DE8632779U1

DE8632779U1 - Druchzugsbelüfteter Elektromotor

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Publication number: DE8632779U1
Application number: DE8632779U
Authority: DE
Original assignee: Metabowerke GmbH and Co
Current assignee: Metabowerke GmbH and Co
Priority date: 1986-12-06
Filing date: 1986-12-06
Publication date: 1987-02-05

Description

3198 " " ""^-I -·' ·· 05.12.1986

Die Neuerung bezieht sich auf einen durchzugsbelüfteten Elektromotor, insbesondere für ein Elektrowerkzeug, mit einem Gehäuse, in dem zwischen zumindest einem Lufteinlaß und einem Luftauslaß eine Luftführungsstrecke entlang dem Rotor und am Luftauslaß ein mit dem Rotor drehfest verbundener Lüfter angeordnet ist.

Solche durchzugsbelüfteten Elektromotore werden vornehmlich in Elektrowerkzeugen verwendet, wozu Winkelschleifer, Schwingschleifer, Handkreissägen, Handhobel und dergleichen zählen. Durch den Lüfter wird die Kühlluft an dem gegenüberliegenden Ende des Motorgehäuses durch den Lufteinlaß angesaugt, sie strömt dann im wesentlichen in axialer Richtung entlang der elektrischen Wicklungen durch den Motor hindurch und wird schließlich am lüfterseitigen Motorende aus dem Gehäuse wieder ausgeblasen.

Es treten immer wieder Arbeitsvorgänge auf, bei denen die UmgebungsIuft des Elektromotors bzw. des Elektrowerkzeugs stark verschmutzt ist, was durch das Arbeiten mit dem Werkzeug selbst bedingt sein kann und insbesondere beim Schleifen mit einem Winkelschleifer oder einem Schwingschleifer der Fall ist. Dann werden mit der Kühlluft auch Staubund Schleifpartikel angesaugt und entlang der Luftführungsstrecke durch den Motor hindurchbefördert.

Hierbei prallen ständig gröbere Partikel auf die im Motorinnern freiliegenden Wicklungsteile und können deren Isolation schon in kurzer Zeit zerstören, was einen Ausfall des Werkzeugs und eine teure Reparatur zur Folge hat.

Es ist deshalb bei Elektrowerkzeugen bekannt, vor dem Lufteinlaß, insbesondere vor dafür vorgesehenen

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Lufteinlaßschlitzen im Motorgehäuse, feinmaschige Drahtnetze anzubringen. Diese Drahtnetze zur Aussiebung der gröberen Luftverunreinigungen müssen relativ häufig abgenommen und gereinigt werden, weil sie bei Staubanfall verstopfen und den Kühlluftdurchzug durch den Motor hindurch beeinträchtigen, was zur überhitzung des Motors führt. Außerdem können solche Drahtnetze aufgrund ihrer lösbaren Anordnung leicht verloren gehen. Schließlich ist auch die Filter- oder Siebwirkung dieser Drahtnetze von der lichten Maschenweite abhängig. Es können daher nur Verunreinigungen ausgefiltert werden, die größer als die lichte Maschenweite sind.

Aus der US-Patentschrift 3,041,117 ist eine belüftete elektrische Maschine bekannt, die bereits eine Einrichtung zur Aussonderung der im Kühlluftstrom mitgeführten Festpartikel hat, welche nach dem Prinzip der Radialbeschleunigung bei drehender Mitnahme arbeitet. Hierbei sitzt der Lüfter jedoch an der Lufteinlaßseite des Elektromotors, und er wird in einem eng begrenzten zentralen Bereich von der Kühlluft axial angeströmt, die dann an der Anströmseite des Lüfterrades radial nach außen hin umgelenkt wird.

Im radialen Abstand vom Anströmbereich sind in das Lüfterrad Durchtrittsöffnungen eingearbeitet, durch die hindurch die Kühlluft in. den Motorinnenraum hineingedrückt wird. Dazu wird der Luftstrom in der Druckzone des L"ferrades ein zweites Mal aus der radialen Richtung wieder in die axiale Richtung umgelenkt. Aufgrund der Massenträgheit machen die in radialer Richtung beschleunigten, im Kühlluftstrom mitgeführten Feststoffpartikel diese zweite Umlenkung nicht mit und sollen in radialer Richtung nach außen von dem Lüfterrad weggeschleudert werden. ·

t Über eine Auslaßöffnung im separaten Lüftorradge-

$ häuse können die ausgesonderten Partikel nach außen

ü herausbefördert werden. Hierdurch ist schon ein

;.' Nachteil der bekannten Anordnung bedingt, weil über

,. 5 die Auswurföffnung ein Kurzschluß im Kühlluftstrom

:| besteht, denn zwangsläufig tritt ein Teil der Kühl-

■;; luft mit den Feststoffpartikeln aus der Auswurf-

- öffnung des Lüftsrradgshäuses unit aus; und dieser

Kühlluftstromanteil geht für die Kühlung des Motors 10 verloren. Ein weiterer wesentlicher Nachteil der

bekannten Aussonderungsvorrichtung liegt darin, daß

■ die Druckzone am Rand des Lüfterrades gegenüber dem

':; Motorinnenraum abgedichtet werden muß, weil gerade

dort an der Stelle des höchsten Staudrucks Staub-

; 15 oder Schmutzpartikel in den Motorinnenraum gelangen

' können. Dazu ist eine Ringscheibe vorgesehen, an

der das Lüfterrad dichtend gleitet. Eine solche Ab- ; dichtung mit Reibung ist jedoch nur bei langsam

laufenden Rotoren möglich, sie ist bei schnell 20 laufenden Rotorankern von Elektrower.'tzeugen mit Umdrehungszahlen von 20 000 min"¹ nicht mehr einsetzbar, überdies scheidet bei der bekannten Einrichtung der zum Zentrum des Lüfterrades hin liegende Bereich für den Lufteintritt in den Motorinnenraum aus, 25 weil sich in diesem Bereich kein ausreichender ; Druck aufbaut.

I Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

i| durchzugsbelüfteten Elektromotor insbesondere für

30 Elektrowerkzeuge der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die mit der Kühlluft angesaugten Festpartikel ohne wesentliche Behinderung des Luftstroms auch bei hohen Drehzahlen durch eine Radialbeschleunigung wirksam ausgesondert werden.

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Dazu ist bei einem neuerunsgemäßen , durchzugsbe-

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lüfteten Elektromotor an der dem Lüfter abgelegenen Seite eine mit dem Rotor drehfest verbundene, in einer Radialebene zur Rotordrehachse liegende Scheibe mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen angeordnet, die sich über den gesamten Querschnitt der Luftführungsstrecke erstreckt.

Der besondere Vorteil eines neuerungs gemäßen Elektromotors liegt darin, daß die Lochscheibe räumlich getrennt vom Lüfterrad an der Saugseite vor dem Motorinnenraum angeordnet ist, wo eine weitgehend gleichmäßig Druckverteilung herrscht, was sich auf die Größe des Lochbereichs und die '

Abdichtmöglichkeiten günstig auswirkt. J

1 Denn der Durchzug der Kühlluft durch die in Umfangs- t richtung drehende Rotor- oder Schleuderscheibe wird | zumindest nicht merklich beeinträchtigt, unab- ■'

hängig davon, ob der Kühlluftstrom weitgehend ^:

frontal oder unter einem Winkel auf die Anströmseite

der mit der Rotordrehzahl drehenden Scheibe auf- :

trifft. Wie Versuche gezeigt haben, werden lediglich die gegenüber der Luft schwereren Feststoffpartikel von der Rotation der Lochscheibe mitgerissen und infolge der radial wirkenden Beschleunigung aus dem Kühlluftstrom heraus nach außen hin abgelenkt. In den praktischen Versuchen ist festgestellt worden, daß der durch die gelochte Schleuderscheibe bestehende StrömungswiderstUaJ jedenfalls für den reinen Kühlluftstroir vernachlässiybar ist.

Mit der neuer ungsgemäßen Aus s onderungs vorrichtung, die auch feine Partikelchen erfaßt, wird ein hoher Filtergrad erreicht. Die gelochte Rotorscheibe ist

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wartungsfrei, lediglich muß dafür Sorge getragen werden, daß die ausgesonderten Partikel entweder dauernd aus dem Gehäuse herausgeleitet oder von Zeit zu Zeit aus einem darin befindlichen Sammelraum entfernt werden.

Die separate Schleuderscheibe erfordert keine Umbauten am Lüfterrad, möglichst ist das Gehäuse im Bereich der Anströmseite der Scheibe strömungsgünstig auszubilden, damit die Scheibe voll von dem gegebenenfalls mit den auszusondernden Partikeln belasteten Kühlluftstrom beaufschlagt wird. Zweckmäßig sitzt die Rotorscheibe in der Luftführungsstrecke auf einer Verlängerung der Rotorwelle, und es versteht sich wegen der drehfesten Verbindung mit dem Rotor, daß die Schleuderscheibe mit der gleichen Drehzahl wie der Rotor dreht. Bei schnell laufenden Antriebsmotoren für Elektrowerkzeuge ergeben sich dabei Arbeitsdrehzahlen in der Größen-

Ordnung von 20 000 min"^, bei denen die Rotorscheibe ein für die im Kühlluftstrom mitgeführten Partikel unüberwindbarer Widerstand ist. Die Aussonderungsvorrichtung ist aber auch bei niedrigeren Drehzahlen funktionsfähig, weil dann die Leistung des ebenfalls mit dem Rotoranker verbundenen Lüfters nachläßt und folglich der Kühlluftstrom eine geringere Strömungsgeschwindigkeit hat.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Neuerung ergeben sich aus den Ünteransprüchen.

Im folgenden wird die Neuerung anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Ansaugbereich eines durchzugsbelüfteten Elektromotors eines Elektrowerkzeugs, und
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Fig. 2 eine Draufsicht auf die in der

Luftfuhrungsstrecke des Elektromotors liegende Rotorscheibe

Im einzelnen ist in Figur 1 ein Motorgehäuse 1 eines elektrisch betriebenen Handwerkzeugs, wie eines Winkelschleifers, dargestellt, wobei von den elektrisch aktiven Teilen des Motors der Motoranker 2, der Kollektor 3 und die den Kollektor 3 beaufschlagenden Bürsten 4 zu erkennen sind. Der Rotoranker 2 sitzt auf einer Welle 5, die in einem Zentral im Gehäuse 1 angeordneten Lager 6 gelagert ist, das hier an der Ansaugseite für die Kühlluft des durchzugsbelüfteten Elektromotors liegt. Der für den Luftdurchzug erforderliche Lüfter ist an dem in der Zeichnung nicht dargestellten, gegenüberliegenden Ende des Motors auf der Motorwelle 5 angeordnet. Dort findet sich auch der Luftauslaß im Gehäuse 1, aus dem die erwärmte Kühlluft ausgeblasen wird.

Die Ankerwelle 5 besitzt eine über das Lager 6 hinausragende Verlängerung 7, auf die eine Rotorscheibe 9 drehfest aufgesetzt ist, die sich folglich im Betrieb mit der gleichen Drehzahl wie der Rotoranker 2 dreht. Dazu ist die Rotorscheibe 9 mit der Verlängerung 7 der Ankerwelle 5 über eine stirnseitig eingesetzte Schraube 8 verspannt.

Die Rotorscheibe 9 erstreckt sich in einer Radial-

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ebene zur Verlängerung 7 der Ankerwelle 5, sie dreht sich daher mit dem Rotor 2 in ihrer Umfangsrichtung. Die drehenden Teile des Elektromotors haben ohnehin dieselbe Rotationsachse, die durch das Zentrum der Rotorscheibe 9 hindurchgeht.

Im Innern des Gehäuses 1 ist eine Luftführungsstrecke 10 gebildet, die sich zwischen zwei einander etwa diametral gegenüberliegenden Lufteinlassen 11 und dem in der Zeichnung nicht dargestellten Luftauslaß an der Lüfterseite des Motors erstreckt. Die Rotorscheibe 9 liegt im Ansaugbereich der Kühlluft dieser Luftführungsstrecke 10, deren Querschnitt die Rotorscheibe vollständig überdeckt. Die Lufteinlässe 11 sind in Gestalt von Schlitzen in einer Außenwandung 19 des Gehäuses 1 angeordnet, und die Verbindungsstrecke zwischen den Lufteinlässen 11 und der Anströmseite der Rotorscheibe 9 ist möglichst geradlinig, damit zwischen der Rotorscheibe 9 und den Lufteinlässen 11 keine störenden Vorsprünge vorhanden sind, die eine Störung des Luftstroms bedingen. Der Luftstrom sollte parallel zur Rotationsachse oder in einem spitzen Winkel dazu auf denjenigen Bereich der Roterscheibe 9 auftreten, der mit Durchgangslöchern ¹6 ausgestattet ist.

Auf der Motorseite teilt die Rotorscheibe 9 einen Motorinnenraum 12 ab, in welchem die elektrisch aktiven Teile des Motors angeordnet sind. Aus diesem Motorinnenraum 12 sollen die über die Luftführungsstrecke 10 in das Gehäuse 1 eingesaugten, in der Kühlluft mAtgefÜhrten Feststoff- bzw. Staubpartikel ferngehalten werden. Dies geschieht

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durch die Drehung der Rotorscheibe 9, wodurch die Feststoffpartikel an der Anströmseite in radialer Richtung ausgetragen wurden, während die Kühlluft durch die Durchgangsöffnungen 16 hindurchtritt. Wie Figur 2 dazu veranschaulicht/ be-

Durchgangsöffnungen 16, welche die Gestalt von im Querschnitt kreisrunden Bohrungen haben, die achsparallel zur Rotationsachse der Rotorscheibe 9 angeordnet sind.

Grundsätzlich können die Durchgangsöffnungen in der Rotorscheibe 9 eine beliebige geometrisch regelmäßige Gestalt haben. So sind insbesondere auch öffnungen mit einem dreieckigen, quadratförmigen oder sonstigen polygonförmigen Querschnitt verwendbar. Die Durchgangsöffnungen 16 liegen senkrecht zur Radialebene der Rotorscheibe 9, sie sind somit in Dickenrichtung der Rotorscheibe parallel zu deren Rotationsachse angeordnet. Besonders vorteilhaft ist, wenn an der Anströmseite der Rotorscheibe 9 der übergang von der Stirnseite der Scheibe 9 zu den die Durchgangsöffnungen begrenzenden Wandungen scharfkantig ist.

Während die Rotorscheibe 9 den Motorinnenraum an der ansaugseitigen Stirnseite begrenzt, umschließt eine Gehäuseinnenwand 13 in radialer Richtung den Motorinnenraum 12. Die Gehäuseinnenwand 13 steht zur Rotorscheibe 9 hin frei vor und greift dort überlappend in eine Nut, die zwischen in ümfangsrichtung am Außenrand der Motorscheibe 9 verlaufenden, achsparallel vorstehenden Dichtlippen 14 und 15 gebildet ist. In anderer Ausführung kann die Gehäuseinnenwand ra-

dial angeordnet sein und die Rotorscheibe 9 auf der Leeseite überlappen.

Zwischen der Gehäuseinnenwand 13 und der Außenwand 19 des Gehäuses 1 befindet sich ein ringförmiger äammeiraum 17, der zur vorübergehenden Aufnähme der von der Rotorscheibe 9 radial nach außen weggeschleuderten Partikel dient. Zudem ist in Richtung der Radialebene der Anströmseite der Rotorscheibe 9 eine Auswurföffnung 18 in der Gehäuseaußenwand 19 vorgesehen, durch die hindurch zum Teil unmittelbar schon während des Betriebes und zum anderen Teil nach Kippung des gesamten Gerätes die ausgesonderten Partikel aus dem Gehäuse 1 heraustreten können.

Wie schon erwähnt, trifft die angesaugte Kühlluft ohne Umlenkungen weitgehend frontal auf die Anströmseite der Rotorscheibe 9 auf, wozu eine geradlinige Verbindungsstrecke zwischen der Anströmseite der Rotorscheibe 9 und den Lufteinlässen 11 besteht. In diesem Anströmbereich sind Vorsprünge des Gehäuses 1 vermieden und die im Ansaugbereich liegenden Gehäuseteile besitzen Schrägflächen 20, die zur Rotorscheibe 9 hin konvergieren.

Claims

• · IU · t· ·· ·■ - 10 Schutzansprüche:

1. Durchzugsbelüfteter Elektromotor, insbesondere für ein Elektrowerkzeug, mit einem Gehäuse, in dem zwischen zumindest einem Lufteinlaß und einem Luftauslaß eine Luftführungsstrecke entlang dem Rotor und am Luftauslaß ein mit dem Rotor drehfest verbundener Lüfter angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Lüfter abgelegenen Seite eine mit dem Rotor (2) drehfest verbundene, in einer Radialebene zur Rotordrehachse liegende Scheibe (9) mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen (16) angeordnet ist, die sich über den gesamten Querschnitt der ^T.uftführungsstrecke (10) erstreckt.

2. Elektromotor nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei symmetrisch zur Rotationsachse liegende Lufteinlässe (11) in geradliniger Verbindungsstrecke der Anströmseite der Scheibe (9) gegenüber angeordnet sind.

3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Anströmbereich der Scheibe (9) hineinragende Teile des Gehäuses (1) zur Scheibe (9) hin konvergierende Schrägflächen (20) haben.

4. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (9) an einer Verlängerung (7) einer Rotorwelle (5) drehfest angeordnet ist.

5. Elektromotor nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorscheibe (9) innerhalb des Gehäuses (1) einen Motorinnenraum (12) abteilt, in dem die elektrisch aktiven Teile des Motors angeordnet sind, und mit ihrer abströmseitigen Stirnseite eine Gehäuseinnenwand (13) dxchtend überlappt.

6. Elektromotor nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorscheibe (9) an ihrem Außenrand zumindest eine koaxial an der zum Motorinnenraum (12) hin liegenden Seite vorstehende, umlaufende Lippe (14) hat und die Gehäuseinnerwand (13) den Motorinnenraum (12)

umschließt und koaxial zur Rotorscheibe (9)

hin vorkragt, wobei die Lippe (14) der Rotorscheibe (9) die Ringkante der Gehäuseinnenwand (13) überlappt.

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7. Elektromotor nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorscheibe (9)

&ngr;; zwei koaxial vorstehende, in Abstand voneinander

&psgr; angeordnete Lippen (14, 15) hat, welche die

|⁽ Gehäuseinnenwand (13) beidseits übergreifen.

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8. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in radialer Rich-

' tung nach außen hin an die zum Lufteinlafi (11)

hin liegende Anströmseite der Rotorscheibe (9) ,/ 30 ein Sammelraum (17) im Gehäuse (1) anschließt.

9. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in radialer Richtung der zum Lufteinlaß (11) hin liegenden

Anströmseite der Rotorscheibe (9) in der

Gehäuseaußenwand (19) zumindest eine Auswurföffnung (18) angeordnet ist.

10. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnungen (16) der Rotorscheibe (9) eine geometrisch rsgslmäSige Gestalt mit je einer sich über die Dicke der Rotorscheibe (9) erstreckenden Längsachse haben, die parallel zur Rotationsachse liegt.

11. Elektromotor nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnungen (16) im Querschnitt kreisförmige Bohrungen sind.