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Die
Erfindung betrifft eine Baureihe von Elektromotor.
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Aus
der
DE 197 04 226
A1 ist ein Elektromotor bekannt, bei dem auf das Gehäuse des
Stators ein Zwischenteil und ein Deckel aufgesetzt ist, wobei im
Innenraum eine elektronische Schaltung mit Umrichterfunktionalität vorgesehen
ist. Nachteilig ist dabei, dass der Umrichter mittels einer Wärmesperre zum
Motor hin wärmeisoliert
ist. Somit muss ein leistungsstarker Kühlkörper am Umrichter verbunden sein.
Dieser Kühlkörper ist
zum Motor hin am Umrichter vorgesehen und benötigt nachteiligerweise ein großes Bauvolumen.
Außerdem
ist er aufwendig und kostspielig zu fertigen. Insbesondere bei einer
Ausführung
mit Kühlfingern
ist ein großer
Aufwand verbunden.
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Der
Klemmenkasten, also Anschlusskasten, des Elektromotors ist nicht
axial angeordnet sondern seitlich. Seitlich vom Motor ist aber bei
manchen Anlagen wenig Bauraum vorhanden.
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Aus
der
DE 100 00 431
A1 ist ein Elektromotor bekannt, bei dem das Gehäuse (dortige
Bezugszeichen
3,
5) mit einem Lagerschild, das
das B-seitige Lager enthält,
verbunden ist, wobei das Lagerschild als Unterteil gehäusebildend
für eine
Leistungselektronik (dortige Bezugszeichen
20) ausgebildet
ist. Die Wärme
der Leistungselektronik wird über das
Lagerschild an ein flüssiges
Pumpmedium angegeben, wie in den dortigen Ansprüchen 1, 5, und 10 erwähnt ist.
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Aus
der
DE 196 26 213
C2 ist eine vergleichbare Anordnung bekannt, wobei die
Wärme wiederum
an ein flüssiges
Medium abgegeben wird und nicht an die Umgebungsluft.
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Aus
der
DE 100 45 596
A1 ist ein Lagerschild bekannt, das gehäusebildend für ein zusätzliches Bauteil – ein Pumpenrad – ist, bei
dem die Wärme eine
Leistungselektronik über
das Lageschild an das Pumpenmedium abgegeben wird, wie auch in der dortigen
1 und der zugehörigen Beschreibung gezeigt
ist. Die Wärme
wird wiederum an ein flüssiges
Medium abgegeben und nicht an die Umgebungsluft.
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Aus
der
DE 197 36 300
A1 , insbesondere den dortigen
1 und
3, ist eine Anordnung bekannt, bei der
Wärme der
Leistungselektronik über ein
Teil (dortige Bezugszeichen
22,
32) eines Lagerschildes,
das als Wärmeleitelement
ausgebildet ist, an die Umgebungsluft abgeführt wird. Die Wärme wird
dort zwar an die Umgebungsluft abgeführt, jedoch ist das Lagerschild
nicht gehäusebildend
für ein weiteres
Bauteil.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Baureihe von Elektromotoren
weiterzubilden, die verschiedene Varianten umfasst. Dabei sollen
aber das Lagervolumen und die Kosten verringerbar werden.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe bei dem Baukasten, also einer Baureihe, nach den in Anspruch
1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wesentliche
Merkmale der Erfindung bei dem Baukasten sind, dass die Elektromotoren
zumindest einen Stator, Rotor und ein Gehäuse umfassen,
wobei der
Baukasten mehrere Varianten von Elektromotoren umfasst, insbesondere
innerhalb einer Baugröße,
wobei
das Gehäuse
eine mechanische Schnittstelle aufweist, die zum Verbinden mit einem
Lagerschild ausgeführt
ist,
wobei das Lagerschild zumindest einen Lagersitz für das B-seitige
Lager der Rotorwelle umfasst,
wobei mindestens zwei verschiedene
Lagerschilde alternativ an das Gehäuse verbindbar sind,
wobei
ein erstes Lagerschild eine weitere Schnittstelle zur Verbindung
mit einem Klemmenkastenunterteil oder alternativ mit einem Unterteil
für einen
Leistungselektronik umfasst,
und wobei das erste Lagerschild
gehäusebildend
für eine
Bremse und/oder einen Lüfter
ist,
wobei ein zweites Lagerschild einstückig mit einem Klemmenkastenunterteil
ausgeführt
ist.
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Von
Vorteil ist dabei, dass mit möglichst
wenigen Bauteilen viele verschiedene Varianten herstellbar sind.
Für jede
Anforderung an Funktionalität ist
unter Verwendung möglichst
weniger Komponenten eine möglichst
kompakte Ausführung
erreichbar. Wichtig ist dabei, dass der Baukasten, also die Baureihe,
nur Lagerschilde mit verschiedenen Schnittstellen vorsieht. Das
Gehäuse
des Stators bleibt unverändert.
Somit ist dieses stets bei allen Varianten der Baureihe verwendbar.
Die Schnittstellen des Lagerschildes zum Gehäuse des Stators hin ermöglicht den
Anbau verschiedener Lagerschilde. Bei einem dieser Lagerschilde
ist ein Klemmenkasten integrierbar, beim anderen lösbar verbindbar
und alternativ gegen einen Umrichter austauschbar. Die letztgenannte
Schnittstelle zum Klemmenkasten hin ist sogar um 90° versetzt
orientierbar als die Schnittstelle zum Stator hin. Sie muss also
nicht koaxial angeordnet sein.
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Wesentlicher
Vorteil bei der Erfindung ist auch, dass das B-Lagerschild und nicht
das Gehäuse des
Stators zum Variieren innerhalb der Baureihe verwendet wird. Denn
es wird dadurch nicht nur erreicht, dass Stator und Rotorpaket stets
gleichartig aufgebaut sind, sondern dass je nach Anforderung verschiedene
Bauvolumen des Lagerschildes zusammen mit dem Klemmenkasten beziehungsweise Umrichtergehäuses fällt im B-seitigen
Bereich an. In der Mehrzahl der Maschinen und Anlagen, in welche Elektromotoren
eingebaut werden ist aber im B-seitigen Bereich mehr Volumen zur
Verfügung
als im A-seitigen Bereich oder im Bereich über dem axial vorderen, also
A-seitigeren Bereich des Gehäuses des
Stators. Darüber
hinaus ist im B-seitigen Bereich ein einfacherer Zugang bei Wartungsarbeiten
möglich
als im A-seitigen Bereich.
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Weiter
vorteilig ist, dass die Verbindungen mittels Dichtungen dicht und
lösbar
ausführbar
sind. Somit ist hohe Schutzart erreichbar, insbesondere zumindest
IP65.
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Die
Schnittstellen des Lagerschildes sind zur mechanischen Verbindung
mit den genannten Teilen vorgesehen. Darüber hinaus weist das Lagerschild aber
auch noch weitere Funktionen auf, nämlich insbesondere die Wärmeableitfunktion
für Leistungselektronik
aus dem Klemmenkasten- oder Umrichter-Innenraum. In jedem Fall ist
vom Lagerschild stets eine gehäusebildende
Funktion für
einen mit der Rotorwelle mitdrehenden Lüfter ausführbar.
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Dieser
führt kühle Umgebungsluft
zu und erhöht
somit den vom Lagerschild an die Umgebung fließenden Wärmestrom.
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Weiter
integrierte Funktionalität
des Lagerschildes ist die Führungsvorrichtung
für die
Ankerscheibe und Reibscheibe der gegebenenfalls vorhandenen Bremse
in axialer Richtung. Das Lagerschild vereint also auch die mechanischen
Funktionen der Haltekraft für
das B-seitige Lager
und die mechanischen Führungskräfte für die Komponenten
der Bremse, wie Ankerscheibe und dergleichen.
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Wichtig
ist bei der Baureihe auch, dass sie auf Elektromotoren bezogen sein
kann, die jeweils zumindest einen Stator, einen Rotor und ein Gehäuse umfassen,
wobei
das Gehäuse
mindestens eine erste mechanische Schnittstelle aufweist, die zum
Verbinden mit einem Lagerschild vorgesehen ist,
wobei das Lagerschild
zumindest einen Lagersitz für das
B-seitige Lager der Rotorwelle umfasst,
wobei das Lagerschild
eine weitere Schnittstelle zur Verbindung mit einem Unterteil umfasst,
wobei
das Lagerschild gehäusebildend,
insbesondere für
eine Bremse und/oder einen Lüfter,
ist,
wobei Unterteil eine Schnittstelle zur Verbindung mit einem
Deckel aufweist,
wobei das Unterteil gehäusebildend für zumindest eine
Leistungselektronik ist, deren Wärme
direkt oder zumindest indirekt an das Unterteil abführbar ist,
wobei
das Unterteil derart wärmeleitend
mit dem Lagerschild verbunden ist, dass Wärme der Leistungselektronik
vom Lagerschild an die Umgebungsluft abführbar ist.
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Von
Vorteil ist dabei, dass kein spezieller Kühlkörper notwendig ist, sondern
das B-seitige Lagerschild des Elektromotors zur Wärmeabfuhr
verwendbar ist. Somit ist der gesamte Elektromotor kompakter ausführbar und
insbesondere der seitliche Bauraum gering.
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Unter
Leistungselektronik wird dabei zumindest derjenige Teil der elektronischen
Komponenten verstanden, welche die Motorströme beeinflussen, insbesondere
schalten, können. Üblicherweise
tritt bei einer abgebbaren Motorleistung von mehr als 500 W eine
letztendlich an die Umgebung abzuführende Wärmeverlustleistung der Leistungselektronik
von mehr als 20 W, insbesondere bis 300 W auf. Je kW der Motorleistung
erhöht
sich die abzuführende
Wärmeverlustleistung
um einen Wert zwischen 20 und 80 Watt.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Gehäusedeckel mit dem Unterteil,
Klemmenkastenunterteil oder Lagerschild mit einstückigem Klemmenkastenunterteil
verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass ein dicht in hoher Schutzart
abgeschlossener Innenbereich für
empfindliche Elektronik vorsehbar ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Unterteil oder Klemmenkastenunterteil
auf das Lagerschild in mindestens zwei verschiedenen Orientierungen
verbindbar, insbesondere in 90° gegeneinander
versetzt Orientierungsrichtungen. Von Vorteil ist dabei, dass je
nach Anforderung der Applikation, also Bauform der Maschine oder
Anlage, die optimale Ausrichtung wählbar ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist statt der Umrichterelektronik
eine Sanftanlaufelektronik vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass
Kosten einsparbar sind, da eine Sanftanlaufelektronik einen geringeren
Entwicklungsaufwand aufweist und auch mit weniger Bauteilen herstellbar
ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung weist zumindest das erste Lagerschild
eine fein bearbeitete Kontaktfläche
zur wärmeleitenden
Verbindung mit der Leistungselektronik auf. Von Vorteil ist dabei, dass
das Lagerschild als mechanische Befestigung und wärmeableitende
Vorrichtung verwendbar ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Leistungselektronik mit
dem Lagerschild wärmeleitend
zur Abfuhr von Wärme
an die Umgebung verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass die Wärme an ein Teil
abgeführt
wird, das von einem Kühlluftstrom
abkühlbar
ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das zweite Lagerschild mit
einem Sensor ausgeführt,
der am Umfang des Lüfters
physikalische Eigenschaften des Lüfters oder einer mit diesem
verbundenen Komponente detektiert. Von Vorteil ist dabei, dass der
Lüfter
einen größeren Durchmesser
als die Rotorwelle aufweist und somit die Winkelauflösung verbessert ist.
Außerdem
ist kein kostspieliges aufwendiges Gebersystem notwendig sondern
es genügt
ein Magnetring oder eine Magnet-Folie.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das erste Lagerschild gehäusebildend
für eine
elektromagnetisch betätigbare
Bremse und/oder einen Lüfter. Von
Vorteil ist dabei, dass das Lagerschild gekühlt wird. Außerdem ist
kein zusätzliches
Gehäuse
für die Bremse
notwendig.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das erste und zweite Lagerschild
jeweils verbindbar mit einem gleichartigen Lüfterhaubengitter. Von Vorteil ist
dabei, dass dasselbe Lüfterhaubengitter
mehrfach verwendbar ist innerhalb der Baureihe.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gehäuse des Stators A-seitig mit
einem Lagerschild verbindbar, das einen Lagersitz zur Aufnahme des A-seitigen
Lagers der Rotorwelle umfasst. Von Vorteil ist dabei, dass der gesamte
Elektromotor drei Haupt-Gehäuseteile
aufweist, nämlich
das Gehäuse des
Stators und die beiden Lagerschilde. Wenn nun ein Elektromotor mit
größerem Drehmoment
erforderlich ist, ist nur die Rotorwelle mit Rotor, der Stator und
das Gehäuse
des Stators auszutauschen gegen beispielhaft axial länger ausgeführte Teile,
wobei die restlichen Teile beibehalten werden können.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Lagerschild Führungsvorrichtungen
auf für
die axiale Führung
der Ankerscheibe der Bremse, insbesondere dass die Führungsvorrichtungen
als Ausnehmungen ausgeführt
sind. Von Vorteil ist dabei, dass kein spezielles Teil zur Ausführung der
Führungsfunktion
notwendig ist, sondern diese Funktion in das Lagerschild mitintegrierbar
ist.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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- 1
- Lagerschild
- 2
- Ankerscheibe
- 3
- Magnetkörper
- 4
- Klemmenkastenunterteil,
Anschlusskastenunterteil
- 5
- Belagträger
- 6
- Statorwicklung
- 7
- Rotorwelle
- 8
- A-seitiges
Lager
- 9
- Rotor
- 10
- B-seitiges
Lager
- 11
- Reibscheibe
- 12
- Lüfterflügel
- 13
- Lüfter
- 14
- Gehäusedeckel
- 15
- Gehäuse
- 16
- Dichtung
- 17
- Dichtung
- 18
- Kabel-Verschraubungen
als Kabelaustrittsöffnungen
- 19
- Lüfterhaubengitter
- 20
- Kabel-Verschraubung
- 21
- Leiterplatte
- 22
- Anschlussvorrichtungen
- 23
- Leiterplatte
- 24
- elektrische
Steckverbindung mit Stecker und Gegensteckvorrichtung
- 25
- Gehäusedeckel
- 26
- Unterteil
- 27
- Leistungselektronik
- 30
- Lagerschild
- 31
- Gehäusedeckel
- 32
- Lüfterhaubengitter
- 33
- Labyrinthdichtung
- 34
- Wellendichtring
- 35
- Kabelverschraubungen
- 40
- Sensor
- 41
- Magnet-Folie,
die auf dem Lüfter
aufgebracht ist
- 51
- Vertiefungen
für Labyrinthdichtung
- 52
- Knockout
- 53
- Ausnehmungen
- 61
- Dichtung
- 62
- Knockout
- 63
- Lagerschild
- 64
- Klemmenkasten
- 91
- Unterteil
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Die
Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1a und 1b ist
ein erfindungsgemäßer Elektromotor
mit Bremse und Lüfter
in Draufsicht und Schnittansicht gezeichnet.
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In
der 2a und 2b ist
ein erfindungsgemäßer Elektromotor
mit Bremse und Lüfter
in Draufsicht und Schnittansicht gezeichnet, bei dem ein den Klemmenkasten
ersetzendes Unterteil vorgesehen ist, das zusammen mit dem aufsetzbaren
Deckel eine Elektronik mit Umrichterfunktionalität umfasst.
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In
der 3a und 3b ist
ein erfindungsgemäßer Elektromotor
mit Bremse und Lüfter
in Draufsicht und Schnittansicht gezeichnet, wobei der Klemmenkasten
einstückig
ausgeführt
ist mit dem B-seitigen Lagerschild.
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In
der 4a und 4b ist
ein erfindungsgemäßer Elektromotor
mit Bremse und Lüfter
in Draufsicht und Schnittansicht gezeichnet, wobei der Klemmenkasten
einstückig
ausgeführt
ist mit dem B-seitigen Lagerschild und der Lüfter einen Geberring trägt, der
von einem Sensor detektierbar ist.
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In
der 5a und 5b ist
ein erfindungsgemäßes Lagerschild
in Draufsicht und Schnittansicht gezeichnet.
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In 6a und 6b ist
das Lagerschild mit verbundenem Klemmenkasten gezeigt.
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In 7a und 7b ist
ein zugehöriger Elektromotor
gezeigt.
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In 8a und 8b ist
zusätzlich
ein Sensor gezeigt.
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In 9a und 9b ein
Elektromotor mit Lüfter,
aber ohne Bremse gezeigt.
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In
der 1a und 1b ist
ein erfindungsgemäßes Lagerschild 1 eines
Elektromotors mit Bremse gezeigt. Das Lagerschild weist einen Lagersitz
für das
B-seitige Lager 10 des Elektromotors auf. Dazu ist der
Lagersitz geeignet bearbeitetet. Der Elektromotor umfasst eine Statorwicklung 6,
die innerhalb des Gehäuses 15 vorgesehen
ist und eine Rotorwelle 7, die A-seitig über das
Lager 8 im A-seitigen Lagerschild und B-seitig über das
Lager 10 im B-seitigen
Lagerschild gelagert ist. Der Rotor 9, umfassend Rotorwelle 7 und
Rotorpaket, ist als Kurzschlussläufer
ausgeführt
zur Bildung eines Asynchronmotors. Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
ist der Rotor aber auch zur Bildung eines Synchronmotors, Reluktanzmotors
oder eines anderen Motors ausführbar.
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Die
Rotorwelle trägt
an ihrem B-seitigen Ende einen Lüfter 13 mit
Lüfterflügeln 12.
Axial davor ist eine Bremse vorgesehen, die eine im Magnetkörper 3 sich
befindende Bremsspule und eine axial bewegbare Ankerscheibe 2 umfasst.
Die Ankerscheibe 2 wird bei Bestromung der Bremsspule zu
dieser hingezogen, wobei gegenwirkende Federkraft von sich im Magnetkörper abstützenden
Federelementen überwunden
wird. Bei Nichtbestromung drücken
daher die Federelemente derart auf die Ankerscheibe, dass diese
auf den Belagträger
gedrückt
wird, welcher auf beiden axial orientierten Flächen Bremsbeläge trägt. Der
Belagträger
ist außerdem
in radialer und in Umfangsrichtung formschlüssig mit der Rotorwelle 7 verbunden.
Somit drückt
die Ankerscheibe 2 bei Nichtbestromung der Bremsspule den
Belagträger 5 auf
die axial nach dem Belagträger
angeordnete Reibscheibe 11.
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Das
Gehäuse 15 des
Elektromotors weist zum Lagerschild 1 hin eine mechanische
Schnittstelle auf, so dass das Lagerschild 1 mit dem Gehäuse 15 dicht,
fest und genau verbindbar ist. Das Lagerschild 1 weist
selbstverständlich
eine entsprechend passende Schnittstelle auf.
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Das
Lagerschild 1 weist eine weitere elektrische Schnittstelle
zum als Anschlusskasten ausgeführten
Klemmenkasten hin auf. Dieser besteht aus einem Gehäusedeckel 14 und
einem Klemmenkastenunterteil 4, das mit dem Lagerschild 1 dicht
und fest verbindbar ist. Dabei ist im Verbindungsbereich eine Dichtung 16 vorgesehen.
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Die
Schnittstelle zwischen dem Gehäuse 15 und
dem Lagerschild 1 ist ebenfalls zur dichten Verbindung
ausführbar.
Dazu ist die Dichtung 17 vorgesehen.
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Das
Klemmenkastenunterteil 4 weist als Kabelaustrittsöffnungen
ausgeführte
Kabel-Verschraubungen 18 auf.
Alternativ sind bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen die Kabelverschraubungen
im zugehörigen
Deckel vorgesehen.
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Die
Dichtungen 17, 16 sind auch derart ausführbar, dass
sie eine Wärmesperrenfunktion
ausführen.
Somit ist der Wärmeaustausch
zwischen den metallischen Teilen, nämlich Gehäuse 15 und Lagerschild 1,
stark verringerbar. Ebenso ist der Wärmeaustausch zwischen Lagerschild
und Klemmenkastenunterteil stark verringerbar.
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Eine
zusätzliche
Maßnahme
zur Verringerung dieses Wärmeaustausches
ist bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen,
das Klemmenkastenunterteil 4 nicht aus Metall sondern aus
einem Kunststoff oder einem anderen thermischen Isolator zu fertigen.
Die Dichtung 16 ist bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
nicht nur als Flachdichtung oder O-Ring ausführbar sondern auch als wärmeisolationswirksames
Spritzgussteil, das den Raumbereich des Lagerschildes 1 samt Bremse
und Lüfter
abtrennt vom Innenraum des Klemmenkastenunterteils oder auch vom
Deckel 14.
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B-seitig
weist das Lagerschild 1 eine Öffnung zum Durchlass von Luft
auf. Diese ist aus Sicherheitsgründen
von einem Lüfterhaubengitter 19 abgeschlossen.
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Zwischen
Klemmenkastenunterteil 4 und zugehörigem Deckel 14 gemäß 1a und 1b ist ebenfalls
eine Dichtung vorgesehen. Diese ist in erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
derart wärmeleitend
ausgeführt,
dass Wärme
der elektronischen Schaltung über
den Deckel nicht nur an die Umgebung sondern auch an das Klemmenkastenunterteil
abführbar
ist. Die Wärmeleitung
erfolgt dabei über
die Kontaktflächen
des Klemmenkastenunterteils 4 und zugehörigem Deckel 14, welche
sich um den Raumbereich der Dichtung selbst herum erstrecken, wobei
die Dichtung als Flachdichtung, O-Ring oder Ähnliches, ausführbar ist.
Vom Deckel ist dann Wärme
abführbar
ans Lagerschild und an die Umgebung, da es gehäusebildende Funktion hat. Bei
einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
wird ganz im Gegensatz dazu die Dichtung nicht wärmeleitend sondern wärmesperrend
ausgeführt, wobei
dann die Kontaktflächen
hierfür
klein vorgesehen werden und gegebenenfalls eine zusätzliche Wärmesperre
eingebracht ist.
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Die
Dichtung 16 ist aber bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
auch wärmeleitend
vorsehbar, insbesondere können
die metallischen Kontaktflächen,
welche um den Raumbereich der Dichtung herum vorgesehen sind, vergrößert ausgeführt werden
und somit kann eine genügend große Berührfläche vorgesehen
werden, welche zu einer Verringerung des Wärmeübergangswiderstandes führt. Dies
hat zum Vorteil, dass das Lagerschild 1 und das Klemmenkastenunterteil
gut wärmegekoppelt
sind, also einen geringen Wärmeübergangswiderstand
aufweisen. Somit ist die Wärme
von der elektronischen Schaltung übers Klemmenkastenunterteil
nicht nur an die Umgebung sondern auch an das Lagerschild abführbar. Daher
ist ein speziell geformter Kühlkörper nicht
notwendig und insgesamt ein geringeres Bauvolumen, insbesondere
seitlich, notwendig.
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Bei
anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
ist auch die Dichtung 17 wärmeleitend ausführbar. Dies
ist immer dann vorteilhaft, wenn im Stator und dem zugehörigen Gehäuse die Temperatur
stets geringer ist als im Bereich des Lagerschildes und somit Wärme zum
Stator und seinem Gehäuse
zuführbar
ist. Somit ist der gesamte Elektromotor noch kleiner ausführbar.
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Wesentlicher
Vorteil bei der Erfindung ist, dass das Lagerschild 1 mit
den genannten zwei definierten Schnittstellen ausgestattet ist.
Somit sind auch andere Komponenten anstatt der in 1a und 1b gezeigten
verbindbar.
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Wesentlich
ist bei der Erfindung auch, dass die Elektronik nicht in axialer
Richtung sondern radial, also seitlich, angeordnet ist. Vorteilig
ist dabei, dass die Baulänge
gering gehalten wird. Seitlich ist bei Maschinen und Anlagen meist
ein gewisses Volumen frei und für
den Bediener zugänglich,
weil der Anschlusskasten des Motors meist seitlich liegt und die
Baulänge
kostspieliger ist hinsichtlich der Gesamtkosten. Das seitlich freie
Volumen wird durch die Erfindung genutzt und nur unwesentlich mehr
Bauraum in seitlicher Richtung benötigt. Insbesondere die Kühlung mittels
Lüfter
ermöglicht
eine kleine Ausführung
der Elektronik und bewirkt somit ein geringes seitliches Bauvolumen.
Darüber
hinaus ist der Kühlkörper klein
ausführbar
oder vernachlässigbar,
da Wärme über das
Lagerschild des Motors abgeführt wird
und von diesem über
den vom Lüfter
angetriebenen Kühlluftstrom
an die Umgebung abgeführt
wird.
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In
den 2a und 2b ist
ein anders ausgeformtes Unterteil 26 anstatt des Klemmenkastenunterteils 4 aufgesetzt
und dicht lösbar
verbunden. Es ragt über
in Richtung des Motors. Somit ist Platz geschaffen für Signalelektronik
und Leistungselektronik im Innenbereich des Unterteils 26 und
Gehäusedeckels 25.
Die Versorgungskabel und auch Signalleitungen sowie Bus-Leitungen,
insbesondere Feldbus-Leitungen, sind durch Kabel-Verschraubungen 20 geführt, wodurch
der gesamte Elektromotor wie auch der Elektromotor nach 1a und 1b,
in hoher Schutzart ausführbar
ist, insbesondere mindestens mit IP65.
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Die
Anschlussvorrichtungen 22 sind auf einer Leiterplatte 23 vorgesehen,
die im Innenbereich des Unterteils 26 vorgesehen ist.
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Weiteres
Merkmal der Erfindung ist, dass das axiale Ende des Deckels und
des Unterteils 26 an im Wesentlichen derselben axialen
Position abgeschlossen ist wie die Lüfterhaube.
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Im
Innenbereich ist eine Leiterplatte 21 vorgesehen, die mit
dem Gehäusedeckel
lösbar
verbunden ist. Sie trägt
die Signalelektronik.
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Im
Unterteil 26 ist eine Leiterplatte 23 mit Leistungselektronik 27 angeordnet,
die ein Steckverbinderteil für
eine elektrische Steckverbindung mit einem weiteren Steckverbinderteil
trägt,
wobei das weitere Steckverbinderteil mit der Leiterplatte 21 verbunden
ist. Die Leistungselektronik 27 ist wärmeleitend mit dem Lagerschild 1 verbunden.
Dazu weist das Lagerschild eine fein bearbeitete Fläche auf,
die als Kontaktfläche
verwendbar ist. Zur Verbesserung des Wärmeübergangswiderstandes ist auch
Wärmeleitpaste
hinzufügbar.
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Somit
ist das Lagerschild 1 als multifunktionales Teil ausgeführt. Es
weist also nicht nur die genannten mechanischen Schnittstellen auf
sondern es dient auch zur Ableitung der Wärme der Leistungselektronik
an die Umgebung. Zur Verbesserung dieser Ableitung von Wärme ist
es vorteilhaft, dass das Lagerschild durch den Lüfter eine zusätzliche
aktive Zufuhr von Kühlluft
aus der Umgebung erfährt.
Somit ist nicht nur der Stator des Elektromotors sondern auch die
Leistungselektronik 27 kühlbar.
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Die
Signalelektronik und Leistungselektronik sind zusammen als Umrichter
ausgeführt.
Somit ist der Stator des Elektromotors von diesem Umrichter versorgbar
und daher der gesamte Elektromotor vom Umrichter aus steuerbar.
Vorteiligerweise wird der Umrichter mit Drehstrom versorgt.
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Die
Leistungselektronik umfasst dabei zumindest den Gleichrichter und
die pulsweitenmoduliert ansteuerbare Endstufe, also den Wechselrichter, der
aus der gleichgerichteten Spannung eine Wechselspannung mit einer
von der Steuerungselektronik vorgegebenen Frequenz erstellt. Die
zugehörigen elektronischen
Leistungsschalter geben die von ihnen erzeugte Wärme an einen Träger ab,
der wiederum mit dem Leistungsschild 1 wärmeleitend
verbunden ist. Der Träger
ist mechanisch mit dem Lagerschild verbindbar, insbesondere kraftschlüssig.
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Bei
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
ist die Leistungselektronik wärmeleitend
mit dem Deckel verbunden, der eine zur Wärmeübertragung geeignete Kontaktfläche aufweist.
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In
den 3a und 3b ist
derselbe Stator mit dem Gehäuse 15 vorgesehen,
wobei aber ein anderes Lagerschild 30 verbunden ist. Das
Lagerschild 30 weist wiederum dieselbe Schnittstelle zum
Stator und dem Gehäuse 15 hin
auf. Jedoch ist der Klemmenkasten einstückig mit dem Lagerschild 30 ausgeführt. Dies
erniedrigt die Fertigungskosten. Ein Gehäusedeckel 31 ist ebenso
vorgesehen. Weil keine Bremse vorgesehen ist und wegen der einstückigen Ausführung und
dem damit verbundenen Verzicht auf Befestigungsmittel, ist der Elektromotor
insgesamt sehr viel kompakter ausführbar.
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Das
Lüfterhaubengitter 32 ist
gleichartig ausführbar
zum Lüfterhaubengitter 19 der 1a, 1b, 2a und 2b.
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Die
Labyrinthdichtung 33 und der Wellendichtring 34 ermöglichen
wiederum die Ausführbarkeit
in hoher Schutzart, insbesondere zumindest IP65. Die Labyrinthdichtung 33 dichtet
zwischen dem Lagerschild und dem drehbaren Lüfter ab, wobei nur äußerst geringe
Reibungsverluste auftreten. Der Wellendichtring 34 erhöht die Abdichtfunktion
deutlich. Auch durch die einstückige
Ausformung eines Klemmenkastenunterteils ist eine hohe Dichtheit
und Schutzart mit einfachen Mitteln in kostengünstiger Weise erreichbar.
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In
den 4a und 4b ist
wiederum eine andere Variante gezeigt. Dabei ist das Lagerschild 30 der 3a und 3b wiederverwendet.
Ebenso ist der Stator und das Gehäuse 15 dasselbe. Jedoch
ist nun ein Sensor vorgesehen, der am Lagerschild lösbar mechanisch
verbunden ist und elektrisch mit einer elektronischen Schaltung
verbunden ist, die im Innenbereich oder Außenbereich des Klemmenkastens
vorsehbar ist. Im letztgenannten Fall sind die Signalleitungen des
Sensors durch die Kabelverschraubungen 35 des Klemmenkastens
herausgeführt.
Der Sensor detektiert Magnet-Folie 41, die auf dem Lüfter aufgebracht
ist und am Umfang mit abwechselnder Magnetisierungsrichtung vorgesehen ist.
Alternativ ist vorzugsweise ein kunststoffgebundener Ferrit mit
abwechselnder Magnetisierungsrichtung verwendbar.
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Wesentlich
bei der Erfindung ist, dass eine Baureihe von Elektromotoren geschaffen
ist, die je nach Applikation des Motors verschiedene Varianten herstellbar
vorsieht, wobei aber innerhalb dieses Baukastens möglichst
viele Teile wiederverwendbar sind. Beispielsweise ist immer derselbe
Stator samt Gehäuse 15 mit
verschiedenen Lagerschilden verbindbar, wobei ein erstes Lagerschild
eine Bremse und einen Lüfter
umfasst und ein zweites Lagerschild nur einen Lüfter umfasst. Außerdem ist
das erste Lagerschild mittels seiner nach oben gerichteten Schnittstelle
verbindbar mit einem Klemmenkasten, also Anschlusskasten, oder mit
einem Umrichter oder mit einem andersartigen elektronischen Gerät.
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In
der 5a und 5b ist
ein erfindungsgemäßes Lagerschild
in Draufsicht und Schnittansicht gezeichnet, wobei ein Klemmenkasten
angegossen ist. Dabei weist das Lagerschild Vertiefungen 51 für Labyrinthdichtung
auf. Das Knockout 52 ist nach Herstellung des Lagerschildes
vorhanden und ist in einfacher Weise leicht entfernbar, wenn eine Ausnehmung
zur Aufnahme des Sensors erforderlich ist. Bloßes Drücken mit einem Werkzeug genügt. Durch
die Ausnehmungen 53 strömt
die vom Lagerschild erwärmte
Kühlluft
hindurch.
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In 6a und 6b ist
ein alternatives erfindungsgemäßes Lagerschild 63 gezeigt,
wobei der Klemmenkasten 64 separat ausgebildet ist. Zur
Herstellung einer dichten Verbindung mit dem Lagerschild 63 ist
eine Dichtung 61 eingelegt. Außerdem ist der Klemmenkasten
an der Schnittstelle zum Lagerschild derart geformt, dass auch ein
Formschluss vorgesehen ist, der gleichzeitig die Dichtung schützt, also
gehäusebildende
Funktion für
diese mit ausgeführt
ist.
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Zur
Montage eines Sensors sind die Knockout 62 vorgesehen,
die kostengünstig
fertigbar sind und beim Montieren in einfacher Weise entfernbar sind.
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In
den 10a und 10b ist
eine räumliche
Ansicht von schräg
vorne und hinten, die zu dem Lagerschild 63 der 6a und 6b gehört. Der aufgesetzte
und lösbar
verbundene Klemmenkasten 64 ist ebenfalls gezeigt. Die
Ausnehmungen 53 zur Durchleitung von Luft sind besser zu
sehen. Das Lüftergitter,
wo die Luft angesaugt wird, ist nicht gezeigt. Die Luft strömt dann
am anderen axialen Ende des Lagerschildes 63 derart heraus,
dass der Luftstrom über
das Gehäuse 15 des
Elektromotors geleitet wird und auch dort zur Wärmeabfuhr kühlend wirksam ist.
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In
den 11a und 11b ist
eine räumliche
Ansicht von schräg
vorne und hinten, die zu dem Lagerschild 30 der 5a und 5b gehört. Die Ausnehmungen 53 zur
Durchleitung von Luft sind besser zu sehen. Das Lüftergitter,
wo die Luft angesaugt wird, ist nicht gezeigt. Die Luft strömt dann
am anderen axialen Ende des Lagerschildes 63 derart heraus,
dass der Luftstrom über
das Gehäuse 15 des Elektromotors
geleitet wird und auch dort zur Wärmeabfuhr kühlend wirksam ist.
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In
den 7a und 7b ist
der Elektromotor mit Lüfter
aber ohne Bremse vorgesehen. Der Klemmenkasten ist auf das Lagerschild 63 aufgeschraubt
und mittels der Dichtung 61 dicht verbunden. Auf den Klemmenkasten 64 ist
der Deckel 31 aufgesetzt und dicht verbunden, wobei der
Klemmenkasten 64 Kabelverschraubungen 35 umfasst.
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In
den 8a und 8b ist
wiederum ein Elektromotor gezeigt, der ähnlich wie in 7a und 7b ausgeführt ist.
Allerdings sind die Knockouts 62 entfernt und es ist der
Sensor 40 eingesetzt. Der Sensor ist höhenverstellbar montiert. Beispielhaft
ist dies mittels zweier Kontermuttern realisiert. Es sind aber auch
andere Methoden zur Höhenverstellung vorteilig
einsetzbar. Der Sensor 40 ist somit auf optimalen Abstand
zum Lüfter
einstellbar und kann somit pro Umdrehung entsprechend der Geberfahnen
beziehungsweise Lüfterflügel Pulse
erzeugen.
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In
den 9a und 9b ist
wiederum ein Elektromotor gezeigt, der ähnlich wie in 7a und 7b ausgeführt ist.
Jedoch ist statt des Klemmenkastens ein Unterteil 91 aufgesetzt
auf das Lagerschild 63. Auf das Unterteil 91 ist
ein Gehäusedeckel 14 aufgesetzt.
Im vom Unterteil 91 und vom Gehäusedeckel 14 umschlossenen
Innenraum ist eine elektronische Schaltung, wie auch in der Beschreibung zu 2a und 2b erwähnt, vorsehbar.
Also ist ein Umrichter, eine Sanftanlaufschaltung oder ein Motorschalter
oder eine andere elektronische Schaltung realisierbar.
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In
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
ist der Sensor direkt auf der Leiterplatte 23 aufgebracht
und die Leiterplatte sehr genau positionierbar. Somit ist es dem
Sensor von dieser Anordnung heraus direkt ermöglicht, die abwechselnde Magnetisierungsrichtung
am Lüfter
zu erkennen. Aus den Sensor-Signalen ist die Ableitung von Informationen über die
Drehzahl und Drehrichtung ermöglicht.
Somit ist ein verbessertes Steuern und/oder Regeln des Elektromotors
ausführbar.
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In
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
ist die Signalelektronik und Leistungselektronik nicht als Umrichter
sondern als Sanftanlaufgerät,
also Starter, ausgeführt.
Somit sind Kosten einsparbar.
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Alternativ
ist die Signalelektronik und Leistungselektronik als Schalter zum
An- oder Abschalten des Motors ausführbar, wobei der Schalter elektromechanisch
oder elektronisch ausführbar
ist.
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Auch
andere Motorelektronik ist als Signalelektronik und Leistungselektronik
vorsehbar. Beispielsweise ist die Motorelektronik als Spannungsanpassungsmodul
für den
Motor und/oder die Bremse oder als Weitspannungsmodul für den Motor und/oder
die Bremse ausführbar.
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In
anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
ist zumindest ein Teil der Leistungselektronik mit dem Deckel wärmeleitend
verbunden. Dazu muss dann der Deckel an seiner Innenseite derart
bearbeitet sein, dass die Wärme
von der Leistungselektronik an ihn übertragbar ist. Vorzugsweise ist
diese Verbindung kraftschlüssig
ausgeführt.
Es sind aber auch andere Verbindungsarten vorsehbar.
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In
anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
umfasst die Signalelektronik auch eine Powerline-Elektronik. Dies
bedeutet, dass die elektronische Schaltung in der Lage ist, Informationen
auf die Versorgungsleitungen, insbesondere Starkstromleitungen,
aufzumodulieren, insbesondere unter Verwendung einer weit höheren Frequenz als
50 Hz. Beispielsweise eigenen sich vorzugsweise Frequenzen zwischen
10 kHz und 10 MHz.
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Besonders
vorteilig ist es, das Lagerschild aus Aluminium-Druckguss herzustellen.
In anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
ist es jedoch auch vorteilhaft, das Lagerschild aus wärmeleitender
Keramik vorzusehen. Somit ist für
die Bremse eine verschleißarme
Reibfläche
vorsehbar, deren beim Bremsen erzeugte Wärme schnell und einfach vom
Lagerschild abführbar
ist.
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In
einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
ist auch nur die Reibfläche
aus Keramik herstellbar.
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Alternativ
ist das Lagerschild auch aus Guss, insbesondere Grauguss, herstellbar.