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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors, bei dem ein Stator in ein Motorgehäuse eingesetzt wird. Ferner betrifft die Erfindung ein modulares Elektromotorsystem, umfassend ein Motorgehäuse, einen ersten Stator einer ersten Statorgröße und einen zweiten Stator einer zweiten, baulich größeren Statorgröße, und eine Verwendung eines solchen modularen Elektromotorsystems.
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Elektromotoren werden in der Regel spezifisch für bestimmte Anwendungen konzipiert und hergestellt, für die sie in ihrer Leistung, ihren dynamischen Eigenschaften und Baugröße optimal ausgelegt und an die sie angepasst sind. Dies bedeutet, dass für die unterschiedlichen Anwendungsfälle naturgemäß Elektromotoren verschiedener Leistungen benötigt werden. Des Weiteren werden elektromotorisch betriebene Aggregate, wie beispielsweise Pumpen, von ihren Herstellern häufig in anwendungs- und/oder leistungsspezifische Baureihen unterteilt, wobei auch eine Baureihe Motoren, respektive Pumpen, unterschiedlicher Leistungen, nachfolgend auch Leistungsklassen genannt, umfasst. Unterschiedliche Leistungsklassen bedingen unterschiedliche Motorgrößen, da mit zunehmender Leistung dickere Kupferdrähte für die Statorwicklungen verwendet werden müssen, wodurch mit steigender Leistung auch die baulichen Abmessungen, d. h. der Durchmesser eines Stators respektive des Motorgehäuses steigt.
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In der Regel wird für jeden Stator einer bestimmten Leistungsklasse ein bestimmtes Motorgehäuse verwendet, wobei zudem noch eine spezifische, die Leistung zur Verfügung stellende Steuerungselektronik für den Elektromotor benötigt wird. Aus diesem Erfordernis resultiert, dass für jeden Motortyp, d. h. jeden Motor einer bestimmten Leistungsklasse aus einer Baureihe ein bestimmter Stator, ein bestimmtes Motorgehäuse sowie eine bestimmte Motorelektronik verwendet werden muss, die baulich und elektrisch speziell aufeinander ausgerichtet und angepasst sind. Dies führt zu einer großen Teilevielfalt. Eine Vielzahl verschiedener, konstruktiv jedoch meist gleichartiger Konstruktionsteile müssen jeweils hergestellt, was zum Teil sogar an verschiedenen Orten erfolgt, gleichzeitig gelagert und in spezifischen Montageprozessen selektiv verwendet werden. Dies führt zu hohen Herstellungs-, Lager- und Montagekosten.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie ein modulares Elektromotorsystem zur Verfügung zu stellen, dass die genannten Nachteile überwindet und die Herstellung von Elektromotoren innerhalb bestimmter Baureihen optimiert sowie Herstellungskosten reduziert und den Herstellungsprozess effizient gestaltet.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie ein modulares Elektromotorsystem gemäß einem der Ansprüche 5 oder 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors vorgeschlagen, bei dem ein Stator in ein Motorgehäuse eingesetzt wird, wobei in dasselbe Motorgehäuse wahlweise ein erster Stator einer ersten Statorgröße oder ein zweiter Stator einer zweiten, baulich größeren Statorgröße eingesetzt wird. Dies bedeutet, dass für zwei unterschiedlich große Statoren, die unterschiedlichen Leistungsklassen angehören, d. h. unterschiedliche Leistungen zur Verfügung stellen können, in ein und dasselbe Motorgehäuse montiert werden können bzw. alternativ montiert werden. Hierdurch wird erreicht, dass nur noch ein einziges Motorgehäuse für die Statoren zweier verschiedener Leistungsklassen hergestellt und gelagert werden muss. Dies bedeutet auch, dass das Motorgehäuse mindestens so groß sein muss, dass der zweite, baulich größere Stator in dieses Gehäuse hineinpasst, wobei das Motorgehäuse demgegenüber für den ersten Stator bezüglich seiner Abmessungen bewusst überdimensioniert ist. Dieser Nachteil wird bewusst in Kauf genommen, da die Vorteile der Herstellungs-, Lager- und Montagekostenreduzierung überwiegen.
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Erfindungsgemäß wird des Weiteren ein modulares Elektromotorsystem vorgeschlagen, umfassend ein Motorgehäuse, einen ersten Stator einer ersten Statorgröße und einen zweiten Stator einer zweiten, baulich größeren Statorgröße, wobei wahlweise der erste Stator oder der zweite Stator in das Motorgehäuse fest einsetzbar ist.
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In einer ersten Ausführungsvariante weist die Innenseite des Motorgehäuses rippenartige Vorsprünge zum Halten eines der Statoren und der zweite Stator an seinem Außenumfang Nuten zur Aufnahme der Vorsprünge auf, wobei im eingesetzten Zustand des ersten Stators dieser nur an den Vorsprüngen anliegt und von diesen gehalten ist, und im eingesetzten Zustand des zweiten Stators die Vorsprünge in dessen Nuten zumindest teilweise einliegen.
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In einer zweiten Ausführungsvariante weist die Außenseite des ersten Stators rippenartige Vorsprünge zum Halten des ersten Stators im Motorgehäuse auf, wobei im eingesetzten Zustand des ersten Stators dieser nur mit seinen Vorsprüngen an der Innenwand des Motorgehäuses anliegt, und im eingesetzten Zustand des zweiten Stators dieser mit seiner Außenwand zumindest teilweise an der Innenwand des Motorgehäuse anliegt.
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Derartige modulare Elektromotorsysteme bedingen nur noch die Herstellung und die Lagerung eines einzigen Motorgehäuses für die Herstellung zweier Elektromotoren unterschiedlicher Leistungen, wobei je nach Bedarf bzw. herzustellendem Motortyp in dieses Motorgehäuse entweder der Stator der kleineren Leistungsklasse oder der Stator der größeren Leistungsklasse eingebaut wird. Wie bereits erläutert, folgt hieraus, dass das Motorgehäuse zumindest so groß sein muss, dass der größere der beiden Statoren auf jeden Fall dort hinein passt, so dass die Größe des Motorgehäuses unter Berücksichtigung des größeren der beiden Statoren gewählt werden muss bzw. gewählt wird.
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Um den kleineren der beiden Statoren im Inneren des Motorgehäuses zu halten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, an der Innenseite des Motorgehäuses Vorsprünge vorzusehen, an die der kleinere Stator beim Einsetzen in das Motorgehäuse angelegt wird, bzw. an die er im eingesetzten Zustand anliegt, wobei er von diesen Vorsprüngen im Motorgehäuse gehalten wird. Alternativ kann der kleinere Stator an seiner Außenseite Vorsprünge besitzen, mit denen er im eingesetzten Zustand an der Innenseite des Motorgehäuses anliegt. Damit in ein Motorgehäuse mit innenseitigen Vorsprüngen der größere der beiden Statoren eingesetzt werden kann, weist dieser erfindungsgemäß an seinem Außenumfang nutenartige Vertiefungen auf, in die die entsprechenden Vorsprünge des Motorgehäuses einliegen können. Dabei kann ein Formschluss der Vorsprünge und der Nuten vorgesehen sein, so dass auch der größere der beiden Statoren optimal mittels der Vorsprünge im Motorgehäuse fixiert werden kann.
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Vorzugsweise sind die Vorsprünge des Motorgehäuses an ihren innenliegenden Enden konkav ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass ein Stator mit einem kreisförmigen Außendurchmesser formschlüssig an die Vorsprünge ansetzbar ist bzw. im eingesetzten Zustand formschlüssig an diesen anliegt. Alternativ können die Enden der Vorsprünge im Querschnitt auch flach ausgebildet sein, wobei in diesem Fall der Stator an den Stellen seines Umfangs, die zur Anlage mit den Vorsprüngen kommen, entsprechende Abflachungen vorgesehen sein können. Des Weiteren können die Vorsprünge des kleineren Stators an ihren außenliegenden Enden konvex ausgebildet sein, so dass der Stator formschlüssig an ein Motorgehäuse mit einem kreisförmigen Innendurchmesser ansetzbar ist bzw. im eingesetzten Zustand formschlüssig an diesem anliegt.
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Alternativ oder in Kombination mit den vorgenannten Merkmalen kann das Motorgehäuse oder der Stator mindestens drei äquidistante Vorsprünge aufweisen. Vorzugsweise sind diese Vorsprünge des Weiteren im Wesentlichen in Form und Abmessungen identisch, so dass der baulich kleinere der beiden Statoren von den bzw. durch die Vorsprüngen derart gehalten wird, dass er zentriert, d. h. koaxial zur Achse des Motorgehäuses in diesem einsetzbar ist. Bei der Verwendung von drei äquidistanten Vorsprüngen sind diese in Umfangsrichtung um jeweils 120° zueinander angeordnet. Durch die Verwendung von drei Vorsprüngen wird der kleinere der beiden Statoren optimal zwischen diesen Vorsprüngen gehalten, da er an drei Stellen gelagert ist und es dadurch nicht zu einer Verspannung kommen kann. Alternativ können jedoch auch vier oder mehr Vorsprünge vorgesehen sein. Bei einem Motogehäuse mit vier oder mehr Vorsprüngen sind dann entsprechend gleich viele Nuten in dem größeren der beiden Statoren vorzusehen.
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In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung können die Vorsprünge achsparallel verlaufen. Dies bedeutet, dass sie parallel zur Motorachse liegen, womit die Herstellung des Motorgehäuses vereinfacht wird. Alternativ können sich die Vorsprünge in Gestalt einer Schnecke von einer axialen Endseite des Motorgehäuses zur gegenüberliegenden axialen Endseite des Motorgehäuses erstrecken, d. h. dass sie sich von einem Umfangspunkt an einem Ende des Motorgehäuses auf dem Bahnabschnitt einer Schraubenlinie zu einem Umfangspunkt auf der gegenüberliegenden axialen Endseite des Motorgehäuses erstrecken, der zu dem ersten Umfangspunkt um einen Winkel versetzt ist. Dieser Winkel kann zwischen 0° und 45° betragen. Beim Einsetzen des größeren der beiden Statoren vollführt dieser dann eine Drehung um diesen Winkel um seine Rotationsachse bis er ganz in dem Motorgehäuse einliegt.
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Im Übrigen vorteilhaft ist es, wenn sich die Vorsprünge des Motorgehäuses radial nach innen erstrecken oder die Vorsprünge des kleineren Stators radial nach außen erstrecken. Hierdurch wird ein optimaler Sitz des kleineren der beiden Statoren radial zwischen den besagten Vorsprüngen erreicht.
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Wie zuvor beschrieben, liegt der baulich kleinere der beiden Statoren im eingesetzten Zustand zwischen den Vorsprüngen koaxial in dem Motorgehäuse ein. Der größere der beiden Statoren kann einen geringfügig größeren Durchmesser, insbesondere bis zu 10 mm größeren Durchmesser als der kleinere Stator aufweisen, wobei dieser Durchmesser jedoch noch immer kleiner ist als der Innendurchmesser des Motorgehäuses. Maximal kann der größere der beiden Statoren in seinem Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Motorgehäuses entsprechen, wobei der zweite Stator dann im eingesetzten Zustand mit seinen Umfangsabschnitten zwischen den Nuten zumindest teilweise an der Innenseite des Motorgehäuses anliegt. Ein derartiger Stator würde die maximale Leistungsklasse darstellen, die mit dem erfindungsgemäßen Motorgehäuse bedient werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des modularen Elektromotorensystems kann das Motorgehäuse an einer axialen Stirnseite zwei Durchführungsöffnungen aufweisen, wobei durch die erste der beiden Öffnungen ein elektrischer Anschluss des ersten Stators und durch die zweite der beiden Öffnungen ein elektrischer Anschluss des zweiten Stators kontaktierbar bzw. kontaktiert ist. Die beiden Durchführungsöffnungen in der Stirnseite des Motorgehäuses sind folglich statorselektiv und werden alternativ verwendet, wobei es auf den einzubauenden Stator ankommt, welche der Öffnungen verwendet wird. Die Öffnungen dienen zur Durchführung eines Steckers oder einer Steckbuchse von Seiten des Stator oder eines elektrischen Anschlusskastens, der auf die Stirnseite des Motorgehäuses aufgesetzt wird. Der Stecker oder die Steckbuchse kann folglich entweder am Stator, insbesondere an einer den Stator abdeckenden Wickelkopfkappe angeordnet sein oder am elektrischen Anschlusskastens angeordnet ist, wobei er/sie sich von diesem Anschlusskasten zum Stator hin erstreckt. Zur Gegenkontaktierung mit einem entsprechenden Gegenanschluss am Stator oder am Anschlusskasten wird der Stecker oder die Steckbuchse beim Montageprozesses durch eine bestimmte der beiden Durchführungsöffnungen hindurchgeführt.
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Die beiden Durchführungsöffnungen dienen der unverwechselbaren Kennzeichnung des Motorgehäuses, dem ohne spezielle Maßnahmen von außen sonst nicht angesehen werden könnte, welcher Stator, respektive welche Statorgröße in dem Motorgehäuse eingesetzt ist. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, anhand von Öffnungen in der stirnseitigen Gehäusewand des Motorgehäuses anzuzeigen, welcher Stator in dem Motorgehäuse eingesetzt ist. Dies bedeutet, dass bei der Verwendung des kleineren Stators die erste der beiden Öffnungen, und bei Verwendung des zweiten Stators die andere der beiden Öffnungen zur Kontaktierung des jeweiligen Stators verwendet wird.
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Durch die unterschiedliche Positionierung der beiden Öffnungen ist eine eindeutige Identifizierung des in das Motorgehäuse eingesetzten Statortyps möglich. Im Falle diametral gegenüberliegender Durchführungsöffnungen können diese eine unterschiedliche geometrische Form aufweisen, so dass anhand der Form der zur Kontaktierung des Stators zu verwendenden Durchführungsöffnungen eindeutig erkennbar ist, welcher Statortyp im Inneren des Motorgehäuses verbaut ist.
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Um sicherzustellen, dass der kleinere der beiden Statoren immer derart in das Motorgehäuse eingesetzt wird, dass stets nur eine der beiden Öffnungen verwendet wird bzw. werden kann, und um des Weiteren sicherzustellen, dass der größere der beiden Statoren immer nur so in das Motorgehäuse eingebaut wird, dass die andere der beiden Öffnungen für die elektrische Kontaktierung seines Anschlusses verwendet wird, können innenseitig des Motorgehäuses und/oder außenseitig eines oder beider Statoren Positionierungsmittel vorhanden sein, die nur eine einzige Einsetzposition für die Statoren in das Motorgehäuse ermöglichen. Ein derartiges Positioniermittel kann beispielsweise ein zusätzlicher, rippenartiger Vorsprung an der Innenseite des Motorgehäuses sein, der formschlüssig in eine Nut der Statoren eingreift. Alternativ kann einer der Vorsprünge in Form und/oder Abmessungen im Querschnitt anders ausgeformt sein als die übrigen Vorsprünge, so dass eine spezifische Orientierung des einzusetzenden Stators erzwungen wird.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens kann ein Anschlusskasten mit einer Elektronik zur Steuerung des Elektromotors auf das Motorgehäuse derart aufgesetzt werden, dass sie einen elektrischen Anschluss des entsprechenden Stators kontaktiert, wobei unabhängig von dem in das Motorgehäuse eingesetzten Stator dieselbe Elektronik verwendet wird. Dies bedeutet, dass erfindungsgemäß unabhängig von dem im Motorgehäuse verwendeten Stator ein und dieselbe Motorelektronik zur Bestromung des Stators verwendet wird.
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Für die Herstellung zweier Elektromotoren unterschiedlicher Leistungsklassen aus einer Baureihe wird daher erfindungsgemäß nicht nur ein einziges Motorgehäuse sondern zudem auch gemäß der besagten Weiterbildung eine einzige Motorelektronik verwendet. Die Motorelektroniken der Elektromotoren der beiden verschiedenen Leistungsklassen derselben Baureihe unterscheiden sich daher hardwaretechnisch, d. h. in ihrer spezifischen Leistungselektronik nicht voneinander. Dies bedeutet wiederum, dass die Motorelektronik für eine maximale Belastung ausgelegt sein muss, die durch die Zurverfügungstellung der maximalen Leistung für den größeren der beiden Statoren bedingt ist. Für den kleineren der beiden Statoren ist die Elektronik dann in unmittelbarer Konsequenz zwar elektrisch überdimensioniert, weil die verwendeten leistungselektronischen Bauelemente der Elektronik für eine höhere Leistung ausgelegt sind, als der kleine Stator benötigt. Das hierdurch benötigte größere Bauvolumen und die dadurch entstehenden Mehrkosten werden jedoch durch die Vereinfachung des Herstellungsaufwands und der Reduzierung der für die Herstellung benötigten Bauteile überkompensiert, so dass letztendlich ein Kosten- und Herstellungsvorteil entsteht. Dass ein erfindungsgemäß hergestellter Elektromotor mit einem kleineren Stator, d. h. einem Stator kleinerer Leistungsklasse, aufgrund der Verwendung eines größeren Motorgehäuses und einer überdimensionierten Elektronik baulich größer ausfällt, als es letztendlich notwendig wäre, kann akzeptiert werden, da die finanziellen, logistischen und verfahrensbezogenen Vorteile bei der Herstellung des Elektromotors überwiegen.
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Erst nach der Montage des entsprechenden Stators im Motorgehäuse sowie des Anschlusskastens mit der Elektronik am Motorgehäuse wird die Elektronik in Abhängigkeit des in das Motorgehäuse eingesetzten Stators programmiert, den Elektromotor derart zu steuern, das er mit einer vorgegebenen Betriebsdrehzahl läuft bzw. bezogen auf den Anwendungsfall eines Pumpenantriebs, dass er gemäß zumindest einer Pumpenkennlinie läuft. Erfindungsgemäß erfolgt daher die Anpassung der Motorelektronik an den eingesetzten Stator erst nach der Montage des Elektromotors. Die von dem Elektromotor, respektive von dem Stator benötigte Leistung, d. h. diejenige Leistung, die von der Elektronik elektrisch zur Verfügung gestellt wird, kann bei der Motorelektronik erfindungsgemäß programmtechnisch vorgegeben werden, beispielsweise mittels einer PWM (Pulsweitenmodulation), so dass eine bestimmte gewünschte Betriebsdrehzahl für den entsprechend verwendeten Stator bei der Elektronik durch Programmierung eines die leistungselektronischen Bauelemente schaltenden Mikrokontrollers eingestellt werden kann.
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Vorzugsweise wird die Elektronik derart programmiert, dass der Elektromotor im Normalbetrieb mit einer Betriebsdrehzahl läuft, die zwischen 25%–75%, insbesondere zwischen 40% und 60%, vorzugsweise etwa 50% unterhalb der Normaldrehzahl liegt.
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Unter Normalbetrieb wird im Folgenden ein solcher Betrieb verstanden, bei dem der Elektromotor für das spezifische Einsatzgebiet dauerhaft, bzw. bis zum Erreichen seiner betrieblichen Altersgrenze, eingesetzt wird bzw. werden kann. In diesem Sinne ermöglicht die Erfindung die Verwendung der beiden Statoren zur Herstellung von Elektromotoren unterschiedlicher Leistungen. D. h. mit jedem der Statoren können Elektromotoren unterschiedlicher Betriebsdrehzahlen im Normalbetrieb realisiert werden. Dies ist besonders für Anwendungsfälle von Vorteil, bei denen erfindungsgemäß hergestellte Elektromotoren Antriebe von Pumpen bilden, wobei die von der elektromotorischen Antriebseinheit aufzubringende mechanische Leistung im Wesentlichen durch die Drehzahl bestimmt ist.
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Wird beispielsweise ein Stator mit einer elektrischen Leistung von 200 W verwendet, so kann die erfindungsgemäße Motorelektronik derart programmiert werden, eine elektrische Leistung von 200 W zur Verfügung zu stellen. Alternativ kann der 200 W-Stator auch mit weniger Leistung, beispielsweise 100 W betrieben werden, wobei die entsprechende Drehzahl gegenüber der Betriebsdrehzahl im Normalbetrieb eines für 200 W ausgelegten Elektromotors halbiert ist. Für den genannten 100 W Betrieb kann die Motorelektronik entsprechend programmiert werden, so dass mit einem einzigen Motorgehäuse, einem einzigen Stator und einer einzigen Elektronik ein Elektromotor hergestellt werden kann, der bereits zwei Leistungsklassen in einer Baureihe abdecken kann. Wird demgegenüber ein baulich und bezüglich der Leistung kleinerer Stator, beispielsweise mit einer Leistung von 50 W verwendet, der alternativ zum ersten Stator in das Motorgehäuse eingebaut werden kann, so kann auch dieser Stator in Abhängigkeit der entsprechenden Programmierung der Elektronik mit 100% seiner Leistung oder mit weniger Leistung, d. h. mit einer entsprechend niedrigeren Betriebsdrehzahl betrieben werden. Wird beispielsweise dieser kleinere Stator in einem ersten Betriebsfall mit 100% seiner Leistung, d. h. für einen Normalbetrieb mit 50 W betrieben, alternativ in einem Normalbetrieb mit 25 W, d. h. halber Leistung betrieben, so ermöglicht dieser kleinere Stator unter Verwendung desselben Motorgehäuses und derselben Motorelektronik weitere Leistungsklassen derselben Baureihe abzudecken. Gemäß diesem genannten Beispiel können daher mit einem einzigen Motorgehäuse, einer einzigen. Motorelektronik und zwei baulich verschiedenen Statoren, d. h. zweier Statoren unterschiedlicher Leistung, aus leistungstechnischer Sicht vier verschiedene Elektromotoren hergestellt werden, die sich äußerlich nicht unterscheiden. Ein besonderer Vorteil, einen Elektromotor mit weniger als seine volle Leistung zu betreiben, insbesondere mit halber Leistung zu betreiben, besteht darin, dass sich sein Wirkungsgrad deutlich erhöht, insbesondere weil weniger Abwärme erzeugt wird.
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Die erfindungsgemäß zu verwendende Motorelektronik ist demgemäß derart programmierbar, dass ein mit dem ersten oder mit dem zweiten Stator hergestellter Elektromotor mit einer Betriebsdrehzahl betreibbar ist, die geringer ist, als die Normaldrehzahl des Elektromotors, insbesondere um 25%–75%, insbesondere um 40%–60%, vorzugsweise um etwa 50% geringer ist.
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Im Übrigen bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung eines Motorgehäuses zur Herstellung eines Elektromotors, wobei in dieses Motorgehäuse wahlweise ein erster Stator einer ersten Leistungsgröße oder ein zweiter Stator einer zweiten, größeren Leistungsgröße eingesetzt wird. Da die Leistung bei Statoren proportional zur baulichen Abmessung ist, bedeutet ein Stator größerer Leistungsgröße, dass dieser baulich größere Abmaße besitzt, als ein Stator geringerer Leistungsgröße. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verwendung einer einzigen Elektronik zur Ansteuerung des in dem Elektromotor jeweils eingesetzten Stators für alle mit dem Motorgehäuse hergestellten Elektromotore, d. h. für Elektromotore, bei denen in das Motorgehäuse der kleinere der beiden Statoren, und Elektromotore, bei denen in das Motorgehäuse der größere der beiden Statoren eingesetzt ist. Schließlich betrifft die Erfindung die Verwendung einer programmierbaren Elektronik als Motorelektronik, wobei die Elektronik derart programmiert wird, dass ein mit dem ersten oder dem zweiten Stator hergestellter Elektromotor mit einer Betriebsdrehzahl betreibbar ist, die geringer ist, als die Normaldrehzahl des Elektromotors, insbesondere um 25%–75%, insbesondere um 40%–60%, vorzugsweise etwa 50% geringer ist.
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Weitere bevorzugte Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens respektive des erfindungsgemäßen modularen Elektromotorsystems werden anhand des nachfolgenden Beispiels und der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1: schematische Darstellung einer ersten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Motorgehäuses
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2: schematische Darstellung eines ersten Stators geringerer Statorgröße zum Einsetzen in das Motorgehäuse gemäß 5
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3: schematische Darstellung eines zweiten Stators größerer Statorgröße zum Einsetzen in das Motorgehäuse gemäß 5
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4: Ansicht der stirnseitigen Wand des Motorgehäuses
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5: schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Motorgehäuses
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6: schematische Darstellung eines weiteren Stators geringerer Statorgröße zum Einsetzen in das Motorgehäuse gemäß 5
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7: schematische Darstellung eines weiteren Stators größerer Statorgröße zum Einsetzen in das Motorgehäuse gemäß 5
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Bei Baureihen von Pumpen wird heutzutage für unterschiedliche Pumpengrößen je ein Stator, beispielsweise ein Stator mit einer elektrischen Leistung von 100 W und ein Stator mit einer elektrischen Leistung von 200 W, sowie ein jeweiliges Motorgehäuse und eine jeweilige Elektronik verwendet. Durch die Veränderung des Motordesigns, d. h. der äußeren Statorblechgeometrie sowie der Innenform des Motorgehäuses wird erfindungsgemäß erreicht, dass nur eine Elektronik verwendet werden braucht, mit der bei jedem der genannten Statoren sowohl eine hohe Drehzahl, beispielsweise größer 4000 rpm, und eine niedrigere Drehzahl, beispielsweise kleiner 3000 rpm erreicht werden kann. Damit können sowohl Einsparungen in den notwendigen Komponenten als auch bei den Materialien und Fertigungsprozessen erzielt werden. Darüber hinaus ergibt sich äußerlich immer nur ein Motortyp, respektive Pumpentyp, was den Wiedererkennungswert bei gleichen Leistungsstufen gewährleistet.
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Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Vorgehensweise besteht darin, dass weniger Komponenten für die Herstellung von Elektromotoren verschiedener Leistungen notwendig ist, insbesondere eine geringere Anzahl Elektroniken benötigt wird, wobei sich das Fertigungsverfahren gleichzeitig vereinfacht und das Design verschiedener Motortypen, respektive Pumpentypen vereinheitlicht werden kann.
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1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Elektromotors 1 mit Motorgehäuses 4, in welches wahlweise ein erster Stator 2a einer ersten Statorgröße, der in 2 näher dargestellt ist, oder ein zweiter Stator 3a einer zweiten, baulich größeren Statorgröße, der in 3 näher dargestellt ist, fest eingesetzt werden kann. Der kleinere Stator 2a der beiden Statoren 2a, 3a ist mit einer gestrichelten Linie in 1 angedeutet. Das Motorgehäuse 4 weist auf seiner Innenseite 5 drei entlang des Innenumfangs äquidistant angeordnete Vorsprünge 6 auf, die parallel zur Motorgehäuseachse verlaufen. Sie sind rippenartig ausgebildet und erstrecken sich in radialer Richtung nach innen. Ihr Querschnitt ist im Wesentlichen rechteckig, wobei die Vorsprünge 6 an ihren innenliegenden Enden 10, konkav ausgebildet sind, so dass sie mit ihren Enden 10 formschlüssig an der äußeren Mantelfläche 17 des im Querschnitt im Wesentlichen kreiszylindrisch ausgebildeten ersten Stators 2a anliegen.
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Sowohl der erste Stator 2a als auch der zweite Stator 3a werden in einem Fügeschritt in axialer Richtung in das Motorgehäuse 4 eingeschoben. Die Vorsprünge 6 dienen bei dem kleineren der beiden Statoren 2a zum Halten dieses Stators 2a derart, dass er radial zwischen ihnen einliegt. Demgegenüber weist der größere der beiden Statoren 3a den Vorsprüngen 6 entsprechende Nuten 8 an seinem Außenumfang auf. Dies bedeutet, dass ebenfalls drei äquidistante Vertiefungen 8 entlang des Außenumfangs 7 des zweiten Stators 3a vorgesehen sind, wobei im eingesetzten Zustand des zweiten Stators 3a die Vorsprünge 6 in den Nuten 8 vollständig einliegen. Der zweite Stator 3a liegt dann mit seinen zwischen den Nuten 8 liegenden Umfangsabschnitten 9 an der Innenseite 5 des Motorgehäuses 4 an. Demgegenüber liegt der erste Stator 2a mit seiner Mantelfläche 17 ausschließlich an den Vorsprüngen 6 an, d. h. an den innenliegenden Enden 10 dieser Vorsprünge 6. Rein beispielhaft zeigen die 2 und 3 Statoren 2a, 3b, die jeweils vier Polschenkel 14 aufweisen, welche über einen Rückschlussring 15 verbunden sind.
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In 4 ist ein Blick auf die Stirnseite eines Motorgehäuses 4 dargestellt. Innenseitig dieses Motorgehäuses sind acht Vorsprünge 6, 16 angeordnet, wobei jeweils vier dieser Vorsprünge 16 einen runden und vier Vorsprünge 6 einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, wobei die Vorsprünge gleichen Querschnitts jeweils symmetrisch über den Innenumfang 5 des Motorgehäuses 4 verteilt sind.
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Die Stirnseite des Motorgehäuses 4 weist zwei Durchführungsöffnungen 11, 12 auf, die in Gestalt von Langlöchern mit gerundeten Enden ausgeführt sind. Die Durchführungsöffnungen 11, 12 liegen nebeneinander, wobei die erste Durchführungsöffnung 11 durch eine 90°-Drehung in die zweite Öffnung 12 überführt werden kann.
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Die beiden Statoren 2a, 3a besitzen stirnseitig eine nicht dargestellte Wickelkopfkappe, an die ein elektrischer Anschluss angeformt ist, über welchen die beiden Statoren 2a, 3a elektrisch kontaktierbar sind. Der kleinere der beiden Statoren 2a wird in das Motorgehäuse 4 derart fest eingesetzt, dass sein elektrischer Anschluss bündig zur ersten Durchführungsöffnung 11 ausgerichtet ist, d. h. mittels einer Steckkontaktierung durch diese erste Durchführungsöffnung 11 kontaktierbar ist. Demgegenüber wird der größere der beiden Statoren 3a in dem Motorgehäuse 4 derart eingesetzt, dass sein elektrischer Anschluss zu der zweiten Durchführungsöffnung 12 ausgerichtet ist, d. h. mittels einer elektrischen Steckkontaktierung durch diese zweite Durchführungsöffnung 12 elektrisch kontaktierbar ist.
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Anhand der Tatsache, durch welche Durchführungsöffnung 11, 12 der hinter der Stirnseite des Motorgehäuses 4 liegende Stator 2a, 3a kontaktiert werden kann, ist eindeutig klar, um welche Statorgröße es sich handelt, d. h. der Stator 2a, 3a welcher Leistung in dem Motorgehäuse 4 eingesetzt ist. Durch die zwei Durchführungsöffnungen 11, 12 ergeben sich folglich zwei Steckpositionen, mit denen unterschiedliche Statoren 2a, 3a elektrisch kontaktiert werden können.
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Nachfolgend wird ein Beispiel für die universelle Verwendung des Motorgehäuses für vier verschiedene elektromotorisch betriebene Pumpen gebracht:
Für die genannten vier verschiedenen Pumpen wird ein einziges Motorgehäuse 4 verwendet, in das entweder ein Stator 3a mit einer elektrischen Leistung von 200 W über die zweite Durchführungsöffnung 11 steckkontaktiert wird, oder ein Stator 2 mit einer elektrischen Leistung von 120 W über die erste Durchführungsöffnung 11 steckkontaktiert wird. Für beide Statortypen 2a, 3a wird eine Elektronik verwendet, die hardwaretechnisch stets gleich bleibt.
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Für den Betrieb der Elektromotore 1 wird lediglich die Software der Elektronik vorgegeben, d. h. die Elektronik wird für den jeweiligen Anwendungsfall des Elektromotors 1 programmiert. So kann beispielsweise der 200 W-Stator gemäß einer ersten Softwareprogrammierung für eine schnelle Drehzahl, beispielsweise 4500 rpm der Motor- bzw. Pumpenwelle eingerichtet sein, wobei die Pumpenleistung für diesen Fall ca. 150 W beträgt. In einer zweiten Variante kann die Softwareprogrammierung für eine langsame Drehzahl, beispielsweise 2700 rpm ausgelegt sein, bei der die Pumpenleistung ca. 135 W beträgt. Demgegenüber kann bei dem 120 W-Stator die Softwareprogrammierung für eine schnelle Drehzahl, beispielsweise 4600 rpm vorgesehen werden, bei dem die Pumpe mit einer Pumpenleistung von ca. 80 W betrieben wird. Schließlich kann in einer vierten Variante die Elektronik derart programmiert sein, dass eine langsame Drehzahl von beispielsweise 2800 rpm bei der Pumpe vorliegt, wobei eine Pumpenleistung von ca. 65 W erreicht wird.
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Es können daher vier verschiedene Pumpentypen mit einem Motorgehäuse und einer Motorelektronik bedient werden, so dass sich die Komponentenanzahl reduziert und sich die Fertigung vereinfacht, da für die gleichen Motorkomponenten gleiche Fertigungsschritte verwendet werden können.
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Die 5 bis 7 zeigen eine alternative Ausführungsvariante des modularen Elektromotorsystems. Nachfolgend werden nur die Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsvariante angesprochen.
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5 zeigt eine zweite Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Elektromotors 1 mit Motorgehäuses 4, in welches wahlweise ein erster Stator 2b einer ersten Statorgröße, der in 6 näher dargestellt ist, oder ein zweiter Stator 3b einer zweiten, baulich größeren Statorgröße, der in 7 näher dargestellt ist, fest eingesetzt werden kann. Der kleinere Stator 2b der beiden Statoren 2b, 3b ist mit einer gestrichelten Linie in 5 angedeutet. Das Motorgehäuse 4 ist auf seiner Innenseite 5 ohne Vorsprünge ausgebildet.
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Demgegenüber weist der in 6 gezeigte kleinere der beiden Statoren 2b drei entlang des Außenumfangs äquidistant angeordnete Vorsprünge 13 auf, die sich von der Mantelfläche 17 des kleineren Stators 2b weg erstrecken und die parallel zur Motorgehäuseachse verlaufen. Sie sind rippenartig ausgebildet und erstrecken sich in radialer Richtung nach außen. Ihr Querschnitt ist im Wesentlichen rechteckig, wobei die Vorsprünge 13 an ihren außenliegenden Enden 18 konvex ausgebildet sind, so dass sie mit ihren Enden 18 formschlüssig an der inneren Mantelfläche 5 des im Querschnitt im Wesentlichen kreiszylindrisch ausgebildeten Motorgehäuses anliegen.
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Des Weiteren weist der in 7 gezeigte größere der beiden Statoren 3b an seinem Außenumfang 7 weder Vorsprünge noch Nuten auf. Er liegt damit im eingesetzten Zustand an der Innenseite 5 des Motorgehäuses 4 an. Demgegenüber liegt der erste Stator 2b ausschließlich mit seinen konvexen Endabschnitten 18 an der Innenseite 5 des Motorgehäuses 4 an.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Insbesondere kann jeder der Statoren auch mehr als vier Polschenkel 14, beispielsweise 6 oder 12 Polschenkel aufweisen. Auch können die Statoren anstelle von Polschenkeln Nuten zur Aufnahme der Statorwicklungen aufweisen.
