AT16976U1 - Vorrichtung zur drehbaren Lagerung eines Gegenstandes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur drehbaren Lagerung eines Gegenstandes, insbesondere eines Lüfterrades (2), aufweisend zwei Lagerstellen (3, 4) und eine relativ zu den Lagerstellen (3, 4) um eine Rotationsachse (8) drehbare Welle (5). Um eine dauerhaft präzise und gleichzeitig kostengünstige Lagerung zu erreichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Lagerstellen (3, 4) und die Welle (5) korrespondierende kegel- oder kegelstumpfförmige Flächen (6) aufweisen, über welche Flächen (6) die Welle (5) mit den Lagerstellen (3, 4) verbunden ist.

Description

Beschreibung

VORRICHTUNG ZUR DREHBAREN LAGERUNG EINES GEGENSTANDES

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur drehbaren Lagerung eines Gegenstandes, insbesondere eines Lüfterrades, aufweisend zwei Lagerstellen und eine relativ zu den Lagerstellen um eine Rotationsachse drehbare Welle.

[0002] Aus dem Stand der Technik sind verschiedene derartige Lagerungen bekannt geworden. Beispielsweise ist es bekannt, die Flächen der drehbaren Welle einerseits und jene der Lagerstellen andererseits mit einer korrespondierenden zylindrischen Kontur auszubilden, um eine kostengünstige Gleitlagerung zu erreichen. Darüber hinaus sind verschiedenste Wälzlager bekannt geworden, über welche Wellen drehbar mit Lagerstellen verbunden werden können.

[0003] Nachteilig bei Lagerungen des Standes der Technik ist, dass diese entweder einen hohen Verschleiß aufweisen oder nur sehr aufwändig herstellbar sind. So sind beispielsweise für eine gewünschte lange Haltbarkeit von Gleitlagern Materialbaarungen erforderlich, welche im Falle einer Festkörperreibung hohe Kosten verursachen. Wird eine Flüssigkeitsreibung eingesetzt, führt die damit verbundene erhöhte Komplexität ebenfalls zu hohen Kosten bei einer Herstellung. Wälzlager weisen bereits aufgrund der erhöhten Bauteilanzahl eine hohe Komplexität auf, welche wiederum zu hohen Kosten führt.

[0004] Nachteilig bei einem Verschleiß ist, dass dann keine genaue bzw. koaxiale Positionierung der Welle relativ zur gewünschten Rotationsachse mehr gewährleistet ist, wodurch beispielsweise eine Unwucht erhöht und eine Laufruhe beeinträchtigt werden können. Als gewünschte Rotationsachse wird hierbei jene Rotationsachse verstanden, um welche die Welle in einem Neuzustand bzw. einem verschleißfreien Zustand relativ zu den Lagerstellen rotierbar ist. Darüber hinaus hat eine solche von der gewünschten Rotationsachse abweichende bzw. außermittige Lagerung der Welle häufig weitere Nachteile, beispielsweise wenn dadurch ein ungleichmäßiger Luftspalt in einer elektrischen Maschine erreicht wird.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, welche kostengünstig herstellbar ist und gleichzeitig über eine lange Einsatzdauer eine präzise Lagerung der Welle ermöglicht.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei welcher die Lagerstellen und die Welle korrespondierende kegel- oder kegelstumpfförmige Flächen aufweisen, über welche Flächen die Welle mit der Lagerstelle verbunden ist.

[0007] Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass sich bei einer derartigen Ausbildung der Lagerung ein Verschleiß von relativ zueinander bewegten Teilen an Kontaktflächen wesentlich geringer auf eine Relativposition der Welle zur Lagerung bzw. relativ zur gewünschten Rotationsachse der Lagerung im Neuzustand auswirkt, sodass auch bei Verschleiß eine präzise Positionierung der Welle koaxial zur gewünschten Rotationsachse gewährleistet ist. Dadurch kann über eine lange Einsatzdauer beispielsweise ein gleichmäßiger Luftspalt gewährleistet werden, wenn die Vorrichtung als Lagerung eines Rotors einer elektrischen Maschine eingesetzt wird.

[0008] Es hat sich bewährt, dass eine Einrichtung zur Aufbringung einer axialen Kraft auf eine der Lagerstellen, insbesondere eine Feder, vorgesehen ist, um einen Verschleiß durch eine axiale Bewegung der Lagerstelle relativ zur Welle ausgleichen zu können. Somit wird ein an den konus- oder kegelförmigen bzw. konus- oder kegelstumpfförmigen Flächen auftretender Verschleiß unmittelbar durch die Axialbewegung ausgeglichen, wobei über die entsprechenden Kontaktflächen mit einer Axialverschiebung auch eine Radialverschiebung verbunden ist. Dadurch wird die Welle auch bei Verschleiß koaxial zur gewünschten Rotationsachse ausgerichtet, sodass eine Längsachse der Welle mit der gewünschten Rotationsachse zusammenfällt und auch bei Verschleiß eine exakte Positionierung der Welle auf der Rotationsachse gewährleistet werden kann. Zur Aufbringung einer Kraft kann die Einrichtung, welche bevorzugt als Feder ausgebildet ist, beispielsweise an einem stehenden Teil, an welchem die Lagerstellen abgestützt sind,

beispielsweise einem Gehäuse, abgestützt sein. Alternativ ist es natürlich auch denkbar, dass durch die Feder nur eine axiale Zugkraft zwischen den Lagerstellen aufgebracht wird, sodass eine Kontaktposition, an welcher die Lagerstellen mit einem stehenden Teil oder einem Untergrund verbunden sind, nicht durch die Einrichtung belastet werden.

[0009] Günstig ist es, wenn ein Gehäuse vorgesehen ist, in welchem die Lagestellen angeordnet sind, wobei ein flexibles Element, insbesondere eine Feder, derart mit einer Lagerstelle einerseits und dem Gehäuse andererseits verbunden ist, dass durch das flexible Element eine axiale Kraft auf die Lagerstelle aufgebracht wird. Somit wird die Welle zwischen den beiden Lagerstellen mittels der axialen Kraft, welche in der Regel parallel zur Rotationsachse orientiert ist, derart eingeklemmt, dass sich die Lagerstellen bei einem Verschleiß an den Kontaktflächen aufeinander zu bewegen und dabei den Verschleiß ausgleichen, sodass die Welle bzw. die Längsachse der Welle auch bei einem Verschleiß an den Flächen, über welche drehende und stehende Teile verbunden sind, exakt auf der Rotationsachse positioniert ist. Ublicherweise weist das Gehäuse einen Gehäusegrundkörper und einen lösbar mit dem Gehäusegrundkörper verbundenen Gehäusedeckel auf, wobei bevorzugt eine Lagerstelle mit dem Gehäusegrundkörper und eine Lagerstelle mit dem Gehäusedeckel verbunden ist, um einen einfachen Ein- und Ausbau zu ermöglichen.

[0010] Um eine besonders einfache konstruktive Ausbildung zu erreichen, ist bevorzugt vorgesehen, dass das Gehäuse einen abnehmbaren Gehäusedeckel aufweist, wobei das flexible Element mit dem Gehäusedeckel einerseits und einer axial bewegbar mit dem Gehäusedeckel verbundenen Lagerstelle andererseits verbunden ist. Alternativ kann natürlich auch vorgesehen sein, dass das flexible Element mit dem Gehäusegrundkörper verbunden ist, sodass die axial bewegliche und über das flexible Element vorgespannte Lagerstelle nicht mit dem abnehmbar mit dem Gehäusegrundkörper verbundenen Gehäusedeckel, sondern mit dem Gehäusegrundkörper selbst verbunden ist.

[0011] Üblicherweise ist zumindest eine Lagerstelle axial bewegbar im Gehäuse angeordnet, um einen Verschleiß durch eine Anderung einer Relativposition der Lagerstelle relativ zum Gehäuse bzw. relativ einer weiteren Lagerstelle ausgleichen zu können.

[0012] Wenngleich es grundsätzlich unerheblich ist, an welchem der Bauteile ein Innenkonus bzw. ein Außenkonus angeordnet ist, hat es sich bewährt, dass die Lagerstellen zumindest bereichsweise, vorzugsweise entlang einer Umfangsrichtung durchgehend, einen Innenkonus aufweisen und die Welle endseitig jeweils einen Außenkonus aufweist. Dadurch ist eine besonders einfache Herstellbarkeit gewährleistet.

[0013] Die erfindungsgemäßen Wirkungen werden natürlich auch dann erzielt, wenn die Lagerung als Wälzlagerung ausgebildet ist, zumal auch ein Verschleiß von Wälzkörpern durch die erfindungsgemäße Ausbildung ausgleichbar ist, insbesondere wenn die Lagerstellen mittels einer Axialkraft vorgespannt sind. Um besonders niedrige Herstellungskosten zu erreichen, ist jedoch bevorzugt vorgesehen, dass die Lagerung als Gleitlagerung ausgebildet ist und die Flächen als Gleitflächen ausgebildet sind.

[0014] Es hat sich bewährt, dass zumindest eine Lagerstelle zumindest eine Öffnung aufweist, durch welche ein Fluid, insbesondere eine Schmierflüssigkeit, zu einer Kontaktposition bringbar ist, an welcher Kontaktposition sich relativ zueinander bewegliche Teile der Lagerung berühren. Üblicherweise ist die Öffnung an einer Spitze eines Innenkonus der Lagerstelle angeordnet, sodass über die Spitze ein Ol in einen Bereich eindringen kann, in welchem die Welle oder ein mit der Welle starr verbundenes Bauteil die Lagerstelle oder ein starr mit der Lagerstelle verbundenes Bauteil berührt, vorzugsweise auch in einen Bereich der kegel- oder kegelstumpfförmigen Flächen, über welche Flächen die Welle mit den Lagerstellen verbunden ist.

[0015] Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Wellen aus einem Metall, insbesondere aus Stahl, ausgebildet sind, um eine robuste Bauweise zu erreichen.

[0016] Zur Erreichung besonders niedriger Herstellungskosten ist es bevorzugt, dass die Lagerstellen aus einem Kunststoff ausgebildet sind.

[0017] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur drehbaren Lagerung eines Gegenstandes kann grundsätzlich in unterschiedlichsten Anwendungen eingesetzt werden. Besonders bewährt hat es sich bei einem Lüfter mit einem Gehäuse und einem relativ zum Gehäuse um eine Rotationsachse drehbaren Lüfterrad, wobei das Lüfterrad über eine Vorrichtung zur drehbaren Lagerung eines Gegenstandes mit dem Gehäuse verbunden ist, wenn die Vorrichtung erfindungsgemäß ausgebildet ist. Dadurch kann ein mit geringen Kosten herstellbarer Lüfter erreicht werden, bei welchem auch bei langer Einsatzdauer eine präzise und koaxiale Positionierung des üblicherweise an der Welle angeordneten Lüfterrades relativ zu einem Lüftergehäuse gewährleistet ist.

[0018] Nachdem bei einem entsprechenden Lüfter eine exakte Positionierung der Welle auf der Rotationsachse unabhängig von einem Verschleiß gewährleistet ist, kann der Lüfter auf einfache Weise derart ausgebildet sein, dass mit dem Gehäuse eine Spule starr verbunden und am Lüfterrad ein Permanentmagnet angeordnet ist, sodass das Lüfterrad durch Bestromung der Spule in Rotation versetzbar ist. Es ist somit auch bei einem Verschleiß gewährleistet, dass ein Luftspalt zwischen Spule bzw. magnetisch aktiven Teilen eines Stators und magnetisch aktiven Teilen eines Rotors bzw. des Lüfterrades konstant bleibt. Dadurch kann der Lüfter mit einem besonders geringen magnetischen Widerstand und somit hoher Effizienz ausgebildet sein. Normalerweise weist das Gehäuse einen Gehäusegrundkörper und einen vom Gehäusegrundkörper abnehmbaren bzw. mit diesem lösbar verbundenen Gehäusedeckel auf. Es kann dann vorgesehen sein, dass die Spule mit dem Gehäusegrundkörper oder mit dem Gehäusedeckel starr verbunden ist, um einen besonders einfachen Aufbau zu gewährleisten.

[0019] Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich anhand des nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigt:

[0020] Fig. 1 einen mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgebildeten Lüfter in Schnittdarstellung.

[0021] Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Lüfter 1, welcher beispielsweise zur Kühlung von Scheinwerfern in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann, in Schnittdarstellung. Wie ersichtlich ist dabei eine um eine Rotationsachse 8 drehbar in einem Gehäuse 9 angeordnete Welle 5 vorgesehen, auf welcher ein Lüfterrad 2 angeordnet bzw. mit der Welle 5 starr verbunden ist. Die Welle 5 weist endseitig jeweils Flächen 6 mit einem Außenkonus auf, über welche die Welle 5 in Lagerstellen 3, 4 mit korrespondierenden Flächen 6, welche einen Innenkonus aufweisen, gelagert ist. Ein Kegelwinkel kann dabei grundsätzlich zwischen 1° und 170° betragen und beträgt im dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 60°.

[0022] Eine erste Lagerstelle 3 ist dabei in axialer Richtung, also parallel zur Rotationsachse 8, um welche die Welle 5 in einem verschleißfreien Zustand bzw. einem Neuzustand in den Lagerstellen 3, 4 drehbar ist, bewegbar im Gehäuse 9 angeordnet und über eine Feder 7 in axialer Richtung gespannt. Ein Verschleiß an einer der Lagerstellen 3, 4 und/oder an der Welle 5 wird somit durch eine Axialbewegung der ersten Lagerstelle 3 auf einfache Weise ausgeglichen, ohne dass die Welle 5 dadurch von der Rotationsachse 8 bewegt wird, wie dies beispielsweise der Fall wäre, wenn ein Verschleiß an einer durch zylindrische Kontaktflächen gebildeten Gileitlagerstelle auftreten würde. Die erste Lagerstelle 3 ist somit über eine Führung in axialer Richtung bewegbar im Gehäuse 9 gelagert. Eine zweite Lagerstelle 4 ist starr mit dem Gehäuse 9 verbunden, wenngleich es natürlich auch denkbar wäre, die zweite Lagerstelle 4 ebenfalls axial bewegbar im Gehäuse 9 anzuordnen. Das Gehäuse 9 weist einen Gehäusegrundkörper 14 und einen lösbar mit dem Gehäusegrundkörper 14 verbundenen Gehäusedeckel 10 auf. Die erste Lagerstelle 3 ist hier axial bewegbar im abnehmbaren Gehäusedeckel 10 angeordnet, welcher Teil des Gehäuses 9 ist. Die zweite Lagerstelle 4 ist mit dem Gehäusegrundkörper 14 starr verbunden. Dadurch ist ein einfacher Zusammenbau des Lüfters 1 gewährleistet.

[0023] Wenngleich die erfindungsgemäße Vorrichtung hier in Verbindung mit einem Lüfter 1 als Ausführungsbeispiel beschrieben ist, versteht es sich, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für andere Zwecke einsetzbar ist, um eine kostengünstige und gleichzeitig dauerhaft präzise drehbare Lagerung eines Gegenstandes zu erreichen.

[0024] Die Welle 5 wird hier durch einen Stahl gebildet, kann grundsätzlich jedoch natürlich aus jedem beliebigen Material ausgebildet sein. Die Lagerstellen 3, 4 sind bevorzugt durch einen Kunststoff gebildet, um günstige Gleiteigenschaften der Welle 5 in den Lagerstellen 3, 4 zu erreichen.

[0025] In den Lagerstellen 3, 4 sind in einem Bereich von Spitzen der konusförmigen Flächen 6 Öffnungen 11 vorgesehen, sodass die Flächen 6, an welchen sich drehende und stehende Teile hier berühren, auf einfache Weise mit einem Kühl- und/oder Schmiermittel versorgt werden können.

[0026] Das Lüfterrad 2 weist wie dargestellt einen Permanentmagnet 13 auf, welcher durch eine Bestromung einer starr mit dem Gehäusedeckel 10 verbundenen Spule 12 in eine Drehbewegung um die Rotationsachse 8 versetzbar ist, sodass das Lüfterrad 2 mittels einer Bestromung der Spule 12 in Drehbewegung versetzbar ist. Bevorzugt wird ein derartiger Lüfter 1 in einem Kraftfahrzeug eingesetzt, beispielsweise um Scheinwerfer zu kühlen.

[0027] Mit einer erfindungsgemäßen Lagerung ist eine präzise Positionierung der Welle 5 auf einer Rotationsachse 8 auch dann möglich, wenn ein Verschleiß an sich berührenden und relativ zueinander bewegten Bauteilen auftritt, sodass günstige Materialpaarungen eingesetzt werden können und gleichzeitig eine hohe Lebensdauer erreichbar ist.

Claims (12)

Ansprüche

1. Vorrichtung zur drehbaren Lagerung eines Gegenstandes, insbesondere eines Lüfterrades (2), aufweisend zwei Lagerstellen (3, 4) und eine relativ zu den Lagerstellen (3, 4) um eine Rotationsachse (8) drehbare Welle (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstellen (3, 4) und die Welle (5) korrespondierende kegel- oder kegelstumpfförmige Flächen (6) aufweisen, über welche Flächen (6) die Welle (5) mit den Lagerstellen (3, 4) verbunden ist.

2, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Aufbringung einer axialen Kraft auf eine der Lagerstellen (3, 4), insbesondere eine Feder (7), vorgesehen ist, um einen Verschleiß durch eine axiale Bewegung der Lagerstelle (3, 4) relativ zur Welle (5) ausgleichen zu können.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (9) vorgesehen ist, in welchem die Lagerstellen (3, 4) angeordnet sind, wobei ein flexibles Element, insbesondere eine Feder (7), derart mit einer Lagerstelle (3, 4) einerseits und dem Gehäuse (9) andererseits verbunden ist, dass durch das flexible Element eine axiale Kraft auf die Lagerstelle (3, 4) aufgebracht wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (9) einen abnehmbaren Gehäusedeckel (10) aufweist, wobei das flexible Element mit dem Gehäusedeckel (10) einerseits und einer axial bewegbar mit dem Gehäusedeckel (10) verbundenen Lagerstelle (3, 4) andererseits verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Lagerstelle (3, 4) axial bewegbar im Gehäuse (9) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstellen (3, 4) zumindest bereichsweise, vorzugsweise entlang einer Umfangsrichtung durchgehend, einen Innenkonus aufweisen und die Welle (5) endseitig jeweils einen Außenkonus aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung als Gleitlagerung ausgebildet ist und die Flächen (6) als Gleitflächen ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Lagerstelle (3, 4) zumindest eine Öffnung (11) aufweist, durch welche ein Fluid, insbesondere eine Schmierflüssigkeit, zu einer Kontaktposition bringbar ist, an welcher Kontaktposition sich relativ zueinander bewegliche Teile der Lagerung berühren.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (5) aus einem Metall, insbesondere aus Stahl, ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstellen (3, 4) aus einem Kunststoff ausgebildet sind.

11. Lüfter (1) mit einem Gehäuse (9) und einem relativ zum Gehäuse (9) um eine Rotationsachse (8) drehbaren Lüfterrad (2), wobei das Lüfterrad (2) über eine Vorrichtung zur drehbaren Lagerung eines Gegenstandes mit dem Gehäuse (9) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.

12. Lüfter (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Gehäuse (9) eine Spule (12) starr verbunden und am Lüfterrad (2) ein Permanentmagnet (13) angeordnet ist, sodass das Lüfterrad (2) durch Bestromung der Spule (12) in Rotation um die Rotationsachse (8) versetzbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen