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Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist ein Permanentmagnetläufer
und ein Verfahren zur Herstellung desselben gemäß den beiliegenden Patentansprüchen.
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Bekanntlich besteht derzeit auf verschiedenen
Anwendungsgebieten, einschließlich
dem der Elektro-Haushaltsgeräte,
die Tendenz nach dem Einsatz von Motoren mit veränderlicher Geschwindigkeit und
immer höherer
Leistung. Der hierfür
geeignetste Motor besitzt gewöhnlich
einen Permanentmagnetläufer.
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Weiters ist es bei diesen Motoren
mit Permanentmagneten bekannt, dass es bei kleinen Dimensionen und
niedriger Polarität
(2 Pole) möglich
ist, einen einzigen, rohrförmigen
Magneten zu verwenden, wogegen man bei größeren Dimensionen und höheren Polaritäten (4, 6, 8 usw.)
mehrere „kreisbogensegmentförmige Permanentmagneten" vorsehen muss, die
gewöhnlich
auf einem zentralen, ferromagnetischen Kern angeordnet werden.
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf diesen zweitgenannten Fall bzw. auf einen Motor mit einem
Permanentmagnetläufer
höherer
Polarität
und mit „kreisbogenförmigen" Magneten.
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Es ist überdies bekannt, dass es bei
der besonderen Anwendungen von Motorpumpen für Haushalts-Elektrogeräte (bzw.
von Pumpen insbesondere mit Elektromotor der vorgenannten Art) notwendig sein
kann, eine Motorpumpe mit „Nassläufer" einzusetzen, der,
gelagert in speziellen Büchsen
aus Graphit oder Keramik, in einer Kammer läuft, welche direkt mit der
gepumpten Flüssigkeit
in Verbindung steht. In einem solchen Falle ist es erforderlich,
besondere Beachtung auf die Ausbildung des Läufers zu verwenden, um, falls
ein Eisenkern vorhanden ist, zu vermeiden, dass die gepumpte Flüssigkeit, gewöhnlich Wasser,
das mit Reinigungsmitteln und anderen für die Anwendung (z.B. Geschirrspüler) üblichen
Zusätzen
versetzt ist, mit dem Läufer
in Berührung
gelangt und zu einem Rostaustritt führt. Dies ist bei gewissen
Anwendungen, wie bei Geschirrspülern,
unakzeptabel, da die gepumpte Flüssigkeit
direkt mit dem Essgeschirr in Berührung gelangt.
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Um diese Problematik zu lösen, wendet
man die Technik des „Eingießens" der Magneten und
des Kernes durch Einpressen in ein Kunststoffmaterial durch Formpressen
an; weiters muss man ein Rohr aus nicht magnetischem rostfreiem
Stahl verwenden (von sehr geringer Dicke, um den Eisenspalt des
Motors möglichst
gering zu halten), das als Behälter
für die
Magneten, den Kern und den Kunststoff fungiert. Dieser Metallbehälter ist
notwendig, da im gegenteiligen Fall, bei Fehlen des letzteren, die
zu seinem Ausgleich erforderliche Dicke der Kunststoffhülle für einen
korrekten Pressvorgang und für
die Aufnahme der Zentrifugalkraft, der die Magneten während der Rotation
ausgesetzt sind, derart bedeutend wäre, dass sie den Magnetkreis
und somit die Leistung und den Wirkungsgrad des Motors in Frage
stellen würde.
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Die Verwendung eines rohrförmigen Behälters aus
nicht magnetischem rostfreiem Stahl ist sowohl hinsichtlich des
Eingusses der Magneten, des Kernes und eines Teiles der Motorwelle
in das Kunststoffmaterial durch „Heißspritzguß" und unter Druck als auch beim „Kaltguss" unter atmosphärischem Druck
von entsprechenden Harzen, welche die Metallkomponenten des Motors
in das Kunststoffmaterial einbinden, eine gute Lösung. Jedoch ist es bei beiden
Herstellungsverfahren notwendig, zu gewährleisen, dass bei der Durchführung des
Verfahrens die kreisbogensegmentförmigen Magneten während der „Eingussphase" eine definierte
Position beibehalten, um das mechanische Ungleichgewicht zu minimieren,
welches sich bei einer anderen Radialposition derselben (die mindestens
zwei im Falle von zwei Polen betragen könnte, jedoch mit größer werdender Anzahl der
Polarität
ansteigen könnte) ändern würde. Es
ist auch notwendig, die verschiedenen Bogensegmente untereinander
in einem gleichen Abstand zuhalten. Dies gewährleistet eine homogenere Verteilung
der Magnetflüsse
und vor allem, im Falle der Verwendung von nicht magnetisierten.
Segmenten, eine korrektere Magnetisierung derselben bei der Fertigstellung
des Läufers.
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Nach dem Eingießen ist die endgültige Position
der Segmente tatsächlich
nicht mehr zu erkennen, da sie nicht mehr sichtbar sind und die
Magnetisierung muss daher unter Bezugnahme auf geometrische Elemente
(Löcher,
Kerben, Stifte usw.) durchgeführt
werden, die in geeigneter Weise (auf einer Seite des Läufers während der
Pressphase oder auf der Motorwelle) als fiktiver Hinweis auf die
Achsen der Magnetsegmente erzeugt wurden. Eventuelle unkontrollierte
Winkelverschiebungen der Kreisbogensegmente während des Vergießvorganges
ergeben wirkliche Achsen, welche mit den gerade erwähnten geometrischen
Bezugsachen nicht zusammenfallen, und führen in der Folge zu eine Magnetisierung
mit gegenüber
den Achsen der Kreisbogensegmente praktisch „versetzten" Polarität. Das kann
Vibrations- und Lärmprobleme
zur Folge haben.
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Wenn man weiters die Magneten während des
Vergusses mit dem Kunststoffmaterial in einer definierten Radialposition
hält, ist
es möglich,
radial einen konstanten magnetischen Eisenspalt zu erhalten und
folglich im Hinblick auf Lärmentwicklung
des Motors oder des Signals, das ein eventueller Fühler (beispielsweise
ein Hall-Effekt-Fühler)
aufnehmen soll, die magnetischen Leistungen homogener zu gestalten.
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Dadurch, dass sich die Magneten in
einer definierten Radialposition befinden und wenn man sie in die
Lage bringt, gleichzeitig einen Berührungsdruck auf das Rohrelement
aus rostfreiem Stahl auszuüben,
werden eventuelle Bewegungen oder, besser, Verformungen desselben,
insbesondere während
der Spritzgussphase des Kunststoffmaterials, vermieden.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist
die Schaffung eines Permanentmagnetläufers mit kreisbogensegmentförmigen Magneten
und ein Verfahren zu seiner Herstellung, welche im Vergleich zu
den bekannten Läufern
und den bekannten Verfahren Verbesserungen darstellen.
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Insbesondere ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung
die Schaffung eines Läufers
der genannten Art, welcher es ermöglicht, eine gewünschte und
vorbestimmte Position der Magneten während seiner Herstellungsphase
zu erzielen und beizubehalten.
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Ein weiteres Ziel ist die Schaffung
eines in seiner Verwendung zuverlässigen Läufers der genannten Art.
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Diese und weitere, dem Fachmann erkennbaren
Ziele werden mit einem Permanentmagnetläufer und einem Verfahren für seine
Herstellung gemäß den beiliegenden
Patentansprüchen
erreicht.
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Zum besseren Verständnis wird
die vorliegende Erfindung unter Hinweis auf die beiliegenden Zeichnungen
beispielsweise und ohne auf diese beschränkt zu sein näher erläutert, worin:
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die 1 in
eine perspektivische Explosionsansicht eines Teiles eines Läufers gemäß der Erfindung
zeigt, wobei im Beispiel 3 kreisbogenförmige Segmente (wie 6 Pole
zu magnetisieren) vorgesehen sind;
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die 2 eine
perspektivische Ansicht des zusammengebauten Läufers gemäß 1 vor dem Ausgießen der verschiedenen Teile
mit Kunststoffmaterial zeigt;
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die 3 eine
Frontalansicht des Läufers gemäß 2 ist;
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die 4 eine
perspektivische Ansicht der Hinterseite des Läufers gemäß 2, jedoch nach dem Ausgießen mit
Kunststoffmaterial, zeigt;
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die 5 eine
perspektivische Ansicht, teilweise im Schnitt, des Läufers gemäß 2 zeigt;
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die 6 eine
perspektivische Ansicht des Läufers
gemäß 2 zusammen mit zwei Teilen
zeig t, welche seinen Enden während
seiner Herstellung zugeordnet werden; und
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die 7 eine
perspektivische Explosionsansicht des Läufers gemäß 2 zusammen mit zwei Teilen zeigt, welche
dem Läufer
während
einer anderen Herstellungsphase zugeordnet werden.
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In den Zeichnungsfiguren ist ein
Läufer
allgemein mit 100 bezeichnet und besteht aus einem Kern 1,
um den herum in der Form eines Kreisbogensegments ausgebildete Magnete 2 angeordnet
sind. Der Kern 1 von im wesentlichen zylindrischer Form
besitzt entlang seiner Außenseitenfläche 1A Längsnuten 4,
die parallel zur eigenen Längsachse
K verlaufen; in der Oberfläche 1A sind
weiters Nuten 5 vorgesehen, in welche Kunststoffmaterial
eintreten kann, das dazu dient, die Magneten 2 mit den
Kern 1 zu verbinden.
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Letzterer besitzt überdies
entgegengesetzte Enden 9 und 10 und ein durchgehendes
Längsloch 11,
in welchem eine (Motor)welle 14 gelagert ist, die aus den
genannten entgegengesetzten Enden 9 und 10 herausragt.
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Um den Kern 1 herum wird ein rohrförmiger Magnetkörper aus
rostfreiem Stahl 8 angeordnet, welcher den Kern 1 und
die Magnete 2, schon bevor in ihn der Kunststoff eingegossen
wird, in ihrer Lage hält.
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Um die Magnete 2 in einer
vorbestimmten Position zu stabilisieren, ist die Verwendung von
Federelementen 15 zwischen den Magneten vorgesehen.
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Jedes dieser Elemente 15,
welches einen elastischen Druck in Richtung senkrecht zur kleineren
Abmessung (Durchmesser) ausübt,
wird aus einem Körper
aus magnetischem rostfreiem Stahl erhalten und weist ausgestanzte
Rippen 16 auf, welche entsprechend umgebogen und befähigt sind,
den genannten elastischen Druck auszuüben; jedes Element 15 wird über seine
ganze Länge
in jeweils eine Nut 4 des Kernes 1 eingesetzt,
bis dass ein ebenfalls durch Ausstanzen aus dem Element 15 erhaltener Anschlag 17 am
Wegende gegen den Kern 1 anschlägt. Der Anschlag 17 wird
durch einen an einem Ende des langgestreckten Körpers des Federelements 15 zugegenen
Vorsprung gebildet.
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Die Elemente 15 sind im
Bereich aller Trennfugen 20 der Magnetsegmente 2 angeordnet.
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Jedes Federelemente 15 besteht
somit aus einem Flachteil, der in die Nut 4 eingesetzt
wird, und aus einem mit Rippen 16 versehenen Teil, welche letztere
befähigt
sind, eine Federwirkung auf die Seiten 19 der benachbarten Magnete 2 auszuüben. Diese
Rippen 16 stehen von beiden Seiten des Elements 15 weg.
Der radiale Platzbedarf des Federelements 15, sobald es
einmal eingesetzt ist, ist derart, dass es mit Spiel zwischen dem
Boden der Nut 4 im Kern 1 und dem Innendurchmesser
des Rohrkörpers 8 aus nichtmagnetischem
rostfreiem Stahl aufgenommen wird.
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Es soll vor allem daran erinnert
werden, dass der bogensegmentförmige
Magnet, insbesondere wenn er aus Ferrit besteht, ziemlich große und zumindest
solche dimensionelle Toleranzen besitzt, dass ein Zusammenbau ohne
Spiel zwischen den den Läufer
des Elektromotors bildenden Teilen (Kern, Magnete und Körper aus
rostfreiem Stahl) ausgeschlossen ist.
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Die von jedem Federelement 15 wegstehenden
Rippen 16 haben die Aufgabe, mit Druck auf die Seitenflächen 19 der
bogensegmentförmigen
Magnete 2 zu wirken, sobald letztere in jedes Abteil eingesetzt
werden, welches sich zwischen dem Kern 1, den Federelementen 15 und
dem Rohrkörper 8 aus Stahl
bildet, mit dem Ergebnis, dass jeder bogensegmentförmige Magnet 2 seitlich
gegen den benachbarten und folglich zugleich derselbe Magnet auch gegen
die Innenfläche
des Rohrkörpers 8 aus
rostfreiem Stahl gedrückt
und vom Kern 1 als Funktion der tat sächlichen Dimensionen betreffend „Dicke,
Innenradius, Außenradius" des Magneten 2 abgesetzt wird.
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Durch diese lateralen Drücke werden
automatisch die Magneten 2, in Bezug auf die betreffenden
Trennfugen 20 autozentriert, gegen den Innendurchmesser
des Rohrkörpers 8 aus
rostfreiem Stahl gedrückt
und folglich alle radial gegen ein und dieselbe Zylinderfläche und
in gleichem Winkelabstand positioniert. Außerdem definieren die in die
Nuten 4 eingesetzten Federelemente 15 auch geometrische
Bezugspunkte, in bezug auf welche man geometrische Elemente 21 „erzeugt", auf die man sich
dann beziehen kann, um die Magnetisierung des fertigen Läufers vorzunehmen.
Dabei sind die bogensegmentförmigen
Magnete 2 in Bezug auf letztere gut zentriert.
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Überdies
drücken
die bogensegmentförmigen
Magnete kräftig
einerseits gegen die Federelemente 15 und andererseits
gegen die Innenfläche des
Rohrkörpers 8 aus
rostfreiem Stahl, wodurch eine Anordnung 22, umfassend
den Kern 1 (mit oder ohne Welle 14), die bogensegmentförmigen Magnete 2,
die Federelemente 15 und den Rohrkörper 8 aus rostfreiem
Stahl, entsteht, welche stabil und kompakt ist und keine beweglichen
oder mit Spiel zugeordnete Teile aufweist. Dadurch können die
Teile auch an einer von der Einspritzpresse des Kunststoffes abgelegenen
Stelle zusammengebaut werden und ist jedenfalls eine beste Garantie
einer Vermeidung der Bewegung der einzelnen Teile während der
Einspritzphase unter Druck, die vorzugsweise mit Niederdruckgussharzen
erfolgt, gegeben. Der Weg des Harzes im Körper 8 wird während dessen
Warmverpressung auch durch besondere Nuten 5 im Körper 1 erleichtert,
welche auch einen weiteren Druck der bogensegmentförmigen Magneten 2 gegen
die Innenfläche des
Rohrkörpers 8 aus
rostfreiem Material begünstigen
und somit ihre definitive Position, wie beschrieben, noch weiter
garantieren.
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Weiters ist eine Vertiefung 29 im
Kern 1 um die Welle 14 herum vorgesehen, um die
Abdichtung des (thermoplastischen oder warmhärtenden) Kunststoffes mit der
Welle 14 gegen den Eintritt von Flüssigkeiten (Wasser) zu verbessern.
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Der Aufbau 22 kann auch
in einem Kaltgießverfahren
von Epoxidharzen (gewöhnlich
Zweikomponenten-Harzen) eingesetzt werden. In diesem Falle, siehe 7, kann man, um Formen zur
Aufnahme des Gusses zu vermeiden, die zwangsläufig in sehr großer Zahl
vorhanden sein müssen,
wenn man den auf den Guss folgenden Härtevorgang im Ofen berücksichtigt,
und um die notwendige Reinigung derselben nach der Verwendung zu
vermeiden, die Verwendung von einem oder zwei vorgepressten Kunststoffelementen 33 in
Betracht ziehen, welche, indem man sie mehr oder weniger unter Kraftanwendung auf
den Rohrkörper 8 aus
rostfreiem Stahl und der Motorwelle
14 im Bereich der entgegengesetzten
Enden 9 und 10 des Kernes 1 aufsetzt,
einen Aufbau 110 ergeben, der als fertiger Aufbau und zugleich
als Gießform
in dem Sinn fungiert, als das Harz in der zweckmäßigsten Weise durch besondere Öffnungen 36 eingeführt (eingegossen)
werden kann, die im Element 33 ausgebildet sind, welches
im Bereich eines der oben genannten Enden 9 oder 10 vorgesehen
ist, so dass weitere Formen für
die Aufnahme des Harzes nicht erforderlich sind. Die ganze Anordnung 110 kann
nach Beschickung mit dem Harz problemlos in den Brennofen eingebracht
werden, um das Harz zu härten,
wodurch sodann die ganze Anordnung zusammen gehalten wird.
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Die Anordnungen 22 und 110 können auch auf
eine Temperatur zwischen 40°C
und 120°C
für die
jeweiligen Bearbeitungen (Heißinjektion
oder Kaltguss) vorgewärmt
werden, wodurch in jedem Fall die gegenseitige Positionierung aller
Komponenten auf Grund der Wirkung der im Inneren zugegenen Federn
garantiert wird. Insbesondere könnte
die Anordnung 22 auch (wie in 6 gezeigt ist) bei weniger kritische
Anwendungen und ohne Flüssigkeiten (unter
Verwendung von wenigstens einem ebenfalls aus magnetischem rostfreiem
Stahl bestehenden Federelement 15) auch ohne Eingießen in Kunststoffmaterial
eingesetzt werden. Dabei können
einfach zwei Beilagscheiben 37 aus Kunststoff oder magnetischem
rostfreiem Stahl verwendet werden, welche mit dem Kern im Bereich
seiner Enden 9 und 10 in Berührung gebracht werden, wonach
man die Enden des Rohrkörpers 8 aus
rostfreiem Stahl auf die Scheiben umbiegt, um einen vollständigen und
praktisch fertigen (bzw. keine weiteren Bearbeitungen mehr erfordernden)
Aufbau ohne Axialbewegungen der Teile gewährleistet.