Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Axialflussmaschine, insbesondere einen Elektromotor, mit einem Gehäuse, in dem ein Stator mit zwei Statorhälften und ein Rotor vorhanden sind, welcher zwischen den zwei Statorhälften angeordnet ist. Dabei sind der Stator und der Rotor von dem die Axialflussmaschine umgebenden Gehäuse abgestützt. Die Breite des Luftspalts zwischen den zwei Statorhälften sowie der Abstand zwischen den Statorhälften zu dem Rotor sind ferner über Einstellelemente zwischen unterschiedlichen Baugruppen der Axialflussmaschine einstellbar. Zudem betrifft die Erfindung auch ein Montageverfahren zum axialen Ausrichten der Baugruppen zueinander.

Bei Elektromotoren kommt es auf eine sehr genaue Ausrichtung der vom Magnetfeld durchströmten Bauteile an, da bereits geringe Positionsabweichungen der Bauteile untereinander den magnetischen Fluss (beispielsweise durch veränderte Luftspalte) nennenswert beeinflussen können. Daher ist es wichtig, dass die mechanische Struktur des Elektromotors die notwendige exakte Positionierung der vom Magnetfeld durchströmten Bauteile sicherstellt. Dies gelingt durch eine steife toleranzunempfindliche mechanische Struktur und durch eine sehr präzise Fertigung der Bauteile. Maßabweichungen der vom Magnetfeld durchströmten Komponenten des Elektromotors, egal ob es sich um Formabweichungen oder Lageabweichungen handelt, verschlechtern die Effizienz, die Lebensdauer und/oder die Leistung des Elektromotors.

Die Notwendigkeit, die Bauteile eines Elektromotors, insbesondere für Kraftfahrzeuge, möglichst exakt herzustellen, steht in der praktischen Ausgestaltung von Elektromotoren, häufig im Widerspruch zu den im Fahrzeugbau immer bestehenden Anforderungen nach großserientaugleichen Fertigungsverfahren, Toleranzunempfindlichkeit und geringen Kosten. Das gleiche gilt für die Toleranzunempfindlichkeit der Strukturen. So ist beispielsweise eine direkte Lagerstelle zwischen dem Rotor und dem Stator eines Elektromotors ein sehr wirksames Mittel, um die Toleranzkette zwischen den vom Magnetfeld durchströmten Bauteilen möglichst klein zu halten. Jedoch verursacht solch eine direkte Lagerstelle auch zusätzliche Kosten und schränkt die Gestaltungsmöglichkeiten des Motors ein.

Bei Elektromaschinen, insbesondere bei Elektromotoren für Kraftfahrzeuge, müssen diese meist von einem Gehäuse umschlossen sein, sodass der Elektromotor vor äußeren Einflüssen wie z.B. Schmutz, Feuchtigkeit, oder Beschädigung geschützt ist und somit auch verhindert wird, dass von dem Elektromotor selbst Gefahren an dessen Umgebung oder nahestehenden Personen ausgeht. Da das schützende Gehäuse, welches den Elektromotor umschließt, bei Kraftfahrzeugen meist ohnehin erforderlich ist, bietet es sich aus wirtschaftlicher Sicht an, Bauteile oder Baugruppen des Elektromotors direkt an diesem Gehäuse des Elektromotors zu befestigen. Die stützende Struktur des Elektromotors, die die vom Magnetfeld durchströmten Bauteile in Position hält, kann schwächer ausgeführt oder an einigen Stellen sogar ganz entfallen, da das Elektromotorgehäuse die Stütz- und Haltefunktion ganz oder teilweise übernimmt. Beispielsweise ist dann keine direkte Lagerstelle zwischen dem Rotor und dem Stator erforderlich, wenn der Rotor und der Stator separat am Gehäuse des Elektromotors abgestützt sind. Dies senkt die Kosten und reduziert an einigen Stellen den Bauraumbedarf. Jedoch vergrößert sich dadurch auch die Toleranzkette zwischen dem Rotor und dem Stator. Wenn dies zu einer ungenaueren Ausrichtung der vom Magnetfeld durchströmten Bauteile führt, hat dies letztendlich wieder negativen Einfluss auf die Effizienz des Elektromotors.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebenen Nachteile zu beseitigen oder zumindest zu minimieren. Insbesondere ist es die Aufgabe der Erfindung Axialflussmaschinen, insbesondere Axialflussmotoren, bereitzustellen, die das Gehäuse des Axialflussmotors nutzen, um den Rotor relativ zum Stator zu positionieren bzw. auszurichten und gleichzeitig durch den Einsatz von Abstandselementen bzw. Einstellelementen und den nachfolgend beschriebenen Montageverfahren sowie Einstellprozeduren eine hohe Ausrichtegenauigkeit der vom Magnetfeld durchströmten Bauteile sicherzustellen. Indem das Motorgehäuse als tragende Struktur für den Elektromotor genutzt wird und die Auswirkungen der langen Toleranzkette dadurch wieder auf einfache Weiße reduziert werden, stellen die nachfolgend vorgestellten Axialflussmotoren ein besonders wirtschaftliches Konzept dar.

Diese Aufgabe wird durch eine Axialflussmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Ferner ist ein Montageverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 dieser erfindungsgemäßen Axialflussmaschine Teil der Erfindung. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Axialflussmaschine sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine Axialflussmaschine ist mit einem abstützenden Bauelement, vorzugsweise einem (Motor-)Gehäuse, in dem ein Stator vorhanden ist, der eine erste und eine zweite Statorhälfte aufweist, wobei die Statorhälften an dem Gehäuse befestigt sind, und mit einem zwischen den Statorhälften angeordneten Rotor versehen, der in einem drehfesten Kontakt mit einer Rotorwelle steht, welche über Lagerstellen relativ zu dem Stator und dem Gehäuse drehbar gelagert ist. Dabei ist ein einen Axialabstand zwischen dem Rotor und den Statorhälften einstellendes/anpassendes separates, aber vorkonfektioniertes/maßeingestelltes Einstellelement/Abstandselement, wie Scheiben/Shims, zwischen wenigstens einer der Statorhälften und dem Gehäuse angeordnet.

Anders ausgedrückt weist die erfindungsgemäße Axialflussmaschine eine I- Anordnung auf, bei der eine Rotorscheibe zwischen zwei Statorhälften eines Stators angeordnet ist und über diese mit einem elektromagnetischen Drehfeld beaufschlagbar ist, dessen Magnetfeldlinien sich in dem zwischen Rotor und Stator gebildeten Luftspalt in axialer Richtung (für diesen Fall der Axialflussmaschine) erstrecken. Die Besonderheit dieser Axialflussmaschine ist, dass sowohl der Stator als auch der Rotor direkt bzw. über eine Rotorwelle an dem Motorgehäuse abgestützt sind und keine direkte Lagerung zwischen dem Rotor und dem Stator vorgesehen ist. Ferner ist der gesamte Stator, bestehend aus den beiden Statorhälften, dreh- und verschiebefest an dem Motorgehäuse befestigt/verschraubt, welches das die Axialflussmaschine abstützende Bauelement bildet. An dieser Befestigungsstelle ist durch eine Dickenvariation eines oder mehrerer Einstellelemente, die Ausrichtung des Stators relativ zum Motorgehäuse und somit auch relativ zu dem ebenfalls axial über die Rotorwelle am Motorgehäuse befestigten Rotor veränderbar. Alternativ oder zusätzlich ist auch über die Dicke des Einstellelements zwischen dem Rotor und der Welle, genauer gesagt der Wellenschulter, an der der Rotor befestigt ist bzw. anliegt, veränderbar. Auch durch die Veränderung dieses als Einstellscheibe ausgeführten Einstellelementes ist die axiale Lage des Rotors relativ zu dem die Axialflussmaschine abstützenden Bauelement und somit auch relativ zu dem Stator einstellbar.

Somit kann der Kostenaufwand reduziert und der notwendige Bauraum verkleinert werden. Dadurch, dass die axiale Ausrichtung von Stator und Rotor zueinander über das die Axialflussmaschine abstützende Bauelement erfolgt, müssen für die richtige Einstellung der Luftspaltbereite zwischen den beiden Statorhälften nicht nur die Toleranzen und Formabweichungen des Stators und des Rotors erfasst und ausgeglichen werden, sondern auch die Toleranzen und Formabweichungen des Bauelementes, das sowohl den Stator als auch den Rotor abstützt. Aus diesem Grund können eine exakte Positionierung und eine hohe Ausrichtgenauigkeit der vom Magnetfeld durchströmten Bauteile sichergestellt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Axialflussmaschine ein weiteres Einstellelement zwischen den beiden Statorhälften oder jeweils zwischen den beiden Statorhälften und dem Gehäuse auf.

In anderen Worten weist die Axialflussmaschine in einer ersten Ausführungsform eine direkte VerbindungA/erschraubung zwischen den beiden Statorhälften auf, welche die axiale Ausrichtung der beiden Statorhälften exakt zueinander festlegt. In einer zweiten Ausführungsform ist jedes der beiden Statorhälften über das jeweilige Statorgehäuse mechanisch direkt mit dem Motorgehäuse verbunden/verschraubt, welches das die Axialflussmaschine abstützende Bauteil bildet. Nichtsdestotrotz sind axial bewegliche/verschiebbare oder elastische Verbindungen, die beispielsweise der Radialzentrierung, der Isolierung, dem Staub- oder Feuchtigkeitsschutz, der elektrischen Stromübertragung, der Datenübertragung oder dem Transport von Kühlflüssigkeiten oder Schmierstoffen dienen, für das Verbinden der beiden Statorhälften dieser zweiten Ausführungsform verwendbar.

Für den Axialflussmotor in der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform ist das Motorgehäuse das Bezugsteil an dem die drei Baugruppen rechte Statorhälfte, Rotor und linke Statorhälfte befestigt und ausgerichtet sind und über welches auch die Lage der Baugruppen zueinander festlegbar sind. Dadurch ergeben sich an den drei Befestigungsstellen zwischen dem Motorgehäuse und der jeweiligen Baugruppe des Motors drei Stellen an denen die Ausrichtung der Motorbaugruppen durch Einstellelemente erfolgen kann. Um die Breite des rechten und linken Luftspalts einstellen zu können, sind an zwei der drei Stellen anpassbare Einstellelemente erforderlich. Direkt zwischen dem Rotor und einer der Statorhälften oder zwischen den beiden Statorhälften sind dabei keine Einstellelemente erforderlich.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung ist die Rotorwelle über ein axiale Kräfte übertragendes Lager an dem Gehäuse gelagert wobei das Lager mindestens einen Lagerinnenring oder einen Lageraußenring aufweist und an zumindest einem axialen Ende des Lagerinnenrings oder des Lageraußenrings ein weiteres Einstellelement angeordnet ist.

Anders ausgedrückt sind zusätzliche Einstellelemente an einem oder beiden axialen Enden eines Lagerinnenrings oder Lageraußenrings des Lagers angeordnet, welches zur Lagerung der Rotorwelle an das Motorgehäuse ausgebildet ist. Der Lagerinnenring ist dabei direkt an einer Wellenschulter der Rotorwelle angeordnet. Durch unterschiedliche Dicken des mindestens einen Einstellelements an dem Lagerinnenring ist die axiale Position der Rotorwelle und darüber auch die Position des an der Rotorwelle befestigten Rotors veränderbar/einstellbar. Der Lageraußenring ist dabei direkt an einer Schulter der Motorgehäuses angeordnet. Daher kann alternativ oder zusätzlich durch unterschiedliche Dicken mindestens eines Einstellelements an dem Lageraußenring die axiale Position des Lagers und darüber auch die Position des an dem Lager befestigten Rotors verändert/einstellt werden. Durch die Verwendung dieser zusätzlichen Einstellelemente, das heißt durch die Erhöhung der möglichen Einsatzpositionen für Einstellelemente, ist die Flexibilität der Anpassungen/Ausrichtung der Bauteile der Axialflussmaschine gesteigert.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung setzen sich die Einstellelemente aus mehreren übereinander gestapelten Teilelementen zusammen, um ein benötigtes Einstellmaß durch eine Kombination einer Vielzahl der Teilelemente einzustellen. Das benötigte Einstellmaß kann dabei durch mehrere Einstellelemente mit gleichen Abmessungen (beispielsweise mit gleicher Dicke) oder mehrere Einstellelemente mit unterschiedlichen Abmessungen (beispielsweise unterschiedlichen Dicken) gebildet sein.

In anderen Worten sind mehrere Einstellelemente kombinierbar, um die Positionen zweier Baugruppen der erfindungsgemäßen Axialflussmaschine exakt relativ zueinander einzustellen/anzupassen. Dabei sind mehrere Einstellelemente/Teilelemente aufeinander stapelbar, so dass das benötigte Einstellmaß durch die Summe der Einstellelementdicken gebildet bzw. eingestellt wird. Zusätzlich oder alternativ sind auch mehrere Einstellelemente nebeneinander auf den Kontaktflächen der Baugruppen verteilbar oder auf dem Umfang der Baugruppen verteilt anbringbar.

Mehrere Einstellelemente gleicher Dicke oder mehrere Stapel aus den Einstellelementen, die das selbe Einstellmaß bilden, parallel anzuordnen, erhöht zwar die Anzahl der benötigen Elemente, ermöglicht aber gleichzeitig auch die Verwendung von kleineren und/oder einfacher geformten Einstellelementen. Dadurch ist es auch leichter baugleiche Einstellelemente an verschiedenen Stellen bzw. Positionen in/an der Axialflussmaschine einzusetzen, obwohl die Kontaktflächen der Baugruppen an den jeweiligen Verbindungsstellen/Kontaktflächen anders ausgestaltet sind, wodurch Produktionskosten bzw. -aufwand gesenkt werden können.

In einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung ist eine Vielzahl der Einstellelemente mit unterschiedlichen Dicken auf dem/über den (Innen-)Umfang der Axialflussmaschine verteilt angeordnet.

Anders ausgedrückt besteht die Möglichkeit eine Vielzahl von Einstellelementen mit unterschiedlichen Dicken zu hinterlegen. Auch mehrere Teilelemente sind verwendbar, um eine notwendige Gesamtdicke der Einstellelemente zu erreichen. Diese Einstellelemente können dabei gleiche oder unterschiedliche Dicken aufweisen. Im Wesentlichen ermöglicht dies ein relativ einfaches Einstellen eines speziell für eine jeweilige Umfangsposition an der Axialflussmaschine abgestimmten Korrekturmaßes. Dadurch können dann zwischen den Baugruppen der Axialflussmaschine nicht nur die Axialpositionen eingestellt werden, indem die Baugruppen durch die richtige Auswahl einer auf dem Umfang konstanten Einstellelementdicke parallel aufeinander zubewegt oder voneinander entfernt werden, sondern es können auch Umfangswelligkeiten der Flächen/Kontaktflächen ausgeglichen werden, indem die über den Umfang der Axialflussmaschine zwischen den Baugruppen verteilten Einstellelemente unterschiedliche Dicken aufweisen. Das heißt, dass bei auftretenden Umfangswelligkeiten und/oder sonstigen Formfehlern einer von einer ebenen (im montierten Fall senkrechten) Fläche abweichenden Befestigungsfläche/Anschraubfläche/Kontaktfläche eines Axialflussmaschinenbauteils die betroffene Fläche über Einstellelemente mit unterschiedlichen Dicken, die für jede betroffene Position einzeln bestimmt und zugewiesen ist, kompensierbar bzw. ausgleichbar ist.

In einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung nehmen die Dicken der Einstellelemente bei der Verteilung der Vielzahl der Einstellelemente über einen (Innen-)Umfang der Axialflussmaschine vorzugsweise gleichmäßig von Einstellelement zu Einstellelement zu oder ab. ln anderen Worten sind die über den Umfang der jeweiligen Axialflussmaschinenbauteile verteilt angeordneten Einstellelemente so ausgebildet, dass die Dicken dieser Einstellelemente in einer Umfangsrichtung (kontinuierlich) abnehmen bzw. zunehmen. Insbesondere sind auf einer Seite des Umfangs des jeweiligen Bauteils dickere Einstellelemente einsetzt als auf der gegenüberliegenden Seite, sodass die Stirnflächen der benachbarten Baugruppen, die durch die Einstellelemente relativ zueinander ausgerichtet werden sollen, relativ zueinander geneigt werden. Dadurch sind toleranzbedingte Schrägstellungen einzelner Bauteile zueinander in ihrer Wirkung auf die Axialflussmaschine reduzierbar.

Beispielsweise kann in einer Axialflussmaschine durch eine toleranzbedingte Schrägstellung einer Statorhälfte zum Rotor ein schräger Luftspalt zwischen dieser Statorhälfte und dem Rotor hervorgerufen werden, der auf der einen Seite deutlich weniger breit wäre als auf der gegenüberliegenden Seite. Indem unterschiedlich dicke Einstellelemente zwischen den Anschraubflächen der beiden Statorhälften geordnet angebracht werden, lassen sich die beiden Anschraubflächen in die Gegenrichtung um den gleichen Betrag zueinander schräg ausrichten, und zwar um denselben Betrag, mit welchem die toleranzbedingte Schrägstellung vorliegt. Die ungewollte Schrägstellung im Stator und die gezielt durch die Einstellelemente eingebrachte Schrägstellung gleichen sich somit gegenseitig aus.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Statorhälften radial außerhalb des Rotors miteinander verbunden.

Anders ausgedrückt, sind die Statorhälften im montierten Zustand so angeordnet, dass die radial außenliegenden Enden der Statorgehäuse beider Statorhälften, das heißt an den Enden, welche weiter von der Rotorwelle entfernt sind, den an der Rotorwelle befestigten Rotor umschließen. Ferner sind die Statorhälften an dieser den Rotor umgebenden Position miteinander, vorzugsweise mithilfe mindestens einer Befestigungsschraube, verbunden. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Maschinenanordnung, die eine erfindungsgemäße Axialflussmaschine und eine Leistungselektronik und/oder einen Hochvoltspeicher aufweist.

In anderen Worten ist die vorstehend beschriebene Axialflussmaschine innerhalb eines Gehäuses einer elektrischen Maschinenanordnung angeordnet, welche zudem eine Steuer- und/oder eine Leistungselektronik und/oder einen Hochvoltspeicher aufweist. Vorteilhafterweise ist das Gehäuse darüber hinaus auch Bestandteil eines Kühlsystems für die Axialflussmaschine und ist derart ausgebildet, dass Kühlfluid über das Gehäuse der Axialflussmaschine zuführbar ist und/oder die Wärme über die Gehäuseflächen nach außen abführbar ist. Darüber hinaus schützt das Gehäuse die elektrische Maschine sowie die ggf. vorhandene Elektronik vor äußeren Einflüssen.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Montageverfahren der erfindungsgemäßen Axialflussmaschine zum axialen Ausrichten einer ersten Baugruppe aus einem Gehäuse und einem Lager, einer zweiten Baugruppe aus einer ersten abtriebsseitigen Statorhälfte, einer dritten Baugruppe aus einem Rotor und einer Rotorwelle und einer vierten Baugruppe mit einer zweiten Statorhälfte zueinander. Als vorbereitende Schritte werden axiale Ist-Abstände an Flächen der ersten, zweiten und dritten Baugruppe bestimmt. Anschließend werden die so bestimmten Ist- Abstände mit vorgegebenen Soll-Abständen verglichen und daraus Abweichungen der Ist-Abstände von den jeweiligen Soll-Abständen bestimmt. Aus diesen Abweichungen ist dann die benötigte Dicke der separaten Einstellelemente zwischen den Flächen der abtriebsseitigen Statorhälfte und dem Gehäuse sowie zwischen den Flächen der Wellenschulter der Rotorwelle und dem Lager bestimmbar.

Anders ausgedrückt wird durch einen Vergleich bestimmter Ist-Abstände zwischen Flächen unterschiedlicher Baugruppen, bestehend aus einem Gehäuse mit einem Lager, aus einer ersten abtriebsseitigen Statorhälfte sowie einem Rotor mit einer Rotorwelle der Axialflussmaschine mit den entsprechenden Soll-Werten, Abweichungen ermittelt. Diese Abweichungen werden verwendet, um die entsprechend notwendigen Dicken der Einstellelemente an der Kontaktposition zwischen der abtriebsseitigen Statorhälfte und dem Gehäuse sowie der Kontaktposition zwischen der Wellenschulter der Rotorwelle und dem Lager zu berechnen.

In einem weiteren vorteilhaften Aspekt dieses Montageverfahrens der erfindungsgemäßen Axialflussmaschine werden axiale Ist-Abstände an Flächen der ersten, zweiten, dritten und vierten Baugruppe bestimmt. Anschließend werden die so bestimmten Ist-Abstände mit vorgegebenen Soll-Abständen verglichen und daraus Abweichungen der Ist-Abstände von den jeweiligen Soll-Abständen bestimmt. Aus den Abweichungen sowie den gewählten Dicken der Einstellelemente zwischen den Flächen der abtriebsseitigen Statorhälfte und dem Gehäuse und zwischen den Flächen der Wellenschulter der Rotorwelle und dem Lager wird die benötigte Dicke des Einstellelements zwischen den beiden Statorhälften bestimmt oder es werden axiale Ist-Abstände an Flächen der ersten, dritten und vierten Baugruppe bestimmt. Anschließend werden die so bestimmten Ist-Abstände mit vorgegebenen Soll- Abständen verglichen und Abweichungen der Ist-Abstände von den jeweiligen Soll- Abständen bestimmt. Aus den Abweichungen sowie der gewählten Dicke des Einstellelements zwischen den Flächen der Wellenschulter der Rotorwelle und dem Lager wird die benötigte Dicke des Einstellelements zwischen dem Gehäuse und der abtriebsseitigen Statorhälfte bestimmt.

Die vorstehend beschriebenen Mess- und Berechnungsabläufe der Montageverfahren, mit denen die axialen Abmessungen der Baugruppen der Axialflussmaschine erfasst und die benötigten Einstellelementdicken berechnet werden, sind auch anwendbar, um neben den Axialtoleranzen auch Winkelfehler und/oder Welligkeiten auszugleichen. Statt für jeden Absatz der Baugruppen, die für die Berechnung der richtigen Einstellelementdicke relevant sind, nur ein axiales Abstandsmaß zu messen oder aus mehreren auf dem Umfang verteilten axialen Messungen einen gemittelten axialen Wert weiter zu nutzen, müssen dabei aber die Form der Stirnflächen oder Kontaktflächen an vielen Stellen ermittelt und die Ausrichtung dieser Flächen zueinander erfasst werden. Wenn die Form und die Lage der relevanten Flächen jeder Baugruppe der Axialflussmaschine bekannt sind, lassen sich daraus auch für jede Umfangsposition, an der ein Einstellelement zwischen zwei Baugruppen eingesetzt werden soll, die für diese Position korrekte bzw. notwendige axiale Einstellelementdicke berechnen.

Der vorstehend beschriebene Montageschritt dient der Montage der vierten Baugruppe an die restlichen drei miteinander verbundenen Baugruppen für die erste Ausführungsform sowie für die zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialflussmaschine.

Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Außerdem wird darauf hingewiesen, dass die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen untereinander ausgetauscht werden sowie in einer bestimmten Kombination auftreten können.

Fig. 1 ist ein Axialschnitt einer elektrischen Axialflussmaschine in einer ersten Ausführungsform.

Fig. 2 ist ein Axialschnitt einer elektrischen Axialflussmaschine in einer zweiten Ausführungsform. Fig. 3 ist eine isometrische Ansicht einer der Statorhälften mit einer ringförmigen Kontaktfläche.

Fig. 4 ist ein Axialschnitt einer elektrischen Axialflussmaschine in einer ersten Ausführungsform gemäß der Figur 1 , bei der eine Statorhälfte eine toleranzbedingte Schrägstellung aufweist.

Fig. 5 ist eine isometrische Darstellung der beiden Statorhälften von der in Figur 4 dargestellten Axialflussmaschine mit auf deren Umfang verteilte, unterschiedlich dicke Einstellelemente.

Fig. 6 ist eine Veranschaulichung eines Montageverfahrens einer Axialflussmaschine der ersten Ausführungsform mit den Kontaktflächen der Baugruppen.

Fig. 7 ist eine Veranschaulichung eines Montageverfahrens einer Axialflussmaschine der zweiten Ausführungsform mit den Kontaktflächen der Baugruppen.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung sowie die vorteilhaften Ausführungsformen anhand der Figuren beschrieben.

Figur 1 zeigt einen Axialschnitt einer erfindungsgemäßen elektrischen Axialflussmaschine 1 in einer I-Anordnung. Die Axialflussmaschine 1 weist einen Stator 4 mit einer ersten Statorhälfte 41 und einer zweiten Statorhälfte 42, in denen jeweils mindestens ein Statormagnet 51 , 52 (bspw. Elektromagnet) angeordnet ist, sowie einen Rotor 6 auf. Beide Statorhälften 41 , 42 sind radial außerhalb des Rotors 6 fest miteinander verschraubt. Zusätzlich ist das Statorgehäuse 43 der abtriebsseitigen Statorhälfte 41 (rechts in dieser Abbildung) direkt mit einem abstützenden Bauelement verschraubt, welches in dieser abgebildeten Maschinenanordnung ein Teil eines Motorgehäuses 3 darstellt. Der Rotor 6 der Axialflussmaschine 1 , der parallel zwischen den beiden Statorhälften 41 , 42 angeordnet, fest an einer Rotorwelle 7 verschraubt und über diese relativ zum Stator 4 drehbar gelagert ist, weist Rotormagnete (bspw. Permanentmagnete) auf. Hierbei ist die Lagerung der Rotorwelle 7 über ein Festlager-Loslager-Prinzip realisiert. Das in der Abbildung links dargestellte Lager bildet das Loslager 9, das nur radiale Kräfte und keine Axialkräfte überträgt. Durch eine axial verschiebbare Passung zwischen der Rotorwelle 7 und dem Lagerinnenring überträgt das Loslager 9 keine nennenswerte Axialkräfte und trägt auch nicht zu einer axialen Positionierung der Rotorwelle 7 bei und muss daher für die Luftspalteinstellung zwischen den beiden Statorhälften 41 , 42 nicht berücksichtigt werden. Das in der Abbildung rechts dargestellte Lager bildet das Festleger 8 der Rotorwelle 7, über das Radial- und Axialkräfte übertragen werden, wodurch die axiale Ausrichtung der Rotorwelle 7 und damit auch des Rotors 6 ermöglicht ist.

An den Kontaktflächen zwischen dem Rotor 6 und einer Wellenschulter der Rotorwelle 7, an der der Rotor 6 angeordnet ist, zwischen den beiden Statorhälften 41 , 42 sowie zwischen der abtriebsseitigen Statorhälfte 41 und dem Motorgehäuse 3 sind Einstellelemente 10, 12, 11 zur Beabstandung der Bauteile angebracht. Ferner sind Einstellelemente 14, 15 jeweils an den axialen Seitenflächen des an der Rotorwelle 7 anliegenden Lagerinnenrings 81 des Festlagers 8 angeordnet. Mithilfe dieser Einstellelemente 10, 11 , 12, 14, 15 sind die jeweiligen Abstände zwischen den Bauteilen einstellbar. Um die Luftspaltbereiten der Axialflussmaschine 1 rechts und links des Rotors 6 einstellen zu können, ist aber nur eine der beiden vorstehend beschriebenen Einstellmöglichkeiten und die Einstellmöglichkeit zwischen den Statorhälften 41 , 42 erforderlich.

Figur 2 zeigt einen Axialschnitt einer elektrischen Axialflussmaschine 1 in I- Anordnung in einer weiteren Ausführung. Die Axialflussmaschine 1 weist einen Stator 4 mit einer ersten Statorhälfte 41 und einer zweiten Statorhälfte 42, in denen jeweils mindestens ein Statormagnet 51 , 52 (bspw. Elektromagnet) angeordnet ist, sowie einen Rotor 6 auf, der parallel zwischen den beiden Statorhälften 41 , 42 angeordnet, fest an einer Rotorwelle 7 verschraubt und über diese relativ zum Stator 4 drehbar gelagert ist. Im Gegensatz zu der in der Figur 1 dargestellten Ausführungsform, sind beide Statorhälften 41 , 42 über deren Statorgehäuse 43 direkt mit einem Teil eines Motorgehäuses 3 verschraubt und weisen keine mechanische Verbindung bzw. Verschraubung zwischen beiden Statorhälften 41 , 42 auf. Ferner ist die Lagerung der Rotorwelle 7 über dasselbe Festlager-Loslager-Prinzip gemäß der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform realisiert.

Zur Beabstandung der Bauteile sind in der Figur 2 Einstellelemente 10, 11 , 13 an den Kontaktflächen zwischen dem Rotor 6 und einer Wellenschulter der Rotorwelle 7, an der der Rotor 6 angeordnet ist sowie an den Flächen, an denen jedes Statorgehäuse 43 der beiden Statorhälften 41 , 42 mit dem Motorgehäuse 3 in Kontakt stehen, angebracht. Ferner sind Einstellelemente 14, 15 jeweils an den axialen Seitenflächen des an der Rotorwelle 7 anliegenden Lagerinnenrings 81 des Festlagers 8 angeordnet. Mithilfe dieser Einstellelemente 10, 11 , 13, 14, 15 sind die jeweiligen Abstände zwischen den Bauteilen einstellbar.

Figur 3 zeigt eine isometrische Ansicht der zweiten Statorhälfte 42 der Axialflussmaschine 1 gemäß der ersten Ausführungsform mit einer ringförmigen Kontaktfläche, über deren Umfang vier Einstellelemente 12 aus je zwei Teilelementen 17 angeordnet sind. Im Zentrum der Statorhälfte 42 ist eine Durchgangsbohrung 20 angebracht, durch welche die Rotorwelle 7 führbar ist. Zudem weist die Statorhälfte 42 am äußersten Umfang einen parallel zu der Durchgangsbohrung 20 hervorstehenden Vorsprung 22 auf, welcher die ringförmige Fläche zum Kontaktieren der abgebildeten Statorhälfte 42 mit der abtriebsseitigen Statorhälfte 41 bildet. Ferner sind acht gleichmäßig über den Umfang der Statorhälfte 42 verteilte Löcher/(Durchgangs-)Bohrungen auf der ringförmigen Fläche angebracht. Die Teilelemente 17 der Einstellelemente 12 sind länglich ausgebildet und weisen jeweils zwei Löcher 24 auf, über welche sie mit den Löchern der ringförmigen Fläche der Statorhälfte 42 verschraubend verbindbar sind. Die Ausführung der Einstellelemente 12 aus zusammengesetzten/gestapelten Teilelementen 17 mit jeweils zwei Löchern 24 erleichtert einerseits die Montage und verhindert andererseits ein ungewolltes Verrutschen der Einstellelemente 12.

Figur 4 zeigt einen Axialschnitt einer elektrischen Axialflussmaschine 1 in I- Anordnung in der ersten Ausführungsform gemäß der Figur 1 , in der die beiden Statorhälften 41 , 42 radial außerhalb des Rotors 6 verschraubt sind, bei der das Statorgehäuse 43 der (in der Abbildung linken) zweiten Statorhälfte 42 jedoch nicht parallel entlang des Rotors 6 angeordnet ist. Im Wesentlichen sind die inneren Bauelemente, die die dem Rotor 6 zugewandte Stirnfläche der Statorhälfte 42 bilden, toleranzbedingt schräg zu dem die Statorhälfte 42 umschließenden Statorgehäuse 43 ausgerichtet. Dabei weist das Statorgehäuse 43 auch die Anschraubfläche für die Befestigung dieser Statorhälfte 42 mit der abtriebsseitigen Statorhälfte 41 auf. Über eine Anpassung durch die vorstehend beschriebenen Einstellelemente 12 zwischen den beiden Statorhälften 41 , 42 ist die dem Rotor 6 zugewandte Stirnfläche der betroffenen Statorhälfte 42 parallel zu dem Rotor 6 ausgerichtet, sodass der Rotor 6 zentral zwischen den beiden Statorhälften 41 , 42 angeordnet ist. Dies hat zur Folge, dass das Statorgehäuse 43 der Statorhälfte 42 schräg gegenüber dem Rotor 6 angeordnet ist.

Figur 5 zeigt eine isometrische Darstellung des Stators 4, der eine toleranzbedingte Schrägstellung einer der beiden Statorhälfte 41 , 42 aufweist. Die beiden Statorhälften 41 , 42 weisen gleichmäßig auf deren Umfang verteile Löcher auf und sind über acht zwischen ihnen an den Löchern verteilt angeordnete Einstellelemente 12 mit unterschiedlichen Dicken relativ zueinander ausgerichtet und über Schrauben 25 miteinander verbunden. Damit die Schrauben 25 und die Einstellelemente 12 in der Abbildung 5 besser erkennbar sind, ist das in der Abbildung links dargestellte Statorgehäuse 42 über eine Hälfte des Umfangs nicht vollständig dargestellt, das heißt das Statorgehäuse 42 ist über etwa 180° des Umfangs mit einem Ausbruch (Bereich der parallelen Schraffurlinien) versehen, wodurch die Schrauben 25 und Einstellelemente 12 in diesem Bereich freigelegt sind. Die Einstellelemente 12 sind als kreisförmige um die Schrauben 25 angeordnete Ringe bzw. Scheiben ausgeführt. Um die ebenen Anschraubflächen der beiden Statorhälften 41 , 42 schräg zueinander ausrichten zu können, sind die Einstellelemente 12 mit unterschiedlichen Dicken so über den Umfang des Stators 4 angeordnet, dass die Dicken der Einstellelemente 12 von einer Stelle (in der Abbildung oben), an der das Einstellelement 12 mit der geringsten Dicke angebracht ist, über den in dieser Darstellung freigesetzten Umfang der Statorhälften 41 , 42 schrittweise zunehmen und ab einer Stelle (in der Abbildung unten), an der das Einstellelement 12 mit der größten Dicke angebracht ist, die Dicken der Einstellelemente 12 entlang des restlichen Umfangs wieder abnehmen. Bei diesen rund ausgebildeten Einstellelementen 12 oder bei Einstellelementen 12, die durch ihre Kontur am Verdrehen gehindert werden, reicht auch ein Loch/Bohrung aus, um eine einfache Montage zu gewährleisten.

Figur 6 zeigt einen Montagevorgang für die in Figur 1 dargestellte Axialflussmaschine 1 der ersten Ausführungsform mit zwei miteinander verbindbaren Statorhälften 41 , 42. Zu Beginn des Montagevorgangs werden axiale Abstände zwischen verschiedenen funktionsrelevanten Flächen zwischen vier relevanten Baugruppen gemessen. Dabei sind verschiedene Messreihenfolgen möglich, nachfolgend ist eine exemplarisch beschrieben. Das Motorgehäuse 3 zusammen mit dem Festlager 8, das eine Lagerstelle für die Rotorwelle 7 bildet, stellt die erste Baugruppe dar. An dieser Baugruppe wird der axiale Ist-Abstand MList gemessen und mit dem Soll-Abstand MLsoii verglichen. Die abtriebsseitige Statorhälfte 41 ist die zweite Baugruppe, an der zwei axiale Maße ermittelt werden. Der Ist-Abstand BKist zwischen der Statoroberfläche, hinter der die ersten Statormagnete 51 angeordnet sind und der Befestigungsfläche, über die die abtriebsseitige Statorhälfte 41 mit dem Motorgehäuse 3 verbunden wird, wird gemessen, mit einem vorgegeben Soll- Abstand BKsoii verglichen und die Abweichung ABK bestimmt.. Die dritte Baugruppe weist den Rotor 6 und die Rotorwelle 7 mit einer ersten Wellenschulter 18 auf. Nun wird der Ist-Abstand EDist zwischen der Wellenschulter 18 der Rotorwelle 7, an der sich später die Lagerkräfte axial abstützen, und der Rotorfläche, hinter der die Rotormagnete angeordnet sind, gemessen. Die Rotorfläche befindet sich hierbei auf der rechten Seite des Rotors 6, welche der ersten Statorhälfte 41 zugewandt ist. Der Ist-Abstand EDist wird mit einem Soll-Abstand EDsoii verglichen, woraus die Abweichung AED bestimmt wird. Durch die Abweichungen AML, ABK und AED der drei Ist-Abstände MList, BKist, und EDist von den jeweiligen Soll-Abstände MLsoii, BKsoii und EDsoii, können die benötigten Dicken der Einstellelemente 11 , 14 zwischen der ersten Startorhälfte 41 und dem Motorgehäuse 3 (an Position KL) und zwischen der Wellenschulter 18 und dem Festlager 8 (an Position DM) bestimmt werden. Über die zwei Einstellelemente 10, 11 kann sowohl die Breite des Luftspaltes zwischen dem Rotor 6 und der ersten Statorhälfte 41 als auch die axiale Lage der Axialflussmaschine 1 relativ zum Motorgehäuse 3 einjustiert werden. Wenn die axiale Lage der Axialflussmaschine 1 relativ zum Motorgehäuse 3 etwas variabel ist, so dass diese Position nicht exakt eingestellt werden muss, ist für die Luftspaltbreiteneinstellung zwischen dem Rotor 6 und der ersten Statorhälfte 41 nur eine der beiden Einstellpositionen KL oder DM erforderlich.

Um die Luftspaltbreite zwischen dem Rotor 6 und der zweiten Statorhälfte 42, also der vierten Braugruppe, einzustellen, werden die Ist-Abstände DGist, MList, KCist und J list mit dem jeweiligen Soll-Abständen DGsoii, MLsoii, KCsoii und J lsoii verglichen, die Abweichungen ADG, AML, AKC und AJI ermittelt und die für die Positionen DM und LK gewählten Dicken der Einstellelemente 10, 11 berücksichtigt. Daraufhin kann die Dicke bestimmt werden, die das Einstellelement 12 zwischen der ersten und der zweiten Statorhälfte 41 , 42 (an Position CJ) haben muss, um die erforderliche Luftspaltbreite zwischen dem Rotor 6 und der zweiten Statorhälfte 42 zu gewährleisten.

Statt zu Beginn alle vier relevanten Baugruppen zu vermessen und dann vor der weiteren Montage alle Einstellelementdicken zu berechnen, die zwischen den Baugruppen eingefügt werden müssen, können auch zuerst nur die drei linken Baugruppen vermessen werden, die für die Montage dieser drei Baugruppen notwendigen Einstellelementdicken ermittelt werden und dann sofort diese drei Baugruppen zusammenmontiert werden. Um anschließend auch die restliche Baugruppe der Axialflussmaschine 1 (die abtriebsseitige Statorhälfte 41 ) montieren zu können, muss dann das Axialmaß GC (Abstand der der zweiten Statorhälfte 42 zugewandten Rotorseite zu der Befestigungsfläche der abtriebsseitigen Statorhälfte 41 ) und das Axialmaß Jl gemessen und mit den Sollmaßen verglichen werden. Aus diesem Soll-Ist-Vergleich kann dann die richtige Einstellelementdicke ermittelt werden, die bei der Montage der (in der Ansicht linken) zweiten Statorhälfte 42 zwischen den beiden Statorhälften 41 , 42 angeordnet wird.

Figur 7 zeigt einen Montagevorgang für die zweite Ausführungsform der Axialflussmaschine 1 , welche in Figur 2 dargestellt ist. Da sich diese Axialflussmaschine 1 nur in der Befestigungsweise der vierten Baugruppe mit der links abgebildeten zweiten Statorhälfte 42 von der zuvor beschriebenen Axialflussmaschine 1 unterscheidet, wird hier nur auf die Messvorgänge und die Einstellvorgänge eingegangen, die für die richtige Ausrichtung der zweiten Statorhälfte 42 der vierten Baugruppe erforderlich sind. Alle Mess- und Einstellvorgänge, die für die Ausrichtung der restlichen Baugruppen möglich oder erforderlich sind, entsprechen den vorstehend beschriebenen Vorgängen.

Um die Luftspaltbreite zwischen dem Rotor 6 und der links abgebildeten zweiten Statorhälfte 42 der vierten Baugruppe einzustellen, werden die Ist-Abstände DGist, MNist, und Plist mit den jeweiligen Soll-Abständen DGsoii, MNsoii, und P lsoii verglichen, die Abweichung ADG, AMN, und API ermittelt und die für die Position DM gewählte Dicke des Einstellelements 10 berücksichtigt. Daraufhin kann die Dicke bestimmt werden, die das Einstellelement 13 zwischen dem Motorgehäuse 3 und der zweiten Statorhälfte 42 der vierten Baugruppe haben muss, um die erforderliche Luftspaltbreite zwischen dem Rotor 6 und der zweiten Statorhälfte 42 der vierten Baugruppe zu gewährleisten.

Alternativ kann auch zuerst die abtriebsseitige Statorhälfte 41 und der Rotor 6 an das Motorgehäuse 3 montiert werden und dann anschließend der sich daraus ergebende axiale Abstand zwischen der der zweiten Statorhälfte 42 zugewandten Rotorseite und der Anschraubfläche am Motorgehäuse 3 gemessen werden. Die Luftspaltbreite zwischen dem Rotor 6 und der zweiten Statorhälfte 42 lässt sich dann durch den Vergleich der Ist-Abstände GNist und P st mit den Soll-Abständen GNsoii und P lsoii richtig einstellen, indem die Abweichung AGN und API ermittelt werden und dann ein Einstellelement 13 zwischen der links abgebildeten zweiten Statorhälfte 42 und dem Motorgehäuse 3 angeordnet wird (zwischen Fläche P und Fläche N), deren Dicke so von der Nominaldicke dieser Einstellelemente 13 abweicht, dass die Abweichung AGN, und API kompensiert werden.

Die vorstehend benutzten Begriffe „radial“, „axial“ „Umfangsrichtung“ beziehen sich immer auf die Rotationsachse der Axialflussmaschine 1 .

Bezuqszeichenliste

1 Axialflussmaschine

3 Gehäuse

4 Stator

41 Erste (abtriebsseitige) Statorhälfte

42 Zweite Statorhälfte

43 Statorgehäuse

6 Rotor

7 Rotorwelle

8 Festlager

9 Loslager

81 Lagerinnenring

10, 11 , 12, 13, 14, 15 Einstellelement

17 Teilelement

18 Wellenschulter

51 , 52 Statormagnet

20 Durchgangsbohrung

22 Vorsprung

24 Loch

25 Schraube