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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb, insbesondere für ein Haushaltsgerät, mit einer oder mehreren Spulen, welche im Betrieb des elektrischen Antriebs Wärme erzeugen, einem oder mehreren Lagern zur Lagerung einer Antriebswelle und einer oder mehreren Aufnahmeeinrichtungen, welche jeweils zumindest einen Lagersitz für eines der Lager aufweisen.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Haushaltsgerät mit einer Fluidfördereinrichtung zum Erzeugen einer gasförmigen und/oder flüssigen Fluidströmung, wobei die Fluidfördereinrichtung einen elektrischen Antrieb aufweist.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Antriebs.
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Während des Betriebs eines elektrischen Antriebs erzeugen einzelne Bauteile des elektrischen Antriebs Wärme, sodass es bei einem unzureichenden Wärmeabtransport zu einer Temperaturerhöhung in diesen Bereichen kommt. Insbesondere die Wicklungen der Spulen eines elektrischen Antriebs erzeugen eine erhebliche Wärmemenge, welche einen deutlichen Temperaturanstieg der einzelnen Komponenten des elektrischen Antriebs verursachen kann.
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Bei einem unzureichenden Wärmeabtransport wird sowohl das Material als auch der Bauraum zwischen den einzelnen Komponenten eines elektrischen Antriebs erwärmt. Ein derartiger Temperaturanstieg kann die Funktion und die Lebensdauer der eingesetzten Lager des elektrischen Antriebs erheblich beeinträchtigen, sodass der Wirkungsgrad des elektrischen Antriebs erheblich verringert wird oder es sogar zu einem Totalausfall des elektrischen Antriebs kommt.
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Ferner können die Temperaturschwankungen in gekapselten Bauräumen eines elektrischen Antriebs zu der Erzeugung eines Unter- oder Überdrucks innerhalb der gekapselten Bauräume führen. Darüber hinaus können unterschiedliche Druckverhältnisse im Rotorraum auch durch die Rotation des Rotors im Innenraum und auf der Unterseite des Laufrads des elektrischen Antriebs entstehen. Hierdurch kann beispielsweise die Fettschmierung eines Lagers herausgedrückt und/oder Schmutz in das Innere des Lagers hineingezogen werden.
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Um einer übermäßigen Wärmeentwicklung bei elektrischen Antrieben entgegenzuwirken, werden im Stand der Technik beispielsweise Kühlrippen eingesetzt und/oder der Wärmeabtransport wird mittels eines den elektrischen Antrieb umströmenden Fluidstroms gesteigert. Ferner werden Materialien mit einer vergleichsweise hohen Wärmeleitfähigkeit und/oder Wärmebeständigkeit eingesetzt, um das Risiko einer Funktionsbeeinträchtigung aufgrund überhöhter Temperaturen zu vermindern.
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Die bekannten Maßnahmen bedingen jedoch den Einsatz teurer Materialien und/oder erfordern eine aufwendige spanende Nachbearbeitung der Komponenten des elektrischen Antriebs. Zusätzliche Lüfter oder Kühlkreisläufe führen außerdem zu einer erhöhten Teileanzahl und einer gesteigerten Systemkomplexität.
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Insbesondere beim Einsatz von Kunststoff führen die vergleichsweise schlechten Wärmeleiteigenschaften des Kunststoffmaterials zu einer starken Temperaturerhöhung während des Betriebs eines elektrischen Antriebs.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit darin, die beschriebenen Nachteile bei dem Abtransport von Wärme aus elektrischen Antrieben zumindest teilweise zu überwinden, um somit ein übermäßiges Erwärmen des elektrischen Antriebs zu verhindern.
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Die Aufgabe wird durch einen elektrischen Antrieb der eingangs genannten Art gelöst, wobei die eine oder die mehreren Aufnahmeeinrichtungen jeweils mehrere Ausnehmungen aufweisen, welche den Wärmeeintrag in das eine oder die mehreren Lager vermindern.
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Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass durch die mehreren Ausnehmungen in der einen oder den mehreren Aufnahmeeinrichtungen ein effektiver Wärmeabtransport aus dem Inneren des elektrischen Antriebs umgesetzt werden kann, sodass die Erwärmung des elektrischen Antriebs während des Betriebs erheblich verringert wird.
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Die eine oder die mehreren Aufnahmeeinrichtungen können dabei einstückig oder mehrteilig ausgebildet sein. Das eine oder die mehreren Lager zur Lagerung der Antriebswelle sind vorzugsweise Wälzlager, insbesondere Kugellager. Neben der einen oder den mehreren Spulen kann der elektrische Antrieb auch weitere Wärmequellen aufweisen, wobei der auf diese Wärmequellen zurückgehende Wärmeeintrag in das eine oder die mehreren Lager ebenfalls durch die mehreren Ausnehmungen in der einen oder den mehreren Aufnahmeeinrichtungen vermindert wird.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs sind die Ausnehmungen in der einen oder den mehreren Aufnahmeeinrichtungen derart angeordnet und ausgebildet, dass durch die Ausnehmungen ein Druckausgleich zwischen dem Bereich des zumindest einen Lagersitzes und der Umgebung des elektrischen Antriebs erfolgt. Durch den Druckausgleich können Druckdifferenzen, welche durch Temperaturunterschiede und/oder die Rotation des Rotors im Innenraum und auf der Unterseite des Laufrads des elektrischen Antriebs entstehen, ausgeglichen werden. Auf diese Weise wird vermieden, dass die Fettschmierung eines Lagers herausgedrückt und/oder Schmutz in das Innere des Lagers hineingezogen wird.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs sind die Ausnehmungen in der einen oder den mehreren Aufnahmeeinrichtungen um den Lagersitz der jeweiligen Aufnahmeeinrichtung angeordnet. Durch die Anordnung der Ausnehmungen um den Lagersitz herum wird ein mehrseitiger oder allseitiger Wärmeabtransport von dem jeweiligen Lager ermöglicht. Vorzugsweise sind die mehreren Ausnehmungen einer Aufnahmeeinrichtung in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, wobei der Lagersitz und/oder das Lager vorzugsweise ebenfalls in dieser gemeinsamen Ebene angeordnet sind.
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Darüber hinaus ist ein erfindungsgemäßer elektrischer Antrieb bevorzugt, bei welchem die Ausnehmungen in der einen oder den mehreren Aufnahmeeinrichtungen jeweils, insbesondere gleichmäßig verteilt, auf einer Kreisbahn angeordnet sind. Vorzugsweise ist der Mittelpunkt der Kreisbahn auf der Drehachse der Antriebswelle des elektrischen Antriebs angeordnet. Vorzugsweise weisen mehrere oder sämtliche Ausnehmungen einer Aufnahmeeinrichtung den gleichen Abstand zu dem Lager auf, welches in dem Lagersitz der jeweiligen Aufnahmeeinrichtung angeordnet ist.
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Darüber hinaus ist ein erfindungsgemäßer Antrieb bevorzugt, bei welchem sich die Ausnehmungen in der einen oder den mehreren Aufnahmeeinrichtungen im Wesentlichen parallel zu der Längsachse der Antriebswelle erstrecken. Vorzugsweise erstrecken sich die Lager des elektrischen Antriebs in axialer Richtung über eine Teillänge der Antriebswelle. Vorzugsweise erstrecken sich die Ausnehmungen in der einen oder den mehreren Aufnahmeeinrichtungen in axialer Richtung ebenfalls über diese Teillänge der Antriebswelle.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs sind die Ausnehmungen in der einen oder den mehreren Aufnahmeeinrichtungen als Durchgangslöcher, insbesondere als zylindrische Durchgangslöcher, ausgebildet. Die Durchgangslöcher bilden in diesem Fall jeweils einen Fluidkanal aus, über welchen ein Fluid- und Wärmeaustausch zwischen dem Inneren des elektrischen Antriebs und der Umgebung des elektrischen Antriebs erfolgen kann. Auf diese Weise kann Umgebungsluft in das Innere des elektrischen Antriebs, insbesondere zwischen die Antriebswelle und den Stator des elektrischen Antriebs eingeleitet werden. Alternativ zu zylindrischen Durchgangslöchern können die Ausnehmungen auch andere Formen aufweisen. Beispielsweise können die Ausnehmungen schlitzförmig oder mehreckig ausgebildet sein und/oder sich in axialer Richtung verjüngen oder in axialer Richtung einen oder mehrere Querschnittssprünge aufweisen. Wenn die Durchgangslöcher als zylindrische Durchgangslöcher ausgebildet sind, ist es bevorzugt, dass der Durchmesser der zylindrischen Durchgangslöcher geringer ist als der Durchmesser der Antriebswelle.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs sind die Ausnehmungen in der einen oder den mehreren Aufnahmeeinrichtungen radial beabstandet von dem jeweiligen Lager angeordnet. Vorzugsweise sind zwischen den Ausnehmungen einer Aufnahmeeinrichtung und dem in dem Lagersitz der jeweiligen Aufnahmeeinrichtung angeordneten Lager sich in radialer Richtung erstreckende Materialabschnitte angeordnet.
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In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs weist dieser einen Rotor auf, welcher drehmomentübertragend mit der Antriebswelle verbunden ist, wobei auf der dem Rotor zugewandten Seite der einen oder der mehreren Aufnahmeeinrichtungen jeweils ein Freiraum ausgebildet ist, wobei die Ausnehmungen der jeweiligen Aufnahmeeinrichtungen den Freiraum fluidleitend mit der Umgebung des elektrischen Antriebs verbinden. Vorzugsweise wird der Freiraum zumindest abschnittsweise von der Antriebswelle, dem Rotor, dem Stator und/oder einem Abschnitt des Gehäuses des elektrischen Antriebs begrenzt.
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In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs sind die eine oder die mehreren Aufnahmeeinrichtungen teilweise oder vollständig aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem Duroplast, ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann die eine oder können die mehreren Aufnahmeeinrichtungen teilweise oder vollständig aus einem Metall oder einer Metalllegierung ausgebildet sein. Kunststoffe bieten den Vorteil geringer Herstellungskosten und einer vergleichsweise großen Freiheit bei der Formauswahl. Die teilweise eingeschränkten Wärmeleiteigenschaften von Kunststoff werden durch die Ausnehmungen in der einen oder den mehreren Aufnahmeeinrichtungen ausgeglichen.
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Durch die Ausnehmungen kann ein Fluid- und/oder Wärmeaustausch zwischen dem Inneren des elektrischen Antriebs und der Umgebung umgesetzt werden.
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In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs ist zumindest eine Aufnahmeeinrichtung als Lagerschild ausgebildet, welches an einem Gehäuse des elektrischen Antriebs angeordnet ist. Das Lagerschild stellt vorzugsweise einen Gehäusedeckel dar. Vorzugsweise ist das Lagerschild an dem Gehäuse des elektrischen Antriebs befestigt, insbesondere mit Befestigungselementen, wie etwa Schrauben.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs ist zumindest eine Aufnahmeeinrichtung als Gehäuse des elektrischen Antriebs ausgebildet, in welchem vorzugsweise die eine oder die mehreren Spulen angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Ausnehmungen in der als Gehäuse ausgebildeten Aufnahmeeinrichtung in einem Wandabschnitt angeordnet, welcher gegenüberliegend und/oder im Wesentlichen parallel zu dem Lagerschild angeordnet ist. Vorzugsweise sind die Ausnehmungen in der als Lagerschild ausgebildeten Aufnahmeeinrichtung und/oder die Ausnehmungen in der als Gehäuse ausgebildeten Aufnahmeeinrichtung jeweils in einem Wandabschnitt angeordnet, welcher im Wesentlichen orthogonal zu der Längsachse der Antriebswelle ausgerichtet ist.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch ein Haushaltsgerät der eingangs genannten Art gelöst, wobei der elektrische Antrieb der Fluidfördereinrichtung des erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet ist. Hinsichtlich der Vorteile und Modifikationen des erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts wird auf die Vorteile und Modifikationen des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs verwiesen.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei die Ausnehmungen in der einen oder den mehreren Aufnahmeeinrichtungen mittels eines umformenden Fertigungsverfahrens, mittels eines urformenden Fertigungsverfahrens und/oder mittels eines trennenden Fertigungsverfahrens erzeugt werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Ausnehmungen in der einen oder den mehreren Aufnahmeeinrichtungen durch spanende Bearbeitung der einen oder der mehreren Aufnahmeeinrichtungen erzeugt. Alternativ oder zusätzlich können die Ausnehmungen in der einen oder den mehreren Aufnahmeeinrichtungen bereits während eines Gießprozesses, beispielsweise während eines Spritzgießprozesses, erzeugt werden.
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Weitere Merkmale und Details der Erfindung sind der nachfolgenden Figurenbeschreibung und den Ansprüchen zu entnehmen. Es zeigen
- 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs in einer perspektivischen Schnittdarstellung;
- 2 den in der 1 dargestellten elektrischen Antrieb in einer Seitenansicht; und
- 3 den in der 1 dargestellten elektrischen Antrieb in einer weiteren Seitenansicht.
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Die 1 bis 3 zeigen einen elektrischen Antrieb 10 für ein Haushaltsgerät. Der elektrische Antrieb 10 umfasst einen Stator 12 und einen Rotor 14. Der Stator 12 umfasst mehrere Spulen 16, welche im Betrieb des elektrischen Antriebs 10 Wärme erzeugen. Der Rotor 14 ist drehmomentübertragend mit einer Antriebswelle 24 verbunden.
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Außerdem weist der elektrische Antrieb 10 zwei Aufnahmeeinrichtungen 18a, 18b auf, welche jeweils einen Lagersitz 20a, 20b aufweisen, wobei an den Lagersitzen 20a, 20b jeweils ein als Wälzlager, nämlich als Kugellager, ausgebildetes Lager 22a, 22b angeordnet ist. Die Lager 22a, 22b dienen zur Lagerung der Antriebswelle 24.
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Die beiden Aufnahmeeinrichtungen 18a, 18b sind aus Kunststoff, nämlich aus einem Duroplast, ausgebildet. Die Aufnahmeeinrichtung 18a ist als Lagerschild und Gehäusedeckel ausgebildet. Die Aufnahmeeinrichtung 18b ist als Gehäuse des elektrischen Antriebs 10 ausgebildet, wobei innerhalb des Gehäuses die Spulen 16 angeordnet sind. Die als Lagerschild ausgebildete Aufnahmeeinrichtung 18a und die als Gehäuse des elektrischen Antriebs 10 ausgebildete Aufnahmeeinrichtung 18b sind mittels Befestigungselementen 30a, 30b aneinander befestigt. Die Befestigungselemente 30a, 30b sind als Schrauben ausgebildet.
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Die beiden Aufnahmeeinrichtungen 18a, 18b weisen jeweils acht Ausnehmungen 26a-26h, 28a-28h auf, welche den Wärmeeintrag in die Lager 22a, 22b vermindern und somit einer Erwärmung der Lager 22a ,22b entgegenwirken. Außerdem sorgen die Ausnehmungen 26a-26h, 28a-28h in den Aufnahmeeinrichtungen 18a, 18b für einen Druckausgleich zwischen dem Bereich der Lagersitze 20a, 20b und der Umgebung des elektrischen Antriebs 10. Die Ausnehmungen 26a-26h in der Aufnahmeeinrichtung 18a sind um den Lagersitz 20a angeordnet und gleichmäßig verteilt auf einer Kreisbahn angeordnet. Die Ausnehmungen 28a-28h in der Aufnahmeeinrichtung 18b sind um den Lagersitz 20b angeordnet und gleichmäßig verteilt auf einer Kreisbahn angeordnet. Die Antriebswelle 24 weist eine Längsachse 32 auf, welche ebenfalls die Drehachse der Antriebswelle 24 darstellt. Die Ausnehmungen 26a-26h, 28a-28h sind als zylindrische Durchgangslöcher ausgebildet und erstrecken sich im Wesentlichen parallel zu der Längsachse 32 der Antriebswelle 24. Der Durchmesser der Ausnehmungen 26a-26h, 28a-28h ist dabei kleiner als der Durchmesser der Antriebswelle 24.
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Die Ausnehmungen 26a-26h, 28a-28h in den Aufnahmeeinrichtungen 18a, 18b können beispielsweise mittels eines umformenden Fertigungsverfahrens, mittels eines urformenden Fertigungsverfahrens und/oder mittels eines trennenden Fertigungsverfahrens erzeugt worden sein.
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Der Lagersitz 20a, das Lager 22a und die Ausnehmungen 26a-26h sind in einer ersten Ebene angeordnet, welche im Wesentliche orthogonal zu der Längsachse 32 verläuft, wobei die Ausnehmungen 26a-26h radial beabstandet von dem Lager 22a angeordnet sind und sich zwischen den Ausnehmungen 26a-26h und dem Lager 22a Material der ersten Aufnahmeeinrichtung 18a befindet. Der Lagersitz 20b, das Lager 22b und die Ausnehmungen 28a-28h sind in einer zweiten Ebene angeordnet, welche im Wesentliche orthogonal zu der Längsachse 32 verläuft, wobei die Ausnehmungen 28a-28h radial beabstandet von dem Lager 22b angeordnet sind und sich zwischen den Ausnehmungen 28a-28h und dem Lager 22b Material der zweiten Aufnahmeeinrichtung 18b befindet. Die erste und die zweite Ebene sind dabei im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet.
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Auf der dem Rotor 14 zugewandten Seite der Aufnahmeeinrichtungen 18a und auf der dem Rotor 14 zugewandten Seite der Aufnahmeeinrichtung 18b ist jeweils ein Freiraum 34a, 34b ausgebildet. Die Ausnehmungen 26a-26h verbinden den Freiraum 34a fluidleitend mit der Umgebung des elektrischen Antriebs 10. Die Ausnehmungen 28a-28h verbinden den Freiraum 34b fluidleitend mit der Umgebung des elektrischen Antriebs 10, wobei die Ausnehmungen 28a-28h in eine umlaufende Nut 36 münden, welche auf der dem Rotor 14 abgewandten Seite der Aufnahmeeinrichtung 18b angeordnet ist.
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Der dargestellte elektrische Antrieb 10 kann beispielsweise Bestandteil einer Fluidfördereinrichtung zum Erzeugen einer gasförmigen und/oder flüssigen Fluidströmung sein, wobei die Fluidfördereinrichtung in ein Haushaltsgerät integriert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Elektrischer Antrieb
- 12
- Stator
- 14
- Rotor
- 16
- Spulen
- 18a, 18b
- Aufnahmeeinrichtungen
- 20a, 20b
- Lagersitze
- 22a, 22b
- Lager
- 24
- Antriebswelle
- 26a-26h
- Ausnehmungen
- 28a-28h
- Ausnehmungen
- 30a, 30b
- Befestigungselemente
- 32
- Längsachse
- 34a, 34b
- Freiräume
- 36
- Nut
