DE19725970A1 - Lager, insbesondere für eine elektrische Maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lager, insbesondere für eine elektrische Maschine, mit einer in einem Gehäuse gelagerten Antriebswelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine solche ist bekannt aus der EP 698 956 A. Danach ist zur Lagerung einer Antriebswelle einer elektrischen Maschine eine aus Sintermaterial gefer­ tigte Kalotte eingesetzt, der ein Depot für Schmierstoff zur Schmierung des Lagers zugeordnet ist. Zwischen der Kalotte und dem Kommutator befindet sich eine Anlauf- bzw. Abdeck­ scheibe, welche aus einem ersten festen, ringförmigen Schei­ benteil sowie einem damit formschlüssig verbundenen zweiten elastischen Scheibenteil besteht. Der feste Scheibenteil weist zwei umlaufende, der Kalotte zugewandte Schleuderkan­ ten auf. Das für die Kalotte verwendete Sintermaterial hat die Eigenschaft, daß das Schmiermittel aufgrund der Kapillar­ wirkung der vorhandenen Hohlräume gespeichert und bei Be­ trieb durch Druckunterschiede an die Antriebswelle abgegeben wird. Auf diese Weise wird eine Schmierung der Antriebswelle erreicht, so daß sie reibungs- und verschleißarm in der Ka­ lotte gelagert ist. Infolge einer Erwärmung des Sinterlagers während des Betriebes der elektrischen Maschine kann es al­ lerdings zu einer Volumenvergrößerung des gespeicherten Schmiermittels kommen, so daß es seitlich axial aus dem Sin­ terlager austreten kann. Solches während des Betriebes aus­ tretendes Schmiermittel wird über die Schleuderkanten auf das Lagergehäuse geworfen und von dort an die Kalotte zu­ rückgeführt. Die Anordnung gestattet eine sichere Abdichtung des Lagers auch bei größeren Montagetoleranzen. Allerdings bedingt die zweiteilige Gestaltung der Schleuderscheibe ei­ nen erhöhten Fertigungs- und Montageaufwand. Zudem kann ohne zusätzliche Abdichtungsmaßnahmen nicht vollständig ausge­ schlossen werden, daß an die Gehäusewand geschleudertes Schmiermittel über das umgebende Gehäuse zum benachbarten Komutator gelangt.

Aus der US-PS 4 711 590 ist eine Lagereinrichtung zur Lage­ rung der Antriebswelle einer elektrischen Maschine mit ein­ teilig aus einem festen Material ausgeführten Schleuder­ scheibe bekannt. Die Lageranordnung ist insgesamt durch ein Gehäuse von auf der Antriebswelle angeordneten rotierenden Teilen getrennt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lageranordnung anzugeben, die einfach zu fertigen ist, und die sicher verhindert, daß Schmierstoff auf die auf der Antriebswelle angeordneten ro­ tierenden Teile gelangen kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Lager mit den Merkmalen des Hauptanspruchs. Durch einteilige Ausführung der Schleu­ derscheibe aus einem elastischen Material läßt sich diese auch mit komplexen Geometrien kostengünstig und einfach her­ stellen. Die Flexibilität der Schleuderscheibe erleichtert deren Montage, so daß das Lager insgesamt leicht zu montieren ist. Zweckmäßig dient zur Fertigung der Schleuderscheibe ein thermoplastisches Elastomer.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Lager zur Schleuder­ scheibe hin so ausgebildet ist, daß gegebenenfalls von der Schleuderscheibe weggeschleudertes Schmiermittel direkt auf das Lager zurückgeworfen wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch den Lagerbereich eines permanent angeregten Gleichstrommotors;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch ein Lager;

Fig. 3 eine Schnittdarstellung durch ein Dichtungselement;

Fig. 4 eine vergrößerte Detailansicht des Dichtungselemen­ tes gemäß Fig. 3 und

Fig. 5 eine Draufsicht auf das Dichtungselement.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt in einer Schnittdarstellung den kommutatorsei­ tigen Lagerbereich eines permanent angeregten Gleichstrommo­ tors 10. Der Gleichstrommotor 10 besitzt eine innerhalb ei­ nes Gehäuses 12 gelagerte Antriebswelle 14, die einen Kommu­ tator 16 sowie einen Rotor 18 trägt. Die Antriebswelle 14 ist in einem Sinterlager 20 gelagert. Das Sinterlager 20 ist in einer Ausnehmung 22 einer Lagerschale 24 angeordnet. Die Lagerschale 24 ist mit dem Gehäuse 12 fest verbunden. Auf weitere Einzelheiten des Gleichstrommotors 10 soll im Rahmen der vorliegenden Beschreibung nicht näher eingegangen wer­ den, da der Aufbau und die Funktionsweise eines Gleichstrom­ motors allgemein bekannt sind. Nachfolgend werden nur die für die Erfindung wesentlichen Teile näher erläutert.

Zwischen dem Sinterlager 20 und dem Kommutator 16 ist auf der Antriebswelle 14 ein Dichtungselement 26 fest angeord­ net, so daß dieses bei Rotation der Antriebswelle 14 mitro­ tiert. Das Dichtungselement 26 wird von einer Schleuder­ scheibe 28 gebildet. Die Schleuderscheibe 28 besteht voll­ ständig aus einem elastischen Material, vorzugsweise aus ei­ nem thermoplastischen Elastomer. Das Sinterlager 20 ist in der Ausnehmung 22 fest angeordnet und wird von einer Klemme 30 gehalten. Die Klemme 30 bildet einen Befestigungsflansch 32 aus, der mittels eines Befestigungsmittels 34 an der La­ gerschale 24 befestigt ist. Die Klemme 30 bildet ferner eine Aufnahme 36 aus, die an dem Sinterlager 20 anliegt und die­ ses in der Ausnehmung 22 der Lagerschale 24 fixiert. Ein den Befestigungsflansch 32 mit der Aufnahme 36 verbindender Ab­ schnitt 38 der Klemme 30 ist so ausgebildet, daß sich zwi­ schen dem Abschnitt 38 und der Lagerschale 24 ein Hohlraum 40 ergibt, der mit einem Schmiermittel 42 in Form von Öl in einem anorganisch oder organischen Konsistenzgeber gefüllt ist. Das Schmiermittel 42 dient als Reservedepot für in dem Sinterlager 20 bekanntermaßen gespeichertes Schmiermittel. Aufgrund der Porösität des Sintermaterials des Sinterlagers 20 kann dort durch Imprägnierung ein Schmiermittel deponiert werden, das aufgrund einer Kapillarwirkung in dem Sinterla­ ger 20 gespeichert wird.

Der konkrete, erfindungswesentliche Aufbau des Sinterlagers 20 sowie des Dichtungselementes 26 wird anhand der nachfol­ genden Fig. 2 bis 5 näher erläutert.

Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, besitzt das Sinterlager 20 ei­ nen Grundkörper 44, der im wesentlichen zylinderförmig aus­ gebildet ist. Der Grundkörper 44 besitzt eine Durchgangsöff­ nung 46, die der Aufnahme der Antriebswelle 14 dient. Ein Durchmesser der Durchgangsöffnung 46 entspricht hierbei im wesentlichen einem Durchmesser der Antriebswelle 14, so daß diese den Betriebsbedingungen, zum Beispiel Temperaturbe­ reich, und dem verwendeten Schmiermittel entsprechenden La­ gerspiel gelagert werden kann. Der Außenmantel 48 des Grund­ körpers 44 besitzt auf einer gedachten Kreislinie 50 verlau­ fende Abflachungen 52, deren der Kreislinie 50 entsprechende Kontur einerseits der Aufnahme 22 der Lagerschale 24 und der Aufnahme 36 der Klemme 30 angepaßt sind. Der Grundkörper 44 besitzt wenigstens an seiner dem Kommutator 16 zugewandten Seite eine axiale Vertiefung 54, deren Durchmesser d größer ist als ein Durchmesser der Durchgangsöffnung 46 und der je­ doch kleiner ist als der Durchmesser des Grundkörpers 44 im Bereich der Abflachungen 52. Durch die Vertiefung 54 ist die Durchgangsöffnung 46 quasi in einen durchmesserkleineren Ab­ schnitt und einen über eine Ringstufe 56 übergehenden durch­ messergrößeren Abschnitt im Bereich der Vertiefung 54 aufge­ teilt. Die Lagerung der Antriebswelle 14 erfolgt hierbei ausschließlich in dem durchmesserkleineren Bereich der Durchgangsöffnung 46. Durch die Ausbildung der Vertiefung 54 kommt es somit zur Ausbildung eines Freiraumes 58, der von der Ringstufe 56, der Antriebswelle 14, einer Mantelfläche 60, der Vertiefung 54 und dem Dichtungselement 26 begrenzt wird. Ein Übergang der Ringstufe 56 in die Mantelfläche 60 kann vorzugsweise unter einem Radius erfolgen.

In den Fig. 3 und 4 ist die Schleuderscheibe 28 detail­ lierter dargestellt, wobei in Fig. 3 eine Schnittdarstel­ lung und in Fig. 4 eine vergrößerte, teilweise Ansicht der Schnittdarstellung gezeigt ist. Die Schleuderscheibe 28 be­ steht aus einer konkav gekrümmten Scheibe 62, deren Höhlung in Richtung des Sinterlagers 20 weist. Sie besteht vollstän­ dig aus einem elastischen Material, welches so gewählt ist, daß Stoßgeräusche, welche durch Anschlagen des Lagers gegen die Scheibe bei axial angeregter Welle erzeugt werden, ge­ dämpft werden. Die Schleuderscheibe 28 liegt in Form eines elastischen Preßsitzes an der Welle an, wodurch eine Ölwan­ derung entlang der Welle zusätzlich verhindert wird. Die Scheibe 62 weist einen Außenwulst 64 und einen Innenwulst 66 auf. Der Innenwulst 66 umgreift eine Durchgangsöffnung 68, dessen Durchmesser dem Durchmesser der Antriebswelle 14 ent­ spricht. Eine Mantelfläche 70 der Durchgangsöffnung 68 be­ sitzt eine Ringnut 72, die einen Dichtsitz mit der Antriebs­ welle 14 bildet. Der Innenwulst 66 besitzt an seiner äußeren Mantelfläche 74 eine weitere Ringnut 76, die von einer axial einspringenden Kante 78 und einer unter einem Winkel a zu einer Axialen 80 ausspringenden Kante 82 gebildet wird. Die axiale Erstreckung der Kante 78 ist größer gewählt als die axiale Erstreckung der Kante 82, so daß sich ein sich in den vom Mantel 62 der Schleuderscheibe 28 umfaßten Hohlraum 84 hineinerstreckender, ringförmig verlaufender, nasenförmiger Vorsprung 86 ergibt. Ein Durchmesser d der Mantelfläche 74 ist kleiner als der Durchmesser d der Vertiefung 54 des Sin­ terlagers 20.

Anhand der in Fig. 5 gezeigten Draufsicht auf die Schleu­ derscheibe 28 wird deutlich, daß die Ringnut 76 die Durch­ gangsöffnung 68 vollständig umgreift. Die einspringende Kan­ te 78 der Ringnut 76 ist hierbei in einem Abstand zu der Durchgangsöffnung 68 angeordnet, so daß sich eine radial verlaufende Ringfläche 88 ergibt. Die Ringfläche 88 verläuft durch die Ausbildung der Kanten 78 beziehungsweise 82 in ei­ nem axialen Abstand a zu dem Vorsprung 86. Der Abstand a ist geringer gewählt als eine Tiefe t der Vertiefung 54 des Sin­ terlagers 20 (Fig. 2).

Bei der Montage des Gleichstrommotors 10 wird die Schleuder­ scheibe 28 mit entsprechendem Untermaß zur Welle auf der An­ triebswelle 14 so weit aufgesteckt, daß sie an dem Kommuta­ tor 16 anliegt. Die Ringfläche 88 der Schleuderscheibe 28 liegt an der Ringstufe 56 des Sinterlagers 20 an. Hierdurch ergibt sich, daß die Ringnut 76 innerhalb des Freiraumes 58 verläuft, wobei der Vorsprung 86 in dem Freiraum endet und zu der Ringstufe 56 den Abstand a aufweist.

Während des bestimmungsgemäßen Gebrauchs des Gleichstrommo­ tors 10, der beispielsweise als Antriebsmotor eines Kühl- und Klimagebläses dienen kann, rotieren die Antriebswelle 14 sowie der hieraufbefestigte Rotor 18, der Kommutator 16 und die Schleuderscheibe 28 entsprechend der Drehzahl der An­ triebswelle 14. Die Antriebswelle 14 rotiert gleichzeitig innerhalb des Sinterlagers 20, wobei aufgrund des in dem Sinterlager 20 gespeicherten Schmiermittels ein Gleitfilm zwischen dem Sinterlager 20 und der Antriebswelle 14 erzeugt wird, so daß eine reibungsarme Lagerung der Antriebswelle 14 erfolgt. Während des Betriebes des Gleichstrommotors 10 kann es infolge hier nicht näher zu betrachtender innerer oder äußerer Einflüsse zu einer Erwärmung des Sinterlagers 20 kommen. Hierdurch erfährt das gespeicherte Schmiermittel ei­ ne Volumenvergrößerung, die beispielsweise 10 bis 15% be­ tragen kann. Aufgrund dieser Volumenvergrößerung tritt das Schmiermittel unter anderem axial aus dem Sinterlager 20 aus und trifft auf die Schleuderscheibe 28. Infolge des dichten Aufliegens der Schleuderscheibe 28 auf der Antriebswelle 14, wobei die Dichtwirkung durch die Ringnut 72 in der auf der Antriebswelle 14 aufliegenden Mantelfläche 70 verstärkt wird, kann das austretende Schmiermittel die Schleuderschei­ be 28 nicht in Richtung des Kommutators 16 passieren. Das aus tretende Schmiermittel tritt durch den von der Ringstufe 56 des Sinterlagers 20 und der Ringfläche 88 der Schleuder­ scheibe 28 gebildeten Anlagesitz hindurch und wandert in Richtung des Freiraumes 58. Dort wandert es entlang der axial einspringenden Kante 78 in die Ringnut 76. Der Kapil­ lareffekt bewirkt, daß das austretende Schmiermittel in der Ringnut 76 gehalten wird. Wird die Menge des axial aus dem Sinterlager 20 austretenden Schmiermittels immer größer, bildet die unter dem Winkel α aus springende Kante 82 eine Kriechbarriere, so daß sich die Ringnut 76 immer weiter bis zu einem Maximum mit dem Schmiermittel auffüllt. Wird die Aufnahmekapazität der Ringnut 76 überschritten, wird das Schmiermittel infolge der durch die Rotation der Schleuder­ scheibe 28 auftretenden Zentrifugalkräfte über den Vorsprung 86 abgeschleudert. Entsprechend der Wahl des Winkels α, der vorzugsweise 45° beträgt, erfolgt das Abschleudern des Schmiermittels in den Freiraum 58. Da der Abstand a geringer ist als die Tiefe t, trifft das Schmiermittel in dem Frei­ raum 58 auf die Ringstufe 56 beziehungsweise die Mantelflä­ che 60 der Vertiefung 54. Infolge der Kapillarwirkung des Sintermaterials des Sinterlagers 20 kann das auf den Grund­ körper 44 des Sinterlagers 20 auftreffende Schmiermittel wieder von dem Sinterlager 20 aufgenommen werden und für die Schmierung des Sinterlagers 20 wiederverwendet werden. Ins­ gesamt ergibt sich somit ein geschlossener Schmiermittel­ kreislauf, der ein Austreten von Schmiermitteln nach außer­ halb des Sinterlagers 20 beziehungsweise des von der Scheibe 62 umgriffenen Hohlraumes 84 verhindert. Hierdurch wird ei­ nerseits eine Verschmutzung des Innenraumes des Gehäuses 12 des Gleichstrommotors 10 vermieden und der Schmiermittelvor­ rat des Sinterlagers 20 immer wieder aufgefüllt, so daß ins­ gesamt ein wartungsfreier Betrieb möglich ist. Eine Beein­ trächtigung der elektrischen Funktionsfähigkeit des Gleich­ strommotors 10 durch die Bildung einer Schmiermittel-Kohle- Paste auf dem Kommutator 16 wird ebenfalls vermieden.

Für den erfindungsgemäßen geschlossenen Schmiermittelkreis­ lauf nicht zwangsläufig erforderlich, besitzt die elastische Schleuderscheibe 28 an ihrem Außenwulst 64 eine weitere, ra­ dial in Richtung der Antriebswelle 14 geöffnete Ringnut 90, die als Sicherheitssammelraum für aufgrund extremer Be­ triebssituationen eventuell doch aus den Freiraum 58 hinaus­ gelangender Schmiermittel dient. In dem Fall wird ein Über­ treten des Schmiermittels in den Innenraum des Gleichstrom­ motors 10 sicher vermieden.

Die Erfindung beschränkt sich selbstverständlich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel. So kann die erfin­ dungsgemäße Kombination des Sinterlagers 20 mit der elasti­ schen Schleuderscheibe 28 zur Erzielung des geschlossenen Schmiermittelkreislaufes auch bei jedem anderen Lager Anwen­ dung finden. Insbesondere kann anstelle eines ein Schmier­ mittel speicherndes Sinterlagers auch ein anderes mit Schmiermittel geschmiertes Lager vorgesehen sein. Die Anwen­ dungen der Lager beschränken sich ebenfalls nicht auf elek­ trische Maschinen.

Claims (8)

1. Lager zur Führung einer Antriebswelle, insbesondere einer elektrischen Maschine, wofür das Lager mittels eines Schmiermittels geschmiert ist, wobei zwischen dem Lager und auf der Antriebswelle angeordneten rotierenden Teilen ein Schmiermittel-Dichtungselement vorgesehen ist, das in Form einer Schleuderscheibe ausgebildet ist, mittels welcher aus dem Lager austretendes Schmiermittel an das Lager zurückge­ geben wird, so daß ein geschlossener Schmiermittelkreislauf entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleuderscheibe (28) aus einem elastischen Material besteht.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Lager (20) austretendes Schmiermittel über die Schleu­ derscheibe (29) direkt an das Lager (20) zurückgegeben wird.

3. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleuderscheibe (28) eine Ringnut (76) aufweist, in der das Schmiermittel gesammelt wird.

4. Lager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (76) von einer axial einspringenden Kante (78) und einer unter einem Winkel α ausspringenden Kante (82) gebil­ det wird.

5. Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Erstreckung der Kante (78) geringer ist als die der Kante (82), so daß sich ein ringförmiger Vorsprung (86) er­ gibt, der in einem Abstand (a) zu einer radialen Ringfläche (88), von der die Kante (78) entspringt, endet.

6. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (20) an seiner dem Dichtungselement (26) zugewandten Seite eine axiale Vertiefung (54) aufweist, in die das Dich­ tungselement (26) teilweise eingreift.

7. Lager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchmesser (d) der Vertiefung (54) größer ist als ein Durchmesser (d₁), auf dem der Vorsprung (86) der Schleuder­ scheibe (28) verläuft.

8. Lager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Tiefe (t) der Vertiefung (54) größer ist als der Abstand (a), so daß die Ringnut (76) und der Vorsprung (86) inner­ halb der Vertiefung (54) angeordnet sind.