Stand der Technik Bei heute eingesetzten Elektromotoren werden im Gehäuse und im das Gehäuse verschlie- ßenden Gehäusedeckel, der auch als Motorschild bezeichnet wird, Lagersitze vorgesehen, in welchen die den Rotor des Elektromotors aufnehmenden Wälzlager eingesetzt werden.

Bei den Wälzlagern kann es sich sowohl um Kugel-als auch um Rollenlager sowie auch um kombinierte Axial/Radiallager handeln, was jeweils abhängig vom Einsatzzweck des Elektromotors ist. Das Vorsehen von Lagersitzen im Gehäuse oder im Gehäusedeckel (Mo- torschild) eines Elektromotors stellt hohe Anforderungen an die Maßhaltigkeit der Bauteile und bedeutet einen relativ hohen fertigungstechnischen Aufwand zur Realisierung einer möglichst konzentrischen Lagerung des Rotors relativ zum Stator des Elektromotors. Unter den Betriebsbedingungen des Elektromotors soll der Rotor gegenüber der Statorbohrung einen möglichst konzentrisch verlaufenden Luftspalt aufweisen. Bei der Montage des E- lektromotors wird der Stator in der Regel in das zylindrische Gehäuse eingeschrumpft. Der Paßsitz zwischen dem Gehäuse und dem dieses verschließenden Gehäusedeckel (Motor- schild) verursacht Positionsfehler zur Rotorachse, die oftmals ein zusätzliches Ausschlei- fen der Statorbohrung sowie ein nachträgliches Abdrehen des Statoraußendurchmessers erfordern, um die erforderliche Maßhaltigkeit bezüglich eines konzentrischen Luftspaltes zwischen der Außenseite des Rotors und der Innenseite der Statorbohrung zu erzielen.

Die Nachbearbeitung der Statorbohrung bzw. des Rotoraußendurchmessers stellt einerseits einen weiteren fertigungstechnischen Aufwand dar, um die Konzentrizität des Luftspaltes zwischen dem Rotor und der Statorbohrung eines Elektromotors herbeizuführen. Der Luft- spalt hat bei einer elektrischen Maschine andererseits erheblichen Einfluss auf den sich einstellenden Wirkungsgrad.

Die ergriffenen Maßnahmen zur Gewährleistung eines konzentrischen Luftspaltes zwi- schen dem Außendurchmesser des Rotors und dem Innendurchmesser der Statorbohrung durch zusätzliches Ausschleifen bzw. nachträgliches Überdrehen bieten zwar eine Mög- lichkeit, den Luftspalt einer elektrischen Maschine konzentrisch zu gestalten, jedoch stellt diese Abhilfemöglichkeit eine äußerst unbefriedigende, zeitaufwendige Maßnahme dar, die bei der Großserienproduktion von Elektromotoren sehr nachteilig ist.

Darstellung der Erfindung Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung, die Lagerung des Rotors in den Stator der elektrischen Maschinen zu integrieren, ermöglicht einerseits in fertigungstechnischer Hin- sicht eine Reduzierung des Luftspaltes zwischen dem Außendurchmesser des Rotors und dem Innendurchmesser der Statorbohrung. Dies beeinflusst den elektrischen Wirkungsgrad einer solcher Art beschaffenen elektrischen Maschine sehr günstig, da die Toleranzkette der beteiligten Bauteile minimiert wird und nunmehr beim Fügen der Bauteile Gehäusede- ckel (Motorschild) und Gehäuse sich einstellende Toleranzen keinen Einfluss mehr auf die sich zwischen dem Außendurchmesser des Rotors und dem Innendurchmesser der Stator- bohrung ausbildenden Luftspalt haben.

Gegenüber bekannten Lagerungsvarianten des Rotors einer elektrischen Maschine im Ge- häuse, bildet die erfindungsgemäße Lösung der Rotorlagerung im Stator bereits eine eigene Montageeinheit, die innerhalb des Fertigungsprozesses einer elektrischen Maschine eine Überprüfung des Luftspaltes durch Freilauf der Rotorwelle vor dem Verschließen des Ge- häuses ermöglicht, d. h. vor der Montage der vormontierten Stator/Rotoreinheit in das Ge- häuse einer elektrischen Maschine.

Die vorgeschlagene Lösung ermöglicht eine höhere Maßhaltigkeit hinsichtlich der Kon- zentrizität und Winkelfehler des Rotors relativ zu der diesen umschließenden Statorboh- rung. Bei bisherigen Auslegungen wurden aufgrund der Streifgefahr, d. h. eines möglichen mechanischen Kontaktes zwischen Rotor und Stator, die Toleranzen hinsichtlich der Ge- häuselagerung größer ausgelegt, so dass der sich einstellende Luftspalt größer ausfiel. Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung bei Auslegung einer Asynchronmaschine bei- spielsweise, lässt sich konstruktiv bereits ein reduzierter, von der Toleranzkette weitestge- hend unabhängiger konzentrischer Luftspalt erreichen.

Zeichnung Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.

Es zeigt : Figur 1 eine erste Ausführungsvariante einer in den Stator eines Elektromotors integrierten Rotorlagerung, Figur 2 eine zweite Ausführungsvariante einer in den Stator eines Elektromotors integrierten Rotorlagerung und Figur 3 eine Darstellung der in den Stator integrierten Rotorlagerung in einem vergrößerten Maßstab.

Ausführungsvarianten Figur 1 zeigt die erste Ausführungsvariante einer in den Stator integrierten Rotorlagerung in einer als Elektromotor ausgebildeten elektrischen Maschine.

Die in Figur 1 im Längsschnitt dargestellte elektrische Maschine umfasst einen Stator 1, der in einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 10 aufgenommen ist, welches mittels eines Gehäusedeckels 12 (Motorschild) verschlossen ist. Der Stator 1 umfasst an seinen Stirnseiten an der Statorbohrung jeweils stirnseitige Senkungen 20 oder am Statoraußen- durchmesser stirnseitige Senkungen 28,29, die beispielsweise als in Umfangsrichtung ver- laufende Ringnuten 19 ausgebildet sein können. An beiden Stirnseiten des vom zylindrisch konfigurierten Gehäuse 10 umschlossenen Stators 1 ist in die Senkungen 20 jeweils ein Lagerring 2 eingelassen. Der Lagerring 2 weist einen Lagersitz 21 auf, in welchem ein Wälzlager 4 aufgenommen ist. Bei dem Wälzlager 4 kann es sich sowohl um ein Kugella- ger als auch um ein Rollenlager oder auch ein kombiniertes Kegelrollenlager handeln, wel- ches sowohl Axial-als auch Radialkräfte aufzunehmen vermag. In den Wälzlagern 4, die von den Lagerringen 2 umschlossen sind, ist ein Rotor 7 der elektrischen Maschine drehbar gelagert. Der Rotor 7 umfasst eine Welle 5, die das Gehäuse 10 des Elektromotors an des- sen beiden Stirnseiten durchsetzt und an dem Ende, welches den Gehäusedeckel 12 (Mo- torschild) durchsetzt, eine Magnetscheibe 13 aufweist. Die Magnetscheibe 13 dient zur Drehzahlerfässung der Welle 5 des Rotors 7.

Im Bereich der Lagerringe 2 sind Isolierscheiben 3 angeordnet, die die Bleche beziehungs- weise den Kurzschlussring 8.1 des Rotors 7 von den Wälzlagern 4 trennen. Bei ausreichen- dem Abstand zwischen dem Kurzschlussring 8.1 und den Wälzlagern 4 kann auf den Ein- bau von Isolierscheiben 3 verzichtet werden. Die von den Lagerringen 2 jeweils umschlos- senen Wälzlager 4 werden über Sicherungsringe 69 die auf der Welle 5 des Rotors 7 aufge- nommen sind, in ihrer axialen Position gesichert. Über den Kurzschlussring 8 sind die ein- zelnen Phasen der Wicklungen des Stators 1 kurzschließbar. Die Wicklungen des Stators 1 sind über Kontaktstifte 5 bestrombar, welche den Gehäusedeckel 12 (Motorschild) der e- lektrischen Maschine durchsetzen.

Die die Wicklungen des Stators 1 bestromenden Kontaktstifte 9 durchsetzen den Gehäuse- deckel 12. Das den Stator 1 der elektrischen Maschine umschließende Gehäuse 10 umfasst eine Runddichtung 11, mit der der zylindrische Teil des Gehäuses 10 des Elektromotors mit dem Gehäusedeckel 12 (Motorschild) verbunden ist.

Der Luftspalt, durch welchen der Rotor 7 von der Innenumfangsfläche des Stators 1 ge- trennt ist, ist mit Bezugszeichen 15 gekennzeichnet. Der Luftspalt 15 wird einerseits durch den Außendurchmesser 16 des Rotors 7 und andererseits durch den Innendurchmesser 17 der Bohrung des Stators 1 definiert.

Die in Figur 1 im Längsschnitt dargestellte erfindungsgemäße Lagerung ist an den Stirnsei- ten des Stators 1 durch die die Lagerringe 2 jeweils aufnehmenden Senkungen 20 bezie- hungsweise 28, 29 ausgebildet. Durch diese Lösung können der Stator 1 und der Rotor 7 als in das Gehäuse 10 des Elektromotors vormontierbare Einheit gefügt werden, wobei bereits im Fertigungsprozess eine Überprüfung des Luftspaltes 15 hinsichtlich des freien Laufes des Rotors 7 in der Innenbohrung des Stators 1 vor dem Verschließen des Gehäuses 10 ermöglicht wird. Konstruktiv kann beispielsweise bei einem als Asynchronmaschine aus- gebildeten Elektromotor ein reduzierter Luftspalt realisiert werden. Die Toleranzkette der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist im Vergleich zu bisherigen Lösungen we- sentlich verkürzt und umfasst nur die Toleranz, mit der die Senkungen 20,28, 29 an den Stirnseiten des Stators 1 ausgebildet sind sowie die Maßhaltigkeit der die Wälzlager für die Welle 5 aufnehmenden Lagerringe 2 an beiden Stirnseiten des Stators 1 der elektrischen Maschine. Aufgrund der Reduzierung der Toleranzkette ist eine höhere Maßhaltigkeit hin- sichtlich der Konzentrizität und der Winkelfehler des Rotors 7 relativ zur Innenbohrung des Stators 1 erreichbar. Die im Längsschnitt dargestellte Integration der Rotorlagerung in den Stator 1 der elektrischen Maschine ermöglicht einen wirtschaftlichen Serieneinsatz bei der Fertigung von Elektromotoren.

In vorteilhafter Weise können die Senkungen 20 oder die Senkungen 28,29 in den Außen- bereichen der Stirnseiten des Stators 1 bei der Herstellung eines Lamellenpaketes am Stator 1 im Stanzprozess gleichzeitig hergestellt werden. In die Lagerringe 2, die entweder in die an den Innenseiten des Stators ausgebildeten Senkungen 20 oder in die in den Außenberei- chen des Stators 1 liegenden Senkungen 28, 29 einpressbar sind, werden die Wälzlager 4 gefügt. Die Senkungen 20, 28 sowie 29 bilden jeweils einen Lagersitz 21 des Lagerringes 2, welcher im Ausführungsbeispiel gemäß der Darstellung in Figur 1 in die an der Statorin- nenseite liegenden Senkungen 20 eingepresst ist. Die aneinander gefügten Lagerringe 2 samt Wälzlager 4 werden stimseitig in die Senkungen 20,28, 29 eingepresst, wonach der Rotor 7 in den Stator 1 gefügt wird und die Welle 5 in die Innenringe der Wälzlager 4 ein- presst wird. Dies erfolgt an beiden Wellenenden. Der Lagerring 2 bildet eine Ebene im Luftspalt 15 des Rotors 7, wenn in den Senkungen 20 an der Innenseite des Stators 1 ein- gepresst.

Die Länge des Lamellenpaketes Stator 1 und Rotor 7 ist identisch, so dass der Luftspalt 15 über die gesamte Paketlänge realisiert ist. Dadurch lassen sich eventuelle Leistungsverluste durch die Senkungen 20 an der Innenseite der Statorbohrung liegend, weitestgehend ver- meiden. Ebenso bleibt der Stanzprozess weiterhin wirtschaftlich und es werden Längenun- terschiede zwischen dem durch Stator 1 und Rotor 7 gebildeten Lamellenpaket vermieden, die den Stanzabfall erhöhen würden. Bezugszeichen 8. 1 bezeichnet einen Kurzschlussring am Rotor 7, der an diesen stirnseitig angespritzt ist. Der Kurzschlussring 8.1 kann bei- spielsweise aus Aluminium gefertigt werden.

Der Werkstoff der eingesetzten Lagerringe 2 ist amagnetisch bzw. nicht elektrisch leitend, um einen Einfluss auf das elektrische Drehfeld in den Wickelköpfen zu vermeiden.

Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsvariante einer in den Stator integrierten Rotorlage- rung.

Aus der Darstellung gemäß Figur 2 geht hervor, dass der Stator 1 in einem zylindrisch aus- gebildeten Gehäuse 10 des Elektromotors aufgenommen ist, welches mittels einer Rund- dichtung 11 zwischen Gehäusedeckel 12 (Motorschild) und zylindrischem Gehäuse 10 verschlossen ist. Der Stator 1 der elektrischen Maschine ist von Durchgangsöffnungen 26 zur Aufnahme der Wicklungsdrähte beziehungsweise der Kontaktstifte 9 durchzogen. Die Kontaktstifte 9 stehen aus dem Gehäusedeckel 12 (Motorschild) der elektrischen Maschine hervor.

Der Rotor 7 umfasst die Welle 5, die durch Wälzlager 4 drehbar gelagert ist. Die Wälzlager 4 stützen sich auf Lagerringen 2 ab, die ihrerseits in Senkungen 20,28 oder 29 an den Stirn- seiten des Stators 1 analog zur in Figur 1 dargestellten Ausführungsvariante, gelagert sind.

Der Rotor 7 umfasst analog zur in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsvariante die Welle 5. An die Stirnseite des Rotors 7 ist der eingespritzte Kurzschlussring 8. 1 aufge- nommen. Über den Gehäusedeckel 12 durchsetzende Kontaktstifte 9 erfolgt die Bestro- mung der Wicklungen des Stators 1 der elektrischen Maschine in der Ausführungsvariante gemäß Figur 2.

Nach Fügen der Wälzlager 4 in die Lagerringe 2, werden die mit den Wälzlagern 4 verse- henen Lagerringe 2 in die als umlaufende Ringnuten 19 ausbildbaren Senkungen 20, 28, 29 an den Stirnseiten des Stators 1 gefügt. Beim Fügen des Rotors 7 in der in einem Innen- durchmesser 17 ausgebildeten Bohrung des Stators 1 wird ein Kurzschlussring 8.1 einge- setzt, der bevorzugt aus Aluminium gefertigt wird und eine vom Wärmedehnverhalten von Stahl abweichendes Wärmedehnungsverhalten aufweist und dessen Dehnungsverhalten verschieden von dem des Wälzlagerinnenringes 24 ist. Der Kurzschlussring 8.1 bildet ei- nen Lagersitz 27 für das Wälzlager 4. Zwischen dem Wälzlager 4 und dem Kurzschlussring 8. 1 kann-wie in Figur 2 dargestellt-eine Lagerisolierung 14 aufgenommen sein. In den Kurzschlussring 8.1, der an der Stirnseite des Rotors 7 angespritzt ist, kann ein Dehnring 30 eingespritzt werden (Vergleiche Darstellung gemäß Figur 3).

Da der Kurzschlussring 8.1 zwischen der Welle 5 des Rotors 7 und dem Wälzlager 4 stromführend ist, wird eine Lagerisolierung 14 vorgesehen, die zwischen dem Wälzlage- rinnenring 24 des Wälzlagers 4 und dem Kurzschlussring 8. 1 eingelassen ist. Auf die La- gerisolierung 14 kann verzichtet werden, wenn Wälzlager 4 eingesetzt werden, deren In- nenringe 24 nicht elektrisch leitende Wälzkörperlaufbalmen für Wälzkörper 23 aufweisen (vgl. Darstellung gemäß Figur 3).

Figur 3 zeigt eine Darstellung der in den Stator integrierten Rotorlagerung in einem ver- größerten Maßstab.

Aus der Darstellung gemäß Figur 2 geht hervor, dass die die Wälzlager 4 aufnehmenden Lagerringe 2 an den Stirnseiten des Stators 1 in umlaufende Senkungen 20,28, 29, die als Ringnuten 19 ausgebildet sein können, eingelassen sind. Die Senkungen 20, 28, 29 können analog zum in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sowohl an der Innenumfangsseite beziehungsweise auch an der Außenumfangsseite des Stators 1 ausgebildet werden. Das Wälzlager 4-hier ausgebildet als Rollenlager-umfasst einen Wälzlagerinnenring 24, der auf dem Kurzschlussring 8.1 aufgenommen ist. Im Bereich eines Lagersitzes 31 des Wälz- lagers 4 auf dem Kurzschlussring 8.1 ist ein Freistich 25 vorgesehen, so dass der Wälzlage- rinnenring 24 des Wälzlagers 4 flächig aufsitzt. Das Wälzlager 4 umfasst einen als Zylinder ausgebildeten Wälzkörper 23 sowie einen Wälzlageraußenring 22. Der Wälzlageraußenring 22 ist an einem Lagersitz 27 des Lagerringes 2 aufgenommen. Mit dem Bezugszeichen 18 sind Teile der Wicklungen des Stators 1 bezeichnet. Der sich zwischen dem Außendurch- messer 16 des Rotors 7 und dem Innendurchmesser 17 der Bohrung des Stators 1 ergeben- de Luftspalt ist durch Bezugszeichen 15 gekennzeichnet. Der Stator 1, der Lagerring 2 und das in diesem eingefügte Wälzlager 4 können vormontiert werden, wodurch sich aufgrund der Durchmesserdifferenz zwischen dem Außendurchmesser 16 des Rotors 7 und dem In- nendurchmesser 17 der Bohrung im Stator 1 ein definierter Luftspalt 15 innerhalb einer derart vormontierten Montagebaugruppe einstellt. Der sich während der Vormontage ein- stellende Luftspalt 15 bleibt während der Montage der vormontierten Baugruppe, den Sta- tor 1, den Rotor 7, den Lagerungsring 2, den Kurzschlussring 8.1 sowie das Wälzlager 4 umfassend, eingestellt und wird durch die Montage dieser Baugruppe im Gehäuse 10 nicht verändert. Die vormontierte Montageeinheit gestattet im Fertigungsprozess eine Überprü- fung des Luftspaltes 15, einen sicheren Freilauf des Rotors 7 vor der abschließenden Mon- tage dieser Monatgeeinheit im Gehäuse 10 und dem sich anschließenden Verschließen des Gehäusedeckels 12 am zylindrischen Gehäuseteil mittels einer Runddichtung 11, wie aus Figur 2 hervorgeht.

Als Beispiel für die Auslegung des Luftspaltes 15 lassen sich folgende Werte nennen : Bei einem Außendurchmesser 16 des Rotors 7 von 49,8 mm toleranzbehaftet um +/-0,03 mm und einem Innendurchmesser 17 der Bohrung im Stator 1 von 50 mm +/-0, 03 mm stellt sich ein Luftspalt 15 von 0,1 mm mit einem Übermaß von maximal 0,070 mm oder einem Untermaß von maximal 0,055 mm jeweils ein. Diese Werte für den Luftspalt 15 werden dadurch erreicht, dass die Toleranzkette der beteiligten Bauteile durch den Wegfall tole- ranzbehafteter Bauteile minimiert ist. Durch die Lagerringe 2 sowie die in diese integrier- ten Wälzlager 4 kann innerhalb des Fertigungsprozesses ein Luftspalt 15 vor der Aufnahme dieser Montageeinheit in das Gehäuse 10 und der Montage des Gehäusedeckels 12 definiert eingestellt werden. Dadurch kann bei der Auslegung z. B. einer Asynchronmaschine kon- struktiv ein reduzierter Luftspalt 15 realisiert werden, der den elektrischen Wirkungsgrad einer solcher Art beschaffenen elektrischen Maschine positiv beeinflusst. Die erfindungs- gemäß vorgeschlagene Lösung ermöglicht eine höhere Maßhaltigkeit hinsichtlich der Kon- zentrizität und Winkelfehlern des Rotors 7 in der Bohrung des Stators 1. Die bisherigen Auslegungen aufgrund von Sicherheitserwägungen zur Vermeidung der Streifgefahr folg- ten der Auswahl höherer Toleranzen hinsichtlich der Gehäuselagerung, was zu einem er- höhten Luftspaltmaß führte. Die Toleranzkette, welche das Maß und die Konzentrizität des Luftspaltes 15 zwischen Stator 1 und Rotor 7 beeinflusst, ist im wesentlichen durch die Toleranz gegeben, in der die die Lagerungsringe 2 aufnehmenden Senkungen 20,28, 29 an den Stirnseiten des Stators 1 ausgebildet werden. Als weiteres Glied innerhalb der Tole- ranzkette ist der Wälzlagersitz 27 am Lagerring 2 zu nennen und gegebenenfalls ein Dehn- ring, der durch das Bezugszeichen 30 gekennzeichnet ist, welcher thermisch bedingte, sich im Betrieb der elektrischen Maschine einstellende Toleranzen ausgleicht. Dem Ausgleich sich bei Erwärmung der elektrischen Maschine einstellender Dehnungen kann über den Einsatz des Dehnringes 30, eingespritzt in den Kurzschlussring 8.1 oder als Isolierung 14 ausgebildet, im Bereich des Wälzlagerinnenrings 24 des Wälzlagers 4 Rechnung getragen werden.

Bezugszeichenliste 1 Stator 2 Lagerring 3 Isolierscheibe 4 Wälzlager 5 Welle 6 Sicherungsring 7 Rotor 8 Kurzschlussring Statorphasen 8. 1 Kurzschlussring vom Rotor 7, aus Aluminium stirnseitig angespritzt 9 Kontaktstift 10 Gehäuse 11 Runddichtung 12 Gehäusedeckel 13 Magnetscheibe 14 Lagerisolierung mit Dehnringiünktion 15 Luftspalt 16 Außendurchmesser Rotor 17 Innendurchmesser Statorbohrung 18 Wicklungsteil 19 Umfangsnut 20 Stirnseitige Senkung 21 Lagersitz der Lagerringe 2 22 Wälzlageraußenring 23 Wälzkörper 24 Wälzlagerinnenring 25 Freistich 26 Durchgangsbohrung Kontaktstift 27 Wälzlagersitz 28 Stirnseitige Senkung Stator außen 29 Stirnseitige Senkung Stator außen 30 Dehnring 31 Lagersitz des Kurzschlussringes 8. 1