WO2022129187A1 - Elektrische maschine zum antrieb eines kraftfahrzeugs - Google Patents

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WO2022129187A1
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bearing
electrical machine
floating bearing
machine
outer ring
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Vyacheslav Brushkivskyy
Gerhard HÖRING
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K5/173—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings
    • H02K5/1732—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/24—Casings; Enclosures; Supports specially adapted for suppression or reduction of noise or vibrations

Definitions

  • the invention relates to an electric machine for driving a motor vehicle.
  • a fixed bearing and a floating bearing are generally used to mount a rotor shaft in an electric machine for driving a motor vehicle.
  • the fixed bearing in particular an inner ring of the fixed bearing, is on the one hand firmly connected to the rotor shaft.
  • an outer ring of the fixed bearing in particular, is firmly connected to a housing of the electrical machine.
  • the floating bearing on the other hand, has an axial degree of freedom. This mobility of the loose bearing in the axial direction of the electrical machine allows the rotor shaft to expand when it is heated and the rotor shaft to contract when it cools down.
  • the loose bearing generally has a tight fit between the inner ring and the rotor shaft and a loose fit between the outer ring and the housing.
  • the outer ring moving in the housing can cause wear on the housing, especially if the housing is made of aluminum. This can lead to a failure of the electrical machine.
  • the migration of the outer ring can be prevented, for example, by a positive connection between the outer ring and the housing, in particular by means of a pin that is accommodated in the outer ring of the floating bearing and in a groove inside the housing. Even with such a form-fitting connection, however, the pin can hit the housing and the movable bearing can become blocked.
  • One object of the present invention can be seen as providing a reliable mounting for a movable bearing in the electrical machine, which takes into account the problems described above.
  • the object is solved by the subject matter of the independent patent claims.
  • Advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims, the following description and the figures.
  • the present invention proposes avoiding the impact and blocking of the loose bearing by means of a protective element in the housing.
  • the protective element can be designed, for example, as a hardened, bent sheet metal part.
  • an electric machine for driving a motor vehicle includes a rotor with a rotor shaft, an axial fixed bearing, an axial floating bearing, a machine housing, a locking pin and a protective element.
  • the axial fixed bearing is mounted in the electrical machine in a rotationally fixed manner and immovably in an axial direction of the electrical machine, with the axial floating bearing being mounted in the machine housing such that it can move in the axial direction.
  • the locking pin is configured to prevent an outer ring of the floating bearing from being twisted in its circumferential direction relative to the machine housing.
  • the protective element is designed to prevent the locking pin from hitting the machine housing and blocking the floating bearing.
  • non-rotatable machine elements that are non-rotatably connected do not rotate or twist relative to one another. Torque can be transmitted between the machine elements.
  • the outer ring of the floating bearing and the machine housing are positively connected to one another in such a way that the outer ring of the floating bearing cannot move or can only move to a very limited extent in its circumferential direction.
  • the protective element does not restrict axial guidance of the floating bearing.
  • the axial guidance of the floating bearing with the protective element is characterized by a small number and complexity of components, which leads to lower costs of the proposed solution.
  • the protective element takes up only a small amount of space and is easy to install.
  • the loose bearing is prevented from moving in the circumferential direction by a form fit, whereas movement in the axial direction is permitted by the form fit.
  • the Resistance experienced by the floating bearing during a displacement in the axial direction can be kept particularly small in this embodiment, for example by the floating bearing being mounted with a loose fit or with a small transition fit, in particular in a bore of the machine housing of the electrical machine.
  • the machine housing forms a guide groove, with the protective element being arranged between the outer ring of the floating bearing and the guide groove. The outer ring and the protective element are positively connected by means of the locking pin in such a way that the outer ring is non-rotatably connected to the machine housing.
  • a first end of the locking pin can be arranged in a radial bore of the outer ring of the floating bearing, with a second end of the locking pin being accommodated in the guide groove.
  • the locking pin can be displaced within the guide groove in the axial direction, whereas it is blocked by the protective element in the circumferential direction.
  • the protective element can be made of a harder material than the machine housing. This contributes to the protective element running little risk of being damaged by the locking pin when the latter is twisted within the guide groove and strikes the protective element.
  • the protective element can be made of steel.
  • the protective element can be a bent sheet metal part.
  • an axial preload of the loose bearing can be applied in particular via a corrugated spring.
  • the corrugated spring can exert a force acting in the axial direction on the floating bearing, the force acting in the axial direction can be transmitted to the fixed bearing via the rotor shaft.
  • the electric machine comprises a corrugated spring in a further embodiment, with a first end of the corrugated spring being supported on the machine housing, and with a second end of the corrugated spring being supported on the movable bearing.
  • the corrugated spring exerts a spring force on the floating bearing, so that the floating bearing and the rotor shaft are pressed in the axial direction in the direction of the fixed bearing.
  • the movable bearing can in particular be a deep groove ball bearing which comprises an inner ring and the outer ring, with the wave spring exerting the spring force on the outer ring of the deep groove ball bearing.
  • the spring force can be transmitted to the rotor shaft through the inner ring of the deep groove ball bearing, so that the rotor shaft is pushed together with the deep groove ball bearing in the axial direction towards the fixed bearing, with the spring force acting on the fixed bearing, from where it is transmitted to the machine housing.
  • the outer ring of the floating bearing can be mounted within the machine housing by means of a loose fit or a small transition fit or a small press fit.
  • a drive train for a commercial vehicle comprising an electric machine according to the first aspect of the invention.
  • FIG. 2 shows an enlarged longitudinal section of a bearing for a floating bearing for the electrical machine according to FIG. 1
  • 3 shows a perspective view of the mounting of the floating bearing according to FIG. 2 with a protective element according to the invention
  • Fig. 4 is a cross-sectional view of the storage of the loose bearing according to FIG. 2 without the protective element and
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of the mounting of the floating bearing according to FIG. 2 with the protective element.
  • the electric machine 1 shows an electrical machine 1, in particular an asynchronous machine.
  • the electric machine 1 is used for the central drive (front motor) of a motor vehicle (not shown), e.g. a commercial vehicle, in particular a bus or a truck.
  • the electrical machine 1 comprises a rotor 2 whose rotor shaft 3 is mounted in a fixed bearing 4 and in a floating bearing 5 .
  • a stator 6 of the electrical machine 1 surrounds the rotor 2 in a radial direction r of the electrical machine 1 .
  • the loose bearing 5 is located on a first end face S1 of the electrical machine 1 .
  • the fixed bearing 4 is located on a second end face S2 of the electrical machine 1 facing away from the first end face S1.
  • the electrical machine 1 comprises a machine housing 7 and a housing cover 8, which closes off the electrical machine 1 on the second end face S2.
  • the fixed bearing 4 is a roller bearing with an inner ring and outer ring, not shown. Rolling bodies are arranged in a known manner between the inner ring and the outer ring.
  • the inner ring of the roller bearing 4 arranged radially on the inside is connected to the rotor shaft 3 in a rotationally fixed manner.
  • the outer ring of the roller bearing 4 arranged radially on the outside is mounted in the housing cover 8 in a rotationally fixed manner.
  • the outer ring of the roller bearing 4 is also mounted firmly within the housing cover 8 in the axial direction x of the electrical machine. Thus, the roller bearing 4 cannot move back and forth in the axial direction x of the electrical machine 1 .
  • the floating bearing 5 is a deep groove ball bearing.
  • the deep groove ball bearing 5 absorbs forces in the radial direction r of the electrical machine.
  • the deep groove ball bearing 5 comprises an inner ring 9 and an outer ring 10.
  • the balls 11 (rolling bodies) of the floating bearing 5 are arranged between the inner ring 9 and the outer ring 10 (FIGS. 2 to 4). 1 shows in an exaggerated representation that a fit between the floating bearing 5 and an axial bore 12 of the machine housing 7 is designed in such a way that the floating bearing 5 can move in the axial direction X of the electrical machine 1 . There is therefore a clearance fit or a slight transition fit between the floating bearing 5 and the axial bore 12 of the machine housing 7.
  • the floating bearing 5 can therefore not absorb any forces in the axial direction x, but is mounted within the machine housing 7 so that it can be displaced in the axial direction x .
  • the inner ring 9 of the roller bearing 5 is firmly connected to the rotor shaft 3 (Fig. 2 to 4).
  • the rotor shaft 3 in particular heats up and in the process expands in an axial direction x of the electrical machine 1 .
  • the floating bearing 5 Due to the fact that the floating bearing 5 is mounted within the housing 7 so that it can move in the axial direction x, the floating bearing 5 can move in the axial direction x in accordance with the linear expansion of the rotor shaft 3 . In the exemplary embodiment shown by FIG. 1, the floating bearing 5 will shift to the left when the rotor shaft 3 expands during operation of the electric machine 1.
  • a corrugated spring 13 preloads the floating bearing 5 in the axial direction x (in the direction of the fixed bearing 4), so that the floating bearing 5 assumes a predetermined position in the axial direction x, and so that the balls 11 of the floating bearing 5 roll in the intended manner be able.
  • a first axial end of the corrugated spring 13 is in contact with the outer ring 10 of the floating bearing 5 .
  • the second axial end of the corrugated spring 13 is supported on the machine housing 7 via a baffle plate 14 and a retaining ring 15 .
  • Wave spring 13 generates a spring force that acts on outer ring 10 of floating bearing 5 in axial direction x.
  • the spring force is transmitted via the inner ring 9 of the floating bearing 5 and via a radial shaft shoulder 16 of the rotor shaft 3 transferred to the rotor shaft 3, which transmits the spring force to the fixed bearing 4, so that the fixed bearing 4 is also preloaded.
  • the outer ring 10 of the movable bearing 5 has a radial bore 17 in which a radially inner first end 18 of a locking pin 19 is accommodated in a fitting manner.
  • a rotation of the outer ring 10 of the loose bearing 5 leads to a corresponding rotation of the locking pin 19.
  • a radially outer second end 20 of the locking pin 19 is accommodated in a guide groove 21 of the machine housing 7.
  • the guide groove 21 is formed by the machine housing 7 and extends in the axial direction x of the electrical machine 1 in such a way that the locking pin 19 can move in the axial direction x of the electrical machine 1 in such a way that the expansion of the rotor shaft 3 in the axial Direction x of the electrical machine 1 is made possible.
  • the floating bearing 5 is displaced in the axial direction x according to the expansion of the rotor shaft 3 , specifically within axial stop limits which are defined by the machine housing 7 .
  • the limitation of the guide groove 21 blocks rotation of the locking pin 19 in a form-fitting manner and thus also rotation of the outer ring 10 of the floating bearing 5 in its circumferential direction U.
  • Two arranged in the circumferential direction U, formed by the machine housing 7 and Limiting flanks 22, 23 of the guide groove 21 running in the radial direction r allow only minimal rotation of the outer ring 10 of the floating bearing 5, the maximum permissible rotation being in the range of a few millimeters, for example (FIG. 4).
  • the machine housing 7 is made of aluminum. This has advantages in particular with regard to the weight of the electrical machine 1 .
  • the situation can arise in which the second end 20 of the locking pin 19 damages the machine housing 7 in the area of the limiting flanks 22, 23 due to the rotation of the outer ring 10 of the floating bearing 5 when the second end 20 of the locking pin 19 strikes the limiting flanks 22, 23 .
  • This can result in the second end 20 of the locking pin 19 in the machine housing 7 hits in the area of the guide groove 19, as a result of which the floating bearing 5 can be blocked.
  • FIG. 2 show that a protective element 24 is arranged in the area of the boundary flanks 22, 23.
  • FIG. The protective element 24 is made of a harder material than the machine housing 7.
  • the protective element 24 can be made of steel and can be sheet steel, for example.
  • the protective element 24 has a U-shaped cross section. This shape can be achieved by bending the steel sheet.
  • the protective element 24 covers the boundary flanks 22, 23 where the second end 20 of the locking pin 19 can strike the boundary flanks 22, 23. In this way, the machine housing 7 is protected from damage by the twisting locking pin 19. At the same time, this prevents the locking pin 19 from hitting the boundary flanks 22, 23 of the machine housing 7 and thus also prevents the floating bearing 5 from being blocked. If the protective element 24 should be damaged by the locking pin 19, the protective element 24 can be easily replaced.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs. Die elektrische Maschine umfasst einen Rotor mit einer Rotorwelle (3), ein axiales Festlager, ein axiales Loslager (5), ein Maschinengehäuse (7), einen Sicherungsstift (19) und ein Schutzelement (24). Das axiale Festlager ist in der elektrischen Maschine (1) drehfest und unbeweglich in einer axialen Richtung (x) der elektrischen Maschine (1) gelagert, wobei das axiale Loslager (5) in der axialen Richtung (x) beweglich in dem Maschinengehäuse (7) gelagert ist. Der Sicherungsstift (19) ist dazu eingerichtet, zu verhindern, dass ein Außenring (10) des Loslagers (5) in dessen Umfangsrichtung (U) relativ zu dem Maschinengehäuse (7) verdreht wird. Das Schutzelement (24) ist dazu eingerichtet, zu verhindern, dass der Sicherungsstift (19) in das Maschinengehäuse (7) einschlägt und das Loslager (5) blockiert.

Description

Elektrische Maschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs.
Für die Lagerung einer Rotorwelle in einer elektrischen Maschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs werden in der Regel ein Festlager und ein Loslager verwendet. Das Festlager, insbesondere ein Innenring des Festlagers, ist dabei einerseits fest mit der Rotorwelle verbunden. Andererseits ist insbesondere ein Außenring des Festlagers fest mit einem Gehäuse der elektrischen Maschine verbunden. Das Loslager hingegen hat einen axialen Freiheitsgrad. Durch diese Beweglichkeit des Loslagers in der axialen Richtung der elektrischen Maschine wird eine Ausdehnung der Rotorwelle bei deren Erwärmung bzw. ein Zusammenziehen der Rotorwelle bei deren Abkühlung ermöglicht. Das Loslager weist dabei in der Regel zwischen dem Innenring und der Rotorwelle einen Festsitz auf und zwischen dem Außenring und dem Gehäuse einen Spielsitz.
Durch ein Wandern des Außenringes im Gehäuse kann Verschleiß am Gehäuse entstehen, insbesondere, wenn das Gehäuse aus Aluminium gefertigt ist. Dies kann zu einem Ausfall der elektrischen Maschine führen. Das Wandern des Außenrings kann beispielsweise durch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Außenring und dem Gehäuse verhindert werden, insbesondere mittels eines Stifts, der im Außenring des Loslagers und in einer Nut innerhalb des Gehäuses aufgenommen ist. Selbst bei einer solchen formschlüssigen Verbindung kann es jedoch zu einem Einschlagen des Stiftes im Gehäuse und zu einem Blockieren des Loslagers kommen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann darin gesehen werden, ein zuverlässige Lagerung eines Loslagers in der elektrischen Maschine bereitzustellen, welche den vorstehend beschriebenen Problemstellungen Rechnung trägt. Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren. Die vorliegende Erfindung schlägt vor, das Einschlagen und Blockieren des Loslagers mittels eines Schutzelements im Gehäuse zu vermieden. Das Schutzelement kann z.B. als ein gehärtetes umgebogenes Blechteil ausgeführt sein.
In diesem Sinne wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung eine elektrische Maschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Die elektrische Maschine umfasst einen Rotor mit einer Rotorwelle, ein axiales Festlager, ein axiales Loslager, ein Maschinengehäuse, einen Sicherungsstift und ein Schutzelement. Das axiale Festlager ist in der elektrischen Maschine drehfest und unbeweglich in einer axialen Richtung der elektrischen Maschine gelagert, wobei das axiale Loslager in der axialen Richtung beweglich in dem Maschinengehäuse gelagert ist. Der Sicherungsstift ist dazu eingerichtet, zu verhindern, dass ein Außenring des Loslagers in dessen Umfangsrichtung relativ zu dem Maschinengehäuse verdreht wird. Das Schutzelement ist dazu eingerichtet, zu verhindern, dass der Sicherungsstift in das Maschinengehäuse einschlägt und das Loslager blockiert.
Was das Merkmal „drehfest“ angeht, so drehen bzw. verdrehen sich Maschinenelemente, die drehfest miteinander verbunden sind, nicht relativ zueinander. Es kann ein Drehmoment zwischen den Maschinenelementen übertragen werden. In dem konkreten Fall der elektrischen Maschine der vorliegenden Erfindung sind insbesondere der Außenring des Loslagers und das Maschinengehäuse derart miteinander formschlüssig verbunden, dass sich der Außenring des Loslagers in dessen Umfangsrichtung nicht oder nur sehr eingeschränkt bewegen kann.
Das Schutzelement schränkt eine Axialführung des Loslagers jedoch nicht ein. Die Axialführung des Loslagers mit dem Schutzelement zeichnet sich durch eine geringe Anzahl und Komplexität von Bauteilen aus, was zu geringeren Kosten der vorgeschlagenen Lösung führt. Das Schutzelement nimmt lediglich einen geringen Bauraum in Anspruch und ist einfach zu montieren.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Loslager durch einen Formschluss daran gehindert wird, sich in der Umfangsrichtung zu bewegen, wohingegen eine Bewegung in der axialen Richtung durch den Formschluss zugelassen wird. Der Widerstand, den das Loslager während einer Verschiebung in der axialen Richtung erfährt, kann in dieser Ausführungsform besonders klein gehalten werden, z.B. indem das Loslager durch eine Spielpassung oder durch eine geringe Übergangspassung insbesondere in einer Bohrung des Maschinengehäuses der elektrischen Maschine gelagert ist. In diesem Sinne ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass das Maschinengehäuse eine Führungsnut formt, wobei das Schutzelement zwischen dem Außenring des Loslagers und der Führungsnut angeordnet ist. Der Außenring und das Schutzelement sind dabei mittels des Sicherungsstifts derart formschlüssig verbunden, dass der Außenring mit dem Maschinengehäuse drehfest verbunden ist. Zwischen dem Sicherungsstift und dem Schutzelement kann dabei ein Spiel in der Umfangsrichtung bestehen. Dieses Spiel erlaubt dem Sicherungsstift, sich eine kleine Strecke in der Umfangsrichtung zu bewegen, z.B. 1 bis 2 mm, ehe das Spiel aufgebraucht ist, der Sicherungsstift an dem Schutzelement anschlägt und das Schutzelement eine weitere Bewegung in der Umfangsrichtung formschlüssig blockiert.
In diesem Zusammenhang kann ein erstes Ende des Sicherungsstifts in einer radialen Bohrung des Außenrings des Loslagers angeordnet sein, wobei ein zweites Ende des Sicherungsstifts in der Führungsnut aufgenommen ist. Der Sicherungsstift kann dabei innerhalb der Führungsnut in der axialen Richtung verschoben werden, wohingegen er in der Umfangsrichtung durch das Schutzelement blockiert wird.
Das Schutzelement kann aus einem härteren Material gefertigt sein als das Maschinengehäuse. Dadurch wird ein Beitrag geleistet, dass das Schutzelement wenig Gefahr läuft, durch den Sicherungsstift beschädigt zu werden, wenn dieser innerhalb der Führungsnut verdreht wird und an das Schutzelement anschlägt. Insbesondere kann das Schutzelement aus Stahl gefertigt sein. Beispielsweise kann das Schutzelement ein umgebogenes Blechteil sein.
Eine axiale Vorspannung des Loslagers kann insbesondere über eine Wellfeder aufgebracht werden. Die Wellfeder kann dazu eine in der axialen Richtung wirkende Kraft auf das Loslager ausüben, wobei die in der axialen Richtung wirkende Kraft über die Rotorwelle an das Festlager übertragen werden kann. In diesem Sinne umfasst die elektrische Maschine in einer weiteren Ausführungsform eine Wellfeder, wobei sich ein erstes Ende der Wellfeder an dem Maschinengehäuse abstützt, und wobei sich ein zweites Ende der Wellfeder an dem Loslager abstützt. Die Wellfeder übt dabei eine Federkraft auf das Loslager aus, sodass das Loslager und die Rotorwelle in der axialen Richtung in Richtung des Festlagers gedrückt werden.
Bei dem Loslager kann es sich in diesem Zusammenhang insbesondere um ein Rillenkugellager handeln, das einen Innenring und den Außenring umfasst, wobei die Wellfeder die Federkraft auf den Außenring des Rillenkugellagers ausübt. Die Federkraft kann über den Innenring des Rillenkugellagers auf die Rotorwelle übertragen werden, sodass die Rotorwelle zusammen mit dem Rillenkugellager in der axialen Richtung in Richtung des Festlagers gedrückt wird, wobei die Federkraft auf das Festlager wirkt, von wo aus sie auf das Maschinengehäuse übertragen wird.
Weiterhin kann der Außenring des Loslagers innerhalb des Maschinengehäuses durch eine Spielpassung oder eine geringe Übergangspassung oder eine geringe Presspassung gelagert sein.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Antriebsstrang für ein Nutzfahrzeug bereitgestellt, wobei der Antriebsstrang eine elektrische Maschine gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
Fig. 1 eine grob schematische Längsschnittdarstellung einer elektrischen Maschine,
Fig. 2 eine vergrößerte Längsschnittdarstellung einer Lagerung eines Loslagers für die elektrischen Maschine nach Fig. 1 , Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Lagerung des Loslagers nach Fig. 2 mit einem erfindungsgemäßen Schutzelement,
Fig. 4 eine Querschnittdarstellung der Lagerung des Loslagers nach Fig. 2 ohne das Schutzelement und
Fig. 5 eine Querschnittdarstellung der Lagerung des Loslagers nach Fig. 2 mit dem Schutzelement.
Fig. 1 zeigt eine elektrische Maschine 1 , insbesondere eine Asynchronmaschine. Die elektrische Maschine 1 wird zum Zentralantrieb (Frontmotor) eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs genutzt, z.B. eines Nutzfahrzeugs, insbesondere ein Bus oder ein Lastkraftwagens (Lkw).
Die elektrische Maschine 1 umfasst einen Rotor 2, dessen Rotorwelle 3 in einem Festlager 4 und in einem Loslager 5 gelagert ist. Ein Stator 6 der elektrischen Maschine 1 umgibt den Rotor 2 in einer radialen Richtung r der elektrischen Maschine 1 . Das Loslager 5 befindet sich auf einer ersten Stirnseite S1 der elektrischen Maschine 1 . Das Festlager 4 befindet sich auf einer der ersten Stirnseite S1 abgewandten zweiten Stirnseite S2 der elektrischen Maschine 1. Die elektrische Maschine 1 umfasst ein Maschinengehäuse 7 und einen Gehäusedeckel 8, welcher die elektrische Maschine 1 auf der zweiten Stirnseite S2 abschließt.
Bei dem Festlager 4 handelt es sich um ein Wälzlager mit einem nicht dargestellten Innenring und Außenring. Zwischen dem Innenring und dem Außenring sind in bekannter Weise Wälzkörper angeordnet. Der radial innen angeordnete Innenring des Wälzlagers 4 ist drehfest mit der Rotorwelle 3 verbunden. Der radial außen angeordnete Außenring des Wälzlagers 4 ist drehfest in dem Gehäusedeckel 8 gelagert. Der Außenring des Wälzlagers 4 ist weiterhin in der axialen Richtung x der elektrischen Maschine fest innerhalb des Gehäusedeckels 8 gelagert. Somit kann sich das Wälzlager 4 nicht in der axialen Richtung x der elektrischen Maschine 1 nicht hin- und her bewegen. Bei dem Loslager 5 handelt es sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel um ein Rillenkugellager. Das Rillenkugellager 5 nimmt Kräfte in der radialen Richtung r der elektrischen Maschine auf. Das Rillenkugellager 5 umfasst einen Innenring 9 und einen Außenring 10. Zwischen dem Innenring 9 und dem Außenring 10 sind die Kugeln 11 (Wälzkörper) des Loslagers 5 angeordnet (Fig. 2 bis 4). Fig. 1 zeigt in einer übertriebenen Darstellung, dass eine Passung zwischen dem Loslager 5 und einer axialen Bohrung 12 des Maschinengehäuses 7 derart ausgelegt ist, dass sich das Loslager 5 in der axialen Richtung X der elektrischen Maschine 1 bewegen kann. Es besteht somit eine Spielpassung bzw. eine geringe Übergangspassung zwischen dem Loslager 5 und der axialen Bohrung 12 des Maschinengehäuses 7. Das Loslager 5 kann demnach keine Kräfte in der axialen Richtung x aufnehmen, sondern ist in der axialen Richtung x verschiebbar innerhalb des Maschinengehäuses 7 gelagert. Der Innenring 9 des Wälzlagers 5 ist fest mit der Rotorwelle 3 verbunden (Fig. 2 bis 4).
Während eines Betriebs der elektrischen Maschine 1 , erwärmt sich insbesondere die Rotorwelle 3 und dehnt sich dabei in einer axialen Richtung x der elektrischen Maschine 1 aus. Dadurch, dass das Loslager 5 in der axialen Richtung x beweglich innerhalb des Gehäuses 7 gelagert ist, kann sich das Loslager 5 entsprechend der Längenausdehnung der Rotorwelle 3 in der axialen Richtung x verschieben. In dem durch Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird sich das Loslager 5 nach links verschieben, wenn sich die Rotorwelle 3 im Betrieb der elektrischen Maschine 1 ausdehnt.
Eine Wellfeder 13 spannt das Loslager 5 in der axialen Richtung x vor (und zwar in Richtung des Festlagers 4), damit das Loslager 5 in der axialen Richtung x eine vorbestimmte Position einnimmt, und damit sich die Kugeln 11 des Loslagers 5 in vorgesehener Weise abwälzen können. Ein erstes axiales Ende der Wellfeder 13 liegt an dem Außenring 10 des Loslagers 5 an. Das zweite axiale Ende der Wellfeder 13 stützt sich über eine Stauscheibe 14 und einen Sicherungsring 15 an dem Maschinengehäuse 7 ab. Die Wellfeder 13 erzeugt eine Federkraft, die in der axialen Richtung x auf den Außenring 10 des Loslagers 5 wirkt. Die Federkraft wird über den Innenring 9 des Loslagers 5 und über einen radialen Wellenabsatz 16 der Rotorwelle 3 auf die Rotorwelle 3 übertragen, welche die Federkraft auf das Festlager 4 überträgt, sodass auch das Festlager 4 vorgespannt wird.
Der Außenring 10 des Loslagers 5 weist eine radiale Bohrung 17 auf, in welcher passend ein radial inneres erstes Ende 18 eines Sicherungsstifts 19 aufgenommen ist. Ein Verdrehen des Außenrings 10 des Loslagers 5 führt zu einer entsprechenden Verdrehung des Sicherungsstifts 19. Ein radial äußeres zweites Ende 20 des Sicherungsstifts 19 ist in einer Führungsnut 21 des Maschinengehäuses 7 aufgenommen. Die Führungsnut 21 wird durch das Maschinengehäuse 7 geformt und erstreckt sich derart in der axialen Richtung x der elektrischen Maschine 1 , dass sich der Sicherungsstift 19 in der axialen Richtung x der elektrischen Maschine 1 derart bewegen kann, dass die Ausdehnung der Rotorwelle 3 in der axialen Richtung x der elektrischen Maschine 1 ermöglicht wird. Dabei wird das Loslager 5 der Ausdehnung der Rotorwelle 3 entsprechend in der axialen Richtung x verschoben, und zwar innerhalb von axialen Anschlagsgrenzen, die durch das Maschinengehäuse 7 definiert werden.
In der radialen Richtung r der elektrischen Maschine 1 blockiert die Begrenzung der Führungsnut 21 ein Verdrehen des Sicherungsstifts 19 formschlüssig und damit auch ein Verdrehen des Außenrings 10 des Loslagers 5 in dessen Umfangsrichtung U. Zwei in der Umfangsrichtung U angeordnete, durch das Maschinengehäuse 7 geformte und in der radialen Richtung r verlaufende Begrenzungsflanken 22, 23 der Führungsnut 21 erlauben dabei lediglich eine minimale Verdrehung des Außenrings 10 des Loslagers 5, wobei die maximal erlaubte Verdrehung beispielsweise im Bereich einiger Millimeter liegen kann (Fig. 4).
Das Maschinengehäuse 7 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus Aluminium gefertigt. Dies hat Vorteile insbesondere bezüglich des Gewichts der elektrischen Maschine 1 . Allerdings kann der Fall auftreten, dass das zweite Ende 20 des Sicherungsstifts 19 durch das Verdrehen des Außenrings 10 des Loslagers 5 das Maschinengehäuse 7 im Bereich der Begrenzungsflanken 22, 23 beschädigt, wenn das zweite Ende 20 des Sicherungsstifts 19 an den Begrenzungsflanken 22, 23 anschlägt. Dies kann dazu führen, dass das zweite Ende 20 des Sicherungsstifts 19 in das Maschinengehäuse 7 im Bereich der Führungsnut 19 einschlägt wodurch das Loslager 5 blockiert werden kann.
Fig. 2, 3 und 5 zeigen, dass im Bereich der Begrenzungsflanken 22, 23 ein Schutzelement 24 angeordnet ist. Das Schutzelement 24 ist aus einem härteren Material gefertigt als das Maschinengehäuse 7. Beispielsweise kann das Schutzelement 24 aus Stahl gefertigt sein und z.B. ein Stahlblech sein. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Schutzelement 24 einen U-förmigen Querschnitt auf. Diese Form kann durch Umbiegen des Stahlblechs erreicht werden. Das Schutzelement 24 bedeckt die Begrenzungsflanken 22, 23 dort, wo das zweite Ende 20 des Sicherungsstifts 19 an die Begrenzungsflanken 22, 23 anschlagen kann. Auf diese Weise ist das Maschinengehäuse 7 vor einer Beschädigung durch den sich verdrehenden Sicherungsstift 19 geschützt. Dadurch wird zugleich ein Einschlagen des Sicherungsstifts 19 in den Begrenzungsflanken 22, 23 des Maschinengehäuses 7 und somit auch ein Blockieren des Loslagers 5 verhindert. Falls das Schutzelement 24 durch den Sicherungsstift 19 beschädigt werden sollte, so kann das Schutzelement 24 leicht ausgetauscht werden.
Bezuqszeichen r radiale Richtung
S1 erste Stirnseite
S2 zweite Stirnseite
U Umfangsrichtung x axiale Richtung
1 elektrische Maschine
2 Rotor
3 Rotorwelle
4 Festlager
5 Loslager
6 Stator
7 Maschinengehäuse
8 Gehäusedeckel
9 Innenring
10 Außenring
11 Kugel
12 axiale Bohrung
13 Wellfeder
14 Stauscheibe
15 Sicherungsring
16 radialer Wellenabsatz
17 radiale Bohrung im Loslager
18 erstes Ende Sicherungsstift
19 Sicherungsstift
20 zweites Ende Sicherungsstift
21 Führungsnut
22 Begrenzungsflanke
23 Begrenzungsflanke
24 Schutzelement

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Maschine (1 ) zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, die elektrische Maschine (1 ) umfassend
- einen Rotor (2) mit einer Rotorwelle (3),
- ein axiales Festlager (4),
- ein axiales Loslager (5),
- ein Maschinengehäuse (7),
- einen Sicherungsstift (19) und
- ein Schutzelement (24), wobei
- das axiale Festlager (4) in der elektrischen Maschine (1 ) drehfest und unbeweglich in einer axialen Richtung (x) der elektrischen Maschine (1 ) gelagert ist,
- das axiale Loslager (5) in der axialen Richtung (x) beweglich in dem Maschinengehäuse (7) gelagert ist,
- der Sicherungsstift (19) dazu eingerichtet ist, zu verhindern, dass ein Außenring
(10) des Loslagers (5) in dessen Umfangsrichtung (U) relativ zu dem Maschinengehäuse (7) verdreht wird, und
- das Schutzelement (24) dazu eingerichtet ist, zu verhindern, dass der Sicherungsstift (19) in das Maschinengehäuse (7) einschlägt und das Loslager (5) blockiert.
2. Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 1 , wobei
- das Maschinengehäuse (7) eine Führungsnut (21 ) formt,
- das Schutzelement (24) zwischen dem Außenring (10) des Loslagers (5) und der Führungsnut (21 ) angeordnet ist, und
- der Außenring (1 ) und das Schutzelement (24) mittels des Sicherungsstifts (19) derart formschlüssig verbunden sind, dass der Außenring (10) mit dem Maschinengehäuse (7) drehfest verbunden ist.
3. Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 2, wobei
- ein erstes Ende (18) des Sicherungsstifts (19) in einer radialen Bohrung (17) des Außenrings (10) des Loslagers (5) angeordnet ist,
- ein zweites Ende (20) des Sicherungsstifts (19) in der Führungsnut (21 ) aufgenommen ist, und - der Sicherungsstift (19) innerhalb der Führungsnut (21 ) in der axialen Richtung (x) verschoben werden kann, in der Umfangsrichtung (U) jedoch durch das Schutzelement (24) blockiert wird.
4. Elektrische Maschine (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Schutzelement (24) aus einem härteren Material gefertigt ist als das Maschinengehäuse (7).
5. Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 4, wobei das Schutzelement (24) aus Stahl gefertigt ist.
6. Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Schutzelement (24) ein umgebogenes Blechteil ist.
7. Elektrische Maschine (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die elektrische Maschine (1 ) umfassend eine Wellfeder (13), wobei
- ein erstes Ende der Wellfeder (13) sich an dem Maschinengehäuse (7) abstützt,
- ein zweites Ende der Wellfeder (13) sich an dem Loslager (5) abstützt, und
- die Wellfeder (13) eine Federkraft auf das Loslager (5) ausübt, sodass das Loslager (5) und die Rotorwelle (3) in der axialen Richtung (x) in Richtung des Festlagers (4) gedrückt werden.
8. Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 7, wobei
- das Loslager ein Rillenkugellager (5) ist, das einen Innenring (9) und den Außenring (10) umfasst,
- die Wellfeder (13) die Federkraft auf den Außenring (10) des Rillenkugellagers (5) ausübt,
- die Federkraft über den Innenring (9) des Rillenkugellagers (5) auf die Rotorwelle
(3) übertragen wird, sodass die Rotorwelle (3) zusammen mit dem Rillenkugellager (5) in der axialen Richtung (x) in Richtung des Festlagers (4) gedrückt wird, und
- die Federkraft auf das Festlager (4) wirkt, von wo aus sie auf das Maschinengehäuse (7) übertragen wird.
9. Elektrische Maschine (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Außenring (10) des Loslagers (5) innerhalb des Maschinengehäuses (7) durch eine
- Spielpassung oder
- eine geringe Übergangspassung oder
- eine geringe Presspassung gelagert ist.
10. Antriebsstrang für ein Nutzfahrzeug, der Antriebsstrang umfassend eine elektrische Maschine (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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