DE102009003230A1

DE102009003230A1 - Lager zur Lagerung einer Welle

Info

Publication number: DE102009003230A1
Application number: DE102009003230A
Authority: DE
Inventors: Uwe Roessler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2009-05-19
Publication date: 2010-11-25

Abstract

Ein Lager zur Lagerung einer Welle umfasst ein Lager-Bauteil, das in einem Gehäusesitz in einem Gehäuse aufgenommen ist, wobei die Außenkontur des Lager-Bauteils und die Innenkontur des Gehäusesitzes voneinander abweichende Geometrien aufweisen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lager zur Lagerung einer Welle nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
Aus der DE 196 52 929 A1 sind Wälzlager zur Aufnahme einer Ankerwelle eines Elektromotors in einem Getriebegehäuse bekannt, das sich an ein Motorgehäuse des Elektromotors anschließt. Üblicherweise wird der erforderliche Festsitz der Wälzlager über einen Kraftschluss mittels Presspassung im Gehäuse hergestellt, was durch Einpressen mit einem Übermaß realisiert wird. Während des Einpressens folgt das Lager der vorgegebenen Kontur, wodurch jedoch verschiedene Nachteile entstehen können. Zum einen werden Abweichungen von der Zylinderform des Gehäusesitzes auch auf das eingepresste Lager übertragen. Auch Abweichungen von der Konzentrizität des Gehäusesitzes vom Idealmaß, also Verschiebungen zwischen dem Zentrum der Bohrung und der Bauteil-Symmetrieachse, werden nach der Montage beibehalten. Gleiches gilt für den Parallelitätsfehler der Bohrungsachse bezogen auf die Symmetrieachse.
Weitere Probleme können durch die spanlose Herstellung der die Lager aufnehmenden Gehäuse entstehen, die beispielsweise im Wege des Tiefziehens oder durch Druckguss oder Spritzguss mit zylindrischen Werkzeugdornen erzeugt werden. Formfehler der Gehäusebohrungen führen zu Lagerschiefstellungen und unrunden Laufbahnen, was zu einem verstärkten Verschleiß, Anregungsschwingungen sowie zu höheren Kosten aufgrund des Zwangs zur Nachbearbeitung führt.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lager zur Lagerung einer Welle zu schaffen, das sich durch eine einfache Herstellbarkeit und eine hohe Präzision auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Das erfindungsgemäße Lager dient zur Lagerung einer Welle und umfasst ein Lager-Bauteil, das in einem Gehäusesitz in einem Gehäuse aufgenommen ist. Die Außenkontur des Lager-Bauteils und die Innenkontur des Gehäusesitzes weisen voneinander abweichende Geometrien auf, so dass das Lager-Bauteil nur über einen Teil seines Umfangs auf Kontakt zur Innenwandung des Gehäusesitzes liegt.
Im Unterschied zu Ausführungen aus dem Stand der Technik wird somit in Umfangsrichtung keine flächige Anlage des Lager-Bauteils im Gehäusesitz angestrebt, sondern ein durch Freiräume durchbrochener Kontakt, so dass in Umfangsrichtung gesehen die einander zugewandten Kontaktflächen von Lager-Bauteil und Gehäusesitz nur zum Teil flächige, linien- oder punktförmig aneinanderliegen. Der Vorteil dieser Ausführung liegt in einer höheren Präzision des Lagers, da mit dem Einsetzen des Lager-Bauteils in den Gehäusesitz aufgrund des nur teilweise bestehenden Kontaktes eine verbesserte Kalibrierung möglich ist. Zudem werden Form- und Lagefehler des Gehäusesitzes nicht vollständig auf das Lager übertragen. Die Koaxialität und Konzentrizität der den Gehäusesitz darstellenden Bohrung im Gehäuse kann einfacher hergestellt werden.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Eigenfrequenz des Lagers über die Formgestaltung der Außenkontur des Lager-Bauteils bzw. der Innenkontur des Gehäusesitzes gezielt beeinflusst werden kann. Schließlich sind für den Fall einer Presspassung geringere Kräfte für das Einführen des Lager-Bauteils in den Gehäusesitz erforderlich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass das Lager-Bauteil und/oder der Gehäusesitz zumindest über einen Teil ihres Umfanges eine nicht-runde Kontur aufweisen. Diese nicht-runde Kontur ist insbesondere als mehr eckiges bzw. mehrzügiges Polygon ausgeführt, beispielsweise als Polygonzug mit drei, vier, fünf, sechs oder mehr geradlinigen Seitenflächen, die zueinander winklig angeordnet sind. Im Falle eines sechseckigen Polygonzuges weist die Kontur sechs geradflächige Seiten auf, die zueinander in einem Winkel von 60° stehen. Allgemein wird bei den mehreckigen Polygonen zwischen allen benachbarten Seitenflächen jeweils der gleiche Winkel angestrebt.
Die Ausführung als Polygonzug weist den Vorteil einer einfachen Herstellbarkeit auf. So ist es beispielsweise möglich, den Gehäusesitz mithilfe eines Werkzeugdorns, der mit Abflachungen versehen ist, herzustellen. In diesem Fall ist der Gehäusesitz mit einer polygonförmigen Innenkontur versehen, wenngegen die Außenkontur des Lager-Bauteils vorzugsweise zylindrisch ausgebildet ist. Das in den Gehäusesitz eingeführte Lager-Bauteil besitzt Kontaktflächen bzw. -punkte zu den einzelnen Polygonseitenflächen des Gehäusesitzes.
Die Ausführung des Gehäusesitzes mit einer nicht-runden Innenkontur stellt eine bevorzugte Ausführung dar, die kombiniert werden kann mit einer runden Außenkontur des Lager-Bauteils. Darüber hinaus ist es aber auch möglich, auch im Fall einer nicht-runden Innenkontur des Gehäusesitzes eine nicht-runde Außenkontur des Lager-Bauteils vorzusehen, wobei jedoch auf unterschiedliche Konturen zu achten ist, um sicherzustellen, dass in Umfangsrichtung ein flächiger, durchgehender Kontakt ohne Leer- bzw. Zwischenräume vermieden wird.
Gemäß einer weiteren Ausführung ist es auch möglich, einen Gehäusesitz mit einer runden Innenkontur auszubilden, insbesondere mit zylindrischer Kontur und die Außenkontur des Lager-Bauteils nicht-rund auszuführen, insbesondere in Form eines mehrzügigen Polygons.
Der Gehäusesitz als Ausnehmung im Gehäuse weist gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführung über die axiale Länge einen gleichbleibenden Querschnitt auf. Gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausführung ist es aber auch möglich, dass der Gehäusesitz über seine axiale Länge eines sich ändernden Querschnitt besitzt, beispielsweise konusförmig oder kugelförmig ausgeführt ist. In allen Ausführungsvarianten ist die Innenkontur des Gehäusesitzes zumindest über einen Teil ihres Umfanges und zumindest über einen Teil der axialen Länge, zweckmäßigerweise aber über den gesamten Umfang und über die gesamte axiale Länge mit der nicht-runden Innenkontur versehen, vorzugsweise in Form eines mehreckigen Polygons.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist das Lager als Kalottenlager ausgebildet, das zweckmäßigerweise zumindest drei in einem Kreis angeordnete Kalottenarme aufweist. Die Kalottenarme bilden den Gehäusesitz, in den je nach Ausführung des Gehäusesitzes ein entsprechend geformtes Lager-Bauteil eingesetzt ist. Auch in dieser Ausführung liegt das Lager-Bauteil nur über einen Teil seines Umfangs auf Kontakt zur Innenwandung des Gehäusesitzes in den Kalottenarmen. Um dem Gehäusesitze beispielsweise eine Polygonstruktur zu verleihen, sind die Kalottenarme an ihrer Innenseite zweckmäßigerweise mit Abflachungen versehen. Das in den Gehäusesitz der Kalottenarme einzusetzende Lager-Bauteil weist dagegen zweckmäßigerweise eine runde Außenkontur auf.
Zweckmäßigerweise ist das Lager-Bauteil als Presspassung in dem Gehäusesitz aufgenommen, was dadurch realisiert werden kann, dass der Außenradius des Lager-Bauteils den Radius eines innen liegenden Berührkreises (Pferchkreis) des Gehäusesitzes mit Polygonstruktur übersteigt. Die Anzahl der Polygone an der Innenkontur des Gehäusesitzes sowie das Verhältnis von Außenradius des Lager-Bauteils zum Pferchkreisradius stellen Systemparameter dar, die anwendungsspezifisch festzulegen sind, wobei Gesichtspunkte wie Höhe der Presskraft, Materialwahl, Formfehler und eigene Frequenzen der Lagerung etc. zu beachten sind.
Das Lager-Bauteil ist gemäß einer vorteilhaften Ausführung, die sich auf einen umschlossenen Gehäusesitz im Gehäuse bezieht, als Lagerring ausgebildet, der im Gehäusesitz aufgenommen ist. Im Falle eines Kalottenlagers ist es zweckmäßig, die Kontur des Lager-Bauteils an die grundsätzliche Form des von den Kalottenarmen eingeschlossenen Gehäusesitzes anzupassen, insbesondere das Lager-Bauteil teilkugelförmig auszuführen.
Das vorbeschriebene Lager dient zur Lagerung einer Ankerwelle eines Elektromotors oder zur Lagerung einer Getriebewelle. Als Anwendungsfall kommt ein Einsatz des Elektromotors bzw. des Getriebes in Aggregaten für Kraftfahrzeuge in Betracht, beispielsweise in Scheibenwischerantrieben, oder aber ein Einsatz in Elektrowerkzeugen, beispielsweise in handgeführten Elektrowerkzeugen.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch ein Lager, bestehend aus einem Gehäusesitz in einem Gehäuse und einem darin aufgenommenen Lagerring, der zur Aufnahme einer Welle dient, wobei die Innenkontur des Gehäusesitzes als sechseckiger Polygonzug und die Außenkontur des Lagerringes rund ausgeführt ist.
2 einen Schnitt gemäß Schnittlinie II-II aus 1,
3 einen Schnitt durch ein Lager, welches als Kalottenlager mit drei einzelnen Kalottenarmen ausgebildet ist,
4 eine Draufsicht auf das Kalottenlager gemäß 3,
5 eine Prinzipdarstellung mit Abflachungen an der Innenseite der einen Gehäusesitz bildenden Kalottenarme,
6 eine Draufsicht auf einen Gehäusesitz, der als sechseckiges Polygon ausgebildet ist, mit eingetragenem Innenkreis (Pferchkreis) und Hüllkreis.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wie dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 zu entnehmen, umfasst das Lager 1 einen Gehäusesitz 3 in einem Gehäuse 2 und einen Lagerring 4, der als Presspassung im Gehäusesitz 3 aufgenommen ist. Der Lagerring 4 weist eine Bohrung bzw. Ausnehmung 5 zur Aufnahme einer Welle auf, beispielsweise einer Ankerwelle eines Elektromotors oder einer Getriebewelle. Der Lagerring 4 ist fest und unverrückbar im Gehäusesitz 3 des Gehäuses 2 aufgenommen.
Die Innenkontur des Gehäusesitzes 3 ist als mehreckiges Polygon ausgebildet, welches im Ausführungsbeispiel nach 1 als sechseckiges Polygon mit ent sprechend sechs Seitenflächen ausgeführt ist, die zueinander in einem Winkel von 60° angeordnet sind. Das sechseckige Polygon ist gleichmäßig ausgebildet, so dass der Winkel zwischen jeweils benachbarten Seitenflächen des Polygons gleich groß ist.
Anstelle eines sechseckigen, gleichmäßigen Polygons kommen auch sonstige mehreckige gleichmäßige Polygone für die Innenkontur des Gehäusesitzes 3 in Betracht.
Der Lagerring 4 ist als Presspassung in den Gehäusesitz 3 eingeführt, wodurch der unverrückbare Sitz des Lagerrings im Gehäusesitz erreicht wird. Aufgrund der Ausführung als Presspassung besteht im Bereich der Seitenflächen des Polygons am Gehäusesitz 3 und der Außenkontur am Lagerring 4 ein teilweise flächiger Kontakt. Im Übergangsbereich zwischen benachbarten Seitenflächen des Gehäusesitzes 3 besteht dagegen zur Außenkontur des Lagerrings 4 ein Leerbzw. Freiraum, der sich aufgrund der zylindrischen Grundstruktur des Gehäusesitzes 3 in dessen Achsrichtung erstreckt.
Im Ausführungsbeispiel gemäß den 3 bis 5 ist das Lager 1 als Kalottenlager ausgeführt und umfasst im Gehäuse 2 drei einzelne, kreisförmig in einem Winkelabstand von 120° zueinander angeordnete Kalottenarme 6, die einen innen liegenden Gehäusesitz 3 bilden bzw. begrenzen. Der Gehäusesitz 3 ist über die Achsrichtung gesehen konisch ausgebildet und nimmt ein Lager-Bauteil auf, das beispielsweise als Lagerbuchse ausgeführt ist.
Zur Herstellung einer in Umfangsrichtung polygonförmigen Innenkontur des Gehäusesitzes 3 sind die einzelnen Kalottenarme 6 mit Abflachungen 7 (5) versehen, an denen der Kontakt zu dem im Gehäusesitz 3 aufgenommen Lager-Bauteil besteht. Die Abflachungen 7 bilden ebene Wandabschnitte, die Teile eins dreieckigen Polygonzuges sind.
In 6 ist ein Gehäusesitz 3 in einem Gehäuse 2 in Draufsicht dargestellt, dessen Innenkontur als sechseckiger Polygonzug ausgeführt ist. Eingezeichnet sind der Hüllkreis 8, welcher die außen liegenden Eckpunkte des Polygonzuges verbindet, sowie ein innen liegender Berührkreis 9, der auch als Pferchkreis bezeichnet wird. Da der Lagerring als Presspassung in den Gehäusesitz 3 axial eingepresst wird und somit der Außenradius des Lagerrings den Pferchkreis 9 übersteigt, sind bei aufgenommenem Lagerring an den Seitenflächen des polygonförmigen Gehäusesitzes 3 Ausbuchtungen 10 gebildet, die im Wesentlichen dem Außenradius des Lagerringes entsprechen. Der Außenradius des Lagerringes liegt insbesondere zwischen dem Hüllkreisradius und dem Pferchkreisradius. In dieser Ausführung sind, wie auch der Darstellung nach 1 zu entnehmen, in den Eckbereichen des Polygonzuges Freiräume zwischen der äußeren Mantelfläche des Lagerringes und der Innenkontur des Gehäusesitzes 3 gebildet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19652929 A1 [0002]

Claims

Lager zur Lagerung einer Welle, mit einem die Welle aufnehmenden Lager-Bauteil, das in einem Gehäusesitz (3) in einem Gehäuse (2) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur des Lager-Bauteils (4) und die Innenkontur des Gehäusesitzes (3) voneinander abweichende Geometrien aufweisen und dass das Lager-Bauteil (4) nur über einen Teil seines Umfangs auf Kontakt zur Innenwandung des Gehäusesitzes (3) liegt.
Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager-Bauteil als Lagerring (4) ausgeführt ist.
Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager-Bauteil (4) und/oder der Gehäusesitz (3) zumindest über einen Teil des Umfangs eine nicht-runde Kontur aufweist.
Lager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager-Bauteil (4) eine runde Außenkontur und der Gehäusesitz (3) eine nicht-runde Innenkontur aufweist.
Lager nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht-runde Kontur in Form eines mehreckigen Polygons ausgeführt ist.
Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusesitz (3) über die axiale Länge einen gleichbleibenden Querschnitt aufweist.
Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusesitz (3) über die axiale Länge einen sich ändernden Querschnitt aufweist.
Lager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusesitz (3) konusförmig ausgebildet ist.
Lager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusesitz (3) teilkugelförmig ausgebildet ist.
Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Ausführung als Kalottenlager.
Lager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalottenlager mindestens drei in einem Kreis angeordnete Kalottenarme (6) aufweist.
Lager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalottenarme (6) auf ihrer Innenseite Abflachungen (7) aufweisen.
Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenradius des Lager-Bauteils (4) den Radius eines innenliegenden Berührkreises (Pferchkreis 9) des Gehäusesitzes (3) übersteigt und das Lager-Bauteil (4) als Presspassung in dem Gehäusesitz (3) aufgenommen ist.
Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Lagerung einer Ankerwelle eines Elektromotors.
Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Lagerung einer Getriebewelle.
Elektromotor mit einem Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 15.