DE3213418C2

DE3213418C2 -

Info

Publication number: DE3213418C2
Application number: DE3213418A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. 7742 St Georgen De Koletzki; Guenter 7730 Villingen-Schwenningen De Wrobel
Original assignee: Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG
Priority date: 1981-04-14
Filing date: 1982-04-10
Publication date: 1991-12-19
Also published as: DE3213418A1; CH657725A5; US4613778A

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für einen Elektrokleinmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (DE-GM 72 42 371).

Bei solchen Elektrokleinmotoren treten gegeneinander wirkende Axialkräfte auf. Diese Axialkräfte werden vom elektromagnetischen Feld im Luftspalt und, wenn der Motor z. B. einen Axiallüfter antreibt, von der Reaktions kraft der Lüfterflügel erzeugt, gegen welche, je nach Einbaulage, das Rotorgewicht entgegenwirkt.

Der freilaufende Rotor neigt hierdurch zu axialen Schwingungen, die zu störenden Laufgeräuschen führen. Die Laufgeräusche entstehen durch das Anschlagen der Anlaufscheiben, welche der Lebensdauer wegen aus ge härtetem Stahl sind, an der Stirnseite der metallischen Gleitlager. Obwohl sich die auf dem Markt befindlichen Kleinmotoren in ihrer robusten Bauweise im allgemeinen seit langem bewährt haben, gibt es insbesondere bei solchen Motoren, die nach entfeinertem, rationellerem Fertigungsverfahren hergestellt wurden, je nach Einbau lage d. h. Schräglage der Achse einen unruhigen Lauf bzw. häufig ein bestimmtes Geräusch, sogenanntes Axial rattern.

Das Problem ist bei einem Außenläufermotor mit Rotorglocke verschärft.

Dieses Geräusch wird im wesentlichen durch das elektromag netische Feld verursacht, welches durch Unregelmäßig keiten im Luftspalt Vibrationen auch durch axiale Schwin gungen auslöst. Je nach Größe des Axialspieles des Rotors, welches aus fertigungstechnischen Gründen zwischen 0,1 und 0,8 mm liegen kann, und dem Resonanzverhalten des Gerä tes, in welches der Motor eingebaut werden soll, kann es zu untragbarem Geräusch kommen. Um solches zu beseitigen, hat man bereits geräuschdämpfende Elemente gesucht. Eine Lösung dieses Problems ist für Kugellager aus der DE-OS 27 01 205 bekannt.

Eine hinreichend geräuscharme Lagerung bei Gleitlagern kam durch individuelles Zuordnen von 1 mm dicken Stahl scheiben, welche winkelgerecht auf die Wellen aufgepaßt wurden, zustande. Bei großen Stückzahlen (Bandmontage) ist dieses Fertigungsverfahren nicht mehr tragbar.

Eine andere Lösung mit Kombinationsscheiben, bei denen eine lose, die Welle nicht verkratzende, 0,3 mm dicke Stahlscheibe mit Hilfe einer Klebefolie an eine auf der Welle festsitzende Hartgewebescheibe aufgeklebt wurde, bedeutet Aufwand.

Hiermit konnte zwar eine schnellere Montage erreicht werden, aber die Herstellungskosten waren hoch; außerdem trat durch diese Scheibenkombination eine große Geräusch dämmung ein.

Eine weitere Lösung mit sogenannten D-Lochscheiben war eben falls nicht geeignet, weil die profilentsprechende Anfrä sung an der Welle für einen D-förmigen Wellenquerschnitt an dieser Stelle infolge auftretender Längentoleranzen zum Teil im Bereich des Sinterlagers positioniert gewe sen wäre und diese Anordnung zu Frühausfällen geführt hätte. Auch ist die Montage der sogenannten D-Lochscheiben nicht serienfertigungsfreundlich, weil das Auffinden des D-Loches Schwierigkeiten bereitet und die Montagezeit ver längert. Ausführungen mit Verwendung von Druckfedern führten zwar zu einer Herabsetzung des Axialgeräusches, waren jedoch wegen der in einer Produktionsserie auftre tenden sehr unterschiedlichen Reibungsverhältnisse keine zuverlässige Lösung, da die Lebensdauer stark reduziert wird.

Nach dem DE-GM 80 31 361 ist es bekannt, ein teller- oder hülsenartiges, in axialer Richtung federelastisches Dämp fungselement aus Gummi oder einem gummiähnlichen Stoff, dessen eine dem Axiallager zugekehrte Stirnfläche an einer Ringscheibe (Anlaufscheibe) anliegt, auf der Motorachse lose vorzusehen.

Dabei ist nachteilig, daß die Anlaufscheibe nicht drehfest mit der Motorachse verbunden ist, so daß nicht gewährleistet ist, daß die Gleitfläche der Anlaufscheibe auf der Stirnseite des Gleitlagers läuft. Gleitbewegungen an anderen Stellen als zwi schen der Stirnfläche des Gleitlagers und der anliegenden Fläche der Anlaufscheibe führen aber zu u. U. starkem Abrieb am Dämpfungselement und damit zum frühzeitigen Ausfall des La gersystems.

Des weiteren ist in dem DE-GM 72 42 371 ein Elektromotor be schrieben, dessen axiales Rotorspiel mittels Schraubenfeder und Reibscheibe aufgehoben wird. Die Verdrehsicherheit der Schraubenfeder ist dadurch gegeben, daß diese auf konusartige Vorsprünge aufgesteckt wird, indem ihre Enden auf konischen Halteflächen des Rotors bzw. des Reiborgans aufgesetzt sind. Am anderen axialen Ende des Rotors ist eine im Durchmesser re lativ kleine Zwischenreibscheibe zwischen einer mit dem Rotor drehenden und einer ortsfesten Scheibe vorgesehen.

Dadurch, daß bei dieser vorbekannten Lösung die Feder an beiden Enden auf dem Außenkonus eines Rotors bzw. einer Reibscheibe. d. h. auf konischen Halteflächen eines Rotors bzw. eines Reib organs sitzt. bedeutet dies je nach Toleranzen von Federinnen durchmesser und Konusaußendurchmesser eine relativ starke Än derung von Federung bzw. Federkraft und somit auch eine rela tiv unterschiedliche axiale Andruckkraft. Gerade bei Kleinst motoren mit wenig Leistung kann sich das sehr nachteilig be merkbar machen.

Um nun die Reibung zu verringern, auch zu vergleichmäßigen, ist gemäß dieser Druckschrift eine zusätzliche Scheibe mit re lativ kleinen Durchmesser vorgesehen, sonst würde sich die große Federkrafttoleranz noch unterschiedlicher auf die Motor leistung auswirken. Eine solche Zwischenscheibe relativ klei nen Durchmessers hat aber den Nachteil, daß die gleitende Flä che dieser Zwischenscheibe sich in die gegenüberliegende Scheibe einläuft, wobei keine definierte (Soll-) Gleitfläche vorliegt.

Es ist aus der DE-OS 16 13 278 auch bekannt, bei einen Motor verringertes Axialspiel dadurch zu erreichen, daß eine Kalot tenlagerung mit Klemmbrille in einem Lagerschild gehalten wird, wobei eine Anlaufscheibe, am Kalottenlager gleitend, formschlüssig mit einem federnden Kunststoffteil verbunden ist, das sich mit dem Rotor dreht.

Schließlich zeigt das DE-GM 69 07 334 einen Elektrokleinmotor mit Kalottenlagerung, dessen Anlaufscheiben über Sicherungs scheiben in Einstichen der Welle gehaltert sind. Das hier vor gesehene Längsspiel der Welle führt zu unerwünschten Geräu schen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem gattungs gemäßen Kleinmotor axiale Schwingungen unter Einbeziehung bei der Lager oder des ganzen Lagersystems mit möglichst einfachen und leicht montierbaren Mitteln insbesondere auch für kleine Toleranzfelder bei sehr kleinen Motoren zu unterdrücken, so daß sich eine serienfeldfreundliche Fertigungslösung darstellt.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 2. Dadurch wird billig gewährleistet, daß die axialen Gleitflä chen dort liegen, wo Schmiermittel zuverlässig anwesend sind, so daß eine möglichst große Lebensdauer des Lagersystems er reicht wird.

Die drehfeste Verbindung zwischen Motorachse und Anlaufscheibe kann dabei kraft- und/oder formschlüssig erfolgen.

Nach der Erfindung wird die Gleitfläche der Anlaufscheibe auf die Stirnfläche des Gleitlagers gedrückt, und somit sind durch die drehfeste Verbindung der Motorachse mit der Anlaufscheibe die Gleitbewegungen nur zwischen der Stirnfläche des Gleitlagers und der anliegenden Fläche der Anlaufscheibe möglich. Insbesondere werden die durch Axialschwingungen bedingten Geräusche stark herabgesetzt, ohne daß für das Lagersystem mehr Einbauraum zur Verfügung gestellt werden muß.

Außerdem können erfindungsgemäße Ausführungen als Stan dardlager in Serien-Fertigungsstraßen neu eingeführt werden, ohne daß an einem vorhandenen Stator-Montage-Automaten Strukturänderungen vorgenommen werden müssen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung enthalten die Beschreibung und die Unteransprüche.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher be schrieben.

Es zeigt

Fig. 1 abgebrochen den Schnitt einer erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 2 abgebrochen den Schnitt einer anderen erfindungs gemäßen Anordnung,

Fig. 3 abgebrochen den Schnitt AA der in Fig. 2 gezeig ten Anordnung,

Fig. 4 die Draufsicht der Anlaufscheibe einer Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 5 die Seitenansicht der Anlaufscheibe nach Fig. 4,

Fig. 6 die Draufsicht der Anlaufscheibe einer Anord nung nach Fig. 2,

Fig. 7 einen Schnitt durch die Anlaufscheibe nach Fig. 6,

Fig. 8 die Seitenansicht einer Druckfeder.

Fig. 1 zeigt in einer Teilschnittansicht eine erfindungsgemäße Lageranordnung eines Kleinmotors mit einer Motorachse bzw. Welle 1, die in zwei Gleitlagern, vorzugsweise Sintergleitla gern 2, 2′, gelagert ist, die wiederum von einem Lagerrohr 3 umgeben sind. Am Sintergleitlager 2 ist stirnseitig eine An laufscheibe 4, vorzugsweise eine gehärtete Stahlscheibe, ange ordnet, die mit einer die Welle 1 umgebenden Feder 5, die als mehrgängige Schrauben-Druckfeder ausgeführt ist, verbunden ist, welche mit einem der Anlaufscheibe 4 gegenüberliegenden Siche rungsring 6 in Kontakt steht. Das Ende 5′ der Feder 5 ist in die Öffnung des Sicherungsringes 6 einrastbar, wodurch die Anlauf scheibe 4 zwangsläufig mitgenommen wird. Wie nachfolgend noch erläutert, ist die Feder 5 durch Laserstrahlen an der Stahlan laufscheibe 4, ohne daß Beschädigungen an der Lauffläche ent stehen, geschweißt. Dieses Ausführungsbeispiel ist aber nur voll wirksam, wenn die Drehrichtung des Motors in Pfeilrichtung 20 erfolgt. Die Axialbegrenzung in der anderen Richtung ist so ausgeführt, daß eine mit einer Rotorgehäusenabe 8 fest verbun dene zweite Stahlanlaufscheibe 9 an der Stirnseite des Sinter gleitlagers 2′ angeordnet ist. Damit ist sichergestellt, daß die Gleitbewegung garantiert zwischen den ölgetränkten Sinter gleitlagern und den vorzugsweise aus gehärtetem Stahl herge stellten oberflächenvergüteten Anlaufscheiben auch dort erfolgt. Der besseren Verständlichkeit wegen ist in Fig. 1 die Feder 5 in Ansicht dargestellt.

Fig. 2 zeigt eine Teilschnittansicht eines weiteren erfindungs gemäßen Kleinmotors mit Axialpunktlagerung, bei dessen bereits beschriebenem Lagersystem stirnseitig am Sintergleitlager 2 ei ne gehärtete Stahlanlaufscheibe 4 angeordnet ist, die verdreh fest in einen Kuststoffring 10, bestehend z. B. aus Polyamid, eingespritzt ist. Der Kunststoffring 10 weist zur Zwangsmitnahme zwei Nocken 11 auf, zwischen denen der Sicherungsring 6 Form schlüssig angeordnet ist. Zwischen der Stahlscheibe 4 und dem Sicherungsring 6 ist wie in Fig. 3 eine Feder 5 angeordnet, die lose dazwischen sitzt. Diese Lagerung ist weiterhin vorteilhaft ausgebildet, weil der Rotor mit Welle in axialer Richtung nur so weit bewegt werden kann, wie es das Spiel 12, welches vorher bestimmbar ist, zwischen einer Stirnfläche (axialer Anschlag 19) des Kunststoffringes 10 und dem Sicherungsring 6 zuläßt. Das Gegenlager bei Fig. 2 erfolgt über eine an der Stirnseite der Rotorwelle 1 kugelförmig angeschliffene Kuppel, welche mit ei ner Scheibe 15 zusammen ein Punktlager bildet. Die Scheibe 15 besteht vorzugsweise aus Kunststoff mit Notlaufeigenschaften und ist in einer Vertiefung 16 des Zentrierzapfens 17 eines Gußflansches 18 angeordnet.

Fig. 3 zeigt eine Stirnansicht in Pfeilrichtung AA von Fig. 2, bei welcher die Anordnung des Sicherungsringes 6 Zwischen den Nocken 11 und 11′ des Kunststoffringes 10 deut lich erkennbar ist. Wie in gleicher Figur gezeigt nimmt die Welle 1 über den Sicherungsring 6 bei Drehrichtung des Motors in Pfeilrichtung 21 die Anlaufscheibe 4 über den Nocken 11 mit. In Gegenrichtung liegt dann der andere Schenkel des Sicherungsringes 6 an dem Nocken 11′ der Anlaufscheibe 4 an. Die Anordnung ist in beiden Fällen so gewählt, daß durch die Nocken 11 und 11′ die Schenkel des Sicherungsringes zugedrückt werden und daß dadurch eine noch bessere Mitnahme gewährleistet ist.

Fig. 4 zeigt die Draufsicht einer mit einer Feder 5 verbundenen Anlaufscheibe. An den gekennzeichneten Punkten 23 und 23′ ist diese durch Laserstrahlen mit der Stahlscheibe 4 verschweißt. Durch dieses Schweißverfahren ist sichergestellt, daß auf der dem Sintergleitlager zugewandten Seite keine Beschädigungen, welche die Lebensdauer des Lagersystems negativ beeinträchtigen können, auf treten.

Fig. 5 zeigt die gleiche Anlaufscheibe in Seitenansicht, wobei deutlich erkennbar ist, daß eine Dreiviertelwindung 5′ der Fe der 5 an die Stahlanlaufscheibe 4 angelegt ist, damit eine gute Verschweißung beider Teile überhaupt stattfinden kann. Das gegenüberliegende Ende weist die normale Steigung auf zur Einrastung im Schlitz des Sicherungsringes 6.

Fig. 6 und Fig. 7 zeigt die Drauf-und Seitenansicht einer in Fig. 2 beschriebenen Anlaufscheibe. Dabei ist die eigentliche Stahlanlaufscheibe 4 in einen Kunststoffring 10 eingespritzt. Zur besseren Mitnahme ist der Außendurchmesser der Stahlscheibe 4 mit Flächen versehen. An der gegenüberliegenden Seite des Kunststoff ringes 10 sind die beiden Nocken 11 und 11′ ange spritzt. Die Mitnahmeflächen sind nicht dargestellt, Sie sind Ausnehmungen oder Abflachungen am kreis förmigen Außenrand der Scheibe 4, so daß die Mitnah meflächen von der Länge der Ausnehmungen oder Abfla chungen und der Dicke der Scheibe 4 gebildet werden. Der Kunststoffring 10 umgreift die Stahlscheibe 4 an diesem Außenrand. Zum zuverlässigen Einspritzen der Scheibe 4 sind ihren Rand umgreifende Vorsprünge 101 vorgesehen, die axial vorragen. Deshalb sind die Lager 2, 2′ an der Stirnseite radial außen umlaufend mit Ausnehmungen 22 versehen, die radial und axial so groß sind, daß die Vorsprünge 101 darin ohne die Gefahr des Streifens rotieren können, wie die Fig. 2 anschaulich zeigt. Dadurch ist ohne zusätzlichen Einbauraum oder ohne größere Lagerabmessung eine vorteilhafte Realisierung der Erfindung möglich.

Fig. 8 zeigt die Seitenansicht einer normalen Druck feder 5 mit einseitig angelegten Windungen, wie sie bei Verwendung von Anlaufscheiben 4, wie in Posi tion 6 und 7 dargestellt, verwendet werden.

Die Welle 1 der Fig. 1 hat einen Durchmesser von 4 mm. Der Innendurchmesser der Scheibe 4 ist um wenige 1/100 mm größer als dieser Wellendurchmesser, z. B. um 0,03 mm, so daß ein enger Spielsitz zwischen Welle 1 und dem Loch der Scheibe 4 mit relativer Toleranz von ca. 1% besteht.

In Fig. 5 wirkt die Feder 5 und in Fig. 7 das Ring teil 10 als Mitnehmer 7, 7A hinsichtlich der Rotation der Welle 1 für die Scheibe 4, wobei die Feder 5 zusätz lich den Längenausgleich der Toleranzen (Axialspiel = 0) besorgt.

Claims

1. Lageranordnung für einen Elektrokleinmotor mit Gleitlagern und mit einer stehenden oder rotierenden Motorachse und mit wenigstens einer stirnseitig an einem der Gleitlager axial gestützten Axiallagerung, wobei über ein Element eine mit der Motorachse drehfest verbundene Fläche axial gegen eine Stirnfläche des Lagersystems drückbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die drehfest verbundene Gleit fläche axial gegen die Stirnfläche eines Gleitlagers an laufend drückbar ist, indem die Gleitfläche zu einer Anlaufscheibe (4) gehört, die in ein als Kunststoffteil (70) ausgebildetes Element integriert ist und über Nocken (11, 11′) drehfest mit der Motorachse (7) verbunden ist.

2. Lageranordnung für einen Elektrokleinmotor mit Gleitlagern und mit einer stehenden oder rotierenden Motorachse und mit wenigstens einer stirnseitig an einem der Gleitlager axial gestützten Axiallagerung, wobei über ein Element eine mit der Motorachse drehfest verbundene Fläche axial gegen eine Stirnfläche des Lagersystems drückbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die drehfest verbundene Gleit fläche axial gegen die Stirnfläche eines Gleitlagers an laufend drückbar ist, indem das als Feder (5) ausgebildete Element mit einer Anlaufscheibe (4) durch Schweißen mit der Motorachse drehfest verbunden ist und diese durch das Federelement unmittelbar gegen die Stirnfläche drückbar ist.

3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Element eine Schrauben feder (5) ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (5) eine weiche Kennlinie aufweist.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Element kraft- und/ oder formschlüssig mit der Anlaufscheibe verbunden ist.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die drehfeste Verbindung über einen Sicherungsring (6) auf der Motorachse (1) erfolgt.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaufscheibe (4) durch Mitnehmer (Nocken 11, 11′) formschlüssig mit der Motorachse verbindbar ist.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Federweg (12) der Feder (5) durch einen axialen Anschlag (19) begrenzt ist.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (5) an einem ersten Ende mit der Anlaufscheibe (4) verbunden und am anderen Ende mit dem Sicherungsring (6) verrastet ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ersten Ende der Feder (5) eine Dreiviertelwindung zur Anlage an der Anlaufscheibe (4) angelegt ist und das gegen überliegende Ende der durchgehenden Steigung entsprechend ausläuft, wobei dieses zwischen den beiden Schenkeln des omegaförmigen, radial federnden Sicherungsringes (6) ein rastet und von Welle (1) und Sicherungsring (6) mitnehmbar ist.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (5) entgegen der Drehrichtung des Motors gewickelt ist.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaufscheibe (4) in das Kunst stoffteil (10) eingespritzt ist, welches zur Kraftüber tragung vorstehende Nocken (11, 11′) aufweist, die vom Sicherungsring (6) in beiden Drehrichtungen mitgenommen werden können.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffteil (1a) die Anlaufscheibe (4) umgreift und dort mit diesem ringartigen Teil in Ausnehmungen (22) im Bereich der radialen Außenkanten der im übrigen wesentlich hohlzylindrischen Gleitlager (2, 2′) eintaucht.

14. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn zeichnet durch die Verwendung in einem koaxial angetrie benen, axial kompakten Axialventilator.

15. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei mit der Motorachse drehfest verbundene Gleitflächen (der Anlaufscheiben 4, 9) von einem Element (5, 10) gegen die Stirnseiten von zwei Gleitlagern (2, 2′) drückbar sind.

16. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Verwendung in Innen- oder Außenläufermotoren.

17. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß durch die lose eingelegte Feder (5) die Axialluft weg nehmbar ist.