Der Außenläufermotor
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Bereits 1932 hat Hermann Papst ein Grundlagenpatent für einen sogenannten Außenkäfigmotor beantragt; eine Erfindung, die er schrittweise verbessert. Ursprünglich hat ein Preisausschreiben der Aluminium-Zentrale in Paris, das auf die wachsende Verwendung von Aluminium in der Elektrotechnik gerichtet ist, sein Forschungsinteresse ausgelöst. Im Verfolg dieser Fragestellung hat er, wie bereits erwähnt, das Grundlagenpatent für den Außenkäfig im Aluminiumdruckguss auf das Außenläuferprinzip angewandt und in die Antriebstechnik eingeführt.
Eine Auszeichnung des von Hermann Papst entwickelten und zunächst
in Kleinserie hergestellten Außenläufermotors aus dem Jahr 1939
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Der als Außenläufermotor ausgebildete Außenkäfigmotor ist für viele Anwendungen besonders vorteilhaft und hat sich als wirtschaftlicher Wechselstrom-Kleinantrieb immer mehr behauptet. Er wurde als PAPST-Motor bekannt. Der glockenförmige Außenläufer rotiert – oft als Antriebsnabe ausgebildet – um den Innenstator und hat als außenliegender Induktionsrotor eine gute Wärmeabfuhr. Die Rotormasse ist auf großem Radius angeordnet und sorgt somit für ein hohes Tragheitsmoment für einen besonders gleichförmigen Lauf. Die Vergrößerung des Luftspaltdurchmessers führt zu erweiterter Luftspaltfläche und damit zu einem größeren Drehmoment sowie zur Reduzierung von Eisen- und Kupferverlusten. Das Außenläufer-Prinzip erlaubt die Anordnung der Lager in einem gemeinsamen, genau fluchtenden Rohr.
Dies führt nicht nur zu höherer Genauigkeit des Aufbaus, sondern bei Gleitlagern auch zu einem gemeinsamen Schmierdepot, damit zu hoher Lebensdauer bei einfachem Aufbau und zu besonders ruhigem Lauf.
Die Anwendung von Außenläufermotoren stieg seit 1950 durch Verwendung als Direktantrieb in Tonbandgeräten, in Schreib- und Buchungsmaschinen, Geräten der Medizin- und Labortechnik und seine breite Anwendung in Axial- Ventilatoren, vor allem für die Elektronikkühlung. Mit Einführung der Video- und Datenaufzeichnung, insbesondere in der Anwendung der neuen Medien, stieg die Anwendung des Außenläuferprinzips – nunmehr fast ausschließlich als elektronisch kommutierter Gleichstrommotor – weltweit auf ca. 1 Milliarde Motoren und Lüfter im Jahre 2000. Dieser Außenläufermotor, stellte die wirtschaftliche Basis der Papst-Motoren KG dar.
Kühlung von Außenläufermotoren
Um eine bessere Wärmeableitung aus dem Außenläufermotor zu erreichen, sind am umlaufenden Teil Zerklüftungen angebracht, die örtliche Luftwirbel erzeugen. Am Läufergehäuse werden im gleichen Gießvorgang mit den als Kühlrippen wirkenden Ansätzen auch Gebläseschaufeln gegossen. Käfig- und Mantelringe des Läufers sind konzentrisch angeordnet und durch radiale Lüfterrippen verbunden. Durch Einstechen in die geschlossene Mantelfläche des Außenläufergehäuses entstehen Kanäle, die einen radialen Luftdurchsatz bewirken und zu einer intensiven Kühlung des Gehäuses führen.
Links: Konstruktionszeichnung des Innenläufermotors mit außenstehendem Käfig
Rechts: Zeichnung des Außenläufermotors mit rotierendem Käfig.
Diese Erfindung macht Hermann Papst zum Pionier der modernen Antriebstechnik.