 12 anliegt (4). Der Gleitlagerring 11 weist eine U-förmige Querschnittsform auf, in die der Haltering 8 eingesetzt ist. Der innenliegende Schenkel der U-Form des Gleitlagerrings 11 liegt unmittelbar an der Anlagefläche 12 des Lagerschilds 7 an.
Der Gleitlagerring 11 und damit auch der Haltering 8 sind auf dem Stützkragen 13 mithilfe eines Klemmrings 14 axial gesichert. Der Klemmring 14 wird ebenfalls auf den Stützkragen 13 axial aufgeschoben und ist über eine Presspassung auf dem Stützkragen 13 axial gesichert.
Der Gleitlagerring 11 ist in Drehrichtung formschlüssig auf dem Stützkragen 13 gehalten. Der Formschluss in Drehrichtung zwischen dem Gleitlagerring 11 und dem Stützkragen 13 erfolgt über radial ineinandergreifende Formschlussteile, die auf Seiten des Stützkragens 13 als sich radial nach innen erstreckende Formschlussausnehmung 15 und auf Seiten des Gleitlagerrings als sich radial nach innen erstreckender Formschlussvorsprung 16 (1, 3) ausgebildet sind.
Wie der Schnittdarstellung gemäß 4 zu entnehmen, ist die elektrische Maschine 1 als Klauenpolmaschine mit rotorseitigen Klauen 17, einer rotorseitigen Erregerwicklung 18 und einer mehrphasigen Ständerwicklung 19 ausgebildet. Die Rotorwelle 20 des Rotors ist in einem Lager 21 im Lagerschild 7 drehbar aufgenommen. Die Riemenscheibe 3 sitzt benachbart zum Lagerschild 7 auf dem Ende der Rotorwelle 20 auf, das über das Lagerschild 7 axial hinausragt. Die ringförmige Anlagefläche 12 an der axial nach außen gerichteten Stirnseite des Lagerschilds 7 ist axial gegenüber Abschnitten des Lagerschilds wie Kühlrippen oder dergleichen, die sich axial am weitesten nach außen erstrecken, zurückversetzt. Der axiale Versatz der Anlagefläche 12 ist so dimensioniert, dass der Haltering 8 einschließlich des U-förmigen Gleitlagerrings 11 und des L-förmigen Klemmrings 14 im montierten Zustand sich axial nur bis zur zugewandten Stirnfläche der Riemenscheibe 3 erstrecken. Dies ergibt ein günstiges Hebelverhältnis insbesondere im Hinblick auf die Kräfte und Momente, die durch den Riemenspanner 5 entstehen.
Vorteilhafterweise ist der Klemmring 14, der mit Presspassung auf den Stützkragen aufgeschoben ist, mit einer L-förmigen Querschnittsform versehen, wobei sich ein radialer Schenkel an der axial außenliegenden Seite erstreckt und im montierten Zustand den Gleitlagerring 11 übergreift und hierdurch den Gleitlagerring 11 axial am Stützkragen 13 sichert. Der axiale Schenkel liegt mit Presspassung an der radial innenliegenden Seite des Stützkragens 13 an.
Die außenliegende Stirnseite des Lagers 21 ragt axial geringfügig über die Anlagefläche 12 hinaus, wobei die nach außen gerichtete Stirnseite des Halterings 8, des Gleitlagerrings 11 und des Klemmrings 14 sich axial etwa gleich weit erstrecken wie die nach außen gerichtete Stirnseite des Lagers 21.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10045143 A1 [0002]

Claims

Elektrische Maschine mit integriertem Riementrieb (2), der eine vom Rotor der elektrischen Maschine (1) angetriebene Riemenscheibe (3) zur Aufnahme eines Riemens (4) und einen an einem Gehäuseteil (7) der elektrischen Maschine abgestützten Riemenspanner (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Stirnseite des Gehäuseteils (7) auf der der Riemenscheibe (3) benachbarten Seite eine ringförmige Anlagefläche (12) gebildet ist, an deren radial innenliegenden Seite ein axial überstehender Stützkragen (13) angeordnet ist, auf den ein Haltering (8) des Riemenspanners (5) aufgeschoben ist, wobei der Haltering (8) oder ein mit dem Haltering (8) verbundenes Bauteil (11) an der gehäuseseitigen Anlagefläche (12) anliegt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Anlagefläche (12) am Gehäuseteil (7) axial mit Abstand zur Riemenscheibe (3) angeordnet ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite des an der ringförmigen Anlagefläche (12) anliegenden Halterings (8) axial nicht über ein Lager (21) des Rotors hinausragt.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (8) gegenüber dem Gehäuseteil (7) drehbar angeordnet ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (8) drehbar an einem Gleitlagerring (11) gelagert ist, der auf den Stützkragen (13) aufgeschoben ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitlagerring (11) in Drehrichtung formschlüssig gesichert ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschluss zwischen dem Gehäuseteil (7) und dem Gleitlagerring (11) eine radiale Formschlussausnehmung (15) und einen korrespondierenden, radialen Formschlussvorsprung (16) umfasst.
Elektrische Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass am gehäuseseitigen Stützkragen (13) ein Formschlussteil ausgebildet ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitlagerring (11) unmittelbar an der gehäuseseitigen Anlagefläche (12) anliegt.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (8) mithilfe eines Klemmrings (14) axial auf dem Stützkragen (13) gesichert ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmring (14) mit Presspassung auf den Stützkragen (13) aufgeschoben ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (7), an dem der Riemenspanner (5) abgestützt ist, ein Antriebslagerschild (7) der elektrischen Maschine ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Ausführung als Klauenpolmaschine.