LU101230B1

LU101230B1 - Elektromotor und Antriebsordnung

Info

Publication number: LU101230B1
Application number: LU101230A
Authority: LU
Inventors: Johannes Oswald; Michael Walter
Original assignee: Oswald Elektromotoren Gmbh
Priority date: 2019-05-23
Filing date: 2019-05-23
Publication date: 2020-11-23

Abstract

Elektromotor (1) mit einem Stator (2), einem innerhalb des Stators (2) koaxial zu dem Stator (2) um eine Längsachse (3) des Elektromotors (1) herum rotierbaren Rotor (4) und einem Motorgehäuse (5) mit zwei voneinander beabstandeten Stirnebenen (6), zwischen denen der Rotor (4) und der Stator (2) angeordnet sind, wobei der Stator (2) innerhalb des Motorgehäuses (5) angeordnet und drehfest an dem Motorgehäuse (5) festgelegt ist, wobei das Motorgehäuse (5) derart an ein Trägerelement (7) angepasst ist, dass der Elektromotor (1) und das Trägerelement (7) im Bereich einer der Stirnebenen (6) des Motorgehäuses (5) drehfest aneinander festlegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) keine Lagerelemente (12) aufweist, wobei der Rotor (4) einen Rotorflansch aufweist, der bei an dem Trägerelement (7) festgelegtem Elektromotor (1) einem drehbar an dem Trägerelement (7) festgelegten Trägerflansch (9) zugewandt ist, wobei der Rotorflansch (8) und der Trägerflansch (9) derart aneinander festlegbar sind, dass eine koaxiale Drehbewegung von Trägerflansch (9), Rotorflansch (8) und Rotor (4) ermöglicht ist. Eine drehbare Lagerung des Rotors erfolgt ausschliessilich durch an dem Trägerelement (7) festgelegte Lagerelemente (12) des Trägerflansches (9). Der radiale Abstand zwischen dem Rotor (4) und dem Stator (2) nimmt mit zunehmendem axialen Abstand von dem Rotorflansch (8) zu. Die Erfindung betrifft auch eine Antriebsanordnung (14).

Description

- 1 - OSW 9663 LU LU101230 OSWALD Elektromotoren GmbH Elektromotor und Antriebsanordnung

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Stator, einem innerhalb des Stators koaxial zu dem Stator um eine Längsachse des Elektromotors herum rotierbaren Rotor und einem Motorgehäuse mit zwei voneinander beabstandeten Stirnebenen, zwischen denen der Rotor und der Stator angeordnet sind, wobei der Stator innerhalb des Motorgehäuses angeordnet und drehfest an dem Motorgehäuse festgelegt ist, wobei das Motorgehäuse derart an ein Trägerelement angepasst ist, dass der Elektromotor und das Trägerelement im Bereich einer der Stirnebenen des Motorgehäuses drehfest aneinander festlegbar sind.

In modernen industriellen Prozessen wird ein hoher Anteil der eingesetzten Maschinen durch Elektromotoren / angetrieben.

Dabei ist es üblich, dass die Elektromotoren und die Arbeitsmaschinen weitestgehend unabhängig . voneinander entwickelt, konstruiert und hergestellt werden. ; Üblicherweise wird zwischen diesen beiden Systemkomponenten lediglich eine Schnittstelle in Form einer Kraftübertragung, beispielsweise einem Flansch, einer Welle | und/ oder einem Getriebe definiert, durch die ausschließlich eine Antriebskraft übertragen wird.

Daraus resultiert, dass sowohl der Elektromotor, als auch die Arbeitsmaschine unabhängige und selbstständig funktionsfähige Einheiten sind. | = TT U —— |

-2- OSW 9663 LU LU101230 Insbesondere im Bereich der rotierenden Arbeitsmaschinen, die mit rotierenden elektrischen Maschinen gekoppelt werden führt diese Konstruktionspraxis dazu, dass sowohl der Elektromotor als auch die Arbeitsmaschine insbesondere im Bereich der Lagerung der rotierenden Teile, wie etwa eines Rotors des Elektromotors und/ oder einer Abtriebswelle der Arbeitsmaschine, unnötig überzeichnet sind.

Aus dieser Überzeichnung resultiert beispielsweise, dass mehr Lagerelemente in der aus Elektromotor und Arbeitsmaschine gebildeten komplexen Maschine verbaut sind, als dies eigentlich notwendig wäre.

Hierdurch sind insbesondere die Kosten, der Produktionsaufwand sowie ein notwendiger Bauraum erhöht.

Als Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird es daher ; angesehen, einen Elektromotor zur Verfügung zu stellen, der derart an eine Arbeitsmaschine angepasst ist, dass ein Lagerungsaufwand, insbesondere in Bezug auf den Rotor des Elektromotors, reduziert ist. : 20 : Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der | Rotor einen Rotorflansch aufweist, der bei an dem : Trägerelement festgelegtem Elektromotor einem drehbar an dem Trägerelement festgelegten Trägerflansch zugewandt ist, wobei der Rotorflansch und der Trägerflansch derart | aneinander festlegbar sind, dass eine koaxiale Drehbewegung von Trägerflansch, Rotorflansch und Rotor ermöglicht ist, wobei eine drehbare Lagerung des Rotors ausschließlich | durch an dem Trägerelement festgelegte Lagerelemente des Trägerflansches erfolgt und wobei der radiale Abstand zwischen dem Rotor und dem Stator mit zunehmendem axialen Abstand von dem Rotorflansch zunimmt. ee 7

- 3 = OSW 9663 LU LU101230 Der Elektromotor weist bei der erfindungsgemäben Ausgestaltung keine Lagerelemente zur Lagerung des Rotors auf. Durch eine derartige Ausgestaltung des Elektromotors wird es ermôglicht, dass der Elektromotor besonders kompakt ausgestaltet sein kann. Darüber hinaus müssen Motorgehäuse und Stator lediglich dahingehend ausgelegt und eventuell überzeichnet sein, dass sie auf den Rotor wirkende Antriebskräfte in das Träâgerelement einleiten müssen. Anders als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Elektromotoren müssen Motorgehäuse und Stator keine Lagerkräfte aufnehmen, die bei einer Lagerung des Rotors am Motorgehäuse und/ oder Stator auftreten würden. Es ist vorgesehen, dass der Rotor des Elektromotors in einem Einbauzustand des Elektromotors, also wenn der Stator des Elektromotors an dem Trägerelement und der Rotor des : Elektromotors an dem Lagerelement des Trägerelements festgelegt ist, mechanisch durch das Trägerelement mit dem Motorgehäuse und/ oder dem Stator in Wirkverbindung gebracht ist. Die Lagerung des Rotors erfolgt dabei durch ; das Lagerelement des Trägerelements. Diese Ausgestaltung des Elektromotors ist insbesondere : vorteilhaft, da durch die ausschließlich einseitige : 25 Lagerung des Rotors durch das Lagerelement des Trägerelements eine Taumelbewegung einer Rotordrehachse um einen Mittelpunkt des Lagerelements begünstigt ist. Die Auslenkung des Rotors in Richtung des Stators nimmt mit zunehmendem axialen Abstand von dem Rotorflansch zu. Um einen optimalen Kompromiss zwischen Betriebssicherheit und ; Effizienz zu erreichen, ist es daher vorgesehen, dass der

TT

- 4 - OSW 9663 LU LU101230 Luftspalt sich dementsprechend mit zunehmendem axialen Abstand von dem Rotorflansch erweitert.

Eine vorteilhafte Umsetzung des Erfindungsgedankens sieht vor, dass zwischen dem Rotor und dem Stator ein Luftspalt ausgebildet ist, wobei ein radialer Abstand zwischen dem Rotor und dem Stator im Bereich des Luftspalts 0,1 mm bis 1,0 mm, bevorzugt 0,3 mm bis 0,8 mm, und besonders bevorzugt zwischen 0,5 mm und 0,6 mm beträgt.

Um eine möglichst effiziente Umwandlung elektrischer in kinetische Energie zu erreichen, ist es vorgesehen, dass der Luftspalt möglichst klein sein soll.

Demgegenüber steht das Erfordernis, dass es in keinem Betriebszustand des Elektromotors zu einer Berührung zwischen dem rotierenden.

Rotor und dem Stator kommen darf.

Je steifer insbesondere das Trägerelement und/ oder das Lagerelement und/ oder das Motorgehäuse und/ oder der Stator und/ oder der Rotor ausgelegt sind, umso schmaler kann der Luftspalt ausgelegt ; sein.

Es ist vorgesehen, dass der Luftspalt zumindest so ; 20 breit ist, dass zu erwartende Auslenkungen des Rotors in Richtung des Stators ausgeglichen werden können. | Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen : Elektromotors ist vorgesehen, dass die Stirnebenen parallel | 25 zueinander und senkrecht zu der Längsachse des Elektromotors ausgerichtet sind.

Eine vorteilhafte Umsetzung des Erfindungsgedankens sieht vor, dass der Rotorflansch und der Trägerflansch derart aneinander angepasst sind, dass der Rotorflansch und der Trägerflansch mittels zumindest einer Schraubverbindung aneinander festlegbar sind.

Es ist vorgesehen, dass die ——IIII III |

-5- OSW 9663 LU LU101230 Schraubverbindung sowohl mittels separater Schrauben, als auch mittels Stehbolzen gebildet sein kann. Dabei ist es vorgesehen, dass die Stehbolzen einen Gewindeabschnitt aufweisen, auf den insbesondere eine Mutter aufschraubbar ist. Die Schrauben können beispielsweise durch in den Rotorflansch und den Trägerflansch eingebrachte und deckungsgleich anordnenbare Ausnehmungen geführt und verschraubt sein. Die Stehbolzen können sich sowohl von dem Rotorflansch in Richtung von auf dem Trägerflansch angeordneten Bolzenausnehmungen, als auch von dem Tragerflansch in Richtung von auf dem Rotorflansch angeordneten Bolzenausnehmungen erstrecken. Es ist vorgesehen, dass die Stehbolzen in die Bolzenausnehmungen ; eingeführt und verschraubt sind. Es ist vorteilhafterweise / auch vorgesehen, dass die Schraubverbindungen auch / Sicherungsmittel umfassen können, beispielsweise Sicherungsstifte und/ oder Sicherungssplinte.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass an dem Rotorflansch zumindest ein Festlegemittel ] lösbar festlegbar ist, wobei der Rotorflansch, das Festlegemittel und der Trägerflansch derart aneinander angepasst sind, dass der Rotorflansch und der Trägerflansch mittels des Festlegemittels aneinander festlegbar und/ oder | in Wirkverbindung bringbar sind. Es ist vorgesehen, dass ; der Elektromotor beispielsweise lösbar in den Rotorflansch : und/ oder den Trägerflansch einsetzbare Bolzen aufweisen kann, durch die Scherkräfte, die beispielsweise auf die Schrauben wirken, verringert und eine Drehmomentübertragung | von dem Rotorflansch auf den Trägerflansch verbessert ist. "|

- 6 - OSW 9663 LU LU101230 Es ist auch möglich, dass der Rotorflansch und der Trägerflansch derart ausgeformt sein können, dass zwischen ihnen eine formschlüssige Verbindung ausbildbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäBen Elektromotors ist vorgesehen, dass der Elektromotor ein wassergekühlter Elektromotor ist. Diese Ausgestaltung des Elektromotors ist insbesondere vorteilhaft, da hierdurch eine hohe Leistungsdichte erreichbar ist.

Die Erfindung betrifft auch eine Antriebsanordnung aus einem Trägerelement und einem Elektromotor gemäß einer zuvor beschriebenen Ausführungsform, wobei das Trägerelement einen drehbar an dem Trägerelement festgelegten Trägerflansch aufweist, wobei das Trägerelement und der Elektromotor drehfest aneinander ) festgelegt sind und wobei der Rotorflansch drehfest an dem 1 Tragerflansch festgelegt ist. Es ist vorgesehen, dass der : Trägerflansch beispielsweise mittels eines Wälzlagers, beispielsweise mittels eines Kugellagers, an dem : Trägerelement gelagert sein kann. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, : dass der Trägerflansch mit einem Abtriebselement in | 25 Wirkverbindung gebracht ist, wobei das Abtriebselement auf ; einer dem Elektromotor gegenüberliegenden Seite des | Trägerelements angeordnet ist und wobei das Abtriebselement | mit einer Arbeitsmaschine in Wirkverbindung bringbar ist. | ; Es ist hierbei auch möglich, dass die Arbeitsmaschine von : 30 dem Trägerelement zumindest teilweise getragen und/ oder gelagert wird. 1 4

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- 7 = OSW 9663 LU LU101230 Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäBen Antriebsanordnung ist vorgesehen, dass der Trägerflansch und das Abtriebselement als ein einteiliges Bauelement hergestellt sind. Ein derartiges Bauelement kann beispielsweise geschmiedet oder gegossen sein. Einteilig gefertigte Bauteile weisen üblicherweise erhöhte Festigkeitswerte auf, wodurch ihre Haltbarkeit erhöht und insbesondere ein Wartungsaufwand verringert ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Elektromotors werden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine schematisch dargestellte Schnittansicht einer | 15 Ausführungsform des Elektromotors und Figur 2 eine schematisch dargestellte Schnittansicht einer Ausführungsform der Antriebsanordnung.

In Figur 1 ist eine schematisch dargestellte Schnittansicht eines erfindungsgemidfen Elektromotors 1 gezeigt. Der | Elektromotor 1 weist einen Stator 2, einem innerhalb des Stators 2 koaxial zu dem Stator 2 um eine Längsachse 3 des Elektromotors 1 herum rotierbaren Rotor 4. Der Rotor 4 und der Stator 2 sind innerhalb eines Motorgehäuses 5 des Elektromotors 1 angeordnet, wobei das Motorgehäuse 5 zwei voneinander beabstandeten Stirnebenen 6 aufweist, zwischen denen der Rotor 4 und der Stator 2 angeordnet sind.

Der innerhalb des Motorgehäuses 5 angeordnete Stator 2 ist drehfest an dem Motorgehäuse 5 festgelegt und das Motorgehäuse 5 ist derart an ein Trâgerelement 7 angepasst, ee

- 8 - OSW 9663 LU LU101230 dass der Elektromotor 1 und das Trägerelement 7 im Bereich einer der Stirnebenen 6 des Motorgehäuses 5 drehfest aneinander festlegbar sind.

Der Rotor 4 des Elektromotors 1 weist einen Rotorflansch 8 auf, der einem drehbar an dem Trägerelement 7 gelagerten Trägerflansch 9 des Trägerelements 7 zugewandt ist, wenn der Elektromotor 1 an dem Trägerelement 7 festgelegt ist. Der Rotorflansch 8 weist Stehbolzen 10 auf, die durch Bolzenausnehmungen 11 des Trägerflansches 9 hindurchführbar und verschraubbar sind. Durch das Festlegen des Rotorflansches 8 an dem Trägerflansch 9 ist eine koaxiale Drehbewegung von Träger£flansch 9, Rotorflansch 8 und Rotor 4 ermôglicht.

Die Lagerung des Trägerflansches 9 erfolgt durch Lagerelemente 12 des Trägerelements 7. Der Elektromotor 1 selbst weist keine Lagerelemente 12 auf. Die drehbare Lagerung des Rotors 4 erfolgt ausschließlich über die Lagerelemente 12 des Trägerelements 7.

Bei dem dargestellten Elektromotor 1 ist zwischen dem Rotor 4 und dem Stator 2 ein Luftspalt 13 ausgebildet. Im Bereich des Luftspalts 13 beträgt ein radialer Abstand zwischen dem Rotor 4 und dem Stator 2 zwischen 0,5 mm und 0,6 mm. Der radiale Abstand zwischen dem Rotor 4 und dem Stator 2 nimmt mit zunehmendem axialen Abstand von dem Rotorflansch 8 zu. In Figur 2 ist eine schematisch dargestellte Schnittansicht einer Antriebsanordnung 14 aus einem Trägerelement 7 und einem Elektromotor 1 gezeigt. Das Trägerelement 7 weist einen drehbar an dem Trägerelement 7 festgelegten Ge 7

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| - 9 - OSW 9663 LU LU101230

Trägerflansch 9 auf.

Das Trägerelement 7 und der Elektromotor 1 sind mittels einer lediglich schematisch | dargestellten Motorhalterung 15 drehfest aneinander : festgelegt.

Der Rotorflansch 8 ist mittels einer nicht i dargestellten Schraubverbindung drehfest an dem | Trägerflansch 9 festgelegt.

Der Trägerflansch 9 ist ein | Bestandteil eines einteiligen Ubertragungsbauteils 16. An den Trägerflansch 9 des Übertragungsbauteils 16 schließt ein Verbindungsabschnitt 17 an.

Das Übertragungsbauteil 16 ist mittels der Lagerelemente 12 drehbar an dem Trägerelement 7 gelagert.

Das Ubertragungsbauteil 16 weist ; darüber hinaus ein auf einer dem Elektromotor 1 gegenüberliegenden Seite des Trägerelements 7 angeordnetes | Abtriebselement 18 auf.

Das Abtriebselement 18 ist mit einer schematisch dargestellten Arbeitsmaschine 19 in Wirkverbindung gebracht.

In den Darstellungen der Figuren 1 und 2 sind jeweils : einzelne mehrerer gleichartiger Elemente exemplarisch mit einem Bezugszeichen gekennzeichnet. : DR.

SEBASTIAN CLEVER |

PATENTANWALT i

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Claims

- 10 - OSW 9663 LU LU101230 PATENTANSPRÜCHE

1. Elektromotor (1) mit einem Stator (2), einem innerhalb des Stators (2) koaxial zu dem Stator (2) um eine Längsachse (3) des Elektromotors (1) herum rotierbaren Rotor (4) und einem Motorgehäuse (5) mit zwei voneinander beabstandeten Stirnebenen (6), zwischen denen der Rotor (4) und der Stator (2) angeordnet sind, wobei der Stator (2) innerhalb des Motorgehäuses (5) angeordnet und drehfest an dem Motorgehäuse (5) festgelegt ist, wobei das Motorgehäuse (5) derart an ein Trägerelement (7) angepasst ist, dass der Elektromotor (1) und das Trägerelement (7) im | Bereich einer der Stirnebenen (6) des Motorgehäuses (5) | drehfest aneinander festlegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) einen Rotorflansch aufweist, der bei an dem Trägerelement (7) festgelegtem Elektromotor (1) einem drehbar an dem Trägerelement (7) festgelegten Trägerflansch (9) zugewandt ist, wobei der Rotorflansch (8) und der Trägerflansch (9) derart aneinander festlegbar sind, dass eine koaxiale Drehbewegung von Tragerflansch (9), Rotorflansch (8) und Rotor (4) | ermôglicht ist, wobei eine drehbare Lagerung des Rotors ausschließlich durch an dem Trägerelement (7) festgelegte Lagerelemente (12) des Trägerflansches (9) erfolgt und wobei der radiale Abstand zwischen dem Rotor (4) und dem Stator (2) mit zunehmendem axialen Abstand von dem Rotorflansch (8) zunimmt.

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| - 11 - OSW 9663 LU | LU101230 |

2. Elektromotor (1) gemäß Anspruch 1, dadurch / gekennzeichnet, dass zwischen dem Rotor (4) und dem Stator (2) ein Luftspalt (13) ausgebildet ist, wobei ein radialer Abstand zwischen dem Rotor (4) und dem Stator (2) im Bereich des Luftspalts (13) 0,1 mm bis 1,0 mm, bevorzugt | 0,3 mm bis 0,8 mm, und besonders bevorzugt zwischen 0,5 mm | und 0,6 mm beträgt. |

3. Elektromotor (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnebenen (6) | parallel zueinander und senkrecht zu der Längsachse (3) des | Elektromotors (1) ausgerichtet sind.

4. Elektromotor (1} gemäß einem der voranstehenden | Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorflansch (8) und der Trägerflansch (9) derart | aneinander angepasst sind, dass der Rotorflansch (8) und | der Trägerflansch (9) mittels zumindest einer Schraubverbindung aneinander festlegbar sind.

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5. Elektromotor (1) nach einem der voranstehenden | Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem | Rotorflansch (8) zumindest ein Festlegemittel lösbar | festlegbar ist, wobei der Rotorflansch (8), das Festlegemittel und der Trägerflansch (9) derart aneinander | angepasst sind, dass der Rotorflansch (8) und der | Trägerflansch (9) mittels des Festlegemittels aneinander festlegbar und/ oder in Wirkverbindung bringbar sind.

6. Elektromotor (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) ein wassergekühlter Elektromotor (1) ist.

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7. Antriebsanordnung (14) aus einem Trägerelement (7) und | einem Elektromotor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, | wobei das Trägerelement (7) einen drehbar an dem Tragerelement (7) festgelegten Trägerflansch (9) aufweist, wobei das Trägerelement (7) und der Elektromotor (1) | drehfest aneinander festgelegt sind und wobei der | Rotorflansch (8) drehfest an dem Trägerflansch (9) | festgelegt ist. |

8. Antriebsanordnung (14) gemäß Anspruch 7, dadurch ; gekennzeichnet, dass der Trägerflansch (9) mit einem ; Abtriebselement (18) in Wirkverbindung gebracht ist, wobei ! das Abtriebselement (18) auf einer dem Elektromotor (1) gegenüberliegenden Seite des Trägerelements (9) angeordnet ist und wobei das Abtriebselement (18) mit einer : Arbeitsmaschine (19) in Wirkverbindung bringbar ist. :

9. Antriebsanordnung (14) gemäß Anspruch 8, dadurch | gekennzeichnet, dass der Trägerflansch (9) und das : Abtriebselement (18) als ein einteiliges : Ubertragungsbauteil (16) hergestellt sind. ;

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