-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung mit zwei Wälzlagern, einer Welle und einem Gehäuse, wobei eines der Lager 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, einer Welle und einem Gehäuse 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, 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.
-
Die Statorhalterung ist separat zu den Lagerringen, das heißt dem inneren und dem äußeren Lagerring, ausgebildet und verdrehgesichert im, bzw. am Gehäuse aufgenommen. Die Statorhalterung ist dabei auf dem äußeren Lagerring befestigt, lässt jedoch in axialer Richtung eine Beweglichkeit der Sensorik relativ zum Gehäuse zu.
-
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 ist dies dadurch, dass eine deutlich aufwändigere, axiale Entkopplung der Sensorik vom Gehäuse durch den Statorhalter vorgesehen wird, was eine Beweglichkeit desselbigen ermöglicht.
-
Bevorzugt kann die Verdrehsicherung der Statorhalterung kraftschlüssig realisiert sein. Dies kann beispielsweise durch Verklemmen oder Verschrauben umgesetzt werden. Es ist denkbar, die Statorhalterung nur an einzelnen Formelementen gegen Verdrehen zu sichern. Es ist jedoch alternativ auch denkbar, die Statorhalterung über Formschluß oder eine Kombination von Kraft- oder Formschluß gegen Verdrehen zu sichern, was jedoch technisch aufwändiger umzusetzen ist.
-
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 wird die Sensorik mit dem Loslager in der Form verbunden, dass die Statorhalterung kraftschlüssig auf dem äußeren Lagerring befestigt wird. Die axiale Beweglichkeit ist dabei durch die Ausführung des Statorhalters sichergestellt.
-
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Gehäuse, welches die Lageranordnung aufnimmt, mehrteilig ausgebildet. Dabei wird das Loslager mittels eines separaten Gehäusedeckels befestigt, welcher zudem die Statorhalterung aufnimmt. Dies gewährleistet eine einfache Montage des Loslagers mit der Sensoreinheit, sowie zudem eine bessere Zugänglichkeit des Gehäuseinnenraums.
-
Um die axiale Beweglichkeit zu gewährleisten, jedoch unerwünschten Vibration vorzubeugen, kann die Statorhalterung Elemente aufweisen, die die Statorhalterung zudem elastisch vorspannen. Diese können sowohl als Einzelelement ausgebildet sein, oder in einer Einheit mit einem Formelement.
-
Es ist weiterhin denkbar, das Loslager der Lageranordnung sowie die Sensoreinheit mittels eines Abschlussdeckels gegen äußere Einflüsse zu schützen. Dadurch kann sowohl für die Sensoreinheit, als auch für das Loslager eine verlängerte Lebensdauer erreicht werden. Zudem kann der zuvor genannte Kraftschluss zur Verdrehsicherung durch den angebrachten Abschlussdeckel realisiert werden. Ist eine weitere Erhöhung der Dichtigkeit notwendig, ist denkbar, das Loslager und die Sensorik zudem mittels einer Dichtung zwischen dem Abschlussdeckel vor äußeren Einflüssen zu schützen.
-
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 2.
- 2 zeigt das Loslager mit Sensor der in 1 dargestellte Lageranordnung 1 in einem Längsschnitt entlang dessen Rotationsachse
- 3a zeigt eine Ansicht des Lagers mit Sensoreinheit in einer ersten Ausführungsform
- 3b zeigt eine Ansicht des Lagers mit Sensoreinheit in einer zweiten Ausführungsform
-
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 lediglich verdrehgesichert angebunden. Dies kann zum Beispiel durch Klemmen über den Umfang oder einzelne Formelemente 22 umgesetzt sein. 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 darauf befestigt ist, in axialer Richtung jedoch eine Beweglichkeit der Sensorik 7 relativ zum Gehäuse 16 zulässt. Dies ist in den 3a und 3b näher ausgeführt. Der Rotor 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 inneren 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 mit einem separaten Gehäusedeckels eingehaust ist, wobei das Loslager 3 in dem Fall am separaten Gehäusedeckel positioniert ist, welcher zudem die Statorhalterung 11 trägt. Das Loslager 3 ist bei der dargestellten Ausführungsform mittels eines Abschlussdeckels 12 gegen äußere Einflüsse geschützt. Dieser Abschlussdeckel 12 kann mittels Schraubverbindung mit dem Gehäusedeckel 19 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 vom Prinzipaufbau auch 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 Statorhalterung verbunden. 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 darauf befestigt ist, in axialer Richtung jedoch eine Beweglichkeit der Sensorik 7 relativ zum Gehäuse 16 zulässt. Um die Statorhalterung 11 am äußeren Lagerring 6 zu fixieren, kann sie durch Kraftschluss an diesen angebunden sein 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 inneren Mantelfläche zwischen innerem Lagerring 5 und Welle 4 verbunden ist. 22
-
3a zeigt eine Ansicht des Loslagers 3 mit Sensoreinheit der in 1 dargestellten Lageranordnung 1, in einer ersten Ausführungsform. Dabei ist die Verdrehsicherung durch ein Formelement 23 realisiert. Es können auch mehrere Formelemente 23 vorgesehen sein. Mittels dieser kann ein Kraft- oder Formschluss zur Verdrehsicherung erzeugt werden, Es ist auch denkbar, dass die Formelemente in eine Aussparung oder einen Absatz des Gehäuses 16 oder des Gehäusedeckels 19 eingreifen und so eine Drehbewegung der Statorhalterung 11 verhindern. Um die axiale Beweglichkeit der, mit dem äußeren Lagerring verbundenen, Statorhalterung 11 zu gewährleisten, ist die Statorhalterung 11 in axialer Richtung nachgiebig gestaltet. In der hier gezeigten Ausführungsform ist dies mittels einer, über einen großen Teil des Umfangs eingebrachten Aussparung, die die Statorhalterung 11 axial weich macht, sowie einer Anbindung in einem Teilbereich 24, die die Statorhalterung 11 radial steif macht, realisiert. Um die axiale Beweglichkeit zu gewährleisten, können auch Elemente 22 vorgesehen sein, die bei der Erzeugung einer Verdehsicherung mittels Formschluss unerwünschten Vibration vorbeugen, dadurch, dass sie die Statorhalterung 11 elastisch vorspannen. Diese haben in der gezeigten Ausführungsform eine Wellenform.
-
3b zeigt eine Ansicht des Loslagers 3 mit Sensoreinheit der in 1 dargestellten Lageranordnung 1, in einer zweiten Ausführungsform. Diese Ausführungsform ist bei einer Verdrehsicherung mittels Formschluss einsetzbar. Dabei übernehmen die Formelemente 23 gleichzeitig die vorspannende Funktion der Elemente 22. Dabei ist abweichend zur Ausführungsform in 3a keine, über einen großen Teil des Umfangs eingebrachte, Aussparung vorgesehen, sondern aus der Kontur des Lagers abstehende federnde Arme.
-
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
- -
- 18
- -
- 19
- Gehäusedeckel
- 20
- Steckverbindung
- 21
- -
- 22
- Elemente zum Vorspannen
- 23
- Formelemente/Verdrehsicherungselemente
- 24
- Teilbereich 24
-
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 2010/116207 A1 [0002]
- DE 102015203861 A1 [0003]
