Titel: Elektromotor
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Gehäuse und einem Rotor, der in dem Gehäuse über eine Fest-/Loslagerung gelagert ist, wobei als Festlager ein Rillenkugellager mit einem Innenring und einem Außenring vorgesehen ist und der Außenring des Festlagers mittels einer Federstahlscheibe im Gehäuse elastisch eingespannt ist.
Die Form der erfindungsgemäßen Federstahlscheibe ist an sich bekannt,
insbesondere bei Kalottenlagern werden derartige Bauelemente regelmäßig eingesetzt. Ein wesentlicher Unterschied zur Gattung der Erfindung besteht darin, dass bei Kalottenlagern die Welle axial kein Moment auf das Lager ausübt. Hingegen kann bei einem fest mit der Welle verpressten Innenring eines Rillenkugellagers eine große axiale Last auf das Lager übertragen werden, insbesondere bei Vibrationsund Stoßbelastung.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Rillenkugellager mit einfachen Mitteln, mit möglichst wenigen Verfahrensschritten und wenigen Bauteilen sicher und dauerhaft in einem tiefgezogenen Stahlgehäuse festzulegen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Es wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse ein tiefgezogenes Stahlgehäuse (10) oder ein tiefgezogener Stahlgehäusetopf ist, die Federstahlscheibe (5) gehärtet ist, die Härte der Federstahlscheibe (5) größer ist als die Härte des tiefgezogenen Stahlgehäuses (10) und die Federstahlscheibe (5) die Form eines Klemmrings aufweist, welcher im Bereich radial außerhalb des Außenrings (9) einen
geschlossenen Ring mit radial nach innen gerichteten Federarmen (2) aufweist, welche den Außenring (9) so beaufschlagen, dass jeder Federarm (2) mit einer axialen und einer radialen Kraftkomponente auf den Außenring (9) einwirkt. Durch die unterschiedlichen Härtegrade der Fügepartner kann sich die Federstahlscheibe
(5) bei einer Kraftbeaufschlagung entgegen der Fügerichtung im tiefgezogenen Stahlgehäuse (10) verkrallen und einen sicheren Halt finden. Der Außenring (9) des Rillenkugellagers (8) ist im Stahlgehäuse (10) axial beweglich gelagert und wird nur durch die Federstahlscheibe (5) gehalten. Bei einer Kraftbeaufschlagung entgegen der Fügerichtung wirkt eine axiale und radiale Kraftkomponente auf die Federarme (2) ein, wodurch diese, je nach Betrag der Kraft, mehr oder weniger auslenken, wodurch sich der Abstand benachbarter Enden der Federarme (2) geringfügig vergrößert. Bei einem geschlossenen Ring würde dieser Effekt zu einem Bruch des gehärteten Bauteils führen. Da sich die aufgezeigte kraftschlüssige Verbindung als ausreichend fest erwiesen hat, werden keine zusätzlichen Sicherungselemente oder Umformvorgänge benötigt. Somit ist eine sehr einfache und wirksame Befestigung des Rillenkugellagers (8) gegeben.
Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen dargestellt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Stahlgehäuse (10) verzinkt ist. Die
Zinkschicht, die nach dem Tiefziehen sehr dünn ist, bewirkt dennoch, dass sich die Haltekraft der Federstahlscheibe (5) im Stahlgehäuse (10) deutlich erhöht.
Weiter wird beansprucht, dass das Stahlgehäuse (10) mehrere kaskadenartige Vertiefungen (1 1 , 12, 13) aufweist und eine erste Vertiefung (1 1 ) radial durch einen ersten Zylindermantel (21 ) begrenzt ist und zur Aufnahme der Federstahlscheibe (5) dient. Diese Vertiefung (1 1 ) ist im Durchmesser so dimensioniert, dass sie zur Aufnahme der Federstahlscheibe (5) ausreicht.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass das Stahlgehäuse (10) eine zweite, radial durch einen zweiten Zylindermantel (22) begrenzte Vertiefung (12) aufweist, deren Innendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser der ersten Vertiefung (1 1 ) und dass die zweite Vertiefung (12) zur Aufnahme des Rillenkugellagers (8) dient. Der Durchmesser der zweiten Vertiefung (12) unterscheidet sich vom Durchmesser der ersten Vertiefung (1 1 ) so, dass die Federarme (2) sich radial deutlich in den Bereich der zweiten Vertiefung (12) erstrecken, so dass der Außenring (9) des Rillenkugellagers (8) von den Federarmen (2) in axialer Richtung gehalten werden kann.
Schließlich ist es zweckmäßig, dass das Stahlgehäuse (10) eine dritte Vertiefung (13) aufweist, welche radial durch einen dritten Zylindermantel (23) begrenzt ist und deren Innendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des zweiten
Zylindermantels (22). Diese Vertiefung (13) ist so ausgelegt, dass eine Abdeckkappe (1 6) sicher montierbar ist. Eine Abdeckkappe (1 6) kann erforderlich sein, wenn eine Gehäuseöffnung erforderlich ist, um einen Zugang für ein Montagewerkzeug für das Aufpressen des Innenrings auf eine Motorwelle zu ermöglichen.
Besonders wichtig ist es, dass der Außenring (9) des Rillenkugellagers (8) axial ein größeres Maß aufweist als die Tiefe der zweiten Vertiefung (12). Erst dadurch ist eine spielfreie Aufnahme des Außenrings (9) in der zweiten Vertiefung (12) möglich.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Federstahlscheibe (5) im montierten Zustand in axialer Richtung an einem Anschlag (6) anliegt. Die axiale Lage des Anschlags (6) ist entscheidend für die Vorspannung, mit welcher die Federarme (2) auf den Außenring (9) einwirken. Dadurch ist, auch aufgrund der Maßtoleranzen, der Fügepartner eine definierbare Kraft innerhalb berechenbarer Toleranzgrenzen möglich.
Es ist vorgesehen, dass die Federstahlscheibe (5) einen kegelmantelförmigen Klemmbereich (4) aufweist, mit welchem sie sich im montierten Zustand an der Innenwandung des ersten Zylindermantels (21 ) des Stahlgehäuses (10) festkrallt. Der Halt der Federstahlscheibe (5) im Stahlgehäuse (10) erhöht sich bei einer Kraftbeaufschlagung entgegen der Fügerichtung aufgrund geometrischer
Gesetzmäßigkeiten, weil in der aufgezeigten Situation der kegelmantelförmige Klemmbereich (4) nach radial außen gedrängt wird, wodurch sich der Kraftschluss noch verstärkt.
Es wird ausdrücklich beansprucht, dass das Rillenkugellager (8) ausschließlich durch die kraftschlüssige Verbindung der Federstahlscheibe (5) mit dem Stahlgehäuse (10) gehalten ist, um der Aufgabe der Erfindung gerecht zu werden.
Ein weiterer wichtiger Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Rillenkugellager (8) durch die Federarme (2) elastisch gehalten ist. Hierdurch können
Radialbelastungen abgefedert werden, ohne dass eine bleibende Verformung entsteht.
Nicht zuletzt ist es sinnvoll, dass eine vom Außenring (9) des Rillenkugellagers (8) axial auf die Federarme (2) gerichtete Kraft in Demontagerichtung die radial vom Klemmbereich (4) auf den ersten Zylindermantel (21 ) wirkende Kraft erhöht.
Es hat sich gezeigt, dass die Federarme (2) der Federstahlscheibe (5) im
unmontierten Zustand gegenüber der Scheibenebene um 25° bis 35° geneigt sein sollten, dass der Klemmbereich (4) der Federstahlscheibe (5) im unmontierten Zustand gegenüber der Scheibenebene um 35° bis 45° geneigt sein sollte und dass der Außendurchmesser des Klemmbereichs (4) der Federstahlscheibe (5) im unmontierten Zustand 2% bis 4% größer als der Innendurchmesser des ersten Zylindermantels (21 ) sein sollte, um eine optimale Haltekraft der Federstahlscheibe (5) und eine optimale elastische Halterung des Rillenkugellagers (8) zu bewirken.
Die Erfindung umfasst auch solche Gehäuse, welche mehr als die genannte Anzahl an Vertiefungen (1 1 , 12, 13) aufweist. In diesem Fall wäre mit„erster Vertiefung" die Vertiefung gemeint, in welcher die Federstahlscheibe (5) aufgenommen ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines tiefgezogenen Stahlgehäusetopfs,
Fig. 2 eine Federstahlscheibe in einer Draufsicht, im Schnitt und räumlich,
Fig. 3 eine Teilschnittansicht eines eingebauten Rillenkugellagers und
Fig. 4 eine Zusammenbauzeichnung eines Elektromotors.
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines tiefgezogenen Stahlgehäuse 10, mit einer ersten Vertiefung 1 1 zur Aufnahme einer Federstahlscheibe 5, eine zweite Vertiefung 12 zur Aufnahme eines Rillenkugellagers 8 und eine dritte Vertiefung 13 zur Bildung eines Anschlages 6 für das Rillenkugellager 8. Eine Gehäuseöffnung 7 ist für einen
Gegenhalter einer Einpressvorrichtung freigespart. Die erste Vertiefung 1 1 ist radial innen durch einen ersten Zylindermantel 21 , die zweite Vertiefung 12 durch einen zweiten Zylindermantel 22 und die dritte Vertiefung 13 durch einen dritten
Zylindermantel 23 begrenzt.
Fig. 2 zeigt die Federstahlscheibe 5 in einer Draufsicht, einem Schnitt und räumlich. Die Federstahlscheibe 5 ist in ihrer Grundform kreisrund und weist in radialer Richtung drei Abschnitte auf. Ein äußerer Klemmbereich 4 ist kegelmantelförmig angeschrägt. Ein mittlerer Anschlagringbereich 3 ist im montierten Zustand rechtwinklig zu einer Motorwelle ausgerichtet. Innere Federarme 2 bilden in ihrer Gesamtheit Teilflächen einer Kegelmantelfläche. Die Federarme 2 sind durch schlitzartige Freisparungen 14 voneinander getrennt. Die Freisparungen 14 erstrecken sich bis in den Anschlagringbereich 3.
Fig. 3 zeigt eine Zusammenbauzeichnung mit dem Stahlgehäuse 10, dem
Rillenkugellager 8 und der Federstahlscheibe 5. Wie deutlich zu erkennen ist, ragt das Rillenkugellager 8 aus der zweiten Vertiefung 12 vor, so dass die
Federstahlscheibe 5 mit ihren Federarmen 2 auf einer Kante eines Außenrings 9 des Rillenkugellagers 8 anliegt und eine radiale sowie eine axiale Kraftkomponente auf den Außenring 9 ausüben kann. Die Federstahlscheibe 5 ist in einer ersten
Vertiefung 1 1 und das Rillenkugellager 8 ist in einer zweiten Vertiefung 12
aufgenommen. Die Federstahlscheibe 5 ist mit ihrem Klemmbereich 4 an dem ersten Zylindermantel 21 (siehe Fig. 1 ) festgekrallt. Um dies zu ermöglichen, ist die
Federstahlscheibe 5 gehärtet, so dass sein Material gegenüber dem Stahlgehäuse 10 härter ist. Mit seinem Anschlagringbereich 3 liegt die Federstahlscheibe 5 an dem Anschlag 6 des Stahlgehäuses 10 an.
Fig. 4 zeigt eine Zusammenbauzeichnung eines Elektromotors 1 mit dem als
Festlager wirkenden Rillenkugellager 8, das mit der Federstahlscheibe 5 befestigt ist und mit einem als Loslager 15 wirkenden zweiten Kugellager. Weiter ist eine
Abdeckkappe 1 6 dargestellt, welche in der Freisparung 14 befestigt ist. Bei dem im Anwendungsbeispiel gezeigten Elektromotor 1 handelt es sich um einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor, welcher einen mit Permanentmagneten 27 bestückten Rotor 18, einen mit einer Wicklung 24 bewickelten Stator 19 und ein
Gehäuse, welches aus einem Lagerschild 20 und dem Stahlgehäuse 10 besteht, aufweist. Der Rotor 18 besteht aus einer glatten Welle 25, einem Rotorblechpaket 26, den Permanentmagneten 27 und einem Geberpolrad 28, welches auf einem Träger 33 gehalten ist, der in Ausnehmungen 34 des Rotorblechpaketes 26 axial eingepresst ist. Weiter sind ein Statorblechpaket 29, eine Zahnradpumpe 30, eine Leiterplatte 31 , ein Sensor 17 und ein Stecker 32 gezeigt.
Bezugszeichenliste Elektromotor Leiterplatte Federarm Stecker Anschlagringbereich Träger
Klemmbereich Ausnehmungen Federstahlscheibe
Anschlag
Gehäuseöffnung
Rillenkugellager
Außenring
Stahlgehäuse
erste Vertiefung
zweite Vertiefung
dritte Vertiefung
Freisparung
Loslager
Abdeckkappe
Sensor
Rotor
Stator
Lagerschild
erster Zylindermantel
zweiter Zylindermantel
dritter Zylindermantel
Wicklung
Welle
Rotorblechpaket
Permanentmagnet
Geberpolrad
Statorblechpaket
Zahnradpumpe