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WO2016037781A1 - Lageranordnung für elektrische maschinen - Google Patents

Lageranordnung für elektrische maschinen Download PDF

Info

Publication number
WO2016037781A1
WO2016037781A1 PCT/EP2015/068369 EP2015068369W WO2016037781A1 WO 2016037781 A1 WO2016037781 A1 WO 2016037781A1 EP 2015068369 W EP2015068369 W EP 2015068369W WO 2016037781 A1 WO2016037781 A1 WO 2016037781A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bearing
rotor shaft
housing
arrangement according
outer ring
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/068369
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Holger Fröhlich
Original Assignee
Continental Automotive Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive Gmbh filed Critical Continental Automotive Gmbh
Publication of WO2016037781A1 publication Critical patent/WO2016037781A1/de

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/16—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields
    • H02K5/173—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings
    • H02K5/1732—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/14—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load
    • F16C19/16—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with a single row of balls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C25/00—Bearings for exclusively rotary movement adjustable for wear or play
    • F16C25/06—Ball or roller bearings
    • F16C25/08—Ball or roller bearings self-adjusting
    • F16C25/083—Ball or roller bearings self-adjusting with resilient means acting axially on a race ring to preload the bearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C27/06—Elastic or yielding bearings or bearing supports, for exclusively rotary movement by means of parts of rubber or like materials
    • F16C27/066—Ball or roller bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C35/00—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers
    • F16C35/04—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers in the case of ball or roller bearings
    • F16C35/06—Mounting or dismounting of ball or roller bearings; Fixing them onto shaft or in housing
    • F16C35/067—Fixing them in a housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/54—Systems consisting of a plurality of bearings with rolling friction
    • F16C19/56—Systems consisting of a plurality of bearings with rolling friction in which the rolling bodies of one bearing differ in diameter from those of another
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2380/00—Electrical apparatus
    • F16C2380/26—Dynamo-electric machines or combinations therewith, e.g. electro-motors and generators

Definitions

  • the invention relates to a bearing arrangement for the rotor of an electrical machine and to a method for producing the same.
  • the rotor bearings are designed as ball bearings.
  • One of the two rotor bearings can then be designed as a so-called fixed bearing in which both the inner ring and the outer ring of the ball bearing are axially fixed.
  • the second Ro ⁇ torlager is then often formed as a so-called floating bearing in which the ball bearing outer ring against the ball bearing inner ring is axially displaceable.
  • both bearings are designed as a floating bearing. From the prior art, an axial preload of the bearing is known to compensate for the radial and axial play of the rotor shaft.
  • DE 4206761 C2 discloses a bearing arrangement for rotors of electric machines which has two ball bearings accommodating the ends of the rotor shaft.
  • the inner rings of the two ball bearings are each mounted by means of a press fit immovably on the bearing surfaces of the rotor shaft and thus axially fixed.
  • the associated outer rings of the ball bearings are in a bearing receptacle in the end shields of the motor housing in
  • the known arrangement has an abutment on a bearing plate, axial adjusting spring, which acts on the outer ring of the ball bearing.
  • the adjusting spring is designed as a corrugated spring, which is supported on the bottom of a deep-drawn bearing seat and its compressive force axially on the outer ring of the first ball bearing on the inner ring, from there via the rotor shaft on the inner ring of the second ball bearing and then transmits to the outer ring and thus a axial bias of the bearing assembly causes.
  • the disadvantage of such axial prestressing of the bearing is the structurally related axial displacement of the outer ring of the ball bearing in the bearing receptacle when the bearing receptacle consists of a different material than the ball bearing, for example of light metal such as aluminum or aluminum alloys.
  • the axial displacement leads in this case to fretting wear due to the different coefficients of friction of the materials of bearing mount and ball bearings.
  • fretting corrosion by oxidizing abrasion. Both cases can lead to a tight fit of the ball bearing in the bearing receptacle, whereby the desired axial preload of storage is no longer guaranteed. This can lead to serious machine damage.
  • the design-related axial displacement of the outer ring of the ball bearing in the bearing seat can also lead to a so-called migration of the outer ring, that is, to an undesirable rotation of the outer ring.
  • migration of the outer ring There is a risk that the bearing receptacle is knocked out and the Axialver ⁇ shift is no longer possible.
  • the desired axial preload of the bearing is no longer ensured ⁇ ge. Avoiding the migration of the outer ring also requires additional design measures, such as Provision of O-rings, which makes the storage more expensive and additional installation costs.
  • the present invention is based on the background of the prior art, the object to provide a bearing assembly for rotors of electrical machines with axial bias of the bearing, which avoids a displacement or migration of the outer ring of the ball bearings and to provide a method for producing such a bearing assembly.
  • a bearing assembly for a rotor shaft of a elekt ⁇ step machine which has two ends of the rotor shaft receiving ball bearings, the inner rings of the two ball bearings are arranged axially immovably on the rotor shaft. While the outer ring of the first ball bearing is arranged axially immovably in a first bearing receptacle in the housing of the electric machine, the outer ring of the second ball bearing is axially immovable by a second
  • Bearing recording recorded in a bearing plate of the electric machine The end shield is connected to the housing of the electrical machine.
  • the second bearing receptacle is movable in the axis ⁇ direction of the rotor shaft with respect to the housing of the electric machine.
  • the bearing arrangement of the bearing plate is designed to exert a force in the axial direction of the rotor shaft on the second bearing support.
  • the force acts on the outer ring of the second ball bearing and thus causes a bias of the second ball bearing by a displacement of the outer ring relative to the inner ring.
  • the force in the axial direction of the rotor shaft is generated by an elastic element.
  • the elastic element is preferably formed so that the force in the axial direction of the rotor shaft is adjustable.
  • the elastic element may be part of the attachment of the bearing plate, wherein the elastic element is formed as an elastomer bush or spring.
  • the attachment is formed by a screw connection with elastomer bushing, which allows a simple adjustment of the force in the axial direction of the rotor shaft.
  • the elastic element is formed by an elastic connection of bearing seat and mounting portion of the bearing plate.
  • the bearing plate is biased by the attachment to the housing of the electric machine in itself and thus exerts a force in the axial direction of the rotor shaft.
  • a centering element is provided for the axial centering of the rotor axis. With the centering an additional axial guidance of the rotor is achieved.
  • the centering element may for example be formed as a cylindrical centering collar, which allows axial guidance of the bearing plate in the housing.
  • at least one of the fastenings of the bearing plate with the housing of the electric machine is designed as a centering element.
  • this connection is designed as a screw connection by means of a dowel screw, which realizes the axial guidance of the bearing plate and can also be combined with the already mentioned elastic elements.
  • the centering collar can be omitted.
  • the method for producing the bearing assembly comprises the method steps that first the ball bearings on the Ro- Torwelle be postponed, then the rotor shaft is used with the first bearing in the first bearing receptacle in the housing of the electric machine, then heated the bearing plate with the second bearing receptacle and pushed over the second bearing and then the bearing plate is connected to the housing.
  • an axially preloaded bearing arrangement can be realized, in which both bearings are designed as a fixed bearing. Due to the omission of the proposed in the art floating bearing otherwise required for such a bearing additional components such as bearing bush or O-ring, and separate spring devices can be omitted.
  • the bearing arrangement allows in addition to the simple adjustment of the preload of the bearing without additional measures to compensate for the temperature-induced expansion change of the rotor shaft. Such a storage device is also easier to manufacture.
  • Fig. 1 A bearing assembly according to the prior art
  • Fig. 2 shows another bearing assembly according to the prior art
  • FIG. 3 shows a detailed view of a bearing receptacle according to the prior art
  • FIG. 4 shows a detailed view of a fastening of the end shield according to the prior art
  • FIG. 5 A bearing assembly according to the invention
  • Fig. 6 is a detailed view of a bearing receiving the bearing assembly to the invention
  • Fig. 7 is a detail view of an embodiment of a fastening of the bearing plate according to the invention
  • FIG. 8 shows a detailed view of a further exemplary embodiment of an attachment according to the invention of the end shield
  • Fig. 1 shows a well-known from the prior art bearing arrangement 1 for a rotor shaft 6 in a housing 7. Die
  • Bearing arrangement comprises a first bearing seat 2 with a first bearing 3 and a second bearing seat 4 with a second bearing 5.
  • the two bearings 3 and 5 are formed here as deep groove ball bearings.
  • Bearing 3 forms a fixed bearing
  • bearing 5 is designed as a floating bearing, whereby a relative movement of the outer ring 9 second bearing 5 in the axial direction a is possible.
  • the second bearing holder 4 is arranged ⁇ in a bearing plate 10 which is axially fixed to the housing 7 by a removable (in Fig. 1 not shown) is screwed.
  • a spring 17 is supported on the axially fixed end shield 10 and acts with a compressive force against the outer ring 9 of the second bearing 5, thus generating a bias in the axial direction a.
  • the bearing arrangement comprises a first bearing receptacle 2 which, as in FIG. 1, is designed as a fixed bearing and a second bearing receptacle 4 which, as in FIG Fig. 1 is designed as a floating bearing.
  • the second bearing receptacle 4 is arranged in a bearing plate 10 which is detachably connected to the housing 7 so as to be fixed axially fixed by the attachment 11.
  • FIG. 3 shows a detailed view of the second bearing receptacle 4, designed as a movable bearing, of the bearing arrangement according to the prior art shown in FIG. 2.
  • the inner ring 8 of the second bearing 5 is mounted axially immovably on the rotor shaft 6.
  • the outer ring 9 of the second bearing 5 is axially displaceable by a Bush 12 received in the bearing plate 10.
  • a trained as a wave spring spring 17 is supported on the inside of the axially fixed by the bearing plate 10 bushing 12 and acts with a compressive force against the outer ring 9 of the second bearing 5, thus generating a bias in the axial direction a.
  • an arranged between the outer ring 9 and socket 12 O-ring 13 is provided. Socket 12 serves to prevent fretting and fretting corrosion by the axial displacement of the outer ring 9 while o-ring 13 is to prevent migration or rotation of the outer ring in the bush 12.
  • FIG. 4 shows a detailed view of the attachment 11 of the prior art bearing arrangement shown in FIG. 2.
  • End shield 10 is connected to the housing 7 with screw 14.
  • FIG. 5 shows the bearing arrangement according to the invention for a rotor shaft 6 in a motor housing 7.
  • the bearing arrangement comprises a first bearing receptacle 2 in the housing 7.
  • a second bearing receptacle 4 is arranged in a bearing plate 10 which can be removed with the housing 7 by the attachment 11 connected is.
  • the end shield 10 is designed to be movable here in the axial direction of the rotor shaft 6. This advantageously makes it possible to compensate for the changes in length of the rotor shaft caused, for example, by heating.
  • FIG. 6 shows a detailed view of the second bearing receptacle 4 of the bearing arrangement according to the invention shown in FIG. 5.
  • the inner ring 8 of the second bearing 5 is mounted axially immovably on the rotor shaft 6.
  • the outer ring 9 of the second bearing 5 is also axially immovably connected to the bearing plate 10.
  • the immovable connection of both bearings with rotor shaft and bearing support can be realized in an advantageous manner by a press fit.
  • the bearing plate 10 exerts a force against the outer ring 9 of the second bearing 5 and thus generates a preload of the bearing.
  • Fig. 7 shows a detailed view of a firstticiansbei ⁇ game of the attachment 11 of the bearing arrangement according to the invention shown in Fig. 5.
  • End shield 10 is connected by means of screw 14 to the housing 7.
  • the bearing plate 10 as shown in Fig. 9, a plurality of mounting portions 18, each with at least one bore 21 for a screw fastening.
  • An elastic element 15 is arranged between the head of the screw 14 and bearing plate 10.
  • Screw 14 is formed before ⁇ geous enough as collar screw.
  • the elastic element can be formed, for example, by an elastomer bush or a suitable spring.
  • Centering element 16 is provided.
  • Fig. 8 shows a detailed view of a second embodiment ⁇ example of the attachment 11 of the invention shown in Fig. 5 illustrated bearing assembly.
  • the screw 14 is designed as a dowel screw, which is fixed in a hole with a corresponding fit.
  • the attachment 11 acts in this embodiment simultaneously as a centering element 16, so that an additional centering collar can be omitted.
  • Fig. 9 shows a view of an alternative embodiment of the bearing plate 10 of the bearing arrangement according to the invention shown in Fig. 5.
  • the connection 20 between bearing mount 4 and mounting portion 18 of the bearing plate 10 is at least partially elastic.
  • the bearing plate 10 also exerts a force in the axial direction of the outer ring 9 of the second bearing 5, and thus causes an axial bias of the second bearing 5.
  • the attachment 11 is carried out in this embodiment as in the prior art shown in FIG Alternatively, the attachment as shown in Fig. 7 or Fig. 8 done.
  • the axial guidance of the bearing plate 10th can, as already described for the embodiments of FIG. 7 and FIG. 8, take place with a centering element 16.
  • the bearings 3 and 5 are first pushed onto the rotor shaft 6. Thereafter, the rotor shaft 6 is set with the first bearing 3 in the first bearing receptacle 2 in the housing 7 of the electric machine ⁇ . Subsequently, the heated bearing plate 10 is pushed with the second bearing seat 4 via the second bearing 5 and then screwed the bearing plate 10 with the housing 7.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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  • Mounting Of Bearings Or Others (AREA)

Abstract

Es wird eine Lageranordnung für eine Rotorwelle einer elektrischen Maschine angegeben, die zwei die Enden der Rotorwelle aufnehmende Kugellager aufweist, wobei die Innenringe der beiden Kugellager axial unverschiebbar auf der Rotorwelle angeordnet sind. Während der Außenring des ersten Kugellagers axial unverschiebbar in einer ersten Lageraufnahme im Gehäuse der elektrischen Maschine angeordnet ist, wird der Außenring des zweiten Kugellagers axial unverschiebbar von einer zweiten Lageraufnahme in einem Lagerschild der elektrischen Maschine aufgenommen. Der Lagerschild ist mit dem Gehäuse der elektrischen Maschine verbunden. Die zweite Lageraufnahme ist in Achsenrichtung der Rotorwelle bezüglich des Gehäuses der elektrischen Maschine beweglich.

Description

Beschreibung
Lageranordnung für elektrische Maschinen Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für den Rotor einer elektrischen Maschine und ein Verfahren zur Herstellung derselben .
Es sind elektrische Maschinen, wie zum Beispiel Elektromotoren oder Generatoren oder Kombinationen aus Elektromotor und Generator bekannt, die einen Stator und einen Rotor aufweisen. Der Rotor weist eine Rotorwelle auf, die aufgrund ihrer Länge in zwei Rotorlagern gelagert ist. Derartige Maschinen werden unter anderem als Bestandteil einer Hybridantriebseinrichtung in Kraftfahrzeugen angewendet.
Bei derartigen Maschinen tritt das Problem auf, dass zwischen dem Stator und dem Rotor Radial- und Axialspiel auftritt. Dies führt zu unerwünschter Geräuschentwicklung und zu einer reduzierten Lebensdauer der Rotorlager.
Häufig sind die Rotorlager als Kugellager ausgeführt. Eines der beiden Rotorlager kann dann als ein sogenanntes Festlager ausgebildet sein, bei dem sowohl der Innenring als auch der Außenring des Kugellagers axial fixiert sind. Das zweite Ro¬ torlager ist dann häufig als sogenanntes Loslager ausgebildet, bei dem der Kugellageraußenring gegenüber dem Kugellagerinnenring axial verschiebbar ist. Alternativ sind beide Lager als Loslager ausgeführt. Aus dem Stand der Technik ist auch eine axiale Vorspannung der Lagerung bekannt, um das Radial- und Axialspiel der Rotorwelle auszugleichen.
Beispielsweise offenbart DE 4206761 C2 eine Lageranordnung für Rotoren elektrischer Maschinen, die zwei die Enden der Rotorwelle aufnehmende Kugellager aufweist. Die Innenringe der beiden Kugellager sind jeweils mittels eines Presssitzes unverschiebbar auf die Lagerflächen der Rotorwelle aufgezogen und somit axial fixiert. Die zugehörigen Außenringe der Kugellager sind in einer Lageraufnahme in den Lagerschilden des Motorgehäuses in
Gleitsitz verschiebbar gelagert. Weiterhin weist die bekannte Anordnung eine sich an einen Lagerschild abstützende, axiale Anstellfeder auf, die auf den Außenring eines der Kugellager einwirkt. Die Anstellfeder ist als Wellfeder ausgeführt, die sich auf den Boden einer tiefgezogenen Lageraufnahme abstützt und ihre Druckkraft axial über den Außenring des ersten Kugellagers auf dessen Innenring, von dort über die Rotorwelle auf den Innenring des zweiten Kugellagers und dann auf dessen Außenring überträgt und somit eine axiale Vorspannung der Lageranordnung bewirkt.
Nachteilig ist bei einer solchen axialen Vorspannung der Lagerung die konstruktiv bedingte Axialverschiebung des Außenringes des Kugellagers in der Lageraufnahme, wenn die Lageraufnahme aus einem anderen Material als das Kugellager besteht, zum Beispiel aus Leichtmetall wie Aluminium oder Aluminiumlegierungen. Die Axialverschiebung führt in diesem Fall zu Reibverschleiß aufgrund der unterschiedlichen Reibungskoeffizienten der Ma- terialien von Lageraufnahme und Kugellager. Zudem besteht die Gefahr der Reibkorrosion durch oxidierenden Abrieb. Beide Fälle können zu einem Festsitz des Kugellagers in der Lageraufnahme führen, wodurch die erwünschte axiale Vorspannung der Lagerung nicht mehr gewährleistet ist. Dies kann zu schwerwiegenden Maschinenschäden führen. Zur Umgehung dieser Nachteile sind
Zwischenbüchsen bekannt, die aber den Lagerung verteuern und den Montageaufwand erhöhen.
Die konstruktiv bedingte Axialverschiebung des Außenringes des Kugellagers in der Lageraufnahme kann auch zu einer sogenannten Wanderung des Außenringes führen, das heißt zu einer unerwünschten Rotation des Außenringes. Dabei besteht die Gefahr, dass die Lageraufnahme ausgeschlagen wird und die Axialver¬ schiebung nicht mehr möglich ist. Auch in diesem Fall ist die erwünschte axiale Vorspannung der Lagerung nicht mehr ge¬ währleistet. Die Vermeidung der Wanderung des Außenringes erfordert ebenfalls zusätzliche konstruktive Maßnahmen, wie das Vorsehen von O-Ringen, was die Lagerung zusätzlich verteuert und weiteren Montageaufwand nach sich zieht.
Der vorliegenden Erfindung liegt vor dem Hintergrund des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde eine Lageranordnung für Rotoren elektrischer Maschinen mit axialer Vorspannung der Lagerung zu schaffen, die eine Verschiebung oder Wanderung des Außenringes der Kugellager vermeidet sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Lageranordnung anzugeben.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Erfindung durch eine Lageranordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Patentansprüche 2 bis 9 geben vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lageranordnung an. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zu Herstellung einer Lageranordnung ist Gegenstand des Patentanspruchs 10.
Es wird eine Lageranordnung für eine Rotorwelle einer elekt¬ rischen Maschine angegeben, die zwei die Enden der Rotorwelle aufnehmende Kugellager aufweist, wobei die Innenringe der beiden Kugellager axial unverschiebbar auf der Rotorwelle angeordnet sind. Während der Außenring des ersten Kugellagers axial unverschiebbar in einer ersten Lageraufnahme im Gehäuse der elektrischen Maschine angeordnet ist, wird der Außenring des zweiten Kugellagers axial unverschiebbar von einer zweiten
Lageraufnahme in einem Lagerschild der elektrischen Maschine aufgenommen. Der Lagerschild ist mit dem Gehäuse der elektrischen Maschine verbunden. Die zweite Lageraufnahme ist in Achsen¬ richtung der Rotorwelle bezüglich des Gehäuses der elektrischen Maschine beweglich.
In einer Weiterbildung der Lageranordnung ist der Lagerschild ausgebildet, eine Kraft in Achsenrichtung der Rotorwelle auf die zweite Lageraufnahme auszuüben. In einer bevorzugten Ausfüh- rungsform wirkt die Kraft auf den Außenring des zweiten Kugellagers und bewirkt so eine Vorspannung des zweiten Kugellagers durch eine Verschiebung des Außenringes gegenüber dem Innenring. Über den Innenring des zweiten Kugellagers und die Rotorwelle wird die Kraft weiter auf den Innenring des ersten Kugellagers übertragen und bewirkt so ebenfalls eine Vorspannung des ersten Kugellagers . In mehreren Ausführungsformen wird die Kraft in Achsenrichtung der Rotorwelle durch ein elastisches Element erzeugt. Das elastische Element ist bevorzugt so ausgebildet, dass die Kraft in Achsenrichtung der Rotorwelle einstellbar ist. Das elastische Element kann Bestandteil der Befestigung des Lagerschildes sein, wobei das elastische Element als Elastomerbuchse oder Feder ausgebildet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Befestigung durch eine Schraubverbindung mit Elastomerbuchse gebildet, die auf einfache Weise eine Einstellung der Kraft in Achsenrichtung der Rotorwelle ermöglicht.
In einer alternativen Ausführungsform wird das elastische Element durch eine elastische Verbindung von Lagersitz und Befestigungsbereich des Lagerschildes gebildet. In dieser Ausführungsform wird der Lagerschild durch die Befestigung am Gehäuse der elektrischen Maschine in sich vorgespannt und übt so eine Kraft in Achsenrichtung der Rotorwelle aus.
In einer Weiterbildung der Lageranordnung ist ein Zentrierelement zur axialen Zentrierung der Rotorachse vorgesehen. Mit dem Zentrierelement wird eine zusätzliche axiale Führung des Rotors erreicht. Das Zentrierelement kann beispielsweise als zylindrischer Zentrierbund ausgebildet sein, der eine axiale Führung des Lagerschildes im Gehäuse ermöglicht. In einer weiteren Ausführungsform ist zumindest eine der Befestigungen des Lagerschildes mit dem Gehäuse der elektrischen Maschine als Zentrierelement ausgebildet. Vorteilhaft ist diese Verbindung als Schraubverbindung mittels einer Passschraube ausgeführt, die die axiale Führung des Lagerschildes realisiert und auch mit den bereits genannten elastischen Elementen kombiniert werden kann. In diesen Ausführungsformen kann der Zentrierbund entfallen.
Das Verfahren zur Herstellung der Lageranordnung umfasst die Verfahrensschritte, dass zuerst die Kugellager auf die Ro- torwelle aufgeschoben werden, danach die Rotorwelle mit dem ersten Lager in die erste Lageraufnahme im Gehäuse der elektrischen Maschine eingesetzt wird, danach das Lagerschild mit der zweiten Lageraufnahme erwärmt und über das zweite Lager geschoben wird und dann das Lagerschild mit dem Gehäuse verbunden wird .
Mit der erfindungsgemäßen Lageranordnung kann eine axial vorgespannte Lageranordnung realisiert werden, bei der beide Lager als Festlager ausgeführt sind. Durch den Entfall des im Stand der Technik vorgesehenen Loslagers können sonst für ein solches Lager erforderliche zusätzliche Bauteile wie Lagerbüchse oder O-Ring, sowie gesonderte Federvorrichtungen entfallen. Die Lageranordnung ermöglicht neben der einfachen Einstellung der Vorspannung der Lager ohne zusätzliche Maßnahmen einen Ausgleich der temperaturbedingten Ausdehnungsänderung der Rotorwelle. Eine solche Lagervorrichtung ist auch einfacher herzustellen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die beigefügten Zeichnungen stellen dar:
Fig. 1 Eine Lageranordnung gemäß des Standes der Technik
Fig. 2 Eine weitere Lageranordnung gemäß des Standes der Technik
Fig. 3 Eine Detailansicht einer Lageraufnahme gemäß des Standes der Technik Fig. 4 Eine Detailansicht einer Befestigung des Lagerschildes gemäß des Standes der Technik
Fig. 5 Eine erfindungsgemäße Lageranordnung Fig. 6 Eine Detailansicht einer Lageraufnahme der erfin¬ dungsgemäßen Lageranordnung Fig. 7 Eine Detailansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Befestigung des Lagerschildes
Fig. 8 Eine Detailansicht eines weiteren Ausführungsbei- spiels einer erfindungsgemäßen Befestigung des Lagerschildes
Fig. 9 Eine alternative Ausführung des Lagerschildes
Fig. 1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Lager- anordnung 1 für eine Rotorwelle 6 in einem Gehäuse 7. Die
Lageranordnung umfasst eine erste Lageraufnahme 2 mit einem ersten Lager 3 und eine zweite Lageraufnahme 4 mit einem zweiten Lager 5. Die beiden Lager 3 und 5 sind hier als Rillenkugellager ausgebildet. Lager 3 bildet ein Festlager, wohingegen Lager 5 als Loslager ausgebildet ist, wodurch eine relative Bewegung des Außenringes 9 zweiten Lagers 5 in axialer Richtung a möglich ist. Die zweite Lageraufnahme 4 ist in einem Lagerschild 10 ange¬ ordnet, welcher mit dem Gehäuse 7 abnehmbar durch eine (in Fig. 1 nicht dargestellte) Verschraubung axial fixiert verbunden ist. Eine Feder 17 stützt sich auf den axial fixierten Lagerschild 10 ab und wirkt mit einer Druckkraft gegen den Außenring 9 des zweiten Lagers 5 und erzeugt so eine Vorspannung in axialer Richtung a. Fig. 2 zeigt eine weitere Lageranordnung gemäß des Standes der Technik für eine Rotorwelle 6 in einem Motorgehäuse 7. Die Lageranordnung umfasst eine erste Lageraufnahme 2, die wie in Fig. 1 als Festlager ausgebildet ist und eine zweite Lager¬ aufnahme 4, die wie in Fig. 1 als Loslager ausgebildet ist. Die zweite Lageraufnahme 4 ist in einem Lagerschild 10 angeordnet, welcher mit dem Gehäuse 7 abnehmbar durch die Befestigung 11 axial fixiert verbunden ist.
Fig. 3 zeigt eine Detailansicht der als Loslager ausgebildeten zweiten Lageraufnahme 4 der in Fig. 2 gezeigten Lageranordnung gemäß des Standes der Technik. Der Innenring 8 des zweiten Lagers 5 ist axial unverschiebbar auf der Rotorwelle 6 angebracht. Der Außenring 9 des zweiten Lagers 5 wird axial verschiebbar von einer Buchse 12 im Lagerschild 10 aufgenommen. Eine als Wellfeder ausgebildete Feder 17 stützt sich an der Innenseite der durch den Lagerschild 10 axial fixierten Buchse 12 ab und wirkt mit einer Druckkraft gegen den Außenring 9 des zweiten Lagers 5 und erzeugt so eine Vorspannung in axialer Richtung a. Weiterhin ist ein zwischen Außenring 9 und Buchse 12 angeordneter O-Ring 13 vorgesehen. Buchse 12 dient zur Vermeidung von Reibverschleiß und Reibkorrosion durch die axiale Verschiebung des Außenrings 9 während O-Ring 13 eine Wanderung beziehungsweise Rotation des Außenringes in der Buchse 12 verhindern soll.
Fig. 4 zeigt eine Detailansicht der Befestigung 11 der in Fig. 2 gezeigten Lageranordnung gemäß des Standes der Technik.
Lagerschild 10 ist mit Schraube 14 mit dem Gehäuse 7 verbunden.
Fig. 5 zeigt die erfindungsgemäße Lageranordnung für eine Rotorwelle 6 in einem Motorgehäuse 7. Die Lageranordnung umfasst eine erste Lageraufnahme 2 im Gehäuse 7. Eine zweite Lager¬ aufnahme 4 ist in einem Lagerschild 10 angeordnet, welcher mit dem Gehäuse 7 abnehmbar durch die Befestigung 11 verbunden ist. Im Gegensatz zum in Fig. 1 bis Fig. 3 dargestellten Stand der Technik ist der Lagerschild 10, wie nachfolgend noch genauer erläutert, hier in Achsenrichtung der Rotorwelle 6 beweglich ausgeführt. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise einen Ausgleich der zum Beispiel durch eine Erwärmung verursachten Längenänderungen der Rotorwelle.
Fig. 6 zeigt eine Detailansicht der zweiten Lageraufnahme 4 der in Fig. 5 dargestellten erfindungsgemäßen Lageranordnung. Der Innenring 8 des zweiten Lagers 5 ist axial unverschiebbar auf der Rotorwelle 6 angebracht. Der Außenring 9 des zweiten Lagers 5 ist ebenfalls axial unverschiebbar mit dem Lagerschild 10 verbunden. Die unverschiebbare Verbindung beider Lager mit Rotorwelle und Lageraufnahme kann in vorteilhafter Weise durch einen Presssitz realisiert werden. Wie nachfolgend noch genauer beschrieben übt der Lagerschild 10 eine Kraft gegen den Außenring 9 des zweiten Lagers 5 aus und erzeugt so eine Vorspannung des Lagers. Fig. 7 zeigt eine Detailansicht eines ersten Ausführungsbei¬ spiels der Befestigung 11 der in Fig. 5 dargestellten erfindungsgemäßen Lageranordnung. Lagerschild 10 ist mittels Schraube 14 mit dem Gehäuse 7 verbunden. Dazu weist der Lagerschild 10, wie in Fig. 9 dargestellt, mehrere Befestigungsbereiche 18 mit jeweils zumindest einer Bohrung 21 für eine Schraubbefestigung auf. Ein elastisches Element 15 ist zwischen dem Kopf der Schraube 14 und Lagerschild 10 angeordnet. Schraube 14 ist dazu vor¬ teilhafterweise als Bundschraube ausgebildet. Das elastische Element kann beispielsweise durch eine Elastomerbuchse oder eine geeignete Feder gebildet werden. Durch das elastische Element 14 übt der Lagerschild 10 eine Kraft in axialer Richtung auf den Außenring 9 des zweiten Lagers 5 aus, und bewirkt so eine axiale Vorspannung des zweiten Lagers 5. Für die axiale Führung des Lagerschildes 10 ist ein als Zentrierbund ausgebildetes
Zentrierelement 16 vorgesehen.
Fig. 8 zeigt eine Detailansicht eines zweiten Ausführungs¬ beispiels der Befestigung 11 der in Fig. 5 dargestellten er- findungsgemäßen Lageranordnung. In diesem Ausführungsbeispiel ist abweichend zum Ausführungsbeispiel aus Fig. 7 die Schraube 14 als Passschraube ausgeführt, die in einer Bohrung mit entsprechender Passung fixiert wird. Die Befestigung 11 wirkt in diesem Ausführungsbeispiel gleichzeitig als Zentrierelement 16, so dass ein zusätzlicher Zentrierbund entfallen kann.
Fig. 9 (Abb. 6 auf Blatt 7 der EM) zeigt eine Ansicht einer alternativen Ausführung des Lagerschildes 10 der in Fig. 5 dargestellten erfindungsgemäßen Lageranordnung. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Verbindung 20 zwischen Lageraufnahme 4 und Befestigungsbereich 18 des Lagerschildes 10 zumindest teilweise elastisch ausgeführt. In diesem Ausführungsbeispiel übt der Lagerschild 10 ebenfalls eine Kraft in axialer Richtung auf den Außenring 9 des zweiten Lagers 5 aus, und bewirkt so eine axiale Vorspannung des zweiten Lagers 5. Die Befestigung 11 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel wie im Stand der Technik gemäß Fig. 4. Alternativ die Befestigung wie in Fig. 7 oder Fig. 8 dargestellt erfolgen. Die axiale Führung des Lagerschildes 10 kann, wie für die Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 7 und Fig. 8 bereits beschrieben, mit einem Zentrierelement 16 erfolgen.
Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Lageranordnung werden zuerst die Lager 3 und 5 auf die Rotorwelle 6 aufgeschoben. Danach wird die Rotorwelle 6 mit dem ersten Lager 3 in die erste Lageraufnahme 2 im Gehäuse 7 der elektrischen Maschine ein¬ gesetzt. Anschließend wird das erwärmte Lagerschild 10 mit der zweiten Lageraufnahme 4 über das zweite Lager 5 geschoben und dann das Lagerschild 10 mit dem Gehäuse 7 verschraubt.

Claims

Patentansprüche
1. Lageranordnung für eine Rotorwelle (6) einer elektrischen Maschine mit zwei die Enden der Rotorwelle (6) aufnehmenden Kugellagern (3, 5) ,
wobei die Innenringe der beiden Kugellager (3, 5) axial unverschiebbar auf der Rotorwelle angeordnet sind,
wobei der Außenring des ersten Kugellagers (3) axial
unverschiebbar in einer ersten Lageraufnahme (2) im Gehäuse (7) der elektrischen Maschine angeordnet ist,
wobei der Außenring des zweiten Kugellagers (5) axial
unverschiebbar in einer zweiten Lageraufnahme (4) in einem Lagerschild (10) der elektrischen Maschine angeordnet ist, wobei der Lagerschild (10) mit dem Gehäuse (7) der elektrischen Maschine verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Lageraufnahme (4) in Achsenrichtung (a) der Rotorwelle (6) bezüglich des Gehäuses beweglich ist.
2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerschild (10) ausgebildet ist, eine Kraft in Achsen¬ richtung (a) der Rotorwelle (6) auf die zweite Lageraufnahme (4) aus zuüben .
3. Lageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft durch ein elastisches Element (15, 20) erzeugt wird.
4. Lageranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (15) Bestandteil der Befestigung (11) des Lagerschildes (10) ist.
5. Lageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (15) als Elastomerbuchse oder Feder ausgebildet ist
6. Lageranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element als elastische Verbindung (20) von Lagersitz (19) und Befestigungsbereich (18) des Lagerschildes (10) ausgebildet ist.
7. Lageranordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, ge- kennzeichnet durch ein Zentrierelement (16) .
8. Lageranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (16) als Zentrierbund ausgebildet ist.
9. Lageranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Befestigung (11) des Lagerschildes (10) als Zentrierelement (16) ausgebildet ist.
10. Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass
- zuerst die Lager (3, 5) auf die Rotorwelle (6) aufgeschoben werden,
- danach die Rotorwelle (6) mit dem ersten Lager (3) in die erste Lageraufnahme (2) im Gehäuse (7) der elektrischen Maschine eingesetzt wird,
- danach das erwärmte Lagerschild (10) mit der zweiten La¬ geraufnahme (4) über das zweite Lager (5) geschoben wird und
- dann das Lagerschild (10) mit dem Gehäuse (7) verbunden wird.
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