DE1613357C3

DE1613357C3 - Lagerung für einen Lüfter-Innenläufermotor

Info

Publication number: DE1613357C3
Application number: DE1613357A
Authority: DE
Inventors: Donald S. Elnora N.Y. Wilson
Original assignee: Rotron Manufacturing Co Inc Woodstock Ny Us; Rotron Manufacturing Co Inc
Current assignee: Rotron Manufacturing Co Inc Woodstock Ny Us; Rotron Manufacturing Co Inc
Priority date: 1966-12-07
Filing date: 1967-09-01
Publication date: 1982-12-30
Also published as: DE1613357A1; NL6711310A; DE1613357B2; GB1154812A; US3513339A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lagerung für einen Lüfter-Innenläufermotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Eine solche Lagerung ist durch die US-PS 22 34 571 bekannt.

Bei einem bekannten Innenläufermotor (FR-PS 14 33 722) sitzt auf der aus dem Motorgehäuse herausragenden Achse ein Ventilatorflügelrad, welches becherförmig um den Motor herumgreift und auf der Außenfläche des zylindrischen Becherteils die Ventilatorflügel trägt. Der Motor ist hierbei ein von den übrigen Teilen des Ventilators völlig getrenntes Bauelement.

Bei einem weiterhin bekannten Innenläufermotor (DE-AS 12 07 998) ragt vom Lagerschild her eine Lagerbüchse, in der zwei Kugellager mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind, teilweise in die Ständerwicklung hinein. Die Lagerbüchse endet kurz vor dem Läuferpaket, welches die gleiche Breite wie das Ständerpaket hat und auf das durch die Lagerbüchse in das Innere des Gehäuses hineinragende Ende der Motorwelle aufgesetzt ist. Der Läufer ist auf diese Weise nur einseitig gelagert, so daß Unwuchten des relativ schweren Läuferpaketes das Lager besonders stark beanspruchen. Um solche Lagerbelastungen herabzusetzen, muß man den Abstand zwischen den beiden Kugellagern möglichst groß wählen, so daß trotz des teilweisen Hineinragens des Lagers in die Ständerwicklung die Gesamt-Länge des Motors noch relativ groß bleibt.

Um die axiale Länge des Motors noch weiter zu verkürzen, ist bei einem anderen bekannten Innenläufermotor (DE-PS 8 21 062) die Lagerung der Läuferwelle sogar zum Teil in das Läuferpaket hineingezogen, während schließlich in Weiterentwicklung dieses Gedankens ein Innenläufermotor bekannt geworden ist (US-PS 22 34 571), bei welchem die Lagerung der Läuferwelle über die gesamte Breite des Läuferpaketes in dieses hineinverlegt ist. Auf diese Weise ergibt sich bei kurzer Baulänge des Motors eine große Lagerfläche für die Läuferwelle, jedoch ergeben sich Schwierigkeiten hinsichtlich der Abführung der in der Läuferwicklung erzeugten Wärme, da diese Wärme über die innerhalb des Läuferpaketes befindliche Lagerbüchse abgeführt werden muß und auf diese to Weise das Lager selbst zusätzlich erwärmt. Außerdem sitzt bei diesem für eine senkrechte Montage bestimmten Motor das Lüfterrad oberhalb des Motors auf dem aus dem Motor herausragenden Wellenende, so daß sich auch hier leicht Unwuchtprobleme ergeben können, die zu einer erhöhten Lagerbeanspruchung führen, die mit zunehmender Lagerlänge geringer wird. Diese Probleme treten bei sämtlichen Motoren auf, bei denen der Schwerpunkt der angetriebenen Last, also des Lüfterrades, sich außerhalb des Lagers befindet.

Aus der CH-PS 2 70 659 ist weiterhin ein Außenläufermotor bekannt, bei dem das Läuferpaket nicht nur das Ständerpaket, sondern auch das innerhalb des Ständerpaketes angeordnete Gleitlager für die Läuferwelle ergibt. Wird jedoch auf die über den Motor hinausragende Läuferwelle ein Lüfterrad aufgeschoben, sotreten auch hier die soeben erläuterten Unwuchtprobleme auf. Außerdem steht bei diesem bekannten Motor die Ständerwicklung in unmittelbarem thermischen Kontakt mit dem Lager, so daß statt einer Erleichterung der Abführung der im Lager selbst erzeugten Wärme die im Ständer erzeugte Wärme das Lager zusätzlich aufheizt.

Es ist auch von einem Außenläufermotor her bekannt (DE-GM 18 09 232) zur axialen Festlegung der Läuferwelle und deren Befestigung in der Läufernabe ein Drucklager zu verwenden und die Welle mit ihrem gegenüberliegenden Ende in einem inneren axialen hülsenartigen Vorsprung der Frontwand einer becherförmigen Läufernabe zu befestigen, wobei der Vorsprung ein Gegendrucklager mit der Lagerhülse bildet, jedoch handelt es sich hierbei um einen Außenläufermotor, bei dem die hier interessierenden Verhältnisse eines Innenläufermotors nicht vorliegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Innenläufermotor die axiale Motorlänge ohne Erhöhung der Lagerbelastung zu verkürzen, sondern die Lagerbelastung durch verbesserte Kühlung des Lagers noch zu verringern.

Diese Aufgabe wird durch die Gesamtkombination der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angeführten Merkmale gelöst.

Dabei ist das Teilmerkmal, daß die Läuferwelle an ihrem der zentralen Grundplatte des Ständergehäuses zugewandten Ende mit einem Drucklager an der Lagerhülse abgestützt und mit ihrem gegenüberliegenden Ende in einem inneren axialen hülsenartigen Vorsprung der Frontwand einer becherförmigen Läufernabe befestigt ist, deren hülsenartiger Vorsprung ein Gegendrucklager mit der Lagerhülse bildet, für den Fall eines Außenläufermotors aus dem DE-Gbm 18 09 232 bekannt. Das weitere Merkmal, daß die Läufernabe auf der Außenseite eines das Ständerpaket umfassenden Umfangs teils Schaufeln trägt, ist dagegen aus der FR-PS 14 33 722 bekannt.

Die Verkürzung der Baulänge wird durch die Hineinverlegung der Lagerung in das Innere des Läuferpaketes erreicht, wobei zwischen Lagerhülse und Läuferpaket ein Luftspalt freigelassen ist, der einerseits

einen Wärmeübergang vom Läuferpaket auf die Lagerbüchse weitgehend verhindert, aber andererseits so breit bemessen ist, daß durch ihn eine Wärmeabführung vom Lager möglich ist. Eine Wärmeableitung aus der Lagerhülse erfolgt ferner über ihre auf einen guten Wärmeübergang ausgelegte Passung innerhalb eines ringförmigen Ansatzes im Ständergehäuse. Auf diese Weise wird trotz des getrennten Aufbaus für eine Kühlhaltung des Lagers gesorgt. Weiterhin erstreckt sich die Tragfläche des Lagers fast über die gesamte Länge der Läuferwelle, so daß die Beanspruchung des Lagers kleingehalten werden kann. Eine weitere Maßnahme zur Geringhaltung der Lagerbeanspruchung liegt darin, daß die Kraft des Motors nicht von der Läuferwelle abgenommen wird, sondern von dem Umfangsteil der Läufernabe unmittelbar auf die Ventilatorflügel übertragen wird. Die der Motordrehung entgegenwirkende Gegenkraft greift dabei nicht axial versetzt gegenüber der Wellenlagerung an, sondern etwa in der gleichen Ebene mit dem Lager. Dadurch ergibt sich ein wesentlich günstigerer Belastungsfall für das Lager als bei der Abnahme der Motorkraft an einer Verlängerung der Läuferwelle.

Besondere Bedeutung für die Wärmeableitung kommt auch der Befestigung des Läuferpaketes an der Läufernabe unter zusätzlicher Ausnutzung von deren hülsenartigem Vorsprung zu. Hierbei handelt es sich um eine konstruktiv sehr vorteilhafte Anordnung, welche eine unmittelbare Abführung der im Läuferpaket entwickelten Wärme über die Frontwand der becherförmigen Läufernabe ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Anordnung verwendet ein ortsfestes Lager, in welchem das Schmiermittel nicht durch Zentrifugalkräfte von den Lagerflächen fortgeschleudert werden kann, und einen Läufer mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser und geringer Masse, so daß die auf die Welle wirkenden Kräfte und somit die Lagerbelastung minimal sind. Die Kühlung des Motors wird durch die äußere Anordnung des Ständers und den Abstand zwischen der Läuferbohrung und der rohrförmigen Lagerhaltung erhöht. Die Kühlung kann noch dadurch wesentlich verbessert werden, wenn für die Lagerhalterung und das Ständergehäuse Werkstoffe hoher Wärmeleitfähigkeit verwendet werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Der dargestellte Motor weist ein Ständerteil 10 und ein Läuferteil 12 auf. Das Ständerteil umfaßt ein Gehäuse 14, welches eine flache Grundplatte 14a und eine zylindrische Außenwand 146 aufweist. Das Ständerpaket 16, das aus einer Mehrzahl von allgemein ringförmigen Eisenblechen besteht, ist fest in eine entsprechende ringförmige Ausnehmung in der Innenseite der Außenwand 14£> eingepaßt und mit dieser verbunden. Geeignete Ständerwicklungen 18 sind in der üblichen Weise auf dem Ständerpaket aufgebracht.

In der Mitte der Grundplatte 14a des Gehäuses befindet sich eine kreisförmige Ausnehmung 20, die eine rohrförmige Lagerhülse 22 aufnimmt. Damit die Lagerhülse 22 fest im Gehäuse gehalten wird, weist dieses in Achsrichtung einen ringförmigen Ansatz 24 auf, welcher einen wesentlichen Teil der Lagerhülse 22 umgreift. Die Lagerhülse 22 und die Innenfläche der Ausnehmung 20 können mit sich entsprechenden Vorsprüngen und Nuten versehen sein, damit sich diese Teile nicht axial gegeneinander verschieben können.

Das Gehäuse 14 und die Lagerhülse 22 bestehen vorzugsweise aus einem Werkstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Aluminium, und können durch Preßpassung, Löten od. dgl. miteinander verbunden sein, damit zwischen ihnen ein guter Wärmeübergang gewährleistet ist. Die Lagerhülse kann dem Gehäuse auch angegossen sein.

Innerhalb der Lagerhülse 22 ist ein Lagerkörper 26 montiert, der aus einer Büchse aus gesintertem Metall auf beispielsweise Bronze besteht, die sich über einen

to großen Teil der Länge der Lagerhülse erstreckt. Stattdessen kann der Lagerkörper auch aus zwei oder mehreren Kugellagern oder auch aus einzelnen Abschnitten aus gesintertem Werkstoff bestehen. Das dargestellte gesinterte Gleitlager ist aber für den

r> erfindungsgemäßen Motor besonders gut geeignet, da es billig ist und keine Fluchtungsprobleme aufwirft. Der Lagerkörper 26 wird durch Preßpassung fest in der Lagerhülse 22 gehalten.

Der Läuferteil 12 weist eine becherartig geformte Läufernabe 30 mit einer kreisförmigen Frontwand 30a und einem zylindrischen Umfangsteil 30£> auf. In der Mitte der Frontwand 30a befindet sich ein die Läuferwelle und den Läuferteil tragendes Mittelteil 32. Obwohl beim dargestellten Ausführungsbeispiel dieses Mittelteil und der restliche Teil der Läufernabe 30 getrennte Bauteile sind, könnten sie selbstverständlich auch aus einem Stück bestehen.

An das Mittelteil 32 sind konzentrisch zwei hülsenartige Vorsprünge 34, 36 angeformt, wobei die

'JO axiale Länge des äußeren Vorsprungs 36 etwas geringer ist als diejenige des inneren Vorsprungs 34. Im inneren Vorsprung befindet sich eine axiale Ausnehmung, welche so ausgebildet ist, daß sie fest auf die Läuferwelle 38 paßt. Diese ist vorzugsweise mit einer Einschnürung versehen, in die ein entsprechend geformter innerer Wulst in der Ausnehmung des Vorsprungs 34 paßt, damit eine Axialbewegung der Welle verhindert wird. Das Mittelteil 32 kann aus Metall oder Kunststoff bestehen und um die Läuferwelle 38 herumgegossen sein, die vorzugsweise aus Stahl besteht.

Der äußere Vorsprung 36 ist an seiner Innenwand mit einer Reihe von ringförmigen Stufen versehen, mittels welcher er fest den Läuferteil umfaßt, wie noch erläutert werden wird.

Wie in der Zeichnung zu sehen ist, erstreckt sich der innere Vorsprung 34 in Achsrichtung relativ weit von der Frontwand der Läufernabe fort, so daß die Läuferwelle 38 freitragend, jedoch über einen wesentlichen Teil ihrer Länge fest gehalten ist.

Der Läuferteil weist das übliche Läuferpaket 40 auf, durch welches sich Läuferleiter oder -stangen erstrekken, welche zusammen mit den Endringen 42, 44 aus Aluminium oder einem anderen Metall gegossen sein können. In den Endring 42 sind mehrere ringförmige Stufen eingeformt, welche genau den Innenflächen des Vorsprungs 36 entsprechen, mit denen sie im Eingriff stehen. Wenn der Motor zusammengebaut ist, sitzt also die Läuferwelle 38 fest im Vorsprung 34, während das Läuferpaket 40 mit den Endringen 42, 44 konzentrisch hierzu fest zwischen dem inneren Vorsprung 34 und dem äußeren Vorsprung 36 gehalten wird.

Sind die Ständer- und Läuferteile zusammengebaut, so durchsetzt die Läuferwelle 38 die Bohrung des Lagerkörpers 26. Damit die Läufer- und Ständerteile zusammengehalten werden, befindet sich im freien Ende der Läuferwelle eine Nut, in die ein Halteglied, wie z. B. ein Sprengring 46, eingreift. Zwischen dem Ende des inneren Vorsprungs 34 und dem benachbarten Ende des

Lagerkörpers 26 befinden sich Druckscheiben 48. Ein ähnliches Paar von Druckscheiben 50 sitzt zwischen dem anderen Ende des Lagers und dem Sprengring 46.

Zwischen dem freien Ende der Lagerhülse 22 und einer gegenüberstehenden Schulter des Vorsprungs 34 ist vorzugsweise ein Dichtungsring 52 vorgesehen, welcher das Austreten von Schmiermittel aus dem Lagerbereich in das Innere des Motors weitgehend verhindert.

Die mittlere Öffnung im Gehäuse 14 ist gegen Schmutz und Staub mittels eines Gummistöpsels 53 abgedichtet, der an einem starren Ring 54 befestigt ist, welcher im offenen Ende der Lagerhülse 22 einrasten kann oder fest in diese eingeschraubt wird. Die Lagerflächen sind somit vollständig abgedichtet, so daß ein Austreten von Schmiermittel und ein Eindringen von unerwünschten Fremdkörpern verhindert wird.

Konzentrisch zum Gehäuse 14 kann ein Leitring (Venturiring) 60 vorgesehen sein, welcher von mehreren radialen Speichen oder Armen 62 gehalten wird. An dem zylindrischen Umfangsteil 30b der Läufernabe 30 können die Schaufeln 64 befestigt oder angegossen sein.

Wenn man die Ständerwicklung 18 an eine elektrische Spannung anlegt, setzt sich der Läufer mit den Schaufeln in Bewegung. Die Läuferwelle 38 dreht sich in dem ortsfesten Lagerkörper 26, so daß das Schmiermittel des Lagers keinen Zentrifugalkräften ausgesetzt ist.

Das Läuferpaket 40 und die Endringe 42,44 drehen sich mit der Läuferwelle im Inneren des Ständerpaketes 16 um die Lagerhülse 22 des Lagerkörpers 26 herum.

Gegen die vom Läufer erzeugte Wärme ist das Lager durch den Spalt zwischen dem Läuferpaket und der Lagerhülse 22 geschützt. Von der Lagerhülse, die aus einem Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit besteht, wird die Wärme schnell auf das Gehäuse 14 übertragen, das in den von den Schaufeln 64 erzeugten Hauptluftstrom ragt und somit die Wärme abführt.

Die thermischen Eigenschaften des Motors werden dadurch weiter verbessert, daß das Ständerpaket und die Wicklungen, die wesentlich zur Wärmeentwicklung beitragen (insbesondere, wenn es sich um einen Motor mit ausgeprägten Polen handelt), an der Motorperipherie angeordnet sind, von wo die Wärme leichter abgeführt werden kann.

Durch die Verwendung der rohrförmigen Lagerhülse 22 läßt sich das Gleitlager sehr genau herstellen und gibt einen sehr guten mechanischen Halt für den Läufer. Man kann die Motorteile so auslegen, daß der Schwerpunkt etwa am Ende des Lagers in der Nähe des Vorsprungs 34 liegt, so daß das auf die Läuferwelle 38 wirkende Biegemoment minimal wird. Der Durchmesser der Welle kann infolgedessen relativ klein gewählt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Lagerung für einen Lüfter-Innenläufermotor mit einem becherförmigen Ständergehäuse, an dessen Umfangsteil das Ständerpaket mit der Ständerwicklung befestigt ist und von dessen zentralem Teil eine Lagerhülse nach innen ragt, ferner mit einem Läufer, dessen Welle innerhalb der Lagerhülse über die gesamte Breite des Läuferpaketes gelagert ist und dessen innerhalb des Ständerpaketes umlaufendes Läuferpaket die Lagerhülse über deren gesamte Länge mit Abstand umgibt, gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale:
Die Läuferwelle (38) ist an ihrem der zentralen Grundplatte (i4a) des Ständergehäuses (14) zugewandten Ende mit einem Drucklager (Stirnfläche des Lagerkörpers 26, Sprengring 46, Druckscheibe 50) an der Lagerhülse (22) abgestützt und mit ihrem gegenüberliegenden Ende in einem inneren axialen hülsenartigen Vorsprung (34) der Frontwand (30a) einer becherförmigen Läufernabe (30) befestigt, deren hülsenartiger Vorsprung (34) ein Gegendrucklager mit der Lagerhülse (22) bildet;
der hülsenartige Vorsprung (34) bildet zusammen mit einem weiteren, äußeren axialen hülsenartigen Vorsprung (36) der Läufernabe (30) Innenflächen zur Halterung des Läuferpaketes (40);
die Läufernabe (30) trägt auf der Außenseite eines das Ständerpaket (16) umfassenden Umfangsteils (30b) Schaufeln (64).