DE20301647U1 - Rolling bearings, in particular for an electric motor - Google Patents
Rolling bearings, in particular for an electric motorInfo
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Dr.-lng.R. Rüger Dipl.-Ing. H. P. Barthelt Dr.-lng.T.Abel Patentanwälte European Patent Rüger, Barthelt & Abel ■ R O. Box 10 04 61 ■ D-73704 Esslingen AttorneysDr.-lng.R. Rüger Dipl.-Ing. HP Barthelt Dr.-lng.T.Abel Patent Attorneys European Patent Rüger, Barthelt & Abel ■ R O. Box 10 04 61 ■ D-73704 Esslingen Attorneys
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30. Januar 2 SKF GM 1730 January 2 SKF GM 17
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Wälzlager, insbesondere solche, die bspw. in Elektromotoren Verwendung finden.The present invention relates to the field of rolling bearings, in particular those used, for example, in electric motors.
Ein Elektromotor weist im Allgemeinen ein Gehäuse auf, in dem ein feststehender Stator und ein innerhalb des Stators drehbar gelagerter Rotor befestigt sind. Der Rotor ist mittels zweier Wälzlager drehbar gelagert, die im Allgemeinen von der Bauart starrer Kugellager sind und an den beiden Enden der Welle des Rotors angeordnet sind.An electric motor generally comprises a housing in which a fixed stator and a rotor mounted for rotation within the stator are mounted. The rotor is mounted for rotation by means of two rolling bearings, which are generally of the rigid ball bearing type and are arranged at the two ends of the shaft of the rotor.
Die im Allgemeinen nach Bauart "starrer Kugellager" ausgeführten Wälzlager weisen ringförmige Lagerlaufflächen mit einem Querschnittsprofil auf, das in Bezug auf eine durch den Mittelpunkt der Kugeln verlaufende Ebene symmetrisch ist, und sind konstruiert, um im Betrieb gegebenenfalls verhältnismäßig große radiale Kräfte und mäßige axia-The rolling bearings, generally of the "rigid ball bearing" type, have annular bearing surfaces with a cross-sectional profile that is symmetrical with respect to a plane passing through the centre of the balls and are designed to withstand relatively large radial forces and moderate axial forces during operation.
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Ie Kräfte aufzunehmen. Die beiden Wälzlager sind über deren Innenringe mit Presspassung auf der Welle befestigt.To absorb the forces. The two rolling bearings are attached to the shaft via their inner rings with a press fit.
Die Außenringe der Wälzlager sind in zylindrischen Sitzen des Gehäuses des Motors befestigt, wobei das Gehäuse im Wesentlichen aus einer Leichtmetalllegierung auf der Grundlage von Aluminium besteht. Der Außenring des einen der beiden Wälzlager ist in seinem Sitz durch geeignete Mittel, beispielsweise Sicherungsringe und/oder Schultern, in axialer Richtung festgesetzt und ist eventuell klemmend in dem Gehäuse befestigt.The outer rings of the rolling bearings are fixed in cylindrical seats in the engine casing, the casing being essentially made of a light alloy based on aluminium. The outer ring of one of the two rolling bearings is axially fixed in its seat by suitable means, such as retaining rings and/or shoulders, and is possibly clamped in the casing.
Der Außenring des anderen Wälzlagers ist in axialer Richtung "frei", mit anderen Worten mit einem zulässigen axialen Spiel, in seinem Sitz befestigt. In der Tat kann sich der axiale Abstand, der das zweite Wälzlager von dem in axialer Richtung bezüglich des Gehäuses fest angeordneten ersten Wälzlager trennt, während eines Temperaturanstiegs des Elektromotors aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnung der verschiedenen Teile des Motors geringfügig verändern. Das zweite Wälzlager muss daher in der Lage sein, seine Stellung in axialer Richtung in Bezug auf seinen Sitz geringfügig zu verändern, ohne dass es zu einer unerwünschten Drehung seines Außenrings gegenüber dem Sitz kommen sollte.The outer ring of the other bearing is fixed in its seat "freely" in the axial direction, in other words with an acceptable axial clearance. In fact, the axial distance separating the second bearing from the first bearing, which is fixed axially with respect to the housing, may vary slightly during an increase in the temperature of the electric motor due to the differential expansion of the various parts of the motor. The second bearing must therefore be able to slightly vary its position in the axial direction with respect to its seat without causing an undesirable rotation of its outer ring with respect to the seat.
Aus der Druckschrift FR-A-2 585 095 ist ein Wälzlager bekannt, das auf seinem Außenring mit Ringen aus Kunstharz ausgestattet ist, die in um den Umfang des Außenrings ausgebildeten Ringnuten aufgespritzt sind. Diese Ringe ragen bezüglich der zylindrischen Außenfläche des Außenrings des Wälzlagers in radialer Richtung vor und ermöglichen es zu verhindern, dass sich der Außenring bei einem Anstieg derFrom the document FR-A-2 585 095 a rolling bearing is known which is equipped on its outer ring with rings made of synthetic resin which are injection-molded in annular grooves formed around the circumference of the outer ring. These rings protrude in the radial direction with respect to the cylindrical outer surface of the outer ring of the rolling bearing and make it possible to prevent the outer ring from moving when the
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Motortemperatur bezüglich des Gehäusesitzes in Drehung versetzen könnte.Engine temperature could cause rotation relative to the housing seat.
Der Ausdehnungskoeffizient des aus einer Leichtmetalllegierung gefertigten Motorgehäuses ist ungefähr doppelt so groß wie derjenige des Stahls für die Wälzlagerringe. Der Anstieg der Temperatur zeigt sich daher in einem Radialspiel zwischen dem Außenring des Wälzlagers und dem Gehäusesitz. Die Kunststoffringe weisen einen im Vergleich zu der Leichtmetalllegierung des Motorgehäuses hohen Ausdehnungskoeffizienten, wodurch es sich verhindern lässt, dass sich der Außenring bei Anstieg der Temperatur aufgrund der inneren Reibung des Wälzlagers bezüglich des Sitzes ungewollt in Drehung versetzt. Die Kunststoffringe weisen gegenüber dem Außendurchmesser des Wälzlagers einen verhältnismäßig großen Außendurchmesser auf.The coefficient of expansion of the motor housing, which is made of a light metal alloy, is approximately twice as high as that of the steel used for the rolling bearing rings. The increase in temperature is therefore reflected in a radial clearance between the outer ring of the rolling bearing and the housing seat. The plastic rings have a high coefficient of expansion compared to the light metal alloy of the motor housing, which prevents the outer ring from accidentally rotating in relation to the seat due to the internal friction of the rolling bearing when the temperature rises. The plastic rings have a relatively large outer diameter compared to the outer diameter of the rolling bearing.
So beträgt im Falle eines Wälzlagers mit einem Außendurchmesser von beispielsweise 32 mm für einen übereinstimmenden Nennwert die zulässige Abweichung (Toleranz) für den Durchmesser der Kunststof fringe zwischen +20 und +50 &mgr;&eegr;&eegr; oder sogar zwischen +3 0 bis +70 &mgr;&pgr;&igr;, während die Toleranz für den Durchmesser des Außenrings des Wälzlagers zwischen 0 und -&idiagr;&Ogr;&mgr;&pgr;&igr; liegt. Daraus ergibt sich, dass die Kunststoffringe ständig in Bezug auf die Oberfläche des Außenrings des Wälzlagers in radialer Richtung vorragen.Thus, in the case of a rolling bearing with an external diameter of, for example, 32 mm, for a matching nominal value, the permissible deviation (tolerance) for the diameter of the plastic rings is between +20 and +50 μηι or even between +3 0 and +70 μηι, whilst the tolerance for the diameter of the outer ring of the rolling bearing is between 0 and -δΩμηι. This means that the plastic rings constantly protrude in the radial direction with respect to the surface of the outer ring of the rolling bearing.
Eine derartige Vorrichtung eignet sich verhältnismäßig zufriedenstellend dazu, um eine unbeabsichtigte Drehung des Außenrings bei einem Temperaturanstieg zu verhindern, weist aber dennoch gewisse Nachteile auf.Such a device is relatively satisfactory for preventing inadvertent rotation of the outer ring when the temperature rises, but it nevertheless has certain disadvantages.
Der Einbau des Wälzlagers in dessen Sitz erfordertThe installation of the rolling bearing in its seat requires
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einen erheblichen Kraftaufwand beim Eindrücken und muss daher mit einer Art Presse durchgeführt werden. Die Kunststoff ringe sind auf dem Außenring bezüglich dessen Umfangsflache mit einem erheblichen radialen Vorsprung angeordnet, wodurch die Gefahr besteht, dass die Ringe während des Eindrückens beschädigt oder herausgerissen werden. Die Klemmfeststellung des Wälzlagers in dessen Sitz lässt keine ausreichende Freiheit für eine axiale Verschiebung dieses Wälzlagers bei Temperaturänderungen zu. Dementsprechend ist das Wälzlager insbesondere bei niedrigen und mittleren Temperaturen ungewöhnlich starken axialen Kräften unterworfen, die zu einer nachteiligen Reduzierung der Lebensdauer des Wälzlagers führen können.a considerable amount of force is required when pressing in and must therefore be carried out using a type of press. The plastic rings are arranged on the outer ring with a considerable radial projection in relation to its peripheral surface, which means that there is a risk that the rings will be damaged or torn out during pressing in. The clamping of the rolling bearing in its seat does not allow sufficient freedom for axial displacement of this rolling bearing when the temperature changes. Accordingly, the rolling bearing is subjected to unusually strong axial forces, particularly at low and medium temperatures, which can lead to a detrimental reduction in the service life of the rolling bearing.
Die Erfindung lehrt, diese unterschiedlichen Probleme zu lösen.The invention teaches how to solve these different problems.
Die Erfindung schlägt ein verbessertes Wälzlager mit Ausgleichsringen vor.The invention proposes an improved rolling bearing with compensating rings.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung gehören zu der Wälzlagervorrichtung ein Außenring, der vorgesehen ist, um sich in einem zylindrischen Sitz anzupassen, eine auf dem Außenring ausgebildete Lauffläche, eine Reihe von in Berührung mit der Lauffläche angeordneten Wälzkörpern und mindestens ein Dehnungsausgleichsring, der in einer Ringnut befestigt ist, die in der zylindrischen Außenfläche des Außenrings ausgebildet ist. Der Ausgleichsring ist aus einem Material gefertigt, dessen Dehnungskoeffizient größer ist als derjenige des Werkstoffs, aus dem der Außenring geformt ist. Der Ausgleichsring ist mit einem Außendurchmesser bemessen, der zwischen dem Außendurchmesser des Außenrings minus 50 &mgr;&tgr;&eegr; und dem Außendurchmesser des Außenrings plus 2 0 &mgr;&tgr;&eegr; beträgt.According to one aspect of the invention, the rolling bearing device includes an outer ring intended to fit in a cylindrical seat, a running surface formed on the outer ring, a series of rolling elements arranged in contact with the running surface, and at least one expansion compensation ring fixed in an annular groove formed in the cylindrical outer surface of the outer ring. The compensation ring is made of a material whose expansion coefficient is greater than that of the material from which the outer ring is formed. The compensation ring is sized with an outer diameter which is between the outer diameter of the outer ring minus 50 μιη and the outer diameter of the outer ring plus 2 0 μιη.
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Vorteilhafterweise ist die Passung zwischen dem Außendurchmesser des Außenrings des Wälzlagers und dem aus einer Leichtmetalllegierung bestehenden Gehäusesitz geeignet gewählt und ein Gleitsitz bei Raumtemperatur geschaffen.Advantageously, the fit between the outer diameter of the outer ring of the rolling bearing and the housing seat made of a light metal alloy is suitably selected and a sliding fit is created at room temperature.
In einer Ausführungsform der Erfindung liegt die Toleranz des Außendurchmessers des Ausgleichsrings bezogen auf den Nenndurchmesser zwischen +10 und -50 &mgr;&tgr;&eegr;, bevorzugterweise könnte eine Toleranz zwischen +10 und -30 &mgr;&pgr;&igr; gewählt sein.In one embodiment of the invention, the tolerance of the outer diameter of the compensating ring relative to the nominal diameter is between +10 and -50 μιη, preferably a tolerance between +10 and -30 μιη could be selected.
In einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die Toleranz an dem Außendurchmesser des Außenrings gegenüber dem Nenndurchmesser zwischen 0 und -10 &mgr;&idiagr;&eegr;.In one embodiment of the invention, the tolerance on the outer diameter of the outer ring compared to the nominal diameter is between 0 and -10 μηη.
Vorzugsweise enthält das Wälzlager zwei Dehnungsausgleichsringe, die in zwei Nuten des Außenrings befestigt sind, wobei diese Nuten in axialer Richtung voneinander beabstandet sind. Vorzugsweise ist das Wälzlager bezüglich einer durch den Mittelpunkt der Wälzkörper verlaufenden radialen Ebene symmetrisch.Preferably, the rolling bearing contains two expansion compensation rings which are fastened in two grooves of the outer ring, these grooves being spaced apart from one another in the axial direction. Preferably, the rolling bearing is symmetrical with respect to a radial plane passing through the center of the rolling elements.
Das Wälzlager kann einen massiven oder aus Blech hergestellten Innenring aufweisen, der mit einer äußeren Lauffläche versehen ist, die mit den Wälzkörpern in Berührung steht.The rolling bearing may have a solid or sheet metal inner ring provided with an outer running surface that is in contact with the rolling elements.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Ausgleichsring aus Kunststoff hergestellt. Insbesondere kann der Ausgleichsring aus Polyamid hergestellt sein.In one embodiment of the invention, the compensating ring is made of plastic. In particular, the compensating ring can be made of polyamide.
Das Wälzlager kann in einem Sitz befestigt sein, der eine zylindrische Bohrung aufweist und Teil eines mecha-The rolling bearing can be mounted in a seat which has a cylindrical bore and is part of a mechanical
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nischen Elements, beispielsweise des Statorteils eines Motors, bildet. Der Sitz kann aus einer Leichtmetalllegierung hergestellt sein.mechanical element, for example the stator part of a motor. The seat can be made of a light metal alloy.
Ferner ist gemäß der Erfindung ein Elektromotor mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse befestigten Stator, einem Rotor und mindestens einem zwischen dem Gehäuse und dem Rotor befestigten Wälzlager der oben beschriebenen Art geschaffen.Furthermore, according to the invention, an electric motor is provided with a housing, a stator fastened in the housing, a rotor and at least one rolling bearing of the type described above fastened between the housing and the rotor.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Gehäuse aus einer Leichtmetalllegierung hergestellt, insbesondere aus einer Metalllegierung, die Aluminium und/oder Magnesium enthält.In one embodiment of the invention, the housing is made of a light metal alloy, in particular of a metal alloy containing aluminum and/or magnesium.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Wärmeausdehnungskoeffizient des Ausgleichsrings größer als derjenige des Werkstoffs, aus dem der Außenring des Wälzlagers hergestellt ist, und größer als derjenige des Werkstoffs, aus dem der Sitz des Außenrings gefertigt ist.In one embodiment of the invention, the thermal expansion coefficient of the compensating ring is greater than that of the material from which the outer ring of the rolling bearing is made and greater than that of the material from which the seat of the outer ring is made.
Mit anderen Worten, die Außenumfangsflache des oder der Ausgleichsringe kann in radialer Richtung gegenüber der zylindrischen Außenfläche des Außenrings des Wälzlagers um 10 &mgr;&pgr;&igr; vorragen oder in Bezug auf diese um bis zu 25 &mgr;&pgr;&igr; zurückversetzt sein. Da der Außendurchmesser des Außenrings des Wälzlagers bezogen auf seine Nennabmessung mit einer Toleranz von 0 bis -10 &mgr;&pgr;&igr; bemessen ist, und der Sitz aus einer Leichtmetalllegierung in Bezug auf seine Nennabmessung, die gleich derjenigen des Außendurchmessers des Außenrings des Wälzlagers ist, mit einer Toleranz von 0 bis + 16 &mgr;&tgr;&eegr; bemessen ist, lässt sich das Wälzlagers wegen des geringen maximal möglichen radialen Überstands der Aus-In other words, the outer peripheral surface of the compensating ring(s) can protrude by 10 μιδ in the radial direction relative to the cylindrical outer surface of the outer ring of the rolling bearing or can be set back by up to 25 μιδ in relation to this. Since the outer diameter of the outer ring of the rolling bearing is dimensioned with a tolerance of 0 to -10 μιδ in relation to its nominal dimension, and the seat made of a light metal alloy is dimensioned with a tolerance of 0 to + 16 μιδ in relation to its nominal dimension, which is equal to that of the outer diameter of the outer ring of the rolling bearing, the rolling bearing can be designed with a tolerance of 0 to + 16 μιδ in relation to its nominal dimension, which is equal to that of the outer diameter of the outer ring of the rolling bearing, due to the small maximum possible radial projection of the projection.
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• ·· * ♦ &Idigr; I *.• ·· * ♦&Idigr; I*.
gleichsringe in Bezug auf den Außenring besonders leicht und ohne eine Gefahr der Beschädigung der Ausgleichsringe in seinen Sitz einbauen.The compensating rings can be installed particularly easily in relation to the outer ring and without any risk of damaging the compensating rings in their seats.
Bei niedrigen Temperaturen, insbesondere im Bereich unterhalb oder in der Nähe von 0°, ist die wechselseitige Eingriff zwischen dem aus Stahl gefertigten Außenring des Wälzlagers und dem aus einer Leichtmetalllegierung hergestellten Gehäusesitz maßgeblich. Dieser Eingriff stellt sicher, dass der Außenring des Wälzlagers in seinem Sitz zentriert ist und sich nicht in diesem dreht, während unter einer ausreichend großen axialen Belastung leichte axiale Verschiebungen des Außenrings in seinem Sitz möglich sind.At low temperatures, particularly below or close to 0°C, the mutual engagement between the outer ring of the bearing, made of steel, and the housing seat, made of a light alloy, is crucial. This engagement ensures that the outer ring of the bearing is centered in its seat and does not rotate in it, while slight axial displacements of the outer ring in its seat are possible under a sufficiently large axial load.
Wenn sich die Temperatur hingegen erhöht, beispielsweise bis auf ca. 12 00C steigt, sorgt der zwischen den Ausgleichsringen und dem Sitz bestehende wechselseitige Eingriff zunehmend für die Zentrierung und den Widerstand gegen eine Verdrehung des Außenrings bezüglich seines Sitzes. Der Ausdehnungskoeffizient des Stahls für den Außenring liegt nämlich in der Größenordnung von 1,5 &khgr; ICT5, jener der Leichtmetalllegierung für das Gehäuse im Bereich von 2,3 &khgr; ICT5 und jener der Ausgleichsringe in der Größenordnung von 13 &khgr; ICT5. Die Ausgleichsringe dehnen sich daher beträchtlich stärker aus als der Außenring und sorgen bei mittleren und höheren Temperaturen für eine ausgezeichnete Kompensation der Ausdehnung.However, when the temperature increases, for example up to around 12 0 0 C, the mutual engagement between the compensating rings and the seat increasingly ensures centering and resistance to rotation of the outer ring with respect to its seat. In fact, the coefficient of expansion of the steel for the outer ring is of the order of 1.5 x ICT 5 , that of the light alloy for the housing is in the region of 2.3 x ICT 5 and that of the compensating rings is of the order of 13 x ICT 5 . The compensating rings therefore expand considerably more than the outer ring and ensure excellent compensation of expansion at medium and high temperatures.
Insbesondere dehnen sich die Ausgleichsringe in radialer Richtung rascher aus als der Gehäusesitz und haften daher wirkungsvoll an diesem, wobei sie jede Verdrehung des Außenrings des Wälzlagers in dem Gehäuse verhindern und für eine hervorragende Zentrierung zwischen dem Wälzlager undIn particular, the compensation rings expand more rapidly in the radial direction than the housing seat and therefore adhere effectively to it, preventing any rotation of the outer ring of the rolling bearing in the housing and ensuring excellent centering between the rolling bearing and
dem Sitz und damit zwischen dem Stator und dem Rotor des Motors sorgen. Der zuletzt genannte Punkt ist von besonderer Bedeutung, da die Leistung eines Elektromotors insbesondere von dem zwischen dem Stator und dem Rotor vorhandenen Spiel abhängt, wobei eine Verringerung des Spiels die Leistungsdaten des Motors erhöht. Selbstverständlich steigen mit einer Verringerung des Spiels die an die Genauigkeit der Zentrierung zwischen Rotor und Stator gestellten Anforderungen.the seat and therefore between the stator and the rotor of the motor. The latter point is particularly important because the performance of an electric motor depends in particular on the clearance between the stator and the rotor, with a reduction in clearance increasing the performance of the motor. Of course, a reduction in clearance increases the requirements for the accuracy of the centering between the rotor and the stator.
In gewissen Anwendungen, beispielsweise im Falle der Verwendung bei Elektromotoren für die Servolenkung von Kraftfahrzeugen, wo die Anforderungen an die Präzision besonders hoch sind, darf der Fehler der Zentrierung des Rotors bezüglich des Stators 50 &mgr;&pgr;&igr; nicht überschreiten. Die Erfindung ermöglicht es daher, diesen Anforderungen zu entsprechen. In certain applications, for example in the case of use in electric motors for the power steering of motor vehicles, where the requirements for precision are particularly high, the error in centring the rotor with respect to the stator must not exceed 50 μπα. The invention therefore makes it possible to meet these requirements.
Darüber hinaus ändert sich im Bereich hoher Temperaturen vorübergehend die Struktur der Ausgleichsringe, und diese werden weicher und verformbarer, und zwar ausreichend, um bei Belastung die geringen axialen Verschiebungen zuzulassen, die für den Außenring erforderlich sind.In addition, in the high temperature range, the structure of the compensation rings temporarily changes and they become softer and more deformable, sufficiently to allow the small axial displacements required for the outer ring under load.
Als Beispiel kann für die Fertigung der Ausgleichsringe ein Polyamid von dem Typ PAIl gewählt werden, das die folgenden mechanischen Eigenschaften aufweist:As an example, a polyamide of the PAIl type can be chosen for the production of the compensation rings, which has the following mechanical properties:
- Elastizitätsmodul (Young) von 2200 MPa bei 200C- Young's modulus of elasticity of 2200 MPa at 20 0 C
- Poissonscher Beiwert (Querkontraktions-Koeffizient) 0,4- Poisson's coefficient (transverse contraction coefficient) 0.4
- Wärmeausdehnungskoeffizient von 13 &khgr; 10~5.- Thermal expansion coefficient of 13 x 10~ 5 .
Die vorliegende Erfindung wird verständlicher nach dem Lesen der detaillierten Beschreibung einiger lediglich bei-The present invention will be more clearly understood after reading the detailed description of some merely
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spielhaften und in keiner Weise beschränkend zu bewertenden Ausführungsformen, die anhand der nachstehenden Zeichnungen veranschaulicht sind:exemplary and in no way limiting embodiments, which are illustrated by the following drawings:
Fig. 1 zeigt in einem Längsschnitt einen Elektromotor nach dem Stand der Technik;Fig. 1 shows a longitudinal section of an electric motor according to the prior art;
Fig. 2 stellt in einer Seitenansicht ein Wälzlager gemäß einem Aspekt der Erfindung dar;Fig. 2 shows a side view of a rolling bearing according to one aspect of the invention;
Fig. 3 zeigt eine axiale Schnittansicht des in einem Motor befestigten Wälzlagers nach Fig. 2;Fig. 3 shows an axial sectional view of the rolling bearing according to Fig. 2 mounted in an engine;
Fig. 4 und 5 zeigen detaillierte Ausschnitte der Fig.Fig. 4 and 5 show detailed sections of Fig.
3 bei höheren bzw. niedrigen Temperaturen; und3 at higher or lower temperatures; and
Fig. 6 zeigt in einem Graphen den Verlauf der Axialkräfte, die auf das Wälzlager auszuüben sind, um dieses in seinem Sitz zu verschieben, als Funktion der Temperatur.Fig. 6 shows a graph of the axial forces that must be exerted on the rolling bearing in order to move it in its seat as a function of temperature.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, umfasst ein Elektromotor 1 ein aus einer Leichtmetalllegierung hergestelltes Gehäuse 2, einen an dem Gehäuse 2 befestigten Stator 3, einen RotorAs can be seen from Fig. 1, an electric motor 1 comprises a housing 2 made of a light metal alloy, a stator 3 attached to the housing 2, a rotor
4 und eine Welle 5, auf der der Rotor 4 befestigt ist. Das Gehäuse 2 weist einen im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt 6, einen an einem Ende des zylindrischen Abschnitts 6 angeordneten ringförmigen radialen Abschnitt 7 und einen an dem gegenüberliegenden Ende angeordneten, kreisförmig gestalteten radialen Abschnitt 8 auf.4 and a shaft 5 on which the rotor 4 is mounted. The housing 2 has a substantially cylindrical portion 6, an annular radial portion 7 arranged at one end of the cylindrical portion 6 and a circularly shaped radial portion 8 arranged at the opposite end.
Ein axialer Abschnitt 9, der eine zylindrische Bohrung 10, eine zu der zylindrischen Bohrung 10 benachbarte Schulter 11 und eine auf der zu der Schulter 11 gegenüberliegen-An axial section 9, which has a cylindrical bore 10, a shoulder 11 adjacent to the cylindrical bore 10 and a shoulder 11 opposite to the shoulder 11,
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den Seite der zylindrischen Bohrung 10 angeordnete Ringnut 12 aufweist, ist einstückig mit dem ringförmigen radialen Abschnitt 7 ausgebildet. Ein axialer Abschnitt 13 mit einer zylindrischen Bohrung 14 ist einstückig mit dem kreisrunden radialen Abschnitt 8 ausgebildet und ragt in axialer Richtung in das Innere des Elektromotors 1 vor. Ein Wälzlager 15 herkömmlicher Bauart ist über seinen Außenring in der zylindrischen Bohrung 10 des axialen Randes 9 befestigt und ist durch die Schulter 11 und einen in der Ringnut 12 angeordneten Sicherungsring 16 in axialer Richtung festgehalten. Das Wälzlager 15 ist über seinen Innenring auf einer zylindrischen Außenfläche der Welle 5 befestigt und durch eine auf der Welle 5 ausgebildete Schulter 17 und einen Sicherungsring 18, der in einer in der Welle 5 eingearbeiteten Ringnut sitzt, in axialer Richtung fixiert.the side of the cylindrical bore 10, is formed integrally with the annular radial section 7. An axial section 13 with a cylindrical bore 14 is formed integrally with the circular radial section 8 and projects axially into the interior of the electric motor 1. A rolling bearing 15 of conventional design is fastened via its outer ring in the cylindrical bore 10 of the axial edge 9 and is held in place in the axial direction by the shoulder 11 and a locking ring 16 arranged in the annular groove 12. The rolling bearing 15 is fastened via its inner ring to a cylindrical outer surface of the shaft 5 and is fixed in the axial direction by a shoulder 17 formed on the shaft 5 and a locking ring 18 which sits in an annular groove machined in the shaft 5.
Ein Wälzlager 19 ist über seinen Innenring an einem Ende der Welle 5 im Presssitz aufgesteckt, bis es im Anschlag gegen eine Schulter 20 der Welle 5 gelangt. Der Presssitz stellt die feste Verbindung des Wälzlagers 19 mit der Welle 5 sicher, allerdings können zusätzliche Mittel zur Verbindung des Innenrings des Wälzlagers mit der Welle vorgesehen sein, was beispielsweise mittels eines an dem Ende der Welle befestigten Sicherungsrings geschehen kann. Der Außenring des Wälzlagers 19 ist in der Bohrung 14 des axialen Abschnitts 13 derart befestigt, dass dem Außenring des Wälzlagers 19 eine gewisse axiale Verschiebung bezüglich des axialen Abschnitts 13 möglich ist. Die Ringe der Wälzlager sowie die Kugeln sind im Allgemeinen aus Stahl gefertigt, während das Gehäuse 2 aus einer beispielsweise auf der Grundlage von Aluminium erzeugten Leichtmetalllegierung hergestellt ist.A rolling bearing 19 is press-fitted via its inner ring to one end of the shaft 5 until it comes to abut against a shoulder 20 of the shaft 5. The press-fit ensures the firm connection of the rolling bearing 19 to the shaft 5, but additional means can be provided for connecting the inner ring of the rolling bearing to the shaft, which can be done for example by means of a locking ring fastened to the end of the shaft. The outer ring of the rolling bearing 19 is fastened in the bore 14 of the axial section 13 in such a way that the outer ring of the rolling bearing 19 can undergo a certain axial displacement with respect to the axial section 13. The rings of the rolling bearings and the balls are generally made of steel, while the housing 2 is made of a light metal alloy, for example based on aluminum.
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Da die Leichtmetalllegierung einen beträchtlich höheren Ausdehnungskoeffizienten aufweist als insbesondere der Stahl, aus dem der Außenring des Wälzlagers 19 hergestellt ist, versteht es sich, dass für ein Verschieben des Außenrings des Wälzlagers 19 in dem Gehäuse bei niedrigen Temperaturen eine große axiale Kraft erforderlich ist, die eine axiale Belastung des Wälzlagers mit sich bringt, die sich als für die Wälzlager schädlich erweisen kann. Bei hohen Temperaturen hingegen kann ein unverhältnismäßig großes Spiel dazu führen, dass der Außenring infolge des aufgrund des inneren Widerstand des Wälzlagers 19 übertragenen Moments bezüglich des Gehäuses in Drehung versetzt wird.Since the light alloy has a considerably higher coefficient of expansion than, in particular, the steel from which the outer ring of the bearing 19 is made, it is understood that at low temperatures a large axial force is required to move the outer ring of the bearing 19 in the housing, which entails an axial load on the bearing which can prove damaging to the bearings. At high temperatures, on the other hand, a disproportionately large play can cause the outer ring to rotate with respect to the housing as a result of the torque transmitted due to the internal resistance of the bearing 19.
Um dieses Phänomen zu verhindern, ist vorgesehen, das Wälzlager 19 durch ein Wälzlager 21 der in Fig. 3 dargestellten Bauart zu ersetzen. Das Wälzlager 21 enthält einen massiven Innenring 22 mit einer ringförmigen Lauffläche 23, einen massiven Außenring 24 mit einer ringförmigen Lauffläche 25 sowie mehrere zwischen den Laufflächen 23 und 25 des Lagers angeordnete Wälzkörper 26, im vorliegenden Beispiel Kugeln, die durch einen Käfig 27 aus Kunststoff um den Umfang herum in gleichmäßigem Abstand gehalten werden.In order to prevent this phenomenon, it is intended to replace the rolling bearing 19 by a rolling bearing 21 of the type shown in Fig. 3. The rolling bearing 21 comprises a solid inner ring 22 with an annular running surface 23, a solid outer ring 24 with an annular running surface 25 and a plurality of rolling elements 26 arranged between the running surfaces 23 and 25 of the bearing, in the present example balls, which are held at a uniform distance around the circumference by a cage 27 made of plastic.
Der Außenring 24 weist zwei beiderseits der Lauffläche 25 angeordnete Nuten 2 8 und 29 auf, die als Stütze für aus Blech hergestellte Schutzflanschdichtungen 30 und 31 dienen, die sich bis in die Nähe einer zylindrischen Sitzfläche für den Innenring 22 erstrecken, um unter Ausbildung eines engen Spalts eine Abdichtung zu schaffen.The outer ring 24 has two grooves 28 and 29 arranged on either side of the running surface 25, which serve as a support for protective flange seals 30 and 31 made of sheet metal, which extend to the vicinity of a cylindrical seating surface for the inner ring 22 in order to create a seal by forming a narrow gap.
Ferner weist der Außenring 24 eine zylindrische Außenumfangsflache 32 auf, in der zwei ringförmige Nuten 33 und 34 ausgebildet sind, die in Bezug auf eine durch den Mit-Furthermore, the outer ring 24 has a cylindrical outer peripheral surface 32 in which two annular grooves 33 and 34 are formed, which are arranged in relation to a
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telpunkt der Wälzkörper 2 6 verlaufende radiale Ebene zueinander symmetrisch sind und im axialen Querschnitt ein Profil in Gestalt eines U aufweisen können. In jeder der Nuten 33, 34 ist jeweils ein aus Kunststoff, beispielsweise Polyamid PAIl, hergestellter Ring 3 5 bzw. 3 6 angebracht, der im Wesentlichen mit der zylindrischen Außenfläche 32 des Außenrings 24 auf gleicher Höhe bündig abschließt.centric point of the rolling elements 2 6 are symmetrical to one another and can have a profile in the shape of a U in the axial cross section. In each of the grooves 33, 34 there is a ring 3 5 or 3 6 made of plastic, for example polyamide PAIl, which essentially ends flush with the cylindrical outer surface 32 of the outer ring 24 at the same height.
Genauer gesagt weist jeder der Ringe 35, 3 6 eine zylindrische Außenfläche auf, deren Außendurchmesser zwischen dem Außendurchmesser des Außenring 24 abzüglich 50 &mgr;&ngr;&agr; und dem Außendurchmesser des Außenrings 24 zuzüglich 20 &mgr;&idiagr;&eegr; beträgt. Um dies zu erreichen, könnte dafür gesorgt sein, dass die zulässige Abweichung (Toleranz) des Außendurchmessers der Ringe 35, 36 gegenüber dem Nenndurchmesser der Außenfläche dieser Ringe 35, 36 zwischen +10 &mgr;&pgr;&igr; und -50 &mgr;&tgr;&agr; beträgt, wobei die Toleranz vorteilhafterweise zwischen +10 und -30 &mgr;&tgr;&eegr; beträgt.More precisely, each of the rings 35, 36 has a cylindrical outer surface whose outer diameter is between the outer diameter of the outer ring 24 minus 50 μm and the outer diameter of the outer ring 24 plus 20 μm. In order to achieve this, it could be ensured that the permissible deviation (tolerance) of the outer diameter of the rings 35, 36 with respect to the nominal diameter of the outer surface of these rings 35, 36 is between +10 μm and -50 μm , the tolerance advantageously being between +10 and -30 μm.
Ferner könnte dafür gesorgt sein, dass die Toleranz für den Außendurchmesser des Außenrings bezüglich seines Nenndurchmessers zwischen 0 und -10 &mgr;&tgr;&eegr; beträgt. Auf diese Weise ragen die Ringe 35, 36 bezüglich der Außenfläche 32 des Außenrings 24 bei Raumtemperatur nicht oder zumindest nur so geringfügig hervor, dass das Einstecken des Wälzlagers 21 in eine zylindrische Bohrung, wie die Bohrung des axialen Vorsprungs 13 des Gehäuses 2, sich leicht durchführen lässt, ohne dass die Ringe 35, 3 6 gesprengt oder beschädigt werden.Furthermore, it could be ensured that the tolerance for the outside diameter of the outer ring with respect to its nominal diameter is between 0 and -10 μιη. In this way, the rings 35, 36 do not protrude with respect to the outer surface 32 of the outer ring 24 at room temperature, or at least only protrude so slightly that the rolling bearing 21 can be easily inserted into a cylindrical bore, such as the bore of the axial projection 13 of the housing 2, without the rings 35, 36 being burst or damaged.
Die Ringe 35 und 36 sind vorzugsweise in den Ringnuten 33 und 34 aufgespritzt. Diese können also nach dem Aufspritzen geringfügig bezüglich der Außenfläche 32 herausra-The rings 35 and 36 are preferably injection molded into the ring grooves 33 and 34. These can therefore protrude slightly from the outer surface 32 after injection molding.
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gen, wie in Fig. 4 gezeigt, oder aber geringfügig zurückversetzt oder vertieft sein, wie in Fig. 5 dargestellt.as shown in Fig. 4, or slightly recessed or recessed, as shown in Fig. 5.
Die Nuten 33 und 34 sind in axialer Richtung in der Weise beabstandet, dass die zylindrische Außenfläche 32 des Außenrings 24 in drei Abschnitte unterteilt ist, von denen einer zwischen der einen der radialen Stirnflächen des Wälzlagers und der Nut 33, der zweite zwischen den Nuten 33 und 34 und der dritte zwischen der Nut 34 und der radialen Stirnseite angeordnet ist, die der ersten gegenüberliegt.The grooves 33 and 34 are spaced apart in the axial direction in such a way that the cylindrical outer surface 32 of the outer ring 24 is divided into three sections, one of which is arranged between one of the radial end faces of the rolling bearing and the groove 33, the second between the grooves 33 and 34 and the third between the groove 34 and the radial end face opposite the first.
Um den Einbau des Wälzlagers 21 in die Bohrung 14 des axialen Vorsprungs 13 zu erleichtern, kann ferner vorgesehen sein, dass die zylindrische Bohrung bezüglich ihrer Nennabmessung eine Toleranz zwischen 0 und +16 /zm aufweist. Der Einbau des Wälzlagers lässt sich somit auf einfache Weise durchführen.In order to facilitate the installation of the rolling bearing 21 in the bore 14 of the axial projection 13, it can also be provided that the cylindrical bore has a tolerance of between 0 and +16 /zm with respect to its nominal dimension. The installation of the rolling bearing can thus be carried out in a simple manner.
Um ein Beispiel zu nennen, kann im Falle eines Wälzlagers mit einem Außendurchmesser von 5 0 mm oder kleiner eine Toleranz an dem Außendurchmesser vorgesehen sein, die zwischen 0 und -10 &mgr;&tgr;&eegr; bemessen ist, während für ein Wälzlager mit einem Außendurchmesser von 50 bis 80 mm eine Toleranz des Durchmessers zwischen 0 und -15 &mgr;&tgr;&eegr; vorgesehen sein kann.To give an example, in the case of a rolling bearing with an outside diameter of 50 mm or less, a tolerance on the outside diameter of between 0 and -10 μιη may be provided, while for a rolling bearing with an outside diameter of 50 to 80 mm, a tolerance on the diameter of between 0 and -15 μιη may be provided.
Der Innenring 22 kann auf einer Welle 5 befestigt sein.The inner ring 22 can be fixed on a shaft 5.
In Fig. 6 ist der Verlauf der Axialkräfte dargestellt, die bei unterschiedlichen Temperaturen auf das Wälzlager auszuüben sind, um dieses in der zylindrischen Bohrung des axialen Vorsprungs zu verschieben, der den Sitz des Wälz-Fig. 6 shows the course of the axial forces that must be exerted on the rolling bearing at different temperatures in order to move it in the cylindrical bore of the axial projection that forms the seat of the rolling bearing.
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lagers bildet. Zugrunde liegt hier ein Wälzlager mit einem nominalen Außendurchmesser von 32 mm mit Durchmessertoleranzen, die für einen maximalen wechselseitigen Eingriff zwischen dem Sitz und dem Wälzlager mit dessen Ringen sorgen. Die Kurve stellt folglich eine Hüllkurve dar, die einen Bereich zwischen der Abszisse und dieser Kurve eingrenzt, innerhalb dessen Kurven verlaufen, die anderen, schwächeren durchmesserbedingten Eingriffen entsprechen.bearing. The basis here is a rolling bearing with a nominal outside diameter of 32 mm with diameter tolerances that ensure maximum mutual engagement between the seat and the rolling bearing with its rings. The curve therefore represents an envelope that delimits an area between the abscissa and this curve, within which curves run that correspond to other, weaker diameter-related engagements.
Bei Temperaturen unter 00C herrscht der Kontakt zwischen der Leichtmetalllegierung des Gehäuses und dem Stahl des Außenrings des Wälzlagers vor, während bei Temperaturen über O0C der Kontakt zwischen der Leichtmetalllegierung des Gehäuses und den Ausgleichsringen maßgeblich ist. Es ist zu sehen, dass die axiale Belastung bei Temperaturen über 00C geringer als 500 N ist und bei Umgebungstemperaturen von 0° bis 3O0C zwischen 400 und 500 N beträgt.At temperatures below 0 0 C, contact between the light alloy of the housing and the steel of the outer ring of the bearing predominates, while at temperatures above 0 0 C, contact between the light alloy of the housing and the compensation rings is decisive. It can be seen that the axial load is less than 500 N at temperatures above 0 0 C and is between 400 and 500 N at ambient temperatures from 0° to 3O 0 C.
Ab einer Temperatur von 2 00C nimmt die Belastungskraft abhängig von der Temperatur monoton ab, bis sie in der Nähe von 8O0C einen Wert unterhalb von 200 N erreicht. In dem Temperaturbereich unterhalb von O0C ist die Belastungskraft in Abhängigkeit von der Temperatur ebenfalls monoton abnehmend, und zwar mit weit größerer Steigung.From a temperature of 2 0 0 C, the loading force decreases monotonically as a function of temperature until it reaches a value below 200 N near 8O 0 C. In the temperature range below 0 0 C, the loading force also decreases monotonically as a function of temperature, and with a much greater gradient.
Es versteht sich, dass zufolge der Erfindung ein hervorragend für unterschiedliche Anwendungen, insbesondere auf dem Gebiet der Elektromotoren, geeignetes Wälzlager mit Dehnungsausgleichsringen geschaffen ist, die bei geringen Temperaturen bezüglich des Außendurchmessers des Außenrings des Wälzlagers nicht vorragen und daher ein erleichtertes und risikoloses Einstecken ermöglichen und die bei höheren Temperaturen aufgrund der beachtlichen Ausdehnung der Aus-It is understood that according to the invention, a rolling bearing with expansion compensation rings is created which is excellently suited for various applications, in particular in the field of electric motors, and which do not protrude at low temperatures with respect to the outer diameter of the outer ring of the rolling bearing and therefore enable easier and risk-free insertion, and which at higher temperatures due to the considerable expansion of the expansion
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gleichsringe die Aufrechterhaltung dieser Passung sicherstellen, wodurch verhindert wird, dass die im Vergleich zu dem Außenring des Wälzlagers stärkere Wärmedehnung des Sitzes zu einer Trennung der drehfesten Verbindung dieser beiden Elemente führt.Compensating rings ensure that this fit is maintained, thereby preventing the greater thermal expansion of the seat compared to the outer ring of the rolling bearing from leading to a separation of the rotationally fixed connection between these two elements.
Auf diese Weise ist es möglich, Elektromotoren mit einem geringeren Radialspiel und daher mit verbesserten Leistungsdaten zu konstruieren. Ferner werden hierdurch übermäßige axiale Belastungen der Wälzlager, die deren Lebensdauer beeinträchtigen, genauso vermieden wie eine gleichermaßen für die Lebensdauer des Motors ungünstige Verdrehung des Außenrings in Bezug auf seinen Sitz.This makes it possible to design electric motors with less radial clearance and therefore with improved performance. It also avoids excessive axial loads on the bearings, which reduce their service life, and also avoids rotation of the outer ring in relation to its seat, which is equally detrimental to the service life of the motor.
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Legal Events
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R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
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R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
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R071 | Expiry of right | ||
R071 | Expiry of right |