DE102013011102A1

DE102013011102A1 - Lagerungsanordnung einer Welle an einem Gehäuse für eine Maschine

Info

Publication number: DE102013011102A1
Application number: DE102013011102.1A
Authority: DE
Inventors: Majed Nabhan
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2015-01-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagerungsanordnung (10) einer Welle (12) an einem Gehäuse (14) für eine Maschine, insbesondere eine elektrische Maschine, eines Kraftwagens, bei welcher die Welle (12) über wenigstens ein Wälzlager (36, 38) an dem Gehäuse (14) um eine Drehachse (24) relativ zu dem Gehäuse (14) drehbar gelagert ist, wobei das Wälzlager (36, 38) an dem Gehäuse (14) zumindest in radialer Richtung über eine Lagerbuchse (44) abgestützt ist, welche über wenigstens ein elastisches Element (48) zumindest in radialer Richtung an dem Gehäuse (14) abgestützt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lagerungsanordnung einer Welle an einem Gehäuse für eine Maschine, insbesondere eine elektrische Maschine, eines Kraftwagens gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Die fortschreitende Entwicklung von Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen, führt zur zunehmenden Elektrifizierung von Antriebssträngen zum Antreiben der Kraftwagen. Hierbei kommen elektrische Maschinen zum Einsatz, welche beispielsweise als Traktionsmaschinen ausgebildet sind und in einem jeweiligen Motorbetrieb den entsprechenden Kraftwagen antreiben können. In einem Generatorbetrieb dienen die elektrischen Maschinen beispielsweise dazu, kinetische Energien unter Abbremsen des Kraftwagens in elektrische Energie umzuwandeln, welche beispielsweise in einer Batterie gespeichert werden kann.
Derartige Antriebsstränge umfassen bei sogenannten Hybrid-Fahrzeugen wenigstens eine elektrische Maschine zum Antreiben des Kraftwagens sowie wenigstens eine Verbrennungskraftmaschine, mittels welcher der Kraftwagen angetrieben werden kann. Darüber hinaus sind Elektrofahrzeuge bekannt, die ausschließlich von elektrischen Maschinen angetrieben werden.
Elektrische Maschinen in Kraftwagen sind hohen Belastungen ausgesetzt. Während des Betriebs kann es zu hohen Betriebstemperaturen, hohen Drehzahlen und Erschütterungen kommen. Darüber hinaus sind die elektrischen Maschinen rauen Umweltbedingungen ausgesetzt. Die elektrischen Maschinen werden somit insbesondere fahrbahnabhängig und in einem breiten Temperaturbereich belastet. Ferner sind die elektrischen Maschinen wechselnden Belastungen unterworfen, da häufige Betriebswechsel zwischen dem Generatorbetrieb und dem Motorbetrieb stattfinden. Darüber hinaus kann es zu unterschiedlichen Fahrbahnsituationen kommen, wobei beispielsweise ein Wechsel zwischen Eis und Asphalt stattfindet. Ferner kann es insbesondere bei Verwendung unterschiedlicher Materialien zu unterschiedlichen, thermisch bedingten Ausdehnungen und Kontraktionen kommen, was ebenfalls eine große Belastung darstellen kann.
Eine Lagerungsanordnung einer Welle an einem Gehäuse für eine elektrische Maschine eines Kraftwagens ist beispielsweise der DE 10 2011 006 281 A1 als bekannt zu entnehmen. Bei dieser Lagerungsanordnung ist die Welle über wenigstens ein Wälzlager an dem Gehäuse um eine Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar gelagert. Die Welle ist dabei als einen Rotor tragende Rotorwelle der elektrischen Maschine ausgebildet. Die auf eine solche Lagerungsanordnung wirkenden Belastungen führen zu Verschleiß, so dass entsprechende Reparatur- und/oder Wartungsarbeiten erforderlich sind.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lagerungsanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Lagerungsanordnung eine besonders hohe Robustheit gegenüber während des Betriebs auftretenden Belastungen aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Lagerungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um eine Lagerungsanordnung, insbesondere für eine elektrische Maschine eines Kraftwagens, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, welche eine besonders hohe Robustheit gegenüber während des Betriebs auftretenden Belastungen aufweist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Wälzlager an dem Gehäuse zumindest in radialer Richtung, das heißt zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse, über eine Lagerbuchse abgestützt ist, welche über wenigstens ein elastisches Element zumindest in radialer Richtung an dem Gehäuse abgestützt ist. Mit anderen Worten ist das Wälzlager über die Lagerbuchse an dem Gehäuse abgestützt, wobei die Lagerbuchse ihrerseits unter Vermittlung des elastischen Elements an dem Gehäuse abgestützt ist.
Das Wälzlager und über dieses die Welle sind somit elastisch beziehungsweise elastisch federnd am Gehäuse abgestützt, wobei das elastische Element Stoßbelastungen abfedern und dämpfen kann. Derartige Stoßbelastungen resultieren beispielsweise aus Fahrbahnunebenheiten, was herkömmlicherweise zu hohen Belastungen und einem daraus resultierenden hohen Verschleiß der Lagerungsanordnung führt. Aufgrund der durch das elastische Element bewirkbaren Federung und Dämpfung können die auf die Welle und das Wälzlager wirkenden Belastungen und somit der Verschleiß besonders gering gehalten werden. Insbesondere können sogenannte Stillstandsmarkierungen vermieden werden, was zu einer besonders hohen Lebensdauer der Lagerungsanordnung führt.
Darüber hinaus können mittels des elastischen Elements Schwingungen und daraus resultierende Geräusche vermieden oder zumindest gering gehalten werden, so dass mittels der erfindungsgemäßen Lagerungsanordnung auch ein besonders schwingungs- und geräuscharmer Betrieb der Maschine realisierbar ist. Hierbei gewährleistet das elastische Element eine schwingungstechnische Abkopplung des Wälzlagers und der Welle von dem Gehäuse und etwaig vorgesehenen, weiteren Bauteilen der Maschine und des Kraftwagens. Resonanzschwingungen zwischen Bauteilen, welche Schwingungen erzeugen können, sowie Komponenten, die sich in Resonanz befinden, können gedämpft werden.
Weiterhin kann das elastische Element etwaig auftretende, unterschiedliche thermisch bedingte Ausdehnungen und Kontraktionen des Gehäuses und der Lagerbuchse kompensieren, so dass thermisch bedingte Verspannungen sowie ein Lagerausfall vermieden werden können. Ferner können dadurch ein Verdrehen und ein Verkippen der Lagerbuchse relativ zu dem Gehäuse insbesondere unter Umfangsbelastungen verhindert werden, so dass eine stabile Lagerung der Welle an dem Gehäuse gewährleistet ist. Aufgrund der hohen Robustheit weist die erfindungsgemäße Lagerungsanordnung eine sehr hohe Lebensdauer auf. Die erfindungsgemäße Lagerungsanordnung ist besonders geeignet für den Einsatz bei wechselnden und stoßartigen Belastungen, wie sie insbesondere während des Betriebs eines Kraftwagens beziehungsweise bei einem Einsatz in einem Antriebsstrang eines Kraftwagens vorkommen können.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Lagerbuchse mittels des elastischen Elements zumindest in radialer Richtung in einem Abstand zu dem Gehäuse gehalten. Dies bedeutet, dass das elastische Element als Abstandshalter fungiert, mittels welchem die Lagerbuchse auf Abstand zu dem Gehäuse gehalten ist, so dass die Lagerbuchse das Gehäuse zumindest in radialer Richtung nicht berührt. Hierbei ist beispielsweise zumindest in einem Teilbereich der axialen Erstreckung der Lagerbuchse ein Spalt in radialer Richtung zwischen der Lagerbuchse und dem Gehäuse vorgesehen. Die Beabstandung der Lagerbuchse zu dem Gehäuse führt dazu, dass der Wärmeübergangskoeffizient zwischen dem Gehäuse und der Lagerbuchse besonders gering gehalten werden kann. Somit kann die Wärmeabfuhr beziehungsweise die Wärmeübertragung zwischen der Lagerbuchse und dem Gehäuse sowie zwischen einem etwaig vorgesehenen Innenring und einem etwaig vorgesehenen Außenring des Wälzlagers gering gehalten werden, so dass auch eine während des Betriebs etwaig auftretende Temperaturdifferenz zwischen der Lagerbuchse und dem Gehäuse und/oder zwischen dem Innenring und dem Außenring des Wälzlagers sowie daraus resultierende Verspannungen zumindest in einem geringen Rahmen gehalten werden können.
Unter Betriebsbelastungen und/oder bei der Fertigung der Maschine, insbesondere der elektrischen Maschine, können herkömmlicherweise Schiefstellungen und Ungenauigkeiten von Lagersitzen vorkommen, an denen die Welle über die Wälzlager zu lagern beziehungsweise gelagert ist. Durch die Beabstandung der Lagerbuchse zu dem Gehäuse und mittels des elastischen Elements ist die Möglichkeit geschaffen, dass sich das Wälzlager und die Lagerbuchse insbesondere selbsttätig einstellen können, so dass die etwaig auftretenden Schiefstellungen kompensiert werden. Dadurch können übermäßige Kantenpressungen an Wälzkörpern des Wälzlagers vermieden werden, so dass auf die Lagerungsanordnung wirkende Belastungen insgesamt gering gehalten werden können.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das elastische Element derart ausgebildet ist, dass eine gewisse Verschiebbarkeit der Lagerbuchse und somit des Wälzlagers in axialer Richtung möglich ist. Diese Verschiebbarkeit relativ zu dem Gehäuse dient als Notloslager, falls es zu einem Loslagerausfall beispielsweise aufgrund von Verspannungen kommt. Hierdurch können übermäßige, auf die Lagerungsanordnung wirkende Verspannungen vermieden werden.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das elastische Element aus Gummi gebildet ist. Das elastische Element weist somit besonders vorteilhafte Federungs- und insbesondere Dämpfungseigenschaften auf, so dass beispielsweise Stoßbelastungen besonders gut gedämpft werden können. Darüber hinaus ist dadurch eine besonders vorteilhafte schwingungstechnische Entkopplung der Lagerbuchse und des Wälzlagers sowie der Welle vom Gehäuse darstellbar.
Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Lagerbuchse an ihrer dem Gehäuse zugewandten, außenumfangsseitigen Mantelfläche wenigstens eine Aufnahme aufweist, in der das elastische Element aufgenommen ist. Das elastische Element ist über die Aufnahme beispielsweise formschlüssig mit der Lagerbuchse verbunden, so dass das elastische Element besonders gut an der Lagerbuchse fixiert ist und sich nicht unerwünschterweise relativ zur Lagerbuchse und relativ zum Gehäuse bewegen kann. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das elastische Element teilweise in der Aufnahme aufgenommen ist und teilweise aus der Aufnahme herausragt und zumindest einen Teilbereich der Lagerbuchse in radialer Richtung überragt. Dadurch kann die Lagerbuchse am Gehäuse abgestützt werden, ohne dass es zu Berührungen zwischen der Lagerbuchse und dem Gehäuse kommt. Mit anderen Worten kann dadurch die Lagerbuchse in radialer Richtung und in Abstand zum Gehäuse gehalten werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Aufnahme eine in Umfangsrichtung der Lagerbuchse zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, umlaufende Nut, insbesondere Ringnut. Das elastische Element läuft dabei in Umfangsrichtung der Lagerbuchse zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, um und ist in der Nut aufgenommen. Mit anderen Worten umgeben die Nut und das elastische Element die Lagerbuchse beziehungsweise dessen außenumfangsseitige Mantelfläche in Umfangsrichtung der Lagerbuchse zumindest überwiegend, das heißt mehr als die Hälfte, so dass die Lagerbuchse über das elastische Element besonders gut federnd und gedämpft am Gehäuse abgestützt werden kann.
Um das Gewicht der Lagerungsanordnung und der Maschine insgesamt besonders gering zu halten, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Gehäuse aus einem Leichtmetall beziehungsweise einer Leichtmetalllegierung, insbesondere aus Aluminium beziehungsweise einer Aluminiumlegierung, gebildet ist.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Lagerbuchse aus einem Stahl gebildet ist. Hierdurch kann eine besonders steife und stabile Lagerung der Welle am Gehäuse realisiert werden.
Das Wälzlager, insbesondere dessen Außenring und/oder Innenring, ist beispielsweise aus dem Werkstoff 100Cr6 ausgebildet. Die Lagerbuchse und insbesondere das elastische Element dienen dabei als Ausgleichselemente, um unterschiedliche Verhalten des Wälzlagers und des Gehäuses hinsichtlich thermisch bedingter Ausdehnung und Kontraktion zu kompensieren. Zur Kompensierung unterschiedlicher thermischer Verhalten des Gehäuses und des Wälzlagers sowie des Gehäuses und der Lagerbuchse dient insbesondere das elastische Element. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Gehäuse und die Lagerbuchse aus voneinander unterschiedlichen Materialien beziehungsweise Werkstoffen gebildet sind. Bei unterschiedlichen Ausdehnungen und Kontraktionen in radialer Richtung kann das elastische Element komprimiert werden oder sich ausdehnen, um dadurch unterschiedliche Ausdehnungen und Kontraktionen zu kompensieren und gleichzeitig eine stabile Lagerung der Welle am Gehäuse zu gewährleisten. Ist das Gehäuse beispielsweise aus dem Leichtmetall und die Lagerbuchse aus dem Stahl gebildet, so dehnt sich das Gehäuse bei hohen Temperaturen stärker aus als die Lagerbuchse. Das elastische Element kann insbesondere die Untermaße kompensieren und somit eine sichere Lagerung der Welle gewährleisten.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Lagerbuchse, insbesondere in axialer Richtung, formschlüssig am Gehäuse festgelegt. Hierdurch können unerwünschte Bewegungen der Lagerbuchse relativ zum Gehäuse vermieden werden. Ferner kann ein Formschluss der Lagerbuchse im Gehäuse dazu dienen, eine Kontraktion des Gehäuses bei niedrigen Temperaturen zu vermeiden.
Als weiterhin vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das elastische Element als von der Lagerbuchse separat ausgebildetes Element ausgebildet ist. Das elastische Element ist hierbei beispielsweise als Gummiring ausgebildet, kann zeit- und kostengünstig separat von der Lagerbuchse und beispielsweise zeitgleich zu dieser hergestellt und an dieser montiert werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das elastische Element als Beschichtung, insbesondere als Gummibeschichtung, der Lagerbuchse ausgebildet. Hierdurch kann der Montageaufwand besonders gering gehalten werden. Ferner ist es möglich, die Lagerbuchse mittels des elastischen Elements elektrisch zu isolieren.
Wälzlager in elektrischen Maschinen sind Lagerströmen ausgesetzt. Mittels des elastischen Elements, welches beispielsweise aus Gummi gebildet ist und einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist, kann die Lagerbuchse und über diese das Wälzlager gegen elektrische Lagerströme isoliert werden, um aus Lagerströmen resultierende Belastungen zumindest gering zu halten.
Zur Erfindung gehört auch eine elektrische Maschine mit einer erfindungsgemäßen Lagerungsanordnung. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lagerungsanordnung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen der elektrischen Maschine anzusehen und umgekehrt. Die elektrische Maschine kann insbesondere als Traktionsmaschine in einem Antriebsstrang eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, verwendet werden und zum Antreiben des Kraftwagens dienen. Insbesondere bei Kraftwagenanwendungen treten hohe auf die elektrische Maschine und somit die Lagerungsanordnung wirkende Belastungen auf, wobei diese Belastungen mittels der Lagerungsanordnung zumindest teilweise kompensiert werden können. Ferner weist die Lagerungsanordnung eine besonders hohe Robustheit gegenüber diesen Belastungen auf, so dass besonders lange Wartungs- und Reparaturintervalle realisierbar sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Längsschnittansicht einer Lagerungsanordnung einer Welle an einem Gehäuse für eine elektrische Maschine eines Kraftwagens, bei welcher die Welle über Wälzlager an dem Gehäuse um eine Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar gelagert ist, wobei die Wälzlager an dem Gehäuse zumindest in radialer Richtung über jeweilige Lagerbuchsen abgestützt sind, die über wenigstens ein jeweiliges elastisches Element zumindest in radialer Richtung an dem Gehäuse abgestützt sind;
2 eine schematische Längsschnittansicht einer der Lagerbuchsen gemäß einer ersten Ausführungsform; und
3 eine schematische Längsschnittansicht einer der Lagerbuchsen gemäß einer zweiten Ausführungsform.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Längsschnittansicht eine Lagerungsanordnung 10 einer Welle 12 an einer Maschine in Form einer elektrischen Maschine eines Kraftwagens. Die elektrische Maschine ist als sogenannte Traktionsmaschine ausgebildet und dient dazu, in einem Motorbetrieb der elektrischen Maschine den beispielsweise als Hybrid-Fahrzeug oder Elektrofahrzeug ausgebildeten Kraftwagen anzutreiben. Mit anderen Worten wirkt die elektrische Maschine in ihrem Motorbetrieb als Elektromotor zum Antreiben des Kraftwagens. Die elektrische Maschine kann auch in einem Generatorbetrieb betrieben werden. In dem Generatorbetrieb wirkt die elektrische Maschine als Generator, mittels welchem kinetische Energie des Kraftwagens unter Abbremsen des sich bewegenden Kraftwagens zumindest teilweise in elektrische Energie umgewandelt wird.
Die elektrische Energie wird beispielsweise in einer elektrischen Speichereinrichtung, insbesondere in einer Batterie, des Kraftwagens gespeichert. Über diese Batterie kann die elektrische Maschine beispielsweise in ihrem Motorbetrieb mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgt und dadurch angetrieben werden.
Die Welle 12 der elektrischen Maschine ist als Rotorwelle ausgebildet. In einem ersten Längenbereich 15 der Welle 12 ist ein die Welle 12 außenumfangsseitig umgebendes Aktivteil 16 eines Rotors der elektrischen Maschine angeordnet, wobei das Aktivteil 16 mit der Welle 12 drehfest verbunden ist. Die Welle 12 ist als Hohlwelle ausgebildet und umfasst einen in axialer Richtung der Welle 12 durchgehenden Hohlquerschnitt 18. Wie aus 1 erkennbar ist, ist die Welle 12 in ihrem ersten Längenbereich 15 in dem Aktivteil 16 aufgenommen. Mit anderen Worten umgibt das Aktivteil 16 die Welle 12 außenumfangsseitig im ersten Längenbereich 15 in Umfangsrichtung der Welle 12 vollständig umlaufend.
Von dem Gehäuse 14 der elektrischen Maschine sind in 1 zwei Gehäuseelemente 20, 22 erkennbar, an denen die Welle 12 und das Aktivteil 16 um eine Drehachse 24 relativ zum Gehäuse 14 drehbar gelagert sind. Aus 1 sind ferner zwei Deckelelemente 26, 28 des Gehäuses 14 erkennbar, mittels welchen das Gehäuse 14 verschlossen ist. Die Welle 12 ist dabei über eine Durchgangsöffnung 30 des Deckelelements 26 aus dem Gehäuse 14 an die Umgebung des Gehäuses 14 herausgeführt.
Zur Lagerung der Welle 12 an dem Gehäuse 14 sind zwei Lagerungseinrichtungen 32, 34 vorgesehen. Die Lagerungseinrichtungen 32, 34 umfassen jeweils wenigstens ein Wälzlager 36, 38. Die Welle 12 ist dabei über die Wälzlager 36, 38 an dem Gehäuse 14 um die Drehachse 24 relativ zum Gehäuse 14 drehbar gelagert. Das Wälzlager 36 ist dabei in einem zweiten Längenbereich 40 der Welle 12 angeordnet und umgibt die Welle 12 im zweiten Längenbereich 40 außenumfangsseitig in Umfangsrichtung der Welle 12 vollständig umlaufend. Analog dazu ist das Wälzlager 38 in einem dritten Längenbereich 42 der Welle 12 angeordnet und umgibt die Welle 12 im dritten Längenbereich 42 in Umfangsrichtung der Welle 12 vollständig umlaufend.
Die Wälzlager 36, 38 können jeweils einen Innenring umfassen, über welchen das jeweilige Wälzlager 36, 38 im entsprechenden Längenbereich 40 beziehungsweise 42 an der Welle 12 abgestützt ist. Ferner können die Wälzlager 36, 38 jeweils einen mit dem jeweiligen Innenring korrespondierenden Außenring umfassen. Der jeweilige Innenring weist eine dem jeweiligen Außenring zugewandte, außenumfangsseitige Laufbahn auf, wobei der jeweilige Außenring eine dem jeweiligen Innenring zugewandte, innenumfangsseitige Laufbahn aufweist.
Darüber hinaus umfasst das jeweilige Wälzlager 36, 38 Wälzkörper, welche an den Laufbahnen abwälzen, wenn sich die Welle 12 relativ zum Gehäuse 14 um die Drehachse 24 dreht. Die Wälzkörper können als Kugeln ausgebildet sein, so dass die Wälzlager 36, 38 beispielsweise als Kugellager ausgebildet sind. Die Wälzlager 36, 38 können jedoch auch als anderes Wälzlager ausgebildet sein. Die Wälzlager 36, 38 können auch jeweils einen sogenannten Lagerkäfig umfassen. Der jeweilige Lagerkäfig dient zum Führen der entsprechenden Wälzkörper. Darüber hinaus werden die Wälzkörper mittels des entsprechenden Lagerkäfigs in einem Abstand zueinander gehalten.
Wie aus 1 ferner zu erkennen ist, ist das jeweilige Wälzlager 36, 38 bei der Lagerungsanordnung 10 an dem Gehäuse 14 beziehungsweise an dem jeweiligen Gehäuseelement 20, 22 in radialer Richtung über eine jeweilige Lagerbuchse 44 abgestützt. Die Lagerbuchsen 44 werden auch als Lagerhülsen bezeichnet, wobei eine der Lagerbuchsen 44 gemäß einer ersten Ausführungsform in 2 und gemäß einer zweiten Ausführungsform in 3 dargestellt ist. Die jeweilige Lagerbuchse 44 ist ihrerseits über zwei aus 2 und 3 erkennbare elastische Elemente vorliegend in Form von Gummiringen 48 zumindest in radialer Richtung am Gehäuse 14 abgestützt. Mit anderen Worten sind die elastischen Elemente aus Gummi gebildet.
Wie besonders gut aus 2 und 3 erkennbar ist, weist die jeweilige, aus einem Stahl gebildete Lagerbuchse 44 an ihrer in radialer Richtung nach außen dem Gehäuse 14 zugewandten außenumfangsseitigen Mantelfläche 52 zwei Aufnahmen in Form von Ringnuten 54 auf. Die Ringnuten 54 erstrecken sich in Umfangsrichtung der Lagerbuchse 44 vollständig umlaufend, wobei sich auch die Gummiringe 48 in Umfangsrichtung der Lagerbuchse 44 vollständig umlaufend erstrecken. Die Gummiringe 48 sind jeweils teilweise in den jeweiligen Ringnuten 54 aufgenommen und ragen teilweise aus der jeweiligen Ringnut 54 radialer Richtung nach außen heraus. Dadurch kann die Lagerbuchse 44 an dem aus Aluminium beziehungsweise einer Aluminiumlegierung gebildeten Gehäuse 14 abgestützt werden, wobei die Lagerbuchse 44 zumindest in radialer Richtung in einem Abstand zu dem Gehäuse 14 mittels der Gummiringe 48 gehalten werden kann. So wird beispielsweise in radialer Richtung zwischen der Lagerbuchse 44 und dem Gehäuse 14 ein Spalt gebildet, so dass die Lagerbuchse 44 das Gehäuse 14 zumindest in radialer Richtung nicht berührt.
Die Ringnuten 54 sind in axialer Richtung der Lagerbuchse 44 voneinander beabstandet, so dass auch die voneinander separat ausgebildeten Gummiringe 48 in axialer Richtung voneinander beabstandet angeordnet sind. Durch ihre teilweise Anordnung in der jeweiligen Ringnut 54 sind die Gummiringe 48 zumindest in axialer Richtung formschlüssig an der jeweiligen Lagerbuchse 44 befestigt, so dass unterwünschte Relativbewegungen vermieden werden können. Da die Gummiringe 48 eine geschlossene Ringform aufweisen und auf der jeweiligen Lagerbuchse 44 angeordnet sind, sind die Gummiringe 48 auch in radialer Richtung formschlüssig an der jeweiligen Lagerbuchse 44 festgelegt.
Durch die Bildung des jeweiligen Spalts zwischen der jeweiligen Lagerhülse (Lagerbuchse 44) und dem Gehäuse 14 kann ein Wärmeübergang zwischen der jeweiligen Lagerbuchse 44 und dem Gehäuse 14 besonders gering gehalten werden, so dass auch eine Temperaturdifferenz zwischen dem jeweiligen Innenring und dem jeweiligen Außenring sowie daraus resultierende Verspannungen zumindest gering gehalten werden können. Ferner können Schwingungen der Lagerbuchsen 44 und daraus resultierende Geräusche mittels der Gummiringe 48 gedämpft werden, so dass ein geräusch- und schwingungsarmer Betrieb der elektrischen Maschine insgesamt realisierbar ist. Die jeweilige Lagerhülse ohne die jeweiligen Gummiringe 48 kann im Gehäuse 14 in axialer Richtung leicht verschoben werden. Ein jeweiliger Außendurchmesser der jeweiligen Lagerhülse ist derart ausgestaltet, dass die jeweilige Lagerhülse eine entsprechende Steifigkeit aufweist.
Eine jeweilige innenumfangsseitige Mantelfläche 60 der jeweiligen Lagerbuchse 44 dient als Lagersitz, an dem die jeweiligen Wälzlager 36, 38 über ihren jeweiligen Außenring abgestützt sind.
Da das Gehäuse 14 aus Aluminium gebildet ist, sind vor allem zwei Aspekte zu berücksichtigen. Ein erster dieser Aspekte ist die – bei gleicher Geometrie und/oder gleicher Wanddicke – im Vergleich zu Stahl geringere Steifigkeit. Der zweite Aspekt ist der im Vergleich zu Stahl höhere Wärmeübertragungskoeffizient. Die geringe Steifigkeit des Gehäuses 14 kann dazu führen, dass eine Lastzone im jeweiligen Wälzlager 36, 38 nur relativ gering ist. Dies kann zu einer hohen Kontaktpressung führen, was die Lebensdauer beeinträchtigen kann. Ferner können das Lagerspiel und die Lagervorspannung negativ beeinflusst werden. Die geringe Steifigkeit kann herkömmlicherweise auch dazu führen, dass das Gehäuse 14 in der Lastzone elastischer Verformung unterliegt. Dies kann ebenfalls eine Minderung der Lagerlebensdauer sowie Schwingungen zur Folge haben. Diese Verformungen können auch für die Entstehung von Reibkorrosion am jeweiligen Außenring verantwortlich sein. Darüber hinaus bedeutet der relativ hohe Wärmeübertragungskoeffizient, dass das Gehäuse 14 und damit der jeweilige Außenring stets kühler als der jeweilige Innenring sind, falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind. Diese Übertemperatur, begünstigt von hohen Drehzahlen, kann dazu führen, dass sich der Innenring stärker als der Außenring ausdehnt, was Verspannungen zur Folge haben kann.
Diesen herkömmlicherweise auftretenden Problemen wird durch die Abstützung der Lagerbuchsen 44 über die Gummiringe 48 am Gehäuse 14 Rechnung getragen, so dass eine stabile und sichere Lagerung der Welle 12 am Gehäuse 14 mit einer hohen Robustheit gegenüber auftretenden Belastungen, insbesondere Stoßbelastungen, gewährleistet werden kann. Wie bereits geschildert, kann der Wärmeübergangskoeffizient zwischen dem Gehäuse 14 und der jeweiligen Lagerbuchse 44, beziehungsweise zwischen dem Gehäuse 14 und den Wälzlagern 36, 38 aufgrund der Verwendung der Gummiringe 48 sowie aufgrund der Ausbildung des Spalts gering gehalten werden, so dass übermäßig unterschiedliche Ausdehnungen des Innenrings und des Außenrings vermieden werden können. Darüber hinaus können unterschiedliche thermisch bedingte Ausdehnungen und Kontraktionen des Gehäuses 14 und der Lagerbuchsen 44, beziehungsweise der Wälzlager 36, 38 durch die Gummiringe 48, kompensiert werden, da diese bei unterschiedlich starken Ausdehnungen komprimiert werden und sich bei unterschiedlichen Kontraktionen ausdehnen können.
Die jeweilige Lagerhülse sollte eine gewisse Dicke in radialer Richtung nicht unterschreiten, wobei die Dicke vom jeweiligen Lagerdurchmesser abhängig ist. Zur axialen Sicherung der Lagerhülsen im Gehäuse 14 kann wenigstens ein jeweiliges Sicherungselement wie beispielsweise ein Sicherungsring verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich sind Gehäuseschultern einsetzbar, um die jeweilige Lagerhülse in axialer Richtung zu fixieren. Mit anderen Worten ist zur axialen Festlegung der Lagerbuchsen 44 beispielsweise wenigstens ein jeweiliger Formschluss im Gehäuse 14 denkbar.
Wie aus 3 erkennbar ist, weist die Lagerbuchse 44 gemäß der zweiten Ausführungsform einen Bund 64 auf, über welchen die Lagerbuchse 46 in axialer Richtung am Gehäuse 14 abgestützt werden kann.
Die jeweiligen Innenringe und Außenringe sind beispielsweise aus einem Stahl, insbesondere aus 100Cr6, gebildet. Aufgrund der unterschiedlichen Werkstoffe der Wälzlager 36, 38 und des Gehäuses 14 werden die Lagerbuchsen 44 verwendet, um unterschiedliche Verhalten insbesondere hinsichtlich thermisch bedingter Ausdehnung und Kontraktion zu kompensieren, wobei derartige unterschiedliche Verhalten insbesondere durch die elastischen Gummiringe 48 kompensiert werden können. Die Lagerbuchsen 44 gewährleisten dabei eine sichere und stabile Lagerung der Wälzlager 36, 38 über die Lagerbuchsen 44 am Gehäuse 14.
Die Lagerungsanordnung 10 ist besonders vorteilhaft einsetzbar bei schnell drehenden Maschinen, insbesondere elektrischen Maschinen für Kraftwagen, da es besonders dort zu hohen Belastungen und hohen Drehzahlen kommt. Die Lagerungsanordnung 10 weist dabei eine besonders hohe Robustheit gegenüber während des Betriebs auftretenden Belastungen auf, wobei die Lagerungsanordnung 10 aufgrund des Einsatzes der Gummiringe 48 die Belastungen besonders gut aufnehmen und zumindest teilweise kompensieren können.
Alternativ oder zusätzlich kann die Lagerbuchse 44 auch einen weiteren Bund 62 aufweisen, an dem beziehungsweise über den sich die Lagerbuchse 44 beispielsweise am entsprechenden Wälzlager 36 beziehungsweise 38 in axialer Richtung formschlüssig abstützen kann.
Die Gummiringe 48 sind vorliegend als separat von den jeweiligen Lagerbuchsen 44 ausgebildete Elemente ausgebildet und werden an den Lagerbuchsen 44 montiert, indem sie in die Ringnuten 54 eingebracht werden.
Alternativ dazu kann das jeweilige elastische Element als eine Beschichtung, insbesondere eine Gummibeschichtung, der jeweiligen Lagerbuchse 44 ausgebildet sein, wobei beispielsweise zunächst die jeweilige Lagerbuchse 44 hergestellt wird. Anschließend wird die jeweilige Lagerbuchse 44 mit einer Gummischicht beschichtet, wodurch das jeweilige elastische Element hergestellt wird. Darüber hinaus ist es denkbar, das insbesondere aus Gummi gebildete elastische Element auf die jeweilige Lagerbuchse 44 aufzuvulkanisieren.
Bezugszeichenliste

10: Lagerungsanordnung
12: Welle
14: Gehäuse
15: erster Längenbereich
16: Aktivteil
18: Hohlquerschnitt
20: Gehäuseelement
22: Gehäuseelement
24: Drehachse
26: Deckelelement
28: Deckelelement
30: Durchgangsöffnung
32: Lagerungseinrichtung
34: Lagerungseinrichtung
36: Wälzlager
38: Wälzlager
40: zweiter Längenbereich
42: dritter Längenbereich
44: Lagerbuchse
48: Gummiring
52: außenumfangsseitige Mantelfläche
54: Ringnut
60: innenumfangsseitige Mantelfläche
62: weiterer Bund
64: Bund

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011006281 A1 [0005]

Claims

Lagerungsanordnung (10) einer Welle (12) an einem Gehäuse (14) für eine Maschine, insbesondere eine elektrische Maschine, eines Kraftwagens, bei welcher die Welle (12) über wenigstens ein Wälzlager (36, 38) an dem Gehäuse (14) um eine Drehachse (24) relativ zu dem Gehäuse (14) drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (36, 38) an dem Gehäuse (14) zumindest in radialer Richtung über eine Lagerbuchse (44) abgestützt ist, welche über wenigstens ein elastisches Element (48) zumindest in radialer Richtung an dem Gehäuse (14) abgestützt ist.
Lagerungsanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (44) mittels des elastischen Elements (48) zumindest in radialer Richtung in einem Abstand zu dem Gehäuse (14) gehalten ist.
Lagerungsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (48) aus Gummi gebildet ist.
Lagerungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (44) an ihrer dem Gehäuse (44) zugewandten außenumfangsseitigen Mantelfläche (52) wenigstens eine Aufnahme (54) aufweist, in der das elastische Element (48) aufgenommen ist.
Lagerungsanordnung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (54) eine in Umfangsrichtung der Lagerbuchse (44) zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, umlaufende Nut, insbesondere Ringnut, ausgebildet ist, in der das in Umfangsrichtung der Lagerbuchse (44) zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, umlaufende elastische Element (48) aufgenommen ist.
Lagerungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (44) aus einem Stahl gebildet ist.
Lagerungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14) aus einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium, gebildet ist.
Lagerungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (44), insbesondere in axialer Richtung, formschlüssig am Gehäuse (14) festgelegt ist.
Lagerungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (48) als von der Lagerbuchse (44) separat ausgebildetes Element oder als Beschichtung der Lagerbuchse (14) ausgebildet ist.
Elektrische Maschine mit einer Lagerungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.