DE102011121935B4

DE102011121935B4 - Lagerbuchse mit Lager zur Verwendung in einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102011121935B4
Application number: DE102011121935.1A
Authority: DE
Inventors: Peter Würfel; Helmut Schneider
Original assignee: MinebeaMitsumi Inc
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2021-12-23
Anticipated expiration: 2031-12-23
Also published as: DE102011121935A1

Abstract

Lagerbuchse (18; 118) mit einem Lager (17; 26) zur drehbaren Aufnahme einer Welle (9) oder Achse, wobei die Lagerbuchse (18; 118) zwei axiale Abschnitte aufweist, wobei ein Lagerabschnitt (19, 119) das Lager (17) aufweist oder zur Aufnahme eines Lagers (26) dient und wobei ein Befestigungsabschnitt (20) zur Befestigung der Lagerbuchse (18; 118), und nur dieser, an einem spritzgegossenen Teil aus Kunststoff einer Maschine oder Vorrichtung ausgebildet ist, und wobei der Innendurchmesser (IB) des Befestigungsabschnitts (20) um ein Übermaß (M) größer ist als der Innendurchmesser des Lagers (DW), so dass die Innenfläche (23) des Befestigungsabschnittes (20) eine in der Lagerbuchse verlaufende Welle (9) oder Achse nicht berührt,dadurch gekennzeichnet, dassdas Übermaß (M) zwischen 5% und 10% des Lagerinnendurchmessers (DW) beträgt;die Lagerbuchse (18; 118) am Befestigungsabschnitt (20) eine axiale Fixierung aufweist; unddie Lagerbuchse (18; 118) am Befestigungsabschnitt (20) eine Verdrehsicherung aufweist.

Description

Die Erfindung beschreibt eine Lagerbuchse mit einem Lager zur drehbaren Aufnahme einer Welle oder Achse, wobei die Lagerbuchse an einem spritzgegossenem Teil aus Kunststoff einer Maschine oder Vorrichtung anbringbar ist.
Beispielsweise kann eine solche Maschine oder Vorrichtung eine elektrische Maschine mit einem spritzgegossenen Gehäuse aus Kunststoff sein, in der eine Lagerbuchse mit einem Lager angeordnet ist und die einen Rotor aufweist, der auf einer Welle in dem Lager drehbar gelagert ist.
Eine solche elektrische Maschine ist beispielsweise eine Kraftstoffpumpe mit einem permanentmagnetisch erregten Elektromotor. Da der Motor dabei typischerweise vom Kraftstoff durchflossen wird, ist eine Lagerung mit Gleitlagern naheliegend.
Die Lagerbuchse kann beispielsweise einteilig mit dem Gehäuse ausgebildet sein, wobei das Gleitlager direkt beim Spritzguss des Gehäuses erzeugt wird. Dadurch besteht das Gleitlager jedoch aus dem gleichen Material wie das Gehäuse. Um jedoch gute Lagereigenschaften zu erhalten ist die Verwendung eines speziellen Lagermaterials sinnvoll, das beispielsweise härter ist und eine geringere Reibung aufweist.
Es ist daher sinnvoll eine separate Lagerbuchse zu verwenden, die mit dem Gehäuse verbunden werden muss. Dies kann beispielsweise durch eine Flanschverbindung erfolgen, bei der die Lagerbuchse als Teil des Gehäuses dient. Dies ist jedoch aufwändig, da die Lagerbuchse und das restliche Gehäuse aufwändig ausgerichtet und verschraubt werden müssen, was teuer ist.
Daher ist es bekannt, die Lagerbuchse im Spritzguss des Gehäuses mit Kunststoff zu umspritzen. Durch den hohen Spritzgussdruck von etwa 800 bar, erfolgt dabei jedoch eine Verformung der Lagerbuchse. Das Gleitlager muss daher durch eine spanende Nachbearbeitung auf die Welle oder Achse angepasst werden, was ebenfalls aufwändig und teuer ist. Aus den Druckschriften DE 10 2008 020 330 A1 , DE 10 2008 041 271 A1 , DE 20 41 677 A , US 6 250 809 B1 , US2004/0175063 A1 , US 5 938 345 A , US 4 090 746 A , DE 10 2004 041 084 A1 , und DE 73 02 695 U sind beispielhafte Lagerbuchsen und entsprechende Vorrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt.
Diese Nachbearbeitung kann auch nicht durch einen Dorn, der während des Spritzprozesses in die Lagerbuchse eingesetzt ist, verhindert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Lagerbuchse für eine elektrische Maschine der vorgenannten Art zu schaffen, die einfacher und kostengünstiger herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lagerbuchse mit den im Hauptanspruch genannten Merkmalen gelöst.
Zur Erzielung der erfindungsgemäßen Wirkung weist die Lagerbuchse zwei axiale Abschnitte auf. Das Lager ist in einem ersten Abschnitt, dem Lagerabschnitt, angeordnet. Dabei spielt es zunächst keine Rolle welche Art von Lager benutzt wird. Der Lagerabschnitt kann beispielsweise einen Lagersitz aufweisen, in den ein Wälzlager oder ein Gleitlager eingesetzt ist. Dabei kann eine Innenfläche des Lagerabschnitts auch selbst eine Lagerfläche, etwa die Gleitfläche eines Gleitlagers oder den Außenring eines Wälzlagers darstellen.
Ein zweiter Abschnitt, der Befestigungsabschnitt, dient zur Befestigung der Lagerbuchse beispielsweise an einem spritzgegossenen Gehäuse. Dazu wird insbesondere nur dieser Befestigungsabschnitt beim Spritzguss des Gehäuses umspritzt. Dadurch wirkt der Spritzgussdruck nur auf diesen Befestigungsabschnitt der Lagerbuchse. Auch hier kann eine Verformung der Lagerbuchse nicht verhindert werden. Der Trick der Erfindung besteht nun darin, dass der Innendurchmesser der Lagerbuchse im Befestigungsabschnitt so groß ist, dass er auch nach der Verformung durch den Spritzguss noch größer ist, als der Durchmesser der Welle oder Achse. Dadurch wird verhindert, dass die verformte Lagerbuchse die Welle oder Achse berührt.
Der Lagerabschnitt wird hingegen nicht durch den Spritzgussdruck beaufschlagt, so dass ein dort angeordnetes Lager oder ein Lagersitz durch den Spritzgussprozess nicht beeinträchtigt ist. Die Lagerbuchse kann daher bereits mit einem auf Maß gefertigtem Lagerabschnitt hergestellt werden und es ist nach dem Spritzguss des Gehäuses keine weitere Nachbearbeitung notwendig. Es entfällt daher ein aufwändiger Arbeitsschritt, wodurch die Herstellung wesentlich einfacher und kostengünstiger ist.
Dabei ist das Übermaß des Innendurchmessers des Befestigungsabschnittes etwa 5% bis 10% des Innendurchmessers des Lagers. Dieser Wert kann jedoch je nach den für das Gehäuse und die Lagerbuchse verwendeten Materialien und Wandstärken und dem Spritzgussdruck variieren, so dass auch geringere oder größere Übermaße ausreichend beziehungsweise notwendig sein können.
Die Lagerbuchse kann mit dem Kunststoff des Gehäuses umspritzt werden. Damit die Lagerbuchse sicher im Gehäuse fixiert ist, weist die Lagerbuchse eine axiale Fixierung auf. Dazu weist beispielsweise die Lagerbuchse am Außenumfang des Befestigungsabschnittes wenigstens einen Vorsprung oder eine Ausnehmung auf, die eine formschlüssige Verzahnung zwischen Lagerbuchse und Gehäuse bewirkt.
Darüber hinaus ist am Befestigungsabschnitt eine Verdrehsicherung angeordnet, die eine Drehung der Lagerbuchse innerhalb des Gehäuses verhindert.
Beides gemeinsam kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass als axiale Fixierung am Außenumfang des Befestigungsabschnitts ein umlaufender Ring angeordnet ist, der mehrere radiale Vorsprünge als Verdrehsicherung aufweist.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist der Lagerabschnitt eine Gleitfläche auf, die als Gleitlager für die Welle oder Achse dient. Somit sind neben der Lagerbuchse keine weiteren Bauteile mehr notwendig, wodurch das Lager kostengünstig und einfach herstellbar ist.
Es wird dabei vorzugsweise eine separate Lagerbuchse verwendet, die unabhängig vom Gehäuse aus einem für ein Gleitlager optimiertes Material bestehen kann. Insbesondere besteht die Lagerbuchse aus einem Kunststoff, beispielsweise einem glasfaserverstärktem Polyphenylensulfid (PPS) mit 65% Glasfaseranteil.
Die Lagerbuchse ist vorzugsweise ebenfalls in einem separaten Spritzgussprozess hergestellt. Dabei kann insbesondere die Gleitlagerfläche bereits auf Maß zur Welle des Rotors dimensioniert sein.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt:

1 einen Querschnitt durch eine Kraftstoffpumpe mit einem erfindungsgemäßen Elektromotor als Pumpenantrieb,
2 eine Schrägansicht einer Lagerbuchse,
3 einen Querschnitt der Lagerbuchse und
4 eine Vorderansicht der Lagerbuchse.

Die 1 zeigt eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Kraftstoffpumpe als Anwendungsbeispiel für eine elektrische Maschine mit erfindungsgemäßer Lagerbuchse. Die Kraftstoffpumpe 1 weist ein Gehäuse 2 aus Kunststoff auf, das in einem Spritzgussprozess hergestellt ist. Als Antrieb weist die Kraftstoffpumpe eine elektrische Maschine, vorzugsweise einen Elektromotor 3 mit einem Stator 4 und einem Rotor 5 auf.
Der Stator 4 ist in dem Gehäuse 2 angeordnet und ist vollständig vom Kunststoff umspritzt. Der Stator 4 hat im Beispiel einen Statorkörper 6, der aus einzelnen Statorblechen 7 gestapelt ist und auf dem die Statorwicklungen 8 angeordnet sind.
Der Rotor 5 weist eine Welle 9 auf, auf der ein Rotorkörper 10 drehfest angeordnet ist. Am Rotorkörper 10 ist ein Permanent-Ringmagnet 11 als Antriebsmagnet gegenüber dem Statorkörper 6 angeordnet. Der Rotorkörper 10 besteht beispielsweise aus Kunststoff oder ist aus einzelnen Rotorblechen gestapelt. Anstelle des Ringmagneten können auch eingebettete Stabmagnete oder andere Permanentmagnete verwendet werden. Die Ausgestaltungen des Stators und des Rotors spielen für die Erfindung keine Rolle, weshalb die Erfindung nicht auf das gezeigte Beispiel beschränkt ist. Ebenso kann die Erfindung bei jedem beliebigen Elektromotor oder Generator verwendet werden.
Weiterhin ist auf der Welle 9 ein Pumpenrad 12 befestigt, das Kraftstoff, oder eine beliebige andere Flüssigkeit, durch die Pumpe 1 fördert. Der Kraftstoff wird dabei durch einen Einlass 13 an der Einlassseite 14 angesaugt und durch Auslässe 15 an der Auslassseite 16 wieder ausgeleitet.
Die genaue Ausbildung der Kraftstoffpumpe 1 und des Antriebsmotors 4 spielen für die Erfindung keine Rolle und sind hier nur exemplarisch dargestellt.
Die Welle 9 ist an der Auslassseite 16 des Gehäuses 2 in einem Gleitlager 17 drehbar gelagert. Auf der Einlassseite 14 kann ebenfalls ein solches Gleitlager, ein beliebiges anderes Lager oder auch kein Lager vorhanden sein.
Das Gleitlager 17 ist in einer vom Gehäuse 2 separaten Lagerbuchse 18 angeordnet, die in den 2 bis 3 näher gezeigt ist. Die Gleitlagerfläche 24 des Gleitlagers ist dabei unmittelbar in der Lagerbuchse 18 angeordnet. Die Lagerbuchse 18 ist deshalb aus einem Kunststoff spritzgegossen, der eine geringe Reibung und geringen Abrieb hat. Ein geeignetes Material ist beispielsweise glasfaserverstärktes PPS, wobei der Glasfaseranteil beispielsweise 65% beträgt. Die Lagerbuchse kann jedoch auch aus einem anderen Kunststoff, einem Metall, beispielsweise Sinterbronze, oder einem anderen Gleitlagermaterial hergestellt sein.
Anstelle des Gleitlagers kann die Lagerbuchse auch einen Lagersitz zur Aufnahme eines Wälzlagers oder separaten Gleitlagers aufweisen.
Erfindungsgemäß weist die Lagerbuchse 18 zwei axiale Abschnitte auf. Einen ersten Lagerabschnitt 19 und einen zweiten Befestigungsabschnitt 20. Der Lagerabschnitt 19 weist das Lager, im Beispiel das Gleitlager 17, auf. Das heißt die Gleitlagerfläche 24 befindet sich am Innenumfang des Lagerabschnittes.
Der Befestigungsabschnitt 20 dient zur Befestigung der Lagerbuchse 18 am Gehäuse 2. Die Lagerbuchse 18 ist erfindungsgemäß nur im Befestigungsabschnitt 20 mit dem Gehäuse 2 verbunden. Dazu wird der Befestigungsabschnitt beim Spritzguss des Gehäuses mit Kunststoff umspritzt.
Zur axialen Fixierung der Lagerbuchse 18 im Gehäuse 2 ist am Außenumfang des Befestigungsabschnittes 20 ein umlaufender Ring 21 angeordnet. Im Beispiel ist der Ring 21 etwa halb so breit wie der Befestigungsabschnitt 20 und ist mittig in diesem platziert. Der Ring 21 hat einen größeren Außendurchmesser als der restliche Befestigungsabschnitt 20, so dass der Ring radial umfasst wird und eine axiale Verzahnung mit dem Gehäuse 2 entsteht.
Zusätzlich sind am Außenumfang des Rings 21 mehrere radiale Vorsprünge 22 als Verdrehsicherung angeordnet, die die Lagerbuchse 18 im Gehäuse 2 verdrehsicher fixieren. Durch diese beiden Maßnahmen entsteht beim Spritzguss des Gehäuses 2 eine formschlüssige Verzahnung mit der Lagerbuchse 18.
Während dem Spritzgussvorgang wirkt der Spritzgussdruck, beispielsweise 800 bar, nur auf den Befestigungsabschnitt 20. Dabei kann nicht verhindert werden, dass sich die Lagerbuchse 18 im Befestigungsabschnitt 20 unter dem Spritzgussdruck verformt.
Erfindungsgemäß ist daher der Innendurchmesser IB der Lagerbuchse 18 im Befestigungsabschnitt 20 größer als der Innendurchmesser des Lagers DW. Insbesondere ist der Innendurchmesser IB so groß, dass selbst nach dem Spritzgussvorgang der verformte Befestigungsabschnitt 20 nicht die Welle 9 oder eine Achse berührt. Das Übermaß M des Innendurchmessers IB zum Lagerinnendurchmesser DW beträgt im Beispiel etwa 5% des Lagerinnendurchmessers DW.
Durch die axiale Trennung der Lagerbuchse 18 in die beiden Abschnitte, bleibt der Lagerabschnitt 19 beim Spritzguss des Gehäuses 2 völlig unberührt. Die Lagerbuchse 18 kann daher bereits mit einem maßhaltigen und betriebsbereiten Gleitlager 17 hergestellt werden. Nach dem Spritzgussvorgang des Gehäuses 2 ist keine Nachbearbeitung des Gleitlagers 17 notwendig, wodurch die Herstellung der elektrischen Maschine wesentlich einfacher und dadurch kostengünstiger ist.
In 4 ist beispielhaft eine Lagerbuchse 118 mit einem Lagersitz 25, der in einem Lagerabschnitt 119 angeordnet ist, zur Aufnahme eines Kugellagers 26 gezeigt. Auch hier wird nur der Befestigungsabschnitt 20 umspritzt. Der Lagerabschnitt 119 mit dem Lagersitz 25 bleibt unberührt. Auch hier kann nach dem Spritzguss des Gehäuses 2 direkt ein Wälzlager 26 in den bereits maßhaltigen Lagersitz 25 eingesetzt werden, ohne dass aufwändige Nacharbeiten notwendig wären. Das Lager 26 kann aber auch bereits vor dem Spritzguss in den Lagersitz 25 eingesetzt werden.
Die gezeigten Ausführungsbeispiele dienen nur zur Veranschaulichung der Erfindung und sind in keiner Weise beschränkend. Insbesondere können die Form der Lagerbuchse, die Form, Anzahl und Ausgestaltung der axialen Fixierung und der Verdrehsicherung ohne Einbußen der Funktion nahezu beliebig variiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Kraftstoffpumpe
2: Gehäuse
3: Elektrische Maschine
4: Stator
5: Rotor
6: Statorkörper
7: Statorblech
8: Statorwicklung
9: Welle
10: Rotorkörper
11: Ringmagnet
12: Pumpenrad
13: Einlass
14: Einlassseite
15: Auslass
16: Auslassseite
17: Gleitlager
18, 118: Lagerbuchse
19, 119: Lagerabschnitt
20: Befestigungsabschnitt
21: Ring
22: Radialer Vorsprung
23: Innenfläche Befestigungsabschnitt
24: Gleitlagerfläche
25: Lagersitz
26: Kugellager
27: Anschlag Außenring
DW: Innendurchmesser Lager
IB: Innendurchmesser Befestigungsabschnitt
M: Übermaß

Claims

Lagerbuchse (18; 118) mit einem Lager (17; 26) zur drehbaren Aufnahme einer Welle (9) oder Achse, wobei die Lagerbuchse (18; 118) zwei axiale Abschnitte aufweist, wobei ein Lagerabschnitt (19, 119) das Lager (17) aufweist oder zur Aufnahme eines Lagers (26) dient und wobei ein Befestigungsabschnitt (20) zur Befestigung der Lagerbuchse (18; 118), und nur dieser, an einem spritzgegossenen Teil aus Kunststoff einer Maschine oder Vorrichtung ausgebildet ist, und wobei der Innendurchmesser (IB) des Befestigungsabschnitts (20) um ein Übermaß (M) größer ist als der Innendurchmesser des Lagers (DW), so dass die Innenfläche (23) des Befestigungsabschnittes (20) eine in der Lagerbuchse verlaufende Welle (9) oder Achse nicht berührt, dadurch gekennzeichnet, dass das Übermaß (M) zwischen 5% und 10% des Lagerinnendurchmessers (DW) beträgt; die Lagerbuchse (18; 118) am Befestigungsabschnitt (20) eine axiale Fixierung aufweist; und die Lagerbuchse (18; 118) am Befestigungsabschnitt (20) eine Verdrehsicherung aufweist.
Lagerbuchse (118) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerabschnitt (20) einen Lagersitz (25) zum Einsetzen des Lagers (26) aufweist.
Lagerbuchse (18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerabschnitt (20) eine Gleitfläche (24) aufweist, die als Gleitlager (17) für eine Welle (9) oder Achse dient.
Lagerbuchse (18; 118) mit einem Lager (17; 26) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (18; 118) aus Kunststoff besteht.
Lagerbuchse (18; 118) mit einem Lager (17; 26) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (18; 118) spritzgegossen ist.
Lagerbuchse (18; 118) mit einem Lager (17; 26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als axiale Fixierung am Außenumfang des Befestigungsbereichs (20) ein umlaufender Ring (21) angeordnet ist, der mehrere radiale Vorsprünge (22) als Verdrehsicherung aufweist.
Elektrische Maschine (3) mit einer Lagerbuchse (18; 118) nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 6, mit einem Rotor (5) der mit einer Welle (9) oder Achse verbunden ist, die in dem Lager (17; 26) drehbar gelagert ist und einem Stator (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (4) sowie die Lagerbuchse (18; 118) in einem spritzgegossenen Gehäuse (2) aus Kunststoff angeordnet sind.
Kraftstoffpumpe (1) mit einem Elektromotor nach Anspruch 7.