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Die
Erfindung betrifft einen Elektromotor eines Elektrohandwerkzeugs
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,
und wobei die Ankerwelle aus Kunststoff besteht.
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Solche
Elektromotoren werden beispielsweise in Bohrmaschinen und anderen
Elektrohandwerkzeugen 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine
derartige Umspritzung ist herstellungstechnisch vergleichsweise
aufwendig.
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Aus
DE 44 19 855 A1 ist
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.
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Problematisch
ist hierbei die mechanische Stabilität, da diese Ankerwellen in
Längsrichtung mehrteilig
aufgebaut sind.
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Weiterhin
zeigt die
DE 295 00
984 U1 , die den am nächsten
kommenden Stand der Technik darstellt, einen elektromotorischen
Getriebeverstellantrieb für
einen Kraftfahrzeugfensterheber, bei dem die Rotorwelle aus einem
Kunststoffmaterial besteht und zum Gießen der Rotorwelle das Rotorblechpaket und
der Kommutator in eine Gießform
gelegt werden, in der auch die Rotorwelle aus Kunststoff spritzgegossen
wird, wobei durch das Gießen
gleichzeitig eine Isolierung von Rotorblechpaket und Kommutator
gegenüber
der Rotorwelle bei gleichzeitiger Verbindung zu einer Baueinheit
vorgesehen ist. Darüber hinaus
offenbart das Dokument auch eine material- und formschlüssige Festlegung
des Rotorblechpakets auf der Welle.
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Schließlich ist
im Artikel "Faserverbundwerkstoffe
als Konstruktionselemente in Scheibenläufermaschinen" (WEH, H. u.a.; In:
Technische Rundschau, 1985, Heft 27/85, s.12-17) der Einsatz von
Faserverbundwerkstoffen für
Rotoren beschrieben.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Elektromotor für Elektrohandwerkzeuge
bereitzustellen, der eine sehr gute elektrische Isolierung zwischen
Motor und Getriebe, bei hoher mechanischer Stabilität und wirtschaftlicher
Herstellungsweise aufweist.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch Bereitstellung eines Elektrohandwerkzeug-Elektromotors
mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Anmeldungsunterlagen.
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Im
folgenden soll die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert werden.
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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 antriebsseitigen 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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.