Beschreibung
Elektrische Maschine
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem einen Maschinengehäuse und mit einem Flanschlagerschild mit einer Wellendurchführung für eine Maschinenwelle. Unter elektrische Maschine wird hierbei insbesondere ein Elektromotor verstanden, der beispielsweise mit einem Getriebe koppelbar ist. Die elektrische Maschine kann jedoch auch ein Generator sein.
Eine derartige elektrische Maschine weist üblicherweise ein Maschinengehäuse sowie die Wellenenden der den Rotor (Anker) tragenden Maschinenwelle drehbeweglich abstützende Lager auf, die vom das Maschinengehäuse stirnseitig abdeckenden Lagerschilden aufgenommen sind. Dabei ist das als A-Lager (A- Lagerschild) bezeichnete abtriebsseitige Wellenende in der Regel über ein
Flanschlagerschild mit einer Wellendurchführung nach Außen geführt.
Die Maschinenwelle bzw. die Motorwelle eines solchen Elektromotors, beispielsweise eines Drehstrom-Synchronmotors, kann über ein Getriebe an ein weiteres Aggregat, beispielsweise eine Pumpe, gekoppelt sein. Der Einsatz einer derartigen servobetriebenen Hydraulikpumpe (Hydroaggregat) erfordert häufig eine vertikale Anordnung oder Einbaulage des Elektromotors mit nach oben verbauter Motorwelle, die über die Wellendurchführung zum Getriebe geführt ist. Die Wellendurchführung, an der die Maschinenwelle aus dem Maschinengehäuse austritt, bildet einen gewissen Schwachpunkt, da hierüber Flüssigkeit in Form beispielsweise eines Schmierstoffes aus dem Getriebe in den Innenraum des Motor- bzw. Maschinengehäuses eindringen, wenn die Dichtheit der Wellendurchführung, insbesondere nach Ablauf deren Lebensdauer, nicht mehr sichergestellt ist. Das zu vermeidende Eindringen derartiger Flüssigkeiten in den Gehäuseinnenraum der Maschine kann auch durch eine Saugwirkung in Folge thermischer Effekte bedingt sein.
BESTÄTIGUNGSKOPIE
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine anzugeben, bei der ein Eindringen von Flüssigkeiten, insbesondere Schmierstoffen, in die Maschine vermieden, zumindest jedoch auch lebensdauerbedingte Undichtigkeiten zuverlässig erkannt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche.
Hierzu weist die elektrische Maschine ein Maschinengehäuse, das einen Maschi- neninnenraum umschließt, und ein Flanschlagerschild mit einer Wellendurchführung auf, in deren Bereich ein mit mindestens einer Ablauföffnung kommunizierender Leckageraum vorgesehen ist. Die Ablauföffnungen befinden sich dabei vorzugsweise im Bauraum zwischen der Maschine und dem angeflanschten System, beispielsweise dem Getriebe. Auf diese Weise können Flüssigkeiten, insbesondere Schmierstoffe, gezielt abgeleitet und insbesondere Undichtigkeiten im angekoppelten System oberhalb der Maschine frühzeitig erkannt werden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist eine Ringscheibe vorgesehen, die sich innerhalb des Leckageraums befindet und von der Maschinenwelle wellenfest getragen ist. Mittels der Ringscheibe werden Leckagen, die an der Maschinenwelle entlang fließen, gezieltes in den Leckageraum abgeführt. Während des Betriebs der Maschine rotiert die Ringscheibe mit der Maschinenwelle, so dass infolge des dadurch bedingten Schleudereffektes Leckagen besonders zuverlässig in den Leckageraum geleitet und von dort über die Ablauföffnung nach außerhalb des Maschinengehäuses abgeführt werden.
Die vorzugsweise zwei oder mehr Ablauföffnungen befinden sich geeigneterweise in einem Bauraum zwischen dem Maschinengehäuse und der dem Maschinenraum abgewandten Außenseite des Flanschlagerschildes. Besonders bevorzugt ist dabei die oder jede Ablauföffnung im Flanschlagerschild selbst vorgesehen. Entlang der Maschinenwelle befindet sich die oder jede Ablauföffnung im Bereich zwischen dem Maschinenraum und der Ringscheibe, so dass bei einer vertikal
ausgerichteten Maschinenwelle und unterhalb der Wellendurchführung befindlichem Maschineninnenraum die jeweilige Ablauföffnung in Längsrichtung der Maschinenwelle unterhalb der Ringscheibe angeordnet ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass insbesondere bei vertikaler Einbaulage sich im Leckageraum sammelnde Flüssigkeit über die entsprechenden Ablauföffnungen zuverlässig und vollständig abfließen kann. Hierzu besonders zweckmäßig ist eine schräge oder geneigte Auslauf- oder Stufenkontur innerhalb des Leckageraums, so dass dieser ausgehend von der Position der Ringscheibe in die Ablauföffnung gefälleartige ausmündet.
In geeigneter Ausgestaltung der Ringscheibe weist diese einen Außenring und einen Innenring auf. Während der Außenring vorzugsweise aus einem unelastischen Werkstoff, insbesondere aus einem Stahlblech besteht, ist der Innenring elastisch ausgeführt. Die Ringscheibe ist dabei derart ausgestaltet, dass der Innenring mit dessen der Maschinenwelle abgewandten Ringaußenkante bei ruhender Maschine an einer Gehäusekontur innerhalb des Leckageraums anliegt und im rotatorischen Betrieb der Maschinenwelle von der Gehäusekontur abhebt.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist die Ringscheibe, insbesondere deren metallischer Außenring, im Bereich deren Ringaußenkante unter Bildung eines vorzugsweise umlaufenden axialen Scheibenkragens abgekröpft. Dieser Scheibenkragen greift geeigneterweise mit dessen Kragenaußenkante in eine Gehäusenut der Gehäusekontur innerhalb des Leckageraums ein.
Insbesondere in Verbindung mit der zweiteiligen Ausführung der Ringscheibe mit innenliegendem elastischem Innenring ist eine zuverlässige Dichtheit zwischen der Ringscheibe und der Wandung des Leckageraums sowie dort zur Maschinenwelle hin bei gleichzeitig besonders geringer Reibung der Ringscheibe während des Betriebs der Maschine erreicht.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch Bereitstellung mindestens einer Ablauföffnung im Bereich der Schnittstelle zwischen dem Maschinengehäuse einer elektrischen Maschine und einem mit die-
sem gekoppelten System, insbesondere einem Getriebe, auftretende Leckagen abgeführt und somit einerseits das Eindringen von Flüssigkeit, insbesondere von Schmierstoffen, über eine Wellendurchführung in den Maschineninnenraum zuverlässig verhindert. Andererseits können Undichtigkeiten zuverlässig erkannt werden.
Zudem ist über die zweckmäßigerweise in einem Flanschlagerschild zwischen der elektrischen Maschine und einem angeflanschten System, beispielsweise einem Getriebe, angeordnete und dort aus einem Leckageraum ausmündende Ablauföffnung ein Druckausgleich an der Schnittstelle zwischen der drehenden Maschine und dem angebauten System ermöglicht.
Aufgrund der Vermeidung des Eindringens von Flüssigkeiten über die Wellendurchführung in den Maschineninnenraum werden dort angeordnete Bauelemente, beispielsweise ein Bremssystem oder ein optisches Gebersystem, gegen Kurzschlüsse oder vor anderen unerwünschten, Fehler verursachenden Einflüsse infolge eintretender Flüssigkeit zuverlässig geschützt. In Verbindung mit der geeigneterweise als Schleuderscheibe wirksamen wellenfesten Ringscheibe werden an der Maschinenwelle entlang geführte Flüssigkeiten von der Welle im Leckageraum gesammelt und von dort über die Ablauföffnung abgeführt.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: in einer Seitenansicht eine elektrische Maschine mit Blick auf eine Ablauföffnung für Leckagen,
Fig. 2 die elektrische Maschine in einem Längsschnitt entlang der
Linie II-II in Fig. 1 mit einer wellenfesten Ringscheibe im Beriech einer Wellendurchführung,
Fig. 3 einen Ausschnitt III aus Fig. 2 in größerem Maßstab mit der aus einem Leckageraum ausmündenden Ablauföffnung, und
Fig. 4 die auf der Maschinenwelle wellenfeste Ringscheibe und deren Anbindung an eine Gehäusekontur in teilweise geschnittener Darstellung.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Bei der in den Figuren 1 und 2 dargestellten elektrischen Maschine 1 handelt es sich um einen Elektromotor in vertikaler Anordnung mit über ein A-seitiges Flanschlagerschild 3 angekoppeltem Getriebe 3 sowie über dieses vertikal hinaus geführter Maschinenwelle 4. Das Flanschlagerschild 3 ist mit einem Maschinengehäuse 5 stirnseitig verbunden, der einen Maschineninnenraum 6 umschließt.
Der Maschineninnenraum 6 nimmt zusätzlich zur Maschinen- bzw. Motorwelle 4 gegen Flüssigkeiten zu schützende Bauteile, insbesondere ein Bremssystem 7 sowie ein Gebersystem 8, auf. Auf der dem Flanschlagerschild 3 gegenüberliegenden Stirnseite (B-seitig) ist das Maschinengehäuse 5 mittels eines Lagerschildes 9 verschlossen.
Die innerhalb des Maschinengehäuses 5 in einem B-seitigen Lager 10 sowie einem A-seitigen Lager 1 1 drehgelagerte Maschinenwelle 4 ist über eine Wellendurchführung 12 über das Flanschlagerschild 3 das aus diesem Getriebe 2 herausgeführt. Dort kann die Welle 4 mit einem Aggregat, beispielsweise einer Hydraulikpumpe, zu deren elektromotorischen Antrieb gekoppelt werden.
Das Flanschlagerschild 3 bildet quasi die mechanische Schnittstelle zwischen der elektrischen Maschine 1 und dem Getriebe 2. Ein Getriebeinnenraum 13 ist in der Darstellung gemäß Fig. 2 oberhalb des Flanschlagerschildes 3 mit einem Dichtelement 14 abgedichtet. In Axialrichtung x oberhalb des Dichtelements 14 befinden sich innerhalb des Getriebes 2 weitere Schmierstoffkanäle 15.
Im Bereich der Wellendurchführung 12 befindet sich im Flanschlagerschild 3 ein Leckageraum 16, aus dem im Ausführungsbeispiel zwei Ablauföffnungen 17 aus-
münden und hierzu die Wandung des Flanschlagerschildes 3 durchsetzen. Innerhalb dieses Leckageraums 17 wiederrum trägt die Maschinenwelle 4 eine Ringscheibe 18.
Wie aus Fig. 3 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, befindet sich die Ringscheibe 18 im Bereich der Wellendurchführung 12 und dort in einem in Axialrichtung x relativ schmalen Raumbereich 16a des Leckageraums 16. Dieser weitet sich über eine schräge Gehäusekontur 19 des Flanschlagerschildes 3 gefälleartig in einen vergleichsweise großvolumigen Raumbereich 16b des Leckageraums 16 auf. Der relativ schmale Raumbereich 16a des Leckageraums 16 erstreckt sich in Radialrichtung y bis zur gefälleartigen Gehäusekontur 19 und geht dort in den relativ breiten und sich in Radialrichtung y bis zur Ablauföffnung 17 erstreckenden Raumbereich 16b über, wobei die Ablauföffnung 17 in Axialrichtung x unterhalb der Wellendurchführung 12 und der dortigen Ringscheibe 18 angeordnet ist.
Aus dem Getriebe 2 über den Innenraum 13 und dort entlang der Maschinenwelle 4 ablaufenden Flüssigkeiten oder Schmierstoffe werden an der Ringscheibe 18 entlang in den Leckageraum 16 zwangsgeführt und können von dort über die Ablauföffnung 18 abfließen. Solche Leckagen werden somit als Indiz für eine Undichtigkeit, beispielsweise im Bereich des getriebeseitigen Dichtelements 14, erkannt, so dass das beispielsweise lebensdauerbedingt undichte Dichtelement 14 ausgetauscht werden kann.
Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Ringscheibe 18. Diese weist einen starren, beispielsweise aus Edelstahl bestehenden Außenring 18a und einen elastischen, beispielsweise aus einem plastisch-elastischen Kunststoff bestehenden Innenring 18b auf. Dieser liegt mit dessen der Maschinenwelle 4 zugewandten Ringinnenkante 20 innerhalb einer U-förmigen Scheibenkontur 21 des Außenrings 18a ein. Mit der Außenseite des Schenkelzwischenbereiches dieser U-förmigen Scheibenkontur 21 des Außenrings 18a ist die Ringscheibe 18 form- und/oder kraftschlüssig mit der Maschinenelle 4 und somit wellenfest verbunden.
An die U-förmige Scheibenkontur 21 schließt sich eine geneigte Ablaufkontur 22 des Außenrings 18a an. An diese schräge Ablaufkontur 22 schließt sich über eine Abkröfpung 23 eine in Axialrichtung x verlaufende Kragenkontur als axialer Scheibenkragen 24 an. Die dadurch gebildete Ringaußenkante 25 des Außenrings 18a der Ringscheibe 18 greift in eine Gehäusenut 26 des Flanschlagerschildes 3 mit ausreichendem radialen und axialen Spiel für eine störungsfrei und insbesondere reibungsfreie Rotation der Ringscheibe 18 ein.
Der elastische Innenring 18b der Ringscheibe 18 ist derart gestaltet und innerhalb des Außenrings 18a angeordnet, dass die Ringaußenkante 27 des Innenrings 18b bei stehender Maschine 1 am Flanschlagerschild 3 bzw. an einer dortigen Gehäusekontur 28 in Radialrichtung y vor der Gehäusenut 26 dichtend anliegt.
Im Betrieb der Maschine 1 hebt diese Ringaußenkante 27 des Innenrings 18b aufgrund der Rotation der Maschinenwelle 4 von der Gehäusekontur 28 ab mit der Folge, dass die Ringscheibe 18 praktisch reibungsfrei rotiert. Aufgrund des Einsitzens des Scheibenkragens 25 der Ringscheibe 18 in der Gehäusenut 26 ist während des Betriebs der Maschine 1 ein Eindringen von Flüssigkeit, insbesondere von Schmiermittel in den zwischen der Gehäusekontur 28 und der Ringscheibe 18 und von dort entlang der Maschinenwelle 4 in den Maschineninnenraum 6 besonders zuverlässig verhindert.
Bezugszeichenliste
1 elektrische Maschine/Motor 17 Ablauföffnung
2 Getriebe 18 Ringscheibe
3 Flanschlagerschild 18a Außenring
4 Maschinen-/Motorwelle 18b Innenring
5 Maschinengehäuse 19 schräge Stufenkontur
6 Maschineninnenraum 20 Ringinnenkante
7 Bremssystem 21 U-förmige Scheibenkontur
8 Gebersystem 22 schräge Scheibenkontur
9 Lagerschild (B-seitig) 23 Abkröpfung
10 B-seitiges Lager 24 axialer Scheibenkragen 1 A-seitiges Lager 25 Scheibenaußenkante
12 Wellendurchführung 26 Gehäusenut
13 Getriebeinnenraum 27 Ringaußenkante
14 Dichtelement 28 Gehäusekontur
5 Schmiermittelkanal
16 Leckageraum x Axialrichtung
16a schmaler Raumbereich y Radialrichtung
16b breiter Raumbereich