DE102022106783A1 - Lageranordnung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung (1) mit einem Festlager (2), einem Loslager (3) und einer Welle (4), wobei das Loslager (3) wenigstens einen inneren Lagerring (5), einen äußeren Lagerring (6) und eine Sensorik (7) aufweist. Die Sensorik (7) ist aus wenigstens einem um eine Rotationsachse (8) des Loslagers (3) rotierbar in dem Loslager (3) angeordneten Läufer (9) und aus mindestens einem mit dem Läufer (9) zusammenwirkenden Stator (10) sowie aus einer, den Stator (10) in Position haltenden, ortsfesten Statorhalterung (11) gebildet ist. Der Stator (10), welcher in der Statorhalterung (11) aufgenommen ist, ist separat zu den Lagerringen (5, 6) ausgebildet und von dem äußeren Lagerring (6) radial zentriert, lässt jedoch in axialer Richtung eine Beweglichkeit relativ zum äußeren Lagerring (6) zu.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung mit zwei Wälzlagern, wobei eines eine Sensoreinheit aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin auch einen Elektromotor mit einer derartigen Lageranordnung.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Eine gattungsgemäße Lageranordnung ist in WO 2010/116207 A1 beschrieben. Diese Lagervorrichtung dient der Lagerung einer Rotorwelle einer elektrischen Maschine. Das Gehäuse der elektrischen Maschine ist wie üblich mit einer Lagerplatte verschlossen, in der die Lagervorrichtung aufgenommen ist. Die Lagervorrichtung besteht aus einem Kugellager, einem Träger, einer Sensoranordnung und aus der Verdrehsicherung. Der Träger ist nach Art eines Lagerflanschs aufgebaut und ist deshalb aus einem Sitz für den Außenring des Kugellagers und einem Flansch mit Durchgangslöchern für Schrauben gebildet. Die Sensoranordnung weist einen Encoder auf, der am Innenring des Kugellagers befestigt ist. Eine Encoderscheibe ist als Signalgeber umfangsseitig abwechselnd magnetisch polarisiert oder wahlweise auch mit einer durch Vertiefungen oder Löcher charakterisierten Geberstruktur versehen. Die Sensoranordnung ist außerdem mit einem Sensor versehen, der dem Signalgeber gegenüberliegend an dem Träger befestigt ist. Die Verdrehsicherung ist durch den Flansch mit den Durchgangslöchern des Trägers und durch Schrauben sowie Gewindelöcher in der Lagerplatte gebildet. Der Träger ist mittels der in die Gewindelöcher geschraubten und dabei die Durchgangslöcher durchgreifenden Schrauben an der Lagerplatte befestigt und über diese gegen Verdrehen um die Lagerachse des Kugellagers gegenüber der Lagerplatte festgelegt. Der Außenring sitzt rotationsfest in dem Träger. Der Innenring ist mit der Rotorwelle gegenüber dem Außenring rotierbar angeordnet. Der Signalgeber rotiert dementsprechend mit dem Innenring und der Rotorwelle.
  • Eine weitere Lageranordnung ist in der DE 10 2015 203 861 A1 offenbart. Die Lageranordnung ist aus einem Wälzlager und aus einer Sensoranordnung gebildet. Die Sensoranordnung weist einen Signalgeber auf, der dem Innenring des Wälzlagers zugeordnet ist, und ist mit einem Sensor versehen, welcher dem Außenring des Wälzlagers zugeordnet ist. Der Sensor sitzt in einem äußeren Ring, welcher auch die Leiterplatte der Sensorik aufnimmt. Die Leiterplatte ist mittels Vergussmasse an der Innenmantelfläche des äußeren Rings befestigt. Durch die Vergussmasse sind die Bauelemente des Sensors gegen Feuchtigkeit und Schmutz geschützt und in ihrer Lage fixiert. An der Leiterplatte ist außerdem ein Anschlusskabel befestigt, welches zwecks Energieversorgung und Datenaustausch mit einer Versorgungs- und Auswerteeinheit verbunden ist.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte und sicher funktionierende Lagervorrichtung zu schaffen.
  • Die Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß ist eine Lageranordnung mit einem Festlager, einem Loslager und einer Welle vorgesehen, wobei das Loslager wenigstens einen ersten Lagerring und einen zweiten Lagerring und eine Sensorik aufweist.
  • Lager im Sinne der Erfindung sind Maschinenelemente, mit denen Wellen oder Achsen bzw. derart ähnliche technische Gebilde rotierbar gegeneinander oder gegenüber einem ortsfesten Gehäuse um ihre Rotationsachse rotierbar gelagert werden. Das Lager im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise ein Wälzlager. Zwischen dem Innenring und dem Außenring sind mindestens eine Reihe in Umfangsrichtung zueinander benachbarte Wälzkörper, beispielsweise Kugeln, Zylinderrollen oder Kegelrollen, angeordnet. Denkbar ist auch, dass das Wälzlager mehrere axial nebeneinander angeordnete Reihen an Wälzkörpern aufweist. Die Wälzkörper laufen an Wälzlaufbahnen ab, welche an den Lagerringen ausgebildet sind. In der Regel sind die Wälzkörper in einem Käfig bzw. in Käfigen gehalten und geführt. Allgemein ist im Sinne der Erfindung definiert, dass die Rotationsachse axial verläuft. Dabei kann die Rotationsachse in beliebige Richtungen im Raum schräg oder quer ausgerichtet verlaufen. Radial ist dabei quer, d. h. senkrecht zur Rotationsachse ausgerichtet. Unter einem Loslager ist im Sinne der Erfindung ein Lager bezeichnet, welches eine axiale Beweglichkeit ermöglicht, um, beispielsweise bei Temperaturerhöhung, die Lageranordnung vor einer Verspannung zu schützen. Diese axiale Beweglichkeit kann sowohl an einem äußeren oder inneren Lagerring realisiert sein, oder auch durch die Lagerausführung selbst.
  • Die Sensorik ist aus wenigstens einem um eine Rotationsachse des Lagers rotierbar in dem Lager angeordneten Läufer, auch Rotor des Sensors bezeichnet, und aus mindestens einem mit dem Läufer zusammenwirkenden Stator aufgebaut, sowie aus einer, den Stator in Position haltenden, ortsfesten Statorhalterung gebildet.
  • Im Zusammenhang mit der Erfindung besteht der Stator des Sensors aus einem Bauteil, bzw. aus mehreren Bauteilen und stellt eine Baugruppe der Sensorik dar. Unter Stator wird im Allgemeinen der feststehende, unbeweglichen Teil eines Gerätes bzw. einer Einrichtung verstanden, insbesondere wenn dieser mit einem Rotor bzw. Läufer zusammenwirkt. Der Stator ist im Zusammenhang mit der Erfindung ein vorzugsweise elektronisches Bauteil bzw. eine vorzugsweise elektrisch-elektronische Baugruppe der Sensorik. Der Stator ist zum Beispiel der dem Signalgeber (Läufer) zugeordnete Nehmer (Sensor). Darüber hinaus sind im Begriff Stator wahlweise auch Versorgungsanschlüsse und Verbindungselemente, wie zum Beispiel aus Kabeln oder Leiterbahnen gebildeten Verbindungsleitungen, eingeschlossen. Verbindungselemente sind zur Verbindung der Sensorik mit der Umgebung bzw. anderen Bauteilen bzw. Baugruppen vorgesehen. Verbindungen können zum Beispiel ohne Kabel (Antennen oder andere Sendeeinrichtungen) oder mit Kabeln zu Versorgungs- und/oder Auswerteeinheiten hergestellt sein. Zu dem Stator gehören also im Sinne der Erfindung die Bauteile der Sensorik, die ortsfest an einem der Lagerringe in/an dem Lager angeordnet und in dem Statorgehäuse aufgenommen sind.
  • Der separat zu den Lagerringen ausgebildete Stator ist in der Form ausgebildet, dass er durch die Statorhalterung aufgenommen werden kann, welche von dem äußeren Lagerring radial zentriert wird und in axialer Richtung eine Beweglichkeit zwischen dem Stator und dem äußeren Lagerring zulässt. Das Statorgehäuse ist vorzugsweise ein Gebilde aus Blech und weist oftmals unterschiedliche Durchmesserstufen auf oder ist im Durchmesser einheitlich durchgängig gestaltet.
  • Der Rotor ist am drehbaren Lagerring positioniert, beispielsweise zwischen diesen und die Welle geklemmt, eingeschnappt oder aufgeschrumpft. Der Sensor ist beispielsweise ein Signalgeber in Form eines Impulsringes.
  • Grundsätzlich ist, wie bereits angeführt, bei einer Lageranordnung ein Fest- und zumindest ein Loslager vorzusehen, um thermisch bedingte Verspannungen kompensieren zu können. Kommt bei einer solchen Anordnung eine Sensorik zum Einsatz, welche beispielsweise zur Regelung der Wicklungslage dienen kann, wird diese naheliegenderweise am Festlager vorgesehen, da ansonsten eine elektrische Signalanbindung über Kabel- oder Stecker bei der axialen Bewegung des Loslagers im Betrieb Schaden nehmen kann. Im vorliegenden Fall wird, obwohl aufwändiger umzusetzen, die Sensorik am Loslager vorgesehen. Möglich wird dies dadurch, dass eine deutlich aufwändigere, axiale Entkopplung der Sensorik durch den vom Lager hinsichtlich Axialkräften entkoppelten Statorhalter zum Tragen kommt, die eine Beweglichkeit der Statorhalterung relativ zum Loslager zulässt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Sensorik eine Ringform auf, wobei diese in Bezug auf das Lager eine besonders bauraumsparende Anordnung darstellt.
  • Bei der Montage wir die Sensorik mit dem Loslager in der Form verbunden, dass es auf den äußeren Lagerring aufgebracht wird, wobei zur späteren Realisierung der axialen Verschiebbarkeit eine Spielpassung zwischen Statorgehäuse und äußeren Lagerring vorgesehen ist. Um die Sensorik mit dem Lager als Einheit zum Zweck der Montage verbinden zu können, sind am Statorgehäuse Schnappnasen vorgesehen, die in Vertiefungen am äußeren Lagerring eingreifen. Diese Vertiefungen sind so dimensioniert, dass sie eine spätere axiale Verschiebung ermöglichen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung nimmt ein Gehäuse die Lagereinheit auf. Dabei trägt das Gehäuse, zumindest teilweise die Lager und die Sensorik, wobei die Welle aus dem Gehäuse herausragen kann. Das Gehäuse kann zur Montage der Komponenten mehrfach geteilt sein. Das Gehäuse dient dabei, neben der Aufnahme der Kräfte, dem Schutz der Einheit sowie weiterer gegebenenfalls vorhandenen Maschinenelemente vor Umgebungseinflüssen, sowie auch der Begrenzung von Schallemissionen.
  • Um eine einfache Montage des Loslagers mit der Sensoreinheit zu gewährleisten, sowie auch eine bessere Zugänglichkeit des Gehäuseinnenraums sicherzustellen, kann das Loslager mittels eines separaten Gehäusedeckels befestigt sein, welcher zudem die Statorhalterung aufnimmt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Statorhalterung an dem separaten Gehäusedeckel mittels einer Schraubverbindung angebunden ist. Dies stellt vergleichend zu einer eingepressten oder geklemmten Ausführung den Vorteil dar, dass der Sensor einfach und ohne zusätzlichen Demontageaufwand kalibriert, ersetzt oder gereinigt werden kann.
  • Es ist weiterhin denkbar, das Loslager der Lageranordnung mittels eines Abschlussdeckels gegen äußere Einflüsse zu schützen. Dadurch kann sowohl für die Sensoreinheit, als auch für das Loslager eine verlängerte Lebensdauer erreicht werden.
  • Eine besonders geeignete Anwendungsmöglichkeit der Lageranordnung ist in einem Elektromotor, wobei die Welle den Rotor des Elektromotors ausbildet und von einem Stator des Elektromotors umgeben ist. Die Sensoreinheit dient hierbei zur Regelung der Wicklungsposition um einen idealen Wirkungsgrad des Elektromotors sicherzustellen.
  • Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
    • 1 zeigt die Lageranordnung 1 in einem Längsschnitt entlang ihrer Rotationsachse 8.
    • 2 zeigt das Loslager mit Sensor der in 1 dargestellte Lageranordnung 1 in einem Längsschnitt entlang dessen Rotationsachse
    • 3 zeigt einen Ausschnitt einer Ausführungsform des Lagers mit Sensor der Lageranordnung
    • 4 zeigt eine weitere Ansicht des Loslagers mit Sensor.
  • 1 zeigt die Lageranordnung 1, mit einem Festlager 2, einem Loslager 3 und einer Welle 4. Das dargestellte Loslager 3 hat einen inneren Lagerring 5 und einen äußeren Lagerring 6 und eine Sensorik 7. Die Sensorik 7 ist aus einem um die Rotationsachse 8 des Loslagers 3 rotierbar in dem Loslager 3 angeordnet Läufer 9 und dem mit dem Läufer 9 zusammenwirkenden Stator 10, sowie aus einer, den Stator 10 in Position haltenden, ortsfesten Statorhalterung 11 gebildet. Mittels einer Steckverbindung 20 ist die Sensorik in ein nicht näher dargestelltes System signaltechnisch angebunden. Der Stator 10 wird durch die Statorhalterung 11 aufgenommen. Die Statorhalterung 11 ist an dem Gehäusedeckel 19 oder dem Gehäuse 16 mittels einer Schraubverbindung lösbar befestigt. Die separat zu den Lagerringen 5, 6 ausgebildete Statorhalterung 11 ist des Weiteren in der Form ausgebildet, dass es von dem äußeren Lagerring 6 radial zentriert wird und in axialer Richtung eine Beweglichkeit zwischen dem Stator und dem äußeren Lagerring zulässt. Der Rotor bewegt sich im Betrieb mit dem inneren Lagerring 5 um die Rotationsachse 8 der Lageranordnung 1. Dies wird dadurch sichergestellt, dass dieser durch Form- oder Kraftschluss mit dem inneren Lagerring an der Mantelfläche zwischen innerem Lagerring 5 und Welle 4 verbunden ist.
  • 1 zeigt des Weiteren die Ausführungsform der Wälzlageranordnung in der Form, dass diese von einem Gehäuse 16 eingehaust ist, wobei das Loslager 3 mittels eines separaten Gehäusedeckels 19 befestigt ist, welcher zudem das Statorgehäuse 11 aufnimmt. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Gehäuse 16 sowohl das Festlager 2 als auch das Loslager 3 aufnimmt. Das Loslager 3 ist bei der dargestellten Ausführungsform mittels eines Abschlussdeckels 12 gegen äußere Einflüsse geschützt ist. Dieser Abschlußdeckel 12 kann mittels Schraubverbindung an den Gehäusedeckel 19, auch zusammen mit der Sensoreinheit, verschraubt werden. Sowohl zwischen dem Abschlußdeckel 12 als auch dem Gehäusedeckel 19 kann eine Dichtung, nicht näher dargestellt, eingebracht sein, um einen nahezu mediendichten Abschluss des Gehäuses zu gewährleisten.
  • Die Darstellung in 1 zeigt schematisch einen Elektromotor 13, in dem die Lageranordnung 1 zur Anwendung kommen kann. Dabei ist über die Welle 4 der Rotor 14 des Elektromotors 13 ausgebildet, der zusammen mit dem Stator 15 des Elektromotors 13 wirkt.
  • 2 zeigt das Loslager 3 mit Sensorik 7 der in 1 dargestellte Lageranordnung 1 in einem Längsschnitt entlang dessen Rotationsachse. Das Loslager 3 ist hierbei beispielhaft als Kugellager ausgebildet, wobei auch eine beliebige andere Lagerbauform gewählt werden kann. Die Sensorik 7 ist aus einem um die Rotationsachse 8 des Loslagers 3 rotierbar in dem Loslager 3 angeordnet Läufer 9 und dem mit dem Läufer 9 zusammenwirkenden Stator 10, sowie aus der, den Stator 10 in Position haltenden, ortsfesten, d.h. mit dem Gehäuse verbundenen, Statorhalterung 11 gebildet.
  • Der Stator 10 ist in der Statorhalterung 11 aufgenommen. Die separat zu den Lagerringen 5, 6 ausgebildete Statorhalterung 11 ist des Weiteren in der Form ausgebildet, dass sie von dem äußeren Lagerring 6 radial zentriert wird und in axialer Richtung eine Beweglichkeit zwischen dem Stator und dem äußeren Lagerring zulässt. Zur Sicherung gegen Auseinanderfallen bei der Montage sind Schnappnasen 17 zur Sicherung auf dem Lagerring dargestellt. Der Läufer 9 bewegt sich im Betrieb mit dem inneren Lagerring 5 um die Rotationsachse 8 der Lageranordnung 1. Dies wird dadurch sichergestellt, dass dieser durch Form- oder Kraftschluss mit dem inneren Lagerring an der Mantelfläche zwischen innerem Lagerring 5 und Welle 4 verbunden ist.
  • 3 zeigt das Loslager 3 mit Sensorik 7 der in 1 dargestellte Lageranordnung 1, wobei zudem der Gehäusedeckel 19 sowie ausschnittsweise das Gehäuse dargestellt ist. Deutlich wird dabei die Position des Loslagers 3 auf der Welle, sowie die axiale Beweglichkeit des Loslagers 3 zur Statorhalterung 11, welche an dem Gehäusedeckel 19 befestigt ist.
  • 4 zeigt eine weitere Ansicht des Loslagers 3 mit Sensorik 7. Die Einheit von Loslager 3 und Sensorik 7 ist durch die Schnappnasen 17 gegen Auseinanderfallen bei der Montage gesichert. In Figur ist des Weiteren eine bevorzugte Ausführungsform ersichtlich, wobei die Sensorik 7 eine Ringform aufweist.
  • Bezugszeichen
  • 1
    Lageranordnung
    2
    Festlager
    3
    Loslager
    4
    Welle
    5
    Innerer Lagerring
    6
    Äußerer Lagerring
    7
    Sensorik
    8
    Rotationsachse
    9
    Läufer
    10
    Stator
    11
    Statorhalterung
    12
    Abschlußdeckel
    13
    Elektromotor
    14
    Rotor des Elektromotors
    15
    Stator des Elektromotors
    16
    Gehäuse
    17
    Schnappnasen
    18
    -
    19
    Gehäusedeckel
    20
    Steckverbindung
    21
    Schraubverbindung
  • 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
    • WO 2010116207 A1 [0002]
    • DE 102015203861 A1 [0003]

Claims (9)

  1. Lageranordnung (1) mit einem Festlager (2), einem Loslager (3) und einer Welle (4), wobei das Loslager (3) wenigstens einen inneren Lagerring (5), einen äußeren Lagerring (6) und eine Sensorik (7) aufweist, wobei die Sensorik (7) aus wenigstens einem um eine Rotationsachse (8) des Loslagers (3) rotierbar in dem Loslager (3) angeordneten Läufer (9) und aus mindestens einem mit dem Läufer (9) zusammenwirkenden Stator (10) sowie aus einer, den Stator (10) in Position haltenden, ortsfesten Statorhalterung (11) gebildet ist, und wobei der Stator (10) in der Statorhalterung (11) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die separat zu den Lagerringen (5, 6) ausgebildete Statorhalterung (11) des Weiteren in der Form ausgebildet ist, dass sie von dem äußeren Lagerring (6) radial zentriert wird und in axialer Richtung eine Beweglichkeit des äußeren Lagerrings (6) relativ zur Sensorik zulässt.
  2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (7) eine Ringform aufweist.
  3. Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorhalterung (11) Schnappnasen zur Sicherung auf dem äußeren Lagerring (6) aufweist.
  4. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie von einem Gehäuse (16) eingehaust ist, das die Lager (2, 3) aufnimmt.
  5. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Loslager (3) mittels eines separaten Gehäusedeckels (19) befestigt ist, welcher zudem die Statorhalterung (11) aufnimmt.
  6. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorhalterung (11) an dem separaten Gehäusedeckel (19) mittels einer Schraubverbindung (21) befestigt ist.
  7. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Loslager (3) mittels eines Abschlussdeckels (12) gegen äußere Einflüsse geschützt ist.
  8. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschlussdeckel (12) mittels einer Dichtung das Loslager (3) und die Sensorik (2) vor äußeren Einflüssen schützt.
  9. Elektromotor (13) mit einer Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Welle (4) den Rotor des Elektromotors (14) ausbildet und von einem Stator des Elektromotors (15) umgeben ist.
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