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Halterung und Lagerung von Innen- oder Außenläufermotoren, vorzugsweise
mit Drehschwingabstützung Bei ganz kleinen Motoren hat man die Läuferwelle mit den
Zapfenenden in einseitig durch eine Längslagerfläche geschlossenen Lagerbüchsen
gelagert. Die Abtriebslastkräfte greifen dabei zwischen den Lagern an der Welle
an. Die gesamte Belastung der Lager ist hierbei ebenso groß wie die Lastkräfte durch
das Antriebsmittel und das Läufergewicht. Nachteilig ist aber bei dieser Anordnung,
daß die weit auseinanderliegenden Lager eine sehr lange Welle bedingen. Unsymmetrisch
wirkende inagnetische Kräfte im Luftspalt biegen sich daher stärker durch. Diese
Motoren werden durch die Nutenfrequenzen im Laufe näher der Resonanz stärker erregt
und sind daher lauter.
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Die allgemein gebräuchlichen Elektromotoren haben dagegen kurzen Lagerabstand
und frei herausragende Wellenenden, auf die beliebige Abtriebsmittel aufgesetzt
werden können. Diese Anordnung hat aber den anderen Nachteil, daß die Abtriebslastkraft
die Lagerdrücke der Welle hebelartig wesentlich vergrößert. Haben die Lager z. B.
doppelten Ab-
stand wie die Riemenebene vom nächsten Lager, so ist die gesamte
Lagerbelastung schon zweimal so hoch als die auf das freie Wellenende wirkende Abtriebskraft.
Diese ist aber bei Reib- oder Riementrieben schon gewöhnlich etwa dreimal so groß
als die übertragene Drehkraft. Die gesamte Lagerbelastung beträgt daher ein Vielfaches
der wirksamen Antriebsdrehkraft. Dieselbe wächst aber bei höheren Untersetzungen
umgekehrt zum kleiner werdenden Kraft-arm.
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Kleine Elektromotoren lassen daher die Lagerbelastung durch die Antriebskraft
als Drehzahlabfall sehr merklich spüren. Die Lagerreibung ist ein beachtlicher Anteil
der gesamten erzeugten mechanischen Leistung. Die Laufgeschwindigkeit der Welle
darf nur klein sein, weil der Durchmesser mit Hinsicht auf den unbedingt sicheren
Anzug beschränkt werden muß. Bei den meistgebrauchten Wechselstrommotoren ist das
Anzugsmoment außerdem meist viel schwächer als deren Kippmoment. Bei Kleinmotoren
wird daher eine hydrodynamische Ab-
hebung der Gleitflächen in der Regel nicht
erzielt. Die verschleißarmen Sinterlager lassen infolge der porösen Lagerfläche
auch keinen hydrodynamisch tragenden Schmierfilm entstehen. Die Lager laufen aber
praktisch verschleißfrei, weil schon bei der geringsten Bewegung durch die Poren
sofort Öl an die gleitenden Flächen abgegeben wird. Der Reibwert der Sinterlager
ist daher auch im Laufe relativ hoch. Diese Gründe kennzeichnen den beträchtlichen
Reibungsanteil an der Leistung von Kleinstmotoren. Die Erfindung bezweckt eine grundlegende
Verbesserung der Lager- und Reibungsverhältnisse kleiner und kleinster Elektromotoren,
insbesondere mit Sintergleitlagern.
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Es wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß eine wesentliche Verbesserung
geräuschariner Elektromotoren erzielt werden kann, wenn die Abtriebskräfte unabhängig
von der Abstützung der magnetischen Kräfte zwischen Rotor und Stator aufgenommen
werden. Dabei sollte die erhöhte Lagerreibung infolge der Vervielfachung der Belastung
durch die Hebelwirkung vermindert werden. Es sollte ferner für die Längslagerung
bei solchen Motoren auch in senkrechter Lage im Dauerbetrieb eine wesentliche zusätzliche
Reibung vermieden werden.
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Erfindungsgemäß wird das in bekannter Weise die umlaufende Läuferwelle
in den Lagern abstützende Motorlagergehäuse an einem Ende, vorzugsweise über ein
Drehschwingelement, von einem festen Fußteil getragen und das diesem gegenüberliegende
Abtriebsende der Welle von einem weiteren selbsteinstellenden Lager neben dem Abtriebselement
abgestützt. Dabei wird das Stützlager zweckmäßig vom anzutreibenden Gerät getragen.
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Diese Lageranordnungen sind sowohl für Motoren mit Innen- als auch
Außenläufern vorteilhaft geeignet.
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Bei sehr kleinen Elektromotoren, besonders solchen mit Außenläufern,
deren innenliegende Statoren ein geringes Trägheitsmoment haben, ist die übliche
Drehschwingabstützung auf zwei Gummischwingelementen ungünstig. Man kann dieselben
nur schwer so weit nachgiebig elastisch ausbilden, ohne die Abstützhalterung unsicher
zu machen, wenn eine zur hinreichenden Entkopplung weit unter der Anregungsfrequenz,
meist zweifache Netzfrequenz, liegende tiefe Resonanzfrequenz erzielt werden soll.
Durch die Verwendung nur eines drehkraftübertragenden
Drehschwingelementes
wird die Resonanzfrequenz des Systems durch Halbierung der Federkonstanten auf etwa
70 % derjenigen bei zwei Elementen herabgesetzt. Das zusätzliche Stützlager
kann infolge der Gleitung der Flächen keine Drehschwingungen übertragen. Mit dem
zusätzlichen Lager zur Abstützung der Abtriebskräfte ist daher die Auskopplung der
Drehschwingübertragung wesentlich verbessert. Eine radialelastische Lagerunterstützung
kann jedoch vorgesehen sein, um bei etwaigem exzentrischem Luftspalt des Motors
od. dgl. radialen Körperschall abzuschirmen.
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Die Abtriebsreaktionskräfte erzeugen in dem Wellenteil im Motorlagergehäuse
keine nennenswerte Durchbiegung. Der Rotor läuft daher, ungestört von den Lastkräften,
konzentrisch im gleichbleibenden Luftspalt denkbar ruhig.
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Die Abtriebsgegenkräfte werden zum größten Teil von dem zusätzlichen
Lager aufgenommen. Man kann daher bei dieser Drehschwing-Lageranordnung die Welle
relativ dünner ausführen, weil sie im Betriebe viel weniger beansprucht wird. Dies
verstärkt das verfügbare mäßige Anzugsmoment von derart gelagerten Wechselstrommotoren.
Die dünnere Welle verursacht weniger Ruhereibung.
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Man erhält dann auch bei einer hohen Abtriebsuntersetzung keine übermäßige
Lagerreibung. Die dünnere Welle kann daher ohne weiteres als durchgehend gleich
starker Zylinder ausgebildet werden. Solche Wellen sind im Wege der Massenfabrikation
von Wälzlagernadeln genau und preiswert mit hoher Festigkeit und Lebensdauer herstellbar.
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Zur reibungsarmen, spiel- und klopffreien Führung wird in Ergänzung
der Erfindung noch empfohlen, die Längslagerung an einer Einstichflanke und einer
Stirnfläche der Welle oder an deren beiden Stirnflächen vorzunehmen.
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Die Welle sei mit einem Einstich mit glatter Seitenflanke versehen,
welche gegen eine geteilte oder geschlitzte Längslagerscheibe anläuft. Diese wird
mit dem Lagerdeckel am Lagergehäuse befestigt, wobei die Wellenstirnkuppe an eine
Drucklagerscheibe im Lagerdeckel anläuft.
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Das Längslager kann auch von einem gummielastischen Ring gebildet
werden, der vom Lagerdeckel mit einem Kegelring, in die polierte Wellennut mit eingreifend,
gehalten wird.
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Das Stützlager am Abtriebswellenende teilt den Abtriebslastdruck umgekehrt
verhältig zu den Ab-
ständen der äußeren Lager auf. Die bisherige zweiseitige
Hebelwirkung der üblichen Wellenanordnung und Verstärkung der Belastung der Motorlager
ist damit beseitigt. Das Stützlager trägt den Hauptteil der Abtriebskraft und einen
Teil des Motorgewichtes, um welchen die Motorlager entlastet werden. Das äußere
Motorlager wird zweckmäßig nahe der Mittelebene des Drehschwingelementes angeordnet.
Die auf einer Seite geschlossene Motorlagerung und das geschlossene Abtriebslager
mit Mittenanlauf der Wellenstirnflächen geben geringste Reibung auch bei senkrechter
Lauflage.
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Es sei ferner vorgeschlagen, das Stützlager bzw. sein Gehäuse unmittelbar
in dem vom Motor angetriebenen Gerät anzuordnen. Dieses Lager kann in seiner Mitte
schwenkbar aufliegen oder von Hohlkugelflächen lose getragen sein. Weil die Abtriebslastkraft
immer nur nach einer Seite wirkt, kann die Halterung des Abtriebsstützlagers mit
grobem Spiel erfolgen. Die magnetischen Kräfte wirken nur auf die Motorlager.
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Das Abtriebsstützlat-,er, welches keine Drehschwingungen überträgt,
kann radial auch ganz unnachgiebig angeordnet sein. Dies ist ein besonderer Vorteil
für Reibantriebe für Schallplatten- und Tonbandgeräteantriebe, bei welchen nachgiebige
Wellen wegen Tonstörungen nicht brauchbar sind.
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Die Zeichnung zeigt beispielsweise einige Ausführungen der Motorlagerung
nach dem Erfindungsgedanken, und zwar in F i g. 1 einen Außenläufermotor
mit zusätzlichem Abtriebsstützlager am Wellenende und neben dem Motorgehäuse angeordneter
Riemenscheibe, F i g. 2 einen Innenläufermotor mit von einem zusätzlichen
Stützlager g ,etragenem Abtriebswellenende, F i g. 3 einen Außenläufermotor
mit Abtriebsstützlager neben dem Motorgehäuse und frei zugänglicher Riemenscheibe,
F i g. 4 einen Außenläufermotor beispielsweise mit einer auf seiner Welle
angeordneten Pumpe, deren Gehäuse gleichzeitig das zusätzliche Stützlager aufnimmt,
F i g. 5 und 6 bei einem Tonbandantrieb, bei dem der Motor mit einer
oben durch das Abtriebsstützlager zusätzlich abgestützten Welle von einer Abschirmblechschale
an der Geräteplatte gehalten ist, F i g. 7 als Außenläufermotor mit beiderseitigen
Doppellüfterrädern, F i g. 8 ein Stützlager mit Halslängslager für beide
Richtungen an einem Wellenende, F i g. 9 eine Motor- und Stützlagerung mit
einseitigen Längslagern an beiden Wellenenden.
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In F i g. 1 ist der glockenförmige Außenläufer 1
mit
der Welle 2 in dem Lagerrohr 3 mit den Lagern 4, 5 als Motor teilgelagert.
Die Welle 2 ist außerdem im Lager 6, welches sich durch eine schmale Auflage
in seiner Mittelebene allseitig einstellen kann, getragen. Zwischen dem Lager
6 und dem Motorgehäuse 1. ist das Abtriebselement 7, beispielsweise
eine mit Vorspannung versehene Riemenscheibe, welche durch eine Fliehkraftkupplung
mit dem Motorgehäuse gekuppelt werden kann, angeordnet. Die Riemenkräfte der Scheibe
7 werden dann hauptsächlich vom Lager 6 und daneben auch vom Lager
5
aufgenommen. Der Gehäuseflansch 15 mit dem Lagerrohr 3 ist
von dem gummielastischen Schwingelement 8 umgeben und wird außen von dem
Haltebock 9 getragen. Das Lager 6 befindet sich in einer starren Hülse
10, welche ihrerseits mit einem Gummielement 11 von dem Bock 12 getragen
ist. Die Teile 9 und 12 können ein gemeinsames Fußteil 13
bilden. Das
Lagerrohr 3 trägt noch den Stator 14, welcher am Flansch 15 über Zuleitungen
16 mit dem Netz verbunden ist.
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In F i g. 2 ist das Gehäuse 21 eines Innenläufermotors wie
in F i g. 1 links in dem Haltebock 9
durch ein gummielastisches Schwingelement
8 über dem Motorlagergehäuse im Bereich des Lagers 5
getragen, während
das andere Lager 4 im Lagerschild 22 angeordnet ist. Die Riemenscheibe
7 ist auf der Welle 2 befestigt. Das Ende der Welle 2 ist nach der Riemenscheibe
7 im Lager 6 getragen.
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Die übrigen Ziffern stellen Teile gemäß Fig. 1
dar.
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Die Welle2 ist in Fig. 3 durch das zusätzliche Stützlager6
neben dem Außenläufergehäusel getragen, so daß die Riernenscheibe 7 fliegend
angeordriet
und leicht austauschbar ist. Die Welle 2 ist links
neben dem Lager 5 in einem besonderen Längslager axial geführt. Die Welle
ist zu diesem Zweck mit einem breiten Einstich mit einer ebenen Flanke
17
versehen, welche gegen eine geteilte oder geschlitzte Scheibe
18 anläuft. Die Kuppe 19 der Welle 2 läuft gegen eine Scheibe
25 in der Schraubkappe 26. Die Schraubkappe 26 ist in ein Gewindeteil
eingeschraubt, welches auf dem Lagerrohr 3 und in dem Flansch 15
befestigt
ist.
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Die Teile 9 und 12 sind Teile einer Warmenschale
28, welche den Motor auch gänzlich einschließen kann, beispielsweise zum
Schutz gegen Radierstaub oder als Hilfsgehäuse für die Durchführung eines Luftstromes,
wozu man dann schräge Rippen 29 auf dem umlaufenden Motorgehäuse
1 anbringen wird. Die Schale kann gleichzeitig als magnetische Abschirmung
dienen. Die übrigen Ziffern entsprechen den Teilen der F i g. 1.
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In F i g. 4 ist der Außenläufermotor 1 mit der Welle
2 in den Lagern 4 und 5 des Statorlagerrohres 3 gelagert. Das freie
Wellenende 2 ist neben seinem Abtriebselement, beispielsweise in der Zahnradpumpe
31, zusätzlich gelagert. Das Schwingelement 8 über dem Gehäuseflansch
im Bereich des Lagers 5 läßt dabei durch weitere Schwingelemente
8 a, 8 b die Welle zwangfrei laufen. Der Tragbügelfuß
9, 13', 13 a verbindet die Gummielemente miteinander für die gemeinsame Befestigung.
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Auf diese Weise erhält man auch eine einfache Antriebseinheit, ohne
Zuhilfenahme von besonderen Wellenkupplungen.
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In den F i g. 5 und 6 ist der Außenläufermotor
1
mit der Welle 2 neben dem als Reibrad dienenden Wellenende 7 in einem
besonderen Lager 6 abgestützt. Der Druck auf die Motorwelle 2 wird dann vom
Lager 6 aufgenommen.
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In F i g. 7 ist der Außenläufennotor 1 auf der Welle
2 angeordnet, wobei das Drehschwingelement 8
den Flansch 15 mit der
Motorlagerung 3, 4, 5 trägt. Das aus dem Motorgehäuse 1 herausragende
rechte Ende der Welle 2 trägt außen beispielsweise ein Doppellüfterrad
50. Das linksseitige Wellenende trägt ein entsprechendes Lüfterrad
50 a.
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Die Luftführungsgehäuse sind nicht dargestellt. Derartige Doppellüfter
sind beispielsweise für geräuschlose Klimaanlagen in beschriebener Weise mit Außenläufermotoren
antreibbar.
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Das Lager 6 kann auch aus Kugellagern, mit Selbsteinstellung
durch eine äußere kugelige Laufbahn, ausgebildet sein, wie es als Pendellager bekannt
ist.
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In F i g. 8 ist eine Ausbildung des Lagers 6 als sogenanntes
Kalottenlager in einem festen Ring 55
zu sehen, welcher mit zwei aufgedrückten
Schalen 56,
57 abgeschlossen ist. Die Schalen 56, 57 lassen
einen Abstand für die Aufnahme des Ringes 55 im Lagerbock 12. Die Kuppe
19 der Welle 2 läuft wieder gegen ein Lagerscheibehen 20 an.
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F i g. 9 zeigt noch eine Lageranordnung ähnlich F i
g. 1, wobei das Lager 6 mit einer Kapsel 60 in einer vorbereiteten
Bohrung 61 eines anzutreibenden Gerätes eingesteckt ist und mit einer Feder
62 gegen die Kuppe 19 der Welle 2 gedrückt wird. Diese Lageranordnung
mit praktisch punktförmiger Berührung in der Wellenmitte zeichnet sich durch
voll-
ständig geräuschlosen Lauf aus, weil das Lager 6
durch die Feder
62 völlig spielfrei gehalten ist, ohne daß wesentliche Reibung verursacht
wird. Gleichzeitig ist die Lagergeschwindigkeit an dieser Stelle sehr klein, so
daß keine Reibgeräusche der Berührungsfläche erzeugt werden. Die Kapsel
60 hat in der Mittelebene des Lagers 6 eine schmale Berührungsfläche
mit der Bohrung 61 des Gerätes.
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Das Lager 6 kann ferner in 61 ein beträchtliches Spiel
haben, weil die Abtriebskraft der Riemenscheibe 7 immer nur nach einer Seite
wirkt und das Lager 6 keine Beziehung zur Abstützung von Stator und Rotor
zueinander hat. Das Lager 6 stellt sieh daher immer völlig zwangfrei ein,
im Gegensatz zu den üblichen Kalottenlagern, welche durch Transportstöße etwas aus
ihrer freien Justierlage kommen können und dann zusätzliche Reibung durch Eckung
verursachen.
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Zum Einbau des Motors in das Gerät wird das Wellenende mit dem Lager6
in die Bohrung des Gerätes eingesteckt und der Motor mit dem Drehschwingelement
befestigt. Gegebenenfalls wird man Hilfsanschläge zur Aufnahme übermäßiger Transportstoßkräfte
vorsehen.
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Durch die beschriebenen Lageranordnungen wird bei kleinen Elektromotoren
mit Drehschwinghalterung gute Geräuschentkopplung und Verminderung der Reibungsarbeit
bei einfachem Aufbau erzielt.