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Stand der Technik
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Elektrische
Maschinen bekannter Bauformen, beispielsweise Motoren oder Generatoren,
weisen teils feste, teils bewegliche Elemente auf. Die beweglichen
Elemente sind zu lagern. Beispielsweise ist es bekannt, Ankerwellen
elektrischer Maschinen mittels Kugellagern, Nadellagern, Gleitlagern
oder Rollenlagern zu lagern. Allen diesen Lagerformen ist gemein,
dass, um die Lager- beziehungsweise
Wälzelemente/Kugeln
in ihrer Position zu halten, Lagerkäfige um die Laufbahnen hergestellt
werden müssen. Bei
einem Rollenlager beispielsweise beziehungsweise einem Nadellager
wäre eine
Nadelhülse
vorzusehen, in der die einzelnen Lagernadeln geführt und in ihrer Position gehalten
werden. Die Nadelhülse
ihrerseits bildet an ihrer Innenseite die Laufbahn aus, die innere
Laufbahn wiederum liegt auf der zu lagernden Ankerwelle selbst.
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Gerade
im Bereich der endseitigen Lagerungen von Ankerwellen (B-Lagerung) werden
hier Maschinengehäuse
stirnseitig meist aufwendige Bauformen erforderlich, die aufwendig
und teuer in der Herstellung sind.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine elektrische Maschine mit einer Ankerwellenlagerung
bereitzustellen, die diese Nachteile vermeidet.
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Offenbarung der Erfindung
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Hierzu
ist eine elektrische Maschine vorgesehen mit einer Ankerwelle, die
mittels mindestens eines Lagers in einem Topf eines Maschinengehäuses gelagert
ist, wobei das Lager mehrere Drehkörper und einen Laufbahnkörper aufweist.
Der Laufbahnkörper
wird hierbei von einem Bereich des Topfes gebildet. Erfindungsgemäß wird das
Lager folglich ohne die im Stand der Technik üblichen Lagerkäfige, wie
beispielsweise die Nadelhülse,
ausgeführt, die
ihrerseits einen Laufbahnkörper
mit einer darin ausgebildeten Innenlaufbahn darstellen. Vielmehr wird
der Laufbahnkörper,
der außenseitig
die Lagerbegrenzung mit einer Laufbahn bildet, von einem Bereich
des Topfes ausgebildet. Topf ist in diesem Sinne jede topfförmige Erweiterung
eines Maschinengehäuses,
insbesondere einer Maschinengehäusestirnwand,
wobei der Topf aus unterschiedlichen Materialien, insbesondere auch
aus einem Kunststoff bestehen kann.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, dass die Laufkörper Nadeln eines Nadellagers
sind.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Laufkörper
Wälzkörper (Rollen)
eines Rollenlagers sind. Im Wesentlichen werden diese Lagerformen
einfach Verwendung finden können, wobei
auch die Verwendung klassischer Kugeln im Sinne eines Kugellagers
möglich
wäre.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Axialsicherung des Laufbahnkörpers von
der Topfstirnwand oder von einem Bereich der Topfstirnwand gebildet
wird. Mit Axialsicherung ist hierbei eine Vorrichtung gemeint, die
das axiale Aus- oder Weggleiten aus der Einbau- und Funktionslage beziehungsweise
Axialspiel vermeidet. In der gelben Bauform wird das Axialspiel
und die Axialbegrenzung der Laufbahn und somit des Weges, den die Laufkörper zurück legen
können,
von der Topfstirnwand selbst oder von einem Bereich der Topfstirnwand
gebildet, die gewissermaßen
als Anschlag oder Begrenzung für
jede Axialbewegung dient.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, dass als ankerseitige Axialsicherung ein Halteelement
ausgebildet ist. Auch ankerseitig ist das Axialspiel zu begrenzen
beziehungsweise weitestgehend auszuschließen, um ein Herausfallen der
Laufkörper
in Richtung des Ankers (weg von der Gehäusestirnwand/Topfstirnwand)
zu vermeiden. Hierfür
ist ein Halteelement vorgesehen, das in das Maschinengehäuse nach
dem Lager beziehungsweise den Laufkörpern eingebracht wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist vorgesehen, dass das Halteelement an einer Innenseite der topfseitigen
Maschinengehäusestirnwand
angeordnet oder ausgebildet ist. Die Axialerstreckung der Laufkörper des
Lagers sind folglich so vorzusehen, dass diese im Wesentlichen den
Topfbereich axial ausfüllen,
aber nicht oder nicht wesentlich in das Maschinengehäuse über den
Topfbereich hinaus hineinragen, wobei das Halteelement an der Innenseite
der topfseitigen Maschinengehäusestirnwand
angeordnet werden kann.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, dass das Halteelement eine Ringscheibe ist. Wird
diese Ringscheibe in einer der vorgenannten Ausführungsformen als Halteelement verwendet,
vorzugsweise hierbei mit einem Innendurchmesser, der im Wesentlichen
der Ankerwelle entspricht, und einem Außendurchmesser, der eine einfache
und kostensparende Befestigung an der topfseitigen Maschinengehäusestirnwand
(insbesondere die Einbringung in das Maschinengehäuse) zulässt, wobei
aber der Bereich der Laufkörper
von der Ringscheibe verdeckt ist, lässt sich auf einfachste Weise
eine ankerseitige Axialsicherung herstellen.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform besteht die Ringscheibe
aus Metall, insbesondere aus Blech, oder weist ein Metall auf.
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In
einer weiteren ebenfalls besonders bevorzugten Ausführungsform
ist das Halteelement an dem Maschinengehäuse angeklipst und/oder angespritzt.
Insbesondere in der Ausführungsform
als Ringscheibe kann das Halteelement folglich leicht eingebracht
und, gerade wenn das Maschinengehäuse aus einem Kunststoff besteht,
dort angespritzt werden, wo beispielsweise das Halteelement Aussparungen
im Ringbereich aufweist, durch die verformungsfähiger Kunststoff des Maschinengehäuses im Zuge
der Gehäuseherstellung
durchtreten und erstarren kann, so dass eine einbaulagengerechte
Fixierung ohne besonderen Aufwand möglich ist. Alternativ hierzu
kann das Halteelement auch angeklipst werden, wenn beispielsweise
das Maschinengehäuse
entsprechende Klipstifte vorsieht oder Aussparungen aufweist, in
die von außen
durch das Halteelement hindurch Klips eingebracht werden können.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen
und aus Kombinationen derselben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Es
zeigt
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1 einen
Teil eines Maschinengehäuses im
Axialschnitt mit einer Ankerwelle und einer erfindungsgemäßen Lagerstelle.
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Ausführungsform(en)
der Erfindung
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1 zeigt
eine Schnittdarstellung durch einen Teil einer elektrischen Maschine 32,
nämlich
eines Elektromotors 1, nämlich einen endseitigen Abschnitt 2 mit
einer Ankerwelle 3, die einen hier nur abschnittsweise
dargestellten Anker 4 trägt, und die innerhalb eines
hier nur abschnittsweise dargestellten Maschinengehäuses 5 drehbar
angeordnet ist. Das Maschinengehäuse 5 weist
eine Gehäusewandung 6 auf,
die einen Maschineninnenraum 7 umschließt. Das Maschinengehäuse 5 weist
weiter, von einem Abschnitt der Gehäusewandung 6 ausgebildet,
eine Maschinengehäusestirnwand 8 auf,
die einen endseitigen Abschluss 9 des Maschineninnenraums 7 und
damit des Maschinengehäuses 5 ausbildet.
Im Wesentlichen zentral der Maschinengehäusestirnwand 8 findet
sich zur inwändigen
Aufnahme der Ankerwelle 3 ein Topf 10, der beispielsweise
als Rotationskörper 11 um
eine Symmetrieachse 12 der Ankerwelle 3 ausgebildet
ist. Der Topf 10 ist als Abschnitt des Maschinengehäuses 5 ausgebildet,
er kann vorzugsweise einstückig
zum Maschinengehäuse 5 sein,
beispielsweise als Spritzguss- oder Tiefziehteil. Der Topf 10 weist
eine zu einer Wellenoberfläche 13 der
Ankerwelle 3 parallele, zur Symmetrieachse 12 axialsymmetrische
Topfinnenseite 14 auf, wobei zwischen der Wellenoberfläche 13 und
der Topfinnenseite 14 im Bereich des Topfes 10 ein
Lagerraum r verbleibt. Innerhalb des Lagerraums r ist zwischen der Wellenoberfläche 13 und
der Topfinnenseite 14 ein Rollenlager 15 mit Laufkörpern 30 angeordnet,
das aus einzelnen Wälzkörpern 16,
nämlich
Rollen 17, ausgebildet wird, die sich einerseits (innenseitig)
an der Wellenoberfläche 13 und
andererseits außenseitig
an der Topfinnenseite 14 abstützen. Die Topfinnenseite 14 bildet
hierzu eine Laufbahn 18 aus, so dass der axialsymmetrische
Abschnitt des Topfes 10 als Laufbahnkörper 29 fungiert.
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Eine
separate Laufbahn, wie sie beispielsweise durch Nadelhülsen oder ähnliche
aus dem Stand der Technik bekannten Konstruktionen ausgebildet werden,
ist hierbei nicht erforderlich. Im Bereich eines als Topfstirnwand 19 fungierenden
Abschlusses 28 des Topfes 10 ist topfinnenseitig
im Bereich der Topfstirnwand 19 ein Rücksprung 20 in Form
eines Absatz 21 ausgebildet, der im Wesentlichen als Radialverengung
des Innendurchmessers des Topfes 10 anzusehen ist, und
er in einem Endbereich 22 der Ankerwelle 3 dergestalt
ausgebildet ist, dass die Ankerwelle 3 von der Topfstirnwand 19 und/oder
von dem Rücksprung 20 nicht
berührt
oder in ihrer Bewegung behindert wird. Die Wälzkörper 16, die im Lagerraum
r angeordnet sind, werden jedoch von dem Rücksprung 20 an einer
Axialbewegung in Richtung R1, also im Wesentlichen
vom Maschineninnenraum 7 hin zur Topfstirnwand 19,
gehindert. Der Rücksprung 20 bildet
damit eine Axialsicherung 22 durch einen Bereich der Topfstirnwand 19 aus.
Im Bereich einer Innenseite 23 der Maschinengehäusestirnwand 8 ist
ein Halteelement 24 angeordnet, das den Lagerraum r ankerseitig
im Wesentlichen in paralleler Fortführung der Innenseite 23 der
Maschinengehäusestirnwand 8 abschließt, so dass
zwischen der Wellenoberfläche 13 und
einem Endbereich 25 des Halteelements 24 nur so
viel Raum bleibt, dass zwar die Ankerwelle 3 frei rotieren,
nicht aber der Wälzkörper 16 aus
dem Lagerraum r heraus in Richtung des Ankers 4 sich bewegen
kann; somit entsteht eine ankerseitige Axialsicherung 31.
Das Halteelement 24 ist als Ringscheibe 26 ausgebildet,
dessen Innendurchmesser etwas weiter als der Durchmesser d der Ankerwelle 3 ist,
und dessen Außendurchmesser
nach den Erfordernissen des Maschinengehäuses 5, insbesondere
der Maschinengehäusestirnwand 8 gewählt werden
kann. Die Ringscheibe 26 ist an der Maschinengehäusestirnwand 8 inwändig (zum
Maschineninnenraum 7 hin) mittels eines an der Maschinengehäusestirnwand 8 angespritzten Nippels 27 angeklipst;
selbstverständlich
sind auch andere Befestigungsmethoden möglich, beispielsweise ein Einspritzen
in das Material des Maschinengehäuses 5 bereits
bei dessen Herstellung.