-
Elektromotorisch angetriebene Kolbenmaschine Gemäß der Erfindung wind
die Tatsache, daß bei einem Elektromotor durch die magnetischen Kraftlinnen der
Rotor immer in der Mitte des Stators gezogen wird, für den Aufbau einer Kolbenmaschine,
insbesondere einer Pumpe, nutzbar gemacht, ,wodurch sich ein besonders einflacher
Aufbau einer Kolbenmaschine ergibt. Bisher hat man .immer einen Elektromotor als
Bauteil für sich zum Antrieb einer Pumpe, eines Verdichters ad. dgl. verwendet.
Durch die Eirfindung ist es gelungen, Motor und arbeitende Kolbenmaschine in einem
Gehäuse, nämlich dem Motorgehäuse, zu vereinigen.
-
Den Gegenstand .der Erfindung bildet eine elektromotrisch angetriebene
Kolbenmaschine mit Ventil- oder Schlitzsteuerung für das zu fördernde Medium, die
exfnndungsgemäßdadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens ein Rotorwellenende mittel-
oder unmittelbar als Kolben in einem Zylinder arbeitet und daß der Rotor bei seiner
Drehung zwangsläufig in axialer Richtung hin und #her ibewegt ist.
-
Die zwangsweise axiale Verschiebung des Rotors aus der Mitte des Stators
kann dabei durch beliebige .geeignete mechanische Mittel erfolgen, beispielsweise
durch eine mit dem Rotor umlaufende Kurve, die sich auf einer festen Stelle des
Stators bzw. des Motorgehäuses abstützt. Diese festig Stelle ist vorzugsweise .durch
eine Rolle gebildet. Die axiale Zurückbewegung ,des Rotors erfolgt dabei durch .das
magnetische Kraftfeld des Stators.
-
Handelt es sich um einen: gewöhnlichen Elektromotor ,mit zylindrischem
Luftspalt zwischen Rotor und Stator, dann; steht der Rotor zweckmäßig unter .der
dauernden Einwirkung einer Federkraft, welche die Rotorkurve auf ihre Abstützung
drückt. Diese Federkraft ist nicht erforderlich, wenn der Motor so ausgebildet ist,
daß der Luftspalt zwischen Rotor und Stator ganz oder teilweise die Form
eines
Kegelmantels besitzt. In letzterem Fall ist diemagnetische Rückzugskraft groß genug,
um die Rotorkurve auf ihrer Abstützung zu halten.
-
Das gleiche kann auch dadurch erreicht werden, daß die Abstützung
so angeordnet ist, daß sich der Rotor in seiner gewissermaßen innenliegenden Endlage
nicht in Übereinstimmung mit ider Statormitte befindet, sondern etwas versetzt dazu
in axialer Richtung.
-
Weitere Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß ein Rotorwellenlager
selbst den Zylinder für das Rotorwellenende bildet, wobei dieses Lager durch eine
äußere Abdeckung mit einem Zylinderboden versehen ist. Der Arbeitskolben kann auch
durch einen besonderen, mit dem Rotorwellenende fest oder beweglich verbundenen
Teil ;gebildet sein.
-
Es liegt im Rahmen der Erfindung, beide Rotc>rwellenenden als Pumpenkolben
zu benutzen. Eines der Rotorwellenenden kann ,dabei vorzugsweise als Pumpe fwr ein
Schmier- oder Kühlmittel der Maschine selbst arbeiten.
-
Das Motorgehäuse kann vollkommen dicht ausgebil,det sein, so daß die
Rotorpumpen das oder die zu fördernden Medien aus idem Innern des Motorgehäuses
ansaugen.
-
Es ist klar, daß erfindungsgemäß sowohl flüssige als auch gasförmige
Medien gefördert oder verdichtet werden können.
-
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
-
Fig. i zeigt einen Elektromotor mit senkrechter Welle in einem Mittenschnitt;
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch das untere Rotorwellenende gemäß der Linie
A-B -der Fig. i ; Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform.
-
In, Fig. i ist ein, vollkommen geschlossenes Motorgehäuse, bestehend
aus dem Ring i und den Lagerkappen 2, 3, ,dargestellt. Im Gehäusering i ist der
die Wicklungen 4 tragende Stator 5 befestigt, dessen zylindrische Innenfläche 6
unten in einen konischen Teil 6' übergeht. Dementsprechend ist auch der auf
der Welle 7 befestigte Rotor 8 ausgebildet, wie aus Fig. i ersichtlich. Natürlich
können .die den Luftspalt 9 bildenden Flächen von Stator und Rotor auch so ausgebildet
sein, ,daß der ganze Luftspalt die Form eines Kegelmantels besitzt.
-
Die Rotorwelle 7 ist in den Lagerkappen 2; 3 nicht nur drehbar, sondern
auch axial verschiebbar gelagert. Um 'bei der Rotordrehung .zwangsweise eine axiale
Verschiebung -der Rotorwelle zu erreichen, ist im gezeichneten Beispiel auf der
Rotorwelle eine Scheibe io befestigt, deren Stirnfläche io' ,als Kurve ausgebildet
ist, die in einer zur Rotorwelle schrägen Ebene liegt. Diese Rotorkurve io' stützt
sich auf einem festen Punkt des Motorgehäuses ab, der im gezeichneten Beispiel durch
eine Rolle i i gebildet ist, die auf einem im Lagerdeckel 3 befestigten Zapfen i2
drehbar gelagert ist.
-
Wind der Motor eingestellt, -dann wird der Rotor durch .das magnetische
Feld des Stators 5 .im gezeichneten Beispiel dauernd nach unten :gezogen, da der
Rotor 8 das Bestreben hat, in die Mitte des Statorfeldes zu gelangen. Diese magnetische
Kraft sorgt dafür, daß die Rotorkurve io' dauernd auf der Rolle i i abgestützt ist.
Durch die Rotorkurve wird nur der Rotor bei jeder Umdrehung axial verschoben, im
gezeichneten. Beispiel .gehoben und ,durch die magnetische Kraft wieder zurück,
d. h. nach unten bewegt. Bei zier dargestellten einfachen Rotorkurve io' findet
also bei jeder Rotorumdrehung eine axiale Hinundherbewegung des Rotors und damit
der Rotorwelle 7 statt. Es sei hier der Vollständigkeit halber erwähnt, daß .durch
andere Gestaltung der Rotorkurve i o' auch mehrere Axialbewegungen des Rotors bei
einer Rotorumrdrehung erreicht werden können. Auch sei erwähnt, @daß Rotorkurve
io' und Stützrolle i i umgekehrt angeordnet sein könnten.
-
Betrachtet man zuerst die untere Hälfte der Fig. i, dann sieht man,
.daß das untereRotorwellenende 7' ,als Kolben in einem durch das Wellenlager 13
gebildeten Zylinder arbeitet. Das Wellenlager 13 .ist untendurch eine mit ider 3
fest verbundene Platte 14 abgeschlossen.
-
Die obere Hälfte der Fig. i zeigt, daß dem Arbeitskolben auch ein
größerer Querschnitt gegeben werden kann. Mit dem oberen Rotorwellenende 7" ist
ein Kolben 15 fest oder, wie in Fig. i gezeigt, beweglich verbunden. Das Wellenende
7" greift mit einem Bund 16 in den Kolben 15 ein. Durch eine von oben in den Kolben
15 eingeschraubte Mutter 17 ist der Kolben 15 in axialer Richtung fest mit der Rotorwelle
7 verbunden. Der Kolben 15 arbeitet in dem. Wellenlager 18, das oben im :gezeichneten
Beispiel durch eine Ventilplatte ig und einen Anschlußkörper 2o abgeschlossen ist.
-
,Als Beispiel sei angenommen, ,daß es sich um einen im Kältemittel'kreislauf
einer Kühlmaschine liegenden elektromotorisch angetriebenen Verdichter handelt.
Im Motordeckel :2 ist ,ein Anschluß 21 für .die Kältemittelleitung vorgesehen, welche
demzufolge das Innere des ganzen Motorgehäu-ses erfüllt. Bei der Arbeit wird das
Kältemittel durch den im Kolben 15 angeordneten Saugkanal 22 angesaugt, der oben
durch ein Rückschlagventil 23 irgendeiner bekannten Bauart abgeschlossen ist. Die
Ventilplatte i g trägt ein geeignetes Druckventil, im gezeichneten Beispiel eine
Blatttfeder 24, welche die mittlere Bohrung 2,5 der Ventilplatte abschließt. Im
Abschlußstück zo ist ein Anschluß 26 für die Kältemitteldruckleitung vorgesehen.
Das .durch den Kolben 15 angesaugte Kältemittelgas wird innerhalb des Kolbenzylinders
verdichtet und in, verdichtetem Zustand weitergeleitet. Es ist ,dabei gleichgültig,
ob sich idie Rotorwelle innerhalb des Kolbens 15 dreht, oder ob der Kolben i.5 ganz
oder teilweise mitgedreht wird. Saug- und Druckventil können auch in anderer Weise
ausgebildet sein. Ebenso ist es in an sich bekannter Weise möglich, Saug- und Druckventil
im Zylindeilikopf ig, 2o anzuordnen, wenn das Motorgehäuse eine an sich bekannte
offeneBauart aufweist, wobei in bekannter Weise ein .auf der Rotorwelle angeordnetes
Flügelrad für die Durchlüftung des Motors sorgen kann. An -die Stelle der selbsttätigen
Ventilsteuerung
kann auch eine an sich bekannte Schlitzsteuerung
treten, wofür in der unteren Hälfte der Fig. i ein Beispiel angegeben ist.
-
Im gezeichneten Beispiel arbeitet der durch das untere Rotorwelle:nende
7' gebildete, Kolben: als Schmierpumpe, die durch einen Kanal 27 aus dem Ölsumpf
28 unten im Mo :torgehäüse ansaugt. Von der unteren Stirnseite des Wellenendes
7' geht eine Bohrung 29 aus, die mit einer Ringnut 3o des Wellenendes in Verbindung
steht und die sich, wie Fig.2 zeigt, nur über einen Teil des Wellenumfangs erstreckt.
Im Zylinder oder Wellenlager 13 ist ein Druckkanal 31 angeordnet, der in eine Ringnut
32 mündet. Im gezeichneten Beispiel ist die Rotorwelle 7 mit einer 33 versehen,
die durch eine Querbohrung 34 mit der Ringnut 32 in Verbindung steht. Bei .der Drehung
und gleichzeitigen Verschiebung des Wellenemdes 7" wird durch den Kanal 27 Öl angesaugt,
-das beim Druckhub aus der Nut 30 in den Druckkanal 31, 32 und von dort in die Leitung34,
33 derRotorwelle7 übertritt. Im gezeichneten Beispiel wird auf diese Weise der obere
Arbeitskolben 15 geschmiert, zu welchem Zweck die aus Fig. i ersichtlichen, nicht
näher bezeichneten Kanäle angeordnet sind. Überschüssiges Öl fließt durch -das Motorgehäuse
nach unten in den Ölsumpf zurück. Dieser Ölumlauf kann auch zur Kühlung -des Motors
dienen.
-
Es ist klar, daß im Rahmen dieser Beschreibung nicht alle Anwendungsmöglichkeiten
erwähnt werden können. Erwähnt sei nur, daß auch beide Rotorwellenenden zur Förderung
des gleichen Mediums verwendet werden können. Auch ist es natürlich möglich, auf
der Rotor-welle mehrere Kolben. in axialer Nebenleinanderanordnung ,anzuordnen.
Erwähnt !sei .noch, @daß die Maschine genau so mit waagerecht liegender Rotorwelle
arbeitet.
-
Da die magnetische Rückstellkraft bei einem Elektromotor mit zylindrischem
Luftspalt zwischen Stator und Rotor kleiner ist, so kann durch zusätzliche Mittel
dafür gesorgt sein, daß ,die Rotorkurve i ö dauernd an ihrer Stützrolle i i gehalten
wird. Ein derartiges zusätzliches Mittel ist in Fig. 3 dargestellt. Der mit dem
oberen Rotorwellenende 7" verbundene Arbeitskolben 35 besitzt einen Flansch 35',
auf den mehrere im Gehäusedeckel a angeordnete Druckschraubenfedern 36 einwinken.
Die von den Federn 36 ausgeübte Kraft sorgt dafür, daß die mit einem rein zylindrischen
Rotor verbundene Steuerkurve iö ;dauernd an der Stützrolle i i ,ge-,halten wird.
-
Ein anderes zusätzliches Mittel, das im übrigen bei jeder Ausführungsform
zweckmäßig angewendet wird, besteht darin, daß die feste Abstützung oder die Stützrolle
i i derart angeordnet ist, daß bei senkrecht stehender Rotorwelle die tiefste Lage
des Rotors nicht mit seiner Mittellage im Statorfeld übereinstimmt, vielmehr etwas
höher liegt, so daß der Rotor niemals seine Mittellage im Statorfeld einnehmen kann.
Infolgedessen ist der Rotor dauernd der magnetischen Rückstellkraft unterworfen.