DE10005211A1 - Elektromotor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einer Ankerwelle und einem Ankerblechpaket, das auf der Ankerwelle angeordnet ist sowie einem auf der Ankerwelle angeordneten Kommutator, wobei die Ankerwelle gegenüber dem Kommutator und dem Ankerblechpaket elektrisch isoliert ist, wobei die Ankerwelle aus faserverstärktem Kunststoff besteht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einer Ankerwelle und einem Ankerblechpaket, das auf der Ankerwelle angeordnet ist sowie einem auf der Ankerwelle angeordneten Kommutator, wobei die Ankerwelle gegenüber dem Kommutator und dem Ankerblechpaket elektrisch isoliert ist.

Solche Elektromotoren werden überwiegend in tragbaren Geräten und Antrieben, beispielsweise in Bohrmaschinen und anderen Elektrowerkzeugen, aber auch in Küchengeräten, etc. eingesetzt. Sie besitzen die Schutzklasse II, in der zwingend vorgeschrieben ist, daß die stromführenden Bauteile von den metallischen Gehäuse- bzw. Werkzeugteilen bezüglich des Stromflusses getrennt sein müssen.

Ein derartiger Motor ist beispielsweise aus DE 40 04 812 C2 bekannt, die offenbart, ein metallisches Stangenmaterial mit dem jeweils gewünschten Durchmesser mit einem schlauchartigen Geflecht aus Kunstfasermaterial zu überziehen und dieses mit Kunstharz zu durchtränken und auszupolymerisieren, wodurch ein steifes, rohrförmiges Gebilde entsteht, das auf dem Stangenmaterial verbleibt und einer geeigneten Oberflächenbehandlung unterzogen werden kann. Das Stangenmaterial wird dann zur Herstellung der einzelnen Ankerwellen abgelängt und auf Durchmesserendmaß abgedreht und/oder geschliffen. Durch den Überzug der Ankerwelle mit einem Kunstfaserharzgemisch wird eine Isolation der Ankerwelle gegenüber dem Ankerblechpaket und dem Kommutator erreicht. Nachteilig ist bei diesem Verfahren, daß eine sichere Festlegung des schlauchartigen Fasermaterials auf dem Stangenmaterial sichergestellt werden muß, beispielsweise durch Vorsehung eines Formschlusses. Darüber hinaus sind eine Reihe von Bearbeitungsschritten zum Herstellen des Geflechts und zum Nachbearbeiten der Welle notwendig.

Auf die Kunststoffschicht wird dann in der Regel der Kommutator und das Blechpaket aufgepreßt. Hierfür muß der Kommutatorring mechanisch verstärkt werden, um den Radialkräften beim Aufpressen standhalten zu können.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß elektromagnetische Streufelder in der metallischen Rotor- bzw. Ankerwelle einen Stromfluß induzieren können. Da die metallische Rotorwelle bei Elektrohandwerkzeugen über das Getriebe elektrisch leitend mit der Werkzeugspindel und dem Werkzeug verbunden ist, muß dies bei herkömmlichen Motoren mit relativ hohem Aufwand verhindert werden.

Aus DE 94 10 386 U1 ist eine Handwerkzeugmaschine mit einem mit Netzspannung betriebenen Kommutatormotor bekannt, bei dem die Betriebsisolation und die Schutzisolation aus einem einzigen Werkstoff bestehen und mit einem einzigen Arbeitsschritt aufbringbar sind. Das Blechpaket wird hierdurch auf der Rotorwelle besonders sicher und mechanisch versteift befestigt. Hierbei wird die Ankerwelle mit Kunststoff umspritzt, wobei gleichzeitig die Endenisolierung des Blechpakets angespritzt wird und diese Schutzisolation von den Endenisolierungen aus durchgängig in eine filmartige Betriebsisolation in den Nuten der Wicklungen übergeht.

Eine derartige Umspritzung ist herstellungstechnisch vergleichsweise aufwendig.

Schließlich ist aus DE 44 19 855 A1 bekannt, einen Elektromotor derart zu gestalten, daß die elektrische Isolierung zwischen der metallischen Rotorwelle und den Getriebeteilen vorhanden ist. So kann zwischen Ankerwelle und Lüfterrad eine keramische Isolierscheibe vorgesehen sein, die die Ankerwelle teilt.

Problematisch ist hierbei die mechanische Stabilität, da diese Ankerwellen in Längsrichtung mehrteilig aufgebaut sind.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Elektromotor insbesondere für Elektrohandwerkzeuge bereitzustellen, der eine sehr gute elektrische Isolierung zwischen Motor und Getriebe, bei hoher mechanischer Stabilität und wirtschaftlicher Herstellungsweise aufweist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Bereitstellung eines Elektromotors, bei dem die Ankerwelle aus faserverstärktem Kunststoff besteht.

Indem die Ankerwelle selbst aus Kunststoff hergestellt wird, kann auf eine zusätzliche Isolierung, die die Ankerwelle umschließt und teilweise nachbearbeitet werden muß, verzichtet werden. Vielmehr bildet die Ankerwelle selbst die Isolation. Der faserverstärkte Kunststoff kann nach seiner Herstellung beliebig auf Endmaß bearbeitet werden. Durch die Faserverstärkung der Kunststoffe wird eine ausreichende Stabilität der Ankerwelle hinsichtlich der mechanischen Belastungen, die auf sie wirken, erzielt. Darüber hinaus können auch keine Ströme aufgrund von Streufeldern des Rotors in der Welle induziert werden.

Insbesondere kann vorgesehen sein, daß die Ankerwelle zu 60% bis 80%, insbesondere zu 70% bis 75% aus Fasern besteht. Als Fasern können Glasfaser, Kohlefaser und/oder Aramidfaser eingesetzt werden.

Diese Fasern können in eine Matrix aus Kunstharz, insbesondere Polyesterharz, Epoxidharz und/oder Vinylharz eingebettet sein.

Die Fasern können wahlweise als Fasergeflecht oder als Einzelfasern geordnet oder ungeordnet in der Matrix vorliegen. Hierdurch werden verschiedene mechanische Eigenschaften erzielt.

Insbesondere kann vorgesehen sein, daß sich die Fasern über die gesamte Länge der Welle erstrecken. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die Fasern nur in einigen Bereichen der Welle angeordnet sind und andere Bereiche der Welle keine Fasern aufweisen. Insbesondere kann vorgesehen sein, daß sich die einzelnen Fasern über die gesamte Länge erstrecken, die Fasern also mindestens die Länge der Welle aufweisen. Alternativ können jedoch auch relative kurze Fasern vorgesehen sein. Dies wird insbesondere bei ungeordneter Faseranordnung vorgesehen werden.

Fertigungstechnisch ist es besonders günstig, wenn die Ankerwelle eine zylindrische Form aufweist und ohne Absätze gefertigt ist. D. h., die Ankerwelle hat über ihre gesamte Länge den gleichen Durchmesser. Der Außendurchmesser der Ankerwelle ist dann auf Passung spitzenlos geschliffen.

Die Ankerblechpakete und/oder der Kommutator können auf der Ankerwelle materialschlüssig, insbesondere durch Kleben, festgelegt sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine formschlüssige Verbindung zwischen Ankerwelle und Ankerblech und/oder Ankerwelle und Kommutator vorgesehen sein. Eine formschlüssige Verbindung kann insbesondere dadurch verwirklicht werden, daß die Ankerwelle eine Querschnittsform abweichend von der Kreisform aufweist, beispielsweise einen elliptischen Querschnitt oder einen polygonalen Querschnitt, der dann jeweils mit einem entsprechenden polygonalen oder elliptischen Innenquerschnitt der Ankerblechpakete und/oder des Kommutators formschlüssig zusammenwirkt und die Drehmitnahme sicherstellt. Alternativ können auch andere Wellenprofile bzw. eine Nutfederverbindung zwischen der Ankerwelle und den Ankerblechpaketen und/oder dem Kommutator vorgesehen sein, über die die Drehbewegung von der Ankerwelle auf die Ankerblechpakete bzw. den Kommutator übertragen wird.

Bei einer materialschlüssigen Verbindung werden darüber hinaus auf einfache Weise das Ankerblechpaket sowie der Kommutator in axialer Richtung gegen Verschieben gesichert. Zusätzliche Absätze auf der Welle sind dann nicht erforderlich. Das Blechpaket und der Kommutator können über Montagevorrichtungen beim materialschlüssigen Verbinden, insbesondere Kleben, sowohl bezüglich der Welle als auch relativ zueinander positioniert werden. Durch das Verkleben des Kommutators ist es nicht länger notwendig, den Kommutator mit einem Verstärkungsring zu versehen, damit er den Radialkräften beim Aufpressen standhält.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Ankerblechpakete vorpaketiert, insbesondere stanzpaketiert sind und so in ihrer vormontierten Form montiert werden können, wodurch eine höhere mechanische Stabilität erreicht wird. Darüber hinaus bietet eine Vorpaketierung auch logistische Vorteile.

Schließlich kann vorgesehen sein, daß das Antriebsritzel sowohl aus Kunststoff als auch Metall bestehen kann. Es wird vorzugsweise ebenfalls auf die Ankerwelle aufgeklebt. Alternativ kann auch hier ein Formschluß in Form eines Wellenprofils oder einer Nutfederverbindung vorgesehen werden.

Insgesamt werden durch die Erfindung folgende Vorteile erreicht:

• - Hochwirksame Isolierung zwischen Welle und Blechpaket und zwischen Welle und Kommutator,
• - Schutzklasse II-Isolierung erfüllt,
• - verbesserte und einfach herzustellende Funkentstörung, da die elektromagnetischen Streufelder des Rotors keinen Strom in der Ankerwelle induzieren können,
• - höhere Leistungsdichte und höherer Wirkungsgrad, da der Raum für die Aufnahme der Wicklungen in den Nuten der Ankerblechpakete bei gleichem Wellen- und Rotor-Außendurchmesser größer ist, da die Ankerwelle wegen der fehlenden zusätzlichen Schutzisolierung einen geringeren Außendurchmesser aufweist und somit der Innendurchmesser des Ankerblechpaketes geringer wird,
• - einfache und wirtschaftliche Herstellungsweise.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Anmeldungsunterlagen.

Im folgenden soll die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert werden.

Die einzige Figur zeigt einen Ankerläufer 10 eines Elektromotors mit einer Ankerwelle 12, die aus faserverstärktem Kunststoff besteht und auf der ein Ankerblechpaket 14, das aus einem Blechlamellenpaket besteht, das in seinen Nuten (nicht dargestellt) Spulenwicklungen aufweist, festgelegt ist. In Richtung des abtriebsseitigen Wellenendes 16 ist hinter dem Ankerblechpaket 14 ein Lüfter 18 auf der Ankerwelle 12 angeordnet. An den Lüfter 18 schließt sich ein Wälzlager 20 zur Lagerung der Welle 12 an. Das abtriebsseitige Wellenende 16 weist schließlich an seinem äußersten Ende ein Ritzel 22 auf, das mit der Werkzeugspindel (nicht dargestellt) über ein Getriebe zusammenwirkt. Das antriebsseitige Wellenende 24 ist ebenfalls gelagert (nicht dargestellt).

In Richtung des antriebsseitigen Wellenendes 24 weist der Ankerläufer 10 einen Kommutator 26 auf, der ebenfalls auf der Ankerwelle 12 angeordnet ist. Kommutator 26, Ritzel 22 und Ankerblechpaket 14 sind mittels einer Klebeverbindung materialschlüssig auf der Ankerwelle 12 festgelegt. Die Klebeverbindung sichert die Bauteile sowohl gegen axiales Verrutschen auf der Welle 12 und stellt gleichzeitig die Drehmitnahme zwischen den Bauteilen und der Ankerwelle 12 sicher.

Da die Ankerwelle 12 aus faserverstärktem Kunststoff besteht, ist eine sichere Isolation zwischen Ankerblechpaket 14 bzw. Kollektor 26 und der Ankerwelle 12 gegeben. Darüber hinaus können auch keine Streufelder vom Rotor in die Ankerwelle 12 induziert werden. Es besteht somit keine Gefahr, daß elektrische Ströme in das Getriebe über das Ritzel 22 eingetragen werden.

Die Ankerwelle 12 weist einen zylindrischen Querschnitt auf, dessen Außendurchmesser über die gesamte Länge der Ankerwelle 12 konstant bleibt. Hierdurch ist eine besonders einfache Fertigung sichergestellt.

Da auf eine zusätzliche elektrische Isolation der Ankerwelle 12 verzichtet werden kann, kann bei gleichbleibendem Außendurchmesser des Kommutators 26 und des Ankerblechpakets 14 der Innendurchmesser, mit dem diese auf die Ankerwelle 12 aufgeschoben werden müssen, verringert werden. Hierdurch steht mehr Bauraum für die Wicklungen zur Verfügung, so daß eine höhere Leistungsdichte und ein höherer Wirkungsgrad erzielt wird.

Schließlich kann durch die Gestaltung der Ankerwelle 12 aus faserverstärktem Kunststoff das Gesamtgewicht der Teile reduziert werden im Gegensatz zu einer Metallwelle, was insbesondere für handgeführte Elektrogeräte von Bedeutung ist.

Die Isolierung gemäß Schutzklasse II wird erfüllt.

Claims (14)

1. Elektromotor mit einer Ankerwelle (12) und einem Ankerblechpaket (14), das auf der Ankerwelle (12) angeordnet ist sowie einem auf der Ankerwelle (12) angeordneten Kommutator (26), wobei die Ankerwelle (12) gegenüber dem Kommutator (26) und dem Ankerblechpaket (14) elektrisch isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerwelle aus (12) faserverstärktem Kunststoff besteht.

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der faserverstärkte Kunststoff der Ankerwelle (12) zu 60-80%, insbesondere zu 70-75% aus Fasern besteht.

3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern Glasfasern, Kohlefasern und/oder Aramidfasern sind.

4. Elektromotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in eine Matrix aus Kunstharz, insbesondere Polyesterharz, Epoxydharz und/oder Vinylharz eingebettet sind.

5. Elektromotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern ein Faserngeflecht bilden.

6. Elektromotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Fasern sich über die gesamte Länge der Welle erstrecken.

7. Elektromotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerwelle (12) eine zylindrische Querschnitts-Form aufweist.

8. Elektromotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerwelle (12) einen konstanten Durchmesser über die gesamte Länge besitzt.

9. Elektromotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerblechpakete (14) und/oder der Kommutator (26) auf der Ankerwelle (12) materialschlüssig festgelegt sind.

10. Elektromotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerblechpakete (14) und/oder der Kommutator (26) auf die Ankerwelle (12) aufgeklebt sind.

11. Elektromotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerwelle (12) mit dem Ankerblechpaket (14) und/oder dem Kommutator (26) formschlüssig verbunden ist.

12. Elektromotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerwelle (12) einen polygonalen Querschnitt aufweist, der mit einer polygonalen Innenbohrung des Ankerblechpakets (14) und/oder des Kommutators (26) formschlüssig zusammenwirkt.

13. Elektromotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerwelle (12) über eine Nut-Feder-Verbindung mit dem Ankerblechpaket (14) und/oder dem Kommutator (26) formschlüssig verbunden ist.

14. Elektromotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ankerblechpaket (14) vorpaketiert, insbesondere stanzpaketiert ist.