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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere
einen Elektromotor von kleiner bis mittlerer Leistung, und ein Verfahren zu
dessen Montage.
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Bei
einer herkömmlichen
Konstruktion einer solchen elektrischen Maschine ist die Welle des
Rotors an zwei Stellen des Gehäuses
der Maschine, als vorderer bzw. hinterer Lagerschild bezeichnet,
drehbar gelagert.
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Wenn
die Welle der fertigen Maschine ein vorgegebenes Spiel in axialer
Richtung nicht überschreiten
soll, so ist dies erreichbar, indem in beiden Lagerschilden Kugellager
verwendet werden, die jedes für
sich ein größeres axiales
Spiel als das für
die Welle verlangte aufweisen dürfen,
und von denen jeweils ein Ring an der Welle und der andere an einem der
Lagerschilde axial so befestigt sein muss, dass die Überschneidung
der Spiele der zwei Kugellager nicht größer ist als das zulässige Spiel
der Welle. Die Platzierung der Ringe muss aber sehr genau sein, denn
wenn das axiale Spiel wegen ungenauer Platzierung Null wird, kann
die Welle klemmen. Es liegt auf der Hand, dass das Platzieren der
Kugellager gemäß diesen
Anforderungen arbeitsintensiv und infolgedessen teuer ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist, eine elektrische Maschine und ein Verfahren zu
deren Montage anzugeben, die es auf einfache Weise erlauben, das
axiale Spiel des Rotors auf ein gewünschtes Maß einzustellen, das einen leichten,
verschleißarmen
Lauf der Maschine gewährleistet.
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Die
Aufgabe wird zum einen dadurch gelöst, dass an einer elektrischen
Maschine mit einem Gehäuse
und einem Rotor, von dem eine Welle in einem vorderen und einem
hinteren Lagerschild des Gehäuses
drehbar und axial spielhaltig gehalten ist, das axiale Spiel des
Rotors in einer Richtung durch einen in den hinteren Lagerschild
in axialer Richtung eingeführten,
einem axialen Ende der Welle zugewandten Anschlagkörper begrenzt
ist. Diese Bauart erlaubt es, vor oder nach dem Zusammenfügen des
Gehäuses
den Rotor in eine dem gewünschten
axialen Spiel entsprechenden Entfernung von einer Anschlagstellung
am vorderen Lagerschild zu bringen, und anschließend den Anschlagkörper in
dem hinteren Lagerschild mit der Welle in Kontakt zu bringen. Wenn die
Welle anschließend
freigegeben wird, hat sie exakt das zuvor eingestellte, gewünschte axiale
Spiel.
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Der
Anschlagkörper
kann nach dem Einführen
in weitgehend beliebiger Weise an dem hinteren Lagerschild befestigt
sein; aufgrund der Einfachheit der Montage bevorzugt ist eine reib-
und/oder formschlüssige
Verankerung.
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Vorzugsweise
ist die Bohrung nach außen hin
offen, so dass der Anschlagkörper
nach dem Zusammenbau des Gehäuses
in die Bohrung eingeführt
werden kann.
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Vorzugsweise
hat der Anschlagkörper
die Form eines Topfes oder Bechers mit einer dem Ende der Welle
zugewandten Bodenfläche.
Diese Gestalt des Anschlagkörpers
erlaubt es, ein festes, gegen Reibbelastung beständiges Material wie etwa Stahl für den Anschlagkörper zu
verwenden und dabei eine ausreichende Verformbarkeit des Anschlagkörpers zu
erreichen, die gewährleistet,
dass dieser auch bei gewissen Abmessungstoleranzen in der Bohrung des
hinteren Lagerschildes festen Halt findet.
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Für eine elastische,
kraftschlüssige
Verankerung des Anschlagkörpers
ist es besonders zweckmäßig, wenn
die Seitenwände
des Topfs oder Bechers zu einem freien Rand hin geringfügig divergent sind.
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Der
Durchmesser der Bohrung sollte in Höhe des Anschlagkörpers wenigstens
gleich dem Durchmesser der Welle sein. Ein kleinerer Durchmesser würde eine
Schulter in der Bohrung erforderlich machen, die die freie Platzierbarkeit
des Anschlagkörpers
entlang der Bohrung einschränken
könnte.
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Für die drehbare
Lagerung des Rotors in dem hinteren Lagerschild kann ein preiswertes
Gleitlager eingesetzt werden.
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Für die Lagerung
im vorderen Lagerschild hingegen ist ein Kugellager bevorzugt, das
in der Lage ist, neben dem Anschlagkörper eine zweite Begrenzung
des axialen Spiels des Rotors zu bilden.
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Um
im Betrieb des Motors einen Kontakt zwischen dem Ende der Welle
und dem Anschlagkörper zu
vermeiden, der zu einer Erwärmung
des Lagers und zu Reibverschleiß führen könnte, ist
vorzugsweise ein Federelement vorgesehen, das die Welle von dem
Anschlagkörper
forttreibt.
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Bei
einer bevorzugten Anwendung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine als
Elektromotor, insbesondere als Asynchronmotor, zum Antreiben einer
Pumpe, kann dieses Federelement durch eine elastische Dichtung der
Pumpe gebildet sein, die, vorzugsweise zwischen einer Pumpkammer
und dem vorderen Lagerschild angeordnet, den Durchtritt von Fluid
aus der Pumpe in die elektrische Maschine verhindert.
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Die
Aufgabe wird ferner gelöst
durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
mit Bezug auf die beigefügten
Figuren. Es zeigen:
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1 einen schematischen Schnitt
durch einen erfindungsgemäßen Elektromotor;
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2 einen Schnitt durch den
Anschlagkörper
des Elektromotors aus 1;
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3 verschiedene Stadien der
Montage des Elektromotors aus 1;
und
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4 einen schematischen Schnitt
durch den Elektromotor, kombiniert mit einer von ihm angetriebenen
Pumpe.
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1 zeigt einen axialen Schnitt
durch den erfindungsgemäßen Elektromotor.
Das Gehäuse
des Elektromotors setzt sich zusammen aus einer vorderen Gehäuseschale 1,
einer hinteren Gehäuseschale 2 und
einem Statorpaket 3. Die zwei aus Kunststoff gespritzten
Gehäuseschalen 1, 2 sind
durch Schrauben 4 zusammengehalten, die sich durch Bohrungen der
hinteren Gehäuseschale 2 und
des Statorpakets 3 erstrecken und in Gewinde an der vorderen
Gehäuseschale 1 eingreifen.
Die Gehäuseschalen 1, 2 bilden
jeweils in ihren zentralen Bereichen einen vorderen bzw. hinteren
Lagerschild 5, 6, der jeweils geformt ist, um
ein Lager 7 bzw. 8 aufzunehmen, in welchem eine
Welle 9 eines Rotors 10 drehbar gelagert ist.
Die Welle 9 erstreckt sich durch den vorderen Lagerschild 5 hindurch
und endet in einem aus dem Gehäuse
vorstehenden Wellenzapfen, an dem eine Last befestigbar ist.
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Das
im vorderen Lagerschild 5 aufgenommene Lager 7 ist
ein Kugellager mit einem inneren Ring, der fest mit der Welle 9 verbunden
ist, und einem äußeren Ring,
der fest mit der vorderen Gehäuseschale 1 verbunden
ist. Im unbelasteten Zustand weist das Kugellager 7 ein
Spiel in axialer Richtung auf, das es der Welle 9 ermöglicht,
sich in axialer Richtung zu verschieben.
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Das
gegenüberliegende
Ende der Welle 9 steht nicht aus dem Gehäuse vor,
sondern endet innerhalb einer zur Welle 9 koaxialen Bohrung 11 mit konstantem
Durchmesser des hinteren Lagerschildes 6. Das Lager 8 des
hinteren Lagerschildes 6 ist ein Gleitlager. Das Gleitlager 8 umfasst
einen in etwa kugelförmigen
Gleitkörper 14 aus
Sinterbronze, in dem eine koaxiale Bohrung gebildet ist, in welche
ein Abschnitt der Welle 9 eingesteckt ist. Der Abschnitt der
Welle 9 erstreckt sich durch die Bohrung des Gleitkörpers 14 hindurch
bis in die Bohrung 11 der hinteren Gehäuseschale 2. Der Gleitkörper 14 ist drehbar,
aber in radialer und axialer Richtung unbeweglich zwischen einer
sich an die Bohrung 11 anschließenden kegelförmigen Innenfläche 15 und
einer sogenannten Klemmbrille 16 gehalten, einem Ring aus
Stahl oder anderem federelastischen Material von flach U-förmigem Querschnitt.
Die Klemmbrille 16 wiederum ist an der freien Kante einer
einteilig mit der hinteren Gehäuseschale 2 ausgebildeten,
ins Innere des Gehäuses
gerichteten zylindrischen Wand 13 festgeklemmt. Die zylindrische
Wand 13, die kegelförmige
Innenfläche 15 und
der Gleitkörper 14 begrenzen
einen ringförmigen,
mit Schmierstoff gefüllten
Hohlraum 17, aus dem Schmierstoff zwischen den Gleitkörper 14 einerseits
und die Innenfläche 15 und
die den Gleitkörper 14 berührende Oberfläche der
Klemmbrille 16 eindringt.
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In
die Bohrung 11 ist ein Anschlagkörper 18 eingepresst
und so axial im Wesentlichen unbeweglich gehalten. Der Anschlagkörper 18 liegt
der Endfläche
der Welle 9 gegenüber
und begrenzt so deren axiale Bewegungsfreiheit.
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2 ist ein vergrößerter Schnitt
durch den Anschlagkörper 18 gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung. Es handelt sich um einen aus einem kreisrunden
Blechzuschnitt tiefgezogenen oder geprägten, topf- oder becherartigen
Körper
mit einer kreisrunden Bodenfläche 26 und
einer diese umgebende, im Wesentlichen zylindrische Seitenwand 27.
Die Seitenwand 27 ist vom Boden 26 zu einem freien Rand 28 hin
geringfügig
divergent, wobei der Durchmesser des Bodens 26 geringfügig kleiner,
der des freien Randes 28 geringfügig größer als der der Bohrung 11 gewählt ist.
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3 zeigt in Stadien A bis
D den Zusammenbau des Motors aus 1.
Das Stadium A zeigt den Rotor 10, über das Kugellager 7 abgestützt auf der
vorderen Gehäuseschale 1. Über diese
Anordnung werden das Statorpaket 3 und die hintere Gehäuseschale 2 gestülpt, wie
in Stadium B gezeigt, und mit den (hier nicht gezeigten) Schrauben 4 zu
einer Baueinheit zusammengefügt.
Die Welle 9 muss hier nicht am inneren Ring des Kugellagers 7 verstemmt
oder in anderer Weise befestigt sein, um die axiale Bewegungsfreiheit
der Welle 9 zu begrenzen, so dass der Rotor 10 aus
der gezeigten Stellung um bis zu ΔI
angehoben werden kann, so dass er in Kontakt mit dem freien Rand
der zylindrischen Wand 13 gerät.
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Die
Gehäuseschalen 1, 2 sind
so konstruiert, dass dieser Abstand ΔI größer ist als das gewünschte axiale
Spiel des fertigen Motors.
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Nach
dem Zusammenfügen
des Gehäuses wird
die Welle 9 an ihrem aus dem Gehäuse vorstehenden Abschnitt
gefasst und um das gewünschte Spiel δI angehoben,
wie im Stadium C gezeigt. Mit dem in dieser Stellung gehaltenen
Rotor wird von außen
her in die Bohrung 11 der hinteren Gehäuseschale 2 der Anschlagkörper 18 so
weit eingepresst, dass er eine ihn zugewandte Endfläche der
Welle 9 berührt.
Da der Durchmesser des freien Randes des Anschlagkörpers größer ist
als der der Bohrung 11, wird dabei die Innenfläche der
Bohrung 11 verformt, und die scharfe Außenkante des Randes 27 gräbt sich
in das Kunststoffmaterial der hinteren Gehäuseschale. Die Außenkante
wirkt so als Widerhaken, der ein Entweichen des Anschlagkörpers 18 aus
der Bohrung 11 verhindert. Wenn die Welle 9 anschließend wieder
freigegeben wird, hat sie, unabhängig von
eventuellen Streuungen der Abmessungen der in dem Motor verbauten
Teile exakt das gewünschte axiale
Spiel δI.
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4 zeigt in einem Schnitt
analog zu dem Schnitt der 1 ein
Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Elektromotors. Er dient
hier zum Antreiben einer Flügelradpumpe,
die z.B. als Laugenpumpe in einer Spül- oder Waschmaschine eingesetzt
werden kann. Das Spiel δI
seiner Welle 9 beträgt
hier 0,2 ± 0,1
mm. Ein Gehäuse
der Flügelradpumpe
setzt sich zusammen aus einer dem Motor zugewandten hinteren Schale 19 und
einer von ihm abgewandten vorderen Schale 20, die zusammen
eine Kammer begrenzen, in der ein an der Welle 9 befestigtes
Flügelrad 21 drehbar
ist. Die Drehung des Flügelrades
saugt Flüssigkeit
durch einen koaxialen Stutzen 22 in die Kammer ein und
stößt sie über einen
radialen Stutzen 23 wieder aus.
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Die
hintere Schale 19 weist eine Bohrung auf, durch die sich
die Welle 9 erstreckt. Um den Durchtritt von gepumpter
Flüssigkeit
durch diese Bohrung zum Motor zu unterbinden, ist an ihr eine Gleitringdichtung 24 angeordnet,
die sich aus einer Mehrzahl von jeweils an der hinteren Schale 19 oder an
der Welle 9 befestigten Ringscheiben zusammensetzt. Die
Ringscheiben und damit die Welle 9 sind durch eine Spiralfeder
in Richtung des Einlassstutzens 22 beaufschlagt, die in
einer flachen Kammer 25 die Welle 9 umgebend untergebracht
ist. Diese Feder übt
gleichzeitig eine Zugkraft auf die Welle 9 aus, die diese
im zusammengebauten Zustand von Pumpe und Motor von dem Anschlagkörper 18 beabstandet
hält und
so verhindert, dass dieser und die Endfläche der Welle 9 aneinander
schleifen. Die von der Feder ausgeübte axiale Kraft wird von dem
Kugellager 7 des Motors aufgefangen. So sorgt die Feder
nicht nur für
eine Abdichtung, sondern gleichzeitig für eine definierte Axialkraft
in dem Kugellager 7, die für einen guten Gleichlauf und
verschleißarmen Betrieb
erforderlich sind.