DE10317128A1

DE10317128A1 - Elektrische Maschine und Montageverfahren dafür

Info

Publication number: DE10317128A1
Application number: DE2003117128
Authority: DE
Inventors: Juraj Kostka; Jan Vrlik; Oswald Wustmann
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2004-10-28
Also published as: CN100382414C; EP1616383A1; WO2004091073A1; CN1774850A

Abstract

Bei einer elektrischen Maschine mit einem Gehäuse (1, 2, 3) und einem Rotor (10), von dem eine Welle (9) in einem vorderen (5) und einem hinteren (6) Lagerschild des Gehäuses drehbar und axial spielhaltig gehalten ist, ist das axiale Spiel des Rotors in einer Richtung durch einen in den hinteren Lagerschild (6) in axialer Richtung eingeführten, einem axialen Ende der Welle (9) zugewandten Anschlagkörper (18) begrenzt. Der Anschlagkörper (18) wird nach dem Zusammenbau des Gehäuses platziert, indem die Welle von einer Anschlagposition um ein gewünschtes Spiel (deltal) abgerückt und der Anschlagkörper mit einem Ende der Welle (9) in Kontakt gebracht wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor von kleiner bis mittlerer Leistung, und ein Verfahren zu dessen Montage.
Bei einer herkömmlichen Konstruktion einer solchen elektrischen Maschine ist die Welle des Rotors an zwei Stellen des Gehäuses der Maschine, als vorderer bzw. hinterer Lagerschild bezeichnet, drehbar gelagert.
Wenn die Welle der fertigen Maschine ein vorgegebenes Spiel in axialer Richtung nicht überschreiten soll, so ist dies erreichbar, indem in beiden Lagerschilden Kugellager verwendet werden, die jedes für sich ein größeres axiales Spiel als das für die Welle verlangte aufweisen dürfen, und von denen jeweils ein Ring an der Welle und der andere an einem der Lagerschilde axial so befestigt sein muss, dass die Überschneidung der Spiele der zwei Kugellager nicht größer ist als das zulässige Spiel der Welle. Die Platzierung der Ringe muss aber sehr genau sein, denn wenn das axiale Spiel wegen ungenauer Platzierung Null wird, kann die Welle klemmen. Es liegt auf der Hand, dass das Platzieren der Kugellager gemäß diesen Anforderungen arbeitsintensiv und infolgedessen teuer ist.
Aufgabe der Erfindung ist, eine elektrische Maschine und ein Verfahren zu deren Montage anzugeben, die es auf einfache Weise erlauben, das axiale Spiel des Rotors auf ein gewünschtes Maß einzustellen, das einen leichten, verschleißarmen Lauf der Maschine gewährleistet.
Die Aufgabe wird zum einen dadurch gelöst, dass an einer elektrischen Maschine mit einem Gehäuse und einem Rotor, von dem eine Welle in einem vorderen und einem hinteren Lagerschild des Gehäuses drehbar und axial spielhaltig gehalten ist, das axiale Spiel des Rotors in einer Richtung durch einen in den hinteren Lagerschild in axialer Richtung eingeführten, einem axialen Ende der Welle zugewandten Anschlagkörper begrenzt ist. Diese Bauart erlaubt es, vor oder nach dem Zusammenfügen des Gehäuses den Rotor in eine dem gewünschten axialen Spiel entsprechenden Entfernung von einer Anschlagstellung am vorderen Lagerschild zu bringen, und anschließend den Anschlagkörper in dem hinteren Lagerschild mit der Welle in Kontakt zu bringen. Wenn die Welle anschließend freigegeben wird, hat sie exakt das zuvor eingestellte, gewünschte axiale Spiel.
Der Anschlagkörper kann nach dem Einführen in weitgehend beliebiger Weise an dem hinteren Lagerschild befestigt sein; aufgrund der Einfachheit der Montage bevorzugt ist eine reib- und/oder formschlüssige Verankerung.
Vorzugsweise ist die Bohrung nach außen hin offen, so dass der Anschlagkörper nach dem Zusammenbau des Gehäuses in die Bohrung eingeführt werden kann.
Vorzugsweise hat der Anschlagkörper die Form eines Topfes oder Bechers mit einer dem Ende der Welle zugewandten Bodenfläche. Diese Gestalt des Anschlagkörpers erlaubt es, ein festes, gegen Reibbelastung beständiges Material wie etwa Stahl für den Anschlagkörper zu verwenden und dabei eine ausreichende Verformbarkeit des Anschlagkörpers zu erreichen, die gewährleistet, dass dieser auch bei gewissen Abmessungstoleranzen in der Bohrung des hinteren Lagerschildes festen Halt findet.
Für eine elastische, kraftschlüssige Verankerung des Anschlagkörpers ist es besonders zweckmäßig, wenn die Seitenwände des Topfs oder Bechers zu einem freien Rand hin geringfügig divergent sind.
Der Durchmesser der Bohrung sollte in Höhe des Anschlagkörpers wenigstens gleich dem Durchmesser der Welle sein. Ein kleinerer Durchmesser würde eine Schulter in der Bohrung erforderlich machen, die die freie Platzierbarkeit des Anschlagkörpers entlang der Bohrung einschränken könnte.
Für die drehbare Lagerung des Rotors in dem hinteren Lagerschild kann ein preiswertes Gleitlager eingesetzt werden.
Für die Lagerung im vorderen Lagerschild hingegen ist ein Kugellager bevorzugt, das in der Lage ist, neben dem Anschlagkörper eine zweite Begrenzung des axialen Spiels des Rotors zu bilden.
Um im Betrieb des Motors einen Kontakt zwischen dem Ende der Welle und dem Anschlagkörper zu vermeiden, der zu einer Erwärmung des Lagers und zu Reibverschleiß führen könnte, ist vorzugsweise ein Federelement vorgesehen, das die Welle von dem Anschlagkörper forttreibt.
Bei einer bevorzugten Anwendung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine als Elektromotor, insbesondere als Asynchronmotor, zum Antreiben einer Pumpe, kann dieses Federelement durch eine elastische Dichtung der Pumpe gebildet sein, die, vorzugsweise zwischen einer Pumpkammer und dem vorderen Lagerschild angeordnet, den Durchtritt von Fluid aus der Pumpe in die elektrische Maschine verhindert.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 einen schematischen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Elektromotor;
2 einen Schnitt durch den Anschlagkörper des Elektromotors aus 1;
3 verschiedene Stadien der Montage des Elektromotors aus 1; und
4 einen schematischen Schnitt durch den Elektromotor, kombiniert mit einer von ihm angetriebenen Pumpe.
1 zeigt einen axialen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Elektromotor. Das Gehäuse des Elektromotors setzt sich zusammen aus einer vorderen Gehäuseschale 1, einer hinteren Gehäuseschale 2 und einem Statorpaket 3. Die zwei aus Kunststoff gespritzten Gehäuseschalen 1, 2 sind durch Schrauben 4 zusammengehalten, die sich durch Bohrungen der hinteren Gehäuseschale 2 und des Statorpakets 3 erstrecken und in Gewinde an der vorderen Gehäuseschale 1 eingreifen. Die Gehäuseschalen 1, 2 bilden jeweils in ihren zentralen Bereichen einen vorderen bzw. hinteren Lagerschild 5, 6, der jeweils geformt ist, um ein Lager 7 bzw. 8 aufzunehmen, in welchem eine Welle 9 eines Rotors 10 drehbar gelagert ist. Die Welle 9 erstreckt sich durch den vorderen Lagerschild 5 hindurch und endet in einem aus dem Gehäuse vorstehenden Wellenzapfen, an dem eine Last befestigbar ist.
Das im vorderen Lagerschild 5 aufgenommene Lager 7 ist ein Kugellager mit einem inneren Ring, der fest mit der Welle 9 verbunden ist, und einem äußeren Ring, der fest mit der vorderen Gehäuseschale 1 verbunden ist. Im unbelasteten Zustand weist das Kugellager 7 ein Spiel in axialer Richtung auf, das es der Welle 9 ermöglicht, sich in axialer Richtung zu verschieben.
Das gegenüberliegende Ende der Welle 9 steht nicht aus dem Gehäuse vor, sondern endet innerhalb einer zur Welle 9 koaxialen Bohrung 11 mit konstantem Durchmesser des hinteren Lagerschildes 6. Das Lager 8 des hinteren Lagerschildes 6 ist ein Gleitlager. Das Gleitlager 8 umfasst einen in etwa kugelförmigen Gleitkörper 14 aus Sinterbronze, in dem eine koaxiale Bohrung gebildet ist, in welche ein Abschnitt der Welle 9 eingesteckt ist. Der Abschnitt der Welle 9 erstreckt sich durch die Bohrung des Gleitkörpers 14 hindurch bis in die Bohrung 11 der hinteren Gehäuseschale 2. Der Gleitkörper 14 ist drehbar, aber in radialer und axialer Richtung unbeweglich zwischen einer sich an die Bohrung 11 anschließenden kegelförmigen Innenfläche 15 und einer sogenannten Klemmbrille 16 gehalten, einem Ring aus Stahl oder anderem federelastischen Material von flach U-förmigem Querschnitt. Die Klemmbrille 16 wiederum ist an der freien Kante einer einteilig mit der hinteren Gehäuseschale 2 ausgebildeten, ins Innere des Gehäuses gerichteten zylindrischen Wand 13 festgeklemmt. Die zylindrische Wand 13, die kegelförmige Innenfläche 15 und der Gleitkörper 14 begrenzen einen ringförmigen, mit Schmierstoff gefüllten Hohlraum 17, aus dem Schmierstoff zwischen den Gleitkörper 14 einerseits und die Innenfläche 15 und die den Gleitkörper 14 berührende Oberfläche der Klemmbrille 16 eindringt.
In die Bohrung 11 ist ein Anschlagkörper 18 eingepresst und so axial im Wesentlichen unbeweglich gehalten. Der Anschlagkörper 18 liegt der Endfläche der Welle 9 gegenüber und begrenzt so deren axiale Bewegungsfreiheit.
2 ist ein vergrößerter Schnitt durch den Anschlagkörper 18 gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung. Es handelt sich um einen aus einem kreisrunden Blechzuschnitt tiefgezogenen oder geprägten, topf- oder becherartigen Körper mit einer kreisrunden Bodenfläche 26 und einer diese umgebende, im Wesentlichen zylindrische Seitenwand 27. Die Seitenwand 27 ist vom Boden 26 zu einem freien Rand 28 hin geringfügig divergent, wobei der Durchmesser des Bodens 26 geringfügig kleiner, der des freien Randes 28 geringfügig größer als der der Bohrung 11 gewählt ist.
3 zeigt in Stadien A bis D den Zusammenbau des Motors aus 1. Das Stadium A zeigt den Rotor 10, über das Kugellager 7 abgestützt auf der vorderen Gehäuseschale 1. Über diese Anordnung werden das Statorpaket 3 und die hintere Gehäuseschale 2 gestülpt, wie in Stadium B gezeigt, und mit den (hier nicht gezeigten) Schrauben 4 zu einer Baueinheit zusammengefügt. Die Welle 9 muss hier nicht am inneren Ring des Kugellagers 7 verstemmt oder in anderer Weise befestigt sein, um die axiale Bewegungsfreiheit der Welle 9 zu begrenzen, so dass der Rotor 10 aus der gezeigten Stellung um bis zu ΔI angehoben werden kann, so dass er in Kontakt mit dem freien Rand der zylindrischen Wand 13 gerät.
Die Gehäuseschalen 1, 2 sind so konstruiert, dass dieser Abstand ΔI größer ist als das gewünschte axiale Spiel des fertigen Motors.
Nach dem Zusammenfügen des Gehäuses wird die Welle 9 an ihrem aus dem Gehäuse vorstehenden Abschnitt gefasst und um das gewünschte Spiel δI angehoben, wie im Stadium C gezeigt. Mit dem in dieser Stellung gehaltenen Rotor wird von außen her in die Bohrung 11 der hinteren Gehäuseschale 2 der Anschlagkörper 18 so weit eingepresst, dass er eine ihn zugewandte Endfläche der Welle 9 berührt. Da der Durchmesser des freien Randes des Anschlagkörpers größer ist als der der Bohrung 11, wird dabei die Innenfläche der Bohrung 11 verformt, und die scharfe Außenkante des Randes 27 gräbt sich in das Kunststoffmaterial der hinteren Gehäuseschale. Die Außenkante wirkt so als Widerhaken, der ein Entweichen des Anschlagkörpers 18 aus der Bohrung 11 verhindert. Wenn die Welle 9 anschließend wieder freigegeben wird, hat sie, unabhängig von eventuellen Streuungen der Abmessungen der in dem Motor verbauten Teile exakt das gewünschte axiale Spiel δI.
4 zeigt in einem Schnitt analog zu dem Schnitt der 1 ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Elektromotors. Er dient hier zum Antreiben einer Flügelradpumpe, die z.B. als Laugenpumpe in einer Spül- oder Waschmaschine eingesetzt werden kann. Das Spiel δI seiner Welle 9 beträgt hier 0,2 ± 0,1 mm. Ein Gehäuse der Flügelradpumpe setzt sich zusammen aus einer dem Motor zugewandten hinteren Schale 19 und einer von ihm abgewandten vorderen Schale 20, die zusammen eine Kammer begrenzen, in der ein an der Welle 9 befestigtes Flügelrad 21 drehbar ist. Die Drehung des Flügelrades saugt Flüssigkeit durch einen koaxialen Stutzen 22 in die Kammer ein und stößt sie über einen radialen Stutzen 23 wieder aus.
Die hintere Schale 19 weist eine Bohrung auf, durch die sich die Welle 9 erstreckt. Um den Durchtritt von gepumpter Flüssigkeit durch diese Bohrung zum Motor zu unterbinden, ist an ihr eine Gleitringdichtung 24 angeordnet, die sich aus einer Mehrzahl von jeweils an der hinteren Schale 19 oder an der Welle 9 befestigten Ringscheiben zusammensetzt. Die Ringscheiben und damit die Welle 9 sind durch eine Spiralfeder in Richtung des Einlassstutzens 22 beaufschlagt, die in einer flachen Kammer 25 die Welle 9 umgebend untergebracht ist. Diese Feder übt gleichzeitig eine Zugkraft auf die Welle 9 aus, die diese im zusammengebauten Zustand von Pumpe und Motor von dem Anschlagkörper 18 beabstandet hält und so verhindert, dass dieser und die Endfläche der Welle 9 aneinander schleifen. Die von der Feder ausgeübte axiale Kraft wird von dem Kugellager 7 des Motors aufgefangen. So sorgt die Feder nicht nur für eine Abdichtung, sondern gleichzeitig für eine definierte Axialkraft in dem Kugellager 7, die für einen guten Gleichlauf und verschleißarmen Betrieb erforderlich sind.

Claims

Elektrsche Maschine mit einem Gehäuse (1, 2, 3) und einem Rotor (10), von dem eine Welle (9) in einem vorderen (5) und einem hinteren (6) Lagerschild des Gehäuses drehbar und axial spielhaltig gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass das axiale Spiel des Rotors in einer Richtung durch einen in den hinteren Lagerschild (6) in axialer Richtung eingeführten, einem axialen Ende der Welle (9) zugewandten Anschlagkörper (18) begrenzt ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagkörper (18) reib- und/oder formschlüssig in dem Lagerschild (5, 6) gehalten ist.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagkörper (18) in einer nach außen offenen Bohrung (11) des hinteren Lagerschildes (6) gehalten ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 2 und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagkörper (18) die Form eines Topfes oder Bechers mit einer dem Ende der Welle (9) zugewandten Bodenfläche (26) hat.
Elektrische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Topf oder Becher von der Bodenfläche (26) zu einem freien Rand (28) hin divergierende Seitenwände (27) hat.
Elektrische Maschine nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Bohrung (11) in Höhe des Anschlagkörpers (18) wenigstens gleich dem Durchmesser der Welle (9) ist.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (10) im hinteren Lagerschild (6) durch ein Gleitlager (8) gehalten ist.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das axiale Spiel des Rotors (10) in zu der einen Richtung entgegengesetzter Richtung durch ein Kugellager (7) des vorderen Lagerschildes (5) begrenzt ist.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das axiale Spiel des Rotors (10) 0,2 ± 0,1 mm beträgt.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Federelement (25), das die Welle (9) von dem Anschlagkörper (18) forttreibt.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Elektromotor, insbesondere ein Asynchronmotor ist.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (9) eine Pumpe antreibt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 10 und Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (25) eine elastische Dichtung der Pumpe ist.
Verfahren zum Montieren einer elektrischen Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten: – Zusammenfügen des Gehäuses (1, 2, 3) und – Festhalten des Rotors (10) in einer einem gewünschten Wert (δI) des axialen Spiels entsprechenden Entfernung von einer Anschlagstellung am vorderen Lagerschild (5), in beliebiger Reihenfolge, und anschließend: – Einführen des Anschlagkörpers (18) in den hinteren Lagerschild (6) bis in Kontakt mit der Welle (9) und – Freigeben des Rotors (10).