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Stand der
Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Anker für
eine elektrische Maschine, insbesondere einen Universalmotor, nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Universalmotoren
finden z.B. bei Elektrowerkzeugen breite Anwendung. Da bei Universalmotoren
elektrischer Strom sowohl durch die Ankerwicklung als auch die Erregerwicklung
fließt,
wird viel Wärme
erzeugt, die allmählich
den gesamten Motor aufheizt. Damit keine Schäden durch starke Erhitzung
des Motors auftreten, muss eine ausreichende Kühlung des Motors gewährleistet
sein. Bei Elektrowerkzeugen wird zur Kühlung Luft z.B. durch ein Lüfterrad
von außen
angesaugt, wie z.B. in
DE
102 56 805 A beschrieben. Das Lüfterrad sitzt drehfest auf der
Ankerwelle zwischen Anker und Getriebe. Bei Rotation erzeugt das
Lüfterrad
einen Luftstrom, der axial durch das Elektrowerkzeug strömt und Wärme nach
außen
abführt.
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Um
eine gute Kühlung
zu erreichen, muss dabei möglichst
viel Luft durch das Elektrowerkzeug transportiert werden. Ein großer Luftdurchsatz
bedeutet aber auch eine hohe Strömungsgeschwindigkeit,
die unter Umständen
mit unerwünschten
Lüftergeräuschen verbunden
sein kann. Außerdem
streicht die Kühlluft
beim Durchströmen
des Elektrowerkzeuges nur über
die Oberfläche
des Ankers und des Stators. Insbesondere bei Universalmotoren mit
kleinem Ankerdurchmesser ist dementsprechend die Oberfläche des
Ankers und des Stators klein, so dass relativ wenig Wärme von
dem Anker und dem Stator an die Kühlluft abgegeben werden kann.
Die Kühlung
mittels eines Lüfterrades
ist daher unzureichend.
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Aus
WO 92/00626 A ist bekannt, die Ankerwicklung in den Ankernuten eines
Ankers mit Hilfe von länglichen,
elastischen Nutverschlüssen
niederzuhalten. Die Nutverschlüsse
bestehen aus Papier oder Textilgewebe und sind in die Nuten eingepresst und
ggf. zusätzlich
mit Kunstharz befestigt. Die Nutverschlüsse bewirken eine gewisse Kühlung infolge der
Ventilatorwirkung von rippenartigen Wülsten auf den Wickelköpfen.
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Offenbarung
der Erfindung
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Der
erfindungsgemäße Anker
hat den Vorteil, dass im Betrieb des Elektromotors mehr Wärme von
dem Anker abgeführt
wird, da seine Oberfläche durch
Nutverschlusselemente aus einem wärmeleitenden Material vergrößert ist.
Die Nutverschlusselemente dienen in dem erfindungsgemäßen Anker demnach
nicht nur zur lagesicheren Befestigung und zum Schutz der Ankerwicklung,
sondern haben zusätzlich
die Funktion, Wärme
von dem Anker abzuführen.
Sie sind insbesondere aus Metall, ganz insbesondere aus Aluminium
oder Stahlblech, und wärmeleitend
mit dem Anker verbunden.
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Der
erfindungsgemäße Anker
für eine
elektrische Maschine umfasst Ankernuten zur Aufnahme einer Ankerwicklung.
Der Anker kann aus einem Ankerblechpaket gebildet sind oder aber
einstückig, z.B.
aus Soft Magnetic Composite(SMC)-Material, gefertigt sein. Die Ankerwicklung
ist mittels Nutverschlusselementen in den Ankernuten lagesicher
angeordnet. Die Nutverschlusselemente werden insbesondere durch
Nutkeile gebildet, die nach dem Einbringen der Ankerwicklung in
die Ankernuten eingeschoben werden. Durch die keilartigen Nutverschlusselemente
wird die Ankerwicklung in den Ankernuten radial so beaufschlagt,
dass sie nach innen gedrückt wird
und ihre Lage nicht mehr verändern
kann. Zusätzlich
können
die Nutverschlusselemente mit Hilfe von Kunstharz befestigt sein.
Die lagesichere Befestigung der Ankerwicklung bewirkt eine größere Laufruhe
der elektrischen Maschine.
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Die
erfindungsgemäß vorgesehenen
Nutverschlusselemente aus wärmeleitendem
Material stehen vorzugsweise aus den Ankernuten hinaus und ragen über die
Wickelköpfe
der Ankerwicklung an den Stirnseiten des Ankers hinaus. Dadurch
wird die wärmeableitende
Oberfläche
des Ankers zusätzlich vergrößert.
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Die
aus den Ankernuten herausragenden und über die Wickelköpfe überstehenden
Nutverschusselemente können
beispielsweise so geformt sein, dass sie der Kontur der Wickelköpfe folgen.
Dabei umgeben die Nutverschlusselemente die Wickelköpfe praktisch
vollständig,
wodurch sie einen Schutz für
die Wickelköpfe
gegen Staub, Abrasivteilchen o.dgl. bilden. Die freien Enden der
Nutverschlusselemente können
beispielsweise mit Hilfe einer Schnurwicklung, wie in WO 92/00626
A beschrieben, auf der Taille der Wickelköpfe gehalten sein. Zusätzlich oder
alternativ können
die freien Enden der Nutverschlusselemente auch mittels eines Kunstharzes
befestigt sein.
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Die
wärmeleitenden
Nutverschlusselemente können
einzeln in die Ankernuten eingebracht werden. Alle oder mehrere
Nutverschlusselemente können
auch miteinander verbunden sein, beispielsweise durch einen ringförmigen Grundkörper. Ein
solcher ringförmiger
Grundkörper
könnte
beispielsweise an der Stirnseite des Ankers anliegen und auf den aus
den Ankernuten herausragenden Wickelköpfen aufliegen. Sind die Nutverschlusselemente
miteinander verbunden, so lassen sie sich leichter montieren und
axial in die Ankernuten einschieben. Vorzugsweise sind alle Nutverschlusselemente
miteinander durch einen Grundkörper
verbunden, der im Wesentlichen der Kontur der Wickelköpfe folgt
und diese aufnimmt. Der Grundkörper
ist in dieser Ausführungsform
halbkugelförmig.
Dies gewährleistet
neben einer großen
wärmeabführenden
Oberfläche
auch einen guten Wickelschutz.
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Die
Nutverschlusselemente und/oder der Grundkörper können zusätzlich flügelradähnliche wärmeleitende Flächen aufweisen.
Diese vergrößern zusätzlich die
wärmeleitende
Oberfläche
des Ankers und wirken als Lüfterblätter. Die
zusätzlichen
flügelradähnlichen
Flächen
können
beispielsweise am Außenumfang
des ringförmigen
oder halbkugelförmigen Grundkörper in
axialer Richtung angeordnet sein. Die flügelradähnlichen Flächen können eben oder gebogen sein.
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Der
erfindungsgemäße Anker
eignet sich für elektrische
Maschinen, insbesondere einen Universalmotor. Dieser kann beispielsweise
in einem Elektrowerkzeug eingesetzt werden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen
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1 eine
elektrische Maschine nach dem Stand der Technik im Längsschnitt
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2 eine
bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Ankers
in perspektivischer Darstellung.
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In 1 ist
eine elektrische Maschine 10 nach dem Stand der Technik
im Längsschnitt
dargestellt. Nachfolgend werden nur die für die Erfindung wesentlichen
Bauteile der elektrischen Maschine 10 beschrieben. Die
elektrische Maschine 10 umfasst ein Gehäuse 20, in dem ein
Stator 30 drehfest angeordnet ist. Auf einer Ankerwelle 22 ist
ein Anker 40 mit Ankerzähnen 44 und
dazwischen liegenden Ankernuten 42 zur Aufnahme einer Ankerwicklung (nicht
dargestellt) drehfest gehalten. Auf einer Stirnseite des Ankers 40 ist
ein Kommutator 25 ebenfalls drehfest auf der Ankerwelle 22 gehalten.
Auf der anderen Stirnseite des Ankers 40 ist ein Lüfterrad 60 zur
Kühlung
der elektrischen Maschine 10 ebenfalls drehfest auf der
Ankerwelle 22 angeordnet. Das Lüfterrad weist Lüfterradflügel 62 auf,
die dem Anker 40 zugewandt sind. Um einen axialen Luftstrom
(in 1 durch Pfeile 64 markiert) in der elektrischen Maschine 10 zu
erzeugen, sind in dem Gehäuse 20 im
Bereich der dem Lüfterrad 60 abgewandten
Stirnseite des Ankers 40 Eintrittsöffnungen 24 und im
Bereich der dem Lüfterrad 60 zugewandten
Stirnseite des Ankers 40 Austrittsöffnungen 26 vorgesehen.
Bei Rotation des Lüfterrads 60 wird
Luft (in 1 durch Pfeile 65 markiert) von außen durch
die Eintrittsöffnungen 24 in
das Gehäuse 20 angesaugt
und durch die Austrittsöffnungen 26 wieder
aus dem Gehäuse 20 ausgeblasen
(in 1 durch Pfeile 66 markiert). Der axiale
Luftstrom 64 strömt
durch den Stator 30 und den Luftspalt 28 zwischen
Stator 30 und Anker 40. Die Kühlluft streicht dabei entlang
der Oberfläche des
Ankers 40. Die elektrische Maschine 10 kann z.B.
ein Universalmotor sein und einen Stator 30 mit Feldwicklung
(nicht dargestellt) aufweisen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Ankers 40,
wie in 2 dargestellt, sind an den Stirnseiten des Ankers 40 Nutverschlusselemente 70 aus
wärmeleitendem
Material vorgesehen. Die Nutverschlusselemente 70 sind nach
dem Einbringen der Ankerwicklung (nicht dargestellt) in die Ankernuten 42 in
axialer Richtung von beiden Stirnseiten 45 aus in die Ankernuten 42 eingeschoben.
Sie haben insbesondere die Form von Nutkeilen 72. Durch
den nutkeilartigen Eingriff der Nutverschlusselemente 70 in
die Ankernuten 42 wird die Ankerwicklung in radialer Richtung
nach innen gepresst, so dass die Ankerwicklung fest auf dem Nutgrund
(nicht dargestellt) gehalten wird und auch bei hohen Fliehkräften ihre
Lage in den Ankernuten 42 nicht verändern. Die Nutverschlusselemente 70 ragen
an beiden Stirnseiten 45 des Ankers 40 aus den Ankernuten 42 hervor,
wo sie über
einen Grundkörper 71 miteinander
verbunden sind. Sie sind insbesondere mit dem Grundkörper 71 einstückig ausgebildet.
Der Grundkörper 71 umschließt die Wickelköpfe der
Ankerwicklung und dient daher zusätzlich als Wickelschutz. Die
Form des Grundkörpers 71 folgt
weitgehend der Form der Wickelköpfe.