DE4229038C2 - Lüfter für einen Elektromotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Lüfter für einen Elektromotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Elektromotor mit ei­ nem derartigen Lüfter.

In zahlreichen Anwendungsfällen ist es wünschenswert, beispiels­ weise einen oberflächengekühlten Elektromotor sowohl unter Nor­ malbedingungen als auch in einer Flüssigkeit untergetaucht mit konstanter Leistung betreiben zu können. Dieser Anwendungsfall kommt zum Beispiel dann vor, wenn Oberdeckmotoren von Schiffen bei schwerer See überflutet werden oder wenn eine Tauchpumpenan­ lage sowohl im getauchten als auch im ungetauchten Zustand arbei­ ten muß.

Zur Lösung dieses Problems sind bereits Vorschläge gemacht wor­ den. Beispielsweise hat man den Motor so dimensioniert, daß er für einen Betrieb in Luft ohne Eigenlüfter geeignet ist. Da dann nur eine Konvektionskühlung stattfindet, ist nur eine kleine Lei­ stungsdichte erreichbar.

Ein weiterer Lösungsversuch besteht darin, den Lüfter mechanisch von der Hauptwelle (Motorwelle) abzukuppeln, wenn der Flüssig­ keitsstand ein bestimmtes Niveau erreicht hat. Ein Beispiel ei­ ner derartigen Lösung ist in der DE-GM 86 04 864 beschrieben. Dort ist bei einem oberflächengekühlten Elektromotor für den An­ trieb einer Pumpe, an dessen aus dem Motorgehäuse heraustreten­ den B-seitigen Wellenende ein Lüfter angeordnet ist, die An­ triebsverbindung zwischen der Nabe des Lüfters und der Welle des Motors in Abhängigkeit von der Drehmomentbelastung des Lüfters unterbrechbar. Dies erfolgt beispielsweise dadurch, daß der Lüf­ ter mittels einer für ein bestimmtes Drehmoment dimensionierten Klebeverbindung auf der Welle des Motors befestigt ist, oder da­ durch, daß der Lüfter mittels einer Rutschkupplung mit der Welle in Antriebsverbindung steht. Die Rutschkupplung kann durch einen zwischen der Nabe des Lüfters und einer an der Welle vorgesehe­ nen Wellenschulter eingefügten, die Nabe des Lüfters axial gegen einen auf der anderen Nabenseite angeordneten Sicherungsring pressenden Federring gebildet sein.

In der DE-OS 35 37 476 wird vorgeschlagen, zwischen der Antriebs­ welle und dem Lüfter ein Kugellager vorzusehen, auf dessen Ku­ geln durch ein vorgespanntes elastisches Element eine Axialbela­ stung ausgeübt wird, die dem Kugellager einen auf das Antriebs­ drehmoment beschränkten Widerstand verleiht. Der Außenring des Kugellagers wird von zwei getrennten Ringhälften gebildet, von denen eine fest mit der Radnabe des Lüfters verbunden ist und die andere durch ein elastisches Element gegen die Kugeln ge­ drückt wird.

Die Vorrichtungen nach der DE-GM 86 04 864 und der DE-OS 35 37 476 haben den Nachteil, daß sie kompliziert aufgebaut sind.

Ferner hat man versucht, Fremdbelüftungen für die Maschine mit­ tels Schaltern, beispielsweise Schwimmerschaltern, aus- und ein­ zuschalten, was beispielsweise auf elektrischem Weg geschehen kann. Auch hiermit ist ein erheblicher Aufwand verbunden.

Ein Lüfter für einen Elektromotor nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1 ist aus der DE 26 59 482 A1 bekannt. Der antreibende Kupplungsteil der magnetischen Induktionskupplung befindet sich innerhalb des Motorgehäuses, so daß ein Sondergehäuse erforder­ lich ist. Mit dem Motorgehäuse ist ein zusätzliches Bauteil ver­ bunden, innerhalb dessen sich der mit dem Lüfter verbundene Teil der magnetischen Induktionskupplung befindet. Dieses zusätzliche Bauteil weist eine Wellendurchführung auf, so daß eine Kapselung nicht möglich ist.

Aus der GB 21 02 216 ist ein Elektromotor bekannt, bei dem der Lüfter durch eine Magnetkupplung von der Welle angetrieben wird. Welle, Magnetkupplung und Lüfter befinden sich innerhalb des Mo­ torgehäuses. Eine Kapselung eines Teils der Magnetkupplung ist nicht vorgesehen.

Die DE 31 45 947 A1 offenbart eine Kühlvorrichtung für einen Stromgenerator, bei der ein Lüfter durch eine Magnetkupplung an­ getrieben wird. Sämtliche Teile befinden sich innerhalb eines Kraftfahrzeugs. Ein Gehäuse ist nicht vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Lüfter für einen Elektromo­ tor zu schaffen, bei dem der Elektromotor unter Verwendung von standardmäßigen Motorgehäusen auf einfache Weise abgedichtet werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der antreibende Kupplungsteil ist außerhalb des Lagerschildes angeordnet und durch eine mit dem Motorgehäuse verbundene Haube gekapselt. Hierdurch ist es möglich, das antreibende Kupplungsteil und die Maschinenwelle vollständig gegen Schmutz, Staub, Gas, Wasser usw., allgemein gegen alle unerwünschten Umwelteinflüsse abzudichten. Die Kraft­ übertragung vom antreibenden Kupplungsteil zum Lüfter erfolgt durch die Haube hindurch.

Das für den Lüfter notwendige Drehmoment wird ohne direkte me­ chanische Kupplung auf induktivem Weg übertragen. Dadurch kann der Aufbau des Lüfters erheblich vereinfacht werden.

Der Lüfter ist von der Maschinenwelle mechanisch entkoppelt.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen be­ schrieben.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen feststeht und der Lüfter auf dem Bolzen durch ein Gleitlager und/oder ein Wälzlager, vorzugsweise ein Kugellager, drehbar gelagert ist.

Vorzugsweise fluchtet der Bolzen mit der Maschinenwelle. Er kann mit einer Lüfterabdeckung verbunden sein.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeich­ net, daß der antreibende Kupplungsteil aufmagnetisiert ist oder mindestens ein magnetisches Element, vorzugsweise einen Perma­ nentmagnet trägt. Der antreibende Kupplungsteil besteht im ein­ fachsten Fall aus einer Scheibe. Er ist vorzugsweise mit der Maschinenwelle einstückig. Das magnetische Element besteht vor­ zugsweise aus einem Permanentmagneten. Es ist aber auch möglich, andere magnetische Elemente vorzusehen oder das antreibende Kupp­ lungsteil aufzumagnetisieren, so daß der gleiche Effekt erzielt wird. Ferner können die magnetischen Elemente statt dessen oder zusätzlich auch an dem Lüfter vorgesehen sein.

Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der axiale Abstand zwischen dem antreibenden Kupplungsteil und dem ange­ triebenen Kupplungsteil veränderbar. Der Lüfter und/oder der Bolzen können gegenüber dem antreibenden Kupplungsteil axial verschieblich sein. Durch die Veränderung des axialen Abstandes zwischen dem antreibenden Kupplungsteil und dem Lüfter kann das Drehmoment des Lüfters verändert werden. Wenn der Abstand ver­ größert wird, kann der Lüfter mit einer geringeren Drehzahl be­ trieben werden und sogar stillgesetzt werden. Dies ist insbeson­ dere dann von Vorteil, wenn der erfindungsgemäße Lüfter z. B. bei einem Windkraftgenerator verwendet wird. Im Schwachwindbetrieb kann der Lüfter mit einer geringeren Drehzahl betrieben oder ganz stillgesetzt werden, so daß die Lüfterverluste verringert werden oder ganz entfallen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt die einzige Figur einen Teil eines Elektromotors mit einer Ausführungsform des er­ findungsgemäßen Lüfters in einem Längsschnitt.

Bei der in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsform ist die rotierende Motorwelle 2 des Elektromotors 1 in einem Kugel­ lager 5 drehbar gelagert, das sich in dem Motorgehäuse 3 befin­ det. Die Motorwelle 2 endet im Bereich des antreibenden Kupp­ lungsteils 7 einer magnetischen Induktionskupplung. Auf einem von der Maschinenwelle 2 verschiedenen, mit der Maschinenwelle 2 fluchtenden Bolzen 12 ist ein Lüfter 11 durch ein Kugellager 9 drehbar gelagert. Der Bolzen 12 ist mit einer Haube (Lüfterab­ deckung, Lüfterhaube) 6 verbunden bzw. an dieser befestigt. Der Lüfter 11 ist mit Lüfterflügeln 10 versehen. Zwischen dem Lüfter 11 und dem Gehäuse 3 sitzt der antreibende Kupplungsteil 7 fest auf der Motorwelle 2. Der antreibende Kupplungsteil 7 besteht aus einer fest mit der Motorwelle 2 verbundenen Hülse und einer flachen Scheibe, die mit der Hülse und gegebenenfalls auch mit der Motorwelle 2 fest verbunden ist. In den radial äußeren Bereichen der Scheibe des antreibenden Kupplungsteils 7 sind magnetische Elemente 8, die aus Permanentmagneten bestehen, auf der dem Lüfter 11 zugewandten Seite mit der Scheibe fest verbun­ den. Die Permanentmagnete 8 sind über den Umfang der Scheibe gleichmäßig verteilt. Es können zwei oder mehr Permanentmagnete 8 vorhanden sein. Die Permanentmagnete können aus "seltenen Erden" bestehen. Es kann aber auch die ganze Scheibe so vormagnetisiert werden, daß der gleiche Effekt wie mit den Permanentmagneten erzielt wird.

Die Motorwelle 2 treibt (anstatt des Lüfters 11) den antreiben­ den Kupplungsteil 7, welcher mit den Permanentmagneten 8 bestückt ist, an. Im technisch richtigen Abstand zu diesem antreibenden Kupplungsteil 7 bzw. den darauf befindlichen Permanentmagneten 8 befindet sich - mechanisch getrennt - der angetriebene Kupplungsteil, der aus einem Lüfter 11 besteht und der durch die vom antreibenden Kupplungsteil 7 bzw. den Perma­ nentmagneten 8 ausgehenden magnetischen Kraftlinien durchsetzt wird. Sobald der antreibende Kupplungsteil 7 bei laufendem Motor aufgrund der Drehung der Motorwelle 2 zu rotieren beginnt, ent­ steht ein rotierendes Magnetfeld, welches den angetriebenen Kupp­ lungsteil, also den Lüfter 11, ebenso in Drehung versetzt. Das Drehmoment entsteht entweder durch Wirbelströme in dem durch den Lüfter 11 angetriebenen Kupplungsteil oder durch magnetische Kopplung (wenn z. B. der aus dem Lüfter 11 angetriebene Kupp­ lungsteil magnetisiert ist) oder durch beide Effekte zusammen.

Der angetriebene Kupplungsteil kann komplett als Lüfter 11 ausgebildet sein. Er kann aber auch einen Kranz mit Lüfterflügeln 10 tragen.

Wenn der Lüfter 11 mit seinen Lüfterflügeln 10 von Flüssigkeit umspült oder überspült oder überschüttet oder überflutet wird, wird das vom antreibenden Kupplungsteil 7 übertragene Drehmoment nicht mehr ausreichen, um den Lüfter 11 mit der Drehzahl der Motorwelle 2 anzutreiben. Je nach Ausmaß der Belastung durch die Flüssigkeit läuft das Flügelrad 11, 10 mit Schlupf (es "tru­ delt") oder bleibt das Flügelrad 11, 10 stehen, bis die Flüssig­ keit wieder abgelaufen ist.

An der Außenseite des Gehäuses 3 sind in Axialrichtung verlaufen­ de Kühlrippen 4 vorgesehen. Das lüfterseitige Motorlager (Kugel­ lager) 5 besitzt eine Dichtung. Mit dem Motorgehäuse 3 ist eine Lüfterhaube 6 verbunden, die den Lüfter 11 abdeckt und die an ihren Stirnseiten Durchbrechungen zum Durchtritt der Kühlluft aufweist.

Die Motorwelle 2 endet im Bereich des antreibenden Kupplungs­ teils 7, also vor dem angetriebenen Kupplungsteil 11. Zwischen dem antreibenden Kupplungsteil 7 und dem angetriebenen Kupplungs­ teil 11 befindet sich eine mit dem Motorgehäuse 3 verbundene Haube 13, die eine hermetische Abdichtung bildet und durch die der antreibende Kupplungsteil 7 und die Motorwelle 2 gekapselt sind. Die Haube 13 kann aus Kunststoff oder V2A oder einem ähnlichen Material bestehen. Dadurch, daß die Haube 13 vorgesehen wird, können höhere Schutzarten, Gasdichtigkeit etc. verwirklicht werden. Die Kraftübertragung von den magnetischen Elementen 8 zum angetriebenen Kupplungsteil erfolgt durch die Haube 13 hindurch.

Durch die Erfindung wird eine Antriebsvorrichtung für Lüfter von Elektromotoren geschaffen, die in Abhängigkeit von der Dreh­ momentbelastung des Lüfters unterbrechbar ist. Der Lüfter ist von der Maschinenwelle mechanisch entkoppelt. Die mechanische Verbindung zwischen der Maschinenwelle und dem Lüfter ist nicht starr. Der Lüfter wird vielmehr durch magnetische Induktion angetrieben.

Claims (9)

1. Lüfter für einen Elektromotor, der auf einem von der Maschi­ nenwelle (2) verschiedenen Bolzen (12) zusammen mit dem ange­ triebenen Teil einer magnetischen Induktionskupplung drehbar gelagert ist, wobei der antreibende Kupplungsteil auf der Motorwelle (2) sitzt,
dadurch gekennzeichnet,
daß der antreibende Kupplungsteil außerhalb des Lagerschil­ des angeordnet und durch eine mit dem Motorgehäuse verbun­ dene Haube gekapselt ist.

2. Lüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bol­ zen feststeht und der Lüfter (11) auf dem Bolzen (12) durch ein Gleitlager und/oder ein Wälzlager, vorzugsweise ein Kugellager, drehbar gelagert ist.

3. Lüfter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (12) mit der Maschinenwelle (2) fluchtet.

4. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Bolzen (12) mit einer Lüfterabdeckung (6) verbunden ist.

5. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der antreibende Kupplungsteil (7) aufmag­ netisiert ist oder mindestens ein magnetisches Element (8), vorzugsweise einen Permanentmagnet trägt.

6. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der axiale Abstand zwischen dem antreiben­ den Kupplungsteil (7) und dem angetriebenen Kupplungsteil veränderbar ist.

7. Lüfter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüf­ ter (11) und/oder der Bolzen (12) gegenüber dem antreibenden Kupplungsteil (7) axial verschieblich ist.

8. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das angetriebene Kupplungsteil und der Lüf­ ter (11) einstückig ausgebildet sind.

9. Elektromotor, gekennzeichnet durch einen Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche.