-
Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung, mit dessen Hilfe eine Rotorwelle einer zum elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs dimensionierten elektrischen Maschine geräuscharm und verschleißarm gelagert werden kann.
-
Aus
DE 10 2014 202 279 A1 ist eine Lageranordnung für eine Motorwelle eines Elektromotors bekannt, bei der ein mit der Motorwelle befestigtes Lager mit Radialspiel in einem Gehäuse vorgesehen ist, wobei in axialer Richtung neben dem Lager eine Klemmscheibe vorgesehen ist, die in axialer Richtung an einem Außenring des Lagers angreift und in radialer Richtung an dem Gehäuse festgekrallt ist, um einen Axialausgleich zu ermöglichen. Zwischen dem Lager und dem Gehäuse kann ein das Radialspiel überwindender elastischer O-Ring vorgesehen sein, um das Lager radial nachgiebig mit dem Gehäuse zu verbinden.
-
Es besteht ein ständiges Bedürfnis Wellen geräuscharm und verschleißarm zu lagern.
-
Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die eine geräuscharme und/oder verschleißarme Lagerung einer Welle ermöglichen.
-
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Lageranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
-
Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Lageranordnung für eine Rotorwelle einer zum elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs dimensionierten elektrischen Maschine, mit einem mit der Rotorwelle fest verbindbaren Loslager zur Lagerung der Rotorwelle, einer Lagerschale zur Abstützung von Radialkräften des Loslagers, wobei zwischen der Lagerschale und dem Loslager ein Radialspiel ausgebildet ist, und einer mit einer radialen Anpresskraft an dem Loslager angreifenden Anpresseinrichtung, wobei das Loslager in axialer Richtung relativ zu der Anpresseinrichtung an der Anpresseinrichtung abgleitbar ist und die Anpresseinrichtung nur teilweise in Umfangsrichtung der Lagerschale ausgebildet ist.
-
Das Radialspiel zwischen der Lagerschale und dem Loslager stellt einen ausreichend großen Freiraum bereit, wenn sich das Loslager aufgrund von Wärmeeffekten ausdehnen sollte. Eine temperaturbedingte Schwergängigkeit des Loslagers kann dadurch vermieden werden. Durch die in radialer Richtung nachgiebige Anpresseinrichtung kann ein verschleißbehaftetes und geräuschbehaftetes Klappern des Loslagers in der Lagerschale vermieden werden. Da die Anpresseinrichtung nur an einem Teil des Umfangs des Loslagers vorgesehen ist, ist ein in Umfangsrichtung geschlossener Ring zur Aufprägung der radialen Anpresskraft vermieden, so dass eine stark ansteigende Anpresskraft, wie sie bei einem aufgedehnten geschlossenen Ring auftreten würde, vermieden werden kann. Stattdessen kann eine eher flache Federkennlinie, für die nur teilweise in Umfangsrichtung verlaufende Anpresseinrichtung vorgesehen sein. Vorzugsweise ist ein Federweg der Anpresseinrichtung größer, insbesondere deutlich größer, beispielsweise im Wesentlichen zweifach größer, als das Radialspiel der Spielpassung zwischen dem Loslager und der Lagerschale. Dadurch können trotz Toleranzabweichungen der einzelnen Bauteile die Anpresskraft gut und reproduzierbar eingestellt werden. Die Anpresseinrichtung kann dadurch die gewünschte Mindestanpresskraft in allen vorgesehenen Temperaturbereichen bereitstellen, wobei die tatsächlich aufgeprägte Anpresskraft auch bei großen Temperaturdifferenzen so gering wie möglich sein kann und insbesondere nur geringfügig oberhalb der gewünschten Mindestanpresskraft liegt. Dadurch kann eine an dem Loslager von der Anpresseinrichtung aufgeprägte in radialer Richtung weisende Normalkraft möglichst gering gehalten werden, so dass eine zwischen der Anpresseinrichtung und dem Loslager und/oder zwischen dem Loslager und der Lagerschale angreifende und von der radial Anpresskraft der Anpresseinrichtung verursachte Reibungskraft minimiert werden kann. Dies wiederum erleichtert eine axiale Relativbewegung des Loslagers relativ zur Anpresseinrichtung und relativ zur Lagerschale, die insbesondere durch eine Wärmedehnung der mit dem Loslager fest verbundenen Welle, insbesondere Rotorwelle einer zum elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs dimensionierten elektrischen Maschine, verursacht sein kann. Insbesondere in einer Betriebssituation, in der hohe Temperaturen für die Welle und das Loslager auftreten, ist sowohl ein temperaturbedingter Radialausgleich des Loslagers zur Lagerschale als auch ein temperaturbedingter Axialausgleich der mit dem Loslager verbundenen Welle leicht möglich. Durch die nur teilweise in Umfangsrichtung ausgebildete Anpresseinrichtung können unnötige temperaturbedingte mechanische Spannungen und Schwingungen in dem Loslager und/oder in der Welle vermieden werden, so dass über einen großen Temperaturbereich eine geräuscharme und verschleißarme Lagerung einer Welle durch die Lageranordnung ermöglicht ist.
-
Die Anpresseinrichtung kann radial außen an der Lagerschale und radial innen an dem Loslager radial nachgiebig abgestützt sein. Dadurch kann die Anpresseinrichtung ausgebildet sein, abgesehen von nicht vermeidbaren Reibungskräften, im Wesentlichen nur in radialer Richtung die Anpresskraft aufzuprägen, so dass auf das Loslager aufgeprägte Axialkräfte vermieden werden können. Eine axiale Verspannung der Welle unter Temperatureinfluss kann dadurch vermieden werden. Insbesondere ist die Anpresseinrichtung zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, in einem gemeinsamen Axialbereich mit dem Loslager angeordnet. Der axiale Bauraumbedarf der Lageranordnung kann dadurch gering gehalten werden und kann im Wesentlichen nur durch dir axiale Erstreckung der Lagerschale bestimmt sein. Die Lagerschale ist insbesondere ein einstückiger Teil eines sowieso vorgesehenen Bauteils, beispielsweise eines Gehäuses, so dass innerhalb der in axialer Richtung des Loslagers vorgesehenen Materialdicke leicht eine ausreichend große Aussparung zur Aufnahme der Anpresseinrichtung vorgesehen oder nachträglich erzeugt werden kann. Da die Anpresseinrichtung nur in einem Teil der in Umfangsrichtung verlaufenden Innenseite vorgesehen ist, kann eine spanende Erzeugung eine Aussparung für die Anpresseinrichtung in dem Material der Lagerschale entsprechend schnell und kostengünstig erfolgen.
-
Insbesondere ist die Anpresseinrichtung in einem Umfangswinkelbereich Δφ von 5° ≤ Δφ ≤ 45°, insbesondere 10° ≤ Δφ ≤ 30° und vorzugsweise 15° ≤ Δφ ≤ 25° ausgebildet. In diesem Umfangswinkelbereich kann die gewünschte Mindestanpresskraft über eine hinreichend große Fläche verteilt werden, um unnötig hohe Materialspannungen zu vermeiden. Gleichzeitig können zwischen der Anpresseinrichtung und dem Loslager auftretende Reibungseffekte gering gehalten werden. Ein Klappern in radialer Richtung kann vermieden werden, während ein axialer Längenausgleich leicht möglich ist.
-
Vorzugsweise weist die Anpresseinrichtung einen mit der Anpresskraft an dem Loslager angepressten Gleitschuh auf, wobei zwischen dem Gleitschuh und dem Loslager ein geringerer Reibungsbeiwert als zwischen der Lagerschale und dem Loslager ausgebildet ist. Der Gleitschuh braucht nicht aus einem radial nachgiebigen Material hergestellt zu sein, so dass der Gleitschuh einen eher harten und für eine geringe Reibung optimierten Material hergestellt sein kann. Insbesondere ist eine zum Loslager weisende Gleitfläche des Gleitschuhs an die Außenkontur des Loslagers, insbesondere der Außenkontur eines Außenrings, angepasst, so dass ein entsprechend flächiger Gleitkontakt vorgesehen sein kann. Vorzugsweise ist die zum Loslager weisende Gleitfläche des Gleitschuhs mit einer reibungsreduzierenden Beschichtung versehen. Der im Wesentlichen harte und unnachgiebige Gleitschuh kann über ein elastisch nachgiebiges Federelement an der Gleitschale abgestützt sein, um den erforderlichen Radialausgleich zu ermöglichen und über das Federelement die gewünschte schwingungsdämpfende radiale Anpresskraft bereitzustellen. Insbesondere ist der Gleitschuh in axialer Richtung angeschrägt, so dass das Loslager bei einer Montage in der Lagerschale an der angeschrägten Fläche des Gleitschuhs abgleiten kann ohne von dem Gleitschuh bei einem axialen Einstecken in die Lagerschale blockiert zu werden.
-
Besonders bevorzugt weist die Anpresseinrichtung mindestens ein Federelement zur Aufprägung der Anpresskraft an dem Loslager aufweist, wobei eine Federkraft des Federelements im Wesentlichen ausschließlich in radialer Richtung ausgerichtet ist. In axialer Richtung des Loslagers gerichtete Kraftanteile der Anpresseinrichtung sind vermieden, wodurch eine unnötige Reibung zwischen der Anpresseinrichtung und dem Loslager vermieden werden kann. Das Federelement kann beispielsweise als Druckfeder, Tellerfeder oder Blattfeder ausgestaltet sein. Das Federelement kann auch als elastisch verformbarer, beispielsweise klötzchenförmiger, Körper ausgestaltet sein, der aus einem weichen Material mit einem niedrigen E-Modul, beispielsweise Gummi oder Kautschuk, hergestellt ist. Insbesondere kann das Federelement mit dem Material der Lagerschale und mit dem Gleitschuh abgestützt, vorzugsweise fest verbunden, sein. Beispielsweise ist das Federelement an einem Ende, beispielswiese mit dem Material der Lagerschale, fixiert, beispielsweise verklebt, verlötet oder verschweißt, und an dem anderen Ende, beispielsweise mit dem Gleitschuh, verliersicher befestigt, beispielsweise verhakt oder verschraubt.
-
Insbesondere weist die Anpresseinrichtung mindestens zwei Federelemente zur Aufprägung der Anpresskraft an dem Loslager auf, wobei die Federelemente in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung zu einander versetzt angeordnet sind. Die vorhandene Erstreckung der Anpresseinrichtung, insbesondere des Gleitschuhs der Anpresseinrichtung, in Umfangsrichtung und in Axialrichtung kann ausgenutzt werden, um mehrere, vorzugsweise gleichartig oder identisch ausgestaltete, Federelemente vorzusehen. Ein Verkanten der Anpresseinrichtung, insbesondere des Gleitschuhs, im Material der Lagerschale kann dadurch vermieden werden. Da das Radialspiel zwischen dem Loslager und der Lagerschale lediglich eine thermische Wärmedehnung kompensieren soll, ist das Radialspiel vergleichsweise klein, so dass es zugelassen werden kann, dass sich die Federkonstanten der mehrere vergleichsweise weichen Federelemente zu einer etwas härteren Ersatzfederkonstante addieren. Vorzugsweise sind jedoch maximal vier Federelemente und besonders bevorzugt maximal drei oder zwei Federelemente in der jeweiligen Anpresseinrichtung vorgesehen um eine im Vergleich zu einem geschlossenen elastischen Ring weichere Federkonstante realisieren zu können.
-
Vorzugsweise ist die Anpresseinrichtung teilweise in einer in der Lagerschale ausgebildeten Aufnahmetasche eingesetzt, wobei insbesondere die Anpresseinrichtung in der Aufnahmetasche axial zurückgehalten und/oder axial abgestützt ist. Die Aufnahmetasche kann insbesondere eine zum Loslager weisende Öffnung zum Einsetzen der Anpresseinrichtung aufweisen, wobei die Aufnahmetasche nach radial außen hin durch eine Bodenwand geschlossen ist, wodurch die Einstecktiefe der Anpressrichtung begrenzt ist und eine designierte radiale Relativlage der Anpresseinrichtung zum Loslager vorgegeben werden kann. Insbesondere ist die Aufnahmetasche auch in mindestens eine Axialrichtung, vorzugsweise in beide Axialrichtungen, durch eine Wand begrenzt. Zusätzlich und/oder alternativ kann die Aufnahmetasche in mindestens eine Umfangsrichtung, vorzugsweise in beide Umfangsrichtungen, durch eine Wand begrenzt sein. Die Anpresseinrichtung kann dadurch in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung zurückgehalten werden, so dass ein Mitbewegung der Anpresseinrichtung bei einer axialen Verlagerung des Loslagers vermieden ist. Besonders bevorzugt kann die Anpresseinrichtung in einer in der Aufnahmetasche, vorzugsweise vollständig, versenkten Stellung, beispielsweise mit Hilfe eines lösbaren Sicherungssplints, festgehalten werden, so dass das Loslager leicht in der Lagerschale montiert werden kann, bevor nach Lösung der Sicherung die Anpresseinrichtung an dem Loslager mit der Anpresskraft angreifen kann.
-
Besonders bevorzugt sind mehrere Anpresseinrichtungen vorgesehen. Beispielsweise bilden drei vorgesehene Anpresseinrichtungen eine Dreipunktzentrierung für das Loslager aus. Ein Anliegen des Loslagers an der Lagerschale kann dadurch vermieden werden, so dass an dem Loslager angreifende Reibungskräfte, die einen temperaturbedingten Axialausgleich behindern könnten, zumindest reduziert werden können. Vorzugsweise wird das Loslager von den Anpresseinrichtungen, insbesondere in Schwerkraftrichtung nach unten, an die Lagerschale angepresst, um Geräuschemissionen verursachende Schwingungen des Loslagers zu vermeiden.
-
Insbesondere ist die Anpresskraft der Anpresseinrichtung im Wesentlichen in Schwerkraftrichtung und/oder in Z-Richtung nach unten gerichtet ist. Dadurch braucht die Anpresseinrichtung beziehungsweise zumindest eine Anpresseinrichtung nicht gegen die Gewichtskraft des Loslagers und der mit dem Loslager verbundenen Welle andrücken, um das Radialspiel zwischen dem Loslager und der Lagerschale zu überwinden. Die Anpresseinrichtung kann dadurch für geringere Lasten ausgelegt sein und kostengünstiger hergestellt werden. Unter einer Z-Richtung wird eine Koordinatenrichtung entlang einer Vertikalachse eines Kraftfahrzeugs verstanden, wenn die Lageranordnung in dem Kraftfahrzeug eingebaut ist. Die Z-Richtung verläuft im Wesentlichen vertikal entlang der Schwerkraftrichtung, wenn das Kraftfahrzeug auf einem ebenen horizontal verlaufenden Untergrund abgestellt ist.
-
Vorzugsweise weist die Anpresseinrichtung ein Dämpferelement zur Dämpfung und/oder Dissipation von Radialschwingungen des Loslagers auf. Dämpferelement kann im Vergleich zu einer idealen Feder auf einen nicht-elastischen Deformationsanteil aufweisen. Durch den nicht-elastischen Deformationsanteil des Dämpferelements können insbesondere Radialschwingungen der in dem Loslager gelagerten Welle, die beispielsweise durch Unwuchten erzeugt werden, gedämpft werden. Da hierbei auch eine Dissipation der Bewegungsenergie in dem Dämpferelement erfolgt, kann ein resonanzbedingtes Aufschaukeln von Schwingungen vermieden oder zuindest reduziert werden. Beispielsweise ist das Dämpferelement aus einem gummielastischen Material hergestellt, so dass das Dämpferelement mit seinem elastischen Deformationsanteil die gewünschte Anpresskraft bereitstellen kann und mit dem nicht-elastischen Deformationsanteil eine Schwingungsdämpfung erreichen kann. Das Dämpferelement kann dadurch sowohl die Funktion einer Feder als auch die Funktion eines dissipativen Dämpfers übernehmen. Es ist aber auch möglich das Dämpferelement zusätzlich zu einem die Anpresskraft bereitstellenden Federelement vorzusehen, wobei das Dämpferelement zu dem Federelement in Reihenschaltung oder in Parallelschaltung angeordnet sein kann.
-
Besonders bevorzugt weist das Loslager einen mit der Rotorwelle fest verbindbaren Innenring und einen relativ zum Innenring verdrehbaren Außenring auf, wobei der Innenring und der Außenring, insbesondere über zwischen dem Innenring und dem Außenring vorgesehene Wälzkörper, unteilbar miteinander verbunden sind. Dadurch ist es nicht erforderlich eine axiale Kraft auf das Loslager auszuüben, um das Loslager in axialer Richtung zusammenzuhalten. Ein temperaturbedingter axialer Längenausgleich wird dadurch nicht unnötig behindert.
-
Insbesondere ist ein mit der Rotorwelle fest verbindbares Festlager zur Lagerung der Rotorwelle vorgesehen, wobei im Wesentlichen ausschließlich das Festlager Axialkräfte aufnimmt und/oder aufprägt. Das Loslager kann dadurch einen temperaturbedingten axialen Längenausgleich der Rotorwelle dadurch nicht unnötig behindern-
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Motoranordnung mit einer zum elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs ausgebildeten elektrischen Maschine, wobei die elektrische Maschine eine Rotorwelle zum Ausleiten eines elektromagnetisch erzeugten Drehmoments aufweist, und einer die Rotorwelle lagernden Lageranordnung, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann. Durch die nur teilweise in Umfangsrichtung ausgebildete Anpresseinrichtung der Lageranordnung können unnötige temperaturbedingte mechanische Spannungen und Schwingungen in dem Loslager und/oder in der Welle vermieden werden, so dass über einen großen Temperaturbereich eine geräuscharme und verschleißarme Lagerung einer Welle durch die Motoranordnung ermöglicht ist.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, insbesondere Personenkraftfahrzeug, mit Motoranordnung, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, zum elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs. Durch die nur teilweise in Umfangsrichtung ausgebildete Anpresseinrichtung er Lageranordnung können unnötige temperaturbedingte mechanische Spannungen und Schwingungen in dem Loslager und/oder in der Welle vermieden werden, so dass über einen großen Temperaturbereich eine geräuscharme und verschleißarme Lagerung einer Welle des Kraftfahrzeugs ermöglicht ist.
-
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigt:
- 1 eine schematische Schnittansicht entlang einer Radialebene einer Lageranordnung.
-
Die in 1 dargestellte Lageranordnung 10 kann insbesondere zur Lagerung einer Rotorwelle einer zum elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs vorgesehenen elektrischen Maschine verwendet werden. Die Lageranordnung 10 weist ein als unteilbares Wälzlager ausgestaltete Loslager 12 auf, das mit einem Radialspiel 14 in einer Lagerschale 16 eines Gehäuses 18 eingesetzt sein kann. Das Loslager 12 kann einen mit einer Welle, insbesondere Rotorwelle der elektrischen Maschine, fest verbundenen Innenring 20 aufweisen, der über mehrere, beispielsweise als Kugeln oder Zylinder ausgestaltete, Wälzkörper 22 mit einem relativ verdrehbaren Außenring 24 gekoppelt ist. Die Wälzkörper 22 können insbesondere in vertieften Laufbahnen, die in dem Innenring 20 und dem Außenring 24 eingebracht sind, laufen, so dass sich ein unteilbares Lager für das Loslager 12 ergibt.
-
An mindestens einem in Umfangsrichtung begrenzten Bereich der Lagerschale 16 ist eine nach radial außen abgehende Aufnahmetasche 24 vorgesehen, in die eine Anpresseinrichtung 26 eingesetzt ist. Die Anpresseinrichtung 26 weist einen an die Außenkontur des Außenrings 24 angepassten Gleitschuh 28 auf, der insbesondere mit einer reibungsreduzierenden Beschichtung versehen ist. Wenn sich die mit dem Innenring 20 verbundene Welle aufgrund einer im laufenden Betrieb auftretenden Temperaturerhöhung dehnen sollte, kann das Loslager 12 an dem Gleitschuh 28 leicht in axialer Richtung abgleiten und einen axialen Längenausgleich ermöglichen. Der Gleitschuh 28 kann über mindestens ein, beispielsweise als vergleichsweise lange Druckfeder mit einer weichen Federkonstante ausgebildetes, Federelement 30 und/oder mindestens ein Dämpferelement 32, das einen dissipativen Deformationsanteil aufweist, an dem Material der Lagerschale 16 radial nachgiebig abgestützt sein. Das Federelement 30 kann eine Anpresskraft in radialer Richtung, insbesondere in Schwerkraftrichtung, auf den Außenring 24 des Loslagers 12 aufprägen, um das Radialspiel 14 zu überwinden und Radialschwingungen der Welle und des Loslagers 12 zu dämpfen. Wenn sich das Loslager 12 temperaturbedingt gegen die Anpresskraft der Anpresseinrichtung 26 ausdehnen sollte, stellt das Radialspiel 14 den hierzu erforderlichen Freiraum zur Verfügung. Aufgrund einer vergleichsweise geringen Federkonstante des Federelements 30 erhöht sich die Anpresskraft der Anpresseinrichtung 26 bei einem Aufdehnen des Loslagers nur geringfügig, so dass eine unnötige Reibungskraft, die einen axialen Längenausgleich erschweren würde, vermieden ist.
-
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 102014202279 A1 [0002]
