DE19721528A1 - Elektrische Maschine und Verfahren zur Montage der elektrischen Maschine an einem Aggregat - Google Patents
Elektrische Maschine und Verfahren zur Montage der elektrischen Maschine an einem AggregatInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem um eine
Rotationsachse drehbaren Rotor, wobei die elektrische Maschine keine den Rotor
gegenüber dem Stator drehbar festlegenden und dabei die Rotationsachse des Rotors
definierenden Lagerelemente aufweist. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren
zur Montage einer elektrischen Maschine an einem ein Gehäuse und eine drehbare
Welle aufweisenden Aggregat, wobei die elektrische Maschine keine Lagerelemente
aufweist, die einen Rotor gegenüber einem Stator drehbar festlegen und dabei die
Rotationsachse des Rotors definieren.
Elektrische Maschinen der genannten Art, bei denen der Rotor nicht an einem
Statorgehäuse gelagert ist, werden als lagerlose Maschinen bezeichnet. In Betrieb
befindliche elektrische Maschinen dieser Art sind stets mit einem Aggregat,
beispielsweise einem Verbrennungsmotor oder einem Getriebe, verbunden. Der Rotor
ist dabei fest mit einer Welle des Aggregats verbunden, wodurch die Lage des Rotors
innerhalb der elektrischen Maschine definiert wird.
Bei gattungsgemäßen elektrischen Maschinen des Standes der Technik kann, vor
erfolgter Montage am Aggregat, der Rotor relativ zum Stator in beliebiger Richtung
bewegt werden. Bei permanent erregten elektrischen Maschinen sind in der Regel am
Rotor starke Permanentmagnete befestigt. Wenn bei Maschinen dieses Typs der
bewegbare Rotor mit einem ferromagnetischen Teil des Stators in Berührung kommt,
bestehen infolge der starken Magnetkraft häufig Schwierigkeiten, den Rotor wieder von
dem Stator zu lösen. Eine Vormontage und ein Transport einer solchen elektrischen
Maschine als komplette Einheit ist aus diesem Grund nicht möglich. Für die Montage
der elektrischen Maschine an dem Aggregat werden aufwendige Führungs- und
Zentriervorrichtungen benötigt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine der
genannten Art, welche in einfacher Weise transportierbar und montierbar ist, sowie ein
geeignetes Verfahren zur Montage der elektrischen Maschine an einem Aggregat zur
Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird bezüglich der elektrischen Maschine dadurch gelöst, daß die
elektrische Maschine Mittel zum Festlegen der Position des Rotors gegenüber dem
Stator aufweist, wobei die Festlegung der Position des Rotors lösbar ist. Der Rotor
kann somit, beispielsweise während des Transports und/oder während der Montage,
relativ zum Stator festgelegt werden. Somit wird ein Transport der elektrischen
Maschine in vormontiertem Zustand, also mit einem innerhalb des Statorgehäuses
befindlichen Rotor, ermöglicht. Auch während der Montage wird ein Bewegen des
Rotors relativ zum Stator verhindert, bis die erfindungsgemäßen Mittel zum Festlegen
des Rotors gelöst werden. Letzteres geschieht erst dann, wenn der Rotor mit einer
Welle des Aggregats ausreichend fest verbunden ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Mittel zum Festlegen der Position des
Rotors mindestens ein Führungselement auf, mit dem die Position des Rotors
gegenüber dem Stator in radialer Richtung festlegbar ist. Insbesondere bei einer
Bewegung des Rotors in radialer Richtung besteht die Gefahr, daß ein
Permanentmagnet des Rotors mit dem Stator in Berührung kommt. Durch die
Festlegung des Rotors in radialer Richtung wird dies verhindert.
Zweckmäßig ist es hierbei, wenn das Führungselement als Rezeß ausgebildet ist. Der
Rotor kann auf den Rezeß aufgeschoben werden und ist damit in radialer Richtung
fixiert.
Vorteilhaft ist es, wenn das Mittel zum Festlegen der Position des Rotors mindestens
ein Befestigungselement aufweist, mit dem die Position des Rotors gegenüber dem
Stator in axialer Richtung festlegbar ist. Somit wird ein Herausfallen des Rotors aus
dem Stator verhindert.
Zweckmäßigerweise weist das Befestigungselement eine Sicherungsschraube auf.
Vorteilhafterweise weist das Mittel zum Festlegen der Position des Rotors mindestens
ein Sicherungselement auf, mit dem die Drehstellung des Rotors gegenüber dem
Stator festlegbar ist. Die Drehstellung des Rotors kann damit bei dem erstmaligen
Einfügen des Rotors in den Stator voreingestellt werden und bleibt für weitere
Montageschritte unverändert.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß ein mit dem Stator verbundenes
Gehäuse der elektrischen Maschine einen Gehäuseflansch aufweist. Mit diesem
Gehäuseflansch kann die elektrische Maschine an dem Aggregat befestigt werden.
Ebenso vorteilhaft ist es, wenn der Rotor einen Triebflansch aufweist. Mit dem
Triebflansch wird der Rotor mit der drehbaren Welle des Aggregats verbunden.
Mit besonderem Vorteil ist der Rotor mittels des Triebflanschs an einer Kurbelwelle
eines Verbrennungsmotors befestigbar. Als Aggregat ist bei dieser Ausgestaltung ein
Verbrennungsmotor vorgesehen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Triebflansch Mittel zum
Festlegen der Winkelstellung des Rotors gegenüber der Kurbelwelle auf. Für die
Verbindung des Rotors mit der Kurbelwelle ist eine definierte Winkelstellung
vorgeschrieben, die durch die Gestaltung des Triebflanschs vorgegeben ist.
Hierzu ist es besonders vorteilhaft, wenn der Triebflansch ein unsymmetrisches
Lochbild aufweist.
Mit besonderem Vorteil bildet der Rotor ein Schwungrad des Verbrennungsmotors. Die
Masse und das Trägheitsmoment des Rotors weisen hierzu einen definierten Wert auf.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung ist ein zum Eingriff mit einem Anlasser des
Verbrennungsmotors vorgesehener Zahnkranz an dem Rotor befestigbar.
Mit besonderem Vorteil ist ein Pumpenaggregat in einer Einbuchtung des Gehäuses
der elektrischen Maschine angeordnet. Das Pumpenaggregat ist als Kühlmittelpumpe
oder als Hydraulikpumpe ausgebildet und dient zur Kühlung und/oder Versorgung der
elektrischen Maschine, des Verbrennungsmotors oder sonstiger Aggregate.
Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung liegt vor, wenn ein Gehäuse der
elektrischen Maschine derart ausgebildet ist, daß nach einem Entfernen des
Pumpenaggregats der Triebflansch des Rotors zugänglich ist. Der in den Stator
eingefügte Rotor kann somit, durch eine entsprechende Öffnung des Gehäuses der
elektrischen Maschine, mit der Kurbelwelle verbunden werden.
Eine zweckmäßige Weiterbildung liegt vor, wenn das Gehäuse der elektrischen
Maschine mindestens einen Kühlkanal für eine Flüssigkeitskühlung aufweist.
Insbesondere aus der Statorwicklung muß während des Betriebs der elektrischen
Maschine Wärme abgeführt werden. Die Kühlkanäle befinden sich innerhalb des
Gehäuses, im Bereich der Statorwicklung.
Bezüglich des Verfahrens zur Montage der elektrischen Maschine an einem Aggregat
wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß das Verfahren zur Montage der
elektrischen Maschine folgende Verfahrensschritte aufweist: Die Position des Rotors
gegenüber dem Stator wird in einer definierten Stellung festgelegt - der Stator wird mit
dem Gehäuse des Aggregats starr verbunden - der Rotor wird mit der drehbaren Welle
des Aggregats verbunden - die Festlegung des Rotors gegenüber dem Stator wird
gelöst - der Rotor wird an der drehbaren Welle des Aggregats in einer Betriebsposition
festgelegt. Durch die genannten Verfahrensschritte ist sichergestellt, daß sich der
Rotor bis zur Beendigung der Montage relativ zum Stator stets in definierter Stellung
befindet. Das Mittel zum Festlegen der Position des Rotors wird erst dann gelöst,
wenn sowohl das Gehäuse der elektrischen Maschine an dem Gehäuse des
Aggregats, als auch der Rotor an der drehbaren Welle des Aggregats, ausreichend
befestigt sind.
Vorteilhaft ist es, wenn die drehbare Welle des Aggregats vor der Montage der
elektrischen Maschine in eine definierte Stellung gedreht wird. Die definierte Stellung
wird, wenn als Aggregat ein Verbrennungsmotor vorgesehen ist, beispielsweise von
einer Markierung für den oberen Totpunkt gebildet.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den
schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine in einer Prinzipdarstellung,
Fig. 2 eine konstruktive Ausführung der Verbindungsstelle des Rotors mit der
drehbaren Welle eines Verbrennungsmotors.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße elektrische Maschine mit einem Gehäuse 1,
welches an einem Gehäuseflansch 1a mit einem nicht dargestellten Aggregat, in
diesem Ausführungsbeispiel einem Verbrennungsmotor, fest verbunden ist. An dem
Gehäuse 1 ist ein eine Statorwicklung aufweisender Stator 2 der elektrischen
Maschine befestigt. Im Bereich des Stators 2 sind in dem Gehäuse 1 Kühlkanäle 3
angeordnet. Eine die Kühlkanäle 3 durchströmende Flüssigkeit führt insbesondere aus
der Statorwicklung Wärme ab.
An einer drehbaren Welle des Verbrennungsmotors, in diesem Ausführungsbeispiel
die Kurbelwelle 4, ist ein Rotor 5 der elektrischen Maschine befestigt. Der Rotor 5 ragt
in das Gehäuse 1 hinein, wobei auf dem Rotor 5 befestigte Permanentmagnete 6 von
dem Stator 2 durch einen Luftspalt 7 getrennt sind.
Durch die Verbindung der elektrischen Maschine mit dem Verbrennungsmotor ist somit
einerseits die Lage des Gehäuses 1, andererseits die Lage des Rotors 5 definiert. Der
Luftspalt 7 ist dabei so bemessen, daß regelmäßig auftretende Lagetoleranzen der
Kurbelwelle 4 des Verbrennungsmotors nicht zu einer Kollision des Rotors 5 bzw. der
Permanentmagnete 6 mit dem Stator 2 führen.
Gleichermaßen ist jedoch zu verhindern, daß die Permanentmagnete während der
Vormontage der elektrischen Maschine selbst, oder während des Verbindens der
elektrischen Maschine mit der Verbrennungsmotor mit dem Stator in Kontakt treten. Zu
diesem Zweck weist die elektrische Maschine erfindungsgemäß Mittel zum Festlegen
der Position des Rotors gegenüber dem Stator auf. Diese Mittel werden gebildet von
einem aus dem Gehäuse 1 ausgearbeiteten Rezeß 8, auf den der Rotor 5
aufgeschoben wird. Darüber hinaus sind Sicherungsschrauben 9 vorgesehen, die ein
Abrutschen des Rotors 5 von dem Rezeß 8 verhindern. Durch den Rezeß 8 und die
Sicherungsschrauben 9 ist der Rotor in axialer und radialer Richtung festgelegt und vor
Verdrehen gesichert.
Bei der Montage der elektrischen Maschine an dem Verbrennungsmotor wird zunächst
das Gehäuse 1 an dem Gehäuseflansch 1a mit dem Verbrennungsmotor verschraubt.
Bei diesem Vorgang wird der zu diesem Zeitpunkt noch auf den Rezeß 8
aufgeschobene Rotor 5 automatisch auf der Kurbelwelle 4 zentriert. Die
Sicherungsschrauben 9 können nun gelöst werden. Durch gleichmäßiges Anziehen
der an einem Triebflansch 5a angeordneten Schrauben 10 wird der Rotor 5 von dem
Rezeß 8 gezogen und gleichzeitig an der Kurbelwelle 4 befestigt. Eine Berührung der
Permanentmagnete 6 mit dem Stator 2 ist hierbei ausgeschlossen.
Bei diesem Montagevorgang sind die Schrauben 10 durch eine stirnseitige Öffnung
einer Einbuchtung 1b des Gehäuses 1 hindurch zugänglich. In der Einbuchtung 1b ist
ein Pumpenaggregat 11 angeordnet, welches ebenfalls mit der Kurbelwelle 4
verbunden ist. Der Rotor 5 ist weiterhin als Schwungscheibe für ein den
Verbrennungsmotor ausgeführt und weist eine zum Eingriff mit einem Anlasser
vorgesehene Verzahnung 12 sowie eine Markierung 13 für den oberen Totpunkt des
Verbrennungsmotors auf.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die elektrische Maschine als Innenläufer-
Generator ausgeführt. Eine Ausführung der elektrischen Maschine als Außenläufer-
Maschine und/oder als Motor ist gleichermaßen möglich. Als Pumpenaggregat 11 ist
eine Kühlmittelpumpe oder eine Hydraulikpumpe vorgesehen.
Fig. 2 zeigt eine konstruktive Ausführung der Verbindung des Rotors 5 und des
Pumpenaggregats 11 mit der Kurbelwelle 4 des Verbrennungsmotors. Der
Triebflansch 5a des Rotors 5 ist über ein Zwischenstück 14 mit der Kurbelwelle
verschraubt. Der Triebflansch 5a weist ein unsymmetrisches Lochbild auf, wodurch
eine definierte Winkelstellung des Rotors 5 gegenüber der Kurbelwelle 4 festgelegt ist.
An der dem Verbrennungsmotor abgewandten Seite weist das Zwischenstück 14 eine
Keilverzahnung 14a auf, auf die eine Zwischenwelle 15 aufgeschoben ist. Die
Zwischenwelle 15 verbindet mit einer weiteren Keilverzahnung 15a das
Pumpenaggregat 11 drehfest mit der Kurbelwelle 4. Die Keilverzahnungen 14a, 15a
sind derart mit Spiel behaftet, daß Schwingungen und Lagetoleranzen der Kurbelwelle
4 ausgeglichen, und somit nicht auf das Pumpenaggregat 11 übertragen werden.
Claims (18)
1. Elektrische Maschine mit einem Stator und einem um eine Rotationsachse
drehbaren Rotor, wobei die elektrische Maschine keine den Rotor gegenüber dem
Stator drehbar festlegenden und dabei die Rotationsachse des Rotors
definierende Lagerelemente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die
elektrische Maschine Mittel zum Festlegen der Position des Rotors (5) gegenüber
dem Stator (2) aufweist, wobei die Festlegung der Position des Rotors (5) lösbar
ist.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel
zum Festlegen der Position des Rotors (5) mindestens ein Führungselement
aufweist, mit dem die Position des Rotors (5) gegenüber dem Stator (2) in radialer
Richtung festlegbar ist.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß das
Führungselement als Rezeß (8) ausgebildet ist.
4. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Mittel zum Festlegen der Position des Rotors (5)
mindestens ein Befestigungselement aufweist, mit dem die Position des Rotors (5)
gegenüber dem Stator (2) in axialer Richtung festlegbar ist.
5. Elektrische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Befestigungselement eine Sicherungsschraube (9) aufweist.
6. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Mittel zum Festlegen der Position des Rotors (5)
mindestens ein Sicherungselement aufweist, mit dem die Drehstellung des Rotors
(5) gegenüber dem Stator (2) festlegbar ist.
7. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß ein mit dem Stator (2) verbundenes Gehäuse der
elektrischen Maschine einen Gehäuseflansch aufweist.
8. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rotor (5) einen Triebflansch (5a) aufweist.
9. Elektrische Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor
(5) mittels des Triebflanschs (5a) an einer Kurbelwelle (4) eines
Verbrennungsmotors befestigbar ist.
10. Elektrische Maschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der
Triebflansch (5a) Mittel zum Festlegen der Winkelstellung des Rotors (5)
gegenüber der Kurbelwelle (4) aufweist.
11. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß der Triebflansch (5a) ein unsymmetrisches Lochbild
aufweist.
12. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rotor (5) ein Schwungrad des Verbrennungsmotors
bildet.
13. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß ein zum Eingriff mit einem Anlasser des
Verbrennungsmotors vorgesehener Zahnkranz an dem Rotor (5) befestigbar ist.
14. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Pumpenaggregat (11) in einer Einbuchtung (1b) des
Gehäuses (1) der elektrischen Maschine angeordnet ist.
15. Elektrische Maschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Gehäuse (1) der elektrischen Maschine derart ausgebildet ist, daß nach einem
Entfernen des Pumpenaggregats (11) der Triebflansch (4) des Rotors (5)
zugänglich ist.
16. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) der elektrischen Maschine mindestens
einen Kühlkanal (3) für eine Flüssigkeitskühlung aufweist.
17. Verfahren zur Montage einer elektrischen Maschine an einem ein Gehäuse (1)
und eine drehbare Welle aufweisenden Aggregat, wobei die elektrische Maschine
keine Lagerelemente aufweist, die einen Rotor (5) gegenüber einem Stator (2)
drehbar festlegen und dabei die Rotationsachse des Rotors (5) definieren,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zur Montage der elektrischen
Maschine folgende Verfahrensschritte aufweist:
- - die Position des Rotors (5) gegenüber dem Stator (2) wird in einer definierten Stellung festgelegt;
- - der Stator (2) wird mit dem Gehäuse des Aggregats starr verbunden;
- - der Rotor (5) wird mit der drehbaren Welle des Aggregats verbunden;
- - die Festlegung des Rotors (5) gegenüber dem Stator (2) wird gelöst;
- - der Rotor (5) wird an der drehbaren Welle des Aggregats in einer Betriebsposition festgelegt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Welle
des Aggregats vor der Montage der elektrischen Maschine in eine definierte
Stellung gedreht wird.
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