DE102021204735A1

DE102021204735A1 - Lageranordnung zur Lagerung eines Rotors einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102021204735A1
Application number: DE102021204735.1A
Authority: DE
Inventors: Giuseppe Di Giandomenico
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-05-11
Filing date: 2021-05-11
Publication date: 2022-11-17

Abstract

Lageranordnung (1) zur Lagerung eines Rotors (2) einer elektrischen Maschine (3), mit einem einen Lageraußenring (4.1) und einen Lagerinnenring (4.2) umfassenden Wälzlager (4) zur Lagerung des um eine Rotorachse (5) drehbaren Rotors (2) und mit einer Lageraufnahme (6) zur Aufnahme des Wälzlagers (4), wobei zwischen dem Lageraußenring (4.1) des Wälzlagers (4) und der Lageraufnahme (6) eine Dämpfungseinrichtung (10) vorgesehen ist, die zumindest ein elastisch federndes Dämpfungselement (11) zur Dämpfung von Schwingungen umfasst,dadurch gekennzeichnet, dassdie Dämpfungseinrichtung (10) eine Außenhülse (12) und eine Innenhülse (13) aufweist und dass das zumindest eine Dämpfungselement (11) zwischen den beiden Hülsen (12,13) angeordnet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Lageranordnung zur Lagerung eines Rotors einer elektrischen Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist schon eine Lageranordnung zur Lagerung eines Rotors einer elektrischen Maschine aus der DE2847979 A1 bekannt, mit einem einen Lageraußenring und einen Lagerinnenring umfassenden Wälzlager zur Lagerung des um eine Rotorachse drehbaren Rotors und mit einer Lageraufnahme zur Aufnahme des Wälzlagers, wobei zwischen dem Lageraußenring des Wälzlagers und der Lageraufnahme eine als Toleranzring ausgebildete Dämpfungseinrichtung vorgesehen ist, die zumindest ein elastisch federndes Dämpfungs- und Ausgleichselement umfasst, das zur Dämpfung von Schwingungen und zum Ausgleich von ungleicher thermischer Ausdehnung von Lageraufnahme und Lageraußenring vorgesehen ist.
Nachteilig ist, dass die Dämpfungseinrichtung eine geringe Dämpfungswirkung aufweist, so dass Betriebsgeräusche entstehen. Außerdem hat die Dämpfungseinrichtung eine geringe mechanische Steifigkeit, so dass die zwischen der Lageraufnahme und dem Lageraußenring vorgesehene Vorspannung auf einen geringen maximalen Wert begrenzt ist, um zu vermeiden, dass die elastisch federnden Dämpfungselemente der Dämpfungseinrichtung unter Verlust der Dämpfungswirkung auf Block gehen, wodurch wiederum Betriebsgeräusche entstehen können.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Lageranordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass auf die Lageranordnung wirkende Schwingungsanregungen, beispielsweise interne dynamische Schwingungsanregungen des Rotors aufgrund von Unwuchten oder von außen einwirkende Schwingungsanregungen, im Betrieb noch stärker gedämpft werden können als im Stand der Technik. Dadurch werden die dynamischen Lagerkräfte im Wälzlager weiter verringert, damit die Lebensdauer des Wälzlagers erhöht, die Betriebsgeräusche der Lageranordnung reduziert und die Laufruhe verbessert. Außerdem wird die Steifigkeit der Dämpfungseinrichtung erhöht, so dass höhere Vorspannungen zwischen der Lageraufnahme und dem Lageraußenring vorgesehen werden können, ohne dass die elastisch federnden Dämpfungselemente der Dämpfungseinrichtung auf Block gehen.
Äußere Schwingungsanregungen können beispielsweise auch von einer an die elektrische Maschine angekoppelten Getriebeeinrichtung kommen. Dabei können Ausrichtungsfehler zwischen einem Rotor der elektrischen Maschine und der Getriebeeinrichtung erfindungsgemäß zuverlässig ausgeglichen und auf das Wälzlager wirkende dynamische Rückkopplungskräfte der Getriebeeinrichtung reduziert werden.
Diese Vorteile werden erfindungsgemäß durch einen mehrteiligen Aufbau der Dämpfungseinrichtung erreicht, bei dem die Dämpfungseinrichtung eine Außenhülse und eine Innenhülse aufweist und bei dem das zumindest eine Dämpfungselement zwischen den beiden Hülsen angeordnet ist. Durch diesen Aufbau ist die Steifigkeit und Dämpfungswirkung der Dämpfungseinrichtung genauer und im Betrieb stabiler einstellbar, so dass die Dämpfungseinrichtung im Betrieb auch unter hohen Belastungen zuverlässig funktioniert. Weiterhin sind auch unterschiedliche thermische Ausdehnungen besser ausgleichbar.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Lageranordnung möglich.
Sehr vorteilhaft ist, wenn mehrere Dämpfungselemente, beispielsweise in Form von Kreissegmenten, in Umfangsrichtung gleichmäßig über einen zwischen der Außenhülse und der Innenhülse gebildeten ringförmigen Zwischenraum verteilt sind oder dass ein einziges ringförmiges Dämpfungselement in dem Zwischenraum vorgesehen ist. Auf diese Weise kann eine wirkungsvolle Dämpfung zwischen den beiden Hülsen erreicht werden.
Desweiteren vorteilhaft ist, wenn das jeweilige Dämpfungselement in dem Zwischenraum bezüglich seiner Lage fixiert ist, insbesondere kraftschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig. Auf diese Weise wird eine Relativbewegung des jeweiligen Dämpfungselementes zu zumindest einer der beiden Hülsen verhindert.
Nach einer vorteilhaften Ausführung kann das jeweilige Dämpfungselement eine Feder, insbesondere eine Radialfeder oder Spiralfeder, ein Metallgewebe oder - geflecht, ein wellenförmiger Federbandstreifen, insbesondere eine Bump-Folie, ein Elastomerelement oder ein Schaumstoffelement sein.
Vorteilhaft ist, wenn die Dämpfungseinrichtung ein radiales Bump-Folienlager ist, das eine wellenförmige Bump-Folie umfasst, die zwischen einer Oberseitenfolie als Außenhülse und einer Unterseitenfolie als Innenhülse angeordnet ist. Auf diese Weise wird ein kostengünstiges Standard-Bauteil als Dämpfungseinrichtung eingesetzt, das im Stand der Technik bisher nur für Luftlager eingesetzt wird.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Bump-Folie an der Außenhülse und/oder an der Innenhülse der Dämpfungseinrichtung befestigt ist, insbesondere durch eine oder mehrere Fügeverbindungen, die beispielsweise Schweißverbindungen sind. Dadurch kann auf einfache Weise eine gewünschte Steifigkeit der Dämpfungseinrichtung eingestellt werden.
Weiter vorteilhaft ist, wenn die Außenhülse und/oder die Innenhülse und/oder das jeweilige Dämpfungselement metallisch ist. Durch metallische Komponenten der Dämpfungseinrichtung kann eine hohe Steifigkeit der Dämpfungseinrichtung erreicht werden. Wenn alle Komponenten der Dämpfungseinrichtung metallisch sind, ist zum einen die Steifigkeit besonders hoch, zum anderen sind dann vorteilhafterweise auch elektrische Lagerströme über die Dämpfungseinrichtung ableitbar.
Außerdem vorteilhaft ist, wenn die Lageraufnahme Teil eines Lagerschildes ist. Auf diese Weise ist der Rotor der elektrischen Maschine über das Lagerschild am Gehäuse der elektrischen Maschine abstützbar und damit zuverlässig drehbar gelagert.
Nach der vorteilhaften Ausführung kann das Wälzlager als Festlager oder als Loslager in der Lageranordnung ausgeführt sein.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Maschine mit zumindest einer erfindungsgemäßen Lageranordnung. Vorteilhafterweise umfasst die elektrische Maschine zwei erfindungsgemäße Lageranordnungen, von denen eine Lageranordnung ein Festlager und die andere Lageranordnung ein Loslager hat. Eine solche elektrische Maschine hat den Vorteil, dass sie besonders geringe Betriebsgeräusche aufweist.
Figurenliste
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

1 zeigt im Schnitt eine elektrische Maschine mit zwei Lageranordnungen zur Lagerung eines Rotors der elektrischen Maschine,
2 einen Schnitt durch eine der beiden Lageranordnungen nach 1 mit einer erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
3 einen Schnitt durch eine der beiden Lageranordnungen nach 1 mit einer erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel und
4 einen Schnitt durch eine der beiden Lageranordnungen nach 1 mit einer erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt im Schnitt eine elektrische Maschine mit zwei Lageranordnungen zur Lagerung eines Rotors der elektrischen Maschine.
Die Lageranordnungen 1 dienen jeweils der Lagerung eines Rotors 2 der elektrischen Maschine 3 und umfassen jeweils ein Wälzlager 4 zur Lagerung des um eine Rotorachse 5 drehbaren Rotors 2 und eine Lageraufnahme 6 zur Aufnahme des Wälzlagers 4. Das Wälzlager 4 weist jeweils einen Lageraußenring 4.1, einen Lagerinnenring 4.2 und zwischen den Lagerringen 4.1,4.2 angeordnete Wälzkörper 4.3 auf. Die Lageraufnahme 6 ist nach 1 ein Teil eines Lagerschildes 7 der elektrischen Maschine 3. Der Rotor 2 ist beispielsweise durch eine Welle 2.1 und durch einen auf der Welle 2.1 gelagerten Rotorkörper 2.2, beispielsweise ein Rotorblechpaket, gebildet.
Zumindest in einer der beiden Lageranordnungen 1 ist zwischen dem Lageraußenring 4.1 des Wälzlagers 4 und der Lageraufnahme 6 eine Dämpfungseinrichtung 10 vorgesehen, die zumindest ein elastisch federndes Dämpfungselement 11 zur Dämpfung von Schwingungen umfasst und daher auch als Feder-Dämpfungseinrichtung bezeichnet werden kann.
2 zeigt einen Schnitt durch eine der beiden Lageranordnungen nach 1 mit einer erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel.
Das Wälzlager 4 der erfindungsgemäßen Lageranordnung 1 kann ein Festlager oder ein Loslager sein.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Dämpfungseinrichtung 10 eine Außenhülse 12 und eine Innenhülse 13 aufweist und dass das zumindest eine Dämpfungselement 11 zwischen den beiden Hülsen 12,13 der Dämpfungseinrichtung 10 angeordnet ist. Auf diese Weise können auf die Lageranordnung 1 wirkende Schwingungen, beispielsweise des Rotors 2 oder von außen einwirkende Schwingungsanregungen, im Betrieb noch stärker gedämpft werden.
Je nach Ausführungsform der Erfindung können mehrere Dämpfungselemente 11 in Umfangsrichtung bezüglich der Rotorachse 5 gleichmäßig über einen zwischen der Außenhülse 12 und der Innenhülse 13 gebildeten ringförmigen Zwischenraum 14 verteilt sein. Alternativ kann ein einziges ringförmiges Dämpfungselement 11 in dem Zwischenraum 14 vorgesehen sein.
Nach dem ersten Ausführungsbeispiel ist das Dämpfungselement 11 ein wellenförmiger Federbandstreifen, beispielsweise eine sogenannte Bump-Folie oder Bump Foil. Es können in dem Zwischenraum 14 auch mehrere separate Bump-Folien-Segmente als Dämpfungselemente 11 vorgesehen sein. Die Steifigkeit der Dämpfungseinrichtung 10 kann beispielsweise über die Wanddicke der Bump-Folie, die Höhe und Länge einer einzelnen Welle bzw. Ausbuchtung und/oder einer Länge einer Periode einer Wellenabfolge der Bump-Folie eingestellt werden. Die Bump-Folie 11 kann weiterhin beispielsweise als geschlossener Ring ausgebildet oder alternativ als unterbrochener Ring mit zwei beabstandeten Enden in dem Zwischenraum 14 angeordnet sein. Die Bump-Folie 11 kann an der Außenhülse 12 und/oder an der Innenhülse 13 der Dämpfungseinrichtung 10 befestigt sein, beispielsweise durch eine oder mehrere Fügeverbindungen, die Schweißverbindungen sein können.
Die Außenhülse 12 und/oder die Innenhülse 13 und/oder das jeweilige Dämpfungselement 11 kann metallisch oder nicht-metallisch ausgebildet sein.
Die Dämpfungseinrichtung 10 kann in einer Ausführungsform des ersten Ausführungsbeispiels beispielsweise ein radiales Bump-Folienlager sein, das zwischen einer sogenannten Oberseitenfolie („Top foil“) als Außenhülse 12 und einer sogenannten Unterseitenfolie („Bottom foil“) als Innenhülse 13 die wellenförmige Bump-Folie 11 aufweist.
3 zeigt einen Schnitt durch eine der beiden Lageranordnungen nach 1 mit einer erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel lediglich darin, dass das zumindest eine Dämpfungselement 11 ein schichtförmiges Metallgewebe oder -geflecht, ein Elastomerelement oder ein Schaumstoffelement ist.
Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel kann ein einziges ringförmiges Dämpfungselement 11 oder können mehrere, beispielsweise segmentförmige oder teilringförmige Dämpfungselemente 11 in dem Zwischenraum 14 angeordnet sein.
Das zumindest eine Dämpfungselement 11 ist beispielsweise in dem Zwischenraum 14 eingepresst und auf diese Weise fixiert.
4 zeigt einen Schnitt durch eine der beiden Lageranordnungen nach 1 mit einer erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel.
Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den übrigen Ausführungsbeispielen darin, dass das zumindest eine Dämpfungselement 11 eine Feder ist, beispielsweise eine sich in radialer Richtung erstreckende Radialfeder, beispielsweise Schraubenfeder, oder eine sich spiralförmig erstreckende Spiralfeder.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2847979 A1 [0002]

Claims

Lageranordnung (1) zur Lagerung eines Rotors (2) einer elektrischen Maschine (3), mit einem einen Lageraußenring (4.1) und einen Lagerinnenring (4.2) umfassenden Wälzlager (4) zur Lagerung des um eine Rotorachse (5) drehbaren Rotors (2) und mit einer Lageraufnahme (6) zur Aufnahme des Wälzlagers (4), wobei zwischen dem Lageraußenring (4.1) des Wälzlagers (4) und der Lageraufnahme (6) eine Dämpfungseinrichtung (10) vorgesehen ist, die zumindest ein elastisch federndes Dämpfungselement (11) zur Dämpfung von Schwingungen umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (10) eine Außenhülse (12) und eine Innenhülse (13) aufweist und dass das zumindest eine Dämpfungselement (11) zwischen den beiden Hülsen (12,13) angeordnet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Dämpfungselemente (11) in Umfangsrichtung gleichmäßig über einen zwischen der Außenhülse (12) und der Innenhülse (13) gebildeten ringförmigen Zwischenraum (14) verteilt sind oder dass ein einziges ringförmiges Dämpfungselement (11) in dem Zwischenraum (14) vorgesehen ist.
Lageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Dämpfungselement (11) in dem Zwischenraum (14) bezüglich seiner Lage fixiert ist, insbesondere kraftschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Dämpfungselement (11) eine Feder, insbesondere eine Radialfeder oder Spiralfeder, ein Metallgewebe oder -geflecht, ein wellenförmiger Federbandstreifen, insbesondere eine Bump-Folie, ein Elastomerelement oder ein Schaumstoffelement ist.
Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (10) ein radiales Bump-Folienlager ist, das eine wellenförmige Bump-Folie (11) umfasst, die zwischen einer Oberseitenfolie als Außenhülse (12) und einer Unterseitenfolie als Innenhülse (13) angeordnet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bump-Folie (11) an der Außenhülse (12) und/oder an der Innenhülse (13) der Dämpfungseinrichtung (10) befestigt ist, insbesondere durch eine oder mehrere Fügeverbindungen, insbesondere Schweißverbindungen.
Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülse (12) und/oder die Innenhülse (13) und/oder das jeweilige Dämpfungselement (11) metallisch ist.
Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageraufnahme (6) Teil eines Lagerschildes (7) ist.
Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (4) als Festlager oder als Loslager ausgeführt ist.
Elektrische Maschine mit zumindest einer Lageranordnung (1), insbesondere zwei Lageranordnungen (1), nach einem der vorhergehenden Ansprüche.