DE2229440A1 - Lagervorrichtung - Google Patents

Description

UNIVERSAL ELECTRICCOMPANY U.S. 170,441

Owosso (Mich. ) , USA

LAGERVORRICHTUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lagervorrichtung und besonders auf eine Lagervorrichtung für Elektromotoren.

Eine wichtige Frage bei der Konstruktion von Elektromotoren ist die Berücksichtigung selbsteinstellender Lager vor richtungen, die Abweichungen infolge von Herstellungstoleranzen aufnehmen und gleichzeitig für einen gleichbleibenden Luftspalt zwischen Rotor und Stator sorgen. Für derartige Zwecke sind zwei Arten von Lagervorrichtungen im Gebrauch. Bei der einen gebräuchlichen Ausführung wird ein sphärisches Lager durch eine schraubenförmige oder flache Feder gehalten. Der Gebrauch solcher Federn führt jedoch dazu, daß kein gleichmäßiger Druck auf den gesamten Umfang der Berührungsfläche mit dem Lager ausgeübt wird. Derartige Anordnungen haben deshalb verschiedene

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Nachteile. Die erforderliche Laufgenauigkeit ist sehr hoch. Außerdem wird der laufgenaue Sitz bei radialer Belastung meist nicht beibehalten. Wird die Federstärke so ausgelegt, daß sie starken radialen Belastungen standhält, fluchtet das Lager nicht mehr mit der Welle, so daß sich der Reibungsverlust erhöht und damit auch die Kraftaufnahme sowie die Anfahrtsschwierigkeiten. Weiterhin wird durch den ungleichmässigen Druck der Schraubenfedern auf den Umfang die Fluchtung von Welle und Lager gestört. Wird ein Lager an seinem einen Ende von einem sphärischen Lager und zugehörigem Sitz abgestützt, führt eine radiale Belastung der Welle dazu, daß sphärisches Lager und Welle fressen.

Erfolgreichere Bauarten selbsteinstellender Lager zeigen die US-Patentschriften 3, 063, 761; 3, 223, 464; 3, 273, 947 und 3, 273, 948. Darin ist das Motorgehäuse mit einer Stützfläche versehen und das die Welle stützende Gleitlager mit einer Berührungsfläche. Eine dieser beiden Flächen ist federnd angebracht. Zusätzlich ist noch die eine Fläche zylindrisch und die andere sphärisch ausgebildet.

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Eine verbesserte Lagervorrichtung ist in der US-Patentschrift 3, 529, 784 offenbart; das Lagerschild eines Elektromotors ist mit sich radial nach außen erstreckenden Ausschnitten versehen, wodurch mehrere zahnförmige Segmente entstehen. Der erste Abschnitt jedes Segmentzahns verläuft im großen und ganzen radial und der zweite Abschnitt, der das freie Ende des Segmentzahns bildet, verläuft im großen und ganzen axial, so daß die Segmentzähne in axialer Richtung federn. Jh einer Ausbildungsform bilden die Spitzen der Segmentzähne eine sphärische Berührungsfläche für ein Gleitlager, dessen Bohrung die Welle

des Rotors führt. In einer anderen Ausbildungsform bilden die Spitzen der Segmentzähne eine sphärische Stützfläche, die mit der zylindrischen Berührungsfläche eines Gleitlagers in Eingriff steht.

Es ist eines der Ziele der vorliegenden Erfindung, Lagervorrichtungejn der beschriebenen Art nach der US-Patentschrift 3, 529, vorzuschlagen, und zwar in einer verbesserten Ausführung unter Vermeidung der axialen Belastung des Gehäuses, mit längerer Lebensdauer, geringster Zahl an Bestandteilen, niedrigeren Herstellungskosten, besserer radialer Belastbarkeit und größerer

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Geräuscharmut, das außerdem ohne kritische Abmessungstoleranzen auskommt.

Der erfindungsgemäße Elektromotor umfaßt demzufolge ein Motorgehäuse, einen Stator und einen Rotor. Das Gehäuse ist mit einem Lagerschild versehen, in dem sich eine Öffnung befindet. Von dieser Öffnung geneai sich radial nach außen erstreckende Ausschnitte aus, wodurch mehrere zahnförmige Segmente gebildet werden. Jeder Segmentzahn hat ein im großen und ganzen axial verlaufendes freies Ende, so daß der Segmentzahn in axialer Richtung federn kann. Die Spitzen der Segmentzähne bilden eine zylindrische Stützfläche, die mit der sphärischen Berührungsfläche eines Gleitlagers in Eingriff steht, in dessen Bohrung die Welle des Rotors geführt wird. Zumindest einige der Segmentzähne haben ein freies Ende, das sich zwar im großen und ganzen axial, aber in gerade umgekehrter Richtung als die benachbarten Segmente erstreckt.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.

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Fig. 1 einen Teil-Längs schnitt eines erfindungsge

mäßen Elektromotors;

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus einer Sei

tenansicht unter Weglassung verschiedener Teile;

Fig. 3 eine Teilansicht eines Schnitts entlang der Li

nie 3 - 3 in Fig. 1;

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt einer Teilansicht

eines Schnittes des in Fig. 3 gezeigten Teils;

Fig. 5 eine teilweise schematische Darstellung der Ar

beitsweise der Lagervorrichtung zur Erzielung des gewünschten Ergebnisses;

Fig. 6 eine vergrößerte Teilansicht eines Schnittes einer

anderen Ausführungsform der Erfindung in einer ähnlichen Darstellung wie in Fig. 4.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 bezieht sich die Erfindung auf einen Elektromotor mit einem Motorgehäuse 10 aus Blech oder ähnliches, das aus zwei zusammengefügten Gehäuse-

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schalen 11 und 12 bestehen kann, einem Stator 13, der im Gehäuse 10 befestigt ist, sowie einem auf einer Welle 15 aufgebrachten Rotor 14. An beiden Seiten des Gehäuses ist ein Lagerzusammenbau 16 vorgesehen, in ihm die Welle 15 drehbar gelagert ist.

Wie weiterhin in Fig. 1 und 2 gezeigt, besteht jeder Lagerzusammenbau 16 aus einem Lagerschild 20, das einstückig an jeder Gehäuseschale 11, 12 des Gehäuses 10 angebracht ist. Das Lagerschild 20 ist mit einer Öffnung versehen, von der sich Ausschnitte 23 radial nach außen erstrecken, wodurch zahnförmige Segmente 24 gebildet werden. Das freie Ende jedes Segmentzahns 24 ist wie in Fig. 1 gezeigt in axialer Richtung gebogen. Jeder Segmentzahn umfaßt somit einen ersten, im großen und ganzen radialen Abschnitt 24a, der mit dem Lagerschild 20 verbunden ist, und einen zweiten, im großen und ganzen axialen Abschnitt 24b, der in axialer Richtung verläuft und das freie Ende jedes Segmentzahns umfaßt. Das Lagerschild 20 besteht aus Metall, so daß jeder Segmentzahn 24 eine begrenzte axiale Bewegung ausführen kann, wie weiterhin beschrieben.

Zur Lagervorrichtung gehört außerdem ein Gleitlager 25, be-

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stehend aus einer Lagerschale 26 mit einer axialen Lagerbohrung 27 zur Aufnahme der Welle 15, und einem Auflagerring 28, deesen Krümmung quer zum Gleitlager verläuft in Längsrichtung der Lagerbohrung 27, und der vorzugsweise mittig auf der Länge des Gleitlagers angebracht ist. Der Mittelpunkt der sphärischen Berührungsfläche am Umfang des Auflagerrings 28 ist grundsätzlich nach der Achse der Lagerbohrung 27 ausgerichtet, ebenso wie die ssylindrisehe Stützfläche, die von den Innenflächen der Abschnitte 24b der Segmentzähne 24 gebildet wird. Diese zylindrische, aus den Abschnitten 24b der Segmentzähne 24 gebildete Stützfläche hat einen Längs ausdehnung, die genügend groß ist, damit sich das Gleitlager verhältnismäßig unbehindert axial gegenüber der Stützfläche bewegen kann. Zumindest einige, und vorzugsweise jeweils abwechselnde Segmentzähne 24 heben einen zweiten Abschnitt 24b, der im großen und ganzen axial, jedoch in entgegengesetzter Richtung zu den benachbarten Segmentzähnen 24 verläuft, wobei eine ausgeglichene Anzahl von Segmentzähnen vorzuziehen ist.

Beim Zusammenbau wird das Gleitlager in axialer Richtung eingedrückt, bis es in seine Einbaulage schnappt, wobei die Abschnitte 24b entgegengesetzte axiale und radiale Kräfte ausüben und so

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das Gleitlager 25 in seiner Lage halten.

Ist der Motor in Betrieb, wird das Lager ohne Zuhilfenahme äußerer Kräfte durch die Segmentzähne in seiner Lage oder seinem Sitz gehalten, weil die Stützung durch die Segmentzähne genau im Mittelpunkt der sphärischen Fläche auf dem Gleitlager erfolgt. Die Kraft, die durch die Belastung der Welle 15 ausgeübt wird, wird durch das Entgegenwirken der Stützfläche sofort statisch ausbalanciert; die angelegte radiale Belastung kann deshalb niemals das Lager aus seinem Sitz bewegen.

Die Arbeitsweise des Lagers läßt sich anhand der schematischen Darstellung in Fig.· 5 anschaulich machen. Nach Einführung des Gleitlagers 25 in seinen Sitz verschieben sich die Segmentzähne_ 24 um einen, in Fig. 5 etwas vergrößert dargestellten Winkel. Dies beruht darauf, daß der äußere Durchmesser des Auflagerrings 28 etwas größer ist als der Durchmesser der zylindrischen Stützfläche in ungespanntem Zustand, wie sie von den Abschnitten 24b der Segmentzähne 24 gebildet wird. Dieser Unterschied kann ungefähr 75 bis 125μηι betragen, ist jedoch nicht unbedingt auf diese Werte beschränkt.

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Auch der auf jeden Segmentzahn wirkende Gegendruck durch das Lager, während es sich in diesem Preßsitz befindet, wird in Fig. 5 dargestellt. Diese Gegenkraft erstreckt sich entlang der Achse des Abschnittes 24b; sie läßt sich in zwei Komponenten zerlegen, die quer und axial verlaufen. Sowohl die quer- als auch die radial verlaufende Komponente bewirken, daß das Lager immer seinem Sitz gehalten wird.

In einer anderen Ausbildungsform der Erfindung umfaßt der Segmentzahn 24 ^s einen im großen und ganzen radialen Abschnitt 24a^% und einen im großen und ganzen axialen Abschnitt 24b" ; der von den beiden Abschnitten gebildete Winkel ist stumpf im Gegensatz zu dem spitzen Winkel in der vorhergehenden Ausführungsform der Erfindung.

Es hat sich gezeigt, daß so ausgebildete Lager außerordentlich widerstandsfähig sind. Sie können außerdem in Pumpen mit hin- und hergehender Bewegung verwendet werden oder für ähnliche Fk;lastungen, da sie keine F'edern oder federnden Bestandteile besitzen, die bei IJolastung defekt werden können. Sie brauchen keine kritischen Ab ine a Kling st öle ranzen, da die Segmentzähtu·

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eventuelle kleinere Toleranzabweichungen ausgleichen. Solche Lagervorrichtungen halten außerdem erwiesenermaßen größere Radial- und Druckbelastungen aus, sind geräuscharm und langlebig.

Wie im bereits genannten US-Patent 3, 529, 784 offenbart, kann der Abschnitt 24b eine Krümmung haben, die eine sphärische Berührungsfläche bildet und die im Eingriff mit einer zylindrischen Berührungsfläche auf dem Gleitlager 25 steht.

Obwohl die Beschreibung der Erfindung sich auf die Anwendung in einem Elektromotor beschränkt, läßt sie sich auch in anderen Vorrichtungen anwenden, die eine formgenaue Lagerung einer sich drehenden Welle notwendig machen.

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Claims (7)

Patentansprüche

1. Selbsteinstellende Lagervorrichtung für eine Welle, bestehend aus einem Lagerelement mit einer Lagerbohrung zur Aufnahme einer Welle,

dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, an einem Umfang in Abständen angeordnete, zahnförmige Segmente, die eine ringförmige Stützfläche biüen, vorgesehen sind, daß jedes Segment mit seiner Basis am Gehäuse sitzt, daß ein erster Abschnitt sich im großen und ganzen radial von der Basis aus erstreckt, und ein zweiter Abschnitt im großen und ganzen axial, der das freie Ende bildet, daß jedes Segment in axialer Richtung federnd ausgebildet ist, daß ein Teil des Aussenumfangs des Lagerelements eine Berührungsfläche bildet, daß der eine Teil des ringförmigen Stütz- und Berührungsfläche eine Krümmung hat, die quer und zwar in Richtung der Längsachse der Lagerbohrung des Lagerelements verläuft, und der andere Teil der ringförmigen Stütz- und Berührungsfläche im wesentlichen zylindrisch ist, und zwar ebenfalls in Längsrichtung der Lagerbohrung, und daß zumindest einige der Segmente einen zweiten Abschnitt haben, der im großen und ganzen axial in entgegengesetzter Richtung von dem zweiten Abschnitt der restlichen Segmente verläuft.

2. Zusammenbau nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß jeweils abwechselnde Segmente einen zweiten Abschnitt

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haben, der sich im großen und ganzen axial in entgegengesetzter Richtung zum zweiten Abschnitt des jeweils am Umfang angebrachten, benachbarten Segments erstreckt.

3. Zusammenbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Durchmesser deF ringförmigen Stützfläche geringer . ist als der entsprechende Durchmesser der Berührungsfläche.

4. Zusammenbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Fläche die von den Segmenten gebildete ringförmige Fläche umfaßt, und daß die gekrümmte Fläche den äusseren Umfang des Lagerelements umfaßt.

5. Zusammenbau nach, einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt jedes Segments so ausgebildet ist, daß das freie Ende radial nach innen gerichtet ist.

6. Zusammenbau nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Lagerschild und Segemente aus Blech bestehen.

7. Zusammenbau nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die· Segmente Teil des Lagerschilds eines Motorgehäuses

sind. 309813./.0J.H