WO2014075669A1 - Lageranordnung zur lagerung eines wellenabschnitts, insbesondere bei einem innenläufermotor - Google Patents

Lageranordnung zur lagerung eines wellenabschnitts, insbesondere bei einem innenläufermotor Download PDF

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WO2014075669A1
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Alexander Reimchen
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2380/00—Electrical apparatus
    • F16C2380/26—Dynamo-electric machines or combinations therewith, e.g. electro-motors and generators

Definitions

  • Bearing arrangement for supporting a shaft section, in particular in a
  • the invention relates to a bearing arrangement for two-sided mounting of a shaft section according to the preamble of the invention. It is particularly advantageous for an internal rotor motor. Background of the invention
  • an electric motor which has an internal rotor which sits on a shaft section.
  • the shaft section is mounted in a deep groove ball bearing, which sits with its outer ring in a corresponding bore of a housing element.
  • the outer ring is fixed axially via an annular shoulder of the housing element, on which the outer ring is present with an end face.
  • the bearing outer ring is secured on its side facing away from the annular shoulder via an axial securing ring, which sits in an annular groove in that housing element.
  • the invention has for its object to provide a bearing assembly for a E- lektromotor, which is characterized by a cost-effective design and advantageous mechanical performance. Description of the invention
  • a first rolling bearing having a first bearing inner race and a first bearing outer race
  • a second rolling bearing axially spaced from the first rolling bearing and having a second bearing inner race and a second bearing outer race
  • Both the first bearing inner ring, and the second bearing inner ring are fixed axially relative to the shaft portion at least in an axial direction
  • Both the first bearing outer ring and the second bearing outer ring are guided axially displaceably in the respective housing element, and
  • a plate spring is anchored axially on both the first bearing outer ring and the second bearing outer ring, which supports the respective bearing outer ring in the axial direction resiliently to the respective housing element and biases the respective rolling bearing.
  • the two rolling bearings are designed as deep groove ball bearings.
  • bearings can be designed as a permanently lubricated, sealed bearings.
  • axial load acts in the thrust direction forward rolling bearing as a bearing, the other bearings is under the retained by his diaphragm spring residual stress.
  • the anchoring of the respective plate spring on the associated bearing outer ring takes place according to a particularly preferred embodiment of the invention via a circumferential groove which is formed in the respective bearing outer ring in the form of a narrow groove.
  • the width of the recess is slightly larger than the sheet thickness of the plate spring, so that the engaging in the circumferential groove inner claws of the plate spring in the groove can perform a certain tilting movement.
  • the outer edges of the circumferential groove can be easily broken, ie chamfered to reduce the local surface pressure in the corresponding contact zones with the inner claws.
  • the inner peripheral edges of the inner claws which may be present on the groove bottom of the circumferential groove, may also be slightly rounded in order to allow a gentle tilting of the inner claws in the circumferential groove.
  • the axial displacement of the respective bearing outer ring is preferably limited by an integrally formed with the respective housing element stop structure.
  • the stop structure may be formed by an annular shoulder, which adjoins the seating area of the bearing outer ring and forms a contact surface with which the end face of the corresponding bearing outer ring can be brought into abutment.
  • This annular shoulder may form a bore end wall which extends to leave a running gap to the outer wall of the shaft portion.
  • the annular shoulder may also be designed such that it has only one for the realization of the impact has required board height.
  • the annular shoulder can also limit a bore for a shaft seal.
  • the provided for limiting the axial displacement path preferably designed as an annular shoulder stop structure can be formed on at least one, preferably on each housing element.
  • the inventive concept also makes it possible to realize a stop structure via the disk spring inserted into the respective circumferential groove, so that it is also possible to dispense with the formation of a stop structure on the housing element.
  • the constructively provided displacement of the respective bearing outer ring in the housing element is preferably smaller than the spring travel of the acting on the housing element plate spring. This avoids that in the course of the axial displacement a plate spring completely relieved axially and the inventively provided effect of maintaining the axial bias is canceled.
  • the concept according to the invention is implemented in particular during the bearing of the rotor of a motor such that the disk springs act on the bearing outer rings in such a way that they urge the bearing outer rings axially towards each other, ie. each bearing is urged axially towards the rotor by axial spring force engagement on the outer ring.
  • the bearing assembly is preferably constructed so that the rolling bearings on the disc springs at least initially receive a uniform, even when reaching the end positions never completely canceling bias.
  • the at least one-sided axial fixing of the bearing inner rings on the shaft portion is preferably carried out by retaining rings which sit in grooves which are formed in the shaft portion. It is also possible to adjust the axial deflection Support by bushings or rings to be accomplished which are pushed onto the shaft portion and axially support, for example, on the rotor.
  • the respective plate spring is, as will be explained in more detail in connection with the figures, constructed in such a way that it forms a plurality of circumferentially succeeding, radially inwardly penetrating spring claws, and that these spring claws engage in the circumferential groove.
  • the plate spring is preferably also constructed so that the respective plate spring has a top surface with a cone-like ring-like course.
  • the invention ultimately provides an arrangement which allows axial prestressing of deep groove ball bearings and is particularly suitable for the realization of a rotor bearing in electric motors.
  • the arrangement of built-in electric motors deep groove ball bearings is so far as so-called.
  • Fixed and movable bearing solution Fixed and movable bearing solution.
  • the erfindunlice concept a better running behavior of the bearing (noise, life) is achieved by both bearings are axially biased. This makes it possible, even with the occurrence of axial forces, e.g. Drive belt reaction forces, magnetic forces, fan reaction forces, weight forces, etc. at the unloaded bearing to maintain a residual bias.
  • Figure 1 is a simplified axial sectional view illustrating the construction of a bearing assembly according to the invention in an electric motor in an axially balanced loaded state;
  • Figure 2 is a detail view illustrating the axial Abstützung a bearing of the bearing assembly of Figure 1;
  • Figure 3 is an axial sectional view of the bearing assembly of Figure 1 in an axially loaded to the right state.
  • FIG. 4 shows a detailed representation to illustrate the axial support of a bearing of the bearing arrangement according to the invention in an axially loaded state
  • Figure 5 is a perspective view of a equipped with a plate spring deep groove ball bearing
  • FIG. 6 is another, now partially broken perspective
  • Figure 7a is an illustration of a first possible cross-sectional configuration of the spring element
  • Figure 7b is an illustration of a second possible cross-sectional configuration of the spring element
  • Figure 7c is an illustration of a third possible cross-sectional configuration of the spring element.
  • the bearing arrangement comprises a first roller bearing 1, which has a first bearing inner ring 1a and a first bearing outer ring 1b. Furthermore, the bearing arrangement comprises a second roller bearing 2, which is axially spaced from the first roller bearing 1 and has a second bearing inner ring 2a and a second bearing outer ring 2b. These two roller bearings 1, 2 store the already mentioned shaft cut 3 by this in the first bearing inner ring 1 a and the second bearing inner ring 2a sits.
  • the bearing arrangement furthermore comprises a first housing element 4 in which the first bearing outer ring 1 b is seated, and a second housing element 5 in which the second bearing outer ring 2 b is seated.
  • the bearing assembly according to the invention is characterized in that both the first bearing inner ring 1 a, and the second bearing inner ring 2 a are axially fixed at least on one side, and also both the first bearing outer ring 1 a and the second bearing outer ring 2a in the respective housing element 4, 5 sufficiently smoothly axially displaceably guided, wherein both the first bearing outer ring 1 b and the second bearing outer ring 2b each have a plate spring 6, 7 is anchored, which axially supports the respective bearing outer ring 1 b, 2b in the axial direction resiliently to the respective housing element 4, 5 ,
  • the two rolling bearings 1, 2 are designed as deep groove ball bearings, the anchoring of the respective plate spring 6, 7 on the associated bearing outer ring via a circumferential groove 1 c, 2c which is formed in the respective bearing outer ring 1 b, 2b.
  • Each housing element forms a stop structure 5a, 6a, which limits the axial displacement of the respective bearing outer ring 1 b, 2b.
  • the constructively provided displacement of the respective bearing outer ring 1 b, 2 b in the housing element 4, 5 is smaller than that by the structural design of the respective plate spring 6, 7 each feasible spring travel.
  • the disc springs 6, 7 are so attached to the respective bearing outer ring 1 b, 2 b such that they project radially outward beyond its outer peripheral surface.
  • the disc springs 6, 7 engage radially from the outside in the circumferential grooves 1 c, 2c.
  • the inner diameter of the disc springs is thus smaller than the outer diameter of the outer peripheral wall of the bearing outer rings 1 b, 2 b.
  • the disc springs 6, 7 are arranged such that they engage the bearing outer rings 1 b, 2 b such that they the bearing outer rings 1 b, 2 b axially to the seated between the bearings 1, 2 rotor 8 and thus each other to urge.
  • the geran angel is designed so that the rolling bearings 1, 2 initially both act as a floating bearing, however, receive a bias on the disc springs 6, 7.
  • the at least one-sided axial fixing of the bearing inner rings 1 a, 1 b is performed by retaining rings 9, 10 which sit in circumferential grooves 1 1, 12, which are formed in the shaft portion 3.
  • the respective plate spring 6, 7 forms a plurality of circumferentially following, radially inwardly penetrating spring claws 6a, 7a, said spring claws 6a, 7a in each case a circumferential groove 1 c, 2c engage the in the respective bearing outer ring 1 b, 2b is formed.
  • the respective plate spring 6, 7 on a top surface with a conical shell ring-like course.
  • both bearings 1, 2 are located in a "movable bearing position" which is slightly lifted from the respective stop structure 4a, 5a.
  • FIGS 5 and 6 show in the form of a detailed representation of the second rolling bearing 2 of the bearing assembly of Figure 1 in a neutral position.
  • the rolling bearing 2 is designed as a deep groove ball bearing, wherein on the bearing outer ring 2b, a plate spring 7 is attached.
  • the plate spring 7 has a special shape on the inside (compare also FIGS 5 and 6), whereby this spring 7 is much more elastic and can be mounted over the outer diameter of the bearing outer ring 2b until the claws 7a snap into the groove 2c.
  • both bearings 1, 2 have the structure shown here and can thus be biased axially in each case. Both bearings 1, 2 act so initially as a floating bearing.
  • the deep groove ball bearing 2 is designed here as a sealed, permanently lubricated bearing.
  • the seal is accomplished by an inner sealing lip device 2d and an outer sealing lip device 2e. Both sealing lip devices 2d, 2e are anchored to the bearing outer ring 2b.
  • the circumferential groove 2c for supporting the disc spring 7 is located in a circumferential region adjacent to the front ring end face 2f of the bearing outer ring 2b. Between one of the annular end face 2f of the bearing outer ring 2b facing away from the ring end face page 2g and an end face 5b of the axial stop 5a is located in this load condition an annular gap 12 whose measured width in the axial direction corresponds approximately to half the spring travel over which the plate spring 7 is in principle compressible.
  • the plate spring 7 is thus biased “in half” in the state shown and possibly again compressible by a distance which corresponds to the width of the annular gap 12.
  • the plate spring 7 is approximately maximally braced and stands as Cylindrical ring-disk-like flat disc “straight" in the circumferential groove 2c and is also substantially flat against the housing member 5 at.
  • FIG. 4 shows the first roller bearing 1 in a state in which the bearing outer ring 1 b is inserted axially into abutment in the housing member 4.
  • the first rolling bearing 1 acts as a so-called. Fixed bearing.
  • the arrangement is designed so that the disc spring 6 is indeed erected, but not yet completely compressed.
  • Upon reaching the end position shown here remains between the outer end face 1 e of the bearing inner ring 1 a still an axial clearance gap 13 relative to the housing element 4. In the contact region between the housing member 4 and the plate spring 6 there is a certain pressure.
  • the spring element 6 is seated in an axially insignificant gig further than the spring thickness sized groove 1 c.
  • the axial fixing of the bearing inner ring 1 a takes place on one side via the retaining ring 9.
  • a two-sided axial fixing is not required in this arrangement.
  • the plate spring 6, 7 is made of a spring steel material and comprises an annular skirt portion 6b, 7b and a plurality of circumferentially succeeding spring claws 6a, 7a.
  • the spring claws 6a, 7a are formed so that between larger spring claws larger window sections remain.
  • the spring characteristic of the respective plate spring 6, 7 can be precisely tuned in conjunction with further structural features.
  • the plate spring 6, 7 forms here an upper and a lower lateral surface M1, M2.
  • the lateral surfaces M1, M2 extend on mutually parallel conical surfaces.
  • FIG. 6 the construction of the roller bearings 1, 2 designed as deep groove ball bearings and equipped with spring elements 6, 7 is further illustrated.
  • a groove 1 c, 2 c is formed on the bearing outer ring 1 b, 2 b in a peripheral area adjacent to the end face 1 f, 2f.
  • the plate spring 6, 7 is mounted, with which an axial bias on the bearing 1, 2 is generated.
  • FIGS. 7a, 7b and 7c further illustrate possible cross-sectional configurations of the spring elements 6, 7.
  • the illustration according to FIG. 7a again shows the cross section of a spring element 6, 7 which in its construction corresponds to the spring used in the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 6. derettin 6, 7 corresponds.
  • both the spring claws 6a, 7a and the annular skirt section 6b, 7b are designed to be cranked in axial section as can be seen. It is both possible to introduce the inner ends of the spring claws 6a, 7a substantially perpendicular to the circumferential groove of the associated bearing ring and to reduce the surface wear in the region of the spring element 6, 7 axially supporting contact surface.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Support Of The Bearing (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

Die Erfindung betriff eine Lageranordnung zur beidseitigen Lagerung eines Wellenabschnitts, mit einem ersten Wälzlager (1) das einen ersten Lagerinnenring (1a) und einen ersten Lageraußenring (1b) aufweist, einem zweiten Wälzlager (2) das von dem ersten Wälzlager axial beabstandet ist und einen zweiten Lagerinnenring (2a) und einen zweiten Lageraußenring (2b) aufweist, einem Wellenabschnitt (3) der in dem ersten Lagering und dem zweiten Lagering sitzt, einem ersten Gehäuseelement (4), in welchem der erste Lageraußenring sitzt, und einem zweiten Gehäuseelement (5) in welchem der zweite Lageraußenring sitzt. Erfindungsgemäß zeichnet sich diese Lageranordnung dadurch aus, dass sowohl der erste Lagerinnenring, als auch der zweite Lagerinnenring gegenüber dem Wellenabschnitt zumindest in eine Axialrichtung axial festgelegt sind, sowohl der erste Lageraußenring als auch der zweite Lageraußenring in dem jeweiligen Gehäuseelement axial verschiebbar geführt ist, und sowohl am ersten Lageraußenring als auch am zweiten Lageraußenring jeweils eine Tellerfeder (6, 7) axial verankert ist, die den jeweiligen Lageraußenring in Axialrichtung federnd an dem jeweiligen Gehäuseelement abstützt und das jeweilige Wälzlager vorspannt.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Lageranordnung zur Lagerung eines Wellenabschnitts, insbesondere bei einem
Innenläufermotor
Beschreibung
Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung zur zweiseitigen Lagerung eines Wellenabschnitts nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 , und sie ist insbesondere vorteilhaft bei einem Innenläufermotor realisierbar. Hintergrund der Erfindung
Aus der WO 03/012959 A2 ist ein Elektromotor bekannt, der einen Innenläufer aufweist welcher auf einem Wellenabschnitt sitzt. Der Wellenabschnitt ist in einem Rillenkugellager gelagert, das mit seinem Außenring in einer entspre- chenden Bohrung eines Gehäuseelements sitzt. In diesem Gehäuseelement ist der Außenring über eine Ringschulter des Gehäuseelements axial festgelegt, an welcher der Außenring mit einer Stirnseite ansteht. Zudem ist der Lageraußenring auf seiner der Ringschulter abgewandten Seite über einen Axialsicherungsring gesichert, die in einer Ringnut in jenem Gehäuseelement sitzt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung für einen E- lektromotor zu schaffen, die sich durch einen kostengünstigen Aufbau und ein vorteilhaftes mechanisches Betriebsverhalten auszeichnet. Beschreibung der Erfindung
Die vorangehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lageranordnung zur beidseitigen Lagerung eines Wellenabschnitts, mit:
- einem ersten Wälzlager, das einen ersten Lagerinnenring und einen ersten Lageraußenring aufweist,
- einem zweiten Wälzlager, das von dem ersten Wälzlager axial beabstandet ist und einen zweiten Lagerinnenring und einen zweiten Lageraußenring aufweist,
- einem Wellenabschnitt der in dem ersten Lagering und dem zweiten Lagering sitzt,
- einem ersten Gehäuseelement, in welchem der erste Lageraußenring sitzt, und
- einem zweiten Gehäuseelement in welchem der zweite Lageraußenring sitzt, wobei:
- sowohl der erste Lagerinnenring, als auch der zweite Lagerinnenring gegenüber dem Wellenabschnitt zumindest in eine Axialrichtung axial festgelegt sind,
- sowohl der erste Lageraußenring als auch der zweite Lageraußenring in dem jeweiligen Gehäuseelement axial verschiebbar geführt sind, und
- sowohl am ersten Lageraußenring als auch am zweiten Lageraußenring jeweils eine Tellerfeder axial verankert ist, die den jeweiligen Lageraußenring in Axialrichtung federnd an dem jeweiligen Gehäuseelement abstützt und das jeweilige Wälzlager vorspannt.
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, bei einem Elektromotor mit einem als Innenläufer ausgeführten Rotor beide Lager axial vorzuspannen, wobei je nach Richtung einer am Rotor angreifenden Axiallast jeweils das in Schubrichtung vorne liegende Lager als Festlager wirkt und auch das sich hier- bei zum Loslager wandelnde hintere Lager nicht vollständig axial entlastet wird. Durch dieses Konzept wird bei moderatem Bauaufwand ein schlupffreier Lauf der Wälzkörper des„ in Lastrichtung hinteren Lagers" und damit eine vorteilhafte Laufcharakteristik erreicht. Auch bei fortgeschrittenem Lagerverschleiß wird auf vorteilhafte Weise noch über einen langen Bet ebszeitraum das Lagerspiel kompensiert und einer unerwünschten Laufgeräuschemission vorgebeugt. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Wälzlager als Rillenkugellager ausgeführt. Diese Wälzlager können als dauergeschmierte, abgedichtete Lager ausgeführt sein. Je nach Richtung einer ggf. an dem Wellenabschnitt angreifenden Axiallast wirkt das in Schubrichtung vorne liegenden Wälzlager als Festlager, das andere Wälzlager steht unter der durch seine Tellerfeder aufrecht erhaltenen Restspannung.
Die Verankerung der jeweiligen Tellerfeder an dem zugeordneten Lageraußenring erfolgt gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung über eine Umfangsnut die in dem jeweiligen Lageraußenring in Form ei- nes schmalen Einstichs ausgebildet ist. Die Breite des Einstichs ist geringfügig größer als die Blechdicke der Tellerfeder, so dass die in die Umfangsnut eingreifenden Innenkrallen der Tellerfeder in der Nut eine gewisse Kippbewegung ausführen können. Die Außenkanten der Umfangsnut können leicht gebrochen, d.h. angefast ausgeführt werden um die lokale Flächenpressung in den ent- sprechenden Kontaktzonen mit den Innenkrallen zu reduzieren. Auch die am Nutboden der Umfangsnut ggf. anstehenden Innenumfangskanten der Innenkrallen können leicht gerundet ausgebildet werden um ein sanftes Kippen der Innenkrallen in der Umfangsnut zu ermöglichen. Der axiale Verschiebeweg des jeweiligen Lageraußenringes wird vorzugsweise durch eine integral mit dem jeweiligen Gehäuseelement gebildete Anschlagstruktur begrenzt. Die Anschlagstruktur kann dabei durch eine Ringschulter gebildet sein, welche sich an den Sitzbereich des Lageraußenringes anschließt und eine Anlagefläche bildet, mit welcher die Stirnseite des entsprechenden Lageraußenringes zur Anlage gebracht werden kann. Diese Ringschulter kann eine Bohrungsstirnwand bilden die sich unter Belassung eines Laufspaltes bis an die Außenwandung des Wellenabschnitts erstreckt. Die Ringschulter kann auch so ausgebildet sein, dass diese nur eine für die Realisierung der An- schlagwirkung erforderliche Bordhöhe aufweist. Weiterhin kann die Ringschulter auch eine Bohrung für einen Wellendichtring begrenzen. Anstelle einer als Anschlag fungierenden, mit dem jeweiligen Gehäuseelement integralen Struktur ist es auch möglich den Axialanschlag durch angebaute Strukturen, oder insbesondere durch einen Wellensicherungsring zu bewerkstelligen.
Die zur Begrenzung des axialen Verschiebweges vorgesehene, vorzugsweise als Ringschulter ausgebildete Anschlagstruktur kann an wenigstens einem, vorzugsweise an jedem Gehäuseelement ausgebildet werden. Das erfin- dungsgemäße Konzept macht es grundsätzlich auch möglich, über die in die jeweilige Umfangsnut eingesetzte Tellerfeder eine Anschlagstruktur zu realisieren, so dass an sich auch auf die Ausbildung einer Anschlagstruktur an dem Gehäuseelement verzichtet werden kann. Der konstruktiv vorgesehene Verschiebeweg des jeweiligen Lageraußenringes in dem Gehäuseelement ist vorzugsweise kleiner als der Federweg der an dem Gehäuseelement angreifenden Tellerfeder. Hierdurch wird vermieden, dass im Zuge der axialen Verlagerung eine Tellerfeder vollständig axial entlastet und der erfindungsgemäß vorgesehene Effekt der Aufrechterhaltung der axialen Vorspannung aufgehoben wird.
Das erfindungsgemäße Konzept wird insbesondere bei der Lagerung des Rotors eines Motors so umgesetzt, dass die Tellerfedern derart an den Lageraußenringen angreifen, dass diese die Lageraußenringe axial aufeinander zu drängen, d.h. jedes Lager durch axialen Federkraftangriff am Außenring axial zum Rotor hin gedrängt wird. Insgesamt wird die Lageranordnung vorzugsweise so aufgebaut, dass die Wälzlager über die Tellerfedern zumindest zunächst eine gleichmäßige, auch bei Erreichen der Endlagen sich niemals vollständig aufhebende Vorspannung erhalten.
Die zumindest einseitige axiale Festlegung der Lagerinnenringe an dem Wellenabschnitt erfolgt vorzugsweise durch Sicherungsringe die in Nuten sitzen die in den Wellenabschnitt eingeformt sind. Es ist auch möglich, die axiale Ab- Stützung durch Buchsen oder Ringe zu bewerkstelligen die auf den Wellenabschnitt aufgeschoben sind und sich beispielsweise am Rotor axial stützen.
Die jeweilige Tellerfeder ist wie in Verbindung mit den Figuren noch weiter ver- deutlicht werden wird so aufgebaut, dass diese mehrere in Umfangsrichtung abfolgende, radial einwärts vordringende Federkrallen bildet, und dass diese Federkrallen in die Umfangsnut eingreifen. Die Tellerfeder ist dabei vorzugsweise auch so aufgebaut, dass die jeweilige Tellerfeder eine Deckfläche mit einem Kegelmantelring-artigen Verlauf aufweist.
Die Erfindung schafft letztlich eine Anordnung die eine axiale Vorspannung von Rillenkugellagern ermöglicht und eignet sich insbesondere für die Realisierung einer Rotorlagerung bei Elektromotoren. Die Anordnung der in Elektromotoren verbauten Rillenkugellager erfolgt bislang als sog. Fest- und Loslagerlösung. Durch das erfindungemäße Konzept wird ein besseres Laufverhalten der Lager (Geräusch, Lebensdauer) erreicht indem beide Lager axial vorgespannt werden. Dadurch wird es möglich, auch bei Auftreten von Axialkräften, z.B. Antriebsriemenreaktionskräften, Magnetkräften, Lüfterreaktionskräften, Gewichtskräften etc. am entlasteten Lager eine Restvorspannung aufrecht zu erhalten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. Da- bei zeigen:
Figur 1 eine vereinfachte Axialschnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Lageranordnung bei einem Elektromotor in einem axial ausgeglichen belasteten Zu- stand;
Figur 2 eine Detaildarstellung zur Veranschaulichung der axialen AbStützung eines Lagers der Lageranordnung nach Figur 1 ; Figur 3 eine Axialschnittdarstellung der Lageranordnung nach Figur 1 in einem axial nach rechts belasteten Zustand;
Figur 4 eine Detaildarstellung zur Veranschaulichung der axialen Abstüt- zung eines Lagers der erfindungsgemäßen Lageranordnung in axial belastetem Zustand;
Figur 5 eine perspektivische Darstellung eines mit einer Tellerfeder bestückten Rillenkugellagers;
Figur 6 eine weitere, nunmehr teilweise aufgebrochene perspektivische
Darstellung des mit einer Tellerfeder bestückten Rillenkugellagers nach Figur 5;
Figur 7a eine Darstellung einer ersten möglichen Querschnittsgestaltung des Federelementes;
Figur 7b eine Darstellung einer zweiten möglichen Querschnittsgestaltung des Federelementes;
Figur 7c eine Darstellung einer dritten möglichen Querschnittsgestaltung des Federelementes.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die Darstellung nach Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Lageranordnung zur beidseitigen Lagerung eines Wellenabschnitts 3. Die Lageranordnung um- fasst dabei ein erstes Wälzlager 1 , das einen ersten Lagerinnenring 1 a und einen ersten Lageraußenring 1 b aufweist. Weiterhin umfasst die Lageranordnung ein zweites Wälzlager 2, das vom ersten Wälzlager 1 axial beabstandet ist und einen zweiten Lagerinnenring 2a und einen zweiten Lageraußenring 2b aufweist. Diese beiden Wälzlager 1 , 2 lagern den schon genannten Wellenab- schnitt 3 indem dieser in dem ersten Lagerinnenring 1 a und dem zweiten Lagerinnenring 2a sitzt.
Die Lageranordnung umfasst weiterhin ein erstes Gehäuseelement 4 in wel- ehern der erste Lageraußenring 1 b sitzt, und ein zweites Gehäuseelement 5 in welchem der zweite Lageraußenring 2b sitzt. Die erfindungsgemäße Lageranordnung zeichnet sich dadurch aus, dass sowohl der erste Lagerinnenring 1 a, als auch der zweite Lagerinnenring 2a zumindest einseitig axial festgelegt sind, und zudem sowohl der erste Lageraußenring 1 a als auch der zweite Lagerau- ßenring 2a in dem jeweiligen Gehäuseelement 4, 5 hinreichend leichtgängig axial verschiebbar geführt sind, wobei sowohl am ersten Lageraußenring 1 b als auch am zweiten Lageraußenring 2b jeweils eine Tellerfeder 6, 7 verankert ist, die den jeweiligen Lageraußenring 1 b, 2b in Axialrichtung federnd an dem jeweiligen Gehäuseelement 4, 5 axial abstützt.
Die beiden Wälzlager 1 , 2 sind als Rillenkugellager ausgeführt, die Verankerung der jeweiligen Tellerfeder 6, 7 an dem zugeordneten Lageraußenring erfolgt über eine Umfangsnut 1 c, 2c die in dem jeweiligen Lageraußenring 1 b, 2b ausgebildet ist. Jedes Gehäuseelement bildet eine Anschlagstruktur 5a, 6a, die den axialen Verschiebeweg des jeweiligen Lageraußenringes 1 b, 2b begrenzt. Der konstruktiv vorgesehene Verschiebeweg des jeweiligen Lageraußenringes 1 b, 2b in dem Gehäuseelement 4, 5 ist kleiner als der durch den konstruktiven Aufbau der jeweiligen Tellerfeder 6, 7 jeweils realisierbare Federweg. Die Tellerfedern 6, 7 sind so an den jeweiligen Lageraußenring 1 b, 2b derart ange- setzt, dass diese radial nach außen über dessen Außenumfangsfläche überstehen. Die Tellerfedern 6, 7 greifen radial von außen her in die Umfangsnuten 1 c, 2c ein. Der Innendurchmesser der Tellerfedern ist also geringer als der Außendurchmesser der Außenumfangswandung der Lageraußenringe 1 b, 2b. Wie aus der Darstellung erkennbar, sind die Tellerfedern 6, 7 derart angeordnet, dass diese an den Lageraußenringen 1 b, 2b derart angreifen, dass diese die Lageraußenringe 1 b, 2b axial zu dem zwischen den Lagern 1 , 2 sitzenden Rotor 8 und damit aufeinander zu drängen. Wie weiter erkennbar ist die La- geranordnung so ausgelegt ist, dass die Wälzlager 1 , 2 zunächst beide als Loslager fungieren, die jedoch über die Tellerfedern 6, 7 eine Vorspannung erhalten. Die zumindest einseitige axiale Festlegung der Lagerinnenringe 1 a, 1 b erfolgt durch Sicherungsringe 9, 10 die in Umfangsnuten 1 1 , 12 sitzen, die in den Wellenabschnitt 3 eingeformt sind. Die jeweilige Tellerfeder 6, 7 bildet mehrere in Umfangsrichtung abfolgende, radial einwärts vordringende Federkrallen 6a, 7a, wobei diese Federkrallen 6a, 7a in jeweils eine Umfangsnut 1 c, 2c eingrei- fen die im jeweiligen Lageraußenring 1 b, 2b ausgebildet ist. Wie erkennbar weist die jeweilige Tellerfeder 6, 7 eine Deckfläche mit einem kegelmantelringartigen Verlauf auf. Bei der hier gezeigten Darstellung befinden sich beide Lager 1 , 2 in einer leicht von der jeweiligen Anschlagstruktur 4a, 5a abgehobenen „Loslager-Stellung".
Die Darstellung nach Figur 2 zeigt in Form einer Detaildarstellung das zweite Wälzlager 2 der Lageranordnung nach Figur 1 in einer Neutralstellung. Wie erkennbar ist das Wälzlager 2 als Rillenkugellager ausgeführt, wobei an dessen Lageraußenring 2b eine Tellerfeder 7 angebracht ist. Die Tellerfeder 7 hat am Innenbereich eine besondere Form (vgl. auch Figuren 5 und 6), wodurch diese Feder 7 deutlich elastischer wird und so über den Außendurchmesser des Lageraußenringes 2b montiert werden kann, bis die Krallen 7a in die Nut 2c einschnappen. Bei der Anordnung nach Figur 1 haben beide Lager 1 , 2 den hier gezeigten Aufbau und können damit jeweils für sich axial vorgespannt werden. Beide Lager 1 , 2 fungieren damit zunächst als Loslager .
Das Rillenkugellager 2 ist hier als abgedichtetes, dauergeschmiertes Lager ausgeführt. Die Abdichtung wird durch eine innere Dichtlippeneinrichtung 2d und eine äußere Dichtlippeneinrichtung 2e bewerkstelligt. Beide Dichtlippen- einrichtungen 2d, 2e sind am Lageraußenring 2b verankert. Die Umfangsnut 2c zur Abstützung der Tellerfeder 7 befindet sich in einem der vorderen Ringstirnseite 2f des Lageraußenringes 2b benachbarten Umfangsbereich. Zwischen einer der Ringstirnseite 2f des Lageraußenringes 2b abgewandten Ringstirn- seite 2g und einer Stirnfläche 5b des Axialanschlags 5a befindet sich in diesem Belastungszustand ein Ringspalt 12 dessen in Axialrichtung gemessene Weite in etwa dem halben Federweg entspricht über welchen die Tellerfeder 7 prinzipiell stauchbar ist. Die Tellerfeder 7 ist also in dem gezeigten Zustand „zur Hälfte" vorgespannt und ggf. nochmals um eine Strecke stauchbar die der Weite des Ringspalts 12 entspricht. Sobald also die Stirnfläche 2g an der Anschlagfläche 5b ansteht ist die Tellerfeder 7 annähernd maximal verspannt und steht als zylinderringscheibenartige flache Scheibe„gerade" in der Umfangsnut 2c und liegt zudem im wesentlichen flach an dem Gehäuseelement 5 an.
In Figur 3 ist die erfindungsgemäße Lageranordnung in einem Zustand dargestellt, in welchem an dem Wellenabschnitt 3 eine in der Darstellung nach rechts gerichtete Axialkraft angreift. Unter der Wirkung dieser Axialkraft wird hier beispielhaft das erste Wälzlager 1 in den Gehäusedeckel 4 bis auf An- schlag eingerückt und die erste Tellerfeder 6 weiter verspannt. Das erste Wälzlager 1 wird damit zum Festlager. Bei zweitem Lager 2 reduziert sich dagegen etwas die durch die zweite Tellerfeder 7 generierte axiale Vorspannung. Sie wird jedoch nicht vollständig aufgehoben und beseitigt damit weiterhin ein etwaiges Spiel der Wälzkörper W2.
Die Darstellung nach Figur 4 zeigt das erste Wälzlager 1 in einem Zustand in welchem der Lageraußenring 1 b bis auf Anschlag in das Gehäuseelement 4 axial eingeschoben ist. In dieser Stellung fungiert das erste Wälzlager 1 als sog. Festlager. Wie erkennbar ist die Anordnung so ausgelegt, dass die Teller- feder 6 zwar weit aufgerichtet ist, jedoch noch nicht völlig flach gestaucht ist. Prinzipiell ist es möglich, den axialen Einschubweg des Lageraußenringes 1 b in das Gehäuseelement 4 auch ausschließlich durch die Tellerfeder 1 zu begrenzen. Bei Erreichen der hier gezeigten Endstellung verbleibt zwischen der äußeren Stirnfläche 1 e des Lagerinnenringes 1 a noch ein axialer Laufspalt 13 gegenüber dem Gehäuseelement 4. Im Kontaktbereich zwischen dem Gehäuseelement 4 und der Tellerfeder 6 herrscht eine gewisse Pressung. Diese bewirkt einen Haftreibungskontakt der als solcher dem Wandern des LagerAu- ßenringes 1 b entgegen wirkt. Das Federelement 6 sitzt in einer axial geringfü- gig weiter als die Federdicke dimensionierten Nut 1 c. Die axiale Festlegung des Lagerinnenringes 1 a erfolgt einseitig über den Sicherungsring 9. Eine zweiseitige axiale Festlegung ist bei dieser Anordnung nicht erforderlich. Aus der perspektivischen Darstellung nach Figur 5 ist der Aufbau einer erfindungsgemäß eingesetzten Tellerfeder 6, 7 weiter ersichtlich. Die Tellerfeder 6, 7 ist aus einem Federstahlmaterial gefertigt und umfasst einen Ringmantelabschnitt 6b, 7b sowie mehrere in Umfangsrichtung abfolgende Federkrallen 6a, 7a. Bei dieser Ausführungsform sind die Federkrallen 6a, 7a so ausgebildet, dass zwischen abfolgenden Federkrallen größere Fensterabschnitte verbleiben. Durch die Abstimmung der Breite der Federkrallen 6a, 7a und der in Umfangsrichtung gemessene Weite der Fensterabschnitte kann in Verbindung mit weiteren Strukturmerkmalen die Federcharakteristik der jeweiligen Tellerfeder 6, 7 präzise abgestimmt werden. Grundsätzlich ist die jeweilige Tellerfeder 6, 7 jedoch so ausgelegt, dass diese axial auf den Lageraußenring 1 b, 2b aufgeschoben werden kann und dann mit ihren Federkrallen 6a, 7a in die Umfangs- nut 1 c, 2c einschnappt.
Die Tellerfeder 6, 7 bildet hier eine obere und eine untere Mantelfläche M1 , M2. Bei der hier gezeigten Ausführungsform erstrecken sich die Mantelflächen M1 , M2 auf zueinander parallelen Kegelflächen.
In der Darstellung nach Figur 6 ist der Aufbau der als Rillenkugellager ausgeführten und mit Federelementen 6, 7 bestückten Wälzlager 1 , 2 weiter veran- schaulicht. Wie erkennbar ist am Lageraußenring 1 b, 2b in einem der Stirnfläche 1 f, 2f benachbarten Umfangsbereich eine Nut 1 c, 2c ausgebildet. In dieser ist die Tellerfeder 6, 7 montiert, mit welcher eine axiale Vorspannung am Lager 1 , 2 erzeugt wird. In den Figuren 7a, 7b und 7c sind mögliche Querschnittsgestaltungen der Federelemente 6, 7 weiter veranschaulicht. Die Darstellung nach Figur 7a zeigt nochmals den Querschnitt eines Federelementes 6, 7 das in seinem Aufbau den bei dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 6 verwendeten Fe- derelementen 6, 7 entspricht. Bei diesem Federelement 6,7 erstrecken sich der Ringmantelabschnitt 6b, 7b sowie die Federkrallen 6a, 7a jeweils auf Kegelmantelflächen. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 7b sind die Federkrallen 6a, 7a wie erkennbar gekröpft ausgebildet. Hierbei wird es möglich, die Innenenden der Federkrallen 6a, 7a im wesentlichen senkrecht in die Umfangsnut des zugeordneten Lagerringes einzuführen. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 7c sind sowohl die Federkrallen 6a, 7a als auch der Ringmantelabschnitt 6b, 7b im Axialschnitt wie erkennbar gekröpft ausgebildet. Hierbei wird es sowohl möglich, die Innenenden der Federkrallen 6a, 7a im wesentlichen senkrecht in die Umfangsnut des zugeordneten Lagerringes einzuführen als auch den Flächenverschleiß im Bereich der das Federelement 6, 7 axial stützenden Anlagefläche zu reduzieren.
Bezugszeichenliste
Wälzlager
a Lagerinnenring
1 b Lageraußenring
1 c Umfangsnut
Wälzlager
a Lagerinnenring
b Lageraußenring
c Umfangsnut
d Dichtlippeneinrichtung
e Dichtlippeneinrichtung
f Ringstirnseite
g Ringstirnseite
3 Wellenabschnitts
Gehäuseelement /-deckel
a Anschlagstruktur
5 Gehäuseelement /- deckel
5a Anschlagstruktur
5b Stirn- / Anschlagfläche
6 Tellerfeder
7 Tellerfeder
6a Federkrallen
7a Federkrallen
8 Rotor
9 Sicherungsring
10 Sicherungsring
12 Ringspalts
13 axialer Laufspalt
M1 Mantelfläche
M2 Mantelfläche
W2 Wälzkörper

Claims

Patentansprüche
Lageranordnung zur beidseitigen Lagerung eines Wellenabschnitts (3), mit:
- einem ersten Wälzlager (1 ) das einen ersten Lagerinnenring (1 a) und einen ersten Lageraußenring (1 b) aufweist,
- einem zweiten Wälzlager
(2) das vom ersten Wälzlager (1 ) axial beabstandet ist und einen zweiten Lagerinnenring (2a) und einen zweiten Lageraußenring (2b) aufweist,
- einem Wellenabschnitt (3) der in dem ersten Lagerinnening (1 a) und dem zweiten Lagerinnenring (2a) sitzt,
- einem ersten Gehäuseelement (4), in welchem der erste Lageraußenring (1 b)sitzt, und
- einem zweiten Gehäuseelement (5), in welchem der zweite Lageraußenring (2b) sitzt,
wobei:
- sowohl der erste Lagerinnenring (1 a), als auch der zweite Lagerinnenring (b) zumindest einseitig axial auf dem Wellenabschnitt
(3) festgelegt sind,
- sowohl der erste Lageraußenring (1 b) als auch der zweite Lageraußenring (2b) in dem jeweiligen Gehäuseelement (4, 5) axial verschiebbar geführt sind, und
- sowohl am ersten Lageraußenring (1 b) als auch am zweiten Lageraußenring (2b) jeweils eine Tellerfeder (6, 7) verankert ist, die den jeweiligen Lageraußenring (1 b, 2b) in Axialrichtung federnd an dem jeweiligen Gehäuseelement (4, 5) abstützt.
Lageranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlager (1 , 2) als Rillenkugellager ausgeführt sind.
Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerung der jeweiligen Tellerfeder (6, 7) an dem zugeordneten La- geraußenring (1 b, 2b) über eine Umfangsnut (1 c, 2c) erfolgt, die in dem jeweiligen Lageraußenring (1 b, 2b) ausgebildet ist.
4. Lageranordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Gehäuseelement (4, 5) eine Anschlagstruktur bildet, die den axialen Verschiebeweg des jeweiligen Lageraußenringes (1 b, 2b) begrenzt.
5. Lageranordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der konstruktiv vorgesehene Verschiebeweg des jeweiligen Lageraußenringes (1 b, 2b) in dem Gehäuseelement (4, 5) kleiner ist als der Federweg der an dem Gehäuseelement (4, 5) angreifenden Tellerfeder (6, 7).
6. Lageranordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfedern (6, 7) derart an den Lageraußenringen (1 b, 2b) angreifen, dass diese die Lageraußenringe (1 b, 2b) axial aufeinander zu drängen. 7. Lageranordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung so ausgelegt ist, dass die Wälzlager (1 , 2) über die Tellerfedern (6,
7) eine Vorspannung erhalten.
8. Lageranordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest einseitige axiale Festlegung der Lagerinnenringe (1 a, 2a) durch Sicherungsringe (9, 10) erfolgt, die in Nuten (1 1 , 12) sitzen, die in den Wellenabschnitt (3) eingeformt sind.
9. Lageranordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Tellerfeder (6, 7) mehrere in Umfangs- richtung abfolgende, radial einwärts vordringende Federkrallen (6a, 7a) bildet, und dass diese Federkrallen (6a, 7a) in die jeweilige Umfangsnut (1 c, 2c) eingreifen.
10. Lageranordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Tellerfeder (6, 7) eine Deckfläche aufweist, die geometrisch auf einem Kegelmantel verläuft.
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