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Die Erfindung betrifft eine Kugellageranordnung für eine Ankerwelle einer elektrischen Maschine und eine elektrische Maschine mit einer solchen Kugellageranordnung für eine Ankerwelle.
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Derartige elektrische Maschinen sind zum Beispiel als Elektromotoren für Lüfter von Kühlungen und Klimaanlagen, insbesondere in Fahrzeugen, ausgebildet. Da diese Elektromotoren meist nicht nur kurzzeitig betrieben werden, sondern vielmehr für einen Dauerbetrieb ausgelegt sein sollten, ist eine besondere Laufruhe gefordert.
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Hierzu ist eine Ankerwelle einer derartigen elektrischen Maschine mit Kugellagern, z. B. Rillenkugellagern, versehen. Kugellageranwendungen benötigen gut fluchtende Lagerstellen, da sonst die Lagerlebensdauer reduziert wird. Außerdem können während des Betriebs störende Geräusche entstehen. Zur Herstellung solcher Lagerstellen ist ein entsprechender Kosten- und Fertigungszeitaufwand notwendig.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Kugellageranordnung für eine Ankerwelle einer elektrischen Maschine und eine elektrische Maschine mit einer solchen Anordnung bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Kugellageranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und/oder durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
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Demgemäß ist vorgesehen:
Eine Kugellageranordnung für eine Ankerwelle einer elektrischen Maschine, mit einem AS-Kugellager und einem BS-Kugellager, die auf der Ankerwelle montiert sind, mit zwei Kugellageraufnahmen, von denen die eine das AS-Kugellager und die andere das BS-Kugellager aufnimmt. Jede Kugellageraufnahme weist einen Kugelabschnitt auf, der jeweils in einer kugelförmigen Sitzfläche eines Lagerschilds aufgenommen ist.
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Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine weist Folgendes auf: ein Gehäuse, ein AS-Lagerschild und ein BS-Lagerschild, die jeweils kugelförmige Sitzflächen aufweisen, und eine in dem Gehäuse drehbar gelagerte Ankerwelle. Die Ankerwelle ist mittels einer Kugellageranordnung gelagert.
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Nachfolgend bezeichnet ein so genanntes AS-Lagerschild abtriebsseitigen Lagerschild, wohingegen ein BS-Lagerschild das dem AS-Lagerschild gegenüberliegende BS-Lagerschild bezeichnet.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, zwei Kugellageraufnahmen vorzusehen, von denen die eine das AS-Kugellager und die andere das BS-Kugellager aufnimmt, wobei jede Kugellageraufnahme einen Kugelabschnitt aufweist, der jeweils in einer kugelförmigen Sitzfläche eines Lagerschilds aufgenommen ist. Dadurch kann sich die Kugellageranordnung selbsttätig fluchtend ausrichten. Dies ist im Hinblick auf eine lange Lebensdauer der Kugellager vorteilhaft.
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Ein besonderer Vorteil besteht auch darin, dass Laufgeräusche vermieden oder doch zumindest signifikant reduziert werden.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass ein bereits vorhandenes Gehäuse und die vorhandenen Lagerschilde einer elektrischen Maschine, die zum Beispiel für andere Lagerungen vorgesehen sind, weiter verwendbar sind und nicht eigens verändert werden müssen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren der Zeichnung.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Kugellager auf der Ankerwelle mit einem vorher festlegbaren Abstand zur Er- zeugung einer Vorspannkraft angeordnet. Dadurch wird ein besonders ruhiger Lauf erreicht. Ferner wird dadurch eine fluchtende Selbstausrichtung unterstützt.
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Der vorher festlegbare Abstand kann vorzugsweise durch eine axial wirkende Feder festgelegt sein oder durch die axial wirkende Feder zusätzlich unterstützt sein.
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Jede Kugellageraufnahme kann mit einem in axialer Richtung an den Kugelabschnitt angebrachten Lagerabschnitt mit einem Kugellagersitz für einen Außenring eines jeweiligen Kugellagers versehen sein. Dadurch wird eine einfache Anpassung an vorhandene Lagersitze in Lagerschilden möglich.
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Außerdem ist es bevorzugt, dass jede Kugellageraufnahme mit ihren radialen und axialen Außenflächen des Lagerabschnitts zu zugeordneten Innenflächen des jeweiligen Lagerschilds beabstandet ist. Dabei kann ein solcher Abstand im Bereich von beispielsweise 0,5 bis 1 mm liegen. So wirken nur die Kugelabschnitte der Kugellageraufnahmen und die zugeordneten Sitzflächen der Lagerschilde zusammen. Bei der fluchtenden Ausrichtung können gegenseitige Ausrichtbewegungen der Kugellageraufnahmen aufgrund der Abstände nicht behindert werden.
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Die Kugellageraufnahmen können mit Verdrehsicherungen zur Verhinderung von Verdrehungen um eine Längsachse der Ankerwelle relativ zu dem jeweils zugeordneten Lagerschild versehen sein. Dadurch wird sichergestellt, dass aufgrund der unterbundenen Verdrehung keine zusätzliche und unerwünschte Geräuscherzeugung während des Betriebs erfolgen kann.
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Eine elektrische Maschine weist vorzugsweise eine erfindungsgemäße Kugellageranordnung auf.
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Die elektrische Maschine kann ein bürstenloser oder auch ein bürstenbehafteter Elektromotor sein. Dabei kann der Elektromotor sowohl als Gleichstrommotor, aber auch als Wechselstrommotor ausgebildet sein.
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Die elektrische Maschine kann Bestandteil einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs sein. Die Anwendung in Klimaanlagen ist besonders vorteilhaft, da hier ein niedriger Geräuschpegel gefordert ist.
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Außerdem besteht eine weitere sehr vorteilhafte Anwendung, indem die elektrische Maschine als so genannte Engine-Cooling-Motoren ausgebildet ist. Allerdings wären natürlich auch andere Anwendungen denkbar und vorteilhaft.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
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1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kugellageranordnung für eine Ankerwelle einer elektrischen Maschine;
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2 eine Schnittansicht eines Abschnitts einer BS-Lagerstelle der elektrischen Maschine aus 1; und
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3 eine Schnittansicht einer Kugellageraufnahme der elektrischen Maschine aus 1.
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In den Figuren der Zeichnung sind gleiche und funktionsgleiche Elemente und Merkmale – sofern nichts Anderes ausgeführt ist – mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine elektrische Maschine 1 in einer Ausführung als Motor. 2 stellt eine Schnittansicht eines Abschnitts einer BS-Lagerstelle 4 der elektrischen Maschine 1 aus 1 dar und 3 illustriert eine Schnittansicht einer Kugellageraufnahme 10 der elektrischen Maschine 1 aus 1.
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In 1 ist mit Bezugszeichen 1 die elektrische Maschine bezeichnet, die hier als ein Elektromotor für einen Lüfter einer Kühlung oder einer Klimaanlageausgebildet ist. Die elektrische Maschine 1 weist ein Gehäuse 2 mit einem AS-Lagerschild 3 an der Abtriebsseite (in der 1 unten) und einem BS-Lagerschild 4 an der der Abtriebsseite gegenüberliegenden Seite auf. In dem Gehäuse 2 ist eine Ankerwelle 5 mit einer Kugellageranordnung drehbar gelagert.
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Die Kugellageranordnung weist ein AS-Kugellager 8, ein BS-Kugellager 9, zwei Kugellageraufnahmen 10 und zugehörige Sitzflächen 17 in den Lagerschilden 3, 4 auf.
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Das AS-Kugellager 8 ist in einer AS-Lagerstelle 6 in dem AS-Lagerschild 3 angeordnet, wobei das BS-Kugellager 9 BS-Lagerstelle 7 in dem BS-Lagerschild 4 vorgesehen ist. Sowohl das AS-Kugellager 8 als auch das BS-Kugellager 9 sind jeweils über eine Kugellageraufnahme 10 in dem zugehörigen Lagerschild 3, 4 angeordnet.
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Das AS-Kugellager 8 ist im Bereich eines Abtriebsendes der Ankerwelle 5 auf der Ankerwelle 5 fest und in axialer Richtung der Ankerwelle fixiert aufgebracht. In ähnlicher Weise ist das BS-Kugellager 9 am gegenüberliegenden Ende der Ankerwelle 5 befestigt. Ein axialer Abstand dieser beiden Kugellager 8, 9 untereinander ist so bemessen, dass nach Einbau dieser Anordnung in die elektrische Maschine 1 eine definierte axiale Vorspannkraft über die Kugellager 8, 9 durch die Kugellageraufnahmen 10 auf die Lagerschilde 3, 4 wirkt.
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Jede Kugellageraufnahme 10 umfasst einen Aufnahmeabschnitt 11 und einen daran axial angebrachten Kugelabschnitt 12. Diese Anordnung ist in 3 gezeigt. Innerhalb des Aufnahmeabschnitts 11, welcher einen Kreiszylinderabschnitt darstellt, ist ein Kugellagersitz 13 eingeformt. In dem Kugellagersitz 13 einer jeden Kugellageraufnahme 10 ist ein Kugellager 8, 9 mit seinem Außenring fest eingebracht. Der Außenring des Kugellagers 8, 9 wird axial innerhalb einer Schulter 15 der Kugellageraufnahme festgelegt. Die Schulter 15 geht in einen Kugelabschnitt 12 über, der eine Kugelabschnittsfläche 14 aufweist. Diese Kugelabschnittsfläche 14 wirkt mit einer ebenfalls kugelförmigen Sitzfläche 17 in einem Sitzabschnitt 16 des jeweiligen Lagerschilds 3, 4 zusammen.
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2 illustriert dazu eine Schnittansicht eines Abschnitts der BS-Lagerstelle 4 aus 1, wobei 3 die zugehörige Kugellageraufnahme 10 separat darstellt.
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Die kugelförmige Sitzfläche 17 des Sitzabschnitts 16 des jeweiligen Lagerschilds 3, 4 geht in einen radial nach außen verlaufenden Absatz 18 über, dem sich eine Wandung 19 anschließt, welche parallel zur Längsachse der Ankerwelle 5 verläuft und dann in einen senkrecht dazu verlaufenden, weiteren Abschnitt radial nach außen übergeht.
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Im eingebauten Zustand der Kugellageranordnung (siehe 1) mit der Ankerwelle 5 in der elektrischen Maschine 1 sind die Kugelflächen 14 der Kugellageraufnahmen 10 jeweils in den Sitzflächen 17 der Lagerschilde 3, 4 aufgenommen. Die Schultern 15 der Kugellageraufnahmen 10 befinden sich in einem Abstand zu den Innenflächen der Absätze 18 der Lagerschilde 3, 4. Ebenfalls sind die Außenflächen der Aufnahmeabschnitte 11 der Kugellageraufnahmen 10 und die Innenflächen der Wandungen 19 der Lagerschilde 3, 4 beabstandet.
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Die Kugellageraufnahmen 10 bewirken mit ihren Kugelflächen 14 und den mit diesen in Zusammenwirkung stehenden kugelförmigen Sitzflächen 17 der Lagerschilde 3, 4 eine fluchtende Ausrichtung der Kugellager 8, 9. Hierzu ermöglichen die oben beschriebenen Abstände zwischen den Schultern 15 und Lagerabschnitten 11 der Kugellageraufnahmen 10 zu den zugeordneten Innenflächen von Absätzen 18 und Wandungen 19 der jeweiligen Lagerschilde 3, 4 einen bestimmten Freiraum zur Beweglichkeit der Kugellageraufnahmen 10 bei der selbsttätigen fluchtenden Ausrichtung. Diese oben beschriebenen Abstände liegen jeweils im Bereich von ungefähr 0,5 bis 1 mm.
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Die Kugellageraufnahmen 10 sind außerdem in den Lagerschilden 3, 4 in nicht dargestellter Weise um die Längsachse der Ankerwelle 5 verdrehsicher festgelegt, beispielsweise durch Vorsprünge an den Außenseiten der Lagerabschnitte 11, die mit korrespondierenden Ausnehmungen oder Vorsprüngen in den Lagerschilden 3, 4 zusammenwirken.
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Die Lagerschilde 3, 4 sind zum Beispiel Tiefziehteile aus einem Metall oder einer metallischen Legierung. Die Kugellageraufnahmen 10 können sowohl metallisch, z. B. Tiefziehteile, als auch aus Kunststoff ausgebildet sein. Zum Beispiel kann dies ein Polyamid oder eine Kombination aus unterschiedlichen Materialien sein.
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Die vorliegende Erfindung sei nicht auf die vorstehenden konkreten oder abstrakten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich auf beliebige Art und Weise modifizieren, ohne vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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So kann zum Beispiel die axiale Vorspannung der Kugellager durch geeignete, axial wirkende Federn, wie beispielsweise Tellerfedern, erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektrische Maschine
- 2
- Gehäuse
- 3
- AS-Lagerschild
- 4
- BS-Lagerschild
- 5
- Ankerwelle
- 6
- AS-Lagerstelle
- 7
- BS-Lagerstelle
- 8
- AS-Kugellager
- 9
- BS-Kugellager
- 10
- Kugellageraufnahme
- 11
- Aufnahmeabschnitt
- 12
- Kugelabschnitt
- 13
- Kugellagersitz
- 14
- Kugelabschnittsfläche
- 15
- Schulter
- 16
- Sitzabschnitt
- 17
- Sitzfläche
- 18
- Absatz
- 19
- Wandung
