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Die
Erfindung betrifft hauptsächlich
Motoren mit abgedichtetem Läufer,
die in der Praxis eingesetzt werden, wenn vermieden werden soll,
dass der Ständer
des Motors in Kontakt mit einem gefährlichen flüssigen oder gasförmigen Umgebungsmedium
gerät.
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Ein
typisches Anwendungsbeispiel ist ein Stellmotor für ein Magnetventil,
das die Gasströmung in
einen Gaskessel freigibt oder sperrt. Die elektrischen Teile des
Motors, in der Praxis der Ständer, dürfen nicht
mit dem Gas in Kontakt geraten. Natürlich sind auch andere Anwendungen
denkbar.
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Solche
Motoren sind häufig
wie folgt aufgebaut: Eine Läufereinheit
mit einem Kugellager ist in einem massiven Tragkörper montiert, welcher eine Abschirmung
bildet, der die läuferseitige
Umgebung von der ständerseitigen
Umgebung trennt. Das Kugellager ist in einer Aufnahme dieses Tragkörpers angeordnet,
und der Läufer
durchdringt die Aufnahme nach außen. Um den Läufer herum
ist eine Ständereinheit
montiert, die sich auf dem Tragkörper
abstützt
und auf diesem zum Beispiel verschraubt ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft speziell die Montage des Kugellagers
im Tragkörper.
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Da
die Erfindung eine außerordentliche
vorteilhafte, wenn auch nicht ausschließliche Anwendung auf Motoren
mit abgedichtetem Läufer
bietet, wird nachfolgend vor der Beschreibung des Erfindungsgegenstands
zunächst
die Art und Weise beschrieben, in der die Abdichtung bei einem solchen Motor
ausgeführt
ist.
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In
einem Motor mit abgedichtetem Läufer muss
die läuferseitige
Umgebung von der ständerseitigen
Umgebung getrennt und zum Beispiel eine Gasströmung durch das Kugellager oder
den zwischen Läufer
und Ständer
des Motors ausgebildeten Luftspalt hindurch verhindert werden.
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Zu
diesem Zweck wird eine Dichtungsglocke verwendet, welche die gesamte
Läufereineit
umschließt
und deren zylindrische, aus einem unmagnetischen Werkstoff bestehende
Seitenwand in den Luftspalt zwischen Läufer und Ständer geführt wird. Der gesamte Ständerteil
mit insbesondere den Stromversorgungsleitern des Ständers liegt
außerhalb
dieser Glocke. Die Glocke liegt außerdem dichtend am Tragkörper, d.h.
an der festen Abschirmung an, welche die ständerseitige Umgebung von der
läuferseitigen
Umgebung trennt. Auf diese Weise wird eine dichtende Trennung zwischen
den beiden Umgebungsräumen
erreicht. Die Glocke deckt jedoch nicht nur den Läufer, sondern
auch das Kugellager ab.
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Die
Erfindung schlägt
eine besondere Montage des Kugellagers in dem zu seiner Halterung
dienenden Tragkörper
vor. Diese Montage eignet sich besonders für Motoren mit abgedichtetem
Läufer.
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Das
Kugellager wird in die vorgesehene Aufnahme des Tragkörpers eingesetzt,
wobei der Durchmesser der Aufnahme so bemessen ist, dass das Lager
ohne Reibung eingeführt
werden kann. Bei den Montageverfahren nach dem bisherigen Stand
der Technik wurde das Kugellager mit Kraftaufwand in die Aufnahme
eingedrückt
oder aber reibungsfrei eingesetzt, wobei dann allerdings eine Blechkante
oder ein ähnliches
Sicherungsteil erforderlich waren, um den feststehenden Laufring
des Kugellagers schub- und drehwirksam in der Aufnahme zu blockieren.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen,
den feststehenden Laufring durch eine, vorzugsweise ringförmig ausgebildete,
elastische Umlaufdichtung zu blockieren, die zwischen den Ständerteil
des Motors und dem umlaufenden Rand des feststehenden Laufrings
eingesetzt und bei der Befestigung des Ständerteils auf dem Tragkörper zusammengepresst wird.
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So
wird nachdem das Kugellager reibungsfrei in den Tragkörper eingesetzt
worden ist und der Läufer
diese Aufnahme nach außen
durchdringt, der Ständerteil
um den Läuferteil
herum montiert und, im Allgemeinen durch Verschrauben, auf dem Tragkörper befestigt,
wobei diese Schraubbefestigung bewirkt, dass der Dichtungsring gegen
den feststehenden Laufring des Kugellagers gepresst wird. Dieser Druck
verhindert einerseits ein Herausrutschen des Kugellagers aus seiner
Aufnahme. Andererseits verhindert der durch die Druckkraft erzeugte
Reibungswiderstand, dass der feststehende Laufring sich verdreht,
und zwar auch dann, wenn die Drehkräfte des Läufers auf den Ring einwirken.
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In
der Druckschrift DE-C-4023756 ist ein Elektromotor nach dem bisherigen
Stand der Technik beschrieben.
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Die
Erfindung schlägt
daher einen Elektromotor vor, der einen Tragkörper, in dem eine Aufnahme
für ein
Kugellager ausgebildet ist, einen diese Aufnahme nach außen durchdringenden
Läufer
sowie eine um den Läufer
herum montierte und auf dem Tragkörper befestigte Ständereinheit
umfasst, welcher Motor dadurch gekennzeichnet ist, dass eine vorzugsweise
ringförmig
ausgebildete Umlaufdichtung zwischen der Ständereinheit und dem umlaufenden
Rand eines feststehenden Laufrings des Kugellagers eingeklemmt ist,
wobei die genannte Dichtung den feststehenden Laufring durch den
von ihr ausgeübten
Druck in Axialrichtung schubwirksam und durch Reibung drehwirksam
blockiert.
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Bei
einem abgedichteten Motor mit um den Läufer geführter Dichtungsglocke wird
der radial (d.h. parallel zur Ebene des Dichtungsrings) umbogene untere
Rand der Glocke zwischen die Ständereinheit und
den Dichtungsring geführt,
wobei der genannte untere Glockenrand beim Festziehen der Ständereinheit
auf dem Tragkörper
gegen die Dichtung gepresst wird. Die Dichtung stützt sich
dabei nicht nur am umlaufenden Rand des feststehenden Laufrings
des Kugellagers (ohne an dieser Stelle Dichtigkeit herzustellen)
sondern auch an einem Teil des Tragkörpers ab, um so die Dichtigkeit
zwischen der Glocke und dem Tragkörper längs des gesamten Umfangsrands
der Glocke zu gewährleisten.
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Die
Aufnahme des Kugellagers weist vorzugsweise auf der Einsatzseite
des Kugellagers einen zylindrischen Absatz auf, dessen Durchmesser geringfügig größer ist
als der Durchmesser des feststehenden Laufrings; in diesen Absatz
wird die Dichtung eingesetzt, wobei der Durchmesser und die Dicke
der Dichtung in Radialrichtung so bemessen sind, dass sich die äußere Umfangsfläche der
Dichtung an der zylindrischen Innenwand des genannten Absatzes abstützt.
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Bei
der erfindungsgemäßen Anordnung
wirken keine unzulässigen
Kräfte
auf das Lager, so dass keinerlei Verformungen auftreten und ein
optimaler Betrieb des Lagers ermöglicht
wird.
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Bezüglich des
Kompressionsgrads der Dichtung lassen sich Abmessungsänderungen
der einzelnen Teile berücksichtigen,
falls diese hohe Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweisen. Trotz dieser Veränderung
der Abmessungen reichen die auf das Kugellager wirkenden Kräfte für dessen
Blockierung aus.
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Dank
dieser Dichtung wird die Dichtigkeit gleichermaßen bei einem Motor mit abgedichtetem Läufer erzielt.
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Schließlich schlägt die Erfindung
auch ein Montageverfahren für
einen Elektromotor vor, das folgende Schritte umfasst: Vorbereitung
einer aus einem Läufer
und einem Kugellager bestehenden Läufereinheit, Montage der Einheit
in einer Kugellageraufnahme eines Tragkörpers, wobei der Läufer die Aufnahme
nach außen
durchdringt, Aufsetzen einer, vorzugsweise ringförmigen Umlaufdichtung auf einen feststehenden
Laufring des Kugellagers, Montage einer Ständereinheit um den Läufer herum
und Festziehen der Ständereinheit
auf dem Tragkörper,
wodurch die Dichtung gegen den feststehenden Laufring gepresst wird.
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Bei
einem Motor mit abgedichtetem Läufer geht
der Montage der Ständereinheit
ein Montageschritt voraus, in dem eine Dichtungsglocke aus einem
unmagnetischen Werkstoff um den Läufer herum montiert wird, wobei
die genannte Glocke einen umbogenen unteren Rand aufweist, der auf
die Dichtung aufgesetzt wird, und die Ständereinheit anschließend auf
diesen Rand aufgesetzt wird, um ihn gegen die Dichtung zu pressen.
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Die
Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden
näheren
Beschreibung sowie den beigefügten
Zeichnungen hervor. Dabei zeigen
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1 eine
allgemeine Ansicht eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Motors,
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2 eine
vergrößerte Detailansicht
der Montage des Kugellagers.
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Die
Erfindung wird mit Bezug auf einen Schrittmotor mit abgedichtetem
Läufer
beschrieben, der dazu dient, ein Einströmventil eines Gaskessels anzusteuern.
Es sind jedoch auch andere Anwendungsbeispiele möglich.
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Der
Schrittmotor ist auf einem massiven Tragkörper 10 montiert,
welcher eine Abschirmung bildet, sie den gasgefüllten Raum von der äußeren Umgebung
trennt. Das Gehäuse
des von diesem Motor angesteuerten Ventils ist nicht dargestellt.
Die Ansteuerung erfolgt über
eine in Längsrichtung
verschiebbare Stange oder Achse 14. Das Gehäuse des Magnetventils
umschließt
das Ende der Stange 14 und ist auf der in 1 rechts
liegenden Seite durch den Tragkörper 10 verschlossen.
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Die
Funktion des Motors besteht darin, die Achse 14 in Längsrichtung
zu verschieben, um beispielsweise einen nicht dargestellten Schieber
zu öffnen
oder zu schließen.
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Der
massive Tragkörper 10 umfasst
einen flanschförmig
ausgebildeten Querabschnitt 20, der im Folgenden als "Flansch 20" bezeichnet wird
und auf dem einerseits das Ventilgehäuse (rechts am Flansch 20)
und andererseits der Ständer
des Motors (links am Flansch 20) befestigt werden. In diesem Querabschnitt
ist in Richtung der Achse 14 eine Durchgangsbohrung ausgebildet,
um die Durchführung
der genannten Achse zu ermöglichen.
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Der
eigentliche Elektromotor umfasst im Wesentlichen eine Ständereinheit 24,
einen Läufer 26 und
ein Kugellager 28. Die Ständereinheit und der Läufer sind
linksseitig auf dem Flansch 20 montiert, und das Kugellager
ist in einer im Flansch 20 ausgebildeten Aufnahme 30 angeordnet.
Die Achse 14 erstreckt sind zu beiden Seiten des Flansches 20 und durchragt
eine im Boden der Aufnahme ausgebildete Bohrung 30.
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Der
Läufer
ist vorzugsweise als Permanentmagnet-Läufer ausgebildet. Die Magnete
sind mit den Bezugszeichen 27 bezeichnet und auf dem Umfang
eines Läufergehäuses montiert,
das vorzugsweise aus Kunststoff besteht.
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Der
Ständer
umfasst Polstücke
mit stromdurchflossenen Wicklungen, die gegenüber dem Läuferbereich mit den Permanentmagneten
angeordnet sind. Dieser Läuferbereich
ist außerhalb
des Tragkörpers 10,
links von diesem angeordnet.
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Die
Achse 14 ist in einem Bereich, in dem sie mit einem zugeordeten
Innengewinde des Läufers zusammenwirken
kann, mit einem Außengewinde versehen,
und es sind nicht dargestellte Mittel vorgesehen, um die Drehung
der Achse 14 zu verhindern. Daraus folgt, dass sich die
Achse 14 bei drehendem Läufer in Längsrichtung verschiebt. Die
Ständereinheit 24,
bestehend aus den Polstücken 40,
den Wicklungen 42, seitlichen Halterungen 44,
einem Zylinderring 46 und einer Tragplatte 48,
ist mit Hilfe von Schrauben 50 am Flansch 20 befestigt.
Diese Schrauben pressen die Platte 48 gegen den Flansch 20.
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Beim
Aufschrauben der Trägerplatte 48 auf dem
Flansch wird eine vorzugsweise ringförmig ausgebildete Umlaufdichtung 60 in
die Aufnahme 30 des Kugellagers gepresst, wodurch das Kugellager
gegen den Grund seiner Aufnahme gepresst wird.
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Bei
einem Motor mit abgedichtetem Läufer der
in den Figuren gezeigten Art ist eine Dichtungsglocke 62 vorgesehen,
die den gesamten Läufer
umschließt,
um ihn gegen den Ständer
abzuschirmen und den Raum, in dem sich der Läufer befindet, gegenüber dem
Raum, in dem sich der Ständer
befindet, abzudichten.
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Diese
Glocke 62 weist einen Zylinderwandabschnitt auf, der zwischen
den Polstücken
des Ständers
und den Permanentmagneten des Läufers verläuft. Dieser
Abschnitt besteht aus einem dünnwandigen
unmagnetischen Metall (vorzugsweise Edelstahl) oder Kunststoff,
derart dass er in den Luftspalt zwischen Läufer und Ständer geführt werden kann, ohne die elektromagnetische
Funktionsweise des Motors zu beeinträchtigen. Die in der Figur links
angeordnete Glockenkrone umschließt das Läuferende. Der untere Rand 80 der
Glocke ist in radialer Richtung, parallel zum quer liegenden Flansch 20 umbogen,
um sich an der Dichtung 60 abzustützen. Dieser untere Rand ist
also parallel zur Ebene der Umlaufdichtung, d.h. senkrecht zur Drehachse des
Motors umbogen. Der umbogene untere Rand wird zwischen der Trägerplatte 48 des
Ständers
und der Dichtung eingeklemmt, derart dass die Glocke beim Festziehen
der Platte 48 auf dem Flansch auf die Dichtung 60 gepresst
wird, welche ihrerseits das Kugellager 28 in dessen Aufnahme
drückt.
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2 zeigt
eine vergrößerte Darstellung
der Glocke 62, der Dichtung 60 und des Kugellagers 28. Die
Aufnahme 30 des Kugellagers ist als zweistufiger zylindrischer
Sitzring ausgebildet, wobei die erste Stufe einen geringfügig größeren Durchmesser
aufweist als die zweite.
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Die
erste Stufe nimmt die Dichtung 60 und die zweite Stufe
das Kugellager auf. Das Kugellager stützt sich am Grund des Sitzrings
ab, der durch die zweite Stufe gebildet wird und in dem eine Bohrung zur
Durchführung
der Achse 14 ausgebildet ist.
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Das
Kugellager 28 umfasst einen feststehenden Laufring 70 (der
bei Drehung des Läufers
nicht mitdreht) und einen beweglichen Laufring 72, der vom
Läufer
drehwirksam mitgeführt
wird. Der bewegliche Laufring ist auf das Läufergehäuse aufgepresst (durch Ultraschall
bei Kunststoffgehäusen).
Der Nenn-Außendurchmesser
des feststehenden Laufrings entspricht dem Nenn-Innendurchmesser der zweiten Stufe des
Sitzrings, wobei die Fertigungstoleranzen so bemessen sind, dass
ein reibungsfreies Einsetzen des Kugellagers möglich ist.
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Beim
Einsetzen der Läufereinheit
einschließlich
der Achse 14 und des zugehörigen Kugellagers 28 in
die Aufnahme mit der Durchführungsöffnung für die Achse 14 lässt sich
das Kugellager passgenau und ohne Reibung in die zweite Stufe des
Sitzrings einführen.
Anschließend
wird die vorzugsweise ringförmig
ausgebildete Dichtung 60 in die erste Stufe des Sitzrings
eingesetzt. Der Außendurchmesser
der (unkomprimierten) Dichtung entspricht annähernd dem Innendurchmesser
dieser ersten Stufe und nimmt zu, wenn die Dichtung in Richtung
der Sitzringtiefe komprimiert wird. Die Dichtung liegt dann dichtend
an der zylindrischen Innenwand der ersten Stufe der Aufnahme 30 an.
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Der
Innendurchmesser des Dichtungsrings (d.h. die in Radialrichtung
gesehene Dicke des Dichtungsrings) ist so bemessen, dass sich die
Dichtung nur am feststehenden Laufring 70 des Kugellagers und
nicht am übrigen
Lager abstützt.
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Anschließend wird
die Glocke 62 auf den Läufer
aufgesetzt. Der untere Rand 80 greift in die erste Stufe
des Sitzrings ein und stützt
sich an der Dichtung ab; anschließend wird die auf der Trägerplatte 48 befestigte
Ständereinheit über die
Glocke geschoben. Schließlich
wird die Trägerplatte 48 auf dem
Flansch 20 festgeschraubt, so dass der untere Rand 80 der
Glocke gegen die Dichtung 60 gepresst wird. Dadurch wird
die Dichtung komprimiert und presst einerseits den Laufring 70 (und
damit das ganze Kugellager) gegen den Grund der Aufnahme 30 und
stützt
sich andererseits an der zylindrischen Seitenwand der ersten Stufe
der Aufnahme 30 ab.
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Der
umbogene untere Rand der Glocke greift vorzugsweise passgenau in
die Aufnahme 30 ein, die Dichtigkeit gegenüber den
möglicherweise
von einer Seite des Flansches durch die Öffnung der Achse 14 und
insbesondere durch das Kugellager hindurch zur anderen Seite des
Flansches strömenden
Gase wird jedoch durch die Anlage der Dichtung an der Glocke und
an der Wand der Aufnahme gewährleistet. Die Glocke 62 schließt das Gas
im Raum um den Läufer herum
ein, ohne dass dieses in Richtung des Ständers entweichen kann oder
allgemeiner ausgedrückt ohne
dass ein Ausströmen
nach außen
auf der linken Seite des Flansches möglich ist.
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Wie
in 2 ersichtlich ist die Anordnung vorzugsweise so
ausgebildet, dass die Platte 48 im Bereich des unteren
Randes 80 der Glocke 62 einen kleinen zylindrischen
Absatz aufweist, dessen Durchmesser genauso groß ist wie der Durchmesser der als
Aufnahme 30 dienenden ersten Stufe des Sitzrings. Dieser
Absatz greift geringfügig
in die Aufnahme ein, um den unteren Rand der Glocke beim Aufsetzen
auf die Dichtung 60 in der Aufnahme genau zentrieren zu
können.
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Auf
diese Weise ergibt sich ein Montageverfahren für ein Kugellager, das insbesondere
für Motoren
mit abgedichtetem Läufer
geeignet ist.