DE102009013373A1

DE102009013373A1 - Antriebselement, vorzugsweise Rotor eines Elektromotors, sowie Elektromotor mit einem solchen Antriebselement

Info

Publication number: DE102009013373A1
Application number: DE102009013373A
Authority: DE
Inventors: Joachim Schmezer; Andreas Hofer
Original assignee: Ziehl Abegg SE
Current assignee: Ziehl Abegg SE
Priority date: 2009-03-07
Filing date: 2009-03-07
Publication date: 2010-09-09

Abstract

Das Antriebselement hat eine Antriebswelle, die durch wenigstens ein Lager drehbar abgestützt und in einem Gehäuseteil angeordnet ist. Das Lager ist Umwelteinflüssen ausgesetzt, so dass die Gefahr eines frühzeitigen Verschleißes besteht. Damit das Lager des Antriebselementes eine lange Lebensdauer hat, ist das Lager durch wenigstens ein Dichtelemenn, Feuchtigkeit, aggressiven Medien und dergleichen abgedichtet. Zur Abdichtung ist keine gesonderte Dichtung erforderlich, da das Dichtelement Teil des Kühlrades ist. Dadurch ist auch eine einfache Montage des Antriebselementes gewährleistet. Das Antriebselement wird als Rotor eines Elektromotors eingesetzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebselement, vorzugsweise einen Rotor eines Elektromotors, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie einen Elektromotor mit einem solchen Antriebselement nach dem Oberbegriff des Anspruches 15.
Das Lager zur drehbaren Abstützung der Antriebswelle ist Umwelteinflüssen, wie zum Beispiel Schmutzteilchen, Feuchtigkeit, aggressive Medien und dergleichen, ausgesetzt, die von außen eindringen können. Dadurch ist das Lager einem hohen Verschleiß ausgesetzt, so dass es frühzeitig ausfallen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Antriebseinheit und den gattungsgemäßen Elektromotor so auszubilden, dass eine lange Lebensdauer gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Antriebselement erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und beim gattungsgemäßen Elektromotor erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 15 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Antriebselement verhindert das Kühlrad, dass Schmutzteilchen, Feuchtigkeit, aggressive Medien und dergleichen an das Lager für die Antriebswelle gelangen. Dadurch ist eine lange Lebensdauer des Lagers und damit des Antriebselementes gewährleistet. Zur Abdichtung ist keine gesonderte Dichtung erforderlich, da das Dichtelement Teil des Kühlrades ist. Dadurch ist auch eine einfache Montage des Antriebselementes gewährleistet, weil mit dem Einbau des Kühlrades auch das Dichtelement eingebaut wird.
Vorteilhaft ist das Dichtelement mit wenigstens einer Dichtlippe versehen, mit der eine gute Abdichtung des Lagers erreicht werden kann.
Vorteilhaft liegt die Dichtlippe unter Bildung eines Dichtspaltes dem äußeren Lagerring des Lagers gegenüber. Dadurch wird eine ständige Berührung der Dichtlippe mit dem Lageraußenring beim Drehen des Kühlrades vermieden, wodurch der Verschleiß der Dichtlippe minimiert werden kann.
Vorteilhaft ist auch dem inneren Lagerring des Lagers eine weitere Dichtlippe des Dichtelementes zugeordnet, so dass die Abdichtung gegenüber beiden Lagerringen des Lagers erfolgen kann.
Die dem inneren Lagerring zugeordnete weitere Dichtlippe kann dicker, gleich dick oder dünner als die dem äußeren Lagerring gegenüberliegende Dichtlippe sein.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung ergibt sich, wenn das Dichtelement einstückig mit dem Kühlrad ausgebildet ist. Dann kann das Dichtelement zusammen mit dem Kühlrad beispielsweise in einem Spritzgussvorgang aus entsprechendem Kunststoff, insbesondere einem elektrisch isolierenden Kunststoff, in einem Arbeitsgang hergestellt werden.
Eine lange Lebensdauer des Lagers für die Antriebswelle kann auch dadurch erreicht werden, dass das Dichtelement aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff besteht und mit einem ringförmigen Aufnahmeraum für ein Schutzmedium, vorzugsweise ein Lagerfett, versehen ist. Dieses Schutzmedium verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit oder Partikeln in das Lager. Besteht dieses Schutzmedium aus Lagerfett, dann bildet dieses Schutzmedium eine zusätzliche Barriere für das Lagerfett, das sich im Lager befindet.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Kühlrad sowohl das Dichtelement als auch den Aufnahmeraum für das Schutzmedium aufweist. Dann treten die beschriebenen Vorteile in Kombination beim Antriebselement auf.
Vorteilhaft liegt der Aufnahmeraum zwischen den beiden Dichtlippen des Dichtelementes. Die Dichtlippen begrenzen dann diesen Aufnahmeraum in radialer Richtung.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die radiale Breite dieses ringförmigen Aufnahmeraumes größer ist als der Abstand zwischen den beiden Lagerringen des Lagers. Der Aufnahmeraum ist dann so in Bezug auf das Lager angeordnet, dass er sich über den Zwischenraum zwischen den beiden Lagerringen hinaus erstreckt, so dass eine optimale Schutzfunktion durch das Schutzmedium erreicht werden kann.
Eine lange Lebensdauer des erfindungsgemäßen Antriebselementes kann auch dadurch erreicht werden, dass der Gehäuseteil wenigstens eine Öffnung aufweist, die durch das Kühlrad in Richtung auf elektrisch aktive Teile abgedeckt ist. Das Kühlrad dient in einem solchen Fall als Berührschutz, so dass nicht versehentlich von außen durch die Öffnung des Gehäuseteiles beispielsweise Werkzeuge gesteckt werden können, die mit elektrisch aktiven Teilen in Berührung kommen. Dann bestünde nicht nur eine große Verletzungsgefahr, sondern auch die Gefahr, dass das Antriebselement beschädigt wird und ausfällt.
Vorteilhaft ragt das Kühlrad mit einem Ansatz in die Öffnung des Gehäuseteiles. Dadurch wird zusätzlich eine in Drehrichtung des Kühlrades formschlüssige Verbindung zwischen dem Kühlrad und dem Gehäuseteil erreicht.
Ist der Querschnitt des Ansatzes vorteilhaft kleiner als der Querschnitt der Öffnung, dann wird ein freier Querschnitt gebildet, durch den beispielsweise im Motorraum des Antriebselementes sich bildendes Kondenswasser ablaufen kann, je nach Einbaulage des Antriebselementes.
Vorteilhaft ist es, wenn das Antriebselement in Kombination das Dichtelement und den ringförmigen Aufnahmeraum aufweist und gleichzeitig als Berührschutz dient.
Die Lebensdauer des Antriebselementes kann auch dadurch erhöht werden, dass die Anlagefläche der Antriebswelle für den inneren Lagerring aus elektrisch isolierendem Material besteht. Dann werden Lagerströme zwischen dem Lager und dem Gehäuseteil in axialer Richtung zuverlässig verhindert.
Vorteilhaft ist die Antriebswelle mit einer Vertiefung zur Aufnahme des elektrisch isolierenden Materials versehen. In der Vertiefung lässt sich dieses elektrisch isolierende Material einfach einbringen und halten.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen
1 im Axialschnitt einen Teil eines erfindungsgemäßen Antriebselementes in Form eines Rotors,
2 die Einzelheit X in 1 in vergrößerter Darstellung.
Das im Folgenden beschriebene Antriebselement ist als Rotor ausgebildet und Teil eines Elektromotors. Es hat ein Rotorgehäuse 1 mit einem zylindrischen Mantel 2 und einem Boden 3. Mittig vom Boden 3 steht nach innen eine Buchse 4 ab, die vorteilhaft einstückig mit dem Boden 3 ausgebildet ist. Im Bereich der Buchse 4 ist der Boden 3 mit einer Öffnung 5 versehen. Die Buchse 4 sitzt drehfest auf einer Rotorwelle 6, die sich mit ihrem einen Ende bis in die Öffnung 5 im Boden 3 erstreckt. Die Rotorwelle 6 wird durch wenigstens zwei Lager 7, von denen in den 1 und 2 nur ein Lager dargestellt ist, in einem Lagerrohr 8 drehbar abgestützt. Das Lager 7 ist vorteilhaft ein Wälzlager, insbesondere ein Kugellager, kann aber auch jedes andere geeignete Drehlager sein. Das Lager 7 befindet sich nahe dem der Buchse 4 zugewandten Ende des Lagerrohres 8. Im Bereich eines inneren Lagerringes 9 des Lagers 7 ist die Rotorwelle 6 mit einer als elektrische Isolierung dienenden Ummantelung 10 versehen. Die axiale Länge der Ummantelung 10 ist geringfügig größer als die axiale Länge des Lagerringes 9. Die Ummantelung 10 ist in einer Vertiefung 11 in der Rotorwelle 6 untergebracht. Dadurch ist die Ummantelung 10 axial gesichert auf der Rotorwelle 6 vorgesehen. Infolge der Vertiefung 11 steht die Ummantelung 10 radial nicht über den Mantel der Rotorwelle 6 vor. Auch im Bereich des anderen (nicht dargestellten) Lagers ist die Rotorwelle 6 mit einer solchen Ummantelung versehen.
Auf der Buchse 4 sitzt drehfest ein Kühlrad 12, das vorteilhaft aus Kunststoff besteht. Das Kühlrad 12 befindet sich in einem Motorraum 13, der durch den den Boden 3 aufweisenden Teil des Rotorgehäuses 1 und den Rotorteil begrenzt wird. Das Kühlrad 12 hat an seiner vom Lagerrohr 8 abgewandten Seite mindestens ein Eingriffselement 14, das vorteilhaft zapfenförmig ausgebildet ist und in eine entsprechende Öffnung 15 im Boden 3 eingreift. Vorteilhaft sind über den Umfang des Kühlrades 12 verteilt mehrere solcher Eingriffselemente 14 vorgesehen, die in entsprechende Öffnungen 15 des Bodens 3 eingreifen. Die Öffnungen 15 haben vorteilhaft einen Querschnitt, der geringfügig größer ist als der Querschnitt des entsprechenden Eingriffselementes 14. Dadurch wird zwischen dem Eingriffselement 14 und der Wandung der Öffnung 15 ein Ringspalt 16 gebildet, durch den eventuell sich im Motorraum 13 bildendes Kondenswasser im Einsatz des Rotors ablaufen kann, wenn er beispielsweise eine stehende Lage einnimmt.
Das Eingriffselement 14 ist an einem radial zur Rotorachse sich erstreckenden Ringscheibenteil 17 des Kühlrades 12 vorgesehen, von dem es axial absteht. Er liegt mit geringem Abstand zur Innenseite des Bodens 3. Der Ringscheibenteil 17 deckt die Öffnungen 15 und damit auch die Ringspalte 16 in axialer Richtung ab. Da der Ringscheibenteil 17 geringfügigen Abstand von der Bodeninnenseite hat, kann das eventuell sich bildende Kondenswasser dennoch über den Ringspalt 16 nach außen gelangen. Der Ringscheibenteil 17 bildet einen Berührschutz, der verhindert, dass beispielsweise mittels eines Werkzeuges, das durch die Öffnung 15 und den Ringspalt 16 gesteckt wird, elektrisch aktive bzw. spannungsführende Teile innerhalb des Rotors berührt werden können. Dadurch ist dieser Rotor auch dort einsetzbar, wo es auf einen IP-Schutz ankommt.
Das Kühlrad 12 dient darüber hinaus auch als Lagerschutz. Durch das Kühlrad 12 wird das Lager 7 gegen Umwelteinflüsse geschützt, wie zum Beispiel gegen Staub, Feuchtigkeit oder aggressive Medien. Wie 2 zeigt, ist das Kühlrad 12 an seinem dem Lager 7 zugewandten Ende als Dichtelement 18 ausgebildet, mit dem das Kühlrad 12 dichtend am inneren Lagerring 9 sowie am äußeren Lagerring 19 anliegt. Das Dichtelement 18 hat eine ringförmige schmale Dichtlippe 20, die unter Bildung eines schmalen Spaltes 21 der Stirnseite des Lageraußenringes 19 gegenüberliegt. Die Dichtlippe 20 hat radialen Abstand von der Innenwand des Lagerrohres 8.
Das Dichtelement 18 ist außerdem mit einer ringförmigen Dichtlippe 22 versehen, die dicker ist als die Dichtlippe 20, von der sie radialen Abstand hat. Auch die Dichtlippe 22 liegt unter Bildung eines schmalen Spaltes 23 der Stirnseite des Lagerinnenringes 9 gegenüber. Die radial innere Dichtlippe 22 hat geringen radialen Abstand von der elektrisch isolierenden Ummantelung 10. Die Dichtlippe 22 verhindert das Auftreten von Lagerströmen in axialer Richtung zwischen dem Lager 7 und der Buchse 4.
Im Bereich zwischen den beiden Dichtlippen 20, 22 befindet sich ein ringförmiger Aufnahmeraum 24, der als Depotraum für ein Schutzmedium, wie Fett, dient. Dieses Schutzmedium verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit oder Partikeln in das Lager 7 zusätzlich zum Dichtelement 18. Besteht das Schutzmedium aus Fett, dann bildet es eine zusätzliche Barriere für das im Lager 7 befindliche Fett. Zudem bildet das Fett ein Schmiermedium für die Dichtlippen 20, 22. Der Aufnahmeraum 24 ist in Radialrichtung breiter als der Zwischenraum zwischen den beiden Lagerringen 9, 19.
Die Buchse 4 ist an ihrem freien Ende im Außenbereich konisch verjüngt ausgebildet. Dadurch wird eine Kegelmantelfläche 25 gebildet, die an eine ebene, radial verlaufende ringförmige Stirnseite 26 der Buchse 4 anschließt. Die radial innere Dichtlippe 22 liegt in Höhe dieser Ringfläche 26, während die schmalere Dichtlippe 20 in Höhe der Kegelmantelfläche 25 angeordnet ist.
Mit dem Kühlrad 12 wird die im Motorraum 13 entstehende Wärme gleichmäßig verteilt, so dass keine sogenannten hot spots am bewickelten Stator entstehen. Die warme Luft wird über einen (nicht dargestellten) Labyrinthspalt zwischen dem Rotor und einem Stator nach außen geführt. Kühle Luft wird durch die Öffnungen 15 im Boden 3 angesaugt. Die Breite des Ringspaltes 16 wird so gewählt, dass ausreichend Kühlluft angesaugt werden kann.
Vorteilhaft sind die (nicht dargestellten) Flügel des Kühlrades 12 über den Umfang ungleichmäßig verteilt. Dadurch ergibt sich ein sehr ruhiger Lauf des Kühlrades 12.

Claims

Antriebselement, vorzugsweise Rotor eines Elektromotors, mit einer Antriebswelle, die durch wenigstens ein Lager drehbar abgestützt und in einem Gehäuseteil angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (7) durch wenigstens ein Dichtelement (18) eines Kühlrades (12) gegen Zutritt von Schmutzteilchen, Feuchtigkeit, aggressive Medien und dergleichen abgedichtet ist.
Antriebselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (18) wenigstens eine Dichtlippe (20, 22) aufweist.
Antriebselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (20) unter Bildung eines Dichtspaltes (21) einem äußeren Lagerring (19) des Lagers (7) gegenüberliegt.
Antriebselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem inneren Lagerring (9) eine weitere Dichtlippe (22) des Dichtelementes (18) zugeordnet ist.
Antriebselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Dichtlippe (22) dicker, gleich dick oder dünner ist als die andere Dichtlippe (20).
Antriebselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (18) einstückig mit dem Kühlrad (12) ausgebildet ist.
Antriebselement, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (18) aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff und mit einem ringförmigen Aufnahmeraum (24) für ein Schutzmedium, vorzugsweise Lagerfett, versehen ist.
Antriebselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (24) zwischen den beiden Dichtlippen (20, 22) liegt.
Antriebselement nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Breite des Aufnahmeraumes (24) größer ist als der Abstand zwischen den beiden Lagerringen (9, 19) des Lagers (7).
Antriebselement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseteil (3) wenigstens eine Öffnung (15) aufweist, die durch das Kühlrad (12) in Richtung auf elektrisch aktive Teile abgedeckt ist.
Antriebselement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrad (12) mit einem Ansatz (14) in die Öffnung (15) des Gehäuseteiles (3) ragt.
Antriebselement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Ansatzes (14) kleiner ist als der Querschnitt der Öffnung (15).
Antriebselement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche der Antriebswelle (6) für den inneren Lagerring (9) aus elektrisch isolierendem Material (10) besteht.
Antriebselement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (6) mit einer Vertiefung (11) zur Aufnahme des elektrisch isolierenden Materials (10) versehen ist.
Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor als Antriebselement, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet ist.