DE4010564C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lager nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Lager dieser Gattung ist aus der US 43 18 573 bekannt. Bei dem dort gezeigten Lager sitzt die Lagerbuchse mit Paßsitz in der Bohrung des Stützteils. Die Lagerbuchse ist in einem axialen Endbereich mit Schneidzähnen versehen, die beim Einschieben der Lagerbuchse in das Stützteil in die zylindrische Fläche des Stützteiles einschneiden, um auf diese Weise die Lagerbuchse gegen Verdrehen zu sichern. Auf­ grund der Paßsitzverbindung zwischen der Lagerbuchse und dem Stützteil kann sich die Lagerbuchse an Fehlausrichtungen der Wellen nicht anpassen; dieses Lager besitzt daher keine selbstausrichtenden Eigenschaften.

Aus der DT 23 42 747 A1 ist ein selbstausrichtendes Lager bekannt, bei dem zwischen der Lagerbuchse und dem Stützteil ein elastischer Zwischenring angeordnet ist, der eine An­ passung der Lagerbuchse an Fehlausrichtungen der Welle er­ möglicht. Bei einem Ausführungsbeispiel dieses Lagers ist der Zwischenring an der Außen- und Innenseite mit Kerbver­ zahnungen versehen, die die Lagerbuchse gegen Verdrehen sichern. Die Verwendung eines elastischen Zwischenrings hat jedoch verschiedene Nachteile. Insbesondere gibt der Zwi­ schenring nach einer gewissen Zeit nach, so daß eine posi­ tionsgenaue Lagerung nicht mehr gewährleistet ist. Es kann zu einem Ausschlagen des Lagers kommen, was zu einer ent­ sprechend beschränkten Lebensdauer führt.

Die durch die Erfindung gelöste Aufgabe ist darin zu sehen, ein Lager der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angege­ benen Gattung so weiterzubilden, daß sich die Lagerbuchse selbsttätig an Fehlausrichtungen der Welle anpassen kann, ohne daß dadurch die radiale Belastbarkeit des Lagers merk­ lich beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekenn­ zeichnete Erfindung gelöst.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Lager ist der Bereich der von der Lagerbuchse auf das Stützteil übertragenen La­ gerkräfte auf den Verzahnungsbereich beschränkt, der sich beim Ineinanderschieben von Lagerbuchsenteil und Stützteil ergibt. Das Lagerbuchsenteil kann daher eine beschränkte Kippbewegung ausführen, was eine selbsttätige Anpassung des Lagerbuchsenteils an Fehlausrichtungen der Wellenachse er­ möglicht. Der Verzahnungsbereich, in dem kein elastisches Zwischenteil verwendet wird, kann vergleichsweise große radiale Kräfte aufnehmen, so daß die radiale Belastbarkeit des Lagers nicht leidet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen angegeben.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht des Rotors eines Elektromotors mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Lager,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Buchsenteils des in Fig. 1 gezeigten Lagers;

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in Fig. 4,

Fig. 4 eine Endansicht des Buchsenteils von der rechten Seite in Fig. 3 aus gesehen,

Fig. 5 eine Schnittansicht des Lagers vor der Montage,

Fig. 6 eine der Fig. 5 entsprechende Ansicht nach teil­ weiser Montage,

Fig. 7 eine den Fig. 5 und 6 entsprechende Ansicht des Lagers im montierten Zustand,

Fig. 8 eine Schnittansicht eines anderen Ausführungs­ beispiels des Lagers in vergrößertem Maßstab,

Fig. 9 eine der Fig. 8 entsprechende Ansicht eines wei­ teren Ausführungsbeispiels eines Lagers,

Fig. 10 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungs­ beispiels eines Lagers,

Fig. 11 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungs­ beispiels eines Lagers,

Fig. 12 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungs­ beispiels eines Lagers,

Fig. 13 eine perspektivische Darstellung eines Buchsen­ teils eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Lagers,

Fig. 14 eine Schnittansicht des Lagers mit dem in Fig. 13 gezeigten Buchsenteil.

Ein Elektromotor, in teilweise geschnittener Ansicht ist in Fig. 1 dargestellt. Der Motor­ rotor 10 besteht aus einem Rotorkern und Wicklungen 12 und einem Paar Rotorlagerzapfen 14, 14′. Im Einsatz wird der Elektromotorrotor 10 von Lagern gestützt, die in dem End­ rahmen des Elektromotorgehäuses angeordnet sind.

Zum Zwecke der Darstellung wird nur ein einzelner Endrahmen 16 eines Elektromotorgehäuses in Fig. 1 gezeigt, der ein zylindrisches Stützteil 18 aufweist, das eine ausreichende axiale Abmessung hat, um das selbstausrichtende Buchsenteil 20 aufzunehmen. Das Buchsenteil 20 wird in das Stützteil 18 gedrückt und nimmt den Lagerzapfen 14 auf. Das Buchsenteil 20 ist aus einem Metallwerkstoff hergestellt, wohingegen der Endrahmen 16 aus einem synthetischen Kunststoff oder Metallwerkstoff her­ gestellt sein kann, der weicher ist als der des Buchsenteils.

Die Ausbildung des Buchsenteils 20 geht am besten aus den Fig. 2 bis 7 hervor. Das Buchsenteil 20 besitzt eine allgemein ringförmige zylindrische Form mit einer zylindrischen Außenfläche 22, die ein schmales Band von Vorsprüngen 24 schneidet, die nahe dem Ende 26 angeordnet sind. Das Buchsenteil 20 ist mit einer zylindrischen Bohrung 28 versehen, um drehend den zugehörigen Lagerzapfen aufzu­ nehmen, und weist auch eine Anfassung 30 auf, um das Einsetzen des Lagerzapfens zu erleichtern.

Das schmale Band von Vorsprüngen 24 ist auf einer ringför­ migen Schulter nahe dem Ende 26 ausgebildet und kann durch Rändeln geformt werden, was zu zylindrischen Eintiefungen 32 führt, die zwischen nach außen gerichteten scharfen Schneidzähnen 34 liegen. Die Zähne 34 können auch ausge­ bildet werden, indem Keilnuten in die Schulter geschnitten werden, indem das Schultermetall entfernt wird, und weisen eine Schrägung 35 auf ihren Führungskanten auf.

Das schmale Band von Vorsprüngen 24 bildet nur einen Ab­ schnitt der axialen Länge des Buchsenteils 20, und in einer Ausgestaltung hat es einen Außendurchmesser, der ungefähr 0,38 mm größer ist als der Durchmesser der Lagerfläche 22. Dadurch wird ein Raum zwischen der Lagerfläche 22 und der Wand des Stützteils 18 gebildet, wenn das Lager montiert ist, wie später beschrieben wird.

Die Montage des selbstausrichtenden Lagers wird in den Fig. 5 bis 7 gezeigt. Zur Montage wird das Lagerende 26 mit dem Stützteil 18 wie in Fig. 5 ge­ zeigt ausgerichtet. Ein Preßkolben 36 wird eingesetzt, um das Buchsenteil 20 axial in das Stützteil 18 wie in Fig. 6 gezeigt einzudrücken, und da der Durchmesser der Kanten 34 und Vorsprünge 24 größer ist als der Durchmesser des Stützteils 18, schneiden die Zähne 34 in die Wand einen genauen Sitz, wenn das Buchsenteil voll eingeschoben ist, wie in Fig. 7 gezeigt, und die Schrägung 35 verringert die Bildung von losen Spänen. Der ringförmige Raum 38 zwischen der Lagerfläche 22 und dem Stützteil 18 ergibt sich aus der Tatsache, daß der Durchmesser der Fläche 22 kleiner ist als der Bohrungsdurchmesser. Dies erlaubt eine begrenzte Kippbewegung des Buchsenteils 20 bezüglich des Stützteils, wenn der Rotorzapfen 14 aufgenommen wird, um kleinere Fehlausrichtungen des Stützteils nach der vollständigen Montage auszugleichen, begrenzt jedoch die Fehlausrichtung von Buchsenteil und Stützteil auf einen annehmbaren Bereich, um den Montagevorgang beim Einsetzen der Welle in das Lager zu erleichtern.

Nachdem das Buchsenteil 20 und das Stützteil 18 montiert sind, wird der Lagerzapfen 14 in die Bohrung 28 eingeführt. Während der Montage der Motorendrahmen, wobei nur ein Endrahmen gezeigt ist, richten sich die Buchsenteile an den Lagerzapfen 14, selbst aus, so daß die Mittellinie der Lager sich mit der Mittellinie 40 der Lagerzapfen ausrichtet, sogar, wenn die Mittellinie der Endrahmen-Stützteile zueinander fehlausgerichtet sein sollte.

In Fig. 1 wird die gemeinsame Mittellinie 40 der Lager­ zapfen und der Lager gezeigt, wobei sie zum Zwecke der Darstellung von der Mittellinie 42 des Stützteils 18 winklig verschoben ist, um zu zeigen, wie das Lager Fehlausrichtungen ausgleicht.

Das Positionieren des Buchsenteils 20 in Drehrichtung vor der Montage ist nicht erforderlich und es ist weiter offen­ kundig, daß beträchtliche Herstellungstoleranzen hingenommen werden können. Das Einbetten der Kanten 34 in der Buchsenwandung verhindert ein Drehen des Buchsenteils.

Die Fig. 8 bis 12 zeigen weitere Ver­ sionen von Lagern, und es ist offenkundig, daß die ge­ zeigten Ausgestaltungen die gleichen Vorteile aufweisen wie die in den Fig. 1 bis 7 beschriebenen.

In Fig. 8 weist ein Buchsenteil 40 eine zy­ lindrische Außenfläche 42 auf, und ein ringförmiges Band 44 von größerem Durchmesser als die Fläche 42 weist eine Viel­ zahl von Schneidzähnen 46 auf, die auf dem Außenumfang ausgebildet sind. Die Lagerabstützung, zum Beispiel die Endwand eines Motors, wird bei 50 gezeigt und weist ein zylindrisches Stützteil 52 auf, das normaler­ weise einen Durchmesser hat, der kleiner ist als der Durch­ messer des Bandes 44 und der darauf ausgebildeten Zähne 46. Das Stützteil 52 weist eine Schulter 54 und eine halbkugelige Fläche 56 auf. Die Schulter 54 begrenzt die Fehlausrichtung des Lagers auf einen praktischen Betrag, der während des Montagevorgangs nötig ist, und dient damit einer Funktion ähnlich dem ringförmigen Raum 38 in der vorher erwähnten Ausgestaltung. Bei dem Einpressen des Buchsenteils 40 in das Stützteil 52 schneiden sich 46 in die Wand, und das Buchsenteil wird in das Stützteil geschoben, bis es die Endwand 56, wie gezeigt, erreicht. Die Anlage der Kugelflächen ermöglicht das Selbstaus­ richten des Lagers im Hinblick auf die relativ begrenzte axiale Abmessung des Bandes 44, und die Anlage der Kugelflächen widersteht Axiallasten, die auf das Lager 40 nach links einwirken.

In der Ausgestaltung in Fig. 9 weist das Buchsenteils 58 ein ringförmiges Band 60 auf, wobei die Schneidzähne auf seinem Umfang ausgebildet sind, und das Buchsenteil 58 weist eine mittige konvexe Fläche 62 auf, die symmetrisch in bezug auf die Längsachse des Buchsenteils 58 angeordnet ist. Das Stütz­ teil 64 weist eine zylindrische Buchse 66 und einen konkaven kuge­ ligen Abschnitt 68 auf, wobei das Einsetzen des Buchsenteils 58 in die Bohrung 66 die Endfläche 62 zur Anlage mit der Fläche 68 bringt, was das Selbstausrichten des Lagers ermöglicht und erlaubt, daß Axialkräfte auf das Lager ohne Lagerverschiebung ausgeübt werden können.

Es ist offensichtlich, daß in der Ausgestaltung der Fig. 8 und 9 das ringförmige Band, auf dem die Schneidzähne gebildet sind, nicht an einem Ende des Buchsenteils angeordnet ist wie in der vorher beschriebenen Ausgestaltung. Es soll deutlich gemacht werden, daß solche Endstellung der Schneidzähne nicht nötig ist. Es ist nur nötig, daß der Eingriff zwischen den Schneidzähnen und dem Stützteil von begrenzter Abmes­ sung in Axialrichtung ist, um begrenzte Ausrichtung und Kippen des Buchsenteils zu erlauben. In den Ausgestaltungen der Fig. 8 und 9 wird das Drehen des Buchsenteils durch das Einbetten der Schneidzähne in die Wandung des Stützteils verhindert, und Axialkräften wird wegen der Anlage des Buchsenteils an der Endwand wirksam widerstanden.

In der Ausgestaltung der Fig. 10 weist das Buchsenteil 70 eine zylindrische Außenfläche 72 mit einem Band 74 von größerem Durchmesser auf, das nahe dem Ende des Buchsenteils ausgebildet ist und auf dem die Schneidzähne ausgebildet sind. Das Buchsenteil weist einen Einschnitt in seinem Ende auf, in welchem der konzentrische Vorsprung 76 ausgebildet ist, der eine konvexe Ausbildung aufweist. Die Endwand 78 beinhaltet das Stützteil 80, in welches das Buchsenteil 70 eingedrückt und das Zahnband eingebettet wird. Die Endwandung weist auch einen Buckel auf, in dem eine Gewindebohrung 82 koaxial mit der Achse des Stützteils 80 ausgebildet ist, und eine Schraube 84 zum Einstellen ist in der Gewindebohrung 82 angeordnet und mit einem Ende in Anlage mit dem Vorsprung 76. Auf diese Art kann die axiale Stellung des Buchsenteils 70 sehr genau gesteuert werden, und auf das Buchsenteil 70 wirkende Axialkräfte nach links werden durch die Anlage der Schraube 84 an dem Buchsenteil 70 aufge­ nommen.

Fig. 11 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, wobei das Buchsenteil 86 eine zylindrische Außenfläche 88 und ein Zahnband 90 aufweist. Ein koaxialer Einschnitt 92 ist in dem Ende des Buchsenteils 86 nahe dem Band 90 ausgebildet. Die Endwand 94 weist das Stützteil 96 auf, in welches das Buchsenteil 86 eingedrückt wird, und die Endwand weist einen konvexen Vorsprung 98 auf, welcher in den Einschnitt 92 eingreift, um Axialkräften auf das Lager zu widerstehen und dabei die von dem Lager benötigte begrenzte Kippbewe­ gung und das Selbstausrichten zu ermöglichen.

Fig. 12 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung mit einem Buchsenteil 100, welches eine konische Außenfläche 102 aufweist. Das Buchsenteil 100 weist ein ringförmiges Band 104 auf, auf dessen Außenumfang Schneidzähne ausge­ bildet sind, und das Buchsenteil 100 weist auch eine konzentrische konische Gegenbohrung 106 auf, die das innere Ende des Buchsenteils schneidet. Die Endwand 108 weist das Stützteil 110 mit einer zylindrischen Ausbildung auf, in die das Buchsenteil 100 eingedrückt wird, und die Endwandung weist eine kugel­ förmige konkave Fläche 112 auf, die konzentrisch zur Lagerachse ist. Eine Kugel 114 mit einem Durchmesser entsprechend der Fläche 112 ist zwischen der Fläche 112 und der Gegenbohrung 106, wie gezeigt, angeordnet, und die Kugel 114 macht die Selbstausrichtung des Lagers möglich, wobei darauf ausgeübte Axialkräfte aufgefangen werden.

In den Ausgestaltungen der Fig. 8 bis 12 werden Schub­ kräfte auf die Lager entlang der Lagermittellinie zu der Endwand übertragen, wodurch keine Lagerverschiebung und keine Kraftübertragung verursacht wird, welche Schubbela­ stungen in Winkelabweichungen des Lagers umwandeln und zu Kantenpressung auf die Welle führen würden.

Um die Selbstausrichtung des Lagers ohne wesentliche Ver­ formung des Stützteils zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, daß die axiale Länge des Bandes mit den Schneidzähnen nicht wesentlich größer ist als 50% des Außendurchmessers des Buchsenteils, wobei kleinere Verhältnisse mehr Freiheit zum Ausrichten gewähren, während weichere plastischere Werkstoffe höhere Verhältnisse ermöglichen.

In den vorbeschriebenen Ausgestaltungen der Erfindung sind die Schneidzähne, die auf dem Außenumfang des Buchsenteils 116 ausgebildet sind, auf einem Band relativ begrenzter axialer Abmessung bezüglich der Gesamtlänge des Buchsenteils angeordnet. Es ist zu verstehen, daß die erfinderische Lehre auch in einem Lager 116, wie in Fig. 13 gezeigt, ange­ wendet werden kann, wobei das zylindrische Buchsenteil 118 eine durchgehende Bohrung 120 aufweist und der Außenumfang des Buchsenteils 118 mit einer Vielzahl von Vorsprüngen und Nuten versehen ist, die Schneidzähne 112 des oben be­ schriebenen Typs bilden. Es ist offenkundig, daß die Schneidzähne 122 sich über die gesamte Länge des Buchsenteils 118 erstrecken.

Wie aus Fig. 14 hervorgeht, weist die Stützkonstruktion 124, wie etwa die Stirnwand eines Motors, ein zylindrisches Stützteil 126 auf, welches eine zylindrische Fläche 128 und eine konzentrische Fläche 130 von klei­ nerem Durchmesser aufweist. Die Flächen 128 und 130 sind glatt und zylindrisch. Der Durchmesser der Fläche 130 ist etwas kleiner als der maximale Durch­ messer des Buchsenteils 116, wie er durch die Spitzen der Zähne 122 gebildet ist, während der Durchmesser der Fläche 128 größer ist als der Durchmesser der Zähne 122. Wenn somit das Buchsenteil 116 in das Stützteil 126, wie in Fig. 14 ge­ zeigt, eingeschoben ist, betten sich die Zähne 122 in die Fläche 130, es existiert jedoch ein ringförmiger radialer Zwischenraum zwischen den Zähnen 122 und der Buchsenfläche 128, die einer Funktion ähnlich dem Raum 38 in Fig. 7 dient, um die Fehlausrichtung des Lagers auf den prakti­ schen Betrag zu begrenzen, der während des Montagevorgangs erforderlich ist. Üblicherweise wird das Buchsenteil in sein Stützteil eingesetzt, bis das Buchsenteil 118 gegen die ringförmige Endwand 132 anliegt und es ist offenkundig, daß Winkelabweichungen des Lagers während der Ausrichtung verursachen, daß einige Abschnitte der Endwand des Buchsenteils etwas von der Endwand des Stützteils abrücken. Da die axiale Abmessung der Fläche 130 klein gegenüber dem Außen­ durchmesser des Buchsenteils ist, ist die Selbstausrichtung des Lagers, wie oben beschrieben, erreicht, und es ist verständlich, daß das Grundkonzept der Selbst­ ausrichtung des Lagers in der in Fig. 13 und 14 gezeigten Ausgestaltung das gleiche wie in Fig. 1 bis 7 ist.

Während in der beschriebenen Ausgestaltung die Motorendwandung vor­ zugsweise aus einem synthetischen Kunststoff ge­ formt und weicher als das metallische Buchsenteil ist, ist es zum Beispiel möglich, die Motorendwand aus Metall oder einem anderen Werkstoff auszubilden, der härter ist als das Buchsenteil, und die Schneidzähne in dem Stützteil auszuformen, wobei beim Einsetzen eines Buchsenteils mit zylindrischer Wan­ dung in das Stützteil die Schneidzähne sich in das Buchsenteil ein­ graben und die erzielte Selbstausrichtung identisch mit den anderen oben beschriebenen Ausgestaltungen ist. Solch eine Anordnung wäre ähnlich der in Fig. 14 gezeigten, und die Schneidzähne würden an der Fläche 130 des Stützteils ausgebildet werden.

Claims (6)

1. Lager mit einem Lager-Stützteil, das eine Bohrung mit einer inneren zylindrischen Fläche aufweist, einem Lager-Buchsenteil, das eine äußere zylindrische Fläche und eine Bohrung zur Aufnahme einer Welle aufweist, und auf der zylindrischen Fläche des Stütz- oder Buchsenteils vorgesehenen Schneidzähnen, die beim axialen Ineinanderschieben der beiden Teile in die zylindrische Fläche des jeweils anderen Teils einschneiden, wobei der hierdurch erzeugte Verzahnungseingriff zwischen den beiden Teilen auf eine axiale Länge beschränkt ist, die nicht größer als 50% des Außendurchmessers des Buchsenteils ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Buchsenteil (20; 40; 58; 70; 86; 100; 118) in einem Bereich axial außerhalb des Verzahnungseingriffsbereichs zu dem Stützteil (16; 50; 64; 78; 94; 108; 124) radial beabstandet ist, so daß das Buchsenteil im Zahneingriffbereich eine begrenzte Kippbewegung ausführen kann, um die Achse des Buchsenteils zu der in der Bohrung (28) des Stützteils aufgenommenen Welle (14) selbsttätig auszurichten.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidzähne (34; 36) in einem umfangsförmigen Bandbereich vorgesehen sind.

3. Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidzähne (34; 46) an dem Buchsenteil (20; 40; 58; 70; 86; 100; 118) gebildet sind.

4. Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidzähne am Stützteil gebildet sind.

5. Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützteil (5; 64; 78; 94; 108) zu dem Buchsenteil (40; 58; 70; 86; 100) axial ausgerichtete, Schubkräfte aufnehmende Anschlagmittel (54, 56; 68; 84; 114; 92) aufweist, die am Buchsenteil angreifen, um eine Axialbewegung des Buchsenteils in das Stützteil hinein zu begrenzen.

6. Lager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubkräfte aufnehmenden Anschlagmittel (84; 92; 114) eine konvexe Fläche mit einem Mittelpunkt aufweisen, der auf der Achse des Buchsenteils (40; 58; 70; 86; 100) bzw. des Stützteils (50; 64; 78; 94; 108) liegt.