Lageranordnung

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung zum beweglichen Lagern eines Rotors an einem Stator mittels wenigstens zweier voneinander axial beabstandeter Lager, wobei der Rotor und der Stator einer elektrischen Maschine zugeordnet sind, welche in einem Radraum zwischen einer Radnabe und einer Felge eines Rades für ein Kraftfahrzeug angeordnet ist, und wobei ein Durchmesser der wenigstens zwei axial beabstandeten Lager zumindest etwa einem Innendurchmesser der elektrischen Maschine entspricht.

Die DE 199 48 224 C1 beschreibt eine Radbaugruppe, bei welcher in einem Radraum zwischen einer Radnabe und einer Felge eines Rades für ein Kraftfahrzeug eine elektrische Maschine angeordnet ist. Die als Außenläufermaschine ausgebildete elektrische Maschine umfasst einen an einem drehfesten Fahrzeugteil festgelegten Stator und einen beweglich an dem Stator gelagerten Rotor. Der Rotor ist hierbei mittels einer einstückig mit diesem ausgebildeten Halterung zusammen mit der Felge mittels Befestigungsschrauben an der Radnabe festgelegt.

An dem Stator sind innenumfangsseitig, also radial innerhalb des Stators, zwei voneinander axial beabstandete Lager zum beweglichen Lagern des Rotors an dem Stator angeordnet. Ein Durchmesser der Lager, welche rotorseitig an einem kreiszylindrischen, sich axial der Halterung des Rotors erstreckenden Absatz angeordnet sind, entspricht hierbei etwa einen Innendurchmesser der elektrischen Maschine.

Bei der beschriebenen Radbaugruppe erweist es sich als schwierig, einen zwischen dem Stator und dem Rotor ausgebildeten Luftspalt über eine gesamte axiale Länge des Rotors gleichbleibend präzise einzustellen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Lageanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche ein besonders präzises bewegliches Lagern des Rotors an dem Stator ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Lageranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Lageranordnung zum beweglichen Lagern eines Rotors an einem Stator mittels wenigstens zweier voneinander axial beabstandeter Lager, wobei der Rotor und der Stator einer elektrischen Maschine zugeordnet sind, welche in einem Radraum zwischen einer Radnabe und einer Felge eines Rades für ein Kraftfahrzeug angeordnet ist, und wobei ein Durchmesser der wenigstens zwei axial beabstandeten Lager zumindest etwa einem Innendurchmesser der elektrischen Maschine entspricht, sind zum Aufnehmen der wenigstens zwei Lager zwei voneinander axial beabstandete Lageraufnahmen vorgesehen, welche axial außerhalb des Stators angeordnet sind.

Durch die räumliche Nähe der Lager zu dem Rotor sind ein besonders belastbares und sicheres Abstützen des Rotors an dem Stator und ein besonders präzises Bewegen des Rotors relativ zu dem Stator ermöglicht. Der Rotor ist also mittels der axial außerhalb des Stators angeordneten Lager, welche in den Lageraufnahmen aufgenommen sind, mit besonders hoher Präzision an dem Stator beweglich gelagert.

Des Weiteren kann durch die axial außerhalb des Stators angeordneten Lageraufnahmen der Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator sehr präzise eingestellt werden. Insbesondere ist hierbei sichergestellt, dass der Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator über die gesamte axiale Länge des Rotors konstant ist. Die wenigstens zwei voneinander axial beabstandeten Lager sind in vorteilhafter Weise hinsichtlich ihrer Tragfähigkeit dahingehend ausgelegt, ein Eigengewicht des Rotors sowie eines den Rotor umgebenden rotorseitigen Gehäuseteils tragen zu können.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die wenigstens zwei Lager als Dünnringlager ausgebildet. Dadurch ist eine besonders präzise, geräuscharme und sehr tragfähige Lagerung des Rotors in dem Stator ermöglicht.

Des Weiteren hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die wenigstens zwei Lager eine angestellte O-Lagerung bilden. Hierdurch können besonders gut axial von außen auf die Lageranordnung wirkende Kräfte von den Lagern aufgenommen werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest einem der wenigstens zwei Lager eine Dichtungseinrichtung zugeordnet. Falls nur einem der wenigstens zwei Lager die Dichtungseinrichtung zugeordnet ist, ist diese bevorzugt an dem felgennahen Lager vorzusehen. Bevorzugt weist jedoch jedes der wenigstens zwei Lager die Dichtungseinrichtung auf. Dadurch kann der Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor von Verunreinigungen frei gehalten werden, welche eine Funktionsfähigkeit der elektrischen Maschine beeinträchtigen können.

Dabei hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Dichtungseinrichtung wenigstens ein umfangsseitig umlaufendes, der Lageraufnahme zugeordnetes Abweiselement umfasst. Das Abweiselement kann hierbei insbesondere als ein sich radial von der Lageraufnahme weg erstreckendes Schutzblech oder dergleichen ausgebildet sein. Durch das Abweiselement ist insbesondere ein Fernhalten von vergleichsweise großen Schmutzpartikeln von einem Inneren der elektrischen Maschine ermöglicht.

Von Vorteil ist es weiterhin, wenn eines der Abweiselemente statorseitig und ein weiteres der Abweiselemente rotorseitig an der Lageraufnahme festgelegt ist, wobei zwischen den Abweiselementen ein Spalt ausgebildet ist. Dadurch ist eine besonders hohe Stabilität der Abweiselemente gegeben, da eine jeweilige radiale Erstreckung der Abweiselemente vergleichsweise gering gehalten werden kann. Des Weiteren ist der ringförmige Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator im Bereich der Lageraufnahme bevorzugt besonders eng ausgebildet, um ein Eindringen von Schmutz in einen den Lageraufnahme zugeordneten Bereich der elektrischen Maschine wirksam zu verhindern.

Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die Dichtungseinrichtung ein lagernahes, insbesondere in das Lager integriertes, bevorzugt als Dichtungsring ausgebildetes, Dichtungselement umfasst, welches einseitig an der Lageraufnahme oder an dem Lager festgelegt ist. Ist das Dichtungselement ergänzend zu dem Abweiselement vorgesehen, so ist das Dichtungselement bevorzugt lagernäher als das Abweiselement angeordnet.

Das einseitig an der Lageraufnahme oder an dem Lager festgelegte Dichtungselement, ist hierbei bevorzugt so ausgebildet, dass es beim Bewegen des Rotors relativ zu dem Stator einen minimalen statorseitigen Schleifkontakt ausbildet. Dadurch ist ein besonders

gutes Abdichten des Lagers gegen Verunreinigungen aus einer Umgebung der elektrischen Maschine ermöglicht. Eine besonders kompakte Bauform ist erreichbar, wenn das Dichtungselement bereits in das Lager integriert ist.

Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die Dichtungseinrichtung axial außerhalb des Lagers angeordnet ist. Dadurch ist ein Eindringen von Schmutz von außerhalb des Lagers besonders sicher vermieden.

Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die elektrische Maschine als Außenläufermaschine ausgebildet ist, wobei der Stator, und/oder der Rotor hohlzylindrisch ausgebildet sind. Dadurch ist einerseits ein besonders großer Durchmesser des Rotors geschaffen, welcher ein besonders leistungsfähiges Antreiben des Rades mittels der elektrischen Maschine ermöglicht. Des Weiteren ist so innerhalb des hohlzylindrisch ausgebildeten Stators ein vergleichsweise großer Bauraum zum Anordnen einer Bremseinrichtung in der in dem Radraum zwischen der Radnabe und der Felge geschaffen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer Radbaugruppe für ein Kraftfahrzeug in Richtung einer Radachse, wobei in einem Radraum zwischen einer Radnabe und einer Felge eine elektrische Maschine angeordnet ist, welche einen innenliegenden Stator und einen als Außenläufer ausgebildeten Rotor umfasst, wobei der Rotor an dem Stator mittels zweier axial außerhalb des Stators angeordneter Lager beweglich gelagert ist, welche in zwei zueinander axial beabstandeten Lageraufnahmen aufgenommen sind; und

Fig. 2 eine vergrößerte Detailansicht der zwei Lageraufnahmen gemäß Fig. 1 , wobei jedem der zwei Lager eine axial außerhalb des Lagers angeordnete Dichtungseinrichtung zugeordnet ist.

Fig. 1 zeigt eine obere Hälfte einer Radbaugruppe 10 für ein Kraftfahrzeug in einer entlang einer Radachse A geschnittenen Ansicht. In einem Radraum zwischen einer

Radnabe 12 und einer Felge 14 ist eine elektrische Maschine 16 angeordnet. Die elektrische Maschine 16 ist vorliegend als Außenläufermaschine ausgebildet, wobei ein hohlzylindrisch ausgebildeter Rotor 18 einen ebenfalls hohlzylindrisch ausgebildeten Stator 20 außenumfangseitig umgibt. Die elektrische Maschine 16 ist zum Antreiben eines Rades des Kraftfahrzeugs ausgebildet.

Zwischen dem Rotor 18 und dem Stator 20 ist gemäß Fig. 1 ein Luftspalt 22 ausgebildet. Der Rotor 18 ist in einem rotorseitigen Gehäuseteil 24 aufgenommen. Dem rotorseitigen Gehäuseteil 24 sind zwei axial außerhalb des Stators 20 angeordnete Lageraufnahmen 26 zugeordnet. In jeder der Lageraufnahmen 26 ist ein vorliegend als Dünnringlager ausgebildetes Lager 28 aufgenommen.

Ein Durchmesser der zwei axial beabstandeten, axial außerhalb des Stators 20 angeordneten, in den Lageraufnahmen 26 aufgenommenen Lager 28 entspricht vorliegend etwa einem Innendurchmesser des hohlzylindrischen Stators 20 der elektrischen Maschine 16. Durch das vergleichsweise rotornahe Anordnen der Lager 28 ist ein besonders gutes Abstützen des Rotors 18 an einem statorseitigen Gehäuseteil 30 gegeben. Ebenso ist durch die als Dünnringlager ausgebildeten Lager 28 ein hochpräzises, und geräuscharmes Bewegen des Rotors 18 relativ zu dem Stator 20 ermöglicht. Hierbei kann insbesondere der Luftspalt 22 zwischen dem Rotor 18 und dem Stator 20 auf einer gesamten Länge des Rotors 18 besonders präzise eingestellt werden.

Aus Fig. 1 ist des Weiteren erkennbar, dass das statorseitige Gehäuseteil 30 mittels eines an dem statorseitigen Gehäuseteil 30 festgelegten Anschlusselement 32 an einem drehfesten Fahrzeugteil 34 festgelegt ist. Das Anschlusselement 32 weist hierbei einen Lochkranz auf, welcher axial innenseitig einer in dem Radraum zwischen der Nabe 12 und der Felge 14 angeordneten Bremseinrichtung 36 mittel Befestigungsschrauben 38 an dem drehfesten Fahrzeugteil 34 festgelegt ist.

Die vorliegend als Scheibenbremse ausgebildete Bremseinrichtung 36 umfasst eine Bremsscheibe 40 und einen Bremssattel 42. Selbstverständlich kann in alternativen Ausführungsformen der Radbaugruppe 10 die Bremseinrichtung 36 als Trommelbremse oder dergleichen mechanische Bremseinrichtung 36 ausgebildet sein.

Durch das Anordnen der Lageraufnahmen 26 axial außerhalb des Stators 20, in welchen die Lager 28 mit ihrem dem Innendurchmesser des Stators 20 im Wesentlichen entsprechenden Durchmesser aufgenommen sind, sowie durch die Ausbildung des Anschlusselements 32 ist erreicht, dass die Lager 28 radial lediglich ein Eigengewicht des rotorseitigen Gehäuseteils 24 mit dem Rotor 18 tragen müssen.

Hauptlasten, welche als Kräfte und von einer Fahrbahn auf die Radbaugruppe 10 übertragene Stöße auftreten können, werden demgegenüber von der Felge 14 aufgenommen. Des Weiteren ist durch die Ausbildung des Anschlusselements 32 ein Warten und Wechseln der Bremseinrichtung 36 und/oder ihrer Komponenten ermöglicht, ohne dass die elektrische Maschine 16 demontiert werden muss.

Aus Fig. 1 ist des Weiteren erkennbar, dass ein formschlüssiges Verbinden des rotorseitigen Gehäuseteils 24 mit der Felge 14 mittels radial über das rotorseitige Gehäuseteil 24 überstehender Zähne 44 erfolgt. Hierbei sind die Zähne 44 mit felgenseitigen, korrespondierenden Zähnen 46 in Anlage gebracht, welche vorliegend einstückig mit der Felge 14 ausgebildet sind. Aufgrund des formschlüssigen Verbindens des rotorseitigen Gehäuseteils 24 mit der Felge 14 mittels der als Mitnehmereinrichtung wirkenden Zähne 44, 46 ist ein besonders einfaches Wechseln der Felge 14 ermöglicht, ohne dass hierfür die elektrische Maschine 16 demontiert werden muss.

Fig. 2 zeigt die in den Lageraufnahmen 26 aufgenommenen Lager 28 in einer vergrößerten Detailansicht. Die Lager 28 bilden vorliegend eine angestellte O-Lagerung. Dadurch sind durch die Lager 28 nicht nur radiale, sondern auch axiale Kräfte besonders gut aufzunehmen. Ein Innenring der als Dünnringlager ausgebildeten Lager 28 ist hierbei an der dem statorseitigen Gehäuseteil 30 zugeordneten Lageraufnahme 26 festgelegt.

Des Weiteren ist insbesondere aus Fig. 2 erkennbar, dass jedem der zwei Lager 28 eine Dichtungseinrichtung zugeordnet ist. Die Dichtungseinrichtung umfasst gemäß Fig. 2 ein statorseitig an der Lageraufnahme 26 festgelegtes Abweiselement 48, welches als umfangseitig umlaufendes Schutzblech ausgebildet ist. Das statorseitige Abweiselement 48 erstreckt sich hierbei von dem die Lageraufnahme 26 bildenden Bereich des statorseitigen Gehäuseteils 30 radial in Richtung des Rotors 18.

Ein weiteres, rotorseitiges Abweiselement 50 ist ebenfalls der Lageraufnahme 26 zugeordnet und erstreckt sich von dieser umfangseitig umlaufend radial in Richtung des Stators 20. Die als Schutzbleche ausgebildeten Abweiselemente 48, 50 sind axial außerhalb der Lager 28 angeordnet und verhindern so ein Eindringen von insbesondere groben Schmutzpartikeln in die elektrische Maschine 16 von außen. Zwischen den Abweiselementen 48, 50 ist ein ebenfalls umlaufender Spalt 52 ausgebildet.

Die Dichtungseinrichtung umfasst des Weiteren ein lagernahes Dichtungselement 54, welches vorliegend als Dichtungsring ausgebildet ist. Die jedem der zwei Lager 28 zugeordneten Dichtungsringe tragen zu einem Abhalten insbesondere feiner Schmutzpartikel von den Lagern 28 besonders wirksam bei. Die Dichtungselemente 54 werden von den Abweiselementen 50, 48 dabei entlastet, insbesondere den Luftspalt 22 zwischen dem Rotor 18 und dem Stator 20 von Verunreinigungen aus der Umgebung der elektrischen Maschine 16 freizuhalten.

Das als Dichtungsring ausgebildete Dichtungselement 54 ist vorliegend zwischen den Abweiselementen 48, 50 und den Lagern 28 angeordnet. Die Dichtungsringe sind vorliegend fest mit den Lageraufnahmen 26 des rotorseitigen Gehäuseteils 24 verbunden, wobei zwischen den Dichtungsringen und dem statorseitigen Gehäuseteil 30 beim Bewegen des Rotors 18 gegenüber dem Stator 20 ein Schleifkontakt besteht. Die Dichtungsringe gleiten beim Bewegen des Rotors 18 besonders reibungsarm auf dem statorseitigen Gehäuseteil 30.

Durch die vorliegend beschriebene Dichtungseinrichtung ist die elektrische Maschine 16 besonders sicher vor einem Eindringen von Schmutz aus der Umgebung geschützt.

In alternativen Ausführungsformen kann es vorgesehen sein, das Dichtungselement 54 in das Lager 28 integriert auszubilden. Durch das lagernah oder in das Lager 28 integriert ausgebildete Dichtungselement 54 ist ein Warten der Bremseinrichtung 36 ermöglicht, ohne die elektrische Maschine 16 demontieren zu müssen. Durch ein Anordnen der Lager 28 und der Dichtungseinrichtungen in verhältnismäßig großer Entfernung von der Radachse A ist ein Umströmen der elektrischen Maschine 16 von kühlender Luft erleichtert, wodurch ein besonders effizientes Kühlen der elektrischen Maschine 16 ermöglicht ist.