DE1137799B - Elektromotor mit Untersetzung der Laeuferdrehzahl zur Abtriebswelle - Google Patents

Description

• Elektromotor mit Untersetzung der Läuferdrehzahl zur Abtriebswelle Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor mit Untersetzung der Läuferdrehzahl zur Abtriebswelle derart, daß die Abtriebswelle mit niedrigerer Drehzahl umläuft.
• In zahlreichen Fällen ist es erwünscht, daß eine Welle von einem Elektromotor mit einer niedrigen Drehzahl und einem verhältnismäßig großen Drehmoment getrieben wird. Ein Motor mit diesen Eigenschaften ist für die meisten Anwendungen unzulässig groß und in vielen Fällen völlig unausführbar. Eine mögliche Lösung des Problems, eine Welle von einem üblichen Elektromotor mit einer geringen Drehzahl und verhältnismäßig hohem Drehmoment anzutreiben, liegt in der Verwendung eines an sich bekannten Drehzahluntersetzers, der von der Abtriebswelle des Motors angetrieben wird. Obgleich diese Lösung für die meisten Anwendungen zufriedenstellend sein kann, machen das Gewicht der Baugruppe und der durch die Kombination beanspruchte Raum diese Lösung für Einbauten ungeeignet, bei welchen kleine Größe und leichtes Gewicht von hervorragender Bedeutung sind.
• Es sind bereits Drehzahlübersetzungsgetriebe mittels Kugeln bekannt. Bei einer derartigen bekannten Anordnung treibt die Ausgangswelle eines Motors den Haltering eines Kugellagers, dessen Kugeln in einem Schlitz außerhalb der Ringe laufen. Der Abstand zwischen den Schlitzringhälften ist entgegen der Wirkung einer Feder einstellbar, so daß sich die jeweils erwünschte Geschwindigkeitsänderung ergibt. Diese Anordnung ist jedoch verhältnismäßig umständlich. Es ist ferner ein zur Drehzahländerung dienendes Differentialgetriebe mit Kugeln oder Rollen bekannt, bei welchem statt der Lagerringe der Käfig der Wälzkörper angetrieben wird. Immer dann, wenn versucht wurde, eine Anordnung mit Antrieb des Käfigs zu entwickeln, ergab sich eine verhältnismäßig umständliche Bauweise.
• Zweck der Erfindung ist es hauptsächlich, einen Elektromotor der eingangs genannten Art zu schaffen, der mit besonders kleinen Abmessungen, als einfache gedrängte Einheit herstellbar und leichter ist als die früheren Anotdnungen zum Antrieb einer Welle mit niedriger Geschwindigkeit und verhältnismäßig hohem Drehmoment. Erfindungsgemäß sind hierzu an dem Motor zwei Lager mit jeweils einem Paar Laufbahnen und Wälzelementen vorgesehen, von denen das eine Lager den Rotor drehbar abstützt und in dem anderen Lager eine vom Rotor getrennte Abtriebswelle gelagert ist, wobei ein für die Wälzelemente beider Lager gemeinsamer und mit ihnen umlaufender Führungskäfig vorgesehen ist, und beide Lager sich in wenigstens einer Kenngröße unterscheiden.
• Das erste Lager kann zwischen dem Rotor und dem Stator und das zweite Lager zwischen dem Stator oder Rotor einerseits und der Abtriebswelle andererseits angeordnet sein. Besitzt der Elektromotor ein Gehäuse, in dem Stator und Rotor untergebracht sind, so kann eines der Lager zwischen dem Gehäuse einerseits und dem Rotor andererseits angeordnet sein. Es kann auch eines der Lager zwischen dem Gehäuse einerseits und der Abtriebswelle andererseits angeordnet sein. Es kann weiterhin von Vorteil sein, ein drittes Lager zwischen der Antriebswelle und dem Gehäuse vorzusehen.
• Das Lager, welches den Rotor an dem Gehäuse führt, stützt den Rotor ab und trägt zur Herbeiführung einer Geschwindigkeitsherabsetzung von dem Rotor zur Abtriebswelle bei.
• In den Zeichnungen, die einen Teil der Beschreibung bilden und in Verbindung mit dieser zu lesen sind, werden in den verschiedenen Ansichten gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher Teile verwendet. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Motors mit niedriger Drehzahl, Fig.2 einen Schnitt durch den Motor niedriger Drehzahl, dargestellt in einem vergrößerten Maßstab. Nun wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. Der allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete Motor besitzt ein zylindrisches Gehäuse 12, das mit entsprechenden Stirnplatten 14 und 16 versehen ist. Diese sind durch irgendwelche geeignete Mittel, wie Schrauben 18 od. dgl., an dem Gehäuse befestigt. Ein Stator, der einen Lamellenstape120 besitzt, ist in dem Gehäuse 12 gelagert. Die Lamellen 20 tragen eine Statorwicklung 22, die in irgendeiner bekannten Weise ausgeführt sein kann.
• Ein erstes Lager, das allgemein mit dem Bezugszeichen 24 bezeichnet ist, hat einen Innenring 26, der mit einer Laufbahn 28 ausgeführt ist, und einen Außenring 30, der eine Laufbahn 32 besitzt. Rollende Teile, wie Kugeln 34, sind in den Laufbahnen 28 und 32 zwischen den Ringen 26 und 30 angeordnet. Der Innenring 26 des Lagers 24 ist auf einer ringförmigen Nabe 36 angeordnet, die an der Platte 14 vorgesehen ist. Der Außenring 30 des Lagers 24 ist drehfest durch irgendwelche geeigneten Mittel an dem Rotor 38 des Motores befestigt. Der Rotor 38 kann in Form einer zylindrischen Hülse ausgeführt sein, die aus einem geeigneten magnetischen Material, um einen Hysteresismotor herzustellen, oder aus einem leitenden Material hergestellt sein, um einen Induktionsmotor zu schaffen. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann, wenn es erwünscht ist, ein Kurzschlußkäfig auf üen Ring 30 aufgeschrumpft werden, um einen Kurzschlußläufermotor zu schaffen. Wenn die Wicklung 22 aus einer geeigneten Quelle (nicht gezeigt) über die Leiter 40 und 42 mit Wechselstrom erregt wird, erzeugt sie ein umlaufendes Magnetfeld, um eine Drehung des Rotors 38 auf dem Lager 24 herbeizuführen.
• Der Motor hat ein zweites Lager, das allgemein mit dem Bezugszeichen 44 bezeichnet ist und einen mit einer Laufbahn 48 ausgebildeten Innenring 46 und einen Außenring 50 hat, der eine Laufbahn 52 besitzt. Rollende Elemente, wie Kugeln 54, sind in den Laufbahnen 48 und 52 zwischen den Ringen 46 und 50 angeordnet. Es wird darauf hingewiesen, daß die äußeren Laufbahnen an Stelle der Verwendung getrennter Ringe natürlich in dem Rotor 38 selbst ausgebildet sein könnten.
• Der Ring 50 ist an dem Rotor 38 angeordnet. Dies kann durch irgendwelche geeigneten Mittel, wie beispielsweise durch Aufschrumpfung des Rotors 38 auf beide Außenringe 30 und 50, erreicht werden. Der Innenring 46 des Lagers 44 ist auf einer Abtriebswelle 56 angeordnet, welche mit einem Steg 58 versehen ist, der an dem Ring 46 anliegt. Ein gemeinsamer Haltering 60 mit Öffnungen 62 zur Aufnahme der Kugeln 34 des Lagers 24 und Öffnungen 64 zur Aufnahme der Kugeln 54 des Lagers 44 sorgt für eine Antriebsverbindung zwischen den beiden Kugelsätzen.
• Ein drittes Lager, das allgemein durch das Bezugszeichen 66 bezeichnet ist, stützt die Welle 56 an der Platte 16 ab. Der Innenring 68 des Lagers 66 ist neben dem Steg 58 an der Welle 56 angeordnet. Die Platte 16 ist mit einer Öffnung 70 zur Aufnahme des Außenringes 72 des Lagers 66 versehen. Rollende Elemente wie Kugeln 74 sind in entsprechenden Laufbahnen 76 und 78 angeordnet, die in den Ringen 68 und 72 vorgesehen sind. Der Ring 72 ist mit einer ringförmigen Schulter 80 ausgestattet. Eine Ausgleichsscheibe 82 ist zwischen der Schulter 80 und der Innenfläche der Platte 16 angeordnet. Die Platte 14 ist mit einer mittleren Öffnung 84 versehen, in welcher die Welle 56 frei umläuft.
• Um zu erläutern, wie der Motor eine Herabsetzung der Drehzahl von dem Rotor 38 zu der Ausgangswelle 56 erreicht, sei angenommen, daß DA = der Teilkreisdurchmesser des Lagers 44, DB = der Teilkreisdurchmesser des Lagers 24, dA = der Kugeldurchmesser der Kugeln 54, d$ = der Kugeldurchmesser der Kugeln 34, <A = der Berührungswinkel der Kugeln 54; <B = der Berührungswinkel der Kugeln 34, n, = die Drehzahl des gemeinsamen Käfigs 60; no = die Drehzahl der Ringe 26 und 46 ist, wenn diese beiden Ringe frei verdrehbar wären. Es ist bekannt, daß die Beziehung der Käfigdrehzahl zu den Drehzahlen der äußeren und inneren Ringe eines Lagers durch die Gleichung ne = 1/2 [no + ni -I- (no - ni) dID cos a] (1) ausgedrückt werden kann. Wenn Gleichung (1) auf das Lager 44 bezogen wird, kann geschrieben werden ncA = 1I2 [no 'i' niA + (np - nh;A) dAIDA COS aAl. (2) Da der Innenring 26 des Lagers 24 an der Nabe 36 der Platte 14 stationär gehalten wird, ist seine Drehzahl Null, und für dieses Lager kann geschrieben werden ncs = nol2 [1 + dB/DB cos a$]. (3) Da sich beide Lager 44 und 24 in einen gemeinsamen Käfig teilen, ist n,A = n,$. Durch Gleichsetzung der rechten Seiten der Gleichungen (2) und (3) und Auflösung für das Verhältnis der Drehzahl der Welle 56, welche von dem Ring 46 getragen wird, zu der Drehzahl der Ringe 30 und 50, die an dem Rotor 38 angeordnet sind, erhält man Aus der Gleichung (4) ist ersichtlich, daß die Drehzahl der Welle 56 bei identischer Ausführung der beiden Lager 44 und 24 Null ist, so daß eine unendliche Drehzahlherabsetzung ausgedrückt wird. Die Drehzahl der Welle 56 ist gemäß Gleichung (4) durch die relativen Eigenschaften der Lager 24 und 44 bestimmt. Eine vorbestimmte Drehzahl der Welle 56 gegenüber dem Rotor 38 kann erreicht werden; indem eine der Kenngrößen Kugeldurchmesser. Teilkreisdurchmesser oder Kugelberührungswinkel eines Lagers gegenüber dem andern Lager verändert wird. Wenn das Ergebnis, das durch Einsetzung von Werten in die Gleichung (4) herbeigeführt wird; ein Minusvorzeichen hat, wird die Drehrichtung der Welle 56 entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Rotors 38 sein.
• Bei Verwendung des Motors wird er in der gezeigten Weise ausgeführt, indem alle Teile innerhalb des Gehäuses 12 zusammengefaßt werden. Wie oben erläutert worden ist, kann der Rotor 38 aus magnetischem Material, um einen Hysteresismotor zu schaffen, oder aus leitendem Material hergestellt sein, um einen Induktionsmotor herzustellen. Wenn es erwünscht ist, kann ein Käfigrotor auf die Außenringe 30 und 50 aufgeschrumpft werden. Die Lager 24 und 44 sind so ausgeführt, daß sie derartige gegenseitig abweichende Eigenschaften bzw. Kenngrößen haben, daß die Welle 56 bezüglich des Rotors 38 unter einer vorbestimmten Drehzahlherabsetzung umläuft.
• Es ist ersichtlich, daß die Aufgaben der Erfindung gelöst worden sind. Ein Motor ist geschaffen worden, der eine Welle mit einer niedrigen Drehzahl und verhältnismäßig großem Drehmoment antreibt. Der Motor ist viel kleiner und weitaus gedrängter ausgeführt als die mit niedriger Drehzahl arbeitenden, bisher bekannten Anordnungen. Der erfindungsgemäße Motor kann als eine einfache einteilige Einheit ausgeführt sein. Er ist von besonderem Nutzen in Anwendungen, bei welchen leichtes Gewicht und geringe Größe hervorragende Bedingungen sind.
• Es ist verständlich, daß bestimmte Merkmale und Unterkombinationen zweckmäßig sind und ohne Bezugnahme auf andere Merkmale und Unterkombinationen verwendbar sind. Dies ist beabsichtigt und liegt im Bereich der Ansprüche. Weiterhin ist ersichtlich, daß verschiedene Änderungen der Einzelheiten im Bereich der Ansprüche vorgenommen werden können, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen. Daher ist die Erfindung nicht auf die besonderen gezeigten und beschriebenen Einzelheiten beschränkt.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektromotor mit Untersetzung der Läuferdrehzahl zur Abtriebswelle, derart, daß die Abtriebswelle mit niedrigerer Drehzahl umläuft, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Lager (24, 44) mit jeweils einem Paar Laufbahnen (28, 32 bzw. 48, 52) und Wälzelementen (34 bzw. 54) vorgesehen sind, von denen das eine Lager (24) den Rotor (38) drehbar abstützt und in .dem anderen Lager (44) eine vom Rotor getrennte Abtriebswelle (56) gelagert ist, wobei ein für die Wälzelemente (34, 54) beider Lager (24, 44) gemeinsamer und mit ihnen umlaufender Führungskäfig (60) vorgesehen ist und beide Lager sich in wenigstens einer Kenngröße unterscheiden.
2. 2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Lager (24) zwischen dem Rotor (38) und dem Stator (20) und das zweite Lager (44) zwischen einerseits dem Stator (20) oder Rotor (38) und andererseits der Abtriebswelle (56) angeordnet ist.
3. 3. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 und 2 mit einem Gehäuse, in dem Stator und Rotor untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Lager (24, 44) zwischen einerseits dem Gehäuse (12) und andererseits dem Rotor (38) angeordnet ist.
4. 4. Elektromotor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Lager (24, 44) zwischen einerseits dem Gehäuse (12) und andererseits der Abtriebswelle (56) angeordnet ist.
5. 5. Elektromotor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein drittes Lager (66) zwischen der Antriebswelle (56) und dem Gehäuse (12) vorgesehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 143 573; USA.-Patentschrift Nr. 2 853 899.