DE102021203002A1

DE102021203002A1 - Arrangement for sealing a rotor shaft of an electric machine, electric machine and drive device

Info

Publication number: DE102021203002A1
Application number: DE102021203002.5A
Authority: DE
Inventors: Vyacheslav Brushkivskyy
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2022-09-29
Also published as: WO2022199984A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Abdichtung einer Rotorwelle (1, 101) einer E-Maschine (5, 105) in einem Gehäuse (2, 102), wobei die Rotorwelle (1, 101) über ein Dichtelement (8, 108) gegenüber dem Gehäuse (2, 102) abgedichtet ist und radial zwischen dem Dichtelement (8, 108) und der Rotorwelle (1, 101) ein Kühlring (9, 109) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft zudem eine E-Maschine (5, 105) mit einer Rotorwelle (1, 101), einem Gehäuse (2, 102) und einer solchen Anordnung zur Abdichtung der Rotorwelle (1, 101). Die Erfindung betrifft auch eine Antriebsvorrichtung zum elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs, aufweisend eine solche E-Maschine (5, 105) zur Bereitstellung einer Antriebsleistung der Antriebsvorrichtung.The invention relates to an arrangement for sealing a rotor shaft (1, 101) of an electric machine (5, 105) in a housing (2, 102), the rotor shaft (1, 101) being sealed against the The housing (2, 102) is sealed and a cooling ring (9, 109) is arranged radially between the sealing element (8, 108) and the rotor shaft (1, 101). The invention also relates to an electric machine (5, 105) with a rotor shaft (1, 101), a housing (2, 102) and such an arrangement for sealing the rotor shaft (1, 101). The invention also relates to a drive device for electrically driving a motor vehicle, having such an electric machine (5, 105) for providing drive power for the drive device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Abdichtung einer Rotorwelle einer E-Maschine in einem Gehäuse. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine E-Maschine mit einer solchen Anordnung zur Abdichtung einer Rotorwelle und eine Antriebsvorrichtung zum elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs, aufweisend eine solche E-Maschine.The invention relates to an arrangement for sealing a rotor shaft of an electric machine in a housing. Furthermore, the present invention relates to an electric machine with such an arrangement for sealing a rotor shaft and a drive device for electrically driving a motor vehicle, having such an electric machine.

Eine Dichtungsvorrichtung für eine Rotorwelle einer E-Maschine ist bereits aus der DE 10 2018 219 781 A1 bekannt. Zur Abdichtung der Rotorwelle ist eine Wellendichtung zwischen einem Gehäuse und der Rotorwelle angeordnet.A sealing device for a rotor shaft of an electric machine is already DE 10 2018 219 781 A1 known. To seal the rotor shaft, a shaft seal is arranged between a housing and the rotor shaft.

Da E-Maschinen mit hohen Drehzahlen betrieben werden können, können an der Rotorwelle einer E-Maschine hohe Umfangsgeschwindigkeiten vorherrschen, wodurch es zu einer starken thermischen Beanspruchung einer zwischen einem Gehäuse und der Rotorwelle angeordneten Wellendichtung kommen kann. Dadurch kann eine Dichtwirkung der Wellendichtung nachlassen und eine die Wellendichtung durchdringende Leckage entstehen.Since electric machines can be operated at high speeds, high peripheral speeds can prevail on the rotor shaft of an electric machine, which can result in severe thermal stress on a shaft seal arranged between a housing and the rotor shaft. As a result, the sealing effect of the shaft seal can decrease and a leak can occur that penetrates the shaft seal.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik weiterzubilden.The object of the invention is to further develop the prior art.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Hauptansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen entnehmbar.This object is solved by the features of the main claims. Advantageous embodiments can be found in the dependent claims.

Es wird eine Anordnung zur Abdichtung einer Rotorwelle einer E-Maschine in einem Gehäuse vorgeschlagen, wobei die Rotorwelle über ein Dichtelement gegenüber dem Gehäuse abgedichtet ist. Zudem wird eine E-Maschine mit einer Rotorwelle und mit einer solchen Anordnung zur Abdichtung der Rotorwelle und damit eines Innenraums der E-Maschine vorgeschlagen. Zudem wird eine Antriebsvorrichtung zum elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, aufweisend eine solche E-Maschine zur Bereitstellung einer Antriebsleistung der Antriebsvorrichtung. Eine solche E-Maschine wandelt elektrische Energie in eine mechanische Rotationsbewegung um, oder umgekehrt. Eine solche E-Maschine ist im Bedarfsfall als elektrischer Motor oder Generator betreibbar. Bei der E-Maschine kann es sich beispielsweise um eine Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine handeln.An arrangement for sealing a rotor shaft of an electric machine in a housing is proposed, the rotor shaft being sealed off from the housing by a sealing element. In addition, an electric machine with a rotor shaft and with such an arrangement for sealing the rotor shaft and thus an interior of the electric machine is proposed. In addition, a drive device for electrically driving a motor vehicle is proposed, having such an electric machine for providing a drive power of the drive device. Such an e-machine converts electrical energy into a mechanical rotational movement, or vice versa. If necessary, such an electric machine can be operated as an electric motor or generator. The electric machine can be a synchronous machine or an asynchronous machine, for example.

Unter einem Dichtelement wird insbesondere ein Bauteil verstanden, das Fluid im Bereich der Rotorwelle zurückhalten soll. Ein solches Dichtelement kann als Wellendichtung bezeichnet werden. Solche Wellendichtungen sind an sich bereits bekannt, beispielsweise als Radialwellendichtring oder als Labyrinthdichtung.A sealing element is understood to mean, in particular, a component which is intended to hold back fluid in the area of the rotor shaft. Such a sealing element can be referred to as a shaft seal. Such shaft seals are already known per se, for example as a radial shaft seal or as a labyrinth seal.

Die vorgeschlagene Anordnung zur Abdichtung der Rotorwelle der E-Maschine weist einen Kühlring auf, welcher radial zwischen dem Dichtelement und der Rotorwelle angeordnet ist. Der Kühlring kann beispielsweise als Stahlring ausgebildet sein. Durch die Ausbildung als Stahlring weist der Kühlring eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Die Rotorwelle weist eine in den Kühlring mündende Radialbohrung auf, die mit einer in der Rotorwelle vorgesehenen Axialbohrung verbunden ist. Über die Axialbohrung und die Radialbohrung wird der Kühlring mit einem Kühlfluid versorgt. Die Radialbohrung kann hierbei auch eine axiale Erstreckung aufweisen, also schräg durch die Rotorwelle verlaufen. Auch kann die Radialbohrung als Blende oder Drossel ausgebildet sein. Entsprechend kann die Axialbohrung eine radiale Erstreckung aufweisen und somit schräg durch die Rotorwelle verlaufen. Auch kann die Axialbohrung als Blende oder Drossel ausgebildet sein. Das Kühlfluid kann beispielsweise ein Schmiermittel oder ein Kühlmittel sein.The proposed arrangement for sealing the rotor shaft of the electric machine has a cooling ring which is arranged radially between the sealing element and the rotor shaft. The cooling ring can be designed as a steel ring, for example. Due to the design as a steel ring, the cooling ring has a relatively high thermal conductivity. The rotor shaft has a radial bore which opens into the cooling ring and is connected to an axial bore provided in the rotor shaft. The cooling ring is supplied with a cooling fluid via the axial bore and the radial bore. In this case, the radial bore can also have an axial extent, that is to say run obliquely through the rotor shaft. The radial bore can also be designed as a diaphragm or throttle. Correspondingly, the axial bore can have a radial extension and thus run obliquely through the rotor shaft. The axial bore can also be designed as a diaphragm or throttle. The cooling fluid can be a lubricant or a coolant, for example.

Durch die vorgeschlagene Anordnung zur Abdichtung der Rotorwelle kann die thermische Belastung des Dichtelements auch bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten der Rotorwelle reduziert werden. Die aufgrund hoher Umfangsgeschwindigkeiten der Rotorwelle entstehende Wärme im Bereich des Dichtelements kann auf das durch den Kühlring geführte Kühlfluid übertragen und dadurch vom Dichtelement weggeführt werden. Dadurch kann eine Dichtwirkung des Dichtelements bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten der Rotorwelle verbessert werden und eine aufgrund thermischer Belastung des Dichtelements auftretende Leckage über das Dichtelement in einen Innenraum der E-Maschine vermieden werden.The proposed arrangement for sealing the rotor shaft allows the thermal load on the sealing element to be reduced even at high peripheral speeds of the rotor shaft. The heat generated in the area of the sealing element due to the high peripheral speeds of the rotor shaft can be transferred to the cooling fluid guided through the cooling ring and thus conducted away from the sealing element. As a result, a sealing effect of the sealing element can be improved at high peripheral speeds of the rotor shaft and leakage through the sealing element into an interior of the electric machine, which occurs due to thermal loading of the sealing element, can be avoided.

Vorzugsweise ist der Kühlring derart ausgebildet, dass dieser gemeinsam mit der Rotorwelle der E-Maschine einen Kühlkanal ausbildet. Hierzu kann der Kühlring beispielsweise aus einem Vollmaterial hergestellt werden, in welches eine Nut eingebracht wird. Der Kühlring kann auch aus einem Stahlblech hergestellt werden, bei welchem seitliche Stege abgekantet werden. Der Kühlring weist vorzugsweise einen u-förmigen Querschnitt auf.The cooling ring is preferably designed in such a way that it forms a cooling channel together with the rotor shaft of the electric machine. For this purpose, the cooling ring can be made from a solid material, for example, into which a groove is introduced. The cooling ring can also be made from sheet steel, in which lateral webs are folded. The cooling ring preferably has a U-shaped cross section.

Vorzugsweise weist der Kühlring eine äußere, vorzugsweise zylindrische Gleitfläche auf, welche in gleitendem Kontakt mit dem Dichtelement steht. Die zylindrische Gleitfläche bildet somit eine Lauffläche für das Dichtelement. Das Dichtelement dichtet somit - mittelbar über den Kühlring - die Rotorwelle gegenüber dem Gehäuse ab.The cooling ring preferably has an outer, preferably cylindrical, sliding surface which is in sliding contact with the sealing element. The cylindrical sliding surface thus forms a running surface for the sealing element. The sealing element thus seals the rotor shaft from the housing—indirectly via the cooling ring.

Der Kühlring kann mit der Rotorwelle gefügt werden, d. h. Kühlring und Rotorwelle sind durch eine mechanische oder stoffliche Verbindung fest miteinander verbunden. Beispielsweise kann der Kühlring auf die Rotorwelle aufgepresst oder aufgeschrumpft oder mit der Rotorwelle verklebt werden.The cooling ring can be joined to the rotor shaft, ie cooling ring and rotor shaft are firmly connected to one another by a mechanical or material connection. For example, the The cooling ring can be pressed or shrunk onto the rotor shaft or glued to the rotor shaft.

Die Rotorwelle ist vorzugsweise über zwei Lager gegenüber dem Gehäuse abgestützt. Der Kühlring kann zwischen der Rotorwelle, d. h. zwischen einem axialen Anschlag auf der Rotorwelle und einem der beiden Lager, über welches die Rotorwelle gegenüber dem Gehäuse abgestützt ist, eingeklemmt sein. Damit ist der Kühlring in axialer und auch in tangentialer Richtung fixiert. Ist das Lager als Wälzlager ausgebildet, dann kann der Kühlring zwischen dem axialen Anschlag auf der Rotorwelle und einem Innenring des Wälzlagers eingeklemmt sein. Bei Ausbildung des Lagers als Wälzlager kann der Kühlring auch einstückig mit dem Innenring des Wälzlagers ausgebildet sein, d. h., in den Innenring integriert sein. Damit ergibt sich eine vereinfachte Montage, da ein Teil weniger zu montieren ist. Mit axialer Richtung soll vorliegend die Richtung entlang der Rotationsachse der Rotorwelle verstanden werden.The rotor shaft is preferably supported with respect to the housing via two bearings. The cooling ring can be placed between the rotor shaft, i. H. be clamped between an axial stop on the rotor shaft and one of the two bearings via which the rotor shaft is supported relative to the housing. The cooling ring is thus fixed in the axial and also in the tangential direction. If the bearing is designed as a roller bearing, then the cooling ring can be clamped between the axial stop on the rotor shaft and an inner ring of the roller bearing. If the bearing is designed as a roller bearing, the cooling ring can also be designed in one piece with the inner ring of the roller bearing, d. i.e. integrated into the inner ring. This results in simplified assembly, since there is one less part to assemble. In the present case, the axial direction should be understood to mean the direction along the axis of rotation of the rotor shaft.

Das Dichtelement kann als Radialwellendichtring mit einer Dichtlippe ausgebildet sein, welche auf der rotierenden Gleitfläche des Kühlrings gleitet. Die Dichtfunktion des Dichtelements besteht darin, dass der trockene Innenraum der E-Maschine, in welchem der Rotor umläuft, nach außen abgedichtet wird, insbesondere gegen das Eindringen von Schmiermittel, welches dem Lager für dessen Schmierung zugeführt wird. Das Schmiermittel, beispielsweise Öl, wird hierbei auch dem Kühlring zugeführt und dient als Kühlfluid.The sealing element can be designed as a radial shaft sealing ring with a sealing lip, which slides on the rotating sliding surface of the cooling ring. The sealing function of the sealing element is that the dry interior of the electric machine, in which the rotor rotates, is sealed off from the outside, in particular against the ingress of lubricant, which is supplied to the bearing for its lubrication. The lubricant, for example oil, is also fed to the cooling ring and serves as a cooling fluid.

Wird durch das Fügen von Kühlring und Rotorwelle keine hinreichende Dichtheit zwischen den Fügeteilen erzielt, kann der Kühlring gegenüber der Rotorwelle durch ein weiteres Dichtelement, vorzugsweise einen O-Ring, abgedichtet werden.If the joining of the cooling ring and the rotor shaft does not result in sufficient tightness between the parts to be joined, the cooling ring can be sealed off from the rotor shaft by a further sealing element, preferably an O-ring.

Radial und/oder axial zwischen dem Kühlring und der Rotorwelle kann ein Schutzelement angeordnet sein, welches die Wärmeleitung in der Rotorwelle hemmt und/oder den Wärmefluss in der Rotorwelle umlenkt. Die Richtung des Wärmeflusses wird durch die Anordnung und Gestaltung des Schutzelements derart beeinflusst, dass der Wärmefluss vom Kühlring und somit vom Dichtelement ferngehalten und in einem Abstand um den Kühlring bzw. das Dichtelement herumgeführt wird, so dass keine unzulässig hohen Temperaturen im Bereich des Dichtelements auftreten. Eine vom Rotor der E-Maschine erzeugte Wärme kann somit von dem Kühlring und von dem Dichtelement ferngehalten werden, was die thermische Belastung des Dichtelements weiter reduziert.A protective element can be arranged radially and/or axially between the cooling ring and the rotor shaft, which protective element inhibits the heat conduction in the rotor shaft and/or deflects the heat flow in the rotor shaft. The direction of the heat flow is influenced by the arrangement and design of the protective element in such a way that the heat flow is kept away from the cooling ring and thus from the sealing element and is guided at a distance around the cooling ring or the sealing element, so that no impermissibly high temperatures occur in the area of the sealing element . Heat generated by the rotor of the electric machine can thus be kept away from the cooling ring and from the sealing element, which further reduces the thermal load on the sealing element.

Das den Wärmefluss umlenkende Schutzelement kann ringförmig oder als Ring ausgebildet sein. Als Ring umschließt das Schutzelement den gesamten Umfang der Rotorwelle und lenkt somit den Wärmefluss, welcher sich zwischen dem Rotor und dem Ring zunächst axial an der Oberfläche der Rotorwelle ausbreitet, radial nach innen um, so dass der Bereich höherer Temperaturen einen vergrößerten Abstand zum Kühlring und somit auch zum Dichtelement aufweist.The protective element that deflects the flow of heat can be designed in the form of a ring or as a ring. As a ring, the protective element encloses the entire circumference of the rotor shaft and thus deflects the heat flow, which initially spreads axially between the rotor and the ring on the surface of the rotor shaft, radially inward, so that the area with higher temperatures has a larger distance to the cooling ring and thus also has to the sealing element.

Das Schutzelement kann aus einem Material mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein. Ein solches Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit kann beispielsweise ein Keramikwerkstoff oder ein Kunststoff sein.The protective element can be made of a material with a low thermal conductivity. Such a material with low thermal conductivity can be a ceramic material or a plastic, for example.

Das ringförmige Schutzelement respektive der Ring kann mit der Rotorwelle gefügt werden, d. h. Ring und Rotorwelle sind durch eine mechanische oder stoffliche Verbindung fest miteinander verbunden. Zudem wird der Kühlring mit dem Schutzelement gefügt. Beispielsweise kann der Ring auf die Rotorwelle aufgepresst oder aufgeschrumpft oder mit der Rotorwelle verklebt werden. Ebenso kann der Kühlring auf das Schutzelement aufgepresst oder aufgeschrumpft oder mit dem Schutzelement verklebt werden.The annular protective element or the ring can be joined to the rotor shaft, i. H. Ring and rotor shaft are firmly connected to each other by a mechanical or material connection. In addition, the cooling ring is joined to the protective element. For example, the ring can be pressed or shrunk onto the rotor shaft or glued to the rotor shaft. Likewise, the cooling ring can be pressed or shrunk onto the protective element or glued to the protective element.

Die vorgeschlagene E-Maschine verfügt über eine drehbar antreibbare Rotorwelle. Die Rotorwelle ist insbesondere mit einem Rotor der E-Maschine verbunden, was auch eine einstückige Ausführung von Rotor und Rotorwelle umfasst. Der Rotor und damit auch die Rotorachse sind insbesondere mittels eines gehäusefesten Stators der E-Maschine drehbar. Die E-Maschine verfügt über einen Innenraum, in dem der mit der Rotorwelle verbundene Rotor drehbar angeordnet ist. Die E-Maschine verfügt über die vorgeschlagene Anordnung zur Abdichtung der Rotorwelle der E-Maschine. Die Anordnung zur Abdichtung der Rotorwelle dichtet den Innenraum der E-Maschine an der Rotorwelle gegen ein Äußeres ab. Durch die vorgeschlagene Anordnung zur Abdichtung der Rotorwelle kann die thermische Belastung des Dichtelements reduziert werden. Dadurch kann eine aufgrund thermischer Belastung des Dichtelements auftretende Leckage über das Dichtelement in den Innenraum der E-Maschine vermieden werden. Somit wird verhindert, dass ein Fluid von außen in den Innenraum der E-Maschine gelangt und sich dort unkontrolliert verteilt.The proposed electric machine has a rotatably drivable rotor shaft. The rotor shaft is in particular connected to a rotor of the electric machine, which also includes a one-piece design of the rotor and rotor shaft. The rotor and thus also the rotor axis can be rotated in particular by means of a stator of the electric machine that is fixed to the housing. The electric machine has an interior space in which the rotor, which is connected to the rotor shaft, is rotatably arranged. The e-machine has the proposed arrangement for sealing the rotor shaft of the e-machine. The arrangement for sealing the rotor shaft seals the interior of the electric machine on the rotor shaft from the outside. The thermal load on the sealing element can be reduced by the proposed arrangement for sealing the rotor shaft. As a result, leakage through the sealing element into the interior of the electric machine, which occurs as a result of thermal stress on the sealing element, can be avoided. This prevents fluid from entering the interior of the electric machine from outside and spreading there in an uncontrolled manner.

Die vorgeschlagene Antriebsvorrichtung dient zum elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs. Dementsprechend weist die Antriebsvorrichtung eine E-Maschine zur Bereitstellung einer Antriebsleistung für das Kraftfahrzeug auf. Die Antriebsvorrichtung kann insbesondere als Antriebsmodul ausgebildet sein. Die Antriebsvorrichtung kann beispielsweise zur Anordnung an eine angetriebene Achse des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Die E-Maschine der Antriebsvorrichtung ist durch die vorgeschlagene E-Maschine gebildet, also umfasst sie die vorgeschlagene Anordnung zur Abdichtung der Rotorwelle der E-Maschine.The proposed drive device is used to drive a motor vehicle electrically. Accordingly, the drive device has an electric machine for providing drive power for the motor vehicle. The drive device can be designed in particular as a drive module. The drive device can be designed, for example, to be arranged on a driven axle of the motor vehicle. The e-machine the drive device is formed by the proposed electric machine, so it includes the proposed arrangement for sealing the rotor shaft of the electric machine.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen

1 eine Lagerung und Abdichtung einer Rotorwelle in einem Gehäuse für ein linkes Lager der Rotorwelle in einer Schnittdarstellung und
2 eine Lagerung und Abdichtung einer Rotorwelle in einem Gehäuse für ein rechtes Lager der Rotorwelle in einer Schnittdarstellung.

An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below, with further features and/or advantages being able to result from the description and/or the drawing. Show it

1 a bearing and sealing of a rotor shaft in a housing for a left bearing of the rotor shaft in a sectional view and
2 a bearing and sealing of a rotor shaft in a housing for a right-hand bearing of the rotor shaft in a sectional view.

1 zeigt einen Ausschnitt einer Lagerung und Abdichtung einer Rotorwelle 1 in einem Gehäuse 2 in einem Axialschnitt. Die Rotorwelle 1 ist mittels eines ersten (linken) Lagers, welches als Wälzlagers 3 ausgebildet ist, in dem Gehäuse 2 gelagert. Das Wälzlager 3 weist einen Innenring 3a und einen Außenring 3b auf. Auf der Rotorwelle 1 ist der Rotor 4 einer E-Maschine 5 und radial außerhalb des Rotors 4 ist der Stator 6 der E-Maschine 5 angeordnet. Der Rotor 4 läuft in einem trockenen Innenraum 7 um, der innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet und nach außen abgedichtet ist. In der Zeichnung rechts vom Wälzlager 3, also auf der dem Rotor 4 zugewandten Seite des Wälzlagers 3 ist ein Dichtelement 8 angeordnet und im Gehäuse 2 fixiert. Das Dichtelement ist vorzugsweise als Radialwellendichtring 8 ausgebildet. Radial innerhalb des Radialwellendichtringes 8 ist ein Kühlring 9 angeordnet, welcher mit der Rotorwelle 1 gefügt ist. 1 shows a detail of a bearing and sealing of a rotor shaft 1 in a housing 2 in an axial section. The rotor shaft 1 is mounted in the housing 2 by means of a first (left) bearing, which is designed as a roller bearing 3 . The roller bearing 3 has an inner ring 3a and an outer ring 3b. The rotor 4 of an electric machine 5 is arranged on the rotor shaft 1 and the stator 6 of the electric machine 5 is arranged radially outside of the rotor 4 . The rotor 4 rotates in a dry interior 7, which is arranged inside the housing 2 and is sealed off from the outside. In the drawing, to the right of the roller bearing 3 , ie on the side of the roller bearing 3 facing the rotor 4 , a sealing element 8 is arranged and fixed in the housing 2 . The sealing element is preferably designed as a radial shaft sealing ring 8 . A cooling ring 9 , which is joined to the rotor shaft 1 , is arranged radially inside the radial shaft sealing ring 8 .

Der Kühlring 9 ist hier derart ausgebildet, dass dieser gemeinsam mit der Rotorwelle 1 der E-Maschine 5 einen Kühlkanal 12 ausbildet. Die Rotorwelle 1 weist eine Drehachse a auf. Zudem weist die Rotorwelle 1 eine Axialbohrung 1a und eine Radialbohrung 1 b auf, welche einer Kühlfluidzufuhr dienen. Über die Axialbohrung 1 a und die Radialbohrung 1b wird der Kühlring 9 mit Kühlfluid 10 versorgt. Das Kühlfluid 10 ist als Schmieröl ausgebildet und dient neben der Kühlung des Dichtelements 8 auch der Schmierung des Wälzlagers 3.The cooling ring 9 is designed here in such a way that it forms a cooling duct 12 together with the rotor shaft 1 of the electric machine 5 . The rotor shaft 1 has an axis of rotation a. In addition, the rotor shaft 1 has an axial bore 1a and a radial bore 1b, which serve to supply cooling fluid. The cooling ring 9 is supplied with cooling fluid 10 via the axial bore 1a and the radial bore 1b. The cooling fluid 10 is in the form of lubricating oil and, in addition to cooling the sealing element 8, also serves to lubricate the roller bearing 3.

Der Kühlring 9, weist eine dem Wälzlager 3 zugewandte Stirnfläche 9b und eine dem Rotor 4 zugewandte Stirnfläche 9c auf und ist zwischen einem axialen Anschlag der Rotorwelle 1 und dem Innenring 3a des Wälzlagers 3 in axialer Richtung fixiert. Der Kühlring weist hier einen u-förmigen Querschnitt auf. Der Kühlring 9 weist an der dem Wälzlager 3 zugewandten Seite einen Durchlass auf, durch welchen dem Wälzlager 3 Schmieröl aus dem Kühlkanal 12 zugeleitet wird. Der Druchlass kann beispielweise als Bohrung ausgebildet sein. Der Innenraum 7 der E-Maschine 5 wird durch das Dichtelement 8 abgedichtet; insbesondere wird durch das Dichtelement 8 verhindert, dass Schmieröl, welches dem Wälzlager 3 zugeführt wird, in den Innenraum 7 eindringt.The cooling ring 9 has an end face 9b facing the roller bearing 3 and an end face 9c facing the rotor 4 and is fixed in the axial direction between an axial stop of the rotor shaft 1 and the inner ring 3a of the roller bearing 3 . The cooling ring has a U-shaped cross section here. On the side facing the roller bearing 3 , the cooling ring 9 has a passage through which lubricating oil from the cooling channel 12 is fed to the roller bearing 3 . The passage can be designed as a bore, for example. The interior 7 of the electric machine 5 is sealed off by the sealing element 8; In particular, the sealing element 8 prevents lubricating oil, which is supplied to the roller bearing 3 , from penetrating into the interior space 7 .

Der Kühlring 9 weist eine zylindrische als Gleitfläche ausgebildete Außenfläche 9a auf, welche mit dem Dichtelement 8, insbesondere der Dichtlippe des Radialwellendichtringes 8 in Gleitkontakt steht. Die Außenfläche 9a bildet somit eine Lauffläche für das Dichtelement 8. Das Dichtelement 8 dichtet somit - mittelbar über den Kühlring 9 - die Rotorwelle 1 gegenüber dem Gehäuse 2 ab.The cooling ring 9 has a cylindrical outer surface 9a designed as a sliding surface, which is in sliding contact with the sealing element 8, in particular the sealing lip of the radial shaft sealing ring 8. The outer surface 9a thus forms a running surface for the sealing element 8. The sealing element 8 thus seals the rotor shaft 1 in relation to the housing 2—indirectly via the cooling ring 9.

Durch die Anordnung des Kühlrings 9 radial zwischen der Rotorwelle 1 und dem Dichtelement 8 kann die thermische Belastung des Dichtelements 8 auch bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten der Rotorwelle 1 reduziert werden. Die aufgrund hoher Umfangsgeschwindigkeiten der Rotorwelle 1 entstehende Wärme im Bereich des Dichtelements 8 kann auf das durch den Kühlring 9 geführte Kühlfluid 10 übertragen und dadurch vom Dichtelement 8 weggeführt werden. Dadurch kann eine Dichtwirkung des Dichtelements 8 bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten der Rotorwelle 1 verbessert werden und eine aufgrund thermischer Belastung des Dichtelements 8 auftretende Leckage über das Dichtelement 8 in einen Innenraum 7 der E-Maschine 5 vermieden werden. Der Kühlring 9 kann als Stahlring ausgebildet sein.By arranging the cooling ring 9 radially between the rotor shaft 1 and the sealing element 8, the thermal load on the sealing element 8 can be reduced even at high peripheral speeds of the rotor shaft 1. The heat generated in the area of the sealing element 8 due to the high circumferential speeds of the rotor shaft 1 can be transferred to the cooling fluid 10 conducted through the cooling ring 9 and thus conducted away from the sealing element 8 . As a result, a sealing effect of the sealing element 8 can be improved at high peripheral speeds of the rotor shaft 1 and leakage through the sealing element 8 into an interior 7 of the electric machine 5 that occurs due to thermal loading of the sealing element 8 can be avoided. The cooling ring 9 can be designed as a steel ring.

Wird durch das Fügen von Kühlring 9 und Rotorwelle 1 keine hinreichende Dichtheit zwischen Kühlring 9 und Rotorwelle 1 erzielt, kann der Kühlring 9 gegenüber der Rotorwelle durch ein weiteres - hier nicht dargestelltes - Dichtelement abgedichtet werden.If the joining of the cooling ring 9 and the rotor shaft 1 does not result in adequate sealing between the cooling ring 9 and the rotor shaft 1, the cooling ring 9 can be sealed off from the rotor shaft by a further sealing element (not shown here).

Für den Fall, dass dennoch geringe Mengen Schmieröl, eine so genannte Leckage, in den Innenraum 7 der E-Maschine 5 eindringen sollte, ist eine Fangvorrichtung 11 zum Auffangen von Schmieröl, welches durch eine Schulter (ohne Bezugszahl) der Rotorwelle 1 abgeschleudert wird, vorgesehen.In the event that small amounts of lubricating oil, a so-called leakage, should penetrate into the interior 7 of the electric machine 5, a catching device 11 for catching lubricating oil, which is thrown off by a shoulder (without reference number) of the rotor shaft 1, intended.

2 zeigt einen weiteren Ausschnitt einer Lagerung und Abdichtung der Rotorwelle 101 in dem Gehäuse 102 in einem Axialschnitt. Für gleiche oder analoge Teile werden gleiche, jedoch um 100 erhöhte Bezugszahlen wie in 1 verwendet. Die Rotorwelle 101 ist mittels eines zweiten (rechten) Lagers, welches als Wälzlagers 103 ausgebildet ist, in dem Gehäuse 102 gelagert. Das Wälzlager 103 weist einen Innenring 103a und einen Außenring 103b auf. 2 shows a further section of a bearing and sealing of the rotor shaft 101 in the housing 102 in an axial section. For identical or analogous parts, the same reference numbers, but increased by 100, are used as in 1 used. The rotor shaft 101 is mounted in the housing 102 by means of a second (right) bearing, which is designed as a roller bearing 103 . The roller bearing 103 has an inner ring 103a and an outer ring 103b.

Auf der Rotorwelle 101 ist der Rotor 104 einer E-Maschine 105 und radial außerhalb des Rotors 104 ist der Stator 106 der E-Maschine 105 angeordnet. Der Rotor 104 läuft in einem trockenen Innenraum 107 um, der innerhalb des Gehäuses 102 angeordnet und nach außen abgedichtet ist. In der Zeichnung links vom Wälzlager 103, also auf der dem Rotor 104 zugewandten Seite des Wälzlagers 103 ist ein Dichtelement 108 angeordnet und im Gehäuse 102 fixiert. Das Dichtelement ist vorzugsweise als Radialwellendichtring 108 ausgebildet. Radial innerhalb des Radialwellendichtringes 108 ist ein Kühlring 109 angeordnet, welcher mit der Rotorwelle 101 gefügt ist.The rotor 104 of an electric machine 105 is arranged on the rotor shaft 101 and the stator 106 of the electric machine 105 is arranged radially outside of the rotor 104 . The rotor 104 rotates in a dry inner space 107 which is arranged inside the housing 102 and is sealed off from the outside. In the drawing, to the left of the roller bearing 103, ie on the side of the roller bearing 103 facing the rotor 104, a sealing element 108 is arranged and fixed in the housing 102. The sealing element is preferably designed as a radial shaft sealing ring 108 . A cooling ring 109 , which is joined to the rotor shaft 101 , is arranged radially inside the radial shaft sealing ring 108 .

Auch hier ist der Kühlring 109 derart ausgebildet, dass dieser gemeinsam mit der Rotorwelle 101 der E-Maschine 105 einen Kühlkanal 112 ausbildet. Die Rotorwelle 101 weist die Drehachse a auf. Zudem weist die Rotorwelle 101 eine Axialbohrung und eine Radialbohrung auf, welche der Kühlfluidzufuhr dienen. Über die Axialbohrung und die Radialbohrung wird der Kühlring 109 mit Kühlfluid 110 versorgt. Das Kühlfluid 110 ist als Schmieröl ausgebildet und dient neben der Kühlung des Dichtelements 108 auch der Schmierung des Wälzlagers 103.Here, too, the cooling ring 109 is designed in such a way that it forms a cooling channel 112 together with the rotor shaft 101 of the electric machine 105 . The rotor shaft 101 has the axis of rotation a. In addition, the rotor shaft 101 has an axial bore and a radial bore, which serve to supply cooling fluid. The cooling ring 109 is supplied with cooling fluid 110 via the axial bore and the radial bore. The cooling fluid 110 is in the form of lubricating oil and, in addition to cooling the sealing element 108, also serves to lubricate the roller bearing 103.

Der Kühlring 109 ist zwischen einem axialen Anschlag der Rotorwelle 101 und dem Innenring 103a des Wälzlagers 103 in axialer Richtung fixiert. Der Kühlring 109 weist auch hier einen u-förmigen Querschnitt auf.The cooling ring 109 is fixed in the axial direction between an axial stop of the rotor shaft 101 and the inner ring 103a of the roller bearing 103 . The cooling ring 109 also has a U-shaped cross section here.

Der Kühlring 109 weist eine zylindrische als Gleitfläche ausgebildete Außenfläche auf, welche mit dem Dichtelement 108, insbesondere der Dichtlippe des Radialwellendichtringes 108 in Gleitkontakt steht. Die Außenfläche bildet somit eine Lauffläche für das Dichtelement 108. Das Dichtelement 108 dichtet somit - mittelbar über den Kühlring 109 - die Rotorwelle 101 gegenüber dem Gehäuse 102 ab. Der Kühlring 109 weist an der dem Dichtelement 108 zugewandten Seite einen Durchlass auf, durch welchen dem Wälzlager 103 Schmieröl aus dem Kühlkanal 112 zugeleitet wird. The cooling ring 109 has a cylindrical outer surface designed as a sliding surface, which is in sliding contact with the sealing element 108, in particular the sealing lip of the radial shaft sealing ring 108. The outer surface thus forms a running surface for the sealing element 108. The sealing element 108 thus seals the rotor shaft 101 in relation to the housing 102—indirectly via the cooling ring 109. On the side facing the sealing element 108 , the cooling ring 109 has a passage through which lubricating oil from the cooling channel 112 is fed to the roller bearing 103 .

In axialer Richtung gesehen ist der Durchlass zwischen dem Wälzlager 103 und dem Dichtelement 108 angeordnet. Der Durchlass kann als Bohrung ausgebildet sein. Der Innenraum 107 der E-Maschine 105 wird durch das Dichtelement 108 abgedichtet; insbesondere wird durch das Dichtelement 108 verhindert, dass Schmieröl, welches dem Wälzlager 103 zugeführt wird, in den Innenraum 107 eindringt.Viewed in the axial direction, the passage is arranged between the roller bearing 103 and the sealing element 108 . The passage can be designed as a bore. The interior 107 of the electric machine 105 is sealed off by the sealing element 108; In particular, the sealing element 108 prevents lubricating oil, which is supplied to the roller bearing 103 , from penetrating into the interior space 107 .

In axialer Richtung gesehen ist zwischen dem Rotor 104 und dem Dichtelement 108 benachbart zum Dichtelement 108 eine Wellenerdung 113 angeordnet. Unter einer solchen Wellenerdung 113 wird insbesondere ein Bauelement verstanden, das eine drehbare elektrische Verbindung zwischen der Rotorwelle 101 und einem elektrischen Bezugspotential herstellt. Ein solches Bezugspotential ist beispielsweise ein elektrisches Erdpotential oder eine elektrische Masse. Der Kühlring 109 weist hier, verglichen mit dem Kühlring 9 aus 1, eine längere axiale Erstreckung auf, sodass neben dem Dichtelement 108 auch die Wellenerdung 113 auf der zylindrischen Außenfläche des Kühlrings 109 angeordnet ist. Die Wellenerdung 113 verbindet somit die Rotorwelle 101 - mittelbar über den Kühlring 109 - elektrisch mit dem Gehäuse 102. Die Wellenerdung 113 verfügt über zumindest eine massive oder flexible Bürste zur Herstellung eines Schleifkontakts mit dem Kühlring 109. Die Wellenerdung 113 ist insbesondere als Wellenerdungsring ausgebildet.Seen in the axial direction, a shaft grounding 113 is arranged between the rotor 104 and the sealing element 108 adjacent to the sealing element 108 . Such a shaft grounding 113 is understood to mean, in particular, a component which produces a rotatable electrical connection between the rotor shaft 101 and an electrical reference potential. Such a reference potential is, for example, an electrical ground potential or an electrical ground. The cooling ring 109 has here compared to the cooling ring 9 1 , has a longer axial extent, so that the shaft grounding 113 is also arranged on the cylindrical outer surface of the cooling ring 109 in addition to the sealing element 108 . The shaft grounding 113 thus connects the rotor shaft 101 electrically to the housing 102 - indirectly via the cooling ring 109. The shaft grounding 113 has at least one solid or flexible brush for establishing a sliding contact with the cooling ring 109. The shaft grounding 113 is designed in particular as a shaft grounding ring.

Durch die Anordnung des Kühlrings 109 radial zwischen der Rotorwelle 101 und dem Dichtelement 108 sowie der Wellenerdung 113 kann sowohl die thermische Belastung des Dichtelements 108 als auch die thermische Belastung der Wellenerdung 113 bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten der Rotorwelle 101 reduziert werden. Die aufgrund hoher Umfangsgeschwindigkeiten der Rotorwelle 101 durch Schleifkontakt entstehende Wärme kann auf das durch den Kühlring 109 geführte Kühlfluid 110 übertragen und dadurch sowohl vom Dichtelement 108 als auch von der Wellenerdung 113 weggeführt werden. Dadurch kann die thermische Belastung diese Bauteile reduziert und die Lebensdauer erhöht werden.The arrangement of the cooling ring 109 radially between the rotor shaft 101 and the sealing element 108 as well as the shaft grounding 113 can reduce both the thermal load on the sealing element 108 and the thermal load on the shaft grounding 113 at high peripheral speeds of the rotor shaft 101. The heat generated due to high peripheral speeds of the rotor shaft 101 as a result of sliding contact can be transferred to the cooling fluid 110 guided through the cooling ring 109 and can thus be carried away both from the sealing element 108 and from the shaft grounding 113 . As a result, the thermal load on these components can be reduced and the service life increased.

Wird durch das Fügen von Kühlring 109 und Rotorwelle 101 keine hinreichende Dichtheit zwischen Kühlring 109 und Rotorwelle 101 erzielt, kann der Kühlring 109 gegenüber der Rotorwelle durch ein weiteres -hier nicht dargestelltes - Dichtelement abgedichtet werden.If the joining of cooling ring 109 and rotor shaft 101 does not result in adequate sealing between cooling ring 109 and rotor shaft 101, cooling ring 109 can be sealed off from the rotor shaft by a further sealing element (not shown here).

Für den Fall, dass dennoch geringe Mengen Schmieröl, eine so genannte Leckage, in den Innenraum 7 der E-Maschine 5 eindringen sollte, ist auch hier eine Fangvorrichtung 111 zum Auffangen von Schmieröl, welches durch eine Schulter (ohne Bezugszahl) der Rotorwelle 101 abgeschleudert wird, vorgesehen.In the event that small amounts of lubricating oil, a so-called leakage, should penetrate into the interior 7 of the electric machine 5, there is also a catching device 111 for catching lubricating oil that is thrown off through a shoulder (without reference number) of the rotor shaft 101 will, foreseen.

BezugszeichenlisteReference List

11: Rotorwellerotor shaft
1a1a: Axialbohrungaxial bore
1b1b: Radialbohrungradial bore
22: GehäuseHousing
33: Wälzlager (links)roller bearing (left)
3a3a: Innenringinner ring
3b3b: Außenringouter ring
44: Rotorrotor
55: E-Maschineelectric machine
66: Statorstator
77: Innenrauminner space
88th: Dichtelement/RadialwellendichtringSealing element/radial shaft seal
99: Kühlringcooling ring
9a9a: Außenflächeouter surface
9b9b: Stirnflächeface
9c9c: Stirnflächeface
1010: Kühlfluidcooling fluid
1111: Fangvorrichtungsafety gear
1212: Kühlkanal cooling channel
101101: Rotorwellerotor shaft
102102: GehäuseHousing
103103: Wälzlager (rechts)roller bearing (right)
103a103a: Innenringinner ring
103b103b: Außenringouter ring
104104: Rotorrotor
105105: E-Maschineelectric machine
106106: Statorstator
107107: Innenrauminner space
108108: Dichtelement/RadialwellendichtringSealing element/radial shaft seal
109109: Kühlringcooling ring
110110: Kühlfluidcooling fluid
111111: Fangvorrichtungsafety gear
112112: Kühlkanalcooling channel
113113: Wellenerdungshaft grounding
aa: Drehachseaxis of rotation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102018219781 A1 [0002]

Claims

Arrangement for sealing a rotor shaft (1, 101) of an electric machine (5, 105) in a housing (2, 102), the rotor shaft (1, 101) being sealed against the housing (2, 102) is sealed, characterized in that a cooling ring (9, 109) is arranged radially between the sealing element (8, 108) and the rotor shaft (1, 101).

arrangement according to claim 1 , characterized in that the rotor shaft (1, 101) has a radial bore (1b) opening into the cooling ring (9, 109) and an axial bore (1a) which is connected to the radial bore (1b) and via which the cooling ring (9, 109) can be supplied with a cooling fluid.

arrangement according to claim 1 or 2 , characterized in that the cooling ring (9, 109) forms a cooling channel (12, 112) together with the rotor shaft (1, 101).

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling ring (9, 109) has an outer sliding surface (9a) which is in sliding contact with the sealing element (8, 108).

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling ring (9, 109) is joined to the rotor shaft (1, 101).

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling ring (9, 109) is mounted between the rotor shaft (1, 101) and a bearing (3, 103) via which the rotor shaft (1, 101) is supported relative to the housing (2, 102 ) is supported, is clamped.

arrangement according to claim 6 , characterized in that the bearing (3, 103) has an inner ring (3a, 103a) and the cooling ring (9, 109) is formed in one piece with the inner ring (3a, 103a).

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling ring (9, 109) is sealed off from the rotor shaft (1, 101) by a further sealing element.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that radially between the cooling ring (9, 109) and the rotor shaft (1, 101) an annular protective element is arranged which inhibits heat conduction and/or deflects the heat flow.

arrangement according to claim 9 , characterized in that the annular protective element is joined to the rotor shaft (1, 101) and the cooling ring (9, 109) to the annular protective element.

E-machine (5, 105) with a rotor shaft (1, 101) and a housing (2, 102), characterized by an arrangement for sealing the rotor shaft (1, 101) according to one of Claims 1 until 10 .

Drive device for electrically driving a motor vehicle, having an electric machine (5, 105) for providing a drive power of the drive device, characterized in that the electric machine (5, 105) according to claim 11 is trained.