DE102005030871A1

DE102005030871A1 - Lagervorrichtung, Verfahren zur Befestigung einer Lagervorrichtung und elektrische Maschine mit einer Lagervorrichtung

Info

Publication number: DE102005030871A1
Application number: DE102005030871A
Authority: DE
Inventors: Markus Heidrich; Christian Ernst; Yong-Duck Jhee
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-07-01
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2007-01-11
Also published as: KR20080035526A; EP1902508A1; WO2007003512A1; CN101213725A

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Lagervorrichtung für ein Lagerelement (11) einer elektrischen Maschine (30), wobei das Lagerelement (11) in einer zentralen Öffnung (18) eines Haltefederrings (13) und der Haltefederring (13) in einer Aufnahme (21) eines Montageelements (20) mit diesem fest verbindbar ist, welches an der elektrischen Maschine (30) montierbar ist. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass in der Aufnahme (21) des Montageelements (20) mindestens ein Rastmittel (23) vorgesehen ist, mit dem der Haltefederring (13) am Montageelement (20) verrastbar ist. DOLLAR A Es wird ferner ein Verfahren zur Montage einer Lagervorrichtung (10) an einer elektrischen Maschine (30) sowie eine elektrische Maschine (30) mit einer Lagervorrichtung (10) vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Lagervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einem verfahren zur Befestigung einer Lagervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9 und einer elektrischen Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
Elektromotoren bestehen aus gegeneinander drehenden Teilen, z.B. Polgehäuse mit Magneten, Bürstenhalter und Ankerteilen. Es ist bekannt, zu deren Lagerung gesinterte Buchsen oder Kalotten, die mit Öl getränkt sind, als Lager zu verwenden. Diese werden durch elastische Haltefedern in entsprechend geformten Ausnehmungen in Bügeln oder Deckeln gehalten, welche üblicherweise aus Stahl tiefgezogen sind. Die Haltefedern weisen im Innenbereich federnde Elemente auf, die das Lager anpressen und werden im Außenbereich mit den Bügeln bzw. Deckeln fest verbunden. Zur Fixierung der Haltefedern sind verschiedene Verbindungsarten bekannt, die kraftschlüssig, formschlüssig oder reibschlüssig ausgebildet sind, wie z.B. Bajonettverschlüsse, Umformen bzw. Vernieten von Nietzapfen, die durch einen Tiefziehprozess ausgeformt sind, Einpressen und Fixieren am Außendurchmesser in entsprechend geformten Sinterlagersitzen. Die Fixierung muss alle Betriebskräfte, z.B. Schütteln, Lager kräfte etc., aufnehmen können und bei Kalottenlagern auch deren Ausrichtung ermöglichen. Ein Verdrehmoment der Fixierung darf nicht zu gering sein, da dies Einfluss auf das Lagerungsverhalten im Betrieb, etwa Durchdrehen, und damit Geräusche zur Folge hat. Andererseits erschwert ein zu großes Verdrehmoment das Ausrichten der Kalotte.
Bei der Montage des Lagers in den Bügel oder Deckel sind mehrere aufwändige Schritte erforderlich, z.B. Zentrieren, Ausrichten, Nieten, Verdrehen etc., die nacheinander erfolgen müssen. Auch ist meist eine Überprüfung jeder einzelnen Montageoperation notwendig.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Lagervorrichtung für ein Lagerelement einer elektrischen Maschine schlägt vor, in einer Aufnahme eines Montageelements mindestens ein Rastmittel vorzusehen, mit dem ein Haltefederring am Montageelement verrastbar ist. Damit entfällt eine Reihe von aufwändigen Montageschritten. Vorteilhaft ist das oder sind die Rastmittel direkt beim Tiefziehen des Montageelements durch einen Fließprozess aus dem Material gebildet. Insbesondere sind die Rastelemente entgegen der Ausformungsrichtung ausgebildet, indem beispielsweise beim Formungsprozess Material entgegen der Ausformungsrichtung fließt, um die Rastelemente auszubilden. Das oder die Rastmittel ist/sind so ausgebildet, dass sie bei einer Bewegung eines verrasteten Teils, insbesondere des Haltefederrings, entgegen einer Montagerichtung sperren, in der sie auf die elektrische Maschine montierbar sind. Vorteilhaft ergibt sich, dass die Lagervorrichtung in einem einzigen Montageschritt mit der elektrischen Maschine verbindbar ist. Es ist nur eine Montagerichtung notwendig, insbesondere kann eine Drehbewegung vermieden werden. Dabei sind die zumontierenden Elemente, insbesondere Lagerele ment, Haltefederring und Montageelement in einer Art Sandwichbauweise zusammensetzbar und in einem Schritt miteinander und mit der elektrischen Maschine verbindbar. Hiermit ist es möglich, auf ein Ausrichten der Elemente zueinander bei der Montage zu verzichten. Es entfallen Prüfstationen zur Überprüfung von Montageschritten. Die Lagervorrichtung baut kompakt und erfordert nur einen geringen Bauraum bzw. Einbautiefe und ermöglicht daher eine Verkürzung der elektrischen Maschine. Bei der Herstellung des Montageelements, das vorzugsweise als Bügel oder Deckel ausgebildet ist, ist nur ein geringes Tiefziehverhältnis notwendig. Daher ist eine kostengünstige, geringe Materialgüte ausreichend. Weiterhin kann Material eingespart werden. Das Montageelement und auch der Haltefederring weisen einen einfachen Aufbau und eine einfache Geometrie auf, da auf Ausstanzungen und dergleichen verzichtet werden kann. Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung ergibt sich automatisch eine Versteifung des Montageelements.

In einer günstigen Ausgestaltung ist das Rastmittel in eingebautem Zustand einer der elektrischen Maschine zugewandten konkaven Mulde des Montageelements angeordnet. Dadurch ergibt sich eine vorteilhafte Steifigkeit des Montageelements.

In einer vorteilhaft einfachen geometrischen Ausgestaltung weist der Haltefederring an seinem Außenumfang einen in axialer Richtung abstehenden Rand auf, mit der eine Hinterschneidung des Rastmittels untergreifbar ist. Der Haltefederring weist eine einfache, weil ringförmige Geometrie auf.

In einer günstigen Ausgestaltung ist der Rand an eine konkav zum Montageelement ausgebildete Wölbung angeformt. Dies erhöht die Stabilität und die Elastizität des Haltefederrings.

In einer weiteren günstigen Ausgestaltung sind am Haltefederring an der Öffnung zur Aufnahme des Lagerelements innenumfänglich Federzungen angeordnet, die in axialer Richtung geneigt sind, wobei die Federzungen und der außenumfänglich abstehende Rand axial in dieselbe Richtung weisen. Dies ermöglicht eine besonders einfache Montage der Anordnung in Sandwichbauweise.

In einer weiteren günstigen Ausgestaltung ist das Rastmittel an einer zu dem Rastmittel hin gewölbten Sicke angeordnet. Damit kann eine verbesserte Steifigkeit des Montageelements erreicht werden.

In einer weiteren günstigen Ausgestaltung ergibt sich eine vorteilhafte Versteifung des Montageelements, wenn im Bereich des Rands des Haltefederrings im Montageelement eine Vertiefung ausgebildet ist, in die der Haltefederring mit seiner Wölbung eintaucht. Durch die Vertiefung ist weiterhin ein Überpressen des Haltefederrings zum Verrasten mit dem oder den Rastmitteln erleichtert.

Es können wenigstens drei Rastmittel auf einem Radius am Montagelement angeordnet sein. Günstig sind auch umfänglich gleich verteilte sechs Rastmittel. Die Zahl der Rastmittel, deren Ausgestaltung, die Ausgestaltung des haltefederringseitigen Gegenparts des Rastmittels oder der Rastmittel können von einem Fachmann nach Bedarf gestaltet werden.

Es wird ferner ein Verfahren zur Befestigung einer Lagervorrichtung an einer elektrischen Maschine vorgeschlagen, bei dem ein Haltefederring in ein Montagenest an der elektrischen Maschine gelegt wird, ein Lagerelement in eine zentrale Öffnung des Haltefederrings eingelegt wird, ein Montageelement mit seiner Aufnahme über das Lagerelement gelegt wird und das Montageelement axial um eine vorgegebene Strecke in Richtung auf das Montagenest geschoben wird, die ausreicht, um ein Verrasten zwischen Haltefederring und einem oder mehreren Rastmitteln des Montageelements zu bewirken. Es können mehrere bisher einzeln durchzuführende Verfahrensschritte zusammengefasst werden. Die einzelnen Elemente werden zusammengelegt und mit einem einzigen Schritt miteinander verbunden bzw. verrastet. Zugleich kann die Lagervorrichtung an der elektrischen Maschine angeordnet werden. Vorzugsweise wird das Lagerelement am Lagersitz der Welle der elektrischen Maschine zentriert. Durch die elastische Verformung der federnd ausgeführten Innenkontur des Montageelements wird eine ausreichende Haltekraft erzeugt, und der Haltefederring wird sicher in seiner Position fixiert.

In einem günstigen Verfahrensschritt wird die zurückgelegte Strecke des Montageelements oder eine Endposition eines Verschiebemittels, welches die Verschiebung des Montageelements um die Strecke bewirkt, überwacht. Erfolgt die Verschiebung elektropneumatisch, kann dies automatisiert erfolgen und die Endposition eines entsprechenden Verschiebezylinders mit hoher Sicherheit abgefragt werden.

Es wird ferner eine elektrische Maschine mit einer Lagervorrichtung vorgeschlagen, in der ein Lagerelement mit einem Haltefederring gehalten ist, welcher mit einem Montageelement befestigt ist, wobei das Montageelement mit dem Haltefederring so verrastbar ist, dass das Lagerelement zwischen Montageelement und Haltefederring stabil gehalten ist.

Zeichnungen
Weitere Ausführungsformen, Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in Ansprüchen, ohne Beschränkung der Allgemeinheit aus nachfolgend anhand von Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung.
Im Folgenden zeigen:
1a, b, c eine Abfolge von bevorzugten Verfahrensschritten beim Zusammensetzen einer bevorzugten Lagervorrichtung und einer elektrischen Maschine;
2 einen Schnitt durch die bevorzugte Lagervorrichtung in 1;
3 ein Detail der Lagervorrichtung der 2; und
4a, b eine perspektivische Ansicht der Lagervorrichtung der 2 in Vorderansicht (4a) und Rückansicht (4b).
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Eine Abfolge von bevorzugten Verfahrensschritten beim Zusammensetzen einer bevorzugten Lagervorrichtung 10 mit einer elektrischen Maschine 30 ist in 1a–1c dargestellt.
Die Lagervorrichtung 10 umfasst ein Lagerelement 11, das in eine zentrale Öffnung 18 eines Haltefederrings 13 eingesetzt wird. Ein Pfeil deutet eine axiale Richtung an, welche insgesamt der Montagerichtung 29 entspricht. Das Lagerelement 11, das vorzugsweise als Sinterlager in Form einer Kalotte ausgebildet ist, weist eine Bohrung 12 auf, in welche im montierten Zustand eine Welle 31 der elektrischen Maschine 30 eingreift.
Der Haltefederring 13 ist ringförmig ausgebildet und weist innenumfänglich Federzungen 17 auf, die in die Öffnung 18 ragen und axial in die Montagerichtung 29 geneigt sind. Die Federzungen 17 halten das Lagerelement 11 fest und blockieren ein Herausgleiten des Lagerelements 11 entgegen der Montagerichtung 29.
An einem Außenumfang 14 des Haltefederrings 13 ist ein Rand 15 ausgebildet, der in Montagerichtung 29 weisend axial umgebogen ist. Der Rand 15 geht von einer Wölbung 16 aus, die zu dem Montageelement 20 hin gewölbt ist. Der Rand 15 und die Federzungen 17 weisen in dieselbe axiale Richtung.
Über das Ensemble von Haltefederring 13 und Lagerelement 11 wird das Montageelement 20 platziert, wobei das Lagerelement 11 in eine Aufnahme 21 des Montageelements 20 eintauchen soll. Die Aufnahme 21 ist mit einem Rand 26 versehen, der so ausgebildet ist, dass das Lagerelement 11 zwischen den Federzungen 17 und dem Rand 26 sicher und stabil gehalten ist, insbesondere folgt der Rand 26 in seiner Innengeometrie der Kontur des Lagerelements 11.
Das Montageelement 20 ist vorzugsweise als Bügel mit zwei seitlich abstehenden Laschen 22 ausgebildet und weist eine zentrale Mulde 25 auf, die sich zu Haltefederring 13 und Lagerelement 11 hin öffnet. Zwischen dem Rand 26 der Aufnahme 21 und den Laschen 22 weist das Montageelement 20 einen als ringförmige Scheibe ausgebildeten Körper 27 auf. Auf dessen Rückseite sind in der Figur nicht erkennbare Rastmittel vorgesehen, die mit dem Rand 15 des Haltefederrings 13 verrasten können.
Die Lagervorrichtung 10 aus Haltefederring 13, Lagerelement 11 und Montageelement 20 wird in Montagerichtung 29 auf die Welle 31 der elektrischen Maschine 30 gesetzt, wobei das Lagerelement 11 auf einem Lagersitz der Welle 31 zur Anlage kommt. Wird axial in Montagerichtung 29 ein Druck auf das Montageelement 20 ausgeübt, gleitet dieses mit seinen Rastmitteln über den Rand 15 des Haltefederrings 13 und verrastet mit diesem. Gleichzeitig ist dadurch auch das Lagerelement 11 axial und radial festgelegt. Anschließend kann das Montageelement 20 mit der elektrischen Maschine verbunden z.B. verschraubt oder festgeclipst werden.
2 zeigt einen Schnitt durch die bevorzugte Lagervorrichtung 10 aus 1, in der Rastmittel 23 erkennbar sind, die von dem Rand 15 des Haltefederrings 13 untergriffen sind. Diese Rastmittel 23 sind entgegen der Ausformungsrichtung des Montageelementes 20, die der Pfeilrichtung 29 entspricht, ausgebildet, indem beispielsweise Material bei der Ausformung in die entgegen gesetzte Richtung fließt. Es ist erkennbar, dass das Lagerelement 11, das in die zentrale Öffnung 18 des Haltefederrings 13 eingetaucht ist, an einer Innenkontur des Rands 26 des Montageelements 20 anliegt und zwischen diesem und den Federzungen 17 eingespannt ist. Der Rand 26 weist im montierten Zustand auf der elektrischen Maschine 30 nach außen, während die Federzungen 17 nach innen zur elektrischen Maschine 30 weisen.
3 zeigt in einer Detaildarstellung alternative Rastmittel 23. Der in axialer Richtung in Montagerichtung 29 abstehende Rand 15 untergreift das Rastmittel 23 an seiner Hinterschneidung 24 und verhindert so ein Herausrutschen des Haltefederrings 13 und des Lagerelements 11 entgegen der Montagerichtung 29. Die Rastmittel 23 selbst sind wiederum entgegen der Montagerichtung 29 ausgebildet.
Der Rand 15 geht von einer Wölbung 16 aus, die in eine kleine Ausnehmung 28 des Montageelements 20 eintauchen kann, die ein Überpressen des Montageelements 20 zum Verrasten zwischen Rand 15 und Rastmittel 23 bei der Montage erleichtert.
4a zeigt eine Vorderansicht und 4b eine Rückansicht der Lagervorrichtung 10 aus den vorangegangenen Figuren. In der Darstellung sind Sicken 26 im Körper 27 des Montageelements 20 zu erkennen, welche dessen Steifigkeit um 10–15% erhöhen können.
Innerhalb der Mulde 25, in der der Haltefederring 13 aufgenommen ist, sind Rastelemente 23 zu erkennen, die jeweils an einer Sicke 26 angeordnet sind, wobei sich die Sicken 26 jeweils zum Rastmittel 23 wölben. Die Rastelemente 23 übergreifen mit ihren Hinterschneidungen 24 den Rand 15 des Haltefederrings 13.
Die erfindungsgemäße Lagervorrichtung ist nicht auf einen Elektromotor beschränkt, sondern kann bei einer Vielzahl von elektrischen Maschine, beispielsweise auch bei Generatoren eingesetzt werden.

Claims

Lagervorrichtung für ein Lagerelement (11) einer elektrischen Maschine (), wobei das Lagerelement (11) in einer zentralen Öffnung (18) eines Haltefederrings (13) und der Haltefederring (13) in einer Aufnahme (21) eines Montageelements (20) mit diesem fest verbindbar ist, welches an der elektrischen Maschine (30) montierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Aufnahme (21) des Montageelements (20) mindestens ein Rastmittel (23) vorgesehen ist, mit dem der Haltefederring (13) am Montageelement (20) verrastbar ist.
Lagervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastmittel (23) in eingebautem Zustand einer der elektrischen Maschine (30) zugewandten konkaven Mulde (25) angeordnet ist.
Lagervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltefederring (13) an seinem Außenumfang (14) einen in axialer Richtung (29) abstehenden Rand (15) aufweist, mit der eine Hinterschneidung (24) des Rastmittels (23) untergreifbar ist.
Lagervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (15) an eine konkav zum Montageelement (20) ausgebildete Wölbung (16) angeformt ist.
Lagervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Haltefederring (13) an der Öffnung (18) zur Aufnahme des Lagerelements (11) innenumfänglich Federzungen (17) angeordnet sind, die in axialer Richtung geneigt sind, wobei die Federzungen (17) und der außenumfänglich abstehende Rand (15) axial in dieselbe Richtung weisen.
Lagervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastmittel (13) an einer zu dem Rastmittel (13) hin gewölbten Sicke (23) angeordnet ist.
Lagervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Rands (15) des Haltefederrings (13) im Montageelement (20) eine Vertiefung (28) ausgebildet ist, in die der Rand (15) mit seiner Wölbung (16) eintaucht.
Lagervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei Rastmittel (23) auf einem Radius am Montagelement (20) angeordnet sind.
Verfahren zur Befestigung einer Lagervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche an einer elektrischen Maschine (30), dadurch gekennzeichnet, dass ein Haltefederring (13) mit in ein Montagenest an der elektrischen Maschine (30) gelegt wird, ein Lagerelement (11) in eine zentrale Öffnung (18) des Haltefederrings (13) eingelegt wird, und ein Montageelement (20) mit seiner Aufnahme (21) über das Lagerelement (11) gelegt wird und das Montageelement (20) axial um eine vorgegebene Strecke auf die elektrische Maschine (30) geschoben wird, die ausreicht, um ein Verrasten zwischen Haltefederring (13) und ei nem oder mehreren Rastmitteln (23) des Montageelements (20) zu bewirken.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zurückgelegte Strecke des Montageelements (20) oder eine Endposition eines Verschiebemittels, welches die Verschiebung des Montageelements (20) um die Strecke bewirkt, überwacht wird.
Elektrische Maschine mit einer Lagervorrichtung (10), in der ein Lagerelement (11) mit einem Haltefederring (13) gehalten ist, welcher mit einem Montageelement (20) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Montageelement (20) mit dem Haltefederring (13) so verrastbar ist, dass das Lagerelement (11) zwischen Montageelement (20) und Haltefederring (13) stabil gehalten ist.