DE3306322C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor mit Stator, Rotor, Rotorwelle und Lagern für die Rotorwelle als seinen wesentlichen Bestandteilen und gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Die Erfindung geht von einem sogenannten Schrittschaltmotor aus, wie er gemäß US-Patentschriften Re 28 705 und 36 33 055 zum Stand der Technik gehört.

Insbesondere sind Elektromotoren bekannt, die wie der Elektromotor gemäß der Erfindung einen Stator, einen Rotor, eine mit einer Längsbohrung versehene Welle, zwei Lager zur drehbaren Lagerung der Welle sowie einen in der Längsbohrung der Welle befestigten Zapfen mit einem gegenüber dem Schaft im Querschnitt erweiterten Kopf aufweisen, der sich radial über den Außenumfang der Welle hinaus erstreckt und so vor einem Teil der Lager zu liegen kommt, wodurch die Axialbewegung des Rotors begrenzt ist (DE-OS 27 32 763, GB-PS 11 74 784 oder GB-PS 6 20 960). Bei diesen bekannten, gattungsgemäßen Motoren ist der Zapfen, mit dem das Axialspiel bzw. die Axialbewegung des Rotors begrenzt wird, ein Gewindezapfen, der in die mit einem Gewinde versehene Längsbohrung der Rotorwelle eingeschraubt wird. Eine solche Schraubverbindung zwischen Gewindezapfen und Welle ist eine allgemein im Maschinenbau übliche Verbindungsart, sie wird im gegebenen Fall ohne weiteres Nachdenken angewendet und als einfach, betriebssicher und bewährt allgemein angesehen.

Der Erfindung liegt nun zunächst die Erkenntnis zugrunde, daß eine andere Art der Festlegung des Zapfens gegenüber der Rotorwelle zur Festlegung der zulässigen Längsbewegung der Welle bzw. zur Vermeidung derartiger Längsbewegungen zweckmäßiger sein könnte, wie allgemein angenommen wird, vor allem wenn bedacht wird, daß angesichts besonderer Verhältnisse, wie sie beispielsweise bei Schrittschaltmotoren gegeben sind, Maßnahmen ergriffen werden müssen, um zu verhindern, daß die Schraubverbindung während des Motorbetriebs locker werden kann. Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Elektromotor so auszubilden, daß ein Axialspiel der Welle bzw. allgemein gesprochen, eine Axialbewegung der Welle gegenüber den Lagern in besonders einfacher Weise beseitigt bzw. vermieden ist.

Der Lösung dieser Aufgabe gemäß der Erfindung dient die Ausbildung eines gattungsgemäßen Elektromotors gemäß dem Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1. Statt wie beim Stand der Technik zur Verminderung des Axialspiels der Welle in deren Gewindebohrung einen Gewindezapfen anzuschrauben, wird erfindungsgemäß in die glatte Bohrung der Rotorwelle ein ebenfalls im Schaft an sich glatter Zapfen eingetrieben, wobei die notwendige Betriebssicherheit durch die reibungserhöhende Außenfläche des Schafts des Zapfens gewährleistet ist.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 5 angegeben. Der erfindungsgemäß ausgebildete Motor ist ein Schrittschaltmotor, weil die Erfindung durch Zuverlässigkeit trotz ihrer Einfachheit gerade für einen solchen Schrittschaltmotor Bedeutung hat, weil dort die Festlegung der Rotorwelle in axialer Richtung infolge des Betriebsverhaltens des Motors in erhöhtem Maße der Gefahr ausgesetzt ist, locker zu werden.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der zeigt

Fig. 1 einen Teil eines Mittellängsschnittes eines erfindungsgemäß ausgestalteten Schrittschaltmotors und

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform der Erfindung in einer Fig. 1 entsprechenden Darstellung.

Der zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung ausgewählte Schrittschaltmotor weist zwei Statorplatten 10 und 11 und zwei Statorkappen 12 und 13 auf. Die Statorplatten sind im wesentlichen identisch und haben die Form eines Kreisringes. Eine Anzahl von sich verjüngenden Polen 15 umgeben die zentrale Öffnung der Statorplatte 10 unter Einhaltung gleicher Abstände voneinander in Umfangsrichtung der zentralen Öffnung. Alle Pole 15 stehen in der gleichen Richtung senkrecht von der Ebene der Platte 10 weg. Der äußere Umfangsrand 16 der Platte ist in der Richtung aus der Ebene der Platte herausgeformt, in der die Pole aus der Plattenebene herausragen.

Die Statorplatte 11 ist im wesentlichen der Statorplatte 10 gleich und die Teile der Platte 11, die denen der Platte 10 entsprechen, sind mit den oben verwendeten Bezugszeichen versehen. Die Statorplatten 10 und 11 sind Rücken an Rücken angeordnet und in dieser Lage dauerhaft miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verschweißt oder mittels eines geeigneten Klebstoffes miteinander verklebt.

Die Statorklappe 12 hat ebenfalls die Form eines Kreisringes und weist eine zentrale Öffnung in ihrer Rückwand 24 auf. Eine Anzahl sich verjüngender Pole 25 ist in gleichmäßigen Abständen voneinander auf den Umfang der zentralen Öffnung in der Rückwand verteilt. Alle diese Pole 25 stehen in der gleichen Richtung senkrecht von der Ebene der Rückwand 24 der Statorkappe 12 ab. Eine Umfangsseitenwand 26 steht in der gleichen Richtung von der Rückwand ab, wie die Pole 25. Der freie Rand 27 der Umfangsseitenwand 26 ist in Durchmesserrichtung nach außen aufgeweitet, so daß der Innendurchmesser des freien Randes 27 der Kappe 12 etwa gleich ist dem Außendurchmesser der Statorplatte 10, so daß der Umfangsrand 16 der Platte 10 spiellos innerhalb des Randes 27 der Kappe 12 liegt.

Die Statorkappe 13 ist im wesentlichen der Kappe 12 identisch, und die Teile der Kappe 13, die denen der Kappe 12 entsprechen, sind mit den oben verwendeten Bezugszeichen unter Hinzufügung eines Indexes gekennzeichnet. An der Außenseite der Rückwand 24 der Statorkappe 12 ist eine Lagertragplatte 28 mit einer zentralen Öffnung 29 befestigt, beispielsweise angeschweißt oder mittels eines geeigneten Klebstoffes angeklebt. In entsprechender Weise ist eine Lagertragplatte 33 mit einer zentralen Öffnung 35 der Außenseite der Rückwand 24′ der Statorkappe 13 zugeordnet. Die Platte 33 kann in dem Maße größer als die Platte 28 sein, daß sie unter Verwendung nicht dargestellter Montagelöcher nahe ihrem Außenrand als Montageplatte für den Schrittschaltmotor dienen kann und dieser mit der Platte 28 an einer Tragkonstruktion festgelegt werden kann.

Eine Wicklung aus elektrisch leitendem Draht 31 ist auf einen Spulenkörper 32 gewickelt, der die Pole 15 und 25 der Platte 10 bzw. Kappe 12 umgibt. Eine entsprechende Wicklung 31′ ist um einen Spulenkörper 32′ gewickelt, der die Pole 15′ und 25′ der Platte 11 bzw. Kappe 13 umgibt. Die freien Ränder 27 und 27′ sind in den Spalt 19 hineingebogen, um so eine dauerhafte mechanische Verbindung der Statorkappen 12 und 13 mit ihrer jeweiligen Statorplatte 10 bzw. 11 zu ergeben.

Der mit dem beschriebenen Stator zusammenwirkende Rotor weist eine Welle 40 auf, auf der konzentrisch eine Hülse 41 befestigt ist, mit der wiederum konzentrisch ein ringförmiges Tragelement 42 befestigt ist. Mit dem Tragelement 42 ist ein dieses konzentrisch umgebender rohrförmiger Permanentmagnet 43 verbunden. Die Welle 40 ist drehbar in zwei Kugellagern 44 und 45 gelagert, die in der Längsrichtung der Welle 40 einen vorgegebenen Abstand voneinander haben. Auf einem Teil zwischen den Lagern 44, 45 ist die Welle 40 von einer Druckfeder 48 umgeben, die sich mit ihrem einen Ende um einen Kragen 49 legt, in dem die Welle drehbar angeordnet ist, während sie sich mit ihrem anderen Ende unter Vorspannung an der Hülse 41 abstützt. Da sich die Hülse 41 dreht, während das Lager 44 stillsteht, ist zwischen dem Lager 44 und der Hülse 41 eine reibungsmindernde Scheibe 50 eingelegt.

Die Lagerplatte 28 ist so ausgebildet, daß sie einen nach innen gerichteten Bund 51 aufweist, der die Öffnung 29 umgibt. Mit seiner Außenfläche ist das Lager 44 in dem Bund 51 befestigt. Entsprechend ist die Lagerplatte 33 mit einem nach innen gerichteten Bund 52 versehen, der die Öffnung 35 umgibt. Mit seiner Außenfläche ist das Lager 45 in dem Bund 52 befestigt.

Das dem Lager 44 zugehörigen Ende der Welle 40 ist mit einer Axialbohrung 55 versehen. In dem an das äußere Ende der Welle 40 anschließenden Abschnitt 55a ist der Durchmesser der Axialbohrung 55 größer als im übrigen Teil der Bohrung. In dem im Durchmesser kleineren Abschnitt der Bohrung 55 ist mit Preßsitz ein Pfropfen 56 gehalten, dessen äußeres Ende zu einem plattenförmigen Kopf 57 erweitert ist. Zumindest im Bereich des dem Kopf 57 abgewendeten, äußeren Endes ist der Schaft des Zapfens mit einer Aufrauhung 58 versehen, um den Reibschluß zwischen Zapfen 56 und Wand der Bohrung 55 zu erhöhen.

Der Durchmesser des Kopfes 57 ist in dem Maße größer als der des Zapfenschaftes, daß der Kopf im Bereich seines äußeren Randes gleichachsig zur Drehachse der Welle 40 zumindest am Innenring des Kugellagers 44 anliegt. Im erweiterten Bereich 55a der Bohrung 55 wirkt die Bohrungswand nicht mit dem Schaft des Zapfens 56 zusammen, wenn letzterer in die Bohrung 55 eingesetzt ist, und außerdem erstreckt sich der Endabschnitt der Welle 40 nicht über den vom Innenring des Kugellagers umgebenen Bereich hinaus. Auf diese Weise wird der Innenring des Lagers nicht verspannt, wenn der Zapfen 56 in die Bohrung 55 eingesetzt wird.

Bei der Lösung gemäß Fig. 1 liegt das Ende der Welle 40 im erweiterten Abschnitt 55a der Bohrung 55 etwas hinter der Außenseite des Lagers 44. Hierdurch liegt der Kopf 57 des Zapfens 56 zuverlässig spiellos an der Außenfläche des Innenringes des Lagers 44 an, weshalb jede axiale Bewegung bzw. das Endspiel des Rotors gegenüber dem Lager und damit gegenüber dem Stator vermieden ist.

Bei der Lösung gemäß Fig. 2 sind die mit Teilen der Lösung gemäß Fig. 1 identischen Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Teile gleichartiger Funktion tragen die in Fig. 1 verwendeten Bezugszeichen, denen jedoch die Ziffer "1" vorangestellt ist.

Bei der Lösung nach Fig. 7 sind Hülsenlager 144 und 145 an der Stelle von Kugellagern verwendet. Die Hülsenlager können aus gesinterter Bronze gefertigt sein. Sie sind in Lageröffnungen 129 und 135 von Lagertragplatten 128 und 133 angeordnet. Das Lager 144 ist mit einer Umfangsnut zur Aufnahme der Kante der Platte 128 versehen, die die Öffnung 129 umgibt. Das Lager 145 ist mit einer Umfangsnut zur Aufnahme der Kante der Platte 133 versehen, die die Öffnung 135 umgibt.

Das Ende der Welle 40 mit der Bohrung 55 erstreckt sich über die Außenseite des Lagers 144 hinaus, wenn dem Schrittschaltmotor Energie zugeführt wird. Der Zapfen 56 wird in die Bohrung 55 eingetrieben, bis der Kopf 57 das Ende der Welle berührt. Der Zwischenraum zwischen dem Kopf 57 und dem Lager 144 bestimmt das Maß der möglichen Axialbewegung bzw. des Endspieles zwischen dem Rotor und seinen Lagern während des Betriebes des Motors.

Claims (5)

1. Elektromotor mit Stator und dem Stator gegenüber drehbarem Rotor, sowie einer mit einer zentrischen Längsbohrung versehenen Rotorwelle und Lagern zum drehenden Lagern der Rotorwelle, wobei in die Längsbohrung ein Zapfen einge­ setzt ist, der mit einem an der Rotorwelle und einem Lagerteil anliegenden Bund zur Axialspielbegrenzung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Schrittschaltmotor als Elektromotor der Zapfen (56) in die Längsbohrung (55) eingetrieben ist und einen Abschnitt mit einer reibungserhöhenden Außenfläche hat.

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Längsbohrung (55) vom einen Ende der Rotorwelle (40) aus nur über einen Teil der Länge der Rotorwelle erstreckt.

3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (57) des Zapfens (56) in axialem Abstand vor dem der Längsbohrung (55) zugehörigen Ende der Rotorwelle (40) liegt und an dem Lager (44) dieses Wellenendes anliegt, um Axialbewegungen des Rotors (40 bis 43) gegenüber diesem Lager auszuschließen.

4. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (57) des Zapfens (56) an dem der Längsbohrung (55) zugehörigen Ende der Rotorwelle (40) anliegt und zwischen dem Lager (144) dieses Wellenendes und dem Zapfenkopf bei stillstehendem Motor ein begrenztes Axialspiel vorliegt, das begrenzte Axialbewegungen des Rotors (40 bis 43) gegenüber diesem Lager zuläßt.

5. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (55) am äußeren Ende mit einem Abschnitt (55a) größeren Querschnittes versehen ist.