DE2701295C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur axialen Verspannung eines aus zwei Radialwälzlagern bestehenden Lagersystems mit einer Welle, einer die Welle konzentrisch umgebenden Schraubenfeder als Druckfeder zwischen den äußeren Laufringen der Wälzlager, von denen einer axial beweglich ist, sowie mit zwei, die Schraubenfeder fassenden, ebenfalls die Welle konzentrisch umgebenden, axial hintereinander befindlichen Buchsen mit je einem Endbund, welcher dem nächstliegenden Lager zugewendet ist und als Anschlag für die Schraubenfeder dient.

Derartige Anordnungen sind der Lebensdauer und der Geräuschminder­ ung dienlich, wobei die Lagerringe axial über die Wälzkörper ge­ geneinander mittels Federn verspannt sind, so daß die sonst vor­ handene Lagerluft zwischen den inneren und äußeren Laufringen Null wird und wobei Lagerluftveränderungen, die durch Temperatur­ unterschiede zwischen den Laufringen auftreten, ausgeglichen werden.

Es sind Lösungen zur Verspannung von Radialwälzlagern durch Teller-, Well- oder Schraubenfedern bekannt. Als Nachteil erweist sich bei Teller- und Wellfedern die große Steilheit und starke Streuung der Federkennlinie. Bei Anpassung der Federkennlinie an den Bedarfs­ fall durch die Hintereinanderschaltung von Teller- bzw. Wellfedern erhöht sich die Anzahl der Bauteile und damit die Aufwendung für Material und Montage.

Bei Verwendung einer Schraubenfeder kann die Federkennlinie dem Bedarfsfall besser angepaßt werden. Zur Begrenzung des Federweges wird aber bei einer bekannten Anordnung eine aufwendige Distanz­ buchse mit Freidrehungen für die Schraubenfeder und zu den sich drehenden Teilen des Radiallagers erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Lösungen eine einfache, in der Massenfertigung wirtschaftlich vorteilhafte und für die Montage bessere Anordnung zu finden.

Aus der DE-PS 1 89 409 ist bereits eine Anordnung bekannt, bei der sich eine axial um die Welle angeordnete Schraubenfeder auf zwei Buchsen abstützt. Diese Anordnung ist von der Technik nicht weiterentwickelt worden, weil die Wälzlager zunehmend als Baueinheiten hergestellt und nicht beim Anwender aus Einzelteilen zusammengestellt wurden.

Aus der DE-PS 5 82 962 ist eine Anordnung zur axialen Verspannung von Wälzlagern bekannt, die als Bauelemente ausgebildete Wälzlager verwendet. Diese Anordnung führt insbesondere bei der Herstellung großer Stückzahlen zu einem hohen Montageaufwand, weil das Lagerspiel jeweils im einzelnen eingestellt werden muß.

Das ist zwar bei Werkzeugmaschinen unerheblich, bei der Montage von Lagern für Elektromotore in Serienfertigung aber unvertretbar.

Die Vereinfachung der Montage der gattungsgemäßen Lageranordnung ist insbesondere Ziel der Erfindung.

Sie erfolgt dadurch, daß die Bundbuchsen mit ihren Schäften die Schraubenfedern innen führen, daß die Bunde sich vom Schaft jeweils radial nach außen erstrecken und unter dem Federdruck auf den benachbarten Außenring einwirken und daß die einander zugewandten Schäfte einen Abstand voneinander aufweisen, der geringfügig kleiner ist als das gesamte axiale Spiel des Lagersystems.

Der Vorteil der Anordnung besteht darin, daß beim Einpressen des Lagersystems in seine Halterung der Einpreßdruck von den mechanisch unkritischen Schäften der Buchsen aufgenommen wird und nicht auf die präzisen und empfindlichen Laufflächen wirkt. Dadurch kann der Einpreßdruck und die Federkraft gleichzeitig erhöht ausgebildet sein, so daß die Sitzunsicherheit in der Halterung des Lagers verringert ist.

In Weiterentwicklung der Erfindung ist das gesamte axiale Spiel des Lagersystems durch Verbreiterung der äußeren oder inneren Laufbahn eines Radialwälzlagers vergrößert. Dadurch kann die Wirkung des Einpreßdruckes auf die Laufflächen vollständig ausgeschlossen werden.

In einer anderen Weiterentwicklung der Erfindung ist bei vergrößertem Radialwälzlagerabstand ein zusätzliches Distanzelement zwischen einem Buchsenbund und dem benachbarten Lager eingefügt. Dadurch können die Schraubenfeder optimal ausgelegt und Kosten eingespart werden.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher er­ läutert, und zwar zeigt

Fig. 1 abgebrochen den Längsschnitt einer Radialwälzlagerverspan­ nung für einen Elektromotor mit Ausschnitt Fig. 1a,

Fig. 2 abgebrochen den Längsschnitt einer Variante mit anderer Baulänge,

Fig. 3 abgebrochen den Längsschnitt einer zweiten Variante ohne Wälzlagerinnenringe,

Fig. 3a einen Ausschnitt hiervon, und

Fig. 4 abgebrochen eine dritte Variante mit nach unten hängendem laufendem Rotor.

Der in den Fig. 1, 2, 3, 4 jeweils im Schnitt dargestellte Außenläufer-Elektromotor besteht aus der Statorwicklung 101; 201; 301; 401, dem damit fest verbundenen Lagerrohr 102; 202; 302; 402, dem Lagersystem, der Achse 103; 203; 303; 403 und dem Außenläufer­ rotor 104; 204; 304; 404.

In Fig. 1 ist im Lagerrohr 102 ein Einstich für einen Seeger- Sicherungsring 105 vorhanden, an den sich das obere Radialwälz­ lager 114 mit der Stirnseite seines Außenringes abstützt. Auf der Gegenseite des Seeger-Sicherungsringes 105 liegt die Bundbuchse 106 mit ihrer Kopfstirnfläche an. Koaxial, im freien Raum zwischen Buchsenschaft - außen - und Lagerrohrinnendurchmesser befindet sich die Schraubenfeder 107, die sich aufgrund ihrer flachen Federkenn­ linie ideal zur gegenseitigen Verspannung der beiden Radialwälz­ lager 114, 110 eignet. Eine zweite Bundbuchse 108 wird mit ihrem Schaft in die Schraubenfeder 107 eingefügt, so daß die Schrau­ benfeder 107 bis auf einen kleinen Spalt 109 nach innen zur Welle 103 hin von den Schäften der beiden Bundbuchsen 106, 108 fast völ­ lig umschlossen und geführt wird. Über das Radialwälzlager 110 und dem Seeger-Sicherungsring 111 an der Welle 103 wird die Schraubenfeder 107 gespannt. Der Spalt 109 zwischen den beiden Bundbuchsen 106, 108 begrenzt den Federweg der Schraubenfeder 107, so daß der Stator 101 und der Außenläuferrotor 104 nicht über einen bestimmten, konstruktiv festgelegten Wert axial verschoben werden können.

Die Verwendung einfachster Bauteile und der bechriebene Aufbau mit Spielpassungen zwischen den Radialwälzlagern 114, 110 und der Welle 103 bzw. dem Lagerrohr 102 gewährleistet eine kosten- und fertigungsgünstige Lösung.

Die in Fig. 2 dargestellte Radialwälzlagerverspannung ist mit der in Fig. 1 funktionsidentisch. Der einzige Unterschied zu Fig. 1 ergibt sich aus der unterschiedlichen Baulänge des Elektromotors. Die Anpassung an diese Baulänge unter Beibehaltung der gleichen Verspannungselemente aus Fig. 1 geschieht durch einen zweiten Seeger-Sicherungsring 220 im Lagerrohr 202, dessen Abstand Δ a zum Seeger-Sicherungsring 205 vorzugsweise gleich der gegebenen Baulängenänderung Δ l ist. Eine Hülse mit der Länge Δ l könnte ebensogut, am Seeger-Sicherungsring 205 angreifend, die Distanz Δ a (=Δ l) realisieren.

In Fig. 3 ist eine Radialwälzlagerverspannung ohne Wälzlagerinnen­ ringe dargestellt. Die Laufbahnen 330, 331 für die Wälzkörper 332, 333 befinden sich als radiale Rillen auf der Welle 303. Die gegenseitige Verspannung der beiden Wälzlageraußenringe 334, 335 geschieht durch die gleichen Verspannelemente wie Schraubenfeder und Bundbuchsen aus Fig. 1 und 2.

Vorteilhafterweise bilden die Welle 303, die Wälzlageraußenringe 334, 335 mit ihren jeweiligen Wälzkörpern 332, 333, die Bundbuchsen 306, 308 und die Schraubenfeder 307 eine Baueinheit. Diese Bau­ einheit wird über den Wälzlageraußenring 335 fest mit dem Lager­ rohr 302 verbunden. Dies geschieht vorzugsweise durch die Wahl einer entsprechenden Passung oder durch Kleben. Am Wälzlager­ außenring 334 ist zum Lagerrohr 302 eine Spielpassung vorhan­ den, so daß die gegenseitige Verspannung der Wälzlageraußen­ ringe 334, 335 über die Schraubenfeder 307 gegeben ist.

Für das Einpressen der Baueinheit zeigt Fig. 3a eine mögliche Ausgestaltung der Laufbahn des Wälzlageraußenringes 335. Die Verbreiterung der Laufbahn ermöglicht es, daß beim Einpreßvorgang der Wälzkörperring 335 die Schraubenfeder 307 bis zum Aufeinanderstoßen der beiden Bundbuchsen zusammendrückt. Dadurch übertragen die Bundbuchsen die notwendigen Einpreßkräfte auf den Wälzlagerring 335. Eine sonst mögliche Laufbahnbeschä­ digung unterbleibt, da die Wälzkörper 333 und die Laufbahnen die Einpreßkräfte nicht übertragen. Selbstverständlich ist die Laufbahnverbreiterung auch an den entsprechenden Stellen der Welle 303 und des Wälzlagerringes 334 möglich. Die Verbreiterung der Laufbahn muß jeweils etwas größer als der Spalt 309 sein.

Eine andere, zeichnerisch nicht dargestellte Weiterbildung sieht vor, das Lagerrohr als solches fallen zu lassen und die Lager un­ mittelbar in die eine entsprechende Bohrung des Statorblechpa­ kets (Lagerbohrung) einzusetzen.

Die Fig. 1a zeigt als vergrößerter Ausschnitt deutlich, daß bei der Erfindung die Schraubenfeder außen durch das Lagerrohr und innen durch den zylindrischen Teil der Bundbuchse begrenzt ist und somit nicht radial ausweichen kann, selbst wenn die Enden der Feder nicht - wie zu diesem Zweck sonst oft in teurer Weise - parallel angeschliffen worden sind. Dadurch können ungeschliffene, relativ billige Federn verwendet werden. Außerdem wurden die Distanzrohre deshalb als Bundbuchse ausgebildet, damit die Kraft über deren Bund auch auf den Außenring des Kugellagers abgegeben wird, welcher bei hier oft verwendeten ultra-leichten Kugellagern radial dünn ist, weshalb eine solche Schulter zum sicheren Kraftschluß vorteilhaft ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Verwendung einer Schraubenfeder die Fe­ derkennlinie dem Bedarfsfall besser angepaßt werden kann und gleichzeitig durch den Einsatz von zwei gleichen Bundbuchsen zur Führung der Schraubenfeder und zur Begrenzung des Feder­ wegs insgesamt eine kostengünstige und fertigungstechnisch einfache Lösung vorliegt.

Gleiches gilt für die einfache Anpassung des Verspannungssystems an die unterschiedlichen Baulängen einer Baureihe unter Beibe­ haltung der Abmessungen für die Druckfeder und die zwei Bundbuchsen durch den Einsatz eines zweiten Seeger-Sicherungsringes oder einer Hülse in der Lagerbohrung.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungs­ gemäßen Radial-Wälzlagerverspannung für einen Elektromotor mit nach unten hängend laufendem Rotor 404. In diesem Fall stützt sich vorteilhafterweise das Radial-Wälzlager 410 mit der Stirn­ seite seines Außenringes am Seeger-Sicherungsring 405 ab, so daß das Eigengewicht des Rotors 404 über das Lager 410 vom Seeger-Sicherungsring 405 aufgenommen wird und die Verspannung des zweiten Radial-Wälzlagers frei vom Rotoreigengewicht bleibt. Dieser Sachverhalt gilt sinngemäß auch für die in Fig. 1 und 2 dargestellten Verspannungen, d. h. für die Anordnung des Seeger- Sicherungsringes 105, 205 am Lager 114, 214.

Claims (3)

1. Anordnung zur axialen Verspannung eines aus zwei Radialwälzlagern bestehenden Lagersystems mit einer Welle, einer die Welle konzentrisch umgebenden Schraubenfeder als Druckfeder zwischen den äußeren Laufringen der Wälzlager, von denen einer axial beweglich ist, sowie mit zwei, die Schraubenfeder fassenden ebenfalls die Welle konzentrisch umgebenden, axial hintereinander befindlichen Buchsen mit je einem Endbund, welcher dem nächstliegenden Lager zugewendet ist und als Anschlag für die Schraubenfeder dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Bundbuchsen (106, 108) mit ihren Schäften die Schraubenfeder (107) innen führen, daß die Bunde sich vom Schaft jeweils radial nach außen erstrecken und unter dem Federdruck auf den benachbarten Außenring einwirken und daß die einander zugewandten Schäfte einen Abstand voneinander aufweisen, der geringfügig kleiner ist als das gesamte axiale Spiel des Lagersystems.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte axiale Spiel des Lagersystems durch Verbreiterung der äußeren oder inneren Laufbahn eines Radialwälzlagers vergrößert ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei vergrößertem Radialwälzlagerabstand ein zusätzliches Distanzelement (220) zwischen einem Buchsenbund und dem benachbarten Lager (214) eingefügt ist.