Elektromotor
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Rotor und einem Stator, wobei der Rotor eine Rotorwelle aufweist und die Rotorwelle in einem Gleitla- ger, vorzugsweise in einer Ausgestaltung eines Kalottenlagers, gehalten ist.
Elektromotoren der in Rede stehenden Art sind bekannt. Die Rotorwellen solcher Elektromotoren sind in üblicher Weise gelagert, wobei diesbezüglich Wälzlager wie Kugel- oder Rollenlager, sowie Gleitlager, beispielsweise Kalot- tenlager, zum Einsatz kommen. Insbesondere bei Kleinmotoren, wie sie beispielsweise in Haushaltsgeräten zum Einsatz kommen, können im Bereich der Rotorwellenlager relativ hohe Temperaturen herrschen. Diese kleinen Motoren sind zumeist schnelllaufende Elektromotoren, so insbesondere Kommutatoroder Reluktanzmotoren. Ein Kommutatormotor der in Rede stehenden Art ist beispielsweise aus der DE 19833 802 Al bekannt. Dessen Rotorwelle ist beidseitig des Rotors in Kalottenlagern gehalten.
Im Hinblick auf den zuvor beschriebenen Stand der Technik wird eine technische Problematik der Erfindung darin gesehen, einen Elektromotor der in Rede stehenden Art anzugeben, der insbesondere hinsichtlich des Temperaturverhaltens im Bereich eines Gleitlagers der Rotorwelle verbessert ist.
Diese Problematik ist zunächst und im Wesentlichen durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst, wobei darauf abgestellt ist, dass radial außerhalb des Gleit- lagers, jedoch innerhalb eines Lagergehäuses in Richtung der Rotorwelle verlaufende Luftwege ausgebildet sind. Durch die Anordnung dieser Luftwege ist eine ausreichende Kühlung des Gleitlagers erreicht. Über diese Luftwege kann Luft entlang des Gleitlagers, orientiert an die Rotorwellenerstreckung streifen, was zur Kühlung des Lagerbereiches beisteuert. Bevorzugt sind über den Um- fang des Gleitlagers innerhalb des Lagergehäuses mehrere, weiter bevorzugt
gleichmäßig zueinander beabstandete Luftwege, so beispielsweise in Form von Bohrungen oder vergleichbaren Durchbrechungen, vorgesehen, die weiter radial so zum Gleitlager beabstandet sind, dass eine ausreichende Kühlung desselben gewährleistet ist. Entsprechend ist der radiale Abstand zwischen Gleitlager und Luftwege klein bemessen.
Die Gegenstände der weiteren Ansprüche sind nachstehend in Bezug zu dem Gegenstand des Anspruchs 1 erläutert, können aber auch in ihrer unabhängigen Formulierung von Bedeutung sein.
So ist weiter vorgesehen, dass die Luftwege innerhalb des Lagergehäuses, unmittelbar benachbart zu dem Gleitlager ausgebildet sind. Entsprechend sind die Luftwege in einem radial eng bemessenen Bereich um die Lagerstelle des Gleitlagers ausgebildet. Sie können beispielsweise auch einen Teil des Gleitlagersit- zes ausformen. So können weiter beispielsweise die Luftwege innerhalb eines das Gleitlager umfassenden Ringbereiches ausgebildet sein, der etwa um das Radialmaß des Gleitlagers zu dem Gleitlager beabstandet ist. Weiter bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei welcher die Luftwege radial unmittelbar an das Gleitlager anschließen, ggf. beabstandet zum Gleitlager durch eine Material- stärke des das Gleitlager aufnehmenden Lagergehäuses. Das Gleitlager ist zudem bevorzugt einschließlich der Luftwege innerhalb eines zylindrisch das Gleitlager nach außen überragenden Lagergehäuses angeordnet. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Lagergehäuse und die Luftwege in einem als Kunststoff teil ausgebildeten Gehäuseteil, der so genannten Lagerbrücke, ausgeformt sind. Hierbei handelt es sich bevorzugt um ein Kunststoff-Spritzgussteil. Diese Lagerbrücke bildet weiter bevorzugt integral auch die Aufnahmen für mit dem Kommutator zusammenwirkende Kohlen aus. Als insbesondere montagefreundlich erweist sich eine Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes, bei welcher die Lagerbrücke von axial außen auf die Ro- torwelle montierbar ist. Nach dieser Montage ist die Rotorwelle in dem in der
Lagerbrücke gefassten Gleitlager gehalten. Zugleich sind die Aufnahmen für die Kohlen radial dem Kommutator zugeordnet. Als besonders vorteilhaft erweist sich diesbezüglich weiter, dass die Lagerbrücke mit dem Motorgehäuse klemmverbunden ist. Dieses Motorgehäuse kann ein das Rotor-Stator-Paket umfassendes Blechgehäuse sein, während die Lagerbrücke mit den Aufnahmen für die Kohlen sowie dem Lagersitz für das Gleitlager bevorzugt als Kunststoffteil ausgebildet ist. Durch die Klemmverbindung ist die Montage der Lagerbrücke im Wesentlichen vereinfacht. Von axial außen ist, die Rotorwelle umgebend, weiter eine Klemmbrille zur Zusammenwirkung mit dem Gleitlager montiert. Hierbei handelt es sich um ein Festlegungselement für das Gleitlager, welches sich an seinem Außenradius gegen die Lagerbrücke stützt, während es über Federelemente nach radial innen in Richtung auf den Achskörper auf das Gleitlager, so insbesondere auf das Kalottenlager einwirkt. Durch die vorgesehene axial von außen zugängliche Position ist die Montage dieser Klemmbrille wesentlich vereinfacht. Des Weiteren ist durch diese axial exponierte Anordnung der Klemmbrille eine verbesserte Abstrahlung der am Gleitlager entstehenden Wärme erreicht, was die gewünschte Kühlung, insbesondere gehemmt durch die schlechte Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffes der Lagerbrücke, wiederum positiv unterstützt. Die bevorzugt als Metallteil ausgebildete Klemmbril- Ie weist Luftwege fördernde Durchbrüche auf, die weiter nach Montage der
Klemmbrille in Überdeckung zu den im Bereich der Lagerbrücke vorgesehenen Luftwegen gebracht sind. Auch ist vorgesehen, dass auf der Rotorwelle zwischen dem Rotor und dem Gleitlager innerhalb des Motorgehäuses ein Lüfterrad angeordnet ist. Dieses dient zunächst zur Abführung der Wärme im Mo- torgehäuse, die durch die beim Betrieb wirkende Verlustleistung entsteht. Es ergibt sich jedoch noch der positive Effekt, dass über dieses Lüfterrad zugleich durch die Luftwege im Bereich der Lagerbrücke Luft angesaugt wird, was zur weiteren Steigerung der Kühlleistung im Bereich des Rotorwellen-Gleitlagers beiträgt. Bevorzugt ist hierdurch ein Radialgebläse ausgebildet, welches in Ro- torwellenrichtung, d.h. axial durch die Luftwege Luft ansaugt und nach radial
außen ausbläst. Weiter bevorzugt ist hierbei das Lüfterrad hinsichtlich seiner Ansaugeigenschaften so gewählt, dass zusätzlich zur Abführung der Verlustleistungswärme auch eine zur Lagerkühlung ausreichende Luftströmung erzeugt wird. Das Lüfterrad ist bevorzugt auf der dem zu kühlenden Gleitlager zugewandten Seite des Rotors auf der Rotorwelle innerhalb des Motorgehäuses drehfest gehaltert, kann aber alternativ auch im Bereich des dem zu kühlenden lagerabgewandten Wellenendes innerhalb des Motorgehäuses positioniert sein. In einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, dass zwischen dem Gleitlager und dem Lüfterrad ein Kommutator angeordnet ist, über welchen zufolge dieser Ausgestaltung auch die durch die Luftwege angesaugte Luft geführt wird. Das Motorgehäuse kann des Weiteren die Radialöffnungen zum Austritt der über das Lüfterrad angesaugten und radial austretenden Luft aufweisen.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung, welche lediglich zwei Ausführungsbeispiele darstellt, näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Elektromotor in Seitenansicht;
Fig. 2 die Stirnansicht gemäß dem Pfeil II in Fig. 1;
Fig. 3 den Schnitt gemäß der Linie III - III in Fig. 2;
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung des Elektromotors;
Fig. 5 eine, ein Lagergehäuse für die Rotorwelle ausformende Lagerbrücke in einer Einzeldarstellung in Stirnansicht;
Fig. 6 den Schnitt gemäß der Linie VI in Fig. 5;
Fig. 7 eine perspektivische Einzeldarstellung der Lagerbrücke mit Blick auf die Stirnseite;
Fig. 8 eine perspektivische Einzeldarstellung der Lagerbrücke mit Blick auf die dem Rotor und Stator des Elektromotors zuzuwendende Rückseite;
Fig. 9 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Lagerbrücke, der zuzuordnenden Rotorwelle nebst Kommutator und den in der Lagerbrücke zu halternden Kohlen;
Fig. 10 eine der Fig. 5 entsprechende Stirnansicht, jedoch mit einer alternativen Anordnung und Ausgestaltung der Luftwegsöffnungen.
Dargestellt und beschrieben ist zunächst mit Bezug zu den Figuren 1 bis 4 ein Elektromotor 1, welcher im Wesentlichen besteht aus einer Rotorwelle 2, einem auf letzterer drehfest angeordneten Rotor 3 und einem Stator 4, sowie einem Kommutator 5.
Wie aus der Darstellung in Fig. 3 zu entnehmen, ist die Rotorwelle 2 beidseitig des Rotors 3 gelagert, wobei der dem Kommutator 5 abgewandte Abschnitt der Rotorwelle 2 in einem nicht näher dargestellten Kugellager 6 gehalten ist.
Das über den Kommutator 5 hinausragende Ende der Rotorwelle 2 ist gehalten in einem Gleitlager 7, welches in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Kalottenlager ausgeformt ist.
Beide Lager (Kugellager 6 und Gleitlager 7) sind gehäuseseitig des Elektromotors 1 gehaltert. Konkret ist die Ausgestaltung so gewählt, dass das Kugellager 6 im Bereich eines axial nach außen vorstehenden Doms 8 eines im Wesentli- chen als Hohlzylinder ausgeformten Motorgehäuses 9 gehaltert ist.
In dem Motorgehäuse 9 ist der Stator 4 befestigt.
Das gegenüberliegende Gleitlager 7 ist in einer ein gesondertes Gehäuseteil bil- denden Lagerbrücke 10 festgelegt. Dieses ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Kunststoffteil. Diese Lagerbrücke 10 ist von axial außen auf die Rotorwelle 2 montiert und mit dem Motorgehäuse 9 klemmverbunden. Weiter können die Teile auch mechanisch, so beispielsweise schraubverbunden oder auch darüber hinaus klebeverbunden sein.
Die Lagerbrücke 10 weist einen zentralen Pfannenbereich 11 zur Aufnahme des Gleitlagers 7 auf. Das hierdurch gebildete Lagergehäuse 12 setzt sich fort in einen nach axial außen sich vom Pfannenbereich 11 erstreckenden Topfabschnitt 13, dessen innerer Durchmesser etwa dem 1,5- bis 2-fachen Durchmesser des Gleitlagers 7 entspricht.
Die Länge des über das Gleitlager 7 nach axial außen abragenden Wellenstumpfes ist so bemessen, dass dieser nicht über die Topf -Öffnungsebene des Topfabschnittes 13 hinweg ragt. Das gegenüberliegende Wellenende hingegen ragt über den Gehäusedom 8 nach außen vor, zur Bereitstellung eines Anschlussabschnitts für ein in Rotation zu bringendes Anschlussteil, wie beispielsweise ein Gebläserad eines Staubsauger-Sauggebläses.
Die vom Motorgehäuse 9 gesonderte Lagerbrücke 10 ist zugleich Träger von mit dem Kommutator 5 zusammenwirkenden Kohlen 14. Entsprechend sind zwei diametral zur Rotorwellenachse x gegenüberliegende Kohle- Aufnahmeschäfte 15 ausgeformt. Diese sind axial so zum Pfannenbereich 11 des Gehäuseteils 10 distanziert, dass die aufzunehmenden Kohlen 14 in Radialerstreckung zum Kommutator 5 ausgerichtet sind.
Im lagergehäuseseitigen Pfannenbereich 11 sind mehrere, gleichmäßig zueinander um die Wellenachse x angeordnete Durchbrechungen 16 in dem Lagerboden vorgesehen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind dies sechs jeweils einen Winkel von 60° zueinander einnehmende Durchbrechungen 16, die in einem Grundriss gemäß der Darstellung in Fig. 2 langlochf örmig sich zum Lager hin öffnend ausgeformt sind. Diese Durchbrechungen 16 sind innerhalb des durch den Topf abschnitt 13 begrenzten Bereichs des Lagergehäuses 12 bzw. des Pfannenbereiches 11 positioniert und entsprechend in unmittelbarer Nähe und Zuordnung zum aufzunehmenden Gleitlager 7.
Diese Durchbrechungen 16 formen in Wellenrichtung verlaufende Luftwege 17 aus.
Zur Zusammenwirkung mit dem Gleitlager 7, insbesondere zur Festsetzung desselben ist von axial außen auf die Rotorwelle eine als Metallteil ausgeformte Klemmbrille 20 montiert. Diese sitzt in dem Lagergehäuse 12 ein unter federnder Klemmeinwirkung über freigestanzte Federzungen 21 auf das Gleitlager 7.
Wie insbesondere aus der Perspektivdarstellung in Fig. 9 zu erkennen, ist die Klemmbrille 20 mit die Luftwege 17 im Lagergehäuse 12 fördernden Durchbrüchen 22 versehen, welch letztere durch Freistanzung der vorgenannten Federzungen 21 erreicht sind.
Durch diese Durchbrüche 22 kann die über das Lüfterrad 18 angesaugte Luft durch die lagergehäuseseitigen Durchbrechungen 16 zur Kühlung des Gleitlagers 7 strömen.
Im Zusammenhang mit der erreichten axialen Luftumströmung des Gleitlagers 7 ist durch die nach axial außen gerichtete Anordnung der Klemmbrille 20 zugleich eine gute Ableitung der im Lagerbereich entstehenden Wärme nach
axial außen erreicht. Darüber hinaus ist durch die axial außen vorgesehene Anordnung der Klemmbrille 20 auch deren Montage im Wesentlichen erleichtert.
Wie in Fig. 10 dargestellt, können die Luftwege 17 bildenden Durchbrechungen 16 alternativ auch so ausgebildet sein, dass sie keine Öffnung zum Lager hin aufweisen. Die radial um den Pfannenbereich 11 zu diesem hin abgegrenzt angeordneten Durchbrechungen 16 bieten den Vorteil eines stabileren Lagersitzes, da eine Segmentierung des Pfannenbereiches 11 unterbleibt. Die dadurch verursachte Querschnittsverminderung für die Luftwege 17 kann, wie in Fig. 10 erkennbar, durch eine vergrößerte Anzahl von Durchbrechungen 16 ausgeglichen werden. Eine gegebenenfalls notwendige radiale Ausrichtung der Klemmbrille 20 zur Herstellung einer strömungstechnisch vorteilhaften Dek- kungsgleichheit zwischen den Durchbrechungen 16 und den freigestanzten Durchbrüchen 22 der Klemmbrille 20 entfällt durch diese Ausgestaltungsvari- ante.
Um die Kühleigenschaften weiter zu verbessern ist zwischen dem Kommutator 5 und dem Rotor 3 auf der Rotorwelle 2 zusätzlich ein Lüfterrad 18 drehfest angeordnet. Dieses formt ein Radialgebläse aus und bewirkt im Betrieb des Elektromotors 1 neben dem Abtransport von im Motorgehäuse 9 entstehender Verlustleistung auch ein Ansaugen von Kühlluft durch die um das Gleitlager 7 angeordneten Durchbrechungen 16, welche Kühlluft hiernach den Kommutator 5 überstreichend nach radial außen ausgeblasen wird. Entsprechend verfügen die Lagerbrücke 10 und der in Überlappung mit diesem Gehäuseteilabschnitt stehende Endabschnitt des Motorgehäuses 9 über Austrittsöffnungen 19. Die Luftströmungen sind schematisch in Fig. 3 durch die Pfeile a dargestellt.
Durch die erfindungsgemäße Lösung ist eine verbesserte Kühlung des Gleitlagers 7 (Kalottenlager) erreicht.
Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.