DE19736782A1

DE19736782A1 - Lagerungsvorrichtung für eine drehbare Welle einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE19736782A1
Application number: DE19736782A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dinkel; Hans-Dieter Reinartz; Rudolf Thiel
Original assignee: ITT Manufacturing Enterprises LLC
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1997-08-14
Filing date: 1997-08-23
Publication date: 1999-02-18

Description

Die Erfindung betrifft eine Lagerungsvorrichtung für eine drehbare Welle einer elektrischen Maschine und ein Verfahren Einstellen des Axialspiels der drehbaren Welle. Aus der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung DE 197 06 124.9 ist bereits eine Lagerungsvorrichtung bekannt, welche eine dreh feste Halteachse aufweist. Die Halteachse durchgreift ein Mo torgehäuse und lagert eine hohle Motorwelle in radialer Rich tung. Auf der Halteachse ist ferner noch ein Exzenter zum An trieb einer Pumpe angeordnet.

Die Vorrichtung gewährleistet zwar eine zuverlässige Abstüt zung in radialer Richtung, aber in axialer Richtung liegt kei ne eindeutige Abstützung mit definiertem Lagerspiel vor. An einem Ende ist die Motorwelle unmittelbar an einen Boden des Motorgehäuses anlegbar. Eine Einstellung des Axialspiels bei der Montage des Motors ist nicht möglich. Behelfsweise kann der Weg beschritten werden, Einstellscheiben von definierter Dicke bei dem Zusammenbau des Gesamtaggregates bestehend aus Motor und Antriebseinheit an dem anderen Wellenende einzufü gen. Derartige Anlaufscheiben sind also zwischen der rotieren den Welle und dem Gehäuse der Antriebseinheit vorgesehen. Zur Ermittlung der passenden Scheibe mit zutreffender Dicke ist es erforderlich, das Gesamtaggregat mehrfach auseinanderzunehmen und wieder zusammenzusetzen. Eine präzise meßtechnische Erfas sung der zutreffenden Abmaße ist aufgrund sich summierender Toleranzen nicht möglich. Die beschriebene "trial and error Methode" ist deshalb kostenintensiv und erlaubt keine exakte Einstellung des Axialspiels. Daraus resultiert ein weiteres Problem. Werden nämlich Anlaufscheiben mit zu großer Dicke eingesetzt, so führt dies zu erhöhter Reibungsarbeit und im Extremfall zur Überlastung des Motors. Deshalb tendiert man grundsätzlich zu dünnen Anlaufscheiben, die wiederum zuviel Spiel gewähren und infolge axialer Bewegbarkeit der Motorwelle erhöhtes Betriebsgeräusch verursachen.

Schließlich sind Lagerungsvorrichtungen bekannt geworden, bei denen Lagerungselemente für die Einstellung des Axialspiels mit Hilfe eines Gewindes in axialer Richtung verstellt werden können. Weil regelmäßig ein bestimmter Verstellweg in axialer Richtung vorgesehen sein muß, eignet sich diese Bauweise nicht für sehr kurzbauende elektrische Maschinen wie sie beispiels weise im Automobilbau angestrebt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Lage rungsvorrichtung für eine drehbare Welle bereitzustellen, bei der das Spiel in axialer Richtung auch bei kurzbauender Bau weise einfach und zuverlässig eingestellt werden kann, ohne das Gesamtaggregat bestehend aus Arbeitsmaschine und Motor mehrmals zusammensetzen und auseinanderbauen zu müssen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 11 gelöst. Weil der Anschlag zur Begrenzung des Axialspiels zumindest in axialer Richtung fest auf der Halteachse angeord net ist, ermöglicht dies die Axialspieleinstellung unabhängig der angetriebenen Einheit. Ferner kann das Axialspiel der art präzise eingestellt werden, daß es zu keiner Geräuschbelä stigung infolge axialer Verschiebbarkeit der Welle kommt.

Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus Unteransprüchen zusammen mit der Beschreibung und der Zeich nung hervor. Eine erste Lösung der Aufgabe ist in Fig. 1 doku mentiert und zeigt eine Lagerungsvorrichtung für eine drehbare Welle einer elektrischen Maschine in einem Längsschnitt. Eine zweite Lösung geht aus Fig. 2 hervor.

Die Fig. 1 zeigt eine elektrische Maschine 1, nämlich einen Elektromotor, zum Antrieb einer Arbeitsmaschine 2, welche in einem separaten Gehäuse 3 angeordnet ist. Bei der Arbeitsma schine 2 handelt es sich um eine Hydraulikpumpe einer Kraftfahrzeug-Bremsanlage. Der Elektromotor umfaßt ferner grundsätzlich bekannte elektrische und magnetische Bauelemen te, welche bereits in der nicht vorveröffentlichten DE 197 06 124.9 beschrieben sind. Auf deren Beschreibung soll an dieser Stelle ausdrücklich Bezug genommen werden. Die elektrische Maschine 1 ist mit einer Lagerungsvorrichtung versehen, welche eine drehbare Welle 4 und eine drehfeste Halteachse 5 umfaßt. Die Welle 4 ist hohl und wird von der Halteachse 5 durchgrif fen. Wie die Figur zeigt, ist die Halteachse 5 an ihrem Ende 6 einem Boden 7 eines Motorgehäuses 8 festgelegt. Mit ihrem anderen Ende 9 greift die Halteachse 5 in eine Bohrung 10 in nerhalb des Gehäuse 3. Wie der Figur ferner zu entnehmen ist, weist die Welle 4 einen ersten und einen zweiten Lager abschnitt 11, 12 auf, mit denen die Welle 4 in radialer Rich tung auf der Halteachse 5 gelagert ist. In axialer Richtung ist die Welle 4 mit einer Stirnseite 13 mittelbar oder unmit telbar an eine Innenseite 14 des Bodens 7 anlegbar.

Wenn im folgenden von mittelbarer Anlage die Rede ist, so ist damit gemeint, daß axial wirksame Reibscheiben zwischengefügt sein können, welche zur Aufgabe haben, die Reibung zu vermin dern. Der Axialspieleinstellung dienen diene Scheiben nicht.

An dem anderen Wellenende befindet sich eine zweite Stirnseite 15, an der ein Arbeitselement 16, beispielsweise ein Zahnrad oder gemäß der Figur ein Exzenterring mit einer Kontaktfläche 17 unmittelbar anliegt. An dem anderen Ende des Arbeitselemen tes 16 befindet sich eine in axialer Richtung wirksame Reib fläche 18, mit der das Arbeitselement 16 mittelbar oder un mittelbar an einem Anschlag 19 anliegt. Der Anschlag 19 dient zur einstellbaren axialen Begrenzung und ist auf der Halte achse 5 fest angeordnet. Das axiale Spiel in der Lagerungsvor richtung ist ersichtlich alleine durch Bauteile, die zu der Einheit der elektrischen Maschine 1 gehören, begrenzt. Die Axialspieleinstellung ist folglich unabhängig von dem Gehäuse 3 und dessen geometrischen Abmessungen. Wie nachstehend noch beschrieben werden soll, ermöglicht dies eine Bauweise der elektrischen Maschine 1 als selbständig handhabbare Einheit welche auch das Arbeitselements 16 umfaßt, und bei der alle notwendigen Einstellarbeiten bereits vorgenommen sind.

Der Anschlag 19 weist einen scheibenförmigen Grundkörper 20 auf. Dieser Grundkörper 20 besitzt eine Reaktionsfläche 21, welche mittelbar oder unmittelbar die Reibfläche 18 des Ar beitselements 16 berührt. Ferner weist der Anschlag einen axi al vorstehenden Kragen 22 auf. Der Kragen 22 ist rechtwinklig zu der Hauptebene des Grundkörpers 20 vorgesehen und begrenzt mit seiner Innenwandung eine Durchtrittsöffnung für die Halte achse 5.

Im Bereich des Kragens 22 weist die Halteachse eine radial in die Wellenoberfläche eingearbeitete Nut 23 auf, in die der Anschlag 19 mit mindestens einem Nocken 24 formschlüssig ein greift. Diese Bauweise erlaubt es, daß der Anschlag 19 in Um fangsrichtung drehbar auf der Halteachse 5 ist, so daß er von dem Arbeitselement 16 bzw. dem Außenring 30 in Bewegungsrich tung mitgeschleppt werden kann. Folglich verfügt der Anschlag 19 im Betrieb meist über eine Relativgeschwindigkeit welche geringer ist, als die Geschwindigkeit des Arbeitselementes 16. Dieser Sachverhalt vermindert die Reibungsarbeit und den Ver schleiß im Vergleich zu feststehenden Anschlägen oder Gehäuse wänden. Alternativ zu dieser Befestigung sind Rastmittel oder kraftschlüssig wirksame Haltemittel, beispielsweise mit fe dernd auf der Halteachse aufliegenden Haltearmen denkbar. We sentlich ist allerdings, daß keine aufwendige Befestigung un ter Verwendung von Schrauben notwendig ist.

Von besonderem Vorteil ist ein einstückiger Anschlag 19, wel cher mit umformtechnischen Maßnahmen aus einem Blech ausge stanzt und gebogen wird, weil eine geringe Anzahl einzelner Bauelemente einen geringen logistischen Aufwand bezüglich der Bauteilzuführung bei der Endmontage verursacht.

Nachstehend wird das Arbeitselement 16 und dessen Anordnung auf der Halteachse 5 detaillierter beschrieben. Wie gesagt liegt das Arbeitselement 16 mit seiner Kontaktfläche 17 an der Stirnseite 15 der Welle 4 an. Zur Übertragung der Drehbewegung von der Welle 4 auf das Arbeitselement 16 ist ein Mitnehmer element 25 vorgesehen, welches in eine Aussparung 26 einer Endseite des Arbeitselementes 16 eingreift.

Es ist darauf hinzuweisen, daß der Anschlag 19 nicht nur das Axialspiel begrenzt, sondern auch verhindert, daß die Welle 4 und das Arbeitselement 16 außer Eingriff gelangen können.

Es bleibt ferner darauf hinzuweisen, daß grundsätzlich auch andere form-, kraft- oder stoffschlüssige Übertragungseinrich tungen vorgesehen sein können. Nur beispielsweise könnte das Arbeitselement 16 an die Welle 4 angeschweißt, angelötet, auf gepreßt oder angeklebt sein. Bei einer anderen Ausführungsform ist das Arbeitselement 16 einstückig mit der Welle 4 ausge bildet. In allen Fällen dient der Anschlag 19 der Begrenzung des Axialspiels. Das Arbeitselement 16 ist mit einem ersten Lager 27 drehbar auf der Halteachse 5 gelagert. Bei dem Lager 27 handelt es sich um ein Nadellager, welches eine hohe Trag fähigkeit aufweist und in radialer Richtung wenig Bauraum be ansprucht. An dem radial äußeren Umfang 28 des Arbeitselemen tes 16 ist ein zweites Lager 29 vorgesehen, das vorzugsweise ebenfalls vom Typ eines Nadellagers ist. Dieses Lager 29 und auch wesentliche Teile des Arbeitselements 16 mit der Reib fläche 18 sind von einem Außenring 30 umgriffen, der eine Bo denfläche 31 aufweist, die sich zwischen der Reibfläche 18 des Arbeitselements 16 und der Reaktionsfläche 21 befindet. Die Bodenfläche 31 sorgt somit für den mittelbaren Kontakt zwi schen Arbeitselement 16 und Anschlag 19. Wie der Figur ferner entnehmen ist, liegt der Außenring 30 an Pumpenkolben 32, 33 an, die bis in den Exzenterraum 34 hineinragen.

Wie gesagt, erlaubt es die beschriebene Arbeitsweise, die elektrische Maschine zusammen mit dem Arbeitselement 16 und dem Anschlag 19 als eine selbständig handhabbare Einheit mit definierter Lagerung in axialer Richtung auszubilden. Als be sonders einfach gestaltet sich der Zusammenbau der elektri schen Maschine 1, wenn die Halteachse 5 im Bereich des Bodens 7 des Motorgehäuses 8 befestigt ist. Dadurch wird es möglich, den Rotor des Motors, bestehend aus der hohlen Welle 4 und dem Arbeitselement 16, in axialer Richtung auf die Halteachse 5 aufzuschieben, und dadurch in den Hohlraum des Motorgehäuses 8 einzuführen, um schließlich diese Baueinheit in axialer Rich tung durch den Anschlag 19 festzulegen.

Bemerkenswert ist, daß die Halteachse 5 an ihrem Ende 6 eine weitere Nut 36 aufweist, in die ein von einem Stutzen 37 des Bodens 7 nach radial innen vorstehender Nocken 38 formschlüs sig eingreift. Die beiden Nocken 38, 24 werden in ähnlicher Weise von radial beweglichen Schiebern in die zugeordnete Nut 23, 36 eingeprägt. Dadurch ergibt sich eine sichere und ins besondere kostengünstige Befestigung dieser Bauelemente.

Die Montage der Lagerungsvorrichtung und insbesondere die Ein stellung des Axialspiels geschieht wie folgt. Zunächst wird die Welle 4 axial auf die Halteachse 5 aufgeschoben, bis die Welle 4 mit ihrer Stirnseite 13 an dem Boden 7 des Motorgehäu ses 8 anliegt. In einem zweiten Arbeitsschritt wird das Ar beitselement 16 derart auf die Halteachse 5 aufgefädelt, daß es mit seiner Kontaktfläche 17 an der Stirnseite 15 der Welle 4 anliegt. In diesem Zustand greifen vorzugsweise axial wirk same Mitnehmerelemente 25 in entsprechende Ausnehmungen bzw. Aussparungen 26 des Arbeitselementes 16. Daraufhin wird ein Anschlag 19 in eine definierte Position mit dem gewünschten Axialspiel auf die Halteachse aufgeschoben und in dieser Posi tion auf der Halteachse 5 gesichert. Die Fixierung erfolgt beispielsweise mit umformtechnischen Mitteln, bei denen der Kragen 22 von radial außen derart verformt wird, daß ein Nocken 24 in die Nut 23 formschlüssig eingreift. Eine derartige radiale Verstemmung mit der Halteachse 5 läßt sich einfach und kostengünstig in einer mechanischen oder hydraulischen Presse mit einem geeigneten Umformwerkzeug bewerkstelligen.

Fig. 2 zeigt eine Lagerungsvorrichtung, bei der mit Fig. 1 übereinstimmende Bauteile mit gleichen Bezugsziffern und einem zusätzlichen Strich versehen sind. Hierbei ist die Halteachse 5' ebenfalls fest in das Gehäuse 3' eingepreßt und dient der radialen Lagerung der Welle 4'. Die Konstruktion unterscheidet sich von Fig. 1 durch die Abstützung und Lagerung in axialer Richtung. Wie zu ersehen ist, liegt das Arbeitselement 40 mit telbar über seine Bodenfläche 41 an der Reibfläche 42 des Ex zenterraumes 34'. Gegenüber der Bauweise nach Fig. 1 ist die Reibfläche 42 vergrößert, weil kein Anschlag 19 mit einem Kra gen 22 vorliegt und keine abgestufte Bohrung vorgesehen ist. Folglich verteilt sich die Axialkraft auf eine größere Fläche, was den Vorteil aufweist, daß ein geringerer Verschleiß an der Reibfläche 42 auftritt.

An dem anderen, abtriebsseitigen Ende 47 der Welle 4' ist ein Anschlag 43 angeordnet, welcher das Axialspiel in die andere Richtung begrenzt. Der Anschlag 43 ist fest auf die Halteachse 5' aufgepreßt. Er besitzt eine Bohrung, welche einen geringe ren Durchmesser aufweist, als die Halteachse 5', so daß eine Preßpassung vorliegt. Es versteht sich, daß zwischen der Stirnseite 44 des in der Welle 4' eingesetzten Gleitlagers 45 und dem Anschlag 43 eine Anlaufscheibe für einen mittelbaren Reibkontakt vorgesehen sein kann. Die Motormontage und die Einstellung des Axialspiels geschieht bei dieser Konstruktion wie folgt.

Zunächst wird die Halteachse 5' in das Gehäuse 3 eingepreßt. Daraufhin folgt das Auffädeln des Arbeitselementes 40 und der Welle 4' mit dem Rotorpaket und den zugehörigen Wicklungen. Bis das Arbeitselement 40 an der Reibfläche 42 anliegt. Welle 4' und Arbeitselement 40 befinden sich also spielfrei in An lage aneinander beziehungsweise an der Reibfläche 42. Sodann wird auf die Stirnseite 44 eine in radialer Richtung ge schlitzte Einstellehre 48 aufgelegt, welche mit ihrer Dicke ein bestimmtes, einzustellendes Axialspiel repräsentiert. Schließlich folgt das Aufpressen des Anschlags 43, welcher die Welle endgültig in axialer Richtung sichert. In einem letzten Arbeitsgang erfolgt sodann das Entfernen der Einstellehre. Zu diesem Zweck weist die Lehre einen Radialschlitz auf, welcher eine Breite aufweist, die mindestens so groß ist, wie der Durchmesser der Halteachse 5'.

Sowohl mit der ersten beschriebenen Lösung gemäß Fig. 1 als auch mit der zweiten Lösung gemäß Fig. 2 läßt sich ein de finiertes Axialspiel dauerhaft und kostengünstig einstellen.

Claims

1. Lagerungsvorrichtung für eine drehbare Welle (4) einer elektrischen Maschine, welche eine drehfeste Halteachse (5) und ein Motorgehäuse (8) aufweist, wobei die Halteachse (5) die Welle (4) durchgreift, mit folgenden Merkmalen;

- die Welle (4) ist axial mit einem Ende (6) mittelbar oder unmittelbar an einen Boden (7) des Motorgehäuses (8) anlegbar;
- an einem anderen Ende (9) der Welle (4) liegt ein Ar beitselement (16) axial an;
- das Arbeitselement (16) ist mit einer Reibfläche (18) mittelbar oder unmittelbar an einen Anschlag (19) axial anlegbar;
- der Anschlag (19) ist zumindest in axialer Richtung fest auf der Halteachse (5) angeordnet.

2. Lagerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Anschlag (19) einen scheibenförmigen Grundkör per (20) und einen axial vorstehenden Kragen (22) aufweist.

3. Lagerungsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (22) eine Durchtrittsöffnung für die Halteachse (5) be grenzt und rechtwinklig zu dem Grundkörper (20) vorsteht.

4. Lagerungsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (22) mindestens einen nach radial innen weisenden Nocken (24) aufweist, der in eine Nut (23) der Halteachse (5) formschlüssig eingreift.

5. Lagerungsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der An schlag (19) einstückig ist und aus einem Blech besteht.

6. Lagerungsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ar beitselement (16) mit einem ersten Lager (27) drehbar auf der Halteachse (5) angeordnet ist und daß ein zweites Lager (29) am Umfang (28) des Arbeitselementes (16) angeordnet ist, von einem Außenring (30) mit einer Bodenfläche (31) umgriffen wird und das Arbeitselement (16) mittelbar mit der Bodenfläche (31) an dem Anschlag (19) anliegt.

7. Lagerungsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elek trische Maschine zusammen mit dem Arbeitselement (16) und Anschlag (19) eine selbständig handhabbare Einheit mit definierter Lagerung in axialer Richtung bildet.

8. Lagerungsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit eine in dem Motorgehäuse (8) befestigte Halteachse (5) auf weist, auf die die Welle (4) sowie das Arbeitselement (16) aufgeschoben ist und daß diese in axialer Richtung durch Anschlag (19) festgelegt sind.

9. Verfahren zum Einstellen des Axialspiels bei einer Lage rungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Welle (4) axial auf eine Halteachse (5) aufgeschoben wird, die in einem Motorgehäuse (8) angeordnet ist, sodann ein Arbeits element (16) axial auf die Halteachse (5) aufgeschoben wird und schließlich ein Anschlag (19) in eine definierte Posi tion mit dem gewünschten Axialspiel axial auf die Halte achse (5) aufgeschoben und fixiert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (19) radial mit der Halteachse (5) verstemmt wird.

11. Lagerungsvorrichtung für eine drehbare Welle (4') einer elektrischen Maschine, welche eine drehfeste Halteachse (5') und ein Motorgehäuse (8') aufweist, wobei die Halte achse (5') die Welle (4') durchgreift, und einem weiteren Gehäuse (3'), vorzugsweise für eine Arbeitsmaschine, mit folgenden Merkmalen;

- an einem abtriebsseitigen Ende der Welle (4') liegt ein Arbeitselement (40) axial an
- das Arbeitselement (40) ist mit einer Bodenfläche (41) mittelbar oder unmittelbar an einer Reibfläche (42) des Gehäuses (3') anlegbar
- an einem anderen Ende der Welle (4') ist ein Anschlag (43) zumindest in axialer Richtung fest auf der Halteachse (5') angeordnet,
- die Welle (4') ist axial mittelbar oder unmittelbar an Anschlag (43) anlegbar.

12. Lagerungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn zeichnet, daß der Anschlag (43) mit einer Bohrung derart auf das Wellenende aufgeschoben ist, daß ein Preßsitz vor liegt.

13. Verfahren zum Einstellen des Axialspiels bei einer Lage rungsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 und 12 gekennzeichnet durch folgende Montageschritte

- die Halteachse (5') wird axial fest in das Gehäuse (3') eingepreßt
- das Arbeitselement (40) und die Welle (4') wird auf die Halteachse (5') aufgefädelt und zur Anlage an der Reibflä che (42) gebracht,
- der Anschlag (43) wird unter Zwischenordnung einer ent fernbaren Einstellehre (48) auf die Halteachse (5') aufge preßt.