CH654452A5 - Fan impeller having a coaxial rotor of a small electric motor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventilatorlaüfrad gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei den bisher bekannten Laufrädern dieser Art wurde zur Befestigung der Nabe des Laufrades auf dem meist zylindrischen Rotor jeweils ein zwischen der Innenfläche der Nabe und der äusseren Mantelfläche des Rotors, z.B. eines Hysterese-Synchronringes, angebrachter Kleber verwendet.

Diese Art der Befestigung war jedoch unbefriedigend, weil ein solcher Kleber für (im Betrieb auftretende) grosse Temperaturschwankungen teuer ist. bzw. den daraus resultierenden unterschiedlichen Materialausdehnungen und Kontraktionen der aus Kunststoff bestehenden Nabe einerseits und des aus Metall bestehenden Hysterese-Synchronringes andererseits nicht standhielt und sich häufig schon nach kurzer Gebrauchszeit ein Lockern oder gar Lösen des Ventilatorlaufrades zeigte. Ausserdem ist bei solchen Klebstoffen der Verarbeitungsprozess von der Ausstattung her aufwendig. Der Arbeitsablauf bei Bandfertigung ist auch zeitraubend, da Aushärtungszeiten nötig sind. Da einerseits aus spritzgusstechnischen Gründen eine exakt zylindrische Formgebung für die Innenfläche der Nabe des Ventilatorlaufrades nicht realisierbar ist, sondern wegen der Ausformung die Innenfläche der Nabe zumindest über den grössten Teil ihrer axialen Länge leicht konisch sein muss und da andererseits z.B. ein Hysterese-Synchronring für einen Rotor aus gehärtetem Stahl besteht und eine exakt zylindrische, geschliffene Mantelfläche besitzt, kann die erforderliche Festigkeit der Verbindung zwischen diesen beiden Teilen auch nicht nur durch Kraftschluss in Form eines Presssitzes erzielt werden. Bei Kunststoff tritt nämlich gerade bei Temperatureinwirkung Kalt-fluss auf, der unweigerlich zur Aufhebung des Presssitzes führt. Das Material baut die Spannung ab und bleibt verformt. Auch die Möglichkeit, die Nabe des Ventilatorlaufrades durch die Anwendung von Ultraschall stoffschlüssig auf dem Hysterese-Synchronring zu befestigen, ist zumindest wegen der hohen Kosten der Ultraschallanlage vielfach nicht realisierbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Ventilatorlaufrad der eingangs genannten Art durch einfache Massnahmen, insbesondere für eine Serienfertigung kostengünstig, eine zuverlässig feste und dauerhafte Verbindung zwischen dem Laufradkörper und dem Rotor eines koaxialen, kleinen Antriebsmotors zu schaffen.

Dies wird mit den Mitteln des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass ein rohrartiges Teil der Nabe mit einer glatten Innenfläche versehen und auf die mit wenigstens einer Ringnut versehene Aussenfläche eines metallischen Ringteils des Rotors aufgepresst ist.

Vorteilhaft ist es dabei, wenn die Ringnut bzw. Ringnuten ein sägezahnförmiges Profil aufweisen, dessen Radialflanke in Einpressrichtung vor der Schrägflanke liegt und wenn die Ringnut bzw. Ringnuten in der Nähe der in Einpressrichtung vorne liegenden Stirnseite (z.B. eines Hysterese-Synchronringes) angeordnet sind.

Wie Versuche ergeben haben, hält eine solche Verbindung auch extremen Temperaturschwankungen dauerhaft stand, wobei sich gezeigt hat, dass sich das Material der Nabe des Laufrades nach dem Einpressen z.B. eines Hysterese-Synchronringes aufgrund der dabei entstehenden Materialspannungen im Bereich der Ringnut bzw. der Ringnuten hineindehnt, so dass sich — in axialer Richtung gesehen — zwischen den beiden miteinander verbundenen Teilen eine formschlüssige Verbindung gerade durch den sonst nachteiligen sogenannten kalten Fluss ergibt, die noch dadurch verbessert werden kann, dass die Innenfläche des rohrartigen Nabenteiles des Lüfterflügelrades zumindest im Bereich der Ringnut bzw. Ringnuten des Hysterese-Synchronringes zylindrisch wie dieser ausgebildet ist.

Anhand der Zeichnung werden nun im folgenden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Ventilatorlaufrad mit eingepresstem, elektromotorisch wirkendem, als Aussenrotorteil ausgebildetem Hysterese-Synchronring in perspektivischer Ansicht und

Fig. 2 in vergrösserter Darstellung einen Axialschnitt durch die Wandung der Nabe des Laufradkörpers und die Wandung des Hysterese-Synchronringes der Fig. 1,

Fig. 3 den Axialschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels und zwar das Ventilatorlaufrad mit Innenrotorkäfig, dieser ausgebildet für den nicht dargestellten Aussenstator.

Der einstückig aus glasfaserverstärktem Kunststoff bestehende Laufradkörper 1 besitzt eine im wesentlichen hohlzylindrische Nabe 2, auf deren äusserer Mantelfläche mehrere Lüf-terflügel 3 angeformt sind und die auf der einen Stirnseite einem nach innen gerichteten Ringbund 4 als Anschlag für einen in axialer Richtung eingepressten zylindrischen, aus gehärtetem Stahl bestehenden Hysterese-Synchronring 5 dient (der auch als ein aus Hysteresewerkstoff gezogener Topf gleicher Wirkung denkbar ist). Der Hysterese-Synchronring 5 ist in der Nähe seiner in Einpressrichtung, die durch einen Pfeil 6 gekennzeichnet ist, vorne liegenden Stirnkante 7 mit zwei sägezahnförmigen Ringnuten 8 versehen, deren wesentlich radial verlaufende Flanken 9 in Einpressrichtung gesehen ebenfalls auf der Vorderseite liegen. Im Bereich der Ringnuten 8 ist die Innenfläche der

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Nabe 2 über einen Abschnitt a exakt zylindrisch ausgebildet, während der Abschnitt b der Innenfläche der Nabe 2 die in der spritzgusstechnisch übliche Konizität von 1° aufweist. In der Fig. 2 ist zur Kenntlichmachung dieser Konizität ein konischer Luftspalt zwischen der äusseren Mantelfläche 10 des Hysterese-Synchronringes 5 und der Innenfläche der Nabe 2 gezeigt, der jedoch in der Praxis wegen der durch den Presssitz bedingten Masstoleranzen nicht in Erscheinung tritt. Überdies ist der Fig. 2 zu entnehmen, dass das Material der Nabe 2 aufgrund der durch den Presssitz in der Wandung der Nabe 2 herrschenden Spannung und des daraus resultierenden Kaltflusses in die Ringnuten 8 eindringt, so dass in axialer Richtung gesehen eine formschlüssige Verbindung bzw. Verankerung zwischen der Nabe 2 und dem Hysterese-Synchronring entsteht.

Um das Einführen des Hysterese-Synchronringes 5 in die Nabe 2 zu erleichtern bzw. um dabei ein spanabhebendes Schaben zu vermeiden, ist die vordere Stirnseite 7 mit einer konischen Schräge 11 versehen. Um das «Einfliessen» des Kunststoffmantels in die Ringnuten 8 zu begünstigen, sollen die zwischen den Nuten 8 und der Schräge 11 verbleibenden zylindrischen Abschnitte c möglichst kurz sein, jedoch eine axiale Mindestlänge von ca. 0,15 bis 0,2 mm nicht unterschreiten; ebenso sollen die axialen Abstände benachbarter Ringnuten unter dem Wert von 5 bis 10 c liegen.

Zur Verringerung der Bruchgefahr sind die Übergänge zwischen den radialen Flanken 9 und den schrägen Flanken 111 der Nuten 8 jeweils als Rundung ausgebildet. Dies gilt besonders für die Gefahr der Rissbildung beim Härten des Hysterese-Synchronringes eines Rotors.

Durch das Überschleifen der Mantelfläche des Hysterese-Synchronringes 5 werden die Aussenkanten der radialen Flanken 9 der Ringnuten 8 messerscharf, so dass sie sich im Material der Nabe 2 spielfrei festkrallen, wenn eine Belastung entge-s gen der Einpressrichtung auftritt.

Fig. 3 zeigt — etwa in doppelter natürlicher Grösse — den Axialschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem der Innenrotor 113 des zentralen Antriebsmotors einen Kurzschlusskäfig mit dem Kurzschlussring 15 an der einen Stirnseite auf-lo weist, der in erfindungsgemässer Ausbildung eine Nabe 114 eines Axialgebläse-Laufradkörpers 12 trägt und zwar durch Ringnuten 18 in einer metallischen Ringfläche 20. (Diese vorgenannten Elemente der Fig. 3 haben z.T. eine ähnliche Funktion wie die in Fig. 2, aber ihre Ziffer ist um 10 höher als in der Fig. 2.) 15 Die zentrale, koaxiale Welle 101 wird über eine Buchse 102 drehfest im Kurzschlussring 15 gehalten, jedoch durch ein nicht dargestelltes Lagerrohr innerhalb des Innenrotors 113 mitsamt dem Ventilatorlaufrad drehbar gelagert. Dieses Lagerrohr ist mit dem ebenfalls nicht dargestellten Aussenstator — in einem 20 ebenfalls nicht dargestellten Flansch (z.B. eines Ventilatorgehäuses) auf der rechten Seite der Fig. 3 — fixiert. Der Laufradkörper 12 hat eine Nabe 114, die wie ein hohler Ringtrog ausgebildet ist, so dass der eine Wickelkopf des Stators in diesen Ringtrog axial hineintaucht, wodurch der Aussenrand 104 der 25 Nabe 12 den Aussenstator praktisch bis in seine axiale Mitte umgibt. Der Laufradkörper 12 (die Teile 114 und 104 incl. den Axialschaufeln 103) ist auch hier ein einstückiges Kunststoffteil. ,

(Die Bezugsziffern über 100 haben keine Beziehung zu den Elementen der Figuren 1 und 2.)

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2 Blätter Zeichnungen

Claims (9)

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1. Ventilatorlaufrad mit einem koaxialen Rotor eines kleinen Elektromotors zum Antrieb desselben, bei dem die Nabe des einstückig aus Kunststoff bestehenden Laufradkörpers unmittelbar am Rotor des Elektromotors befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein rohrartiges Teil der Nabe (2) mit einer glatten Innenfläche versehen und auf die mit wenigstens einer Ringnut (8) versehene Aussenfläche (10) eines metallischen Ringteils (5) des Rotors aufgepresst ist.

2. Ventilatorlaufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (8) bzw. Ringnuten ein sägezahnför-miges Profil aufweisen, deren Radialflanke (9) in Richtung eines Pfeiles (6) vor der Schrägflanke (11) liegt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Ventilatorlaufrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (8) bzw. Ringnuten in der Nähe der in Richtung des Pfeiles (6) vorne liegenden Stirnseite (7) des metallischen Ringteils (5) angeordnet sind.

4. Ventilatorlaufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des rohrartigen Teils der Nabe (2) des Laufradkörpers (1) zumindest im Bereich (a) der Ringnut (8) bzw. Ringnuten des metallischen Ringteils (5) zylindrisch ausgebildet ist.

5. Ventilatorlaufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (2) des Laufradkörpers (I) auf ihrer einen Stirnseite einen radial nach innen vorspringenden, als Anschlag für den eingepressten metallischen Ringteil (5) dienenden Ringbund (4) besitzt.

6. Ventilatorlaufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Ringteil (5) mit zylindrischer Aussenfläche Teil eines synchron-hysteretischen Rotors ist.

7. Ventilatorlaufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Ringteil (5) mit zylindrischer Aussenfläche Teil eines asynchronen, weichmagnetischen Wirbelstrom-Rotors ist.

8. Ventilatorlaufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein metallisches Ringteil (15) mit zylindrischer Aussenfläche Teil eines asynchronen Rotors mit Kurzschlusskäfig ist.

9. Ventilatorlaufrad nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor ein sogenannter Aussen-läufer ist.