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Title:
ARRANGEMENT FOR SECURING AT LEAST ONE CIRCLIP AGAINST CENTRIFUGAL FORCE, WHICH CIRCLIP IS AXIALLY FASTENED ON A ROTOR SHAFT OF AN ELECTRICAL MACHINE FOR POSITIONAL SECURING, AND USE OF AN ARRANGEMENT OF THIS TYPE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/214763
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an arrangement for securing at least one circlip (4, 5) against centrifugal force, which circlip is axially fastened on a rotor shaft (3) of an electrical machine for positional securing, at least one securing element (8, 9) being provided for securing against the centrifugal forces acting on the circlip (4, 5) when the rotor shaft (3) rotates, which at least one securing element is placed onto the rotor shaft (3) by means of a first portion (11) for fastening and, by means of a second portion (12), is slid at least partially over the circlip (4, 5) and radially secures the circlip.

Inventors:
LINZ, Bernhard (Mozartstraße 28a, Wilhelmsdorf, 91489, DE)
LAAKE, Marcel (Flachsröststraße 69, Nürnberg, 90475, DE)
Application Number:
DE2019/100159
Publication Date:
November 14, 2019
Filing Date:
February 20, 2019
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG (Industriestraße 1-3, Herzogenaurach, 91074, DE)
International Classes:
H02K7/08; F16B21/18; F16C35/063
Foreign References:
DE4007942C11990-09-13
US3813102A1974-05-28
DE102011082017A12013-03-07
DE202013008469U12015-01-08
EP2565418A12013-03-06
DE102008056059A12010-02-11
DE102011079754A12013-01-31
DE102011082017A12013-03-07
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Claims:
Patentansprüche

1. Anordnung zur Fliehkraftsicherung zumindest eines auf einer Rotorwelle (3) einer elektrischen Maschine zur Lagesicherung axial festgesetzten Sicherungsrings (4, 5), wobei zur Sicherung gegen die bei Rotation der Rotorwelle (3) auf den Sicherungsring (4, 5) wirkenden Fliehkräfte zumindest ein Sicherungselement (8, 9) vorgesehen ist, das mit einem ersten Abschnitt (11 ) zur Befestigung auf die Rotorwelle (3) aufgesteckt und mit einem zweiten Abschnitt (12) zumindest teilweise über den Sicherungsring (4, 5) geschoben ist und diesen radial sichert.

2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (8, 9) kraftschlüssig auf die Rotorwelle (3) aufgesteckt ist.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (4, 5) als Sicherungshülse ausgeführt ist, die mit einem ersten Abschnitt (11 ) auf dem Außendurchmesser der Rotorwelle (3) aufgepresst ist und mit einem zweiten Abschnitt (12) den Sicherungsring (4, 5) am Außendurchmesser radial umfasst.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Sicherungsringe (4, 5) vorgesehen sind, die zwei auf der Rotorwelle (3) angeordnete Lager (1 , 2) axial sichern, und zwei als Sicherungshülsen ausgeführte Sicherungselemente (8, 9) jeweils mit einem ersten Abschnitt (11 ) zur Befestigung auf die Rotorwelle (3) aufgesteckt und jeweils mit einem zweiten Abschnitt (12) über den jeweiligen Sicherungsring (4, 5) geschoben sind und diesen radial sichern.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (8, 9) ein Z-förmiges Längsprofil bildet.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (8, 9) mehrere Öffnungen (13) zum Angriff eines Abziehwerkzeugs zur Demontage aufweist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (8, 9) spanlos durch Umformen hergestellt ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (8, 9) mit einem axialen Ende zumindest teilweise an einem auf der Rotorwelle (3) angeordneten Lagerring eines Lagers (1 , 2) anliegt. 9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsring (4, 5) als Standard-Sicherungsring ausgeführt ist, der auf die Rotorwelle (3) aufgesteckt und in einer Sicherungsnut (6, 7) am

Außendurchmesser der Rotorwelle (3) befestigt ist. 10. Verwendung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung in einem elektrischen Achsantrieb eines Fahrzeugs verwendet wird.

Description:
Anordnung zur Fliehkraftsicherung zumindest eines auf einer Rotorwelle einer elektrischen Maschine zur Lagesicherung axial festgesetzten Sicherungsrings und Verwendung einer solchen Anordnung

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Fliehkraftsicherung zumindest eines auf einer Rotorwelle einer elektrischen Maschine zur Lagesicherung axial festgesetzten Sicherungsrings und eine Verwendung einer solchen Anordnung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 10 näher definierten Art.

Aus DE 10 201 1 082 017 A1 ist eine Lageranordnung für eine Antriebsvorrichtung mit mindestens einer elektrischen Maschine bekannt. Dort ist zur Lagerung einer Rotorwelle einer elektrischen Maschine ein erstes und zweites Wälzlager vorgesehen. Die Wälzlager sind jeweils über einen in eine Wellennut eingelassenen Sicherungsring auf der Rotorwelle fixiert. Nachteilig wirkt sich bei dieser Ausgestaltung der Umstand aus, dass auf Rotorwellen in elektrischen Maschinen ab einer Drehzahl von ca. 6000 U/min und höher bei einfachen Standard-Sicherungsringen die im Betrieb wirkenden Fliehkräfte zu einem Aufweiten und Lösen des jeweiligen Sicherungsrings führen können, wodurch die axiale Sicherung auf der Rotorwelle nicht mehr gewährleistet ist. Daher ist in solchen Fällen der Einsatz von Spezial-Sicherungsringen, insbesondere mit sogenannter Self-Locking-Funktion, erforderlich. Diese sind in sich geschlossen und können sich dadurch nicht unter Fliehkraft öffnen. Der Einsatz von Spezial- Sicherungsringen ist teuer und in Serienmontage nur mit großem Aufwand oder nur in Handmontage zu realisieren. Zudem ist eine Demontage in der Regel nur durch Zerstörung des Sicherungsrings möglich.

Zusammenfassung der Erfindung Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der vorgenannten Art hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Montage zu vereinfachen und betriebssicher zu gestalten. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Verwendung einer Anordnung der vorgenannten Art vorzuschlagen.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und alternativ durch die Merkmale des Patentanspruchs 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Es wird eine Anordnung zur Fliehkraftsicherung zumindest eines auf einer Rotorwelle einer elektrischen Maschine zur Lagesicherung axial festgesetzten Sicherungsrings vorgeschlagen. Erfindungsgemäß ist zur Sicherung gegen die bei Rotation der Rotorwelle auf den Sicherungsring wirkenden Fliehkräfte zumindest ein Sicherungselement vorgesehen, das mit einem ersten Abschnitt zur Befestigung auf die Rotorwelle aufgesteckt und mit einem zweiten Abschnitt zumindest teilweise über den Sicherungsring geschoben ist und diesen radial sichert. Auf diese Weise wird eine einfach aufgebaute und auf der Rotorwelle einfach montierbare Fliehkraftsicherung des Sicherungsrings erreicht. Hierdurch ist ein fliehkraftbedingtes Aufweiten und Lösen des Sicherungsrings im Betrieb sicher vermeidbar und die Verwendung von einfach herstell- und montierbaren Standard-Sicherungsringen auf Rotorwellen von elektrischen Maschinen unabhängig von der Drehzahl derselben möglich. Dadurch kann auf teure Spezial-Sicherungsringe oder andere aufwendig aufgebaute und nur aufwendig montierbare Lösungen verzichtet werden.

Vorzugsweise ist das Sicherungselement zur Befestigung kraftschlüssig auf die Rotorwelle aufgesteckt. Die Anordnung ist so besonders einfach montier- und zerstörungsfrei demontierbar. Denkbar sind auch andere lösbare form- oder form- und kraftschlüssige Verbindungen, insbesondere eine Schnappverbindung, zwischen Sicherungselement und Rotorwelle.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Sicherungselement als Sicherungshülse ausgeführt ist. Vorzugsweise ist diese mit einem ersten Abschnitt auf dem Außendurchmesser der Rotorwelle aufgepresst und umfasst mit einem zweiten Abschnitt den Sicherungsring am Außendurchmesser.

In besonders vorteilhafter Weise ist die erfindungsgemäße Anordnung zur axialen Lagesicherung zumindest eines auf der Rotorwelle angeordneten Lagers einsetzbar, das mit zumindest einem Sicherungsring auf der Rotorwelle axial festgesetzt ist, wobei zur Fliehkraftsicherung des Sicherungsrings zumindest ein Sicherungselement vorgesehen ist, das mit einem ersten Abschnitt zur Befestigung auf die Rotorwelle aufgesteckt und mit einem zweiten Abschnitt zumindest teilweise über den Sicherungsring geschoben ist und diesen radial sichert.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind zur axialen Lagesicherung von zwei auf der Rotorwelle angeordneten Lager zwei Sicherungsringe vorgesehen, wobei zur Fliehkraftsicherung der Sicherungsringe zwei als Sicherungshülsen ausgeführte Sicherungselemente jeweils mit einem ersten Abschnitt zur Befestigung auf die Rotorwelle aufgesteckt und jeweils mit einem zweiten Abschnitt über den jeweiligen Sicherungsring geschoben sind und diesen radial sichern. Die erfindungsgemäße Anordnung ist auf diese Weise besonders vorteilhaft zur axialen Lagesicherung einer Rotorwellenlagerung einer elektrischen Maschine einsetzbar.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist auch zur Fliehkraftsicherung von Sicherungsringen einsetzbar, die anstelle von Lagern andere auf einer Rotorwelle oder auf einer anderen schnell drehenden Welle drehfest verbunden angeordnete Bauteile, wie insbesondere ein Sonnenrad einer Planetengetriebestufe, axial sichern. Denkbar ist auch, die erfindungsgemäße Anordnung zur Fliehkraftsicherung zumindest eines auf der Rotorwelle axial festgesetzten Sicherungsrings einzusetzen, der die Rotorwelle an einem benachbarten gehäusefesten Bauteil, insbesondere einem Gehäuse, axial sichert.

Es ist von Vorteil, das Sicherungselement mit einem axialen Ende zumindest teilweise an einem auf der Rotorwelle angeordneten Lagerring des Lagers anzulegen. Auf diese Weise dient der Lagerring zugleich als Montageanschlag für das Sicherungselement. Eine weitere besonders bevorzugte einfache Ausführung der Erfindung weist das Sicherungselement ein Z-förmigen Längsprofil auf. Dieses erlaubt insbesondere einen einfachen Übergang zwischen erstem und zweitem Abschnitt der Sicherungshülse.

Die Anordnung ist besonders einfach demontierbar, wenn das Sicherungselement mehrere Öffnungen zum Angriff eines Abziehwerkzeugs zur Demontage aufweist.

Das Sicherungselement ist besonders einfach durch Umformen, insbesondere aus Blech oder Kunststoff spanlos hergestellt.

In der erfindungsgemäßen Anordnung ist es in besonders vorteilhafter weise möglich, zur axialen Lagesicherung auf einer Rotorwelle drehzahlunabhängig zumindest einen Standard-Sicherungsring, beispielsweise einen Sicherungsring Seeger Typ SW, zu verwenden. Dieser ist in Massenfertigung kostengünstig herstellbar und kann zur Montage einfach auf die Rotorwelle aufgesteckt und in einer Sicherungsnut am Außendurchmesser der Rotorwelle befestigt werden. Er ist zudem einfach zerstörungsfrei demontierbar.

Die erfindungsgemäße Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung in einem elektrischen Achsantrieb eines Fahrzeugs gelöst. Dabei bildet die Anordnung mit der Rotorwelle und der elektrischen Maschine einen elektrischen Antrieb als Teil des Achsantriebs des Fahrzeugs. Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Anordnung zwei Sicherungselemente zur Fliehkraftsicherung von zwei auf der Rotorwelle angeordneten Sicherungsringen auf, die zwei auf der Rotorwelle angeordnete Lager an den rotorabgewandten axialen Außenseiten derselben axial sichern. Hierbei bilden die Lager die Rotorwellenlagerung. Vorzugsweise ist eine Abtriebswelle des elektrischen Achsantriebs durch die Rotorwelle bauraumsparend hindurchgeführt.

In weiterhin besonders vorteilhafter Weise erlaubt die erfindungsgemäße Anordnung eine einfache Montage, wobei zumindest ein auf der Rotorwelle drehfest angeordnetes Bauteil, insbesondere ein Lager, mit zumindest einem Sicherungsring auf der Rotorwelle axial festgesetzt und zumindest ein Sicherungselement auf die Rotorwelle axial aufgepresst und zur Fliehkraftsicherung zumindest abschnittsweise über den Sicherungsring geschoben wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:

Figur 1 eine geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Fliehkraftsicherung zumindest eines auf einer Rotorwelle einer elektrischen Maschine zur Lagesicherung axial festgesetzten Sicherungsrings,

Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 1 ,

Figuren 3 und 4 Einzelansichten eines erfindungsgemäßen Sicherungselements der Anordnung aus Figuren 1 und 2,

Figur 5 eine geschnittene Ansicht eines Sicherungselements aus Figuren

3 und 4,

Figur 6 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 5.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Figuren 1 und 2 zeigen beispielhaft eine erfindungsgemäße Anordnung zur Fliehkraftsicherung von zwei auf einer Rotorwelle 3 einer elektrischen Maschine axial festgesetzten Sicherungsringen 4, 5. Diese dienen zur axialen Lagesicherung von zwei auf der Rotorwelle 3 der elektrischen Maschine angeordneten Lagern 1 , 2, die als Radialkugellager ausgeführt sind und die Rotorwellenlagerung bilden. Die Rotorwelle 3 trägt einen koaxial angeordneten Rotor 14 der elektrischen Maschine, wobei die Lagerinnenringe der Lager 1 , 2 an den rotorabgewandten axialen Außenseiten durch jeweils einen Sicherungsring 4, 5 axial gesichert sind. Die Sicherungsringe 4, 5 liegen an den axialen Außenseiten der Lagerinnenringe der Lager 1 , 2 an und sichern diese jeweils axial. Sie sind jeweils in eine Sicherungsnut 6, 7 am Außendurchmesser der Rotorwelle 3 zur Befestigung eingelassen.

An den Außenseiten der Sicherungsringe 4, 5 ist jeweils ein Sicherungselement 8, 9 koaxial auf die Rotorwelle 3 aufgesteckt und über den jeweiligen Sicherungsring 4, 5 geschoben, so dass die Sicherungselemente 8, 9 die Sicherungsringe 4, 5 am Außendurchmesser vollständig umfassen. Auf diese Weise sind letztere durch das jeweilige Sicherungselement 8, 9 gegen ein ungewolltes Öffnen und Lösen durch Fliehkraftwirkung bei Rotation der Rotorwelle 3 radial gesichert. Dadurch können in besonders vorteilhafter Weise zur axialen Lagesicherung auf der Rotorwelle 3 die Sicherungsringe 4, 5 als Standard-Außensicherungsringe, beispielsweise des Typs Seeger SW, ausgeführt sein, die einfach montier- und zerstörungsfrei demontierbar sind.

Die Sicherungselemente 8, 9 sind jeweils als Sicherungshülse ausgeführt, die mit einem ringförmigen radialen Absatz 10 in zwei zylindrische Abschnitte 1 1 , 12 unterteilt ist und auf diese Weise ein Z-förmiges Längsprofil bildet. An einem ersten Abschnitt 1 1 sind die Sicherungshülsen 8, 9 mit dem Innendurchmesser auf dem Außendurchmesser der Rotorwelle 3 koaxial aufgepresst. Mit einem am Absatz 10 gegenüber dem ersten Abschnitt 1 1 radial aufgeweiteten zweiten Abschnitt 12 umfassen die Sicherungshülsen 8, 9 mit dem Innendurchmesser ihrer axial inneren Enden den Außendurchmesser der Sicherungsringe 4, 5. Zur Montage können die Sicherungshülsen 8, 9 beim Aufpressen auf die Rotorwelle 3 mit ihren inneren axialen Enden einfach über den Außendurchmesser der zuvor montierten Sicherungsringe 4, 5 geschoben werden bis sie mit den Stirnseiten ihrer axial inneren Enden an den Lagerinnenringen der Lager 1 , 2 als Montageanschlag ringförmig axial anliegen. Auf diese Weise ist es möglich zur axialen Sicherung der Lager 1 , 2 auf der Rotorwelle 3 Standard-Sicherungsringe 4, 5 zu verwenden, die von den Sicherungshülsen 8, 9 als Fliehkraftsicherung radial umfasst sind.

Die Sicherungshülsen 8, 9 bilden jeweils mit dem radialen Absatz 10 ein Z-förmiges Längsprofil als sogenannte Z-Scheibe (Figuren 3 bis 6). Der AbsatzI O vermittelt den Übergang zwischen dem ersten Abschnitt 11 mit dem ersten Innendurchmesser di und dem zweiten Abschnitt 12 mit dem aufgeweiteten zweiten Innendurchmesser d2. Der erste Innendurchmesser di ist jeweils so gewählt, dass der erste Abschnitt 11 mit dem Außendurchmesser der Welle 3 eine Presspassung bildet, während der zweite Innendurchmesser d2 eine Größe aufweist, die es erlaubt bei der Montage die Sicherungshülsen 8, 9 mit dem Ende des zweiten Abschnitts 12 mit geringfügigem radialen Montagespiel über den Außendurchmesser der Sicherungsringe 5, 6 zu schieben. Im Bereich des Absatzes 10 sind mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Öffnungen 13 vorgesehen, die als radiale Durchgangsbohrungen ausgeführt sind, in die am Außendurchmesser ein Abziehwerkzeug zum Abziehen der Sicherungshülse 8, 9 von der Rotorwelle 3 eingreifen kann. Auf diese Weise ist eine zerstörungsfreie Demontage der Sicherungshülsen 8, 9 und der Sicherungsringe 4, 5 und möglich. Die erfindungsgemäße Anordnung ist besonders vorteilhaft in einem elektrischen Achsantrieb eines Fahrzeugs einsetzbar (Figuren 1 und 2). Hierbei bildet die Anordnung mit der Rotorwelle 2 und der elektrischen Maschine einen Teil des Achsantriebs. Die Rotorwelle 2 ist über die Lager 1 , 2 an einem Gehäuse 15 radial abgestützt (Figuren 1 und 2). Eine Abtriebswelle 16 des Achsantriebs ist durch die als Hohlwelle ausgeführte Rotorwelle 3 koaxial hindurchgeführt.

Bezuqszeichenliste

1 Lager

2 Lager

3 Rotorwelle

4 Sicherungsring

5 Sicherungsring

6 Sicherungsnut

7 Sicherungsnut

8 Sicherungselement, Sicherungshülse

9 Sicherungselement, Sicherungshülse

10 Absatz

1 1 Abschnitt

12 Abschnitt

13 Öffnung

14 Rotor

15 Gehäuse

16 Abtriebswelle

di Innendurchmesser

d2 Innendurchmesser