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Außenläufermotor mit Flanschbefestigung
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Zusatz zur Patentanmeldung P 26 39 914.4 Die Erfindung betrifft einen
Außenläufermotor mit Flanschbefestigung, wobei der Flansch mit einer den Motor umgreifenden
Brücke fest verbunden ist und wobei auf der Gegenseite des Flansches die Brücke
direkt oder die Rotorwelle über ein Lager ortsfest, insbesondere über schwingungsdämpfende
Elemente, abgestützt ist, und wobei die Rotorwelle wenigstens auf einer Stirnseite
des Motors zur Verbindung mit Abtriebselementen herausgeführt ist und wobei die
Brücke als über dem Rotationsumfang geschlossenes Zylindergehäuse ausgebildet ist,
das sich auf einer Motorstirnseite unter axialem Abstand zum Rotor und unter Auslassung
von Uffnungen zum axialen Durchströmen der Luft radial nach innen erstreckt und
daß der Außenrotor im Bodenbereich der Rotorglocke mit Lüfterschaufeln versehen
ist und daß fl anschseitig Uffnungen für axiales Durchströmen der Luft vorgesehen
sind.
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Solche Motoren sind nach der Patentanmeldung P 26 39 914.4 zum Antrieb
von Büromaschinen bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Außenläufermotor der
eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Außenrotor mit dem Zylindergehäuse eine
axiale Durchströmung hoher Wirksamkeit ermöglichst, um damit die räumlichen Abmessungen,
insbesondere die der axialen Baulänge, zu verringern.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Boden des Außenrotors
mit kegelstumpfförmiger Außenfläche (Uffnungswinkel oC) versehen ist, aus welcher
die Lüfterschaufeln stumpfwinklig in jreieckiger Gestalt herausragen, deren stirnseitige
Hüllfläche auch einem radial nach innen sich erstreckenden Kegelstumpf (Uffnungswinkel
p) entspricht.
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Dabei sind die Lüfterschaufeln am Außenrotor in bekannter Weise einstückig
mit dem Kurzschlußkäfiggehäuse gegossen, wobei diese
Lüfterschaufeln
vorzugsweise eben und radial gerichtet angeordnet sind, damit kein teures PreBgußwerkzeug
benötigt wird.
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Vorteilhafte Strömungsverhältnisse mit wirbelarmer Umströmung des
in dem Kunststoffzylinder rotierenden Außenläufergehäuses sind gegeben, wenn die
Uffnungswinkel p = 1,5 A,; 4 insbesondere oC,= 900, p - 1400 sind.
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Bei völlig geschlossenem Boden der Rotorglocke sind außerdem radial
gerichtete Rippen an seiner Innenfläche zur Luftverwirbelung, d.h. Verbesserung
der Kühlung bzw. der Wärmeabfuhr aus dem Wickel kopf ins Motorgehäuse, vorzusehen.
Mit gekrümmten Schaufeln läßt sich allerdings bei teurem Preßgußwerkzeug die Durchströmung
des Ringkanals zwischen Außenrotor und Kunststoffmantel gehäuse weiter verbessern.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiel.
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Es zeigt: Figur 1 im Längsschnitt ein Ausführungsbeispiel eines in
erfindungsgemäßer Weise für die Durchströmung ausgebildeten Außenläufermotors mit
Flanschbefestigung.
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Figur 1 zeigt einen Außenläufermotor mit Flanschbefestigung, bestehend
aus dem Flansch 8, dem damit formschlüssig verbundenen Innenstator 6, der darin
drehbar gelagerten Motorwelle 11 mit dem daran vorzugsweise über eine Preßpassung
verbundenen Motorgehäuse 3 und dem Kunststoffgehäuse 21, 51.
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Dabei weist das Motorgehäuse 3 einen geschlossenen, mit Radialrippenschaufeln
54 besetzten Boden 50 kegelstumpfförmiger Außengestalt auf, wie er eingangs schon
beschrieben wurde. Das optimale Winkel verhältnis (4 = 1400; 4 = 900) ist etwa eingehalten.
An der Innenfläche des Rotorbodens sorgt eine Vielzahl feiner, radial von der Nabe
weg verlaufender Rippen 55 für örtliche Verwirbelung
der Luft im
Bereich des nahen Wickelkopfes 61, so daß der Wärmeübergang von diesem ins Motorgehäuse
3 hinein wirkungsvoll verbessert ist.
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Die obere Hälfte der Zeichnung zeigt die Abstützung der Welle 11
über ein im anzutreibenden Gerät angeordnetes, separates Element 12 mit Kalottenlager
13 zwecks zusätzlicher Abstützung des fl anschseitig befestigten Außenläufermotors,
vorzugsweise zur formschlüssigen Halterung des Motors in elastischen, schwingungsdämpfenden
Elementen, wobei die vorkragende Nabe 14 das sich selbst einstellende Gleitlager
13 umgibt. Das erfindungsgemäß axial stark verkürzte, 2 - 3 mm wanddicke Kunststoffgehäuse
51 hat ein angespritztes Schutzgitter 52. Mit der Distanzbuchse 18 kann man das
Element 12 so weit entfernt anordnen, daß entsprechend den jeweils gegebenen Einbauverhältnissen
eine effektive Einströmung im Bereich 2 geschieht.
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Die untere Hälfte der Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel welches
axial noch kompakter als in der oberen Hälfte der Fig.4 ist, indem das 3 - 4 mm
wanddicke Außengehäuse 21 in axialem Abstand zur Stirnfront 93 der Schaufeln 54
radial bis auf das Außenmaß des prismatischen Halterungsprofils 15 heruntergezogen
ist, welches die einbauseitigen Stützelemente verlangen. Es ergibt sich im wellennahen
Bereich zusätzlich eine axiale Verkürzung der Konstruktion. Der Raumgewinn ist durch
die punktiert eingezeichneten Gehäusekonturen unmittelbar zu erkennen.
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Die Gestaltung der einströmseitioen Begrenzungsfläche, z.B. der Wand
193 des Gehäuses, ist für die Strömung nach Eintritt ins Gehäuse wichtig. Auf der
unteren Zeichnungshälfte verengt sich der Abstand der Innenwandfläche 193 zur Umhüllenden
93 der Schaufeln 154 zunächst unter dem Winkels , doch nimmt der Strömungsquerschnitt
wegen der stärkeren Zunahme der Umfangsdimenvsion in der Tat doch zu, so daß dieser
Bereich 59 wie eine Diffusorstrecke wirkt. Daß die Strömung sich bei der vorgesehenen
Gestaltung der Schaufeln und Wände gut anlegt, also diese relativ geordnet weiterläuft,
bedeutet einen relativ kleinen Durchçtrömungswiderstand des Gehäuseinnern. Eine
zusätzliche Uffnung 107 verstärkt den Lufteintritt bedarfsweise.
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Falls erforderlich - und dies hängt. sehr von der konkreten Dimensionierung
einer erfindungsgemäßen Konstruktion ab - kann durch Anschweißen von wenigen oder
mehr vorzugsweise gekrümmten Axialschaufeln 57 auf den Außenrotor direkt die Strömung
zusätzlich angetrieben werden. Gestrichelt deutet Figur 1 vier solcher Schaufeln57
an, die bei Rotation in Richtung des Pfeils 58 so wirken. Die Schaufel 57 kann dabei
gemäß DT-PS 16 28 349 angeordnet und aufgebracht sein. Dies bedeutet bei nicht zu
vielen Schaufeln praktisch keine Verringerung des eventuell sehr knappen Querschnitts
im Strömungsbereich 41, umsomehr, als nach der Patentschrift die sehr dünnen Stahlblechschaufeln
direkt auf den Rotor aufgeschweißt werden können.
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Wählt man den Winkeln größer oder den Abstand zwischen den Flächen
93 und 193 kleiner, wandert die Stelle kleinsten Querschnitts nach außen bis ins
Gebiet 159, wo die Strömung ihre Richtung ändern muß. In diesem Fall verändert sich
der Querschnitt in Durchströmungsrichtung wie bei einem Venturikanal, d.h. auf einer
kurzen Strecke bis zur Stelle 159 erfolgt stetige Einschnürung und über eine längere
Strecke mässige Erweiterung (über die Strecke 41, 42, 43). Die rotierenden Schaufeln
57 mögen im Bereich 41 die Diffusorwirkung ersetzen.
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Werden die Schaufeln 154(u.U. unter Einhaltung der Winkel gtp ) immer
kleiner, hat der Wickel kopf 61 zunehmend Platz. Entfallen sie ganz, wird die Einströmung
in den Bereich 41 noch weiter verbessert, die "Treib"-Schaufeln 57 sind dann aber
wohl nötig.
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In der unteren Hälfte der Figur 1 ist eine axial noch mehr Raum sparende,
gestrichelt gezeichnete, umlaufende Abstütz-Halterung 92 eingezeichnet, welche auch
eine noch großflächigere Einströmung der Luft in das Gehäuse ermöglicht, aber radial
größere Halterungselemente benötigt. Die z.B. achtkantige Halterungsschulter bedeutet
entsprechend ihrer größeren radialen Dimension grösseren Eintrittsquerschnitt 127
und weitere axiale Verkürzung des kegeligen Gehäuseteils. Die kegelige Hüllfläche
93 ist dabei außerdem fast bis auf die Welle 11 heruntergezogen. Sie erstreckt sich
im Sinne einer noch etwas harmonischeren Einströmung der Luft ins Gehäuse, sogar
noch etwas in Richtung Wellenende.
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Sofern das im Schnitt gezeichnete Teil 92 als Ringschulter ausgebildet
ist, kann auf ihr ein Ringkondensator im Bereich der Motorabmessung ohne zusätzlich
weiteren Raumaufwand mit eingebracht werden, da dieser Kondensator auf der Ringschulter
92 aufsitzt oder auf diese einfach aufgeschoben wird.
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In der oberen Hälfte der Figur 1 ist ein Kunststoffringteil 94 mit
einer Hohl kehle 95 auf die Distanzbuchse 18 gesteckt und zwar formschlüssig mittels
Schnappverbindunn (z.B. durch Schulteranschlag) für die richtige axiale Position,
so daß die zwischen den Kanten 17 und 16 einströmende Luft umgelenkt wird zur besseren
Einströmung in den Schaufelbereich. Das Teil 94 kann natürlich auch mit der Distanzbuchse
18 einstückig, z.B. als Drehteil, ausgebildet sein, wenn nur die Außenfläche 95
eine Rundung hat, um die Strömung umzulenken und so einen toten Strömungsraum, der
sonst im Bereich des Ringteiles 94 leicht entsteht, vermeidet.
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In solchen Strömungstoträumen bilden sich die Strömung behindernde
Wirbel aus.
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Während die obere Hälfte der Figur 1 eine großflächigere Schaufel
54 in Verbindung mit zur Schaufel-Umhüllenden parallelen Stirnwandteilen 51, 52
zeigt, weist die untere eine axial konstant verkürzte Schaufel 154 (kleinere Fläche)
auf, jedoch in Verbindung mit der beschriebenen Annäherung (Winkel () der Flächen
93, 193 im Sinne optimaler Diffusorwirkung. Deshalb dürfte die dadurch axial noch
stärker verkürzte untere Konzeption wärme-und strömungsmäßig trotzdem gleichwertig
sein. Der ausströmseitige Widerstand kann verkleinert werden, indem man den Diffusorbereich
42 noch weiter führt bis zum Austritt der Strömung am Ende des Flansches 8. Dabei
müssen die Wände 76 und 77 (96, 97) des anschließenden Bereiches 43 so verlaufen,
daß der (radial kleiner werdende!) Ringquerschnitt trotzdem zunimmt. Da der Außenring
9o, 91 des Flansches 8 aus Fertigunssgründen einen geschlossenen Umfang braucht
und dieser im Sinne kontinuierlicher Strömung mit dieser stetig dicker wird, muß
die Innenwand 67 sich entsprechend stark zur Welle 11 hin neigen. Die Wand 77 (97)
begrenzt einen einstückig mit dem Flansch gegossenen Leitring 79, der bis auf einen
Spalt 78 in die Nähe der rotierenden Schaufeln 37
des Kurzschlußrings
32 ragt und die wärmeabführende Umströmung des Wickel kopfes 62 ganz wesentlich
verbessert wird, weil der Spalt 78 wie ein Ejektor wirkt. Die starke Schrägstellung
der Wand 77 zur Achse hin begünstigt die Kreisströmung 83.
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Der Leitring 79 auf der Austrittsseite ist in der obere., Figurenhälfte
außen kegel flächig und sogar etwas konkav und an der Innenseite zylinderflächig
gestaltet, während die untere Hälfte der Figur 1 ein anderes Querschnittsprofil
99 für diesen gleichen Leitring zeigt, welches radial außen (vergl.97) und radial
innen an der Oberfläche mehr kugelig oder konvex verläuft. Das hängt mit der Gestaltung
der Innenfläche 96 des umlaufenden Ringes 9o, 91 zusammen. Entscheidend ist, daß
tatsächlich in Strömungsrichtung der Ringkanal noch eine minimale Querschnittszunahme
im Sinne eines Diffusors erfährt. Die Kreisströmung 83 mit der Ejektorwirkung im
Spalt 78 wird.noch erhöht, wenn man die Schaufeln 37 des Rotors in axialer Richtung
am radial inneren Rand noch etwas in Richtung der Strömung verlängert, wodurch sich
der Spalt 78 in Verbindung mit dem Leitring 79, 99 zu einer radial gerichteten Ejektordüse
ausbilden läßt.
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Die Ausführung gemäß Figur 1 gestattet eine Anwendung des Motors in
staubiger Umgebung bei mindestens gleich guter Abkühlung des Motors, weil der Gehäuseboden
geschlossen ist und am offenen Gehäuserand die rotierenden Schaufeln 37 den Eintritt
von Staub in den Luftspalt verhindern.
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Die Strömungsführung innerhalb des Gehäuses ist im Sinne der zugrundeliegenden
Aufgabe von erheblicher Bedeutung. Dies würde auch der Fall sein, wenn das Gehäuse
ein Metallgehäuse mit Kunststoffbeschichtung wäre, was dann eine noch fortschrittl
ichere Ausgestaltung der Erfindung bedeuten würde, wenn die Vorschriften für schutzisol
ierte Motorausführungen den heutigen, dünnschichtagen, aber elektrisch hochfesten
Isolierstoffen eines Tages angepaßt sind. Ebenso sind jedoch auch im Falle eines
vollmetallischen Gehäusemantels die offenbarten Durchströmungsmaßnahmen vorteilhafte
erfinderische Ausgestaltungen. Denn auch ohne Schutzisolation ermöglichen sie einen
kompakten Motor relativ großer Leistung, da sie eine sehr wirkungsvolle Kühlung
des Elektromotors gleichzeitig
bedeuten. Wenn man ausblasseitig
im Flansch eine Vielzahl dünnwandiger Radialstege vorsieht, die die Ringteile 9o,
79 oder 99, 91 halten, wird der Innenstator über sein Lagerrohr zusätzlich gut gekühlt,
d.h. der Motor kann mehr leisten. Gerade solche dünnwandigen Stege wirken austrittsseitig
wie ein Leitwerk, erhöhen also die Gebläsewirkung einer solchen erfindungsgemässen
Motorkombination.
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L e e r s e i t e