DE102007036034A1

DE102007036034A1 - Fixierung eines Lagers

Info

Publication number: DE102007036034A1
Application number: DE102007036034A
Authority: DE
Inventors: Jörg Müller; Thomas Then
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-08-01
Filing date: 2007-08-01
Publication date: 2009-02-19
Also published as: WO2009016197A2; WO2009016197A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fixierung eines Lagers (3) auf einer Welle (1), insbesondere einer Welle (1) eines Elektromotors mit in axialer Richtung wirkender Bremse, wobei der Innenring (8) des Lagers (3) durch zumindest zwei miteinander wechselwirkenden Ringelementen (4, 5) gehalten ist und dadurch ein Festlager bildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fixierung eines Lagers auf einer Welle, insbesondere auf einer Welle eines Elektromotors mit in axialer Richtung wirkenden Bremse.
Als Lager bezeichnet man in der Technik die funktionelle Verbindung von Maschinenteilen. Lager können Kräfte und/oder Bewegungen übertragen bzw. leiten. Lager für rotierende Teile, wie sie z. B. bei rotatorischen Elektromotoren auftreten, lassen sich nach der Art unterscheiden, in welche Richtung die auf das drehende Teil wirkende Kraft auf die Welle übertragen wird. Es müssen dabei sowohl die Gewichtskräfte im Normalfall (horizontale Aufstellung) die radialen Kräfte, als auch die axialen Kräfte aufgenommen werden. Bei einem Radiallager wirkt die vom Lager aufgenommene Kraft senkrecht zur Drehachse. Axiallager nehmen Kräfte in Richtung der Wellenachse, also axiale Kräfte auf.
Bei dynamoelektrischen Maschinen, treten in der Regel Festlager und Loslager auf, wobei die Vielzahl der dort angreifenden Kräfte auf unterschiedliche Arten wirkt. Außer für den Ausgleich von Wärmedehnungen ist das Loslager nur für eine Kraft senkrecht zu den Lagerstellen und damit senkrecht zur Drehachse geeignet, es gestattet somit eine gewisse Längsverschiebbarkeit. Das Festlager hingegen nimmt zusätzlich auch Kräfte in axialer Richtung auf, so dass sich das Bauteil beispielsweise eine Bremsscheibe eines Elektromotors nicht unkontrolliert seitlich aus den Lagern bewegen kann.
Dies ist insbesondere bei dynamoelektrischen Maschinen, die mit einer Bremse ausgestattet sind äußerst wichtig, da bereits eine minimale axiale Lagerverschiebung im Bereich von Bruchteilen eines Millimeters schon zu Funktionsausfällen, d. h. zu unkontrollierten Bremsvorgängen bei dieser dynamoelektrischen Maschine führen kann.
Um dieses Lager zu fixieren, werden einerseits aufgepresste Hülsen verwendet, die aber durch ihre mangelnde Reibkraft auf der Welle durch verhältnismäßig geringe axiale Kräfte verschoben werden können.
Andererseits werden Sicherungsringe in verschiedensten Formen zur axialen Fixierung der Lager eingesetzt. Für die Montage ist aber ein gewisses Spiel dieses Sicherungsrings in einer in der Welle vorgesehenen Nut unabdingbar, so dass auch hier eine leichte Verschiebung des Lagers bei axialer Stoßbelastung eintreten kann.
Des Weiteren schwächt eine derartige Nut die Welle, aufgrund von dadurch entstehenden Kerbwirkungen.
Ausgehend davon, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine geeignete Vorrichtung zur Fixierung eines Lagers zu schaffen, die auch bei axialer Stoßbelastung, insbesondere bei einem Bremsvorgang eine ortsfeste Position des Lagers gewährleistet.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch eine Vorrichtung zur Fixierung eines Lagers auf einer Welle, insbesondere einer Welle eines Elektromotors mit in axialer Richtung wirkender Bremse, wobei der Innenring des Lagers durch zumindest zwei miteinander wechselwirkenden Ringelementen gehalten ist und dadurch ein Festlager bildet.
Durch die miteinander wechselwirkenden Ringelemente, wird nunmehr der Kraftfluss aus der axialen Richtung in eine radiale Richtung umgelenkt. Dies gelingt insbesondere dadurch, dass die beiden Ringelemente einander zugewandte kegelige Mantelflächen aufweisen, die im Falle einer axialen Krafteinwirkung, beispielsweise aufgrund einer Stoßbelastung bei einem Bremsvorgang durch die geneigte Oberfläche des Kegels des Außenrings der Lagerfixierung in eine Kraftkomponente senkrecht zur Drehachse des Elektromotors umgelenkt wird. Dies wiederum sorgt dadurch für eine erhöhte Anpresskraft des In nenrings der Lagerfixierung auf die Welle und führt somit zu einer ausreichenden axialen Lagerbefestigung. Diese erhöhte Reibkraft wirkt der axial wirkenden Kraft entgegen und gewährleistet somit, dass sich das Lager axial nicht verschiebt.
Diese axial wirkende Reibkraftkomponente ist in Ihrem Betrag proportional der axial wirkenden Kraft, d. h. je größer die axial wirkende Kraft, desto größer wird, über den oben beschriebenen Zusammenhang die axial wirkende Gegenkraft. Es tritt damit eine Selbsthemmung ein.
Vorteilhafterweise sind die Neigungswinkel der beiden Ringelemente, d. h. des Außenrings der Lagerfixierung und des Innenrings der Lagerfixierung gleich ausgebildet. Damit wird in einfacher Art und Weise die Herstellung als auch die Kraftumlenkung gewährleistet.
In dem die Welle unterschiedliche Radien aufweist, wird die Montage des Lagers als auch der Ringelemente vereinfacht. Es kann somit wesentlich einfacher die oben beschriebene Selbsthemmung eintreten.
Diese nunmehr spielfreie Montage des Lagers ermöglicht ein äußerst klar definiertes Festlager. Beispielsweise kann damit eine dynamoelektrische Maschine kompakter gebaut werden, da diese Art der Lagerfixierung vergleichsweise weniger axiale Baulänge in Anspruch nimmt als bisherige Ausführungen.
Des Weiteren muss weder die Welle noch die Lagerbohrung durch eine Nut oder zusätzliche Ausnehmungen geschwächt werden, die lediglich zu einer Kerbwirkung führen. Dadurch gestaltet sich auch die Bearbeitung beispielsweise der Welle einfacher und die zulässigen Querkräfte werden nicht negativ beeinträchtigt.
Die Erfindung sowie weiteren Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche, werden in der folgenden Figur prinzipiell dargestellt und erläutert.
1 zeigt eine Welle 1 mit axial stufenförmigem Verlauf, der durch unterschiedliche Radien R1 bis R4 der Welle 1 gebildet wird. Der Übergang zwischen dem Radius R3 und Radius R4 wird durch einen Anschlag 2 gebildet, an dem der Innenring 8 eines Lagers 3 aufgepresst ist. Das Lager 3 weist außerdem einen Außenring 7 auf, der in einem nicht näher dargestellten Lagerschild positioniert ist.
Beim Drehen der Welle 1, im Betrieb der dynamoelektrischen Maschine um ihre Drehachse 9 dreht sich der Innenrings 8 des Lagers 3 mit gleicher Winkelgeschwindigkeit, wobei der Außenring 7 des Lagers 3 stationär ist. Die Bewegung wird dabei durch Lagerelemente zwischen dem Außenring 7 und dem Innenring 8 des Lagers 3 übertragen, wobei zwischen Außenring 7 und Innenring 8 Kugeln oder Wälzelemente vorgesehen sind.
Vorteilhafterweise steht dabei in axialer Richtung der Innenring 8 des Lagers 3 etwas über den Übergang zwischen Radius R2 und Radius R3 (ca. 10 bis 20% der axialen Ausdehnung des Innenrings 8 des Lagers 3), so dass die Montage der Vorrichtung zur Fixierung des Lagers 3 erleichtert wird.
Das Lager 3 wird nunmehr dadurch fixiert, dass der Außenring 4 der Lagerfixierung und der Innenring 5 der Lagerfixierung zusammenwirken. Der Innenring 5 ist auf den Wellenabschnitt mit Radius R2 aufgeschrumpft, wobei nunmehr bei axialer Belastung, beispielsweise einer axialen Stoßbelastung durch einen Bremsvorgang die Kraftkomponente F_a aufgrund der zusammenwirkenden kegeligen Mantelflächen 6 in eine radiale Kraftkomponente F_r senkrecht zur Drehachse 9 umgelenkt wird. Demzufolge wirkt zusätzlich zu der normalen Reibkraft aufgrund des Aufschrumpfvorgangs des Innenrings 5 der Lagerfixierung auf die Welle 1, die zusätzliche Kraftkomponente F_r. Damit tritt nunmehr zwischen dem Außenring 4 und dem Innenring 5 der Lagerfixierung eine Selbsthemmung ein, die damit auch eine axiale Verschiebung des Innenrings 8 des Lagers 3 vollständig unterbindet.
In der vorliegenden Ausführungsform ist vorteilhafterweise noch ein Wellenabschnitt mit Radius R1 vorgesehen, der wiederum kleiner als der Wellenabschnitt R2 ist, so dass sich der Aufschrumpfvorgang des Innenrings 5 vereinfacht.
Vorteilhafterweise sind die Winkel der kegeligen Mantelflächen gleich ausgebildet, insbesondere als Neigungswinkel α zwischen einer Parallelen zur Drehachse 9, die mit 10 bezeichnet wird und einem eine Verlängerung der Mantelflächen 6 darstellenden Geraden 11.
Die beiden kegeligen Mantelflächen 6 müssen aber nicht notwendigerweise den gleich ausgebildeten Winkel α aufweisen, sie können ebenso unterschiedlich ausgebildet sind, entscheiden ist, dass bei axialer Belastung des Außenrings 4 über den Innenring 5 eine Selbsthemmung eintritt.
Die als Ringelemente ausgeführten Innenring 5 und Außenring 4 der Lagerfixierung sind somit konusförmig ausgebildet, wobei der Konus gleiche oder wie oben ausgeführt unterschiedliche Neigungswinkel αaufweist.
Diese Ringelemente sind vorzugsweise aus hochfestem Material, um die, insbesondere axialen Kräfte aufzunehmen, umzulenken und aufgrund der Selbsthemmung eine dementsprechende Gegenkraft bereitzustellen ohne eigene Deformation, die zu einer ungewollten axialen Verschiebung des Innenrings 8 des Lagers 3 führen würde.
Derartige Lagerfixierungen sind gegenüber herkömmlichen Lagerfixierungen dort zu verwenden, wo auch bei axialen Stoßbelastungen es auf eine positionsgenaue, lagegenaue Fixierung des Lagers 3 ankommt. Dies sind insbesondere Elektromotoren, die mit Bremsen, insbesondere Scheibenbremsen an einer Stirnseite versehen sind.

Claims

Vorrichtung zur Fixierung eines Lagers (3) auf einer Welle (1), insbesondere einer Welle (1) eines Elektromotors mit in axialer Richtung wirkender Bremse, wobei der Innenring (8) des Lagers (3) durch zumindest zwei miteinander wechselwirkenden Ringelementen (4, 5) gehalten ist und dadurch ein Festlager bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ringelemente (4, 5) einander zugewandte kegelige Mantelflächen (6) mit einem vorgebbaren Neigungswinkel α aufweisen, derart, dass durch Auftreten einer axialen Kraftkomponente (F_a) eine Selbsthemmung zwischen den Ringelementen (4, 5) eintritt und damit das Lager (3), insbesondere der Innenring (8) des Lagers (3) axial unverrückbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel α innerhalb eines vorgebbaren Intervalls von 3° bis 30° liegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigungswinkel α von Außenring (4) und Innenring (5) der Lagerfixierung gleich sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) zumindest drei unterschiedliche Radien aufweist.
Verfahren zur Fixierung eines Lagers auf einer Welle (1) durch folgende Schritte: – Drehen der Welle auf mindesten drei unterschiedliche stufenförmige angeordnete Radien. – Positionieren eines Lagers (3) an einem Anschlag (2), aufstecken eines Außenrings (4) der Lagerfixierung und aufpressen des Innenrings (5) der Lagerfixierung unter die ke gelige Mantelfläche (6) des Außenrings (4) der Lagerfixierung.