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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Elektromotor, und insbesondere
mit einem so genannten Miniaturmotor (Klein- oder Kleinstmotor).
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Derartige
Miniaturmotoren werden für
verschiedene Aufgaben verwendet, z.B. zum Antrieb von Klein- oder
Kleinstlüftern,
zum Antrieb von Pumpen, beispielsweise in medizinischen Geräten, als Stellmotoren,
etc. Ein solcher Motor kann z.B. ein Gewicht im Bereich von etwa
50 bis etwa 250 g haben.
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Wegen
ihrer relativ kleinen Leistungen sind solche Motoren empfindlich
gegen Verschmutzung, wie sie z.B. in einer Waschmaschine häufig vorkommen
kann, und man strebt deshalb an, solche Motoren in einem abgedichteten
Raum so anzuordnen, dass kein Schmutz zu ihnen gelangen kann. Dies
gilt besonders bei Motoren, die einen permanentmagnetischen Rotor
verwenden, weil ein solcher Rotor Eisenpartikel anzieht, welche
die Drehung des Rotors blockieren oder behindern können.
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Solche
kleinen Motoren haben meist einen Flansch, den man auch als Trageflansch
bezeichnet. Es ist üblich,
einen solchen Motor dadurch zu befestigen, dass man seinen Flansch
dort festschraubt, wo man den Motor braucht, z.B. zum Verriegeln
einer Türe.
Dies erfordert jedoch die Herstellung von Gewindebohrungen oder
das Setzen von Gewindenieten für
die Schraubbefestigung, was manchmal unerwünscht ist, weil solche Bohrungen
eine Schwächung
bewirken und nach einiger Zeit zu einem Dauerbruch führen können.
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Es
ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Anordnung mit
einem Elektromotor bereit zu stellen.
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Nach
der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch den Gegenstand des
Patentanspruchs 1.
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Eine
solche Anordnung ermöglicht
eine "blinde" Montage, d.h. man
kann einen solchen Motor einfach in die Ausnehmung der zugeordneten
Vorrichtung schieben, wobei das Rastelement dort einrastet. Dabei
befindet sich das Rastelement im gleichen geschützten Hohlraum wie der Motor,
so dass das Rastelement, ebenso wie der Motor, vor Verschmutzung und
Korrosion geschützt
ist und im Bedarfsfall leicht wieder gelöst werden kann.
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Weitere
Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten,
in keiner Weise als Einschränkung
der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus
den Unteransprüchen.
Es zeigt:
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1 eine
Draufsicht auf einen Kleinmotor 20, der an einer nur symbolisch
angedeuteten Vorrichtung befestigt ist, gesehen in Richtung des
Pfeils I der 2,
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2 eine
Seitenansicht, gesehen in Richtung des Pfeils II der 1,
wobei 2 den Motor nach seiner Befestigung an einer nur
schematisch angedeuteten Vorrichtung zeigt und der Motor ein ebenfalls
nur symbolisch angedeutetes Gerät 48 antreibt,
z.B. eine Wasserpumpe oder eine Stellvorrichtung,
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3 einen
Schnitt, gesehen längs
der Linie III-III der 2, in stark vergrößertem Maßstab,
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4 eine
perspektivische Darstellung des Stators beim Motor nach den 1 bis 3,
also vor der Montage des Außenrotors,
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5 eine
Draufsicht auf den montierten Motor, gesehen in Richtung des Pfeils
V der 2, in einem gegenüber 1 und 2 vergrößerten Maßstab,
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6 die
Darstellung einer Einzelheit, die in 5 mit VI
bezeichnet ist,
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7 einen
Schnitt, gesehen längs
der Linie VII-VII der 5,
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8 eine
vergrößerte Darstellung
der in 7 mit X bezeichneten Einzelheit, jedoch vor der Montage,
also abweichend von 7,
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9 eine
vergrößerte Darstellung
analog 8, aber während
der Montage, also abweichend von 7 und 8,
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10 eine
vergrößerte Darstellung
der in 7 mit X bezeichneten Einzelheit, also nach Abschluss
der Montage,
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11 einen
Schnitt, gesehen längs
der Linie XI-XI der 5,
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12 eine
vergrößerte Darstellung
einer Einzelheit, die in 11 mit
XII bezeichnet ist und eine Ausführungsform
einer im Trageflansch vorgesehenen Sollbruchstelle zeigt, mit deren
Hilfe eine Öffnung
aus dem Trageflansch herausgebrochen werden kann, und
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13 eine
bevorzugte Variante des verwendeten Sprengrings.
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1 und 2 zeigen
etwa im Maßstab
1 : 1 einen Außenläufer-Kleinmotor 20,
der in einem Ring 22 befestigt ist, welcher eine beliebige
Vorrichtung symbolisiert. Der Motor 20 ist bei diesem Beispiel
ein dreiphasiger Motor in Stern- oder Dreieckschaltung, der zu seinem
Antrieb über
drei Leitungen 19 mit einem dreiphasigen Strom (Drehstrom)
versorgt wird, z.B. aus einem elektronischen Lageregler 25,
dem ein Sollwert Ssoll und ein Istwert Sist für eine gewünschte Lage zugeführt werden.
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Der
Motor 20 hat einen Außenrotor 24 mit
einer so genannten Rotorglocke 26 (7) aus Kupfer, in
der ein Magnetring 28 befestigt ist, welcher z.B. vierpolig
magnetisiert ist. Solche Motoren werden von der Anmelderin hergestellt
und sind bekannt.
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Wie 7 zeigt,
ist an der Rotorglocke 26 eine Welle 30 befestigt,
die in einem Gleitlager 32 gelagert ist, das seinerseits
in einem Lagerrohr 34 durch Einpressen befestigt ist. Das
Lagerrohr 34 ist einstückig
mit einem Trageflansch 36 ausgebildet. Die Teile 34, 36 sind
aus einem geeigneten hitzebeständigen
Kunststoff hergestellt, z.B. aus Polypropylen.
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In
seiner Mitte hat der Trageflansch 36 eine Vertiefung 38,
gegen welche die Welle 30 mit ihrem freien Ende 40 anliegt.
Die Welle 30 wird durch die Kraft der Dauermagnete 28 gegen
diese Vertiefung 38 gepresst, so dass dort ein Axiallager
für den
Außenrotor 24 gebildet
wird, das mit einem (nicht dargestellten) Schmiermittel versehen
ist.
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Wie 1 zeigt,
hat die Rotorglocke 26 drei längliche Ausnehmungen 42, 44, 46,
die in Abständen
von 120° in
radialer Richtung verlaufen, vgl. 1. Sie dienen
zur Kupplung mit einer beliebigen Vorrichtung 48, die in 2 schematisch
angedeutet ist und durch den Motor 20 angetrieben werden
soll. 2 zeigt auch ein geschlossenes Gehäuse 50,
in dem sich die Vorrichtung 48 und der Hauptteil des Motors 20 befinden.
Die Vorrichtung 48 liefert im Betrieb den Wert Sist für den Lageregler 25.
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Dieses
Gehäuse 50 ist
nur schematisch dargestellt. Wichtig ist, dass es Schmutz vom Motor 20 und
dem anzutreibenden Teil 48 fern hält, und dass die Montage des
Motors 20 im Gehäuse 50 (dessen Teil
der Ring 22 ist) schnell und sicher erfolgen kann. Dabei
soll die Verbindung so sein, dass sie auch die mechanischen Kräfte aufnehmen
kann, die durch den Betrieb des Motors 20 entstehen. Außerdem soll durch
die Montage bevorzugt eine flüssigkeitsdichte Verbindung
gebildet werden, und diese Verbindung sollte im Falle eines Defekts
lösbar
sein, z.B. zum Austausch des Motors 20 oder der Vorrichtung 48.
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7 zeigt,
dass im Trageflansch 36 elektrische Leiter 54 eingebettet
sind, die zur Verbindung von den Leitungen 19 (1 und 2)
zu einem Innenstator 56 dienen. Dieser hat sechs ausgeprägte Statorpole
(salient poles) 58, deren Form am besten aus 4 hervor
geht. Auf jedem Pol 58 ist in bekannter Weise eine Spule 60 angeordnet.
Diese Spulen 60 werden über
die Leitungen 19 mit Strom versorgt. Die Statorpole 58 wirken
im Betrieb in bekannter Weise mit den Magneten 28 des Rotors 24 zusammen,
um den Rotor 24 anzutreiben. Der Motor 20 weist
einen motorseitigen Bereich (MS) auf, welcher bevorzugt abgeschlossen
ist, um gegen Verschmutzung zu schützen, und er weist einen flanschseitigen Bereich
(FS) auf, welcher üblicherweise
nicht geschützt
und äußeren Einflüssen ausgesetzt
ist. Der motorseitige Bereich (MS) und der flanschseitige Bereich
(FS) werden durch eine angedeutete Fläche P voneinander getrennt.
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Dadurch,
dass die Mitte der axialen Erstreckung des Rotormagneten 28 in 7 oberhalb
der Mitte der axialen Erstreckung der Statorpole 58 liegt, entsteht
eine ständige
Kraft auf den Rotor 24, die diesen in 7 nach
unten zieht und das Wellenende 40 gegen die Vertiefung 38 presst.
Hierdurch wird vermieden, dass sich der Rotor 24 bei Erschütterungen
im Lagerrohr 34 in axialer Richtung bewegt und "klappert". Es ist deshalb
oft möglich,
auf eine axiale Sicherung des Rotors 24 zu verzichten.
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Die
Spulen 60 ragen in 7 unten
in eine rinnenartige Vertiefung 62 des Trageflanschs 36.
An seiner Peripherie hat dieser einen bezogen auf 7 nach
oben ragenden umlaufenden Rand 64. Ferner hat der Flansch 36 einen
radial nach außen
ragenden Randabschnitt 66.
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Zwischen
dem Rand 64 und der Vertiefung 62 erstrecken sich
zwölf radial
verlaufende Versteifungsrippen 68, die gemäß 3 in
regelmäßigen Abständen von
30° angeordnet
sind und deren bevorzugte Form aus 7 klar hervor
geht. Sie haben etwa das Profil eines Sessels.
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Wie 3 und 4 zeigen,
erstrecken sich zwischen benachbarten Verstärkungsrippen 68 elektrische
Anschlusselemente 70, an denen jeweils eine Anschlussleitung 72 für eine der
Spulen 60 befestigt ist. Insgesamt sind im Flansch 36 drei
Anschlusselemente 70 befestigt, die mit den Leitungen 19 elektrisch
verbunden sind.
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11 zeigt
den Verlauf eines der Anschlusselemente 54, 70 im
Flansch 36. So wird in sehr einfacher Weise und ohne Mehrkosten
verhindert, dass im Bereich dieser Anschlusselemente Flüssigkeit
in den Motor 20 eindringen kann.
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Die
Statorpole 58 sind Teile eines Stator-Blechpakets 59,
das in der in 7 dargestellten Weise auf die
Außenseite 74 des
Lagerrohres 34 aufgepresst ist. Das Blechpaket 59 ist
gemäß 7 mit einer
isolierenden Schicht 76 versehen, die als Spulenkörper für die Spulen 60 dient.
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An
der äußeren Peripherie 78 des
nach oben ragenden Randes 64 des Flanschs 36 ist
eine ringnutartige Ausnehmung 80 vorgesehen, in der ein
federndes Rastelement 82 angeordnet ist, dessen Form am
besten aus 3 hervor geht. Es hat etwa die
Form eines C, bzw. eines Kreises, der an einer Stelle unterbrochen
ist. Es ist aus federndem Material hergestellt, gewöhnlich aus
Stahl und kann sich relativ zur Nut 80 innerhalb vorgegebener
Grenzen bewegen.
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13 zeigt
eine Variante 82' dieses
Rastelements, die für
manche Anwendungen Vorteile hat.
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Wie 3 zeigt,
hat das federnde Rastelement zwei Betätigungsöffnungen 84, in welche
ein (nicht dargestelltes) Werkzeug eingeführt werden kann, um diese Betätigungsöffnungen 84 in
Richtung zueinander zu bewegen, wie das beim Öffnen der Verrastung notwendig
ist, vgl. die nachfolgende Beschreibung.
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Das
Rastelement 82 hat, ebenso wie das Rastelement 82' der 13,
vier Verbreiterungen 86, die radial nach innen ragen. Die
ringnutartige Ausnehmung 80 hat entsprechende Vertiefungen 88,
in welche diese Verbreiterungen 86 eingreifen und dadurch
das Rastelement 82 (bzw. 82') an einer Drehung in der Ausnehmung 80 hindern.
Dies ist deshalb von Vorteil, weil für den Zugang zu den Betätigungsöffnungen 84 spezielle Öffnungen
des Flanschs 36 durchstoßen werden müssen, und
wenn man diese Öffnungen
durch Zerbrechen einer Sollbruchstelle hergestellt hat, müssen sich
direkt hinter ihnen die Betätigungsöffnungen 84 befinden,
damit an ihnen ein Werkzeug angesetzt werden kann.
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Bei 13 hat
das Rastelement 82' zusätzlich im
Bereich der linken Öffnung 84 eine
Verlängerung 91 nach
rechts, und im Bereich der rechten Öffnung 84 eine Verlängerung 93 nach
links. Die Verlängerungen 91, 93 sind
ebenfalls in der Ausnehmung 80 geführt. Es hat sich gezeigt, dass
eine solche zusätzliche
Führung
im Bereich der Öffnungen 84 in manchen
Fällen
vorteilhaft sein kann.
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Auf
dem Außenumfang
des Trageflansches 36 ist gemäß 7 in einer
Ringnut 89 ein elastisches Dichtglied 90 angeordnet,
z.B. ein O-Ring. Auch hat der Ring 22 auf seiner vom Motor 20 abgewandten
Seite die Form eines Hohlkegelstumpfs 92, der sich in Richtung
vom Motor 20 weg erweitert. Zum Motor 20 hin geht
dieser Hohlkegelstumpf 92 in einen zylindrischen Abschnitt 94 (8) über, an
den sich ein zweiter Hohlkegelstumpf anschließt, der eine schräge Schulter 96 bildet,
deren Durchmesser sich zum Motor 20 hin erweitert.
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Die 8 bis 10 zeigen
den Ablauf bei der Montage. Gemäß 8 wird
der Trageflansch 36 mit dem daran befestigten Motor 20 in
Richtung eines Pfeils 98 in die zylindrische Ausnehmung 94 des Rings 22 eingeführt. Hierbei
wird der federnde Ring 82 durch den Kontakt mit dem Hohlkegelstumpf 92 in radialer
Richtung so weit zusammengepresst, bis er gemäß 9 in die
zylindrische Ausnehmung 94 passt und durch diese geschoben
werden kann.
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Dabei
gelangt der federnde Ring 82 schließlich in die Lage gemäß 10.
Hier kann sich der federnde Ring 82 wieder teilweise entspannen
und legt sich mit Vorspannung gegen die schräge Schulter 96. Gleichzeitig
wird hierbei der Dichtring 90 zwischen der Ringnut 89 und
dem Hohlkegelstumpf 92 zusammen gepresst und bildet so
eine sichere Dichtung. Hierdurch werden Verschmutzungspartikel und Feuchtigkeit
aus dem motorseitigen Bereich (MS) herausgehalten. Auch legt sich
der Flanschabschnitt 66 gegen die ebene Stirnseite 100 des
Rings 22, oder bildet mit ihr einen geringen Spalt. Das
Spannglied 82 hält
durch seine Federwirkung eine Axialkraft auf das elastische Dichtglied 90 aufrecht.
Diese axiale Kraft bewirkt auch einen festen Halt des Flanschs 36 in
der Ausnehmung 94 und verhindert, dass der Flansch 36 in
der Ausnehmung 94 wackelt.
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Eine
solche Anordnung ermöglicht
also eine "blinde" Montage des Motors 20 am
Ring 22, die sehr schnell abläuft, da nach der Montage nur
noch die Leitungen 19 angeschlossen werden müssen, was gewöhnlich mittels
eines (nicht dargestellten) Steckers geschieht. Eine solche Befestigung
ist sehr sicher und kann sich nicht von selbst lösen. Auch hält sie den Dichtring 90 ständig unter
Spannung, und sie ist fluiddicht, so dass die Teile innerhalb des
Gehäuses 50 (2)
nicht verschmutzen. Dazu trägt
bei, dass der Motor 20 keinen Kollektor und keine Kohlebürsten hat.
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Sehr
vorteilhaft ist auch, dass sich der federnde Ring 82 bzw. 82' innerhalb des
Gehäuses 50 befindet
und deshalb nicht korrodieren kann. In manchen Fällen ist es nämlich notwendig,
den Motor 20 für
eine Reparatur oder auch nur eine Inspektion zu entfernen.
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Zu
diesem Zweck hat der Trageflansch 36 im Bereich der Öffnungen 84 des
elastischen Rings 82 Stellen 102, 104 (5),
die längs
Sollbruchstellen heraus gebrochen werden können. Dadurch entstehen dann
zwei (nicht dargestellte) Öffnungen,
durch welche ein Werkzeug in die Öffnungen 84 des elastischen
Rings 82 eingeführt
werden kann. Hiermit wird der Ring 82 im Bereich seiner Öffnungen 84 zusammen
gepresst, so dass er sich von der frustokonischen Schulter 96 löst, und
der Motor 20 durch die zylindrische Ausnehmung 94 heraus
gezogen werden kann.
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Wenn
sich heraus stellt, dass der Motor 20 in Ordnung ist, können die Öffnungen,
die in den Flansch 36 gebrochen wurden, behelfsmäßig verschlossen
werden, und man kann den Motor 20 erneut montieren. Anschließend muss
man bei Gelegenheit den Motor 20 durch einen anderen Motor
mit intaktem Flansch 36 ersetzen.
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11 und 12 zeigen
am Flansch 36 zwei rinnenartige Vertiefungen 106, 108,
deren Lage am Flansch aus den 5 und 6 hervor
geht. Zwischen diesen Vertiefungen liegt ein dickerer Abschnitt 110,
und durch Druck auf diesen kann der Abschnitt 110 längs Sollbruchlinien 112, 114 heraus
gebrochen werden, wodurch die beschriebene Öffnung entsteht.
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6 zeigt
die Lage der Stellen 102, 104 relativ zu den radialen
Versteifungsrippen 68 und den Öffnungen 84 des Sprengrings 82.
Die Öffnungen 84 liegen
nach der Montage jeweils zwischen zwei Versteifungsrippen 68,
ebenso die Stellen 102, 104.
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Naturgemäß sind im
Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen
möglich.