DE2125271B2 - Lagerträger aus Kunststoff für dynamoelektrische Maschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lagerträger gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bereits bekannt, Lagerträger für Elektromotoren, die innerhalb der Wicklungsköpfe angeordnet werden, im wesentlichen aus Kunststoff zu fertigen (GB-PS 10 95 986). Diese Lagerträger bieten zwar eine Reihe von bedeutenden Vorteilen, bis den mit diesen bekannten Lagerträgern ausgerüsteten Elektromotoren treten jedoch Kühlprobleme auf, weil diese aus nichtmetallischem Werkstoff hergestellten Teile im praktischen Betrieb die entstehende Wärme nicht wirksam abführen können. Die beim Betrieb des Motors entstehende Wärme ruft solche Schwierigkeiten hervor, daß es unmöglich ist, ohne besondere Anordnungen die Lauftemperatur des Lagers innerhalb der zulässigen Grenzen zu halten. Es treten auch noch besondere Wärmeprobleme auf, weil in den Lagerträgern ein Lager aus Stahl oder Metall eingesetzt wird, dessen Ausdehnungskoeffizient bedeutend geringer ist als der des dieses Lager aufnehmenden Lagerträgers. Wenn die Wärme vom Lager über den Kunststoff-Lagerträger mit seiner schlechten Wärmeleitfähigkeit abgeführt wird, wird die Beanspruchung der Verbindung zwischen den beiden Werkstoffen vergrößert. Der Temperaturunterschied zwischen dem Lager und dem dieses umgebenden Kunststoff darf nicht so groß sein, daß die Gefahr eines Bruches an der Verbindungsstelle entsteht als Folge des beim Übergang der Wärme von einem Werkstoff auf den anderen auftretenden »Hitzestaus«. Darüber hinaus wird der Kunststoff in dem Fall, in dem das Lager erhöhte Lauftemperaturen als Folge einer schlechten Wärmeabfuhr erreicht, einer beschleunigten Alterung ausgesetzt, die zu einer exzentrischen Verlagerung des Rotors und im schlimmsten Fall zum Bruch führen kann. Schließlich ist noch zu erwähnen, daß eine erhöhte Lagertemperatur im allgemeinen einen ungünstigen Einfluß auf die Funktion des Lagers selbst ausübt.

Zur Verbesserung der Kühlung von Elektromotoren mit Gehäusen aus Kunststoff ist es bekanntgeworden, zwischen den Lagern und dem Motorgehäuse Kanäle für den Durchtritt von durch ein Flügelrad erzeugte Ströme von Kühlluft vorzusehen und die Metallringe, die die Lager halten, nur an einigen um den Außenumfang verteilt angeordneten Rippen des Gehäuses abzustützen (DE-GM 18 79 136). Die Berührungszonen zwischen den Metallteilen und dem Gehäuse sind hierbei sehr klein, so daß an diesen Stellen ein hoher Wärmefluß stattfindet, wodurch Verformungen des Gehäuses sowie ein vorzeitiges Altern des Kunststoffes an diesen Stellen eintreten kann.

Es ist weiterhin eine Lageranordnung einer Wirbelstrombremse bekanntgeworden (AT-PS 1 69 224), bei der, um das Wellenlager vor Überhitzung durch die erhebliche Wärmemenge im umlaufenden Rotor zu schützen, zwischen der Welle und dem Lager eine Hülse aus einem Metall von hoher Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist, die in wärmeleitender Verbindung mit einem außerhalb des Lagers und des Gehäuses befindlichen Teil steht, das die auf ihn übertragene Wärme a« die umgebende Luft abgibt Der Aufwand dieser Anordnung ist relativ hoch.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei elektrischen Maschinen mit Lagerträgern aus Kunststoff die Lauftempe-atur in den Lagern und Lagerträgern und insbesondere die Temperaturunterschiede in beiden Teilen in solchen Grenzen zu halten, daß einerseits ein »Hitzestau« zwischen diesen Teilen mit seinen Folgen und andererseits eine vorzeitige Alterung des Kunststoffes der Lagerträger vermieden wird, wobei gleichzeitig eine axiale Fixierung der Lager gegenüber den Lagerträgern erzielt wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Unter dem Begriff metallische Lageranordnung ist jede Art von Lagerung, sei es eine Wälzlagerung oder eine Gleitlagerung, zu verstehen. Die in radialer Richtung vorstehenden metallischen Abschnitte können Flansche, Zungen oder Lappen sein.

Bei einem Lagerträger gemäß der Erfindung findet die Wärmeabgabe im wesentlichen über die nicht vom wärmeisolierenden Material bedeckte Kühlfläche der metallischen Lageranordnung an die Urngebungsluft statt. Durch die radiale vorspringenden Abschnitte der Lageranordnung, die den nichtmetallischen Werkstoff des Lagerträgers umfassen, kann das Problem der Verbindung der beiden Teile wirksam gelöst werden. Durch die Anordnung einer in dieser Weise vergrößerten Wärmebrücke zwischen dem metallischen und dem nichtmetallischen Werkstoff kann gleichzeitig der Hitzestau zumindest teilweise vermieden werden.

Bei der Herstellung der metallischen Lageranordnung in Form eines Lagergehäuses, kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein verbesserter Kühleffekt und eine bessere Verbindung der beiden Teile auf einfache Weise durch Anordnung von metallischen Vorsprüngen erreicht werden, die in der Weise in dem Kunststoff-Lagerträger befestigt sind, daß eine Seite der Vorsprünge direkt von der Umgebungsluft umstrichen werden kann. Auf diese Weise wird zusätzlich eine Versteifung des kappenartigen Lagerträgers erzielt, um ein »Kriechen« im Kunststoff zu vermeiden.

Besonders dann, wenn die Lagerung aus einem Wälzlager besteht, das direkt in die Lagerträger ohne ein besonderes Lagergehäuse eingebaut wird, kann die

metallische Lageranordnung vorzugsweise aus mehreren Teilen mit radial vorstehenden Vorsprüngen bestehen, wobei die Außenlaufbahn direkt in einem dieser Teile angeordnet ist Mit einem Lagerträger gemäß der Erfindung werden die Kühl- und Verbin- -> dungsprobleme in einer wirkungsvollen Weise gelöst, während gleichzeitig die Herstellungskosten gering gehalten werden.

Wenn der Lagersitz als ein frei vorstehendes Teil ausgebildet ist, kann der gesamte Motor leicht n> zusammengebaut werden. Ein weiterer Vorteil dieses vorstehenden Teils liegt darin, daß damit eine gute Zentrierfläche geschaffen wird für die Herstellung des Lagerträgers aus Kunststoff durch Gießen oder dergleichen und für das Einsetzen des Lagerträgers in ι "> den Motor.

Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt durch einen Rotor mit Lagerträgern gemäß der Erfindung

Fig.2 einen vergrößerten Schnitt durch einen Lagerträger gemäß der F i g. 1

Fig.3 einen Schnitt durch einen Lagerträger mit vergrößerten Kühl- und Verbindungsflächen 2>

F i g. 4 eine perspektivische Ansicht des Lagerträgers nach F i g. 3

F i g. 5 einen Teilquerschnitt durch ein Wälzlager mit einem zweiteiligen Außenring, der in den Lagerträger eingegossen ist ><>

Fig.6 einen Querschnitt durch ein zweiteiliges Wälzlager, dessen eine Außenringhälfte im Kunststoff des Lagerträgers eingegossen ist, während die andere Hälfte in lösbarer Weise am Kunststoff des Lagerträgers befestigt ist. )">

Der Elektromotor nach F i g. 1 besteht aus dem Statorpaket 1, dem Rotor 2 mit der Rotorwelle 3, den Lagern 4 und 4', die je in einem kappenartigen ausgebildeten und teilweise aus Kunststoff gefertigten Lagerträger 5 und 5' eingebaut sind. Die Lagerträger 5 und 5' umschließen mit ihrer Bohrung die Lagergehäuse 6 und 6'. Mit ihren Mantelflächen sind die Lagerträger 5 und 5' zentrisch am Statorpaket 1 innerhalb der Wicklungsköpfe 7, die hier in einer Kunststoffmasse 8 eingegossen sind, befestigt Kühlluftöffnungen 9 sind — >> beispielsweise am Umfang verteilt — in den kappenartigen Lagerträgern 5 und 5' angeordnet. Die beiden Lagergehäuse 6 und 6' sind fest in den Lagerträgern 5 und 5' eingegossen und gegenüber dem nichtmetallischen Werkstoff der Lagerträger mit Hilfe von am offenen inneren Ende der Lagergehäuse angeordneten, nach außen gerichteten Flanschen 10 festgelegt. Es ist wichtig, daß die Lagergehäuse 6, 6' durch im wesentlichen radial gerichtete Abschnitte vergrößert sind, die nicht von den aufgegossenen Lagerträgern 5,5' v> verdeckt sind und die in direktem Kontakt mit der Außenluft stehen, so daß eine wirksame Kühlung für die Lager erzielt wird. Das wäre nicht der Fall, wenn die Lagergehäuse oder die Lager gänzlich in dem wärmeisolierenden und aus Gründen der Stabilität «) ziemlich großzügig dimensionierten Kunststoff-Lagerträger eingegossen wären. Die Wärmeabfuhr des Lagerträgers wird in F i g. 1 durch die Pfeile 11 markiert

F i g. 2 ist ein Längsschnitt durch einen Lagerträger, der ein metallisches Lagergehäuse 6, das ein Wälzlager 4 aufnimmt enthält Das Lagergehäuse 6 ist von einem aufgegossenen, kappenartigen Lagerträger 5 aus Kunststoff umgeben, der mit seinem Mantel 12 am Statorpaket 1 befestigt werden kann. Der kappenartige Lagerträger 5 umschließt nur einen gelingen Teil der Mantelfläche des Lagergehäuses 6, das durch einen im wesentlichen radial verlaufenden Flansch 10 vergrößert ist der in den Kunststoff des Lagerträgers 5 eingreift und somit die Verbindung der beiden Teile verbessert Der Flansch 10 kann mit mehr oder weniger ausgeprägten Vorsprüngen oder Zähnen 13 versehen werden, um die Biegesteifigkeit dieser Verbindung noch zu erhöhen. Die axiale Sicherung der beiden Teile kann durch Ringnuten 14 im Lagergehäuse 6 verbessert werden. Das metallische Lagergehäuse 6 hat eine überstehende zylindrische Oberfläche 15 und ist durch eine freiliegende Seitenfläche 16 in radialer Richtung vergrößert Diese beiden freiliegenden Flächen 15 und 16 ergeben die im Lager erzeugte Wärme an die Umgebungsluft ab, wie es durch die Pfeile 11 dargestellt ist Der radiale Flansch 10 bringt nicht nur eine gute Fixierung des metallischen Lagergehäuses 6 im Kunststoff des Lagerträgers 5, er vergrößert auch die Fläche, die die Wärme vom Lagergehäuse 6 auf den Kunststoff des Lagerträgers 5 überträgt

F i g. 3 ist ein Axialschnitt und F i g. 4 eine perspektivische Ansicht eines Lagerträgers, bei dem das metallische Lagergehäuse 6 mit einer Anzahl von Zungen 17, die aus dem zylindrischen Abschnitt des Lagergehäuses 6 herausgestanzt und dann umgebogen sind, versehen ist Diese Blechzungen 17 bewirken einerseits eine gute Befestigung des Lagergehäuses am mit Kühlluftöffnungen versehenen Lagerträger 5, gleichzeitig bilden die freiliegenden Flächen 18 dieser Zungen 17 wirksame Flächen zur Abgabe der Wärme an die Umgebungsluft

F i g. 5 zeigt einen Ausschnitt aus einem Lagerträger, bei dem die Lageranordnung aus einem geteilten metallischen Lagergehäuse mit den beiden Teilen 19 und 20 besteht, in welchem sich die Rollen 21, die die Welle 3 abstützen, abwälzen. Die beiden Teile 19 und 20 des Lagergehäuses sind durch die im wesentlichen radial verlaufenden Abschnitte 21 und den schrägen Flansch 22 vergrößert. Das geteilte Lagergehäuse ist mittels Angüsse 23 im Kunststoffteil des Lagerträgers 5 befestigt Die freiliegenden metallischen Oberflächen 24 führen die erzeugte Wärme an die Umgebungsluft ab.

F i g. 6 ist ein Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem ein Lagergehäuseteil 20 durch die Angüsse 23 am Lagerträger 5 befestigt ist, während das Lagergehäuseteil 19 einen Flansch 22 aufweist, der mit Bohrungen für die Bolzen 25 versehen ist, durch welche das Gehäuseteil 19 am Lagerträger 5 befestigt ist. Das Lagergehäuseteil 19 ist mit einem axial verlaufenden verlängerten Ringansatz 26 versehen, der mit der Rotorwelle 3 eine Fettkammer 27 für die Rollen 21 bildet und gleichzeitig als vergrößerte Kühlfläche für die Abgabe der vom Lager erzeugten Wärme an die Umgebungsluft dient

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Lagerträger aus Kunststoff für dynamoelektrische Maschinen, der kappenartig ausgebildet ist und in seiner Bohrung eine metallische Lageranordnung trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Lageranordnung aus einem Lagergehäuse (6,19,20) mit radial vorspringenden Abschnitten (Flansch 10, 22; Zunge 17) besteht, damit diese gegenüber dem nichtmetallischen Lagerträger (S) in axialer Richtung festgelegt und die Wärmeübergangsfläche auf den Lagerträger (5) vergrößert ist sowie die Wärme von den radial vorspringenden Abschnitten (Flansch 10, 22; Zunge 17) über deren freiliegenden Flächen (18, 24) unmittelbar auf die Umgebungsluft übertragen werden kann.

2. Lagerträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nach außen gerichtete radiale Abschnitt als aus dem metallischen Lagergehäuse (6) ausgestanzte und abgebogene Zungen (17) ausgebildet ist

3. Lagerträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Lagergehäuse aus zwei Teilen (19, 20) besteht, die lösbar oder unlösbar mit dem nichtmetallischen Lagerträger (5) verbunden sind.