DE2044858A1

DE2044858A1 - Elektromotor mit einem Radial lager

Info

Publication number: DE2044858A1
Application number: DE19702044858
Authority: DE
Inventors: John C Woodstock Desy Jacques J Bearsville NY Larson (V St A )
Original assignee: Rotron Inc
Current assignee: Rotron Inc
Priority date: 1969-09-11
Filing date: 1970-09-10
Publication date: 1971-03-18
Also published as: GB1322601A; JPS55980B1; US3604962A; FR2061124A5

Description

8342-69/H

20 420

U.S.Serial Ho. 857t128

Vom ti.9.1969

BOTBON INCOEPOHATED, Woodstook, New York 12498,USA

Elektromotor mit einem Radiallager.

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Radiallager für den Läufer, das eine fest den Ständer tragende Buchse und einen drehbar in der Buchse gelagerten, fest mit dem koaxial sum Ständer in radialem Abstand von diesem angeordneten Läufer verbundenen Wellensapfen enthält·

Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, wie z.B. einen Lüfter mit einem Motor, der in einem Gehäuse der Vorrichtung angeordnet ist und bis an dessen eines Ende vorragt, mit einer Haltereinrichtung zum Begrenzen der Axialbewegung dea Motor».

Bei kleinen Elektromotoren treten vielfältige spezielle Probleme auf, besonders bei der Konstruktion der Lageranordnung, was mit deren Größe zusammenhängt. Wegen der geringelt Abmessungen des JlQtore ist beispielsweise das Sehublager relativ nahe beim iadiallsger angeordnet, und Vereohleifisbrieb von ersterem fliegt in Richtung bus

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letzteren.» Wenn dieser Abrieb im oder am Radiallager hängenbleibt, wird die Leistung beeinträchtigt und der Motor muß zerlegt und gereinigt oder ersetzt werden. Besondere Probleme treten auf, wenn die Radiallageranordnung ihrer Art nach ihren eigenen Schmierfilm aus Luft oder einem ander-en Gas erzeugt, weil der Abrieb zur Folge haben kann, daß die beabsichtigte Belastung nicht mehr möglich ist, oder daß der Motor falsch arbeitet oder ganz versagt. Andererseits ist es ungünstig, die Lager zu reinigen oder zu ersetzen, da dies die Wartungskosten des Motors ernoht.

Schublager können an beiden Enden des Motors verwendet werden, um eine Bewegung des Läufers in beiden Axialrichtun^n zu verhindern, doch werden dadurch wegen der engen Toleranzen, die eingehalten werden müssen, allgemein die Herstellungskosten des Motors erhöht. In gewissen AnwendungsfflLlen, nämlich gewöhnlich dann, wenn der Schub nur in eine Richtung gerichtet ist, ist es üblich, das andere Ende des den Läufer tragenden Gliedes mit Abstandscheiben zu versehen, um ein Axialspiel zu verhindern· Durch solche Abstandscheiben werden die Kosten aber nicht wesentlich herabgesetzt, weil die Motoren klein sind und beim Zusammenbau große Sorgfalt erforderlich ist.

Obwohl diese Schwierigkeiten ganz allgemein bei allen kleinen Motoren auftreten, aind sie besonders schwerwiegend bei der Konstruktion kleiner Lüfter, bei denen gewöhnlich eine Luft- oder Gasströmung erzeugt wird, welche in verstärktem Haue den Versahlileßabrieb in Richtung zum Radiallager versprüht, und bei denen der Schub in eine Rieh·

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tung wirkt· Lüfter dieser Art werden verwendet zum Abblasen von Heißluft oder anderer Gase aus elektronischen Anlagen und zur Punktkühlung in Flugzeuganlagen· Bei diesem Anwendungsfall bestehen zusätzliche Probleme dadurch ^ daß der Lüfter nicht nur wirtschaftlich sein soll, sondern auch kompakt und relativ leicht sein muß·

Die Erfindung bezweckt daher, eine Schublageranordnung

für klein· Motoren anzugeben, die keinen Abrieb in den

Bereich des Radiallagere versprüht, so daß die mit dem Abrieb verbundenen Probleme vermieden werden. ^s

Ferner bezweckt die Erfindung, durch Schaffung eines justierbaren Haltegliedes für das eine Ende des Läufers das allgemein bei der Herstellung kleiner Motoren bestehende Erfordernis enger !Poleranzen und eines sorgfältigen Zusammenbaus zu vermeiden, um so die Kosten solcher Motoren herabzusetzen·

Insbesondere schafft die Erfindung einen Lüfter mit gedrängter Bauweise und geringem Gewicht, der eine Schublager- λ anordnung besitzt« die keinen Verechleißabrieb versprüht und ein justierbar·« Halteglied für den Läufer aufweist.

Im wesentlichen enthält ein Motor gemäß der Erfindung •inen Läufer und einen/Ständer, der von ihm durch ein· zwischen ihnen aageordneteRadiallageranordnung unter EinhaltuAg β1η·βι Abstand·· getrennt let. Diese Radiallageranordnung enthält ein· Lagerbuchse, die einen drehbaren Zapfen aufnimmt· Di· «in· Sndflach· d«e Zapfens bildet •ine Schub* oder Druckfläche, welch· mit «inem Schublager-

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glied zusammenwirkt, um die Axialkräfte aufzunehmen·

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Druckfläche leicht konvex, und das Schublager ist ein flaches Saphirglied. Bei einem ähnlichen ^sführungsbeispiel ist das Schublager ein flaches Kunststoffglied.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Druckfläche flach, während das Schublager eine Saphirkugel ist. Bei wieder einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Druckfläche leicht konkav und bildet einen Sitz für eine Saphirkugel.

Am anderen Ende des Motors kann eine Schublageranordnung vorgesehen sein, wie sie oben beschrieben wurde. Wenn aber die Schubkräfte im wesentlichen in nur eine Richtung wirken, enthält eine bevorzugte Anordnung einen verschmibbaren und dadurch justierbaren Stöpsel mit einer elastischen Oberfläche, die mit der anderen Endfläche des Zapfens zusammenwirkt.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung nun näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Lüfters gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittansicht einer speziellen Lageranordnung für den Lüfter nach Fig» 1;

Fig. 3 eine andere Lageranordnung, die ebenfalls für den

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Lüfter verwendet werden kann; und

Flg. 4 eine weitere Ausführungsform einer Lageranordnung für den Lüfter nach Figo 1·

In Fig· 1 ist eine dreistückige Motoranordnung dargestellt, die einen Läufer 10 mit einer Magnetisierungsbüchse oder einem Blechpaket 12, einen Ständer 14 mit Bienen 15 und ein Gehäuse 16 umfaßt· Der Läufer umgibt derart den Ständer 14, , ([ daß die Bleche 15 einen radialen Abstand vom Blechpaket aufweisen, so daß ein Elektromotor gebildet ist· Für den relativ zum Ständer rotierenden Läufer ist eine Radiallager anordnung 18 vorgesehen·

Die Radiallageranordnung 18 umfaßt einen Einsteck- oder Wellenzapfen 20 und eine Buchse 22, welche fest den Ständer 14 trägt und drehbar den Zapfen aufnimmt· Die Buchse 22 wird ihrerseits vom Gehäuse 16 getragen, wie noch genauer beschrieben werden wird. Das eine Ende 21 des Zapfens 20 ragt über das eine Ende der Buchse 22 hinaus und ist fest am Läufer 10 angebracht und bildet für diesen einen Lager- * zapfen. Das andere Ende 23 des Zapfens 20 befindet eich innerhalb der Buchse 22 in einem gewiesen Abstand von deren anderem Ende· Vorzugsweise bestehen der Zapfen und die Buchse aus einem keramischen Werkstoff, wie ee in der USA-Patentschrift 3 284 144 beschrieben ist. Lager dieser Art sind allgemein bekannt ale pneumodynamisch Lager, weil bei einer Relativdrehung eine schmierende Schicht aus Luft oder einem anderen Gas erzeugt wird· Selbstverständlich könnte auch ein anderes geeignetes Material verwendet werden·

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An beiden Enden 21 und 23 besitzt der Zapfen 20 konische Teile mit Endflächen 24 bzw. 26. Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Endfläche 26 konvex und bildet eine sphärische Druckfläche, die mit einem Schublager 28 zusammenwirkt, um eine Axialbewegung des Läufers 10 zu verhindern. Das Schublager 28 wird von einer Hülse 29 getragen, die in einer geeigneten Weise in der Buchse 22 angeordnet ist. Ein elastischer O-Ring 27 kann in einer Ringnut in der Hülse 29 angeordnet sein, so daß zwischen der Buchse 2? und der Hülse 29 eine Dichtung für ein Strömungsmedium besteht. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfaßt das Schublager 28 ein scheüenartiges Glied mit einer flachen Oberfläche 30, die derart mit der konvexen Druckfläche 26 zusammenwirkt, daß sie sich nur auf einer kleinen Fläche berühren.

Das Schublager 28 kann einen Edelstein, wie z.B. einen Saphir, aufweisen oder stattdessen aus einem harten, zähen_t Kunststoff oder Kunstharz bestehen, der allmählich auf kaltem Wege in eine Form mit einer leichten Eindrückung fließt, welche komplementär zur Druckfläche 26 ist. Bei Verwendung von Kunststoff sind zwar die Herstellungskosten geringer, doch ist wegen der sich bildenden Eindrückung die Lebensdauer des Schublagers wesentlich kürzer als bei Verwendung eines Saphirs. Eine verwendete Kunststoff-Schublageranordnung stellt auch eine Zentrierungseinrichtung dar, wenn sie axial beiastet wird.

Eine andere Ausführungsform einer Schublageranordnung gemäß der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt, in welcher

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der Fig· 2 entsprechende Teile mit entsprechenden Bezugszahlen, jedoch mit dem Zusatz "A" versehen sind. Der Zapfen 2OA besitzt eine abgeflachte Endfläche 26A, die als Druckfläche mit einer sphärischen Kugel 28A zusammenwirkt, um eine Axialbewegung des Motors zu verhindern. Abgesehen von einem Sitz zur Aufnahme der Kugel ist die Hülse 29A ähnlich der" Hülse 29. Auch in diesem Fall besteht zwischen dem Schublager und der Druckfläche eine kleine Berührungsfläche. Die Kugel kann zwar aus jedem %

geeigneten Material hergestellt werden, doch ist sie vorzugsweise ein Saphir·

In Fig. 4 ist noch eine weitere Ausführungsform einer Schublageranordnung gemäß der Erfindung dargestellt, wobei entsprechende Bezugszahlen mit dem Zusatz "B" versehen sind« Der Zapfen 2OB ist mit einer konkaven Fläche 26B versehen, die eine sphärische Schubkugel 28B aufnimmt, um den Läufer an einer Axialbewegung zu hindern. Auch hier ist die Kugel 28B vorzugsweise ein Saphir und sitzt in einer Hülse 29B mit einer Oberfläche, die so ausgebildet ist, daß sie ihre Kontur aufnimmt· Die konkave Fläche * g 26B ist zwar eng an den Radius des Schublagers 28B angepaßt, aber sie ist etwas größer als dieser (bzw. ihr Krümmungsradius ist etwas größer)·

Bs versteht sich, daß ein O-Ring 27, wie er in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, auch bei den Ausführungebeispielen nach Fig. 3 und 4- vorgesehen sein kann.

Durch die Verwendung eines Schublagere, wie es oben beschrieben wurde, wird verhindert, daß Abrieb in Richtung

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des Radiallagers gesprüht wird, und es ergibt sich ein besseres Betriebsverhalten. Obwohl die theoretische Grundlage für das verbesserte Betriebsverhalten noch nicht genau geklärt ist, seien verschiedene Erklärungen angeführt. Erstens besteht kein durchgehender Hohlraum im Druckflächenbereich, so daß keine Luft zugelassen wird, die den Abrieb zersprühen könnte. Zweitens besteht wegen des konischen Endteils des Zapfens 20 ein relativ großer Abstand zwischen dem Schublager und dem Arbeitsteil des Radiallagers, Drittens scheint eine durch,

die radialen und Druckflächen erzeugte niederpegelige elektrische Selbstaufladung den Abrieb zu einem konzentrischen Haufen auf dem Schublager zu sammeln. Diese theoretischen Erklärungen sind aber nicht einschränkend zu verstehen, sondern es handelt sich nur um mögliche Gründe zur Erläuterung des Betriebsverhaltens der Lager.

Am anderen Ende des Zapfens 20 können ähnliche Schublager oder eine Abstandscheibenanordnung oder dergleichen vorgesehen sein, um das Axialspiel in der entgegengesetzten Richtung aufzunehmen. Damit aber beim Zusammenbau des Motors keine engen Toleranzen beachtet werden müssen, ist vorzugsweise eine justierbare Halteanordnung 32 vorgesehen. Die Halteranordnung weist einen becherförmigen Stöpsel 34 auf, durch dessen Basisfceil sich eine öffnung 35 erstreckt und der auf der Außenfläche seines vorspringenden Randes mit einem Gewinde 36 versehen ist» An den Basisteil des Stöpsels 34 ist ein konkaves elastisches Glied 38 angeheftet oder angeklebt, das sich über die öffnung 35 erstreckt und aus Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material besteht. Der Zweck dieses elastischen Glie-

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des 38 wird noch erläutert werden. Um den Umfang des Stöpsels 54 herum sind mehrere Löcher 40 vorgesehen, in die zu einem noch zu erläuternden Zweck ein Schlüssel eingesetzt werden kann.

Beim Gebrauch wird der Stöpsel 34 der Anordnung 32 mitetels des Gewindes 36 so im Gehäuse 16 montiert,daß das elastische Glied 58 justierbar dicht an der Endfläche 24 des Zapfens 20 liegt· In die Löcher 40 wird ein "pann- J

schlüssel eingesetzt,mit dem der Stöpsel justiert werden kann· Auf Wunsch kann ein Druckelement wie z.B. eine Scheibe entsprechend dem Schublager 28 (Fig· 1 und 2) zentral zum elastischen Glied 38 bzw· an dessen Mitte befestigt werden, um Reibungsverluste auf ein Minimum herabzusetzen·

Wie in Fig· 1 dargestellt ist, ist eine Schaufelanordnung 41 vorgesehen, die auf dem mittels der Lageranordnung 18 um den Ständer 14 drehbar montierten Läufer 10 montiert oder diesem einstückig angeformt ist, so daß ein Lüfter gebildet ist« per Lüfter ist im Gehäuse 16 montiert, dessen Binlaßende mit einer Mehrzahl von Leitflügeln 44 ver- j sehen ist, die der Luft oder einem anderen durch die Schau- ™ feianordnung 41 eingesaugten Gas einen Anfangsprall erteilen· Am *uslaüende des Gehäuses 42 befinden sich weitere Leitflügel 46, welche die von der Schaufelanordnung 41 ausgestossene Luft oder das Gas geraderichten. Die Leitflügel 46 sind einer zentralen Nabe 47 einstückig angeformt, die eine Bohrung mit einem Gewinde 48 aufweist, da« justierbar mit de« Gewinde 36 auf den Halteretöpael im Singriff «teilt. Die durch die Leitflügel 46 und die Habe 47 gebildet· Anordnung kann durch Preßsitz oder auf

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andere Weise fest an der Innenwand des Gehäuses 16 befestigt sein. Demgemäß ist ein den bekannten Geräten überlegener schmaler Lüfter gebildet, der sich vor allem für eine elektronische Anlage und für ein Flugzeug eignet.

Kurz zusammengefaßt enthält also ein Elektromotor gemäß der Erfindung einen Ständer, der mittels eines Radialoder Gleitlagers koaxial zu und getrennt von einem Läufer angeordnet ist. Die Lageranordnung enthält einen Zapfen, der drehbar in eine Buchse eingesetzt ist_e Das eine Ende des Zapfens weist eine Druckfläche auf, die gegen ein Schublager stößt, um eine Axialbewegung des Motors zu verhindern. Bei einan ersten Ausführungsbeispiel ist die Druckfläche konvex und das Schublager ein flacher Edelstein oder ein flaches Kunststoffteil. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Druckfläche flach und das Schublager ein sphärischer Edelstein. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Druckfläche konkav und das Schublager wieder ein sphärischer Edelstein. Zur Aufnahme eines Axialspiels wird ein justierbar montiertes elastisches Stöpselglied so bewegt, bis es sich in enger Nähe mit dem anderen Ende des Zapfens befindet. Auf dem Umfang des Läufers sind Lüfterschaufeln montiert, die innerhalb eines mit dem Ständer verbundenen Gehäuses rotieren. Es versteht sich, daß im Rahmen der Erfindung verschiedene Änderungen und Abwandlungen der beschriebenen Ausfü/hrungabeispiele möglich sind.

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Claims

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Patentansprüche

Elektromotor mit einem Radiallager für den Läufer, das eine fest den Ständer tragende Buchse und einen drehbar in der Buchse gelagerten, fest mit dem koaxial zum Ständer in radialem Abstand von diesem angeordneten Läufer verbundenen Wellenzapfen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (20) mit seinem einen Ende (21) über das eine Ende der Buchse < (22) hervorragt und mit seinem anderen Ende (23) ™

innerhalb der Buchse bei derem anderen Ende endet, daß auf diesem anderen Ende des Zapfens eine Druckfläche (26) gefarmt ist, die in Eingriff mit einem am genannten anderen Buchsenende befestigten Schublager (28) steht, und daß am genannten einen Ende (21) des Zapfens eine Justierbare Haltereinrichtung (32, 34-, 38) zum Begrenzen der Läuferbewegung angeordnet ist·

2· Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfläche (26) und das Schublager (28) so geformt sind, daß die Berührungsfläche zwischen ihnen klein ist· Λ

3· Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfläche (26) konvex ist.

4· Elektromotor nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schublager (28) eine flache Oberfläche (30) besitzt, welche die Druckfläche (26) berührt.

5· Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß die Druckfläche (26A) flach ist.

6. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schublager (28A) eine Kugel aufweist.

7. Elektromotor nach Anspruch 1, 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfläche (26B) konkav ist.

Vorrichtung mit einem Motor, insbesondere nach Anspruch 1, der in einem Gehäuse angeordnet ist und bis an dessen eines Ende vorragt, mit einer Haltereinrichtung zum Begrenzen der Axialbewegung des Motors, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltereinrichtung (32) einen becherförmigen Stöpsel (34) aufweist, der am genannten einen Ende des Gehäuses (16) justierbar montiert ist und durch dessen Basisteil eine öffnung (35) hinduchführt, über die sich in enger Nähe zum vorragenden Teil (20, 24) des Motors ein elastisches Glied (38) erstreckt.

°/o Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich am Umfang des Stöpsels (34) und an einer Innenfläche des Gehäuses (16) jeweils ein Gewinde (36 bzw« 48) befindet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine Nabe (47) enthält, die eine mit einem Gewinde (48) versehene zentrale Bohrung aufweist und mit mehreren Leitflügeln (46) versehen ist,

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die sich radial von der Nabe erstrecken, und daß der Stöpsel (34·) eine mit einem Gewinde (36) versehene periphere Oberfläche besitzt, die in Eingriff mit der Bohrung der Nabe steht.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor einen Läufer (10) enthält, der drehbar bezüglich eines Ständers (14) mittels einer Radiallageranordnung (18) gelagert ist, welche eine fest den Ständer tragende Buchse (22) und einen in die Buchse eingesetzten Zapfen (20) enthält, und daß der vorragende Teil des Motors diesen Zapfen umfaßt.

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