Elektrische Maschine und Verfahren zu deren Herstellung. Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, z. B. einen Generator, Motor oder dergleichen, mit, einem den.aktiven Teil derselben umgebenden Gehäuse. Dieses Gehäuse dient. z. B. als äusseres Abschluss- organ sowie als Befestigungsorgan bei den auf fester Grundlage zu montierenden Mo toren oder auch als tragende Kapsel für die aktiven Teile, wobei die Kapsel selbst zum Halten der ganzen Maschine bestimmt und zu diesem Zweck mit Griffen versehen sein kann. Zur direkten festen Verbindung der Maschine, z. B. mit. einem Gerät, kann das Gehäuse mit einem z.
B. flansehförmigen An satz versehen sein, wobei dann an den zur Welle des Rotors konzentrischen oder sonstwie zweckdienlich geformten Ansatz eine z. B. den Stromerzeuger antreibende Vorrichtung oder ein von dem Elektromotor angetriebenes Ar beitsgerät, wie z. B. eine Bohrmaschine, an geschraubt. oder in anderer Weise zweckdien- lieh angebaut werden kann.
Derartige Aggregate, bestehend aus einem. Elektromotor und einer direkt an das Ge häuse des Elektromotors angebauten Arbeits- vorriehtung, können vielfach in Stative einge spannt. werden, wobei eine metallene Ein- spannvorriehtung den Elektromotor trägt und gegen Verschiebung oder gegen Ablösung von dem Stativ schützt.
Ebenso werden üblicherweise die verschie denartigsten Maschinen direkt mit. den Ge häusen von Klektromotoren verbunden. Als Beispiele seien genannt: Zentrifugalpumpen, Stemm- und Nietwerkzeuge, Kreis- und Band sägen, Haushaltmaschinen und Küchengeräte, Werkzeugmaschinen verschiedener Art.
Die allgemein übliche Verbindung der aktiven Teile von Stromerzeugern und Elek tromotoren mit metallenen Gehäusen und mit metallenen Geräten, deren äussere Fläche im Betriebe der Geräte von dem das Gerät Be dienenden mit den Händen berührt werden kann oder häufig zum Tragen, zur Schaltung, zur Benutzung oder Reinigung berührt wer den muss, hat den Nachteil, dass elektrischer Strom von den aktiven Teilen des Strom erzeugers oder des Elektromotors über das Gehäuse und etwa, angebaute Arbeitsv orrieh- tungen bei Berührung durch Menschen zu schweren,
nicht selten tödlichen Unfällen füh ren können, wenn die Maschinenisolation de fekt ist.
Um derartigen Unfällen vorzubeugen, wer den die stromführenden Teile der Stromerzeu ger oder Elektromotoren nach besonderen Vor schriften von den übrigen aktiven Teilen, wie insbesondere Stator- und Rotorblechung, der art isoliert, dass der Übergang von .elektri schem Strom auf die Gehäuse und auf die an den Gehäusen etwa, befestigten Arbeits vorrichtungen verhindert wird.
Die Erfahrung lehrt, dass trotzdem täglich in Industrie, Gewerbe und Haushalt schwere und oft tödliche Unfälle durch Berührung von ursprünglich einwandfrei isolierten und den Vorschriften entsprechenden Geräten der vorbesehriebenen Art vorkommen. Fast in allen derartigen Fällen liegt die Ursache darin, dass im Laufe der Zeit während des Betriebes in der Konstruktion Schäden auf getreten sind, welche die Isolierung unwirk sam gemacht haben. So z.
B. treten durch Lockerung der Klemmschrauben an der Strom zuführung, an Schaltern oder Reguliervor- riehtun-en usw. häufig Verschiebungen strom führender Teile, wie Klemmösen, blanker Zu leitungen usw., ein. Durch Bruch von Isolier perlen können Zuleitungen bei Berührung mit Gehäusen Strom an dieselben abgeben. Bei der bekannten Erscheinung der Überhitzung von unkorrekt sitzenden Kollektorbürsten oder -kohlen kann es bis zu Rotglut, ja sogar bis zur Schmelztemperatur der im oder an dem Gehäuse angebauten Führungen der Kohlen kommen.
Durch Überhitzung infolge ungewöhnlicher Belastung des elektrischen Aggregates können Schädigungen der Isolierung der Wicklungen des Rotors und des Stators auftreten, welche die Kerne sowohl des Rotors als auch des Stators unter Spannung setzen und damit. eine direkte Verbindung der Stromzuführung mit dem Gehäuse und der etwa, an demselben be festigten Arbeitsvorrichtung zur Folge haben. Man hat zwar schon versucht, einen Strom übergang von einem Elektromotor auf eine von diesem über ein Getriebe angetriebene Arbeitsmaschine dadurch zu verhindern, da.ss man dem Motor ein isolierendes Ritzel aus Kunststoff aufsetzte.
Damit wird jedoch der bei Berührung eines unter Strom stehenden Motorgehäuses auftretenden Lebensgefahrnieht wirksam vorgebeugt. Im Gegenteil wird die Gefahr bei mangelnder Verbindung zwischen Motorgehäuse und Arbeitsmasehinesogar ver grössert und ihre Auswirkung fast immer töd lich, wenn gleichzeitige Berührung des Motor gehäuses und der von dem, Gehäuse isolierten Maschine stattfindet. Denn in diesem Falle stellt der berührende menschliche Körper die direkte Verbindung zwischen Stromquelle und Erde her.
Eine besondere Gefahr liegt auch in dem Umstand, dass die häufiger vorkommenden Schäden an der Rotorwicklung oder am Kol- lektor bzw. an Sehleifrin-en und Stromzulei- tern das ganze Aggregat des Stromerzeugers oder des Elektromotors über die Welle und deren metallene, also stromzuleitende Lage rung unter Strom setzen.
Bei den allgemein gebräuchlichen Kleinwerkzeugmasehinen und Haushaltgeräten mit direktem elektrischem Antrieb steht das ganze Arbeitsaggregat bei Isolationsschäden unter Strom, da im allge meinen dass ganze Aggregat ohne Zwischen isolierung zusammengebaut ist.
Man hat der bekannten Gefahr bei kleinen und von Hand zu tragenden Geräten, beson ders soweit sie für den Haushalt bestimmt sind, wo die Berührung stromführender Ge häuse durch die Hausfrau oft. mit. nassen Händen und nicht selten feuchter Fussbeklei dung stets unbedingte Lebensgefahr in sich birgt, dadurch entgegengewirkt, dass man die metallenen Gehäuse derartiger Kleingeräte er setzte durch Gehäuse aus isolierenden Kunst stoffen, wie z.
B. den durch hohe Isolierwerte ausgezeichneten Phenoplasten. Diese Stoffe haben jedoch den Nahteil der verhältnis mässig geringen Bruehfestigkeit. Sie. ertragen weder Stoss- noeh Fallbeanspruchung und sind zum Einspannen in metallene Stative für höhere Belastung und für rauhen Betrieb, wie er z. B. in gewerbliehen Betrieben, besonders in mechanischen Werkstätten, geläufig ist, deshalb nicht. geeignet.
Für derartig hohe Beanspruchung ist man deshalb bis zum heutigen Stande der Technik auf die Verwendung von Metallen, also Strom leitern, angewiesen. Die Erfahrung hat. hier besonders für Kleinmotoren und elektrisch an getriebene Arbeitsgeräte zur weitgehenden Verwendung von Leichtmetallegierungen, also sehr guter Stromleiter geführt.
Durch die vorliegende Erfindung wird die Beseitigung der beschriebenen Nachteile und der mit denselben verbundenen Gefahr oder , eine erhebliche Verminderunc der letzteren dadurch erreicht, dass der aktive Teil der elektrischen Maschine gegenüber dem Ma- schinencehäuse elektriseh isoliert. ist.
Dadurch kann also jede metallische Ver bindung zwischen Stator und Rotor einerseits und dem Gehäuse anderseits vermieden wer den. Da auch der Rotorkern und der Kollek tor oder Schleifringe bei Beschädigungen der Isolierung oder durch andere Defekte der Konstruktion über die Welle und deren Lage rung Strom an das Gehäuse abgeben können, wird vorzugsweise auch die stromleitende Ver bindung der Rotorwelle über ihre Lagerung zum Gehäuse beseitigt.
Die bisherige allgemein übliche Verschrau bung einzelner Teile zur Maschine kann er setzt sein durch die Einspannung der Einzel teile, wie Stator und Rotor, sowie der Lage- rungsorgane der Welle innerhalb des Motor gehäuses.
In der Zeichnung sind Ausführungsbei spiele der erfindungsgemässen elektrischen blasehine dargestellt.
Fig.l zeigt beispielsweise einen Elektro motor gemäss der Erfindung im obern Teil im Axialsehnitt, im untern Teil in Aufsieht auf den Statorblock und den unter demselben hervorragenden Bogen seiner Wicklung, den Kollektor und den einen Lagerzapfen mit seinem Kugellager.
Fig.9 zeigt im Querschnitt verschiedene l4öglichkeiten der Isolierung des Stators vom Motorgehäuse.
Fig.3 zeigt im Querschnitt verschiedene Möglichkeiten der Isolierung des Rotorkernes von der Rotorwelle.
Der Statorblock 1 ist gemäss Fig.1 mit einer elektrischen Isoliersehicht \? überzogen. Das Material dieser Schicht kann imprägnierte Baumwolle, Zellwolle, Kunststoffaser oder auch niehtleitende Folie sein, deren Isolier werte den Anforderungen und Vorschriften genügen. Derartige Isoliermaterialien sind hin länglich bekannt, und werden in der Elektro- teehnik allgemein verwendet.
Bei der Montage wird der Statorblock 1 mit seiner isolierenden Umhüllung 2 in das Gehäuse 3 eingeschoben, welches zur Vereinfachung als aus einem Stück bestehend dargestellt ist, tatsächlich aber min- clestens ein aufgeschraubtes Schild besitzt. Die isolierende Hülle 2 des Statorblocks 1 weist ge nügende Wärmebeständigkeit auf und soll den zwischen dem Umfang des Stators 1 und der innern Wandfläche des Gehäuses 3 vorge sehenen Spielraum möglichst ausfüllen. Die Hülle 2 wird vorteilhaft auf dem Statorblock 1 rundherum aufgeklebt.
Hierzu können an sich bekannte, elektrisch isolierende und wärmebe ständige, nicht hygroskopische Klebstoffe, vor zugsweise A-Kunststoffe, benutzt werden. Da bei ist ein Klebstoff mit gleichzeitig hohem Isolationswert und guter Wärmeleitung vorzu ziehen, damit die Wärmeableitung vom Block 1 zum Gehäuse 3 möglichst erhalten bleibt.
Bei kleineren Motoren, besonders dort, wo eine Zerlegung von Stator und Gehäuse zu Reparaturzwecken nicht in Frage kommt, kann der Stator 1 mit seiner Isolierhülle 2 in die innere Gehäusewandung 3 eingeklebt sein. Zu diesem Zweck wird z. B. die auf den Stator 1 aufgeklebte Hülle mit einer dünnen Schicht aus isolierendem Klebstoff überzogen, so dass der Stator satt in das Gehäuse 3 hineingeschoben werden kann, um an dem selben nach erfolgter Trocknung des Binde mittels festzukleben.
Bei grösseren Motoren können zur Fixie rung des Stators vorteilhaft wenigstens zwei isolierende Balken 4 aus Kunststoff oder einem gleichwertigen Material vorgesehen wer den. Dieselben liegen zweckmässigerweise in am Statorblock 1 parallel zur Motoraxe ver laufenden, in Fig. 2 in den obern Quadranten im Schnitt dargestellten Rinnen 5. Diese Rin nen 5 werden vorzugsweise mit konischem oder mit trapezoidem Querschnitt versehen, so dass die Balken 4 beim Einquetschen in die Rinnen 5 den Statorblock 1 einspannen und gegen Verdrehung im Motorgehäuse 3 sichern.
Da mit ist gleichzeitig die vollkommene Isolierung des Stators vom Gehäuse gewährleistet.
Beim Beispiel nach Fig. 1 ist der Rotor 6 allseitig zwischen seinem Kern und seiner Welle 7, zwischen dem Kollektor 8 und der Welle 7 und zwischen seiner Lagerung 9 und dem Gehäuse 3 isoliert. Zu diesem Zweck ist zwischen dem Rotorkern 6 und der Welle 7 eine isolierende rohrförmige Hülse 10 einge schoben. An Stelle der festen Hülse 10 kann eine aufgespritzte oder aufgestrichene Isolier schicht vorgesehen werden. Die Schlussbleche des Rotorkernes 6 sind durch Isolierscheiben 11 gegen die Druckplatten 7' und somit. gegen die Welle 7 isoliert, so dass also der Eisenkern des Rotors gegen leitende Verbindung mit der Rotorwelle geschützt ist.
Der Kollektorbund wird ebenfalls an der Stirnseite durch eine Isolierscheibe 12 gegen die Welle 7 und gegen etwaige Berührung durch Stromleiter isoliert.
Eine besondere Bedeutung hat die Isolie rung der Welle 7 in ihren Lagerungseinrich tungen 9 im Gehäuse 3. Im Beispiel nach Fig. 1 sind die Kugellager 9 im Motorchassis 73 in Lagergehäuse eingebettet; dabei sind die Ausnehmungen für die Aufnahme der Lager in den Lagergehäusen mit in ihnen festsitzen den Isolierdosen 14 ausgestattet. Die Lager 9 sind in diese Isolierdosen 14 mit leichtem Druck eingepresst. Als Abschluss der Ausneh- mungen dienen Isolierdeckel 15 aus gleichem Material, auf welchen Verschlüsse 16 liegen können.
Das Motorchassis 13 kann im Gehäuse mit tels Isolierkragen 17, welche dem jeweiligen Gehäusebau in der Form angepasst sind, ge halten sein. Beim Anziehen von nicht darge stellten Schlossschrauben, welche das Gehäuse 3 zusammenhalten ohne mit stromführenden Teilen in Berührung zu kommen, werden elastische Spannungen auf die Isolierkragen 17 ausgeübt, welche das Chassis in seiner Lage sichern und zur Dämpfung von Geräu schen beitragen.
Fig.2 zeigt im Querschnitt als Beispiele verschiedene Möglichkeiten der Isolierung des Stators vom Motorgehäuse. Im linken untern Quadranten des Querschnittes ist das Motor gehäuse 3 auf seiner Innenseite mit Nuten 18 versehen, welche parallel zur Motoraxe ver laufen. Die Nuten 18 haben im vorliegenden Beispiel halbrunden Querschnitt. Sie könnten jedoch auch mit jedem andern Querschnitt ausgeführt sein, welcher eine nutenförmige Rinne an der Innenwandung des Gehäuses 3 darstellt. Der Stator 1 ist mit einer isolieren den Hülle 2 umgeben.
Dieselbe besteht aus einer Folie oder einer Hülse oder aus Gewebe oder aus Gespinst, aus Fasern oder auch aus anderem zweckdienlichen, isolierenden und wärmebeständigen Material. Die Dicke der Hülle 2 wird so bemessen, dass sie, nachdem sie mit isolierendem Bindemittel B, z. B. einem Lack, auf ihrer ganzen Oberfläche oder auch nur teilweise bestrichen ist, unter mässigem Druck und nötigenfalls mit gleichzeitiger leichter Drehung, mitsamt dem Stator 1 in das Gehäuse 3 axial hineingeschoben werden kann.
Hierbei füllt das überschüssige, auf die Hülle 2 aufgestrichene isolierende Bindemittel B die an der Gehäuseinnenwandung befindlichen Nu ten 18 und bildet so in den Nuten aus Binde mittel B bestehende Rippen 19, welche mit der Isolierhülle 2 des Stators 1 verwachsen sind und nach dem Trocknen und Erhärten des Bindemittels eine feste Verankerung des Sta- tors 1 mit seiner Hülle 2 im Gehäuse 3 her beiführen.
Der Stator kann auf seinem Aussenmantel ebenfalls mit Nuten oder Rillen 20 parallel zur Motorachse versehen sein, wie dies im linksseitigen untern Quadranten der Fig.2 sichtbar ist. Bei dieser Ausführung füllen sieh dann auch die auf dem Statormantel befind lichen Nuten 20 beim Aufziehen der isolieren den Hülle 2 mit dem überschüssigen Binde mittel B. Die dadurch entstehenden, in den Nuten 20 liegenden und mit.
der isolierenden Hülle 2 verwachsenen Rippen 21 aus Binde mittel verstärken nach ihrer Erhärtung die Verankerung des Stators 1 im Gehäuse 3 und ermöglichen die Übertragung aller auftreten den Drehmomente vom Stator 1 auf das Ge häuse 3, wobei die Zahl und die Stärke der Nuten auf dem Mantel des Stators und an der Innenwandung des Motorgehäuses sich nach den auftretenden Drehmomenten zu richten haben.
Die Dicke der Isolierhülle 2 wird zweck mässigerweise nicht grösser bemessen, als es die Anforderungen an den Isolierwert der Hülle 2 verlangen, um die Wärmeableitung vom Stator 1 nach aussen nicht. unnötig zu beeinträchtigen.
Der rechtsseitige und linksseitige obere Quadrant des in Fig.2 dargestellten Quer schnittes zeigen, wie der Stator 1 im Gehäuse 3 befestigt sein kann, damit er zu Reparatur- :wecken ohne Schwierigkeiten aus dem Ge häuse entfernt werden kann. Zu diesem Zweck ist der Aussenmantel des Stators 1 mit meh- reren, wenigstens aber zwei, gleichmässig um den Statormantel verteilten Nuten 22 und der Stator mit Nuten 5 versehen.
In diese Nuten 22 und 5 sind den Querschnitt der Nuten aus füllende Formstücke 4 aus isolierendem Ma terial eingelegt, nötigenfalls eingeklebt. Die Dicke dieser Balken 4 aus isolierendem Mate rial ist so bemessen, dass der Stator 1 zusam men mit den Balken 4 nur unter Druck in das Gehäuse 3 axial eingeführt werden kann, so dass die Balken 4- den Stator 1 fest einge spannt halten und seine konzentrische Lage zur Motoraxe und zur Innenwandung des Mo torgehäuses 3 sowie seine Isolierung vom Ge- liäuse 3 sichern.
Der rechtsseitige untere Quadrant des in F!,-.'2 dargestellten Querschnittes zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Isolierung des Stators 1 vom Gehäuse 3. Sowohl der Stator 1. als auch die Innenwandung des Ge häuses 3 sind mit parallel zur Motorachse ver laufenden Rippen 24 versehen, zwischen wel chen Nuten 25 liegen. Der Stator 1 wurde, nachdem seine Hülle 2 mit isolierendem Binde mittel B bestrichen wurde, in das Gehäuse festsitzend eingeschoben. Dabei presst sich das überschüssige Bindemittel B in die Nuten 25 find verankert den Stator 1 mit dem Gehäuse 3, nachdem das Bindemittel B erhärtet ist.
Auch dieses Beispiel für die Ausführung der Isolierung gestattet die spätere Heraus- en des Stators 1 aus dem Gehäuse 3, wenn die Isolierhülle 2 des Stators nach dem Ab binden des äussern Bindemittels, also trocken, mit dem Stator in das Gehäuse eingepresst wird. Hierbei pressen sich die Rippen 24 der Innenwandung des Gehäuses 3 in die in ge wissen Grenzen plastische Isolierhülle 2 und sichern so die Verankerung des Stators 1 durch seine Hülle 2 mit dem Gehäuse 3.
Fig.3 zeigt Beispiele für die Isolierung des Rotorkernes von der Motorwelle. Im obern, linken Quadrant der Figur ist die Welle 7 auf ihrem ganzen Umfang oder gegebenenfalls nur auf Teilen ihres Umfanges mit, parallel zur Achse verlaufenden Rillen versehen, wel che im Querschnitt gesehen sägezahnförmig, also scharfkantig, gestaltet sind. Die Welle 7 ist mit einer isolierenden Hülle 10 überzogen; vor dem Aufbringen der Hülle 10 wurde die Welle 7 selbst mit isolierendem Bindemittel B bestrichen, so dass die Rillen auf dem Umfang der Welle mit Bindemittel B gefüllt sind.
Es kann jedoch auch die Hülle 10 mit einer ge nügend starken Schicht des Bindemittels be strichen und dann mit der bestrichenen Seite auf die gerillte Welle aufgerollt oder aufge zogen werden, wobei sich die Rillen mit dem Bindemittel füllen. Nachdem das Bindemittel in den Rillen erhärtet ist, verankert es die isolierende Hülle 10 auf der Welle 7. Nach Verankerung der Hülle 10 auf der Welle 7 wurde die Hülle 10 auf ihrer ganzen Ober fläche gleichmässig mit einer zweckdienlich starken Schicht des Bindemittels B bestrichen und anschliessend in die ebenfalls gerillte Boh rung des Rotorkernes 6 mit der Motorwelle 7 unter zweckentsprechendem Druck eingescho ben.
Auf diese Weise ist nach dem Erhärten des Bindemittels der Rotorkern 6 durch die Isolierschicht 10 mit der Welle 7 fest verbun den und gleichzeitig von derselben isoliert.
Der rechte obere Quadrant der Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel für die Ausführung der Isolierung der Welle vom Rotorkern. Die Welle 7 ist an ihrer Oberfläche in axialer Richtung wellenförmig gerillt. Die Wandung der Bohrung des Rotorkernes 6 weist ebenfalls axial verlaufende wellenförmige Rillen auf. Die Gipfel der wellenförmigen Rillen der Rotorbohrung und der Welle 7 berühren sich bei konzentrischer Lage der Welle 7 in der Rotorbohrung nicht. Es besteht zwischen ihnen vielmehr ein Abstand, welcher gerade die Un terbringung der zwischen Welle 7 und Rotor- tern 6 vorgesehenen Hülle 10 aus Isoliermate rial zulässt.
Auf diese Weise sichert die Isolier- hülle 10 die konzentrische Lage der Welle 7 zum Rotortern 6. Das auf der Innenseite und auf der Aussenseite der Isolierhülle 10 aufge tragene isolierende Bindemittel B füllt dabei die Zwischenräume zwischen den wellenförmi gen Rillen aus und verankert nach Erhärtung so die Welle 7. mit dem Rotorkern 6 und iso liert gleichzeitig beide voneinander.
Der linke, untere Quadrant in Fig. 3 zeigt eine weitere Möglichkeit der Profilierung des Querschnittes der Welle 7 und der Bohrung des Rotorkernes 6 sowie der zwischen den beiden eingebauten Isolierschicht 10, welche letztere die Welle 7 und den Rotorkern 6 mit einander fest verbindet.
Der rechte, untere Quadrant in Fig. 3 zeigt die Isolierung der Motorwelle 7 vom Rotor dern 6, wobei die Motorwelle 7 mit quadrati schem Querschnitt versehen ist, um grössere Drehmomente vom Rotor 6 übernehmen zu können. Die Kanten der Welle sind abgerun det, um Verletzungen der Isolierschicht, wel che aus der eigentlichen Isolierhülle 10 lind dem beiderseits auf dieselbe aufgetragenen, isolierenden Bindemittel B besteht, zu ver hindern. Der Querschnitt des für die Auf nahme der Motorwelle 7 im Rotordern 6 be stimmten Hohlraumes ist ebenfalls quadratisch und in seiner Form dem Querschnitt der Welle 7 angepasst. Die Welle 7 wird bei der Her stellung an ihrer Oberfläche gerauht und mit isolierendem Bindemittel bestrichen. Dann wird die isolierende Hülle auf die Welle auf gezogen.
Man kann auch so verfahren, dass die isolierende Hülle mit dem Bindemittel be strichen oder bespritzt wird. Nach dem Erhär ten der Verbindung zwischen der Welle und der isolierenden Hülle wird die Hülle auf ihrer Oberfläche wiederum mit isolierendem Bindemittel versehen und in diesem Zustand in die möglichst genau passende quadratische Öffnung im Statorkern nötigenfalls unter Druck eingeführt.
Zur Sicherung der kon zentrischen Lage des Rotorkernes zur Axe der -Welle muss die Axe des quadratischen Quer schnittes des Rotorkernes, der quadratischen Motorwelle und der Lagerzapfen der letzteren zusammenliegen. Dieses ist mit bekannten handwerklichen Mitteln ohne weiteres zu er reichen.
Die Isolierung der Motorwelle vom Rotor kern lässt sieh beispielsweise auch wie nach stehend beschrieben ausführen: Die längsge rillte oder aufgerauhte Oberfläche der Welle wird zunächst mit isolierendem Bindemittel bestrichen. Auf diesen klebrigen Anstrich wird ein isolierendes Gespinst, z. B. Baumwoll faden, Seide, Kunstseide oder andere isolie rende Fäden in zweckdienlicher Stärke, bei rotierender Welle, mit dicht nebeneinander liegenden Windungen aufgespult. Die so aus dem isolierenden Faden gebildete Umhüllung der Welle wird auf ihrer Oberfläche gege benenfalls mit isolierendem Bindemittel be strichen.
Alsdann wird die dergestalt isolierte Welle in die Bohrung des Rotorkernes 6 unter zweckdienlichem Druck eingeführt, wobei sich die an der Wandung der Bohrung des Rotor kernes vorgesehenen Rillen mit dem Binde mittel füllen, welches die Oberfläche der Um- spulung der Welle 7 bedeekt. Der lichte Durchmesser der Bohrung, also der lichte Querschnitt innerhalb der in den lichten Raum vorspringenden, zweckmässig scharfen Kanten der parallel zur Achse an der Wan dung der Bohrung verlaufenden Rillen, wird so bemessen, dass die vorspringenden Kanten sieh in die Umspulung der Welle 7 eingraben,
ohne dass jedoch der erforderliche Isolierwert der Umspulung untersehritten wird. Nach diesem Ausführungsbeispiel kann ebenfalls eine sichere Verankerung des Rotorkernes mit der Motorwelle bei gleichzeitiger einwand freier Isolierung erreicht werden.
Die zwischen dem Rotordern 6 und der Motorwelle 7 eingebaute Isolierhülle kann je doch gegebenenfalls, besonders bei kleineren Motoren mit nicht sehr hohen Drehmomenten und daher geringen, zwischen den Rotordern 6 und der Motorwelle 7 in der Isolierschicht auf tretenden Scherkräften, auch ausschliesslich aus zähflüssigem, lackartigem, isolierendem Bindemittel, wie z. B. Natur- oder Kunstharz, oder auch aus andern natürlichen oder künst lichen Isolierstoffen hergestellt sein. Zu diesem Zweck kann man z.
B. zuerst die gerillte oder gerauhte Motorwelle 7 mit dem zähflüssigen, isolierenden Bindemittel, welchem man gege benenfalls auch pulverige oder auch faserige, isolierende Stoffe zusetzen kann, bestreichen, dergestalt, dass die Rillen oder Rauheiten auf der Welle mit dem Bindemittel ausgefüllt wer- den. Nachdem das Bindemittel erhärtet ist, wird die Rundheit der Aussenfläche der Binde mittelschicht geprüft, um Unwucht nach Mög lichkeit zu vermeiden.
Dies kann in einfacher Weise dadurch- geschehen, dass man die Welle mit dem Bindemittelauftrag durch ein schar fes Kaliber passiert, wobei sich über dem Durchmesser der Welle erhebende Ansamm lungen von Bindemittel abscheren. .Alsdann wird die Welle mit. isolierendem Bindemittel, d. h. flüssigem oder zähflüssigem Isolierstoff, nach bekannten Methoden, vorzugsweise durch Bespritzen oder durch Tauchen oder auch durch Anwalzen des flüssigen Isolierstoffes, überzogen. Beim Auftragen dieser Isolier schicht ist auf möglichst einwandfreie Run dung, auf lückenlose Schicht und auf den Anforderungen an den Isolierwert der Schicht entsprechende Schichtdicke zu achten.
Nach natürlicher oder künstlicher Trocknung oder Härtung der Isolierschicht wird dieselbe er neut mit isolierendem Bindemittel bestrichen und unter Druck in die vorher gerauhte oder gerillte Bohrung des Rotorkernes 6 eingescho ben. Nach Erhärtung des Bindemittels in den Rillen oder Rauheiten des Rotorkernes besteht zwischen Rotorkern und Welle gleichzeitig eine feste und isolierende Verbindung.
Zur Herstellung der Isolierschicht zwischen Rotorkern 6 und Welle 7 können auch Isolier stoffe verwendet werden, welche in flüssigem oder plastischem Zustand aufgetragen werden und durch den Einfluss von in ihnen enthal tenen chemisch aktiven Zusätzen nach dem Zusammenbau von Welle und Rotor oder sinn gemäss auch von Stator und Gehäuse durch Polymerisation, Katalyse, Vulkanisation oder andere Prozesse erhärten und die eine feste Verankerung zwischen Rotorkern und Welle oder Gehäuse und Stator herbeiführen.
Electric machine and process for its manufacture. The present invention relates to an electrical machine, e.g. B. a generator, motor or the like, with a den.aktiv part of the same surrounding housing. This housing is used. z. B. as an outer closing organ as well as a fastening organ for the motors to be mounted on a solid base or as a supporting capsule for the active parts, the capsule itself being intended to hold the entire machine and being provided with handles for this purpose. For direct fixed connection of the machine, e.g. B. with. a device, the housing with a z.
B. flange-shaped to set, then to the shaft of the rotor concentric or otherwise expediently shaped approach a z. B. the power generator driving device or a driven by the electric motor Ar processing device, such. B. a drill, screwed on. or can be cultivated in any other appropriate way.
Such units, consisting of one. Electric motor and a work device attached directly to the housing of the electric motor can often be clamped into tripods. be, with a metal Einspannvorriehtung carries the electric motor and protects against displacement or detachment from the stand.
Likewise, the most diverse machines are usually directly involved. the housings of Klektromotors connected. Examples include: centrifugal pumps, mortising and riveting tools, circular and band saws, household machines and kitchen appliances, machine tools of various types.
The commonly used connection of the active parts of power generators and electric motors with metal housings and with metal devices, the outer surface of which can be touched with the hands of the operator of the device when the device is in operation or often for carrying, switching, using or Anyone who has to touch cleaning has the disadvantage that electrical current from the active parts of the power generator or the electric motor via the housing and, for example, built-on work equipment, when touched by people
can often lead to fatal accidents if the machine insulation is defective.
In order to prevent such accidents, whoever the current-carrying parts of the power generator or electric motors according to special regulations from the other active parts, such as stator and rotor laminations in particular, insulated that the transition from .elektri Shem current to the housing and to the on the housings about, fixed work devices is prevented.
Experience shows that, despite this, serious and often fatal accidents occur every day in industry, trade and the household when devices of the type described above were originally properly insulated and comply with regulations. In almost all such cases, the cause is that damage has occurred in the construction over the course of time during operation, which has rendered the insulation ineffective. So z.
For example, when the clamping screws are loosened on the power supply, on switches or regulating devices, etc., current-carrying parts, such as clamping eyes, bare supply lines, etc., often shift. When insulating beads break, supply lines can emit current to the housings when they come into contact with them. The known phenomenon of overheating of incorrectly seated collector brushes or carbons can lead to red heat, even up to the melting temperature of the carbon guides installed in or on the housing.
Overheating as a result of unusual loads on the electrical unit can damage the insulation of the windings of the rotor and the stator, which put the cores of both the rotor and the stator under tension and thus. a direct connection of the power supply with the housing and the approximately, at the same be strengthened working device result. Attempts have already been made to prevent a current transfer from an electric motor to a machine driven by it via a gearbox by attaching an insulating plastic pinion to the motor.
This, however, effectively prevents the danger to life that occurs when touching a live motor housing. On the contrary, if there is a lack of connection between the motor housing and the working machine, the risk is even increased and its effect is almost always fatal if the motor housing and the machine isolated from the housing are touched at the same time. Because in this case the touching human body establishes the direct connection between the power source and the earth.
A special danger also lies in the fact that the more frequently occurring damage to the rotor winding or to the collector or to the slide rings and current leads affects the entire unit of the power generator or the electric motor via the shaft and its metal, i.e. current-conducting layer electrification.
In the case of the commonly used small tool machines and household appliances with direct electric drive, the entire working unit is energized in the event of insulation damage, since in general the whole unit is assembled without intermediate insulation.
One has the known danger with small and hand-carried devices, FITS insofar as they are intended for the household, where the housewife often touches current-carrying Ge housing. With. wet hands and not infrequently damp footwear is always dangerous to life, counteracted by the fact that the metal housing of such small devices he put through housing made of insulating plastic, such.
B. the phenoplast, which is characterized by high insulation values. However, these substances have the near part of the relatively low brittle resistance. You. They do not endure shock or fall stress and are designed to be clamped in metal tripods for higher loads and for rough operation, such as B. in commercial establishments, especially in mechanical workshops, is therefore not. suitable.
For such high stress, one is therefore dependent on the use of metals, ie current conductors, up to the current level of technology. The experience has. here especially for small motors and electrically driven tools for the extensive use of light metal alloys, i.e. very good conductors.
The present invention eliminates the disadvantages described and the associated risk, or a considerable reduction in the latter, in that the active part of the electrical machine is electrically isolated from the machine housing. is.
This means that any metallic connection between the stator and rotor on the one hand and the housing on the other hand can be avoided. Since the rotor core and the collector tor or slip rings can deliver electricity to the housing via the shaft and its location if the insulation is damaged or other defects in the construction, the current-conducting connection of the rotor shaft via its bearing to the housing is preferably also eliminated.
The previous generally customary screwing of individual parts to the machine can be implemented by clamping the individual parts, such as the stator and rotor, as well as the bearing elements of the shaft within the motor housing.
In the drawing, Ausführungsbei games of the inventive electric blower are shown.
Fig.l shows, for example, an electric motor according to the invention in the upper part in axial section, in the lower part looking up at the stator block and the under the same outstanding arc of its winding, the collector and the one bearing pin with its ball bearing.
FIG. 9 shows, in cross section, various options for insulating the stator from the motor housing.
3 shows, in cross section, various options for isolating the rotor core from the rotor shaft.
The stator block 1 is according to FIG. 1 with an electrical insulating layer \? overdrawn. The material of this layer can be impregnated cotton, rayon, synthetic fibers or non-conductive foil, the insulation values of which meet the requirements and regulations. Such insulating materials are well known and are generally used in electronics.
During assembly, the stator block 1 with its insulating sheath 2 is pushed into the housing 3 which, for the sake of simplicity, is shown as consisting of one piece, but actually has at least one screwed-on shield. The insulating shell 2 of the stator block 1 has sufficient heat resistance and is intended to fill the space provided between the circumference of the stator 1 and the inner wall surface of the housing 3 as possible. The casing 2 is advantageously glued all around on the stator block 1.
For this purpose, known, electrically insulating and wärmebe constant, non-hygroscopic adhesives, preferably A-plastics, can be used. Since an adhesive with simultaneously high insulation value and good heat conduction is preferred vorzu so that the heat dissipation from block 1 to housing 3 is preserved as possible.
In the case of smaller motors, especially where dismantling the stator and housing for repair purposes is not an option, the stator 1 with its insulating sleeve 2 can be glued into the inner housing wall 3. For this purpose z. B. the glued to the stator 1 shell coated with a thin layer of insulating adhesive so that the stator can be pushed fully into the housing 3 to stick to the same after the bandage has dried.
For larger motors, at least two insulating bars 4 made of plastic or an equivalent material can advantageously be provided for fixing the stator. The same are conveniently in the stator block 1 parallel to the Motoraxe running, in Fig. 2 in the upper quadrant shown in section grooves 5. These grooves 5 are preferably provided with a conical or trapezoidal cross-section, so that the bars 4 when squeezed into the Troughs 5 clamp stator block 1 and secure against rotation in motor housing 3.
This ensures complete insulation of the stator from the housing at the same time.
In the example according to FIG. 1, the rotor 6 is insulated on all sides between its core and its shaft 7, between the collector 8 and the shaft 7 and between its bearing 9 and the housing 3. For this purpose, an insulating tubular sleeve 10 is inserted between the rotor core 6 and the shaft 7. Instead of the fixed sleeve 10, a sprayed-on or painted-on insulating layer can be provided. The end plates of the rotor core 6 are by insulating washers 11 against the pressure plates 7 'and thus. isolated from the shaft 7, so that the iron core of the rotor is protected against conductive connection with the rotor shaft.
The collector collar is also insulated on the front side by an insulating washer 12 against the shaft 7 and against any contact with electrical conductors.
The Isolie tion of the shaft 7 in their Lagerungseinrich lines 9 in the housing 3 is of particular importance. In the example according to FIG. 1, the ball bearings 9 in the motor chassis 73 are embedded in the bearing housing; The recesses for receiving the bearings in the bearing housings are equipped with the insulating boxes 14 that are stuck in them. The bearings 9 are pressed into these insulating boxes 14 with slight pressure. Insulating covers 15 made of the same material, on which closures 16 can lie, serve to close off the recesses.
The motor chassis 13 can be held in the housing with means of insulating collars 17, which are adapted to the respective housing construction in the form. When tightening carriage bolts not illustrated, which hold the housing 3 together without coming into contact with live parts, elastic stresses are exerted on the insulating collar 17, which secure the chassis in its position and contribute to the attenuation of noises.
2 shows in cross section as examples various possibilities for insulating the stator from the motor housing. In the lower left quadrant of the cross section, the motor housing 3 is provided on its inside with grooves 18 which run parallel to the motor axis ver. The grooves 18 have a semicircular cross section in the present example. However, they could also be designed with any other cross-section that represents a groove-shaped channel on the inner wall of the housing 3. The stator 1 is surrounded by an isolate shell 2.
The same consists of a film or a sleeve or of fabric or of woven fabric, of fibers or of other useful, insulating and heat-resistant material. The thickness of the shell 2 is dimensioned so that, after it has been coated with insulating binder B, e.g. B. a lacquer, is coated on its entire surface or only partially, can be pushed axially into the housing 3 together with the stator 1 under moderate pressure and if necessary with simultaneous slight rotation.
Here, the excess, on the shell 2 painted insulating binder B fills the grooves located on the inner wall of the housing 18 and thus forms ribs 19 in the grooves of binding agent B, which have grown together with the insulating sleeve 2 of the stator 1 and after drying and When the binding agent hardens, the stator 1 with its shell 2 is firmly anchored in the housing 3.
The stator can also be provided with grooves or grooves 20 on its outer shell parallel to the motor axis, as can be seen in the lower left quadrant of FIG. In this embodiment, see also the grooves 20 located on the stator casing when pulling up the isolate the sheath 2 with the excess binding agent B. The resulting, lying in the grooves 20 and with.
the insulating shell 2 fused ribs 21 from binding agent strengthen the anchoring of the stator 1 in the housing 3 and allow the transmission of all occurring torques from the stator 1 to the Ge housing 3, the number and strength of the grooves on the jacket of the stator and on the inner wall of the motor housing have to be aligned with the torques occurring.
The thickness of the insulating sleeve 2 is expediently not larger than the requirements for the insulation value of the sleeve 2, so as not to allow heat to be dissipated from the stator 1 to the outside. unnecessarily affecting.
The right-hand and left-hand upper quadrant of the cross-section shown in Figure 2 show how the stator 1 can be fixed in the housing 3 so that it can be removed from the housing for repair: wake up without difficulty. For this purpose, the outer casing of the stator 1 is provided with several, but at least two, grooves 22 evenly distributed around the stator casing, and the stator is provided with grooves 5.
In these grooves 22 and 5, the cross-section of the grooves from filling fittings 4 made of insulating material are inserted, glued if necessary. The thickness of this bar 4 made of insulating mate rial is dimensioned so that the stator 1 can be inserted axially together with the bar 4 only under pressure in the housing 3, so that the bars 4- keep the stator 1 firmly clamped and his Secure the concentric position to the motor axis and to the inner wall of the motor housing 3 as well as its insulation from the housing 3.
The lower right quadrant of the cross-section shown in FIG. 2 shows a further embodiment of the insulation of the stator 1 from the housing 3. Both the stator 1 and the inner wall of the housing 3 are provided with ribs 24 running parallel to the motor axis provided, between wel chen grooves 25 are. The stator 1 was, after its shell 2 was coated with an insulating binding agent B, pushed firmly into the housing. In the process, the excess binding agent B is pressed into the grooves 25 and the stator 1 is anchored to the housing 3 after the binding agent B has hardened.
This example for the execution of the insulation also allows the later removal of the stator 1 from the housing 3 when the insulating sleeve 2 of the stator is pressed into the housing with the stator after the external binding agent has been tied off, ie dry. Here, the ribs 24 of the inner wall of the housing 3 press into the insulating sheath 2, which is plastic within certain limits, and thus secure the anchoring of the stator 1 to the housing 3 through its sheath 2.
Fig. 3 shows examples of the insulation of the rotor core from the motor shaft. In the upper left quadrant of the figure, the shaft 7 is provided over its entire circumference or possibly only on parts of its circumference with grooves running parallel to the axis, wel che seen in cross-section sawtooth-shaped, so sharp-edged. The shaft 7 is covered with an insulating sheath 10; Before the sheath 10 was applied, the shaft 7 itself was coated with insulating binder B so that the grooves on the circumference of the shaft are filled with binder B.
However, it can also be coated with a sufficiently strong layer of the binder and then rolled up with the coated side on the grooved shaft or pulled up, the grooves filling with the binder. After the binder has hardened in the grooves, it anchors the insulating cover 10 on the shaft 7. After the cover 10 has been anchored on the shaft 7, the cover 10 was evenly coated over its entire upper surface with a suitably thick layer of the binder B and then coated Ben in the also grooved Boh tion of the rotor core 6 with the motor shaft 7 under appropriate pressure scho.
In this way, after the hardening of the binder, the rotor core 6 is firmly verbun through the insulating layer 10 to the shaft 7 and at the same time isolated from the same.
The right upper quadrant of FIG. 3 shows a further example of the implementation of the insulation of the shaft from the rotor core. The shaft 7 is corrugated on its surface in the axial direction. The wall of the bore of the rotor core 6 also has axially extending undulating grooves. The peaks of the wave-shaped grooves of the rotor bore and the shaft 7 do not touch when the shaft 7 is in a concentric position in the rotor bore. Rather, there is a distance between them which just allows the sheath 10 made of insulating material to be accommodated between the shaft 7 and the rotor hub 6.
In this way, the insulating sleeve 10 ensures the concentric position of the shaft 7 to the rotor core 6. The insulating binding agent B applied to the inside and outside of the insulating sleeve 10 fills the spaces between the wave-shaped grooves and anchors it after hardening the shaft 7. with the rotor core 6 and iso liert both of each other at the same time.
The left, lower quadrant in Fig. 3 shows another possibility of profiling the cross section of the shaft 7 and the bore of the rotor core 6 as well as the insulating layer 10 installed between the two, which firmly connects the shaft 7 and the rotor core 6 with each other.
The right, lower quadrant in Fig. 3 shows the insulation of the motor shaft 7 from the rotor 6 countries, the motor shaft 7 being provided with a square cross-section in order to be able to take over larger torques from the rotor 6. The edges of the shaft are rounded to prevent damage to the insulating layer, which consists of the actual insulating sleeve 10 and the insulating binder B applied to both sides of the same. The cross-section of the cavity intended for receiving the motor shaft 7 in the rotors 6 is also square and its shape is adapted to the cross-section of the shaft 7. The shaft 7 is roughened on its surface during manufacture and coated with an insulating binder. Then the insulating sleeve is pulled onto the shaft.
One can also proceed in such a way that the insulating sheath is coated or sprayed with the binding agent. After the connection between the shaft and the insulating sheath has hardened, the sheath is again provided with insulating binder on its surface and, if necessary, inserted under pressure into the most precisely fitting square opening in the stator core in this state.
To secure the concentric position of the rotor core to the axis of the shaft, the axis of the square cross-section of the rotor core, the square motor shaft and the bearing pin of the latter must lie together. This is easily enough with known manual means.
The insulation of the motor shaft from the rotor core can, for example, also be carried out as described below: The longitudinally grooved or roughened surface of the shaft is first coated with an insulating binder. On this sticky paint an insulating web, z. B. cotton thread, silk, rayon or other isolie-generating threads in an appropriate strength, with a rotating shaft, wound up with closely spaced turns. The envelope of the shaft thus formed from the insulating thread is coated on its surface with an insulating binder if necessary.
The shaft isolated in this way is then inserted into the bore of the rotor core 6 under appropriate pressure, the grooves provided on the wall of the bore of the rotor core being filled with the binding agent which covers the surface of the winding around the shaft 7. The clear diameter of the bore, i.e. the clear cross-section within the appropriately sharp edges protruding into the clear space of the grooves running parallel to the axis on the wall of the bore, is dimensioned so that the protruding edges dig into the winding around the shaft 7 ,
However, without the required insulation value being undermined by the winding. According to this exemplary embodiment, secure anchoring of the rotor core with the motor shaft can also be achieved with simultaneous perfect insulation.
The insulating sleeve installed between the rotors 6 and the motor shaft 7 can, however, if necessary, especially in the case of smaller motors with not very high torques and therefore low, shear forces occurring between the rotors 6 and the motor shaft 7 in the insulating layer, also exclusively from viscous, paint-like , insulating binder, such as. B. natural or synthetic resin, or made of other natural or artificial union insulating materials. For this purpose you can z.
B. first coat the grooved or roughened motor shaft 7 with the viscous, insulating binder, which you can also add powdery or fibrous, insulating substances if necessary, so that the grooves or roughness on the shaft are filled with the binder . After the binding agent has hardened, the roundness of the outer surface of the binding agent layer is checked in order to avoid imbalance as far as possible.
This can be done in a simple manner by passing the shaft with the application of binding agent through a sharp caliber, with accumulations of binding agent rising above the diameter of the shaft shearing off. .Then the wave is with. insulating binder, d. H. liquid or viscous insulating material, coated by known methods, preferably by spraying or dipping or by rolling the liquid insulating material. When applying this insulation layer, care must be taken to ensure that the rounding is as perfect as possible, that the layer is free from gaps and that the layer thickness corresponds to the requirements for the insulation value of the layer.
After natural or artificial drying or hardening of the insulating layer, the same is coated again with insulating binder and ben inserted under pressure into the previously roughened or grooved bore of the rotor core 6. After the binding agent has hardened in the grooves or roughness of the rotor core, there is at the same time a firm and insulating connection between the rotor core and the shaft.
To produce the insulating layer between rotor core 6 and shaft 7, insulating materials can also be used, which are applied in a liquid or plastic state and due to the influence of chemically active additives contained in them after the assembly of the shaft and rotor or, accordingly, of the stator and harden the housing through polymerization, catalysis, vulcanization or other processes and which bring about a firm anchoring between the rotor core and shaft or housing and stator.