-
TECHNISCHES
GEBIET
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung für Elektromotoren
mit einem Stator und einem Rotor mit einer an den Stator angeschlossenen
Lageraufnahmeeinrichtung und zumindest einer Lagereinheit, die an
der Lageraufnahmeeinrichtung angeschlossen ist und in beziehungsweise
an der der Rotor beziehungsweise die Rotorwelle des Rotors um eine
Achse drehbar lagerbar ist.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen Stator mit einer
derartigen Lageranordnung.
-
Um
eine dauerhaft zuverlässige
Funktion von Elektromotoren zu gewährleisten, werden hinsichtlich
der Toleranzen der Lageranordnung hohe Qualitätsstufen gefordert. Für Lageranordnungen von
Elektromotoren werden nach DIN-Norm beispielsweise die Qualitätsstufe
6 oder 7 gefordert. Bei Verwendung von Kunststoffbauteilen werden
normalerweise Qualitätsstufen
nach DIN von 11 oder 12 erreicht, so dass bisher der Einsatz von
Kunststoff für Lageraufnahmeeinrichtungen
von Lagereinheiten unter Einhaltung der geforderten Qualität nicht
möglich
war. Es sind nämlich
Toleranzen hinsichtlich der Lageraufnahmeeinrichtung, das heißt des Lagersitzes,
als auch hinsichtlich der Geometrie der Lagereinheit selbst vorhanden,
die sich im ungünstigen Fall
aufaddieren.
-
Aus
der DE-PS 2712 824 ist ein Stator für einen Außenläufermotor mit einer gattungsgemäßen Lageranordnung
bekannt. Bei dieser Lageranordnung ist ein spezieller Bearbeitungsvorgang
der Innenflächen
(Lagersitze) der Lager-Aufnahmen
erforderlich, um einen einwandfreien und paßgenauen Sitz der Lagerelemente
zu gewährleisten.
Dadurch sollen Exzentrizität
und Fluchtungsfehler vermieden werden. Der zusätzliche Bearbeitungsvorgang
hat jedoch relativ hohe Herstellkosten zur Folge.
-
DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
-
Ausgehend
von dem genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung
die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung der eingangs genannten
Art anzugeben, die ohne einen zusätzlichen Bearbeitungsvorgang
eine exakte Positionierung der Lagereinheit innerhalb der Lageraufnahmeeinrichtung
ermöglicht
und dadurch eine dauerhaft zuverlässige Funktion und Qualität mit langer
Standzeit gewährleistet.
Weiterhin liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe beziehungsweise
das technische Problem zugrunde, einen Stator mit einer Lageranordnung
anzugeben, der insbesondere bei automatisierter Herstellung wirtschaftlich
produziert werden kann.
-
Die
erfindungsgemäße Lageranordnung
ist durch die Merkmale des unabhängigen
Anspruchs 1 gegeben. Der erfindungsgemäße Stator ist durch die Merkmale
des unabhängigen
Anspruchs 14 gegeben.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der von den
unabhängigen Ansprüchen 1 und
14 jeweils direkt oder indirekt abhängigen Ansprüche.
-
Die
erfindungsgemäße Lageranordnung zeichnet
sich sinngemäß dadurch
aus, dass die Lageraufnahmeeinrichtung als die Lagereinheit zumindest
bereichsweise umgebendes, um-/angespritztes Kunststoffbauteil ausgebildet
ist.
-
Bevorzugt
zeichnet sich eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung dadurch
aus, dass die Positionierung der Lagereinheit innerhalb der Lageraufnahmeeinrichtung
durch zumindest bereichsweise vorhandenen Formschluss in axialer
und radialer Richtung erfolgt.
-
Eine
besonders bevorzugte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass
die Lageraufnahmeeinrichtung zumindest eine Vorsprungeinheit und
die Lagereinheit zumindest eine entsprechende Ausnehmung aufweist,
wobei die Vorsprungeinheit zumindest bereichsweise in die Ausnehmung
formschlüssig
eingreift und/oder die Lagereinheit zumindest eine Vorsprungeinheit
und die Lageraufnahmeeinrichtung zumindest eine entsprechende Ausnehmung
aufweist, wobei die Vorsprungeinheit zumindest bereichsweise in
die Ausnehmung oder zumindest einen Stirnendbereich formschlüssig eingreift beziehungsweise
umgreift.
-
Die
Lagereinheit wird durch die Kunststoffumspritzung lagerichtig innerhalb
der Lageraufnahmeinrichtung sowohl in axialer als auch in radialer Richtung
positioniert. Dabei werden die Toleranzen der Lageraufnahmeeinrichtung
beziehungsweise des Lagersitzes und der Lagereinheit selbst kompensiert. Damit
steht ein Lagersitz aus Kunststoff zur Verfügung der den hohen Qualitätsanforderungen
nach DIN hinsichtlich den geforderten Toleranzen genügt.
-
Eine
besonders bevorzugte konstruktive Ausgestaltung zeichnet sich dadurch
aus, dass die Lageraufnahmeeinrichtung eine obere und/oder untere
zur Achse hinweisende Vorsprungeinheit aufweist, die die obere und/oder
untere Stirnfläche
der Lagereinheit zumindest bereichsweise formschlüssig übergreift,
wobei die Vorsprungeinheit in konstruktiv einfach wirtschaftlich
herzustellender Art und Weise als Flansch ausgebildet sein kann.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung, die in einfacher Art und Weise einen
dauerhaft zuverlässigen
Formschluss gewährleistet,
zeichnet sich eine weitere Ausführungsvariante
dadurch aus, dass die Außenwand
der Lagereinheit zumindest eine Einsticheinheit oder Sacklochausnehmung
aufweist, wobei in einer vorteilhaften Weiterbildung die Einsticheinheit
als umlaufende Nut ausgebildet sein kann.
-
Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass
die Lagereinheit zumindest eine nach außen weisende Vorsprungeinheit aufweist,
die die Lageraufnahmeeinrichtung zumindest bereichsweise formschlüssig umgibt,
wobei auch hier die Vorsprungeinheit beispielsweise in bevorzugter
Art und Weise als umlaufender Flansch ausgebildet sein kann.
-
Bei
einer konstruktiv besonders einfachen Ausgestaltung ist die Vorsprungeinheit
an der oberen und/oder unteren Stirnseite der Lagereinheit angeordnet,
die zumindest bereichsweise formschlüssig in eine entsprechende
Ausnehmung in der Lageraufnahmeeinrichtung eingreift.
-
Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausgestaltung lässt sich ein dauerhaft zuverlässiger Formschluss
auch dadurch umsetzen, dass die Außenwandung der Lagereinheit
eine Rändelung,
insbesondere Kreuzrändelung,
oder eine Riffelung aufweist. Durch den Umspritzvorgang ergibt sich
dadurch eine exakte dauerhafte Verbindung, die den hohen Qualitätsanforderungen
hinsichtlich einzuhaltenden Toleranzen entspricht.
-
Eine
besonders bevorzugte Ausgestaltung, die eine Kühlung im Bereich der Lageranordnung problemlos
ermöglicht
und gleichzeitig wirtschaftlich herstellbar ist, zeichnet sich dadurch
aus, dass die Lageraufnahmeeinrichtung eine die Lagereinheit umgebende
Lageraufnahmehülse
aufweist, an die außenseitig
radiale Rippen angeformt sind, die wiederum an einem koaxial zur
Achse angeordneten Rohrschaft angeformt sind. Dadurch können Funktionsprobleme
hinsichtlich Temperaturausdehnung der jeweiligen Bauteile minimiert
werden.
-
Als
Material für
die Lageraufnahmeeinrichtung wird bevorzugt Polyphenylensulfid (PPS),
Polyamid (PA), Polyamidimid (PAI), Polybutylenterephthalat (PBT),
Polyethylenterephthalat (PET), Polyoxymethylen (POM), flüssigkristalline
Polymere (LCP), Polyetheretherketon (PEEK) eingesetzt.
-
Bevorzugt
ist der thermoplastische Kunststoff glasfaserverstärkt ausgebildet.
-
Die
Lagereinheit selbst kann beispielsweise als Gleitlager, als beschichtetes
Metalllager, als Kunststofflager aus Teflon oder PTFE (Polytetrafluorethylen),
als Kugellager oder als Sinterlager ausgebildet sein.
-
Der
erfindungsgemäße Stator
für Elektromotoren
zeichnet sich dadurch aus, dass er eine Lageranordnung der oben
genannten Art aufweist.
-
Gemäß einer
besonders bevorzugten, wirtschaftlich in einfacher Art und Weise
herzustellender Ausführungsform
zeichnet sich ein Stator mit einer Statorisolierung, einem Rohrschaft
zur Aufnahme der Lageraufnahmeeinrichtung dadurch aus, dass die genannten
Bauteile als ein einstückig
an- beziehungsweise umgespritztes Kunststoffbauteil ausgebildet
sind. Dies bringt große
Vorteile hinsichtlich einer automatisierten Fertigung des Elektromotors
mit sich, da, die Lagereinheit bei der Montage des Rotors bereits
exakt positioniert ist und nicht zusätzlich angepasst werden muss.
-
Weitere
Ausführungsformen
und Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den Ansprüchen ferner
aufgeführten
Merkmale sowie durch die nachstehend an gegebenen Ausführungsbeispiele.
Die Merkmale der Ansprüche
können
in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, insoweit sie
sich nicht offensichtlich gegenseitig ausschließen.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
-
Die
Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen
derselben werden im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten
Beispiele näher
beschrieben und erläutert. Die
der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können einzeln
für sich
oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt
werden. Es zeigen:
-
1 schematische
Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel
eines Stators – ohne
Darstellungen von Wicklungen –,
geeignet für
einen Außenläufer-Elektromotor,
-
2 schematischer
Querschnitt durch den Stator gemäß 1 entlang
Schnittführung
A-A,
-
3 schematische
Teilschnittperspektive entlang Schnittführung A-A des Stators gemäß 1,
-
4 schematische
Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel
eines Stators – ohne
Darstellungen von Wicklungen –,
geeignet für
einen Innenläufer-Elektromotor,
-
5 schematische
Teilschnittperspektive entlang Schnittführung B-B des Stators gemäß 4,
-
6 schematische
Teilschnittperspektive entlang Schnittführung B-B des Stators gemäß 4,
-
7 schematische
Draufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel
eines Stators – ohne
Darstellungen von Wicklungen -, geeignet für einen Außenläufer-Elektromotor,
-
8 schematischer
Querschnitt durch den Stator gemäß 7 entlang
Schnittführung
C-C,
-
9 schematische
Teilschnittperspektive entlang Schnittführung C-C des Stators gemäß 7,
gedreht um 180° um
die horizontale Achse H gemäß 8.
-
WEGE ZUM AUSFÜHREN DER
ERFINDUNG
-
In
den 1 bis 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel
eines Stators 50 dargestellt, der geeignet ist, in einem
Außenläufer-Elektromotor
verwendet zu werden.
-
Der
Stator 50 ist rotationssymmetrisch ausgebildet mit einer
durchgehenden Zentralausnehmung 28 und einem konzentrisch
zu der Zentralausnehmung 28 angeordneten kreisscheibenförmigen Statorblechpaket 18 mit
nach außen
weisenden, umfangsmäßig rasterförmig radial
angeordneten Wickelvorsprüngen 56,
die geeignet sind, die in den Fig. nicht näher dargestellte Wicklungen
aufzunehmen.
-
Im
Inneren der Zentralausnehmung 28 ist eine Lageranordnung 10 mit
einer Lagereinheit 12 und einer Lageraufnahmeeinrichtung 14 vorhanden, in
der die Achse 16 einer nicht näher dargestellten Rotorwelle
drehbar lagerbar ist.
-
Oberseitig
und unterseitig ist auf dem Statorblechpaket 18 eine Statorisolierung 26 aus
Kunststoff angespritzt. Umfangsmäßig am Rand
der Zentralausnehmung 28 ist sowohl oberseitig als auch
unterseitig konzentrisch ein Rohrschaft 24 aus Kunststoff
angespritzt.
-
Im
Inneren der Zentralausnehmung 28 ist eine Lageraufnahmeeinrichtung 14 vorhanden,
die als konzentrische Lagerhülse
ausgebildet ist. Die Lageraufnahmeeinrichtung 14 besteht
ebenfalls aus Kunststoff und ist über radial ausgerichtete in
Längsrichtung
verlaufende Rippen 52 an die Innenwandung des Rohrschaftes 24 angeformt.
-
Im
Inneren der Lageraufnahmeeinrichtung 14 ist eine als Lagerhülse ausgebildete
Lagereinheit 12 vorhanden, die ebenfalls konzentrisch zur
Rotorwelle 16 angeordnet ist. Die Lageraufnahmeeinrichtung 14 ist
als die Lagereinheit 12 umgebendes umspritztes Kunststoffbauteil
ausgebildet. Dabei weist die Lageraufnahmeeinrichtung 14 in
ihrem oberen und unteren Stirnendbereich eine obere Vorsprungeinheit 32 und
eine untere Vorsprungeinheit 34 auf, die nach innen weisen
und als umlaufender Flansch ausgebildet sind. Die Vorsprungeinheiten 32, 34 umgreifen
dabei bereichsweise die obere Stirnfläche 36 beziehungsweise
untere Stirnfläche 38 der
Lagereinheit 12, so dass die Lagereinheit 12 formschlüssig innerhalb
der Lageraufnahmeeinrichtung 14 gehalten ist.
-
Die
Statorisolierung 26, der Rohrschaft 24, die Rippen 52, 54 und
die Lageraufnahmeeinrichtung 14 ist als einstückig gespritztes
Kunststoffbauteil ausgebildet. Durch die Kunststoffumspritzung wird
die Lagereinheit 12 sowohl in axialer als auch in radialer Richtung
exakt positioniert, wobei dadurch die Toleranzen der Lageraufnahmeeinrichtung 14 und
der Lagereinheit 12 kompensiert werden. Neben einer exakten
formschlüssigen
Positionierung der Lagereinheit 12 bringt das Umspritzen
den Vorteil mit sich, dass dadurch eine preiswerte Lösung zur
Verfügung gestellt
wird bei der automatisierten Herstellung derartiger Statoren, da
die Lagereinheit bereits im Stator nach dem Spritzvorgang eingebaut
ist. Weitere zusätzliche
Montagearbeiten bezüglich
der Lagereinheit können
dadurch entfallen.
-
Die
Lageranordnung 10 ist bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
zentral innerhalb der Ausnehmung 28 angeordnet. In einer
zweiten Ausführungsvariante
eines Stators 80, die für
einen Innenläufer-Elektromotor
geeignet ist, ist eine Lageranordnung 60 vorhanden, die
vom Prinzip her der Lageranordnung 10 gemäß den 1 bis 3 entspricht, – gleiche
Bauteile tragen dasselbe Bezugszeichen – jedoch ist die Lageranordnung 60 innerhalb eines
nach oben weisenden Rohrschaftes 48 angeordnet. Auch hier
ist über
Rippen 54 an die Innenwandung des Rohrschaftes 48 eine
Lageraufnahmeeinrichtung 64 angeformt, die als Lagerhülse ausgebildet
ist und formschlüssig
eine als Hülse
ausgebildete Lagereinheit 62 umgreift. Dabei kommen die selben
obere Vorsprungeinheit 32 und untere Vorsprungeinheit 34 zum
Einsatz, die die obere Stirnfläche 36 beziehungsweise
untere Stirnfläche 38 der Lagereinheit 62 bereichsweise
formschlüssig übergreifen.
Das Statorblechpaket 18 und die Statorisolierung 26 besitzen
die selbe Struktur wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 3.
In einem nach unten weisenden Rohrschaft 48.1 könnte beispielsweise
eine weitere Lagereinheit angeordnet werden.
-
Dadurch
das bei dem Stator 50 beziehungsweise 80 Rippen 52 beziehungsweise 54 vorhanden sind,
ist es möglich,
dass die Lageraufnahmeeinrichtung 14, 64 beziehungsweise
die Lagereinheit 12, 62 zumindest außenseitig
von Kühlflüssigkeit
umströmt werden
kann, was sich positiv auf eine dauerhaft zuverlässige Funktionalität der Lageranordnung 10, 60 auswirken
kann.
-
In 7 bis 9 ist
ein drittes Ausführungsbeispiel
eines Stators 90 dargestellt, wobei auch hier das Statorblechpaket
mit umspritzter Statorisolierung 26 prinzipiell den selben
Aufbau aufweist wie bei den oben beschriebenen Statoren 50, 80.
Der Stator 90 ist geeignet, innerhalb eines Außenläufer-Elektromotors
verwendet zu werden. An die Statorisolierung 26 ist ein
nach oben und unten weisender Rohrschaft 24 angeformt.
Innerhalb des Rohrschaftes 24 ist versetzt koaxial zur
Achse 16 an die Statorisolierung 26 eine Lageranordnung 70 angeformt,
die aus einer Lageraufnahmeeinrichtung 74 und einer Lagereinheit 72 besteht.
Die Lageraufnahmeeinrichtung 74 ist als hülsenförmiges Bauteil
ausgebildet, in dem die Lagereinheit 72, die als Lagerhülse ausgebildet
ist, formschlüssig
gehalten ist. Der Formschluss wird dadurch erzielt, dass in der
Außenwandung
der Lagereinheit 72 eine als Nut ausgebildete umlaufende
Ausnehmung 40 eingeformt ist in die die umspritzte Lageraufnahmeeinrichtung 74 über eine
entsprechende Vorsprungeinheit 82 eingreift. Gleichzeitig
weist die Lagereinheit 72 in ihrem oberen Stirnrandbereich
eine nach außen
ragende Vorsprungeinheit 42 auf, die als umlaufender Bund ausgebildet
ist und in eine entsprechende nach oben offene Ausnehmung 44 der
Lageraufnahmeeinrichtung 74 formschlüssig eingreift.
-
Auch
bei diesem Ausführungsbeispiel
bilden die Statorisolierung 26, der Rohrschaft 24 und
die Lageraufnahmeeinrichtung 74 ein einstückig gespritztes
beziehungsweise umspritztes Bauteil, wobei die Lagereinheit 72 beim
Spritzvorgang gleichzeitig mit umspritzt wird, so dass diese exakt
positioniert ist und mögliche
Toleranzen ausgeglichen werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß den 7 bis 9 wurde
auf das Vorsehen von Rippen verzichtet.
-
Die
dargestellten Ausführungsbeispiele
sind beispielhafte konstruktive Umsetzungen von Statoren, die eine
Lageranordnung zeigen, bei der die Lagereinheit von einer Lageraufnahmeeinrichtung
umspritzt hergestellt ist.