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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Läuferpaket für einen elektrischen Motor
oder Generator gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Sie betrifft außerdem ein Verfahren zum Isolieren
eines Läuferkerns
eines elektrischen Motors oder Generators gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
11.
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Stand der Technik
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Eine
Vorrichtung und ein Verfahren dieser Gattung sind beispielsweise
aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 1838776 U bekannt. Der dort offenbarte
Läuferkern
für einen
Elektro-Kleinmotor
ist auf seinen Stirnseiten durch beidseitig auf die Läuferwelle
aufgesteckte Isolierendscheiben isoliert. Die Isolierendscheiden
sind dort, wo die Wickeltunnel des Läuferkerns enden, mit Ausschnitten
versehen. Die Wickeltunnel des Läuferkerns
sind mit Auskleidungen versehen, die über den Läuferkern hinaus in die Ausschnitte
der Seitenplatten hineinreichen.
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Zwischen
Isolierendscheibe und den Auskleidungen der Wickeltunnel sind demnach
Spalte vorhanden. Um nach dem Bewickeln des isolierten Läuferkerns
im Läuferpaket
Kriechströmen
durch diese Spalte zwischen dem Läuferkern und der Läuferwicklung
entgegenzuwirken, muss bekanntermaßen eine Kriechstrecke vorgesehen
werden. Die VDE-Vorschrift
EN 60335-1:1994 verlangt bei aktiven lackierten oder emaillierten
Wicklungen je nach Bauart Mindestkriechstrecken. Bei Läuferpaketen
der beschriebenen Art wird dies üblicherweise
dadurch erreicht, dass die Isolierendscheibe eine entsprechende
Stärke
aufweist. Hierdurch wird in den Spalten eine Kriechstrecke erforderlicher
Länge von
der Außenseite
zur Innenseite der Isolierendscheibe gebildet.
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Es
ist ebenfalls bekannt, dass Läuferpakete der
genannten Art nach dem Bewickeln mit Harz beschichtet werden, um
die Läuferwicklung
zu verfestigen.
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Der Erfindung zugrunde liegendes
Problem
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Es
ist in vielen Anwendungen wünschenswert,
die Baulänge
elektrischer Motoren und Generatoren so klein wie möglich zu
halten. Die Baulänge wird
wesentlich durch die Länge
des Läuferpakets bestimmt.
Es ist deshalb ein Nachteil des bekannten Läuferpakets, dass die Isolierendscheibe
durch ihre Stärke
das Läuferpaket
verlängert.
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Ein
weiterer Nachteil des bekannten Läuferpakets besteht darin, dass
sich Harz im Anlagebereich der Läuferwicklung
auf der Isolierendscheibe sammeln und zu einer unkontrollierten
Umwucht führen
kann.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes
Läuferpaket und
ein verbessertes Verfahren zum Isolieren eines Läuferkerns bereitzustellen,
das die Nachteile des Stands der Technik überwindet.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Zur
Lösung
der Aufgabe lehrt die vorliegende Erfindung ein Läuferpaket
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Isolieren
eines Läuferkerns
mit den Merkmalen des Anspruchs 11.
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Die
erfindungsgemäße Vertiefung
im Innenbereich kann den von der Läuferwicklung im Bereich der
Isolierendscheibe von der Läuferwicklung
gebildeten Wickelkopf wenigstens teilweise aufnehmen und dadurch
die Länge
des Läuferpakets
verringern. Da die Dicke der Isolierendscheibe im Randbereich erhalten
bleibt, steht dennoch vorteilhaft die erforderliche Kriechstrecke
weiter zur Verfügung.
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Durch
die Vertiefung im Innenbereich kann auch erreicht werden, dass dort
die Läuferwicklung nicht
an der Isolierendscheibe anliegt. Dies kann einem unkontrollierten
Ansammeln von Harz in diesem Bereich und folglich einer dadurch
verursachten Umwucht entgegenwirken. Der Motor oder Generator kann
leiser und verschleißärmer sein.
Außerdem kann
Harz eingespart werden.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
vorteilhaft, elektrische Motoren und Generatoren kompakter zu konstruieren.
Dies kann Material und Kosten einsparen. Weiter lassen sich zum
Beispiel Haushaltsgeräte
mit Elektromotoren kleinerer Baulänge kompakter gestalten und/oder
im Gewicht reduzieren. Außerdem
können
durch die Erfindung leisere und verschleißärmere Motoren und Generatoren
hergestellt werden.
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Aufbau und Weiterbildung der
erfindungsgemäßen Lösung
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Vorteilhafte
Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander
eingesetzt werden können,
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Ausschnitte im Randbereich einer bevorzugten Isolierendscheibe sind
im Wesentlichen U- oder V-förmig,
entsprechend dem U- oder V-förmigen Querschnitt
der Wickeltunnel des Läuferkerns.
Eine bevorzugte Isolierendscheibe ähnelt einem Stirnzahnrad mit
zwischen den Ausschnitten angeordneten Zähnen. Die bevorzugte Isolierendscheibe
weist außerdem
eine zentrale Öffnung
als Nabe zur Aufnahme einer Läuferwelle
auf.
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Die
Isolierendscheibe ist vorzugsweise im Randbereich zwischen 1 und
3 Millimeter stark, um eine ausreichende Kriechstrecke zwischen
ihrer Außenseite
und dem Läuferkern
darzustellen. Im Bereich der Vertiefung ist die Stärke der
bevorzugten Isolierendscheibe auf vorzugsweise ca. 0,5 bis 2 Millimeter
reduziert.
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In
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung sind Läuferkern
und Isolierendscheibe mit einer Läuferwicklung umwickelt. In
einer Ausführung
der Erfindung reicht der von der Läuferwicklung im Bereich der
Isolierendscheibe gebildete Wickelkopf in die Vertiefung der Isolierendscheibe
hinein und füllt die
Vertiefung besonders vorzugsweise im Wesentlichen aus. Dazu ist
der Wickelkopf vorzugsweise in Richtung der Vertiefung gepresst.
Dadurch, dass der Wickelkopf so wenigstens teilweise von der Vertiefung
aufgenommen wird, kann die überstehende Höhe des Wickelkopfs
reduziert und das Läuferpaket insgesamt
verkürzt
werden.
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In
einer anderen Ausführung
der Erfindung bildet die Vertiefung einen Hohlraum zwischen Wickelkopf
und Isolierendscheibe. Hierzu wird der Wickelkopf entweder nicht
oder nur so weit in die Vertiefung gepresst, dass noch ein Zwischenraum
zwischen Wicklung und dem Boden der Vertiefung verbleibt. Dadurch,
dass sich Wicklung und Isolierendscheibe nicht berühren, kann
einem unkontrollierten Ansammeln von Harz zwischen Isolierendscheibe und
Wicklung bei der Beschichtung der Wicklung mit Harz entgegengewirkt
werden.
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Nachdem
der Läuferkern
bewickelt worden ist, werden die Wicklungen vorzugsweise mit einem Harz
beschichtet, um sie zu verfestigen. Bevorzugte Harze sind Polyesterharz
und Epoxydharz. In einer Ausführung
der Erfindung wird die Wicklung in einem Harzbad getränkt. Besonders
vorzugsweise wird sie mit Harz beträufelt. Dieser Schritt kann
insbesondere verhindern, dass ein gepresster Wickelkopf sich nach dem
Pressen wieder ausdehnt.
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In
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung ist der Läuferkern
auf beiden Stirnseiten durch Isolierendscheiben mit der erfindungsgemäßen Vertiefung
isoliert. Weiter ist das bevorzugte Läuferpaket gemeinsam mit einem
Kommutator auf einer Läuferwelle
angeordnet, um einen Läufer
für einen
elektrischen Motor oder Generator zu bilden. Dabei ist der Wickelkopf
auf der vom Kommutator abgewandten Seite des Läuferpakets vorzugsweise in
die Vertiefung der auf dieser Seite angeordneten Isolierendscheibe
gepresst, um die Höhe
des Wickelkopfs und damit die Länge
des Läuferpakets
zu reduzieren. Hingegen ist der Wickelkopf auf der dem Kommutator zugewandten
Seite vorzugsweise nicht in die Vertiefung gepresst, sodass die
Wicklung die Isolationsendscheibe wegen der Vertiefung nicht berührt und so
einem Ansammeln von Harz entgegengewirkt wird.
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Natürlich sind
auch Ausführungen
der Erfindung denkbar, bei denen nur eine der Isolierendscheiben
die erfindungsgemäße Vertiefung
aufweist und die andere zum Beispiel eine Isolierendscheibe der
vorbekannten Art ist.
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Die
Vertiefung kann die Form einer ringförmigen Nut in der Isolierendscheibe
haben. Die Vertiefung kann in Ihrer Form auch an die zur Isolierscheibe
weisende äußere Kontur
des Wickelkopfs angepasst sein. Die bevorzugte Vertiefung verläuft im Innenbereich
zwischen Nabe und Randbereich der Isolierendscheibe. Besonders vorzugsweise
erstreckt sie sich im Wesentlichen über die gesamte Fläche des
Innenbereiches. In dem Fall, dass die Vertiefung zur Aufnahme der
Läuferwicklung
dient, kann so ein möglichst
großer
Hohlraum geschaffen werden. Wenn die Vertiefung dazu dient, ein
Anliegen der Läuferwicklung
an der Isolierendscheibe zu verhindern, kann dies so auf einer möglichst
großen
Fläche erreicht werden.
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Die
Läuferwicklung
muss gewöhnlich
nicht nur gegenüber
dem Läuferkern
sondern auch gegenüber
der Läuferwelle
isoliert werden. Vorzugsweise ist dazu eine Isolationshülse vorgesehen,
die die Läuferwelle
umschließt.
In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die
Isolierendscheibe einstückig
mit der Isolationshülse
verbunden. Dadurch ist es möglich
die Anzahl der Bauteile und der Arbeitsschritte beim Herstellen
eines Läufers zu
reduzieren, weil Isolierendscheibe und Hülse in einem Arbeitsgang an
den Läufer
angebracht werden können.
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Um
Kriechströmen
zwischen der Wickelung und der Läuferwelle
entgegenzuwirken, wird in einer Ausführung der Erfindung zwischen
dem Ende des Wickelkopfs und der Welle eine Kriechstrecke dadurch
gebildet, dass die Isolationshülse
in Längsrichtung
der Läuferwelle
um eine entsprechende Länge über das
Ende des Wickelkopfs hinausreicht.
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In
einer anderen Ausführung
der Erfindung ist die Isolationshülse in Längsrichtung der Läuferwelle
unter Bildung eines Kragens stauchbar, wobei der Kragen einen Außendurchmesser
aufweist, der größer als
der Außendurchmesser
der ungestauchten Isolationshülse
ist. Der durch das Stauchen der Isolationshülse gebildete Kragen schafft
eine Kriechstrecke in radialer Richtung – also senkrecht zur Läuferwelle –, die die
in Längsrichtung
der Läuferwelle verlaufende
Kriechstrecke ganz oder teilweise ersetzen kann. Deshalb kann bei
Einhaltung der vorgeschriebenen Kriechstrecke die Länge des Überstands
der Isolationshülse
am Ende der Welle reduziert werden, wodurch sich die Gesamtlänge des Läuferpakets
weiter reduziert.
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Bevorzugte
Materialien für
die Isolierhülse bzw.
die kombinierte Isolierendscheibe/Isolierhülse sind Kunststoffe, besonders
vorzugsweise Phenolharzkunststoffe oder andere wärmebeständige Kunststoffe. Die Isolierendscheibe
bzw. die kombinierte Isolierendscheibe/Isolierhülse wird vorzugsweise im Spritzgussverfahren
hergestellt.
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Die
Erfindung wird vorzugsweise in einem elektrischen Motor, besonders
vorzugsweise in einem Kommutatormotor eingesetzt, besonders vorzugsweise
in Haushaltsgeräten.
Zum Beispiel kann der Motor ein Gebläse in einem Staubsauger oder
in einem Haartrockner oder in einem Stabmixer oder eine Arbeitswelle
in einer Küchenmaschine
antreiben.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen an
einem Ausführungsbeispiel
mit weiteren Einzelheiten näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1:
einen Längsschnitt
des erfindungsgemäßen Läufers mit
einem Läuferkern,
der auf beiden Seiten durch eine Isolierendscheibe mit Vertiefung isoliert
ist;
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2:
eine Isolierendscheibe mit Vertiefung, die einstückig mit einer Isolationshülse verbunden
ist; und
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3:
eine Ansicht auf die einstückig
mit der Isolationshülse
verbundene Isolierendscheibe entlang ihrer Rotationssymmetrieachse
von oben.
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Ausführliche Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels
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Bei
der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder
vergleichbare Komponenten.
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In 1 dargestellt
ist ein Läufer 1 für einen Kommutatormotor
mit einer Läuferwelle 2,
die ein erfindungsgemäßes Läuferpaket
und einen Kommutator 3 trägt. Das Läuferpaket umfasst einen Läuferkern 4,
der mit einer Läuferwicklung
bewickelt ist, die in bekannter Weise durch Wickeltunnel 5 des
Läuferkerns 4 läuft und
auf der dem Kommutator 3 zugewandten und der dem Kommutator 3 abgewandten Seite
je einen Wickelkopf 6, 7 bildet. Auf den Stirnseiten
des Läuferkerns 4 ist
dieser durch die sternförmige
Isolierendscheiben 8, 9 von den Läuferwicklungen elektrisch
isoliert. Entlang der Wickeltunnel 5 ist der Läuferkern 4 von
der Wicklung durch eine nicht dargestellte hochspannungsfeste Folie
elektrisch isoliert, die über
die gesamte Länge
des Läuferkerns und
der Isolierendscheiben 8, 9 verläuft. Die
Läuferwicklungen
der Wickelköpfe 6, 7 sind
durch mit den Isolierendscheiben 8 und 9 einstückig verbundenen Isolationshülsen 10 bzw. 11 von
der Läuferwelle 2 elektrisch
isoliert.
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In
den 2 und 3 ist eine der beiden identischen
Isolationsendscheiben 8, 9 genauer dargestellt.
Die Isolierendscheibe 8, 9 hat eine zentrale Öffnung 12 zur
Aufnahme der Läuferwelle 2,
einen Innenbereich 13 und einen Randbereich 14 mit
Ausschnitten 15 an den Stellen, wo sich, wenn die Isolationsendscheibe 8, 9 auf
eine Stirnseite des Läuferkerns 4 aufgesetzt
ist, die Öffnungen
der Wickeltunnel 5 befinden. Der Innenbereich 13 ist
mit einer ringförmigen
Vertiefung 16 versehen. Im Randbereich 14 hat
die Isolierendscheibe eine Stärke
von beispielsweise 2,5 Millimetern, im Innenbereich 13 ist
die Stärke
durch die Vertiefung 16 auf beispielsweise 1 Millimeter
reduziert.
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An
der Stelle der Öffnung 12 ist
die Isolationshülse 10, 11 zum
Isolieren der Läuferwelle 2 gegen
den Wickelkopf 6 einstückig
angeformt. Die Länge
der Isolationshülse 10, 11 ist
so gewählt,
dass sie vorzugsweise mehr als 2 Millimeter über das Ende des Wickelkopfs 6, 7 hinausragt,
um die erforderliche Kriechstrecke darzustellen.
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Wie
nun wieder in 1 zu erkennen ist, ist der Wickelkopf 7 auf
der vom Kommutator 3 abgewandten Seite des Läuferpakets
in die Isolierendscheibe 9 gepresst, sodass die Vertiefung 16 dieser Isolierendscheibe 7 mit
der Läuferwicklung
im Wesentlichen ausgefüllt
ist. Hierdurch wird die Höhe
des Wickelkopfs 7 und damit die Länge des Läuferpakets verringert. Versuche
haben gezeigt, dass hierdurch vorteilhaft eine Materialersparnis
von ca. 0,5 Gramm erreicht werden kann.
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Auf
der Kommutatorseite des Läuferpakets ist
der Wickelkopf 6 nicht in die Vertiefung 16 der
Isolierscheibe 8 gepresst. Die Vertiefung 16 bildet
hier einen Hohlraum, sodass Wicklung und Isolierendscheibe 8 dort
nicht in Kontakt kommen, was einem Ansammeln von Harz in diesem
Bereich entgegenwirkt. Versuche haben gezeigt, dass sich hierdurch vorteilhaft
ca. 0,5 bis 1 Gramm Harz einsparen lassen.
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Das
Läuferpaket
ist zur Fixierung der Läuferwicklung
mit Polyesterharz beschichtet.
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Zur
Herstellung des Läufers 1 werden
zunächst
der Kommutator 3, die kommutatorseitige Isolierendscheibe 8 mit
der einstückig
angeformten Isolationshülse 10,
der Läuferkern 4 und
die vom Kommutator 3 abgewandte Isolierendscheibe 9 mit
der einstückig
angeformten Isolationshülse 11 auf
die Läuferachse 2 aufgesteckt.
Anschließend
wird der Läuferkern 4 mit
der Läuferwicklung
bewickelt. Der Wickelkopf 7 auf der vom Kommutator 3 abgewandten Seite
des Läuferkerns 4 wird
in Richtung des Läuferkerns 4 gepresst.
Schließlich
wird das Läuferpaket in
Polyesterharz getränkt.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten
Merkmale können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung
der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung
sein.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
vorteilhaft, elektrische Motoren und Generatoren kompakter zu konstruieren.
Dies kann Material und Kosten einsparen. Weiter lassen sich zum
Beispiel Haushaltsgeräte
mit Elektromotoren kleinerer Baulänge kompakter gestalten und/oder
im Gewicht reduzieren. Außerdem
können
durch die Erfindung leisere und verschleißärmere Motoren und Generatoren
hergestellt werden.
-
Die
Erfindung wird vorzugsweise in einem elektrischen Motor, besonders
vorzugsweise in einem Kommutatormotor eingesetzt, besonders vorzugsweise
in Haushaltsgeräten.
Zum Beispiel kann der Motor ein Gebläse in einem Staubsauger oder
in einem Haartrockner oder in einem Stabmixer oder eine Arbeitswelle
in einer Küchenmaschine
antreiben.