CH654452A5

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

Info

Publication number: CH654452A5
Application number: CH3416/80A
Authority: CH
Inventors: Guenter Wrobel
Original assignee: Papst Motoren Kg
Priority date: 1979-05-05
Filing date: 1980-05-02
Publication date: 1986-02-14
Also published as: DE7913075U1; FR2456236A1; FR2456236B3

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventilatorlaüfrad gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a fan impeller according to the preamble of patent claim 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. In the previously known impellers of this type, in order to attach the hub of the impeller to the usually cylindrical rotor, one was used between the inner surface of the hub and the outer circumferential surface of the rotor, e.g. of a hysteresis synchronizer ring, attached adhesive used.

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. However, this type of attachment was unsatisfactory because such an adhesive is expensive for large temperature fluctuations (which occur during operation). or the resulting different material expansions and contractions of the plastic hub on the one hand and the hysteresis synchronizer ring made of metal on the other hand did not withstand and often after a short period of use the fan impeller became loose or even loosened. In addition, the processing of such adhesives is complex in terms of equipment. The tape manufacturing workflow is also time consuming because it takes curing time. On the one hand, because of injection molding reasons, an exact cylindrical shape for the inner surface of the hub of the fan impeller cannot be realized, but because of the shape, the inner surface of the hub must be slightly conical at least over most of its axial length and, on the other hand, e.g. If a hysteresis synchronizer ring for a rotor is made of hardened steel and has an exactly cylindrical, ground outer surface, the required strength of the connection between these two parts can not only be achieved by a force fit in the form of a press fit. In the case of plastic, cold flow occurs precisely when it is exposed to temperature, which inevitably leads to the release of the press fit. The material relieves tension and remains deformed. The possibility of firmly attaching the hub of the fan impeller to the hysteresis synchronizing ring by the use of ultrasound is often not possible, at least because of the high cost of the ultrasound system.

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. The invention has for its object to provide a reliable fixed and permanent connection between the impeller body and the rotor of a small coaxial drive motor in a fan impeller of the type mentioned by simple measures, especially for series production.

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. This is achieved with the means of claim 1 in that a tubular part of the hub is provided with a smooth inner surface and is pressed onto the outer surface of a metallic ring part of the rotor provided with at least one annular groove.

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. It is advantageous if the annular groove or annular grooves have a sawtooth-shaped profile, the radial flank of which is in front of the inclined flank in the press-in direction and if the annular groove or annular grooves are arranged in the vicinity of the front end (e.g. a hysteresis synchronizer ring) in the press-in direction.

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. As tests have shown, such a connection also withstands extreme temperature fluctuations, whereby it has been shown that the material of the hub of the impeller after pressing in e.g. a hysteresis synchronizer ring due to the resulting material stresses in the area of the ring groove or the ring grooves, so that - seen in the axial direction - there is a positive connection between the two interconnected parts precisely due to the otherwise disadvantageous so-called cold flow, which still results can be improved that the inner surface of the tubular hub part of the fan impeller is cylindrical at least in the region of the annular groove or annular grooves of the hysteresis synchronizer ring.

Anhand der Zeichnung werden nun im folgenden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Exemplary embodiments of the invention will now be explained in more detail with reference to the drawing.

Es zeigt: It shows:

Fig. 1 ein Ventilatorlaufrad mit eingepresstem, elektromotorisch wirkendem, als Aussenrotorteil ausgebildetem Hysterese-Synchronring in perspektivischer Ansicht und Fig. 1 shows a fan impeller with a press-in, electromotive acting, designed as an outer rotor part hysteresis synchronizer ring in a perspective view

Fig. 2 in vergrösserter Darstellung einen Axialschnitt durch die Wandung der Nabe des Laufradkörpers und die Wandung des Hysterese-Synchronringes der Fig. 1, 2 is an enlarged axial section through the wall of the hub of the impeller body and the wall of the hysteresis synchronizer ring of FIG. 1,

Fig. 3 den Axialschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels und zwar das Ventilatorlaufrad mit Innenrotorkäfig, dieser ausgebildet für den nicht dargestellten Aussenstator. Fig. 3 shows the axial section of a further embodiment, namely the fan impeller with an inner rotor cage, this is designed for the outer stator, not shown.

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 The impeller body 1, which is made in one piece from glass fiber reinforced plastic, has an essentially hollow cylindrical hub 2, on the outer lateral surface of which a plurality of fan blades 3 are formed and which on the one end face an inwardly directed annular collar 4 as a stop for a cylindrical pressed in in the axial direction Hardened steel existing hysteresis synchronizer ring 5 (which is also conceivable as a pot made of hysteresis material with the same effect). The hysteresis synchronizer ring 5 is provided in the vicinity of its front edge 7 lying in the press-in direction, which is indicated by an arrow 6, with two sawtooth-shaped ring grooves 8, the substantially radially extending flanks 9 of which are also on the front, seen in the press-in direction. In the area of the ring grooves 8, the inner surface of the

5 5

10 10th

15 15

Z0 Z0

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

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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. Hub 2 is exactly cylindrical over a section a, while section b of the inner surface of hub 2 has the conicity of 1 ° which is customary in injection molding. 2 shows a conical air gap between the outer circumferential surface 10 of the hysteresis synchronizing ring 5 and the inner surface of the hub 2, which does not appear in practice due to the dimensional tolerances due to the interference fit. Furthermore, it can be seen from FIG. 2 that the material of the hub 2 penetrates into the annular grooves 8 due to the tension prevailing in the wall of the hub 2 and the resulting cold flow, so that seen in the axial direction, a positive connection or Anchoring between the hub 2 and the hysteresis synchronizer ring occurs.

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. In order to facilitate the insertion of the hysteresis synchronizing ring 5 into the hub 2 or to avoid scraping by scraping, the front end face 7 is provided with a conical bevel 11. In order to promote the “flow” of the plastic jacket into the ring grooves 8, the cylindrical sections c remaining between the grooves 8 and the bevel 11 should be as short as possible, but not less than an axial minimum length of approx. 0.15 to 0.2 mm; the axial spacing of adjacent ring grooves should also be less than 5 to 10 c.

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. To reduce the risk of breakage, the transitions between the radial flanks 9 and the oblique flanks 111 of the grooves 8 are each formed as a curve. This applies in particular to the risk of crack formation when the hysteresis synchronizer ring of a rotor hardens.

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. By grinding the outer surface of the hysteresis synchronizing ring 5, the outer edges of the radial flanks 9 of the ring grooves 8 become razor-sharp, so that they cling to the material of the hub 2 without play when a load occurs in the opposite direction to the pressing-in direction.

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. , Fig. 3 shows - approximately twice the natural size - the axial section through a second embodiment, in which the inner rotor 113 of the central drive motor has a short-circuit cage with the short-circuit ring 15 on one end face, which in the embodiment according to the invention has a hub 114 of an axial fan Impeller body 12 carries through ring grooves 18 in a metallic ring surface 20. (These aforementioned elements of FIG. 3 have a similar function to that in FIG. 2, but their number is 10 higher than in FIG. 2). 15 The central, coaxial shaft 101 is held in a rotationally fixed manner in the short-circuit ring 15 via a bushing 102, but is rotatably supported by a bearing tube (not shown) within the inner rotor 113 together with the fan impeller. This bearing tube is fixed with the external stator, also not shown, in a flange, also not shown, (e.g. a fan housing) on the right side of FIG. 3. The impeller body 12 has a hub 114, which is designed like a hollow ring trough, so that the one winding head of the stator dips axially into this ring trough, as a result of which the outer edge 104 of the hub 12 practically surrounds the outer stator to its axial center. The impeller body 12 (the parts 114 and 104 including the axial blades 103) is also a one-piece plastic part. ,

(Die Bezugsziffern über 100 haben keine Beziehung zu den Elementen der Figuren 1 und 2.) (The reference numbers above 100 have no relation to the elements of FIGS. 1 and 2.)

v v

2 Blätter Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

654 452

1. Fan impeller with a coaxial rotor of a small electric motor for driving the same, in which the hub of the one-piece plastic impeller body is attached directly to the rotor of the electric motor, characterized in that a tubular part of the hub (2) is provided with a smooth inner surface and is pressed onto the outer surface (10) of a metallic ring part (5) of the rotor provided with at least one annular groove (8).

2. Fan impeller according to claim 1, characterized in that the annular groove (8) or annular grooves have a sawtooth-shaped profile, the radial flank (9) in the direction of an arrow (6) in front of the oblique flank (11).

2nd

PATENT CLAIMS

3. Fan impeller according to claim 1 or 2, characterized in that the annular groove (8) or annular grooves in the vicinity of the front in the direction of arrow (6) front side (7) of the metallic ring part (5) are arranged.

4. Fan impeller according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inner surface of the tubular part of the hub (2) of the impeller body (1) at least in the region (a) of the annular groove (8) or annular grooves of the metallic ring part (5) is cylindrical.

5. Fan impeller according to one of claims 1 to 4, characterized in that the hub (2) of the impeller body (I) on its one end face a radially inwardly projecting, as a stop for the pressed-in metallic ring part (5) serving collar (4) owns.

6. Fan impeller according to one of claims 1 to 5, characterized in that the metallic ring part (5) with a cylindrical outer surface is part of a synchronous-hysteretic rotor.

7. Fan impeller according to one of claims 1 to 5, characterized in that the metallic ring part (5) with a cylindrical outer surface is part of an asynchronous, soft magnetic eddy current rotor.

8. Fan impeller according to one of claims 1 to 5, characterized in that a metallic ring part (15) with a cylindrical outer surface is part of an asynchronous rotor with a short-circuit cage.

9. Fan impeller according to one of claims 6 to 8, characterized in that the rotor is a so-called external rotor.