DE102012202900A1 - Bearing arrangement of electric motor, has rolling bearing including ring element arranged in annular groove of outer bearing ring such that outer diameter of ring element is set based on outer diameter of outer bearing ring - Google Patents

Bearing arrangement of electric motor, has rolling bearing including ring element arranged in annular groove of outer bearing ring such that outer diameter of ring element is set based on outer diameter of outer bearing ring Download PDF

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Abstract

The bearing arrangement has a rolling bearing (1) with an outer bearing ring (2) and an inner bearing ring (3). The outer bearing ring is arranged in a bore (4) of aluminum housing (5). The outer bearing ring has annular groove formed in outer circumference and arranged with a ring element (7). The ring element is made of plastic material selected among PTFE and polyoxymethylene, and the outer diameter of ring element is set based on outer diameter of outer bearing ring.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung, umfassend ein Wälzlager mit einem Lageraußenring und einem Lagerinnenring, wobei der Lageraußenring einen Außendurchmesser aufweist und in einer Bohrung eines Gehäuseelements angeordnet ist, wobei der Lageraußenring an seinem Außenumfang mindestens eine Ringnut aufweist, in der ein Ringelement angeordnet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine solche Lageranordnung, wobei das Gehäuseelement in seiner Bohrung mindestens eine Ringnut aufweist, in der ein Ringelement angeordnet ist.The invention relates to a bearing assembly, comprising a rolling bearing with a bearing outer ring and a bearing inner ring, wherein the bearing outer ring has an outer diameter and is disposed in a bore of a housing member, wherein the outer bearing ring has at its outer periphery at least one annular groove in which a ring member is arranged. Furthermore, the invention relates to such a bearing arrangement, wherein the housing element has in its bore at least one annular groove in which a ring element is arranged.

Gattungsgemäße Lageranordnungen sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Der Einsatz von Ringelementen dient dem Verhindern des Mitdrehens des Lageraußenrings in seiner Aufnahmebohrung im Gehäuse. Wird nämlich beispielsweise ein Gehäuse aus Leichtmetall (z. B. Aluminium) eingesetzt, indes klassische Lagerringe aus Stahl (z. B. 100 Cr 6) verwendet, ergibt sich aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, dass bei einem Temperaturanstieg der Lageranordnung das Spiel zwischen Lageraußenring und Gehäusebohrung wächst, so dass es zu einem Mitdrehen des Lageraußenrings in der Bohrung kommen kann. Demgemäß kann es bei entsprechend hohen Temperaturen durch die Vergrößerung einer Spielpassung zwischen den genannten Bauteilen zu Relativbewegungen kommen, die zu Passungsrost führen. Der Passungsrost führt dazu, dass der Lagerring nicht mehr gleichmäßig im Lagersitz anliegt. Dies hat Nachteile hinsichtlich der Lastverteilung im Lager zur Folge. Roststellen wirken darüber hinaus wie Kerben. Dies kann zu frühzeitigen Lagerausfällen führen.Generic bearing arrangements are well known in the art. The use of ring elements serves to prevent the co-rotation of the bearing outer ring in its receiving bore in the housing. If, for example, a housing made of light metal (eg aluminum) is used, whereas classic bearing rings made of steel (eg 100 Cr 6) are used, the result is, due to the different thermal expansion coefficients, that when the temperature of the bearing arrangement increases, clearance between the bearing outer ring and Housing bore grows, so that it can come to a co-rotation of the bearing outer ring in the bore. Accordingly, with correspondingly high temperatures, relative movements can occur due to the enlargement of a clearance fit between the named components, which leads to fretting corrosion. The fretting corrosion causes the bearing ring is no longer evenly applied in the bearing seat. This has disadvantages in terms of load distribution in the camp result. Rust spots also look like nicks. This can lead to premature bearing failures.

Aus der JP 2007 211 865 A ist es bekannt, in Ringnuten im Lageraußenring O-Ringe einzusetzen. Diese Verhindern ein Mitdrehen des Lageraußenrings, da sie radial aus den Ringnuten des Lageraußenrings heraus ragen und an der Bohrungsoberfläche elastisch anliegen.From the JP 2007 211 865 A It is known to use O-rings in ring grooves in the bearing outer ring. These prevent co-rotation of the bearing outer ring, since they protrude radially out of the annular grooves of the bearing outer ring and rest elastically on the bore surface.

Eine ähnliche Lösung zeigt die JP 2010 090 984 A . Hier werden gleichermaßen Ringelemente in Ringnuten im Außenring eingesetzt, so dass infolge des Anliegens der Ringelemente an der Bohrungsoberfläche ein Mitdrehen des Lagerrings verhindert wird. A similar solution shows the JP 2010 090 984 A , Here, both ring elements are equally used in annular grooves in the outer ring, so that as a result of the concern of the ring elements on the bore surface co-rotation of the bearing ring is prevented.

In manchen Anwendungen, z. B. bei der Lagerung eines Rotors eines Elektromotors, ist es wünschenswert, dass eine gattungsgemäße Lageranordnung als Loslager ausgebildet ist. Demgemäß soll eine relative axiale Verschieblichkeit des Lageraußenrings in der Gehäusebohrung ermöglicht werden. Hierfür sind der Lageraußenring und die Gehäusebohrung mit Spiel- oder Übergangspassung toleriert. In some applications, eg. As in the storage of a rotor of an electric motor, it is desirable that a generic bearing assembly is designed as a floating bearing. Accordingly, a relative axial displaceability of the bearing outer ring in the housing bore should be made possible. For this purpose, the bearing outer ring and the housing bore are tolerated with play or transition fit.

Nachteilig ist bei den vorbekannten Lösungen, dass die Loslagerfunktion durch eingesetzte Ringe behindert wird, da sie radial elastisch im Spalt zwischen Lageraußenring und Gehäusebohrung angeordnet sind.A disadvantage of the previously known solutions that the movable bearing function is hindered by inserted rings, since they are arranged radially elastically in the gap between the bearing outer ring and the housing bore.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass einerseits eine ungestörte Loslagerfunktion gegeben ist, dass andererseits aber auch ein Mitdrehen des Lageraußenrings in der Bohrung bei höheren Temperaturen verhindert wird. The invention has the object of providing a bearing assembly of the type mentioned in such a way that on the one hand an undisturbed floating bearing function is given, on the other hand, however, a co-rotation of the bearing outer ring is prevented in the bore at higher temperatures.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement aus einem Kunststoffmaterial besteht und einen Ringaußendurchmesser aufweist, der auf den Außendurchmesser des Lageraußenrings kalibriert ist. The solution of this object by the invention is characterized in that the ring element consists of a plastic material and has a Ringaußendurchmesser which is calibrated to the outer diameter of the bearing outer ring.

Alternativ kann – wenn das Ringelement in einer Ringnut in der Gehäusebohrung angeordnet ist – vorgesehen werden, dass das Ringelement aus einem Kunststoffmaterial besteht und einen Ringinnendurchmesser aufweist, der auf den Bohrungsdurchmesser kalibriert ist. Alternatively, if the ring element is arranged in an annular groove in the housing bore, it can be provided that the ring element consists of a plastic material and has a ring inner diameter which is calibrated to the bore diameter.

Der Ringaußendurchmesser des Ringelements ist dabei bevorzugt auf den Außendurchmesser des Lageraußenrings gedreht; entsprechend kann der Ringinnendurchmesser des Ringelements auch auf den Bohrungsdurchmesser gedreht sein. The ring outer diameter of the ring element is preferably rotated to the outer diameter of the bearing outer ring; Accordingly, the ring inner diameter of the ring element can also be rotated to the bore diameter.

Das Ringelement besteht bevorzugt aus Polytetrafluorethylen (PTFE) oder aus Polyoxymethylen (POM).The ring element is preferably made of polytetrafluoroethylene (PTFE) or polyoxymethylene (POM).

Das Gehäuseelement besteht aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium.The housing element is made of light metal, in particular aluminum.

Das Ringelement kann zur leichteren Montage an einer Umfangsstelle einen Schlitz aufweisen. The ring member may have a slot for ease of mounting at a peripheral location.

Der Lageraußenring sitzt bevorzugt in der Bohrung des Gehäuseelements mit Spiel- oder Übergangspassung.The bearing outer ring is preferably located in the bore of the housing element with play or transition fit.

Die Lageranordnung bildet bevorzugt eine Loslagerstelle, die eine relative axiale Verschiebung zwischen dem Lageraußenring und dem Gehäuseelement erlaubt.The bearing assembly preferably forms a floating bearing that allows relative axial displacement between the bearing outer ring and the housing member.

Das Wälzlager ist vorzugsweise als Rillenkugellager ausgebildet. The rolling bearing is preferably designed as a deep groove ball bearing.

Die Lageranordnung ist gemäß einer besonders bevorzugten Anwendung der vorliegenden Erfindung Bestandteil eines Elektromotors. The bearing assembly is part of an electric motor according to a particularly preferred application of the present invention.

Die vorgeschlagene Lösung stellt gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung darauf ab, dass das Ringelement mechanisch bearbeitet ist, um es auf den jeweilig gewünschten Durchmesser zu kalibrieren. Ist das Ringelement in einer Ringnut im Lageraußenring angeordnet, wird es so gefertigt, dass nach der Montage des Ringelements in die Ringnut Bündigkeit zwischen dem Außendurchmesser des Lageraußenrings und dem Ringelement vorliegt. Die Loslagerfunktion wird somit nicht beeinträchtigt. The proposed solution, according to a preferred embodiment, that the Ring element is machined to calibrate it to the respective desired diameter. If the ring element is arranged in an annular groove in the bearing outer ring, it is manufactured in such a way that, after assembly of the ring element into the annular groove, there is flushness between the outer diameter of the bearing outer ring and the ring element. The movable bearing function is thus not affected.

Die Herstellung des Ringelements kann durch das bevorzugt vorgesehene Drehen des Außen- bzw. Innenumfangs des Ringelements kostengünstig durch mechanische Bearbeitung sehr präzise erfolgen.The production of the ring element can be done by the preferred provided rotating the outer or inner circumference of the ring member cost by mechanical processing very precise.

Bei Erhöhung der Temperatur der Lageranordnung wächst das aus Kunststoff bestehende Ringelement radial schneller, als das Spiel zwischen dem Außenumfang des Lageraußenrings und der Gehäusebohrung anwächst. Das Ringelement legt sich dann an der Bohrung an und verhindert ein Mitdrehen des Lageraußenrings in der Bohrung.As the temperature of the bearing assembly increases, the plastic ring member grows radially faster than the clearance between the outer periphery of the bearing outer ring and the housing bore increases. The ring element then attaches to the bore and prevents co-rotation of the bearing outer ring in the bore.

Fertigungstechnisch besteht die Möglichkeit einer kostengünstigen Umsetzung, da auf ein Einspritzen des Elastomermaterials in die Ringnut verzichtet werden kann, wie es bei einigen vorbekannten Lösungen vorgesehen ist. Manufacturing technology, there is the possibility of a cost-effective implementation, since it can be dispensed with injection of the elastomeric material in the annular groove, as provided in some prior art solutions.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In the drawing, an embodiment of the invention is shown. Show it:

1 im Radialschnitt ein Wälzlager, das in einem Gehäuse montiert ist, 1 in radial section a rolling bearing, which is mounted in a housing,

2a die Einzelheit „Z“, wobei sich die Lageranordnung auf Umgebungstemperatur befindet und 2a the detail "Z", wherein the bearing assembly is at ambient temperature and

2b die Einzelheit „Z“, wobei sich die Lageranordnung auf einer erhöhten Temperatur befindet. 2 B the detail "Z", wherein the bearing assembly is at an elevated temperature.

In 1 ist eine Lageranordnung dargestellt, die ein Wälzlager 1 umfasst, das als Rillenkugellager ausgebildet ist. Das Wälzlager 1 hat einen Lageraußenring 2 und einen Lagerinnenring 3, zwischen denen Kugeln 8 angeordnet sind. Der Lageraußenring 2 sitzt in einer Bohrung 4 eines Gehäuseelements 5 aus Aluminium.In 1 a bearing assembly is shown, which is a rolling bearing 1 includes, which is designed as a deep groove ball bearing. The rolling bearing 1 has a bearing outer ring 2 and a bearing inner ring 3 between which balls 8th are arranged. The bearing outer ring 2 sits in a hole 4 a housing element 5 made of aluminium.

Damit bei höheren Temperaturen ein Mitdrehen des Lageraußenrings 2 in der Gehäusebohrung verhindert werden kann, befinden sich zwei Ringnuten 6 (s. hierzu 2) im Außenumfang des Lageraußenrings 2. In diesen Ringnuten 6 sind Ringelemente 7 eingesetzt, zu denen Details aus 2a und 2 hervorgehen.So that at higher temperatures co-rotation of the bearing outer ring 2 can be prevented in the housing bore, there are two annular grooves 6 (see this 2 ) in the outer periphery of the bearing outer ring 2 , In these ring grooves 6 are ring elements 7 used to which details 2a and 2 emerge.

Nach 2a befindet sich die Lageranordnung auf Umgebungstemperatur. Der Lageraußenring 2 weist einen Außendurchmesser DA auf. Die Ringnut 6 weist eine rechteckige Querschnittsform auf, genauso wie das passgenau eingesetzte Ringelement 7. Wesentlich ist dabei, dass der Außendurchmesser des Ringelements 7 durch Drehen oder sonstige mechanische Bearbeitung ebenfalls auf den Durchmesser DA gefertigt wurde. Demgemäß sitzt das Ringelement 7 bündig mit dem Außendurchmesser des Lageraußenrings 2 in der Ringnut 6. To 2a the bearing assembly is at ambient temperature. The bearing outer ring 2 has an outer diameter D A. The ring groove 6 has a rectangular cross-sectional shape, as well as the accurately inserted ring element 7 , It is essential that the outer diameter of the ring element 7 was also made by turning or other mechanical processing to the diameter D A. Accordingly, the ring element sits 7 flush with the outer diameter of the bearing outer ring 2 in the ring groove 6 ,

Wie in 2a zu sehen ist, sind die Bauteile so zueinander toleriert, dass ein (hier übertrieben dargestelltes) Spiel s vorliegt. Der Lageraußenring 2 kann sich also axial in der Bohrung 4 bewegen, so dass eine Loslagerstelle realisiert ist. As in 2a can be seen, the components are tolerated to each other so that a (here exaggerated) game s is present. The bearing outer ring 2 So it can be axially in the hole 4 move, so that a movable storage is realized.

Steigt die Temperatur an, ergibt sich die Situation, wie sie in 2b – wiederum stark übertrieben – dargestellt ist. Da die Lagerringe aus Stahl (100 Cr 6; Wärmeausdehnungskoeffizient ca. 15 10–6 1/K) und das Gehäuse 5 aus Aluminium (Wärmeausdehnungskoeffizient ca. 25 10–6 1/K) bestehen, wächst der Spalt s nunmehr an. Allerdings weist das Ringelement 7 einen deutlich höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf (POM: ca. 110 10–6 1/K; PTFE: ca. 200 10–6 1/K), so dass das Ringelement 7 schnell wächst und den Spalt s ausfüllt. Nachdem der Außenumfang des Ringelements 7 an der Bohrung 4 anliegt, wird ein relatives Drehen des Lageraußenrings 2 in der Bohrung 4 verhindert. When the temperature rises, the situation arises, as in 2 B - again greatly exaggerated - is shown. Since the bearing rings are made of steel (100 Cr 6, coefficient of thermal expansion about 15 10 -6 1 / K) and the housing 5 made of aluminum (thermal expansion coefficient about 25 10 -6 1 / K), the gap s grows now. However, the ring element points 7 a significantly higher thermal expansion coefficient (POM: about 110 10 -6 1 / K; PTFE: about 200 10 -6 1 / K), so that the ring element 7 grows fast and fills the gap s. After the outer circumference of the ring element 7 at the hole 4 is applied, a relative rotation of the bearing outer ring 2 in the hole 4 prevented.

Dass bei geringer Temperatur (s. 2a) der Spalt vorliegt, ist bezüglich eines möglichen Mitdrehens des Lageraußenrings 2 hier unbeachtlich, da im kalten Betriebszustand das kein Problem darstellt.That at low temperature (s. 2a ) The gap is present, with respect to a possible co-rotation of the bearing outer ring 2 here irrelevant, since in cold operating condition is no problem.

Die Bewegung des Außenrings des Lagers im Lagersitz wird also durch das Ringelement verhindert, das in einer Ringnut im Lageraußenring angeordnet ist. Das Ringelement ist dabei in die Ringnut eingelegt. Zur einfacheren Montage kann das Ringelement an einer Umfangsstelle gerade oder schräg geschlitzt sein. Aber auch ein Montieren eines geschlossenen Ringelements durch Nutzung der elastischen Eigenschaften des Materials ist möglich. The movement of the outer ring of the bearing in the bearing seat is thus prevented by the ring member which is arranged in an annular groove in the bearing outer ring. The ring element is inserted in the annular groove. For ease of assembly, the ring member may be slotted straight or oblique at a circumferential location. But also a mounting of a closed ring element by using the elastic properties of the material is possible.

Da das Ringelement aus Kunststoff besteht, hat es eine größere Wärmeausdehnung als Stahl oder Aluminium, so dass bei der vorgeschlagenen Auslegung bei Temperaturerhöhung eine hinreichende radiale Anlagekraft erzeugt wird, um ein Mitdrehen des Lageraußenrings und somit Passungsrost zuverlässig zu verhindern. Since the ring element is made of plastic, it has a greater thermal expansion than steel or aluminum, so that in the proposed design with temperature increase sufficient radial contact force is generated to reliably prevent turning of the bearing outer ring and thus fretting corrosion.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Wälzlager  roller bearing
22
Lageraußenring  Bearing outer ring
33
Lagerinnenring  Bearing inner ring
44
Bohrung  drilling
55
Gehäuseelement housing element
66
Ringnut  ring groove
77
Ringelement  ring element
88th
Kugel Bullet
DA D A
Außendurchmesser  outer diameter
ss
radiales Spiel radial play

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • JP 2007211865 A [0003] JP 2007211865 A [0003]
  • JP 2010090984 A [0004] JP 2010090984 A [0004]

Claims (10)

Lageranordnung, umfassend ein Wälzlager (1) mit einem Lageraußenring (2) und einem Lagerinnenring (3), wobei der Lageraußenring (2) einen Außendurchmesser (DA) aufweist und in einer Bohrung (4) eines Gehäuseelements (5) angeordnet ist, wobei der Lageraußenring (2) an seinem Außenumfang mindestens eine Ringnut (6) aufweist, in der ein Ringelement (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement (7) aus einem Kunststoffmaterial besteht und einen Ringaußendurchmesser aufweist, der auf den Außendurchmesser (DA) des Lageraußenrings (2) kalibriert ist. Bearing arrangement comprising a rolling bearing ( 1 ) with a bearing outer ring ( 2 ) and a bearing inner ring ( 3 ), wherein the bearing outer ring ( 2 ) has an outer diameter (D A ) and in a bore ( 4 ) of a housing element ( 5 ), wherein the bearing outer ring ( 2 ) at its outer periphery at least one annular groove ( 6 ), in which a ring element ( 7 ), characterized in that the ring element ( 7 ) consists of a plastic material and has a Ringaußendurchmesser on the outer diameter (D A ) of the bearing outer ring ( 2 ) is calibrated. Lageranordnung, umfassend ein Wälzlager (1) mit einem Lageraußenring (2) und einem Lagerinnenring (3), wobei der Lageraußenring (2) einen Außendurchmesser (DA) aufweist und in einer Bohrung (4) eines Gehäuseelements (5) angeordnet ist, wobei das Gehäuseelement (5) in seiner Bohrung (4) mindestens eine Ringnut (6) aufweist, in der ein Ringelement (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement (7) aus einem Kunststoffmaterial besteht und einen Ringinnendurchmesser aufweist, der auf den Bohrungsdurchmesser kalibriert ist. Bearing arrangement comprising a rolling bearing ( 1 ) with a bearing outer ring ( 2 ) and a bearing inner ring ( 3 ), wherein the bearing outer ring ( 2 ) has an outer diameter (D A ) and in a bore ( 4 ) of a housing element ( 5 ), wherein the housing element ( 5 ) in its bore ( 4 ) at least one annular groove ( 6 ), in which a ring element ( 7 ), characterized in that the ring element ( 7 ) is made of a plastic material and has a ring inner diameter which is calibrated to the bore diameter. Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringaußendurchmesser des Ringelements (7) auf den Außendurchmesser (DA) des Lageraußenrings (2) oder der Ringinnendurchmesser des Ringelements (7) auf den Bohrungsdurchmesser gedreht ist. Bearing arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the ring outer diameter of the ring element ( 7 ) on the outer diameter (D A ) of the bearing outer ring ( 2 ) or the ring inner diameter of the ring element ( 7 ) is rotated to the bore diameter. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement (7) aus Polytetrafluorethylen (PTFE) oder aus Polyoxymethylen (POM) besteht.Bearing arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the ring element ( 7 ) consists of polytetrafluoroethylene (PTFE) or polyoxymethylene (POM). Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement (5) aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium, besteht.Bearing arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the housing element ( 5 ) made of light metal, in particular aluminum. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement (7) an einer Umfangsstelle einen Schlitz aufweist. Bearing arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the ring element ( 7 ) has a slot at a circumferential location. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (2) in der Bohrung (4) des Gehäuseelements (5) mit Spiel- oder Übergangspassung sitzt.Bearing arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the bearing outer ring ( 2 ) in the hole ( 4 ) of the housing element ( 5 ) with play or transition fit sits. Lageranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Loslagerstelle bildet, die eine relative axiale Verschiebung zwischen dem Lageraußenring (2) und dem Gehäuseelement (5) erlaubt.Bearing assembly according to claim 7, characterized in that it forms a floating bearing point, the relative axial displacement between the bearing outer ring ( 2 ) and the housing element ( 5 ) allowed. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (1) als Rillenkugellager ausgebildet ist. Bearing arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the rolling bearing ( 1 ) is designed as a deep groove ball bearing. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie Bestandteil eines Elektromotors ist. Bearing arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that it is part of an electric motor.
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