-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lagerung einer Welle, mit einem die Welle aufnehmenden Lager, das in einem Lagersitz eines Gehäuses oder Gehäuseteils aufgenommen ist, nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
-
Stand der Technik
-
Elektromotoren bestehen aus feststehenden (Polgehäuse mit Magneten, Bürstenhalter) und drehenden (Anker) Bauteilen und Baugruppen. Die erforderliche Lagerung geschieht oft durch Kalotten-Sinterlager, die mit Öl getränkt sind. Diese werden durch so genannte elastische Haltefedern in entsprechend geformten Ausnehmungen in Bügeln oder Lagerdeckeln, die üblicherweise aus Stahl tiefgezogen werden, gehalten. Der geformte Lagersitz stellt die Lageraufnahme dar und erfordert diesbzgl. ein hohes Maß an Form- und Lagetoleranzen. Abweichungen führen beim Einbau des Lagers zu nicht idealen Bauteil-Symmetrieachsen insbesondere beim Motorzusammenbau.
-
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 zum Einen Abweichungen von der Zylinderform des Gehäusesitzes auch auf das eingepresste Lager übertragen werden können. Zum Anderen können Abweichungen von der Konzentrizität des Gehäusesitzes vom Idealmaß, also Verschiebungen zwischen dem Zentrum der Bohrung und der Bauteil-Symmetrieachse, nach der Montage beibehalten werden. Gleiches gilt für den Parallelitätsfehler der Bohrungsachse bezogen auf die Bauteil-Symmetrieachse.
-
Da sich eine ideale Bauteil-Symmetrieachse aufgrund der üblichen Fertigungstoleranzen aufgrund aufwändiger Fertigungsverfahren der Bauteile nicht kostengünstig realisieren lässt, werden im allgemeinen für die Lagerdeckel formgebende Fertigungsverfahren wie Stanzen, Tiefziehen, etc. und als Lager gesinterte Kalottenlager eingesetzt. Kalottenlager ermöglichen in gewissem Maße die Ausrichtung der Lager-Symmetrieachse zur Wellen-Symmetrieachse über die eingeschränkte Möglichkeit sich im Lagersitz auszurichten. Ein Maß dafür ist das sogenannte Lagerkippmoment.
-
Das Lagerkippmoment stellt eines der entscheidenden Merkmale zur Erreichung fluchtender Lager-Wellen-Symmetrieachsen dar. Es darf allerdings nicht zu klein sein, da dies Einfluss auf das Lagerungsverhalten im Betrieb (Durchdrehen) und damit Geräusch zur Folge haben könnte. Ebenso erschwert ein zu großes Kippmoment das Ausrichten der Kalotte. Das Lagerkippmoment wird deshalb im allgemeinen mit einem Nominalwert und einem Toleranzwert definiert. Gestanzte bzw. tiefgezogene Lagerdeckel ermöglichen bis dato keine symmetrischen Lagerkippmomente insbesondere wenn die Aussenkontur des Motorgehäuses bzw. Lagerdeckels stark unsymmetrische Design-Merkmale bzgl. Längen-/Breitenverhältnis aufweist.
-
Aus der
DE 10 2009 003 230 A1 ist ein Lager zur Lagerung einer Welle bekannt, bei dem ein Lager-Bauteil in einem Lagersitz eines Gehäuses aufgenommen ist. Zur vereinfachten Herstellbarkeit, zur Reduzierung von Schwingungen und zur Erhöhung der Präzision des Lagers weisen die Außenkontur des Lager-Bauteils und die Innenkontur des Lagersitzes voneinander abweichende Geometrien auf, so dass in Umfangsrichtung gesehen die einander zugewandten Kontaktflächen von Lager-Bauteil und Lagersitz nur zum Teil flächig, linien- oder punktförmig aneinander liegen.
-
Vorteile der Erfindung
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der sich das Lagerkippmoment eines in einem Lagersitz gehaltenen Lagers hinsichtlich bestimmter Vorzugsrichtungen zur Reduzierung von Materialverzügen definieren bzw. auf 360° umlaufend gleichmäßig groß realisieren lässt. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Lagerung einer Welle, mit einem die Welle aufnehmenden Lager, das in einem Lagersitz eines Gehäuses oder Gehäuseteils aufgenommen ist. Erfindungsgemäß ist das Lagerkippmoment des Lagers relativ zum Lagersitz über Hebelarme der Welle gezielt in mindestens eine Raumrichtung beeinflussbar, wobei zwischen dem Lagersitz und einer Außenkontur des Lagers eine punktuelle Presspassung vorgesehen ist, mittels der das Lager an mindestens drei Anlagepunkten am Lagersitz anliegt. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass lediglich die erhabenen Bereiche des Lagersitzes die Anlage-/Auflagezonen für das Lager darstellen, so dass das Lagerkippmoment abhängt von der tangentialen Orientierung der Anlaggezonen. Unter Berücksichtung der Verzugszonen des Materials (mit Einfluss auf die Form- und Lagetoleranzen des Lagersitzes) insbesondere bei unsymmetrischen Außenkonturen des Gehäuses bzw. Gehäuseteils lässt sich durch Orientierung der Anlagepunkte das Lagerkippmoment gezielt beeinflussen. Dies ist insbesondere vorteilhaft hinsichtlich nachgeschalteter Montageprozesse (Verstemmen eines Lagerdeckels auf dem Polgehäuse eines Elektromotors, Axialkraftbeaufschlagung auf den Lagerdeckel zur plastischen Deformation) mit dadurch bedingter Konturbeeinflussung des Lagersitzes und Einfluss auf das Lagerkippmonent (unsymmetrische Charakteristik).
-
Weiterhin werden die Anlagepunkte in Abhängigkeit von der gewünschten Raumrichtung dort orientiert, wo der geringste Materialverzug am Lagersitz des Gehäuses oder Gehäuseteils und somit die höchste Präzision des Lagersitzes bzgl. Form- u. Lagetoleranzen erreicht wird. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, wenn die Anlagepunkte sphärisch oder spitz ausgestaltet sind, um ein Verkippen des Lagers gezielt zu ermöglichen.
-
In Abhängigkeit vom Lagersitz und von der Außenkontur des Gehäuses bzw. Gehäuseteils kann es vorteilhaft sein, wenn die Anlagepunkte um jeweils 120° oder nicht äquidistant über der Außenkontur des Lagers verteilt angeordnet sind. Je nach Materialverzug können die die Anlagepunkte dabei relativ zur gewünschten Raumreichtung achssymmetrisch oder unsymmetrisch angeordnet sind.
-
Die Erfindung kommt in besonders vorteilhafter Weise bei einem Elektromotor zum Einsatz, wobei die Welle eine Motorwelle des Elektromotors und das Gehäuse oder das Gehäuseteil ein Motorgehäuse bzw. ein Lagerdeckel des Elektromotors ist und wobei das Lager ein gesintertes oder massives Gleitlager ist.
-
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale sowie aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung.
-
Ausführungsbeispiele
-
Zeichnung
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 bis 5 beispielhaft erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche Bestandteile mit einer gleichen Funktionsweise hindeuten.
-
Es zeigen
-
1: einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Definition des Lagerkippmoments,
-
2: ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer perspektivischen Ansicht,
-
3: das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung,
-
4: ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer perspektivischen Ansicht,
-
5: das zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung und
-
6: ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtun in einer schematischen Darstellung.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
1 zeigt eine erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Eine Welle 12 eines nicht näher gezeigten Elektromotors ist in einem Lager 14, das als massives oder gesintertes Lager ausgebildet sein kann, gelagert. Das Lager 14 liegt mittels einer Presspassung an einem Lagersitz 16 eines Gehäuses oder Gehäuseteils 18 des Elektromotors an. Abhängig von der Außenkontur des Gehäuses oder Gehäuseteils 18 und in Zusammenhang mit dem gewählten Fertigungsverfahren kann es im allgemeinen zu Materialverzügen mit gewissen Vorzugsrichtungen kommen, die wiederum Einfluss auf die Form- und Lagetoleranzen des Lagersitzes 16 haben. Durch Ausgestaltung des Lagersitzes 16 in Form einer punktuellen Berührung zur Außenkontur des Lagers 14 und entsprechender tangetialer Ausrichtung der Anlagepunkte 20 lässt sich unter Berücksichtung des Bauteilverzugs ein Lagerkippmonent M des Lagers relativ zum Lagersitz 16 gezielt beeinflussen. In Abhängigkeit von der Länge L der Welle 16 und der aufgewendeten Kraft F in eine definierte Raumrichtung ergibt sich das Lagerkippmoment in Ncm zu M = F × L. Es sei erwähnt, dass der Elektromotor nur exemplarisch genannt ist und sich die Erfindung auch für andere Einsatzfälle mit entsprechender Lagerung eines Lager 14 für eine Welle 12 in einem Lagersitz 16 eignet.
-
Die 2 und 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 in einer perspektivischen und einer schematischen Ansicht. Das Lagerkippmoment M des hier aus Übersichtsgründen nicht gezeigten Lagers 14 lässt sich über entsprechende Hebelarme der Welle 16 vereinfacht ableiten und für zwei ausgewählte Raumrichtungen über eine x- und eine y-Koordinate darstellen. Die x- und y-Achsrichtungen stellen Symmetrieachsen des Gehäuseteils 18 dar, in dem sich der Lagersitz 16 befindet.
-
Die wirkenden Hebelarme a, b, c bezüglich der Anlagepunkte 20 in y-Richtung ergeben das Lagerkippmoment My, das in Abhängigkeit von der tangentialen Ausrichtung tA1 als My,tA1 bezeichnet wird. Bei einer Aufteilung der Anlagepunkte 20 über den Umfang der Außenkontur des Lagers 14 als Anlagepunkte A, B, C von α = 120° zueinander ergibt sich My,tA1 in Abhänggigkeit von den Hebelarmen a, b, c zu My,tA1(a, b, c).
-
Da a, b = klein und c > a, b, ergibt sich im Vergleich zu einer vollständigen, sphärischen Anlage mit umlaufend am Umfang mit Radius c wirkender Anlagezone des Lagers 14 folgender Zusammenhang: My,tA1(a, b, c) < M(vollständig sphärische Anlage).
-
Somit läßt sich, wie oben beispielhaft für die gewählte tangentiale Ausrichtung tA1 aufgezeigt, das Lagerkippmonent gegenüber der vollständig sphärischen Anlage gezielt in eine Raumrichtung beeinflussen, was sich im Hinblick auf Materialverzugszonen des Gehäuses oder Gehäuseteils 18 als vorteilhaft erweisen kann.
-
Bei einem Gehäuse oder Gehäuseteil 18 mit unsymmetrischer Außenkontur ergibt sich weiterhin eine vorteilhafte Position der Anlagepunkte 20, indem diese gemäß der tangentialen Ausrichtung tA2 angeordnet werden. Dies wird in den 4 und 5 für ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 veranschaulicht. Gegenüber den 2 und 3 sind nun die drei Anlagepunkte A‘, B‘, C‘ mit Bezug auf die x- und y-Koordinate um –90° verdreht angeordnet.
-
Bei einer umlaufenden Aufteilung der Anlagepunkte A‘, B‘, C‘ zueinander von α = 120° ergibt sich My,tA2 in Abhänggigkeit von den Hebelarmen a‘, b‘ zu My,tA2(a‘, b‘). Da bei einem Lagerkippmoment in y-Richtung a‘ = a, b‘ = b und c = 0, ergibt sich im Vergleich zur tangentialen Ausrichtung tA1 folgender Zusammenhang: My,tA2(a’, b’) < My,tA1(a, b, c).
-
Somit lässt sich, wie oben beispielhaft für die gewählte tangentiale Ausrichtung tA2 aufgezeigt, das Lagerkippmonent gezielt in y-Raumrichtung zum Ausgleich der Materialverzugszonen beinflussen. Zusätzlich kann der Einflussparameter der Aufteilung α der Punkte A‘ zu B‘ insbesondere zur weiteren Reduzierung von My,tA2 henangezogen werden. Wird α < 120° gewählt, lässt sich My,tA2 gegenüber My,tA2(a‘, b‘) weiter reduzieren, da sich die wirkenden Hebelarme a‘ und b‘ weiter verkleinern.
-
Oben beschriebenes Prinzip wurde beispielhaft an der Y-Achse eines unsymmetrischen Gehäuses oder Gehäuseteils 18 beschrieben. Dieses Prinzip lässt sich aber auf jede gewünschte Raumrichtung anwenden. Vorteilhaft wird man es dann anwenden, wenn bekannt ist, wo sich die Verzugszonen des Gehäuses oder Gehäuseteils 18 befinden, um unsymmetrische Lagerkippmomente auszugleichen.
-
In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 gezeigt, in dem die Anlagepunkte 20 spitz statt sphärisch ausgebildet sind. Die Zusammenhänge zwischen den Hebelarmen und den Lagerkippmomenten sind gegenüber 3 unverändert. Jedoch ergeben sich aufgrund der anderen Ausgestaltung der Anlagepunkte unterschiedliche Reibkoeffizienten. Generell sind daher beliebige Abmessungen (Länge, Breite, Höhe) und Formen (sphärisch, konisch, spitz etc.) der Anlagepunkte 20 denkbar.
-
Es sei abschließend noch darauf hingewiesen, dass die gezeigten Ausführungsbeispiele weder auf die 1 bis 6 noch auf eine Anwendung in einem Elektromotor sowie die gezeigte Ausgestaltung des Gehäuses bzw. Gehäuseteils 18 beschränkt ist. So können als Gehäuse bzw. Gehäuseteil 18 auch anders geformte Lagerdeckel, Poltöpfe oder dergleichen zum Einsatz kommen. Selbstverständlich ist die Erfindung auch im Zusammenhang mit Generatoren oder anderen entsprechend gehaltenene Wellenlagern anwendbar.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 19652929 A1 [0003]
- DE 102009003230 A1 [0006]
