DE3144447C2

DE3144447C2 -

Info

Publication number: DE3144447C2
Application number: DE19813144447
Authority: DE
Inventors: Siegfried 7742 St Georgen De Mueller; Guenter 7730 Villingen De Wrobel
Original assignee: Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 1980-11-19
Filing date: 1981-11-09
Publication date: 1990-04-05
Also published as: DE3144447A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Außenläuferkleinmotor und ein Verfahren zur Herstellung eines Rotortopfes für einen solchen Motor gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 15.

Bei einem aus US-PS 37 86 290 bekannten Motor der eingangs genannten Art handelt es sich um einen Weicheisenrotor, der als Wirbelstrommotor wirkt. Bei diesem Motor ist an der Stirnseite eine Weicheisenhalterung für den Lagerschild angebracht, um sicherzustellen, daß die gewünschte zylinder symmetrische Einwirkung des Hystereseringes nicht durch Hysterese wirkungen aus diesem Stirnseitenbereich unsymmetrisch und dadurch benachteiligt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Außenläuferkleinmotor der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Herstellung einfacher möglich ist, und ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß diese Möglichkeiten damit genutzt werden.

Diese Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 15 gelöst.

Aus der DE-OS 14 63 976 ist ein Synchronkleinstmotor bekannt mit Außenläufer und einem Hysteresering. Durch diese Vorver öffentlichung ist aber, selbst in Verbindung mit der zuerst genannten Vorveröffentlichung, die Erfindung nicht nahegelegt, weil der Fachmann ein weit verbreitetes Vorurteil überwinden mußte, um zum Gegenstand der Erfindung zu gelangen.

Überraschend hat sich gezeigt, daß die erwähnte axiale Unsymmetrie keine, jedenfalls keine ins Gewicht fallenden Leistungs einbußen bei Außenläuferkleinmotoren zur Folge hat, wenn man wie üblich unter Kleinmotoren solche versteht, deren Leistungsaufnahme 30 Watt und deren Außendurchmesser und axiale Länge des Hystereseringes 8 cm (Zentimeter) nicht überschreitet.

Diesen Umstand macht sich die Erfindung zunutze, um die Herstellung zu vereinfachen, durch eine Ausgestaltung des Motors, bei der der Rotor einen tiefgezogenen, kreiszylinder symmetrischen Topf aufweist, dessen Mantel aus gehärtetem Stahl besteht und der Hysteresering ist und dessen Boden einen Zentraldurchbruch aufweist, in den die Nabe eingesetzt ist.

Man kann auf diese Weise einen Rotorrohling erzielen, der im Rahmen zulässiger Toleranzen allein durch Tiefziehen bereits die endgültige Grundform einnimmt.

Ein Motor nach der Erfindung zeichnet sich durch außer ordentliche mechanische Stabilität aus.

Man kann die Hystereseeigenschaften im Bodenbereich reduzieren oder ganz vermeiden, indem man nach dem Tiefziehen nicht den ganzen Topf sondern nur die Mantelteile des Topfes härtet. Es entsteht dann ein Grenzbereich der Härtung, den man zweckmäßig in die äußeren Teile des Bodens legt, damit der Mantel vollständig gehärtet ist, wie dies für eine optimale Leistungsausbeute des Motors wünschenswert ist.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung und einiger Verfahrensbeispiele näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Axialkleinlüfter, der mit einem Außenläufer kleinmotor nach der Erfindung ausgestattet ist, im Querschnitt, und

Fig. 2 den Rotortopf aus Fig. 1 für sich allein in der Ansicht gemäß Pfeil II aus Fig. 1.

In der Zeichnung ist mit 1 der Stator bezeichnet, der stirnseitig an einem Schild 2 befestigt ist, das über mehrere auf den Umfang verteilt angeordnete Rippen 3, 4 an einem ringförmigen Montageflansch 5 befestigt ist. Koaxial zur Achse 6 des Stators 1 ist in einem Drehlager 7, gesichert gegen axiales Verschieben durch die Anlaufsicherung 8, eine Rotorwelle 9 drehbar gelagert, deren freies Ende an seinem Umfang mit einer Kreuzrändelung 10 versehen ist. Über diese Kreuzrändelung 10 ist ein als Zinkspritzgußteil ausgebildetes Lagerschild 11 gespritzt, das in den Boden 12 des Rotortopfes 13 eingespritzt ist. Der Rotortopf 13 ist tiefgezogen und kreiszylindrisch geformt und besteht aus gehärtetem Stahl mit Zuschlägen wie folgt: C = 0,95 bis 1,1%, vorzugsweise 1%; Si = 0,15 bis 0,35%, vorzugsweise 0,3%; Mn = 0,25 bis 0,4%, vorzugsweise 0,3%; Cr = 1,35 bis 1,65%, vorzugsweise 1,5%; P weniger als 0,03% und S weniger als 0,025%.

Der Mantel 14 des Rotortopfes 13 dient als Hysteresering für den Motor, während die das Lagerschild 11 umgebenden Teile des Bodens ebenfalls aus Hysteresematerial bestehen, was jedoch für die Motorfunktion keine, jedenfalls keine nachteilige Wirkung hat.

Der Boden 12 weist einen Zentraldurchbruch 20 und diesen umgebend sechs runde Löcher 21 auf, die auf den Umfang gleichmäßig verteilt sind. Statt der runden Löcher 21 können auch drei als Vierecksektoren ausgebildete Löcher vorgesehen sein, die entsprechend gleichmäßig auf den Umfang verteilt sind. Mit 24 ist eine zentrale Ausnehmung an der Außenseite des Bodens 12 vorgesehen, die sich über die Löcher 21 und auch über den Zentral durchbruch 20 erstreckt und etwa bis auf die halbe Tiefe der Wandstärke w 1 des Bodens reicht und Platz bietet für die außen gelegenen Teile des Lagerschildes 11, die hier bündig mit der Außenseite des Bodens 12 abschließen. Im übrigen durch setzt das angespritzte Lagerschild 11 die Löcher 21 und den Zentraldurchbruch 20.

Auf den Topf 13 ist ein rohrförmiger Ring 30 aus Kunststoff auf Anschlag am Rand 31 aufgesteckt, wobei der radial vorspringende Rand 31 den Ring 30 in die eine axiale Richtung und durch sägezahnförmige Rillen 32 im Topf 13, die sich im Kunststoff verkrallen, in die andere axiale Richtung formschlüssig festlegt.

Außen an dem Ring 30 sind auf den Umfang verteilt vier Lüfter flügel 33, 34 . . . angeformt, die zusammen mit dem Ring 30 ein Lüfterrad 37 bilden, das in dem zentralen Durchlaß 35 des Montage flansches 5 mit einem erforderlichen Randspalt 36, bezogen auf den Durchmesser, Platz findet.

In der Zeichnung sind diverse Abmessungen mit Doppelpfeilen angezeigt wie folgt:

Abstand der Löcher 21 vom Zentraldurchbruch 20:
a 1
Durchmesser des Zentraldurchbruchs 20:	d 1
Außendurchmesser des Topfes 13:	d 2
Durchmesser der Ausnehmung 24:	d 3
Axiale Länge des Topfes 13:	l 1
Tiefe der Ausnehmung 24:	t 1
Wandstärke des Topfbodens 12:	w 1
Wandstärke des Mantels 14:	w 2

Für die Abmessungen werden zweckmäßig folgende gegenseitige Beziehungen eingehalten:

a 1 = w 1 ± 50%
d 1 = ¹/₁₀ bis ¹/₃, vorzugsweise ¹/₅, von d 2
d 3 = ½ d 2 ± 20%
l 1 = 1,5 bis 8 cm, vorzugsweise 3 cm
t 1 = ½ w 1 ± 10%
w 1 = w 2 ± 10%.

Diese Abmessungen sind für das dargestellte Ausführungsbeispiel und einige weitere Ausführungsbeispiele aus der nachfolgenden Tabelle ersichtlich. Außerdem sind in diese Tabelle für die be treffenden Ausführungsbeispiele noch weitere Angaben eingetragen. Die Ausführungsbeispiele 2 bis 7 aus der Tabelle unterscheiden sich vom Ausführungsbeisipel 1, das in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, im wesentlichen nur durch die in der Tabelle angeführten, unterschiedlichen Angaben. Die Zeichnung Fig. 1 und 2 ist also im wesentlichen auch auf diese Ausführungsbeispiele lesbar.

Tabelle

Verfahrensbeispiel 1

Zur Herstellung des Rotortopfes 13 wird aus Plantafelstahl der Wandstärke 3 mm mit Zuschlägen C = 1%, Si = 0,3%, Mn = 0,3%, Cr = 1,5%, P weniger als 0,03% und S weniger als 0,025% ein kreiszylindrischer Topfrohling tiefgezogen. Der auf diese Weise gewonnene Topfrohling weist die gewünschten Außenabmessungen bereits mit der erforderlichen Toleranz auf, so daß toleranz bedingte Nacharbeitungen nicht mehr erforderlich sind. Es ist nur noch erforderlich, den Zentraldurchbruch 20, die Löcher 21 und die Ausnehmung 24 am Boden 12 einzuarbeiten und entlang des Topfrandes Ausnehmungen 32 und gegebenenfalls Entgratungen und Abrundungen vorzunehmen, und das geschieht spanabhebend. Daran anschließend wird der Topf bei 830°C in einer Argonatmosphäre getempert und dann in einem 30°C warmem Ölbad abgeschreckt und gehärtet. Zum Abschrecken wird der Topfrohling auf eine vertikale, in das Ölbad tauchende Wendel gesteckt, auf der sich der Topf unter Drehbewegungen langsam nach unten wendelt und dabei langsam in das Ölbad eintaucht und auf den Boden des Ölbades sinkt. Durch diese Drehbewegungen wird die Abschreckung im Ölbad gleichmäßig auf den ganzen Topfrohling verteilt, wodurch Verziehungen vermieden werden.

Zur Herstellung der anderen Ausführungsbeispiele nach der Tabelle werden die aus der Tabelle ersichtlichen Tempertemperaturen angesetzt, für die Beispiele 2 und 6 ist statt Argon Helium als Schutzgas für die Temperung vorgesehen. Im übrigen kann die Herstellung der Rotortöpfe nach den Ausführungsbeispielen 2 bis 7 unter Einhaltung der in der Tabelle angegebenen Daten nach dem Verfahrensbeispiel 1 erfolgen.

Verfahrensbeispiel 2

Statt die zentrale Ausnehmung 24 spanabhebend herzustellen, kann man sie auch als Vertiefung beim Tiefziehen des Rotortopfes erzeugen. Der dadurch auf der Innenseite des Topfbodens entstehende Vorsprung wird mit der spanabhebenden Bearbeitung abgedreht. Im übrigen erfolgt die Herstellung wie im Verfahrens beispiel 1 angegeben.

Verfahrensbeispiel 3

Wie Verfahrensbeispiel 2 mit dem einzigen Unterschied, daß der auf der Innenseite des Topfbodens entstehende Vorsprung stehen gelassen wird. Der dann entstehende Rotortopf unterscheidet sich durch diesen Vorsprung von dem in Fig. 1 dargestellten Rotortopf.

Verfahrensbeispiel 4

Zur Verbindung des Rotortopfes 13 mit der Rotorwelle 9 wird am Rotorwellenende die Kreuzrändelung 10 eingearbeitet und die Rotorwelle gegenüber dem fertigen Rotortopf 13 in die richtige Position gestellt. Dann wird das Lagerschild 11 gespritzt, das dabei den Boden 12 durchsetzt und das Rotorwellenende umgibt und Rotortopf und Rotorwelle verbindet.

Claims

1. Außenläuferkleinmotor, dessen den Stator koaxial umgebender Rotor einen tiefgezogenen, kreiszylindrischen, eisernen Topf aufweist mit einem Boden, in dem in einem Zentraldurchbruch eine Nabe eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Topf (13) aus gehärtetem Stahl besteht und als Hysteresering ausgebildet ist.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentraldurchbruch (20) ein kreisrundes, zentrales Loch ist mit einem Durchmesser (d 1), der ¹/₁₀ bis ¹/₃ des Außendurchmessers (d 2) des Topfes (13) beträgt.

3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentraldurchbruch (20) ein kreisrundes, zentrales Loch ist mit einem Durchmesser, der ¹/₅ des Außendurchmessers des Topfes beträgt.

4. Motor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kranz von drei bis sieben, vorzugsweise sechs, gleichmäßig verteilt um den Zentraldurchbruch (20) angeordneten Löchern (21) vorgesehen ist und
daß deren Abstand (a 1) vom Zentraldurchbruch so groß ist wie die Wandstärke (w 1) ± 50% (Prozent) des Topfbodens (12).

5. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite des Topfbodens (12) eine zentrale, sich über den Zentraldurchbruch (20) und die Löcher (21) erstreckende Ausnehmung (24) vorgesehen ist, deren Tiefe (t 1) ½ ± 10% der Wandstärke (w 1) des Topfbodens beträgt.

6. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser (d 3) der Ausnehmung (24) ½ ± 20% des Außendurchmessers (d 2) des Rotortopfes (13) ist.

7. Motor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (11) als Spritzgußteil mit der Außenseite eines Topfbodens (12) bündig in die Aussparung (24), die Löcher (21) und den Zentraldurchbruch (20) eingeformt ist.

8. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke (w 1) der die Aussparung (24) umgebenden Teile des Topfbodens (12) so groß ist wie die Wandstärke (w 2) ± 10% des Mantels (14).

9. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (d 2) des Topfes (13) und die axiale Länge (l 1 des Topfes 1,5 bis 8 cm (Zentimeter) beträgt.

10. Motor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (d 2) des Topfes (13) und die axiale Länge (l 1) des Topfes 3,0 cm beträgt.

11. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Topf (13) aus Stahl besteht, der Zuschläge wie folgt enthält: C = 0,95 bis 1,1%, Si = 0,15 bis 0,35%, Mn = 0,25 bis 1,1%, Cr = 1,35 bis 1,65%, P weniger als 0,03%, S weniger als 0,025% und Mo höchstens 2,0%.

12. Motor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl des Topfes (13) Zuschläge wie folgt enthält: C = 1%, Si = 0,3%, Mn = 0,3%, Cr = 1,5%.

13. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Rotorwelle (9) auf seinem Umfang mit einer Kreuzrändelung (10) versehen und in die Nabe (11) eingeformt ist.

14. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Nabe (30) eines Lüfterrades (37) formschlüssig über den Mantel (14) des Topfes (13) bis zum Anschlag (31) gepreßt ist und durch am Mantel des Topfes vorgesehen Sägezahnrillen (32), die sich in die Nabe des Lüfterrades eingraben, verbunden ist.

15. Verfahren zur Herstellung eines Rotortopfes für einen Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus Plantafelstahl mit Zuschlägen nach Anspruch 11 ein Topfrohling tiefgezogen wird, der dann spanabhebend zu dem fertigen Topf bearbeitet wird und dann bei 750 bis 900°C (Grad Celsius) in einer Atmosphäre von reaktionsfreiem Gas getempert wird und dann abgeschreckt wird, indem er unter ständiger Drehung um seine Symmetrieachse in ein kaltes Ölbad gesenkt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß aus Plantafelstahl mit Zuschlägen nach Anspruch 11 ein Topfrohling tiefgezogen wird, der dann spanabhebend zu dem fertigen Topf bearbeitet wird und dann bei 830°C in einer Atmosphäre von reaktionsfreiem Gas getempert wird und dann abgeschreckt wird, indem er unter ständiger Drehung um seine Symmetrieachse in ein kaltes Ölbad gesenkt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15 zur Herstellung eines Rotor topfes nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung hergestellt wird, indem der Topfrohling mit einer Vertiefung an der Stelle der vorgesehenen Ausnehmung geformt wird.

18. Verfahren zum Herstellen einer Baueinheit, bestehend aus Rotortopf, Nabe und Rotorwelle, für einen Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
daß das Ende der Rotorwelle gerändelt wird,
daß dann der Rotortopf und die Rotorwelle in ihre endgültige Position zueinander gebracht werden und
daß dann die Nabe an den Boden des Rotortopfes und gleichzeitig an das gerändelte Ende der Rotorwelle gespritzt wird.