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Die Erfindung betrifft eine Ankerlagerung für eine Elektromaschine.
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Stand der Technik
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Elektrowerkzeuge wie Handbohrmaschinen und Bohrhämmer weisen einen elektrischen Antriebsmotor auf, der in einem geschlossenen Gehäuse montiert ist. Der Anker des elektrischen Antriebsmotors muss gegenüber einem Polschuh und dem Gehäuse richtig positioniert und fixiert werden. Eine Möglichkeit zur Montage besteht in einer Lagerung und Verspannung des Ankers mittels zweier Wälzlager, welche auf die Ankerwelle gepresst sind. Die Verspannung kann über Verschraubungen des Motorgehäuses und eines Zwischenflansches bzw. einem Getriebegehäuse erfolgen.
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Als axialer Toleranzausgleich kann bspw. eine gummielastische Feder oder eine Tellerfeder dienen. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verspannung eines der beiden Wälzlager mit Hilfe eines Sicherungsrings. Dieser kann jedoch nur von der Getriebeseite aus montiert werden.
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Es kann auch eines der beiden Kugellager mit beiden Lagerringen verpresst werden. Der innere Lagerring wird hierbei auf die Ankerwelle gepresst, während der äußere Lagerring mit dem Zwischenflansch verpresst wird.
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Schließlich kann das Wälzlager mit Hilfe eines Befestigungsblechs fixiert werden. Dieses Befestigungsblech kann bspw. in sogenannter L-Bauweise eingesetzt werden, da bei dieser Konstruktion ausreichend Einbauraum verbleibt.
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Die Auslegungsschrift
DE 1 150 444 A (nächstliegender Stand der Technik) zeigt bereits eine elektromotorisch angetriebene Handwerkzeugmaschine mit einem, mittels eines Lagerschildes in axialer Richtung fixierbaren Wälzlager zur Lagerung einer Ankerwelle in einem Gehäuseflansch. Zwischen einem auf der Ankerwelle angeordneten Anker und dem Wälzlager ist ein Lüfterrad zur Kühlung der Handwerkzeugmaschine angeordnet. Der Lagerschild ist durch Befestigungsschrauben an dem Gehäuseflansch gehalten, die innerhalb eines radialen Umfangs des Lüfterrads angeordnet sind. Die Schraubenköpfe der Befestigungsschrauben sind dabei auf der dem Lagerschild und Lüfterrad abgewandten Seite des Gehäuseflanschs angeordnet. Eine ähnliche Ausgestaltung ist auch bereits in der
DE 101 54 156 A1 gezeigt. Die
DE 33 05 006 A1 offenbart einen elektrischen Generator für ein Kraftfahrzeug, wobei ein Gehäuseflansch zwischen einem Lagerschild und einem Lüfterrad liegt, und wobei ein Schraubenkopf einer den Lagerschild an dem Gehäuseflansch befestigenden Befestigungsschraube dem Lüfterrad zugewandt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ankerlagerung für eine Elektromaschine zu schaffen, die eine einfache Montage ermöglicht.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Ankerlagerung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteile der Erfindung
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Eine Ankerlagerung für eine Elektromaschine, insbesondere für eine elektrische Antriebsmaschine eines Elektrowerkzeugs weist ein, mittels eines Lagerschilds in axialer Richtung fixierbares Wälzlager zur Lagerung einer Ankerwelle in einem Gehäuseflansch sowie ein auf der Ankerwelle befestigtes und zwischen Anker und Wälzlager angeordnetes Lüfterrad auf. Erfindungsgemäß ist wenigstens ein Befestigungspunkt des Lagerschilds vorgesehen, der zumindest teilweise innerhalb eines radialen Umfangs des Lüfterrads angeordnet ist. Der Lagerschild verbindet somit die Vorteile einer Festlagerung für ein vorderes Ankerlager mit einer kompakten Bauweise und einem schlanken Design. Mittels des wenigstens einen Befestigungspunktes kann der Lagerschild unter Vorspannung montiert werden, wodurch eine definierte Festlagerung der Ankerwelle erreicht werden kann.
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Erfindungsgemäß ist wenigstens eine, mit den Befestigungspunkten für den Lagerschild korrespondierende Aussparung am radialen Umfang des Lüfterrads vorgesehen.
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Dies ermöglicht eine einfache Montage von der Motorseite, da Befestigungsmittel bzw. -schrauben für den Lagerschild durch die Aussparungen im Lüfterrad geschoben werden können.
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Eine bevorzugte Variante der Erfindung sieht vor, dass der Lagerschild mit wenigstens zwei Befestigungsschrauben am Gehäuseflansch fixierbar ist. Wahlweise können auch drei oder mehr Verschraubungspunkte vorgesehen sein. Hierbei können eine gleiche Anzahl von Aussparungen im Lüfterrad vorgesehen sein. Mindestens jedoch ist eine Aussparung am Lüfterrad notwendig, das dann zum Montieren des Lagerschilds jeweils verdreht werden muss.
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Der Lagerschild kann insbesondere aus gestanztem Blech gefertigt sein. Alternativ hierzu eignet sich auch faserverstärkter Kunststoff als Material, was zu einer Gewichtsersparnis des Elektrowerkzeugs führen kann.
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Eine Variante der Erfindung sieht vor, dass der Lagerschild wenigstens zwei sickenartige Ausprägungen an einer ringartigen Anlagefläche zum Wälzlager aufweist, die jeweils versetzt zu den Befestigungspunkten angeordnet sind. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass das Wälzlager für die Ankerwelle auch bei leicht verspanntem bzw. verwölbtem Lagerschild definiert zu seiner Mittelachse angedrückt wird. Vorzugsweise sind jeweils eine gleiche Anzahl von Ausprägungen und Befestigungspunkten vorgesehen, wobei diese jeweils gleichmäßige Winkelabstände zueinander aufweisen.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Befestigungspunkte des Lagerschilds jeweils eine Fase zur Aufnahme eines Senkkopfes einer Senkschraube aufweisen. Auf diese Weise bilden die Schraubenköpfe eine Ebene mit dem Schild und stellen keine zusätzlichen Angriffsflächen für die Kühlluftströmung dar. Zusätzlich dient die Anfasung als Zentrierung für die Schrauben, wodurch eine einfachere Montage ermöglicht ist.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Lagerschild einen muldenartigen Querschnitt mit eingeprägter ringartiger Anlagefläche aufweist. Auf diese Weise kann zumindest ein Teil einer Nabe des Lüfterrads in die muldenartige Einprägung eintauchen. Da der Lagerschild gleichzeitig die Funktion der Luftführung übernimmt, ermöglicht die Einprägung eine bessere Luftströmung zwischen Lüfterrad und Lagerschild. Der vorgespannte Lagerschild sorgt dabei jederzeit für eine definierte Festlagerung der Ankerwelle.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den abhängigen Ansprüchen genannten Merkmalen.
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Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachfolgend in bevorzugten Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Elektrowerkzeugs,
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2 eine Detailschnittdarstellung des Elektrowerkzeugs gemäß 1,
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3 eine Draufsicht auf einen Teil des Elektrowerkzeugs,
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4a und 4b ein Lagerschild in zwei verschiedenen Ansichten und
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5a bis 5c ein Lüfterrad in drei verschiedenen Ansichten.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 verdeutlicht eine schematische Seitenansicht eines Elektrowerkzeugs am Beispiel einer Handbohrmaschine bzw. eines sog. Bohrhammers 10. Dieser weist ein längliches Gehäuse 12 mit einem pistolenartigen Griffabschnitt 16 mit Schalter 14 am hinteren Ende und einem rotierenden Spannfutter 20 am gegenüber liegenden, vorderen Ende auf. Das Gehäuse 12 ist vorzugsweise in axialer Richtung teilbar, wobei im zusammengebauten Zustand die beiden Gehäusehälften dichtend miteinander verbunden sind.
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In der hinteren Gehäusehälfte mit dem daran befindlichen Griffabschnitt 16 ist ein elektrischer Antriebsmotor 22 angeordnet, der mittels des Schalters 14 aktiviert und ggf. in seiner Drehzahl variiert werden kann. Weiterhin ist in einem vorderen Bereich der vorderen Gehäusehälfte ein Stützgriff 18 vorgesehen, mit dessen Hilfe während eines Schlagbohrbetriebs zusätzliche Anpresskraft auf das im Spannfutter 20 eingespannte Bohrwerkzeug ausgeübt werden kann.
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2 verdeutlicht einen Detailschnitt II entsprechend 1 mit einer von zwei Ankerlagerungen des Antriebsmotors 22. In der vorderen Gehäusehälfte ist ein Getriebe 28 angeordnet, das zur Drehzahl- und Drehmomentanpassung zwischen Ankerwelle 26 des Antriebsmotors 22 und rotierendem Spannfutter 20 vorgesehen ist. Vom Getriebe 28 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel lediglich ein Getriebezahnrad 30 angedeutet, dessen Außenverzahnung mit einer entsprechenden Wellenverzahnung 32 der Ankerwelle 26 kämmt.
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Die Ankerwelle 26 ist über ein erstes Wälzlager 34 in einem Zwischenflansch 36 abgestützt, der wiederum mit dem Gehäuse 12 des Bohrhammers 10 verschraubt ist. Das Getriebezahnrad 30 ist über ein zweites Wälzlager 38 ebenfalls im Zwischenflansch 36 abgestützt und gelagert. Der rotierende innere Lagerring 40 des ersten Wälzlagers 34 ist mit der Ankerwelle 26 verbunden, bspw. aufgepresst oder aufgeschrumpft. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Wälzlager 34 und 38 jeweils als Rillenkugellager ausgebildet. Alternativ eignen sich auch andere Lagerbauformen, die für eine axiale und radiale Wellenlagerung sorgen können.
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Der feststehende äußere Lagerring 42 des ersten Wälzlagers 34 ist in einen passenden Lagersitz 44 des Zwischenflansches 36 eingeschoben und mittels eines Lagerschilds 50 in axialer Richtung fixiert. Der Lagerschild 50 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel mittels zweier gegenüber liegend angeordneter Befestigungsschrauben 52 am Zwischenflansch 36 verschraubt. Der Lagerschild 50 wird beim Verschrauben leicht vorgespannt, wodurch das erste Wälzlager 34 spielfrei in seinem Lagersitz 44 fixiert ist.
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Der Zwischenflansch 36 wird mittels eines Zentrierdurchmessers mit dem Motorgehäuse 12 positioniert. Dieser Durchmesser wird vorzugsweise zusammen mit dem Lagersitz 44 bearbeitet und weist somit weitgehend keinen Versatz und keine Rundlaufabweichung auf. Damit ist der Anker 24 zentrisch gelagert.
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Zwischen erstem Wälzlager 34 und Anker 24 ist ein Lüfterrad 60 angeordnet, das eine Nabe 62 mit Innenverzahnung aufweist, die mit einer entsprechenden Außenverzahnung 64 am Ansatz der Ankerwelle 26 korrespondiert. Das Lüfterrad 60 rotiert somit innerhalb eines Expansionsraums 66 mit der Drehzahl der Ankerwelle 26. An der Unterseite des Gehäuses 12 ist eine Lüftungsöffnung 68 erkennbar, durch die eine Frischluftzufuhr bzw. Warmluftabfuhr stattfinden kann. Die axiale Festlegung des Lüfterrads 60 erfolgt über eine Anlage der Nabe 62 am inneren Lagerring 40 des ersten Wälzlagers 34 sowie einen Absatz am Übergang zwischen Anker 24 und Ankerwelle 26.
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3 verdeutlicht in einer Draufsicht die Befestigung des Lagerschilds 50 am Zwischenflansch 36 sowie die Anordnung des Lüfterrads 60 nach montiertem Lagerschild 50. Zur besseren Übersichtlichkeit ist hierbei das Gehäuse des Bohrhammers 10 weggelassen. Der Lagerschild 50 weist eine äußere Zentrierung über ein Zentriersegment 54 und zwei Absätze 56 am Zwischenflansch 36 auf, die jeweils eine Anlage für eine obere bzw. untere Schmalseite des Lagerschilds 50 bilden. Da der Lagerschild 50 bei montiertem Lüfterrad 60 am Zwischenflansch 36 verschraubt werden muss, sind am radialen Umfang 70 des Lüfterrads 60 zwei halbkreisförmige Aussparungen 72 angeordnet, die ein Durchstecken der Schraubenköpfe der Befestigungsschrauben 52 sowie deren Eindrehen und Festziehen erlauben. Da der Radius A bis zum Außenumfang des Lüfterrads 60 größer ist als der radiale Abstand B der Befestigungsschrauben 52, sind die Aussparungen 72 am Lüfterrad 60 notwendig.
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4 zeigt den Lagerschild 50 in Draufsicht (4a) und im Schnitt (4b) entsprechend 2. Vorzugsweise ist der Lagerschild 50 aus gestanztem Blech oder aus faserverstärktem Kunststoff o. dgl. gefertigt. Hierdurch lassen sich problemlos die gewünschten Konturen und Aussparungen einbringen. Die Befestigungslöcher 53 an den beiden Schmalseiten für die Befestigungsschrauben 52 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer Ansenkung bzw. Fase versehen, so dass die Senkköpfe der Befestigungsschrauben 52 weitgehend bündig mit der Oberfläche des Lagerschilds 50 abschließen können (vgl. 2). Es entsteht somit kein zusätzlicher Luftwiderstand für die Kühlluft aufgrund hervor stehender Schraubenköpfe. Zudem sorgen die Ansenkungen für eine zusätzliche Zentrierung, was die Montage der Befestigungsschrauben 52 erleichtert.
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Im Zentrum des Lagerschilds 50 ist ein kreisringförmiger Durchbruch 58 erkennbar, dessen Durchmesser ungefähr dem Innendurchmesser des äußeren Lagerrings 42 des ersten Wälzlagers 34 entsprechen kann. Eine ringartige Anlagefläche 59 um den Durchbruch 58 sorgt im montierten Zustand des Lagerschilds 50 für die axiale Fixierung des ersten Wälzlagers 34 in dessen Lagersitz 44. Die Anlagefläche 59 ist gegenüber dem übrigen Lagerschild 50 muldenartig eingedrückt, was einerseits für eine Versteifung des Lagerschilds 50 sorgt und andererseits den notwendigen Platz für die Nabe 62 des Lüfterrads 60 schafft.
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Gleichzeitig dient der Lagerschild 50 zur Luftführung. Dies ist möglich, da der Außendurchmesser des ersten Wälzlagers 34 geringer ist als der Außendurchmesser der Lüfternabe 62, wodurch die Kröpfung der Anlagefläche 59 ermöglicht ist. Weiterhin deckt der Lagerschild 50 die Vertiefung am Zwischenflansch 36 ab, wodurch eine leichtere und materialsparende Konstruktion ermöglicht ist.
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An der Anlagefläche 59 sind weiterhin zwei sickenartige Ausprägungen 57 erkennbar, welche jeweils um 90 Grad verdreht gegen die Befestigungsschrauben 52 angeordnet sind und gegen den äußeren Lagerring 40 drücken. Damit kann sichergestellt werden, dass das Wälzlager 34 definiert zur Mittelachse angedrückt wird, auch wenn sich der Lagerschild 50 unter Umständen aufgrund der Befestigung mit nur zwei gegenüber liegend angeordneten Schrauben 52 leicht verwölbt.
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Anhand der 5a bis 5c ist nochmals eine beispielhafte Gestaltung des Lüfterrads 60 verdeutlicht. Dabei zeigt 5a eine Draufsicht auf das Lüfterrad 60, wie es auch im montierten Zustand entsprechend 3 sichtbar ist. 5b zeigt einen Schnitt entlang der Schnittlinie VB-VB der 5a. 5c verdeutlicht eine Draufsicht der gegenüber liegenden Seite, die im montierten Zustand dem Lagerschild 50 zugewandt ist. Hierbei sind eine Vielzahl von regelmäßig angeordneten Lüfterschaufeln 74 erkennbar, die für den notwendigen Luftaustausch im Expansionsraum 66 sorgen. Die Aussparungen 72 sind jeweils zwischen zwei benachbarten Lüfterschaufeln 74 angeordnet, so dass diese nicht angeschnitten werden müssen, was die Luftförderung und die Strömungsverhältnisse beeinträchtigen könnte.
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Anstatt der gezeigten zwei Befestigungspunkte zur Verschraubung des Lagerschilds 50 am Gehäuse- bzw. Zwischenflansch 36 können auch drei oder mehr Verschraubungen vorgesehen sein. Vorzugsweise sind in diesem Fall eine gleiche Anzahl von sickenartigen Ausprägungen 57 an der Anlagefläche 59 des Lagerschilds 50 vorgesehen, die jeweils gegenüber den Befestigungspunkten verdreht sind. Grundsätzlich können eine gleiche Anzahl von Aussparungen 72 am radialen Umfang 70 des Lüfterrads 60 vorgesehen sein. Ebenso ist es jedoch auch möglich, bspw. nur eine Aussparung 72 vorzusehen, wobei das Lüfterrad 60 bei der Montage des Lagerschilds 50 jeweils so verdreht werden muss, dass eine Befestigungsschraube 52 montiert werden kann. In diesem Fall sowie bei jeder unsymmetrischen Verteilung von Aussparungen 72 am Lüfterrad 60 ist jedoch zusätzlich auf dessen richtige Auswuchtung zu achten.
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Die gezeigte Anordnung der Lagerung der Ankerwelle 26 ermöglicht einen sehr kompakten Aufbau, bei dem jedoch ausreichend Raum für die notwendige Luftführung verbleibt. Der Querschnitt des Expansionsraums 66 ist ausreichend groß, um eine ausreichende Motorkühlung zu gewährleisten. Diese ist besonders wichtig, da auf diese Weise eine hohe Motorleistung bei geringem Bauraum erreicht werden kann. Zudem ist die radiale Ausdehnung der gezeigten Anordnung relativ gering, was das Volumen des Gehäuses 12 des Elektrowerkzeugs reduziert.
