-
Stand der Technik
-
Die
Erfindung betrifft einen Anker für
einen Elektromotor, insbesondere zum Einsatz in Kraftfahrzeugen.
-
Bekannte
Elektromotoren bestehen i.d.R. aus einem Stator und einem innerhalb
des Stators auf einer Welle rotierbar angeordneten Anker. Der Anker
besteht aus einem Blechpaket, welches in axialer Richtung verlaufende
Nuten zur Aufnahme der Ankerwicklung, insbesondere aus Kupferdraht,
aufweist. Zur Fixierung des Blechpaketes, bestehend aus einer Vielzahl
von Blechlamellen, auf der Welle sind verschiedene Techniken bekannt. Üblicherweise erfolgt
die Fixierung des Blechpaketes durch Ringverstemmen. Eine andere
Möglichkeit
besteht im Aufschieben des Blechpaketes auf in die Welle eingebrachte
Kerben. Damit die Kerben in die Welle eingebracht werden können, muss
die Welle ungehärtete
Bereiche aufweisen, was die Herstellung verkompliziert. Um einen
Kurzschluss zu vermeiden, ist es erforderlich, das Blechpaket gegen
die Ankerwicklung zu isolieren. In der Regel wird hierzu das Blechpaket
mit einem Isoliermaterial pulverbeschichtet. Dieses Verfahren ist
jedoch aufwendig und kostenintensiv. Daneben ist es bekannt, sogenannte
Isoliersterne mit kurzen Isolierwänden einzusetzen, die an den
Stirnseiten des Blechpaketes fixiert werden. Innerhalb der Nuten
wird zur Isolation der Nutwände Papier
eingelegt. Weiterhin ist es bekannt, sogenannte Isolierlamellen,
insbesondere aus Kunststoff, mit Isolierwänden einzusetzen.
-
Dabei
liegt an jeder Stirnseite des Blechpaketes eine Isolierlamelle an,
wobei sich deren Isolierwände
in die Nuten des Blechpaketes hinein erstrecken und so die Nutwände gegen
die Ankerwicklung isolieren. In jeder Nut liegen sich jeweils zwei
Isolierwände
axial gegenüber,
wobei zwischen den sich gegenüberliegenden
Isolierwänden
ein sich in Umfangsrichtung erstreckender, nicht isolierter Spalt verbleibt.
Das Vorsehen eines derartigen Spaltes ist fertigungstechnisch bedingt.
Die Spalte gewährleisten
ein notwendiges Bewegungsspiel für
die Isolierlamellen beim Ankerwicklungsprozess. Bei Isolierlamellen
nach dem Stand der Technik sind die Isolierwände beider Isolierlamellen
gleich lang, so dass sämtliche
Spalte, also die unisolierten Bereiche zwischen zwei gegenüberliegenden
Isolierwänden
in der axialen Mitte sämtlicher
Nuten des Blechpaketes entstehen. Dabei fluchten die Spalte in Umfangsrichtung.
Werden nun die Blechlamellen ausschließlich durch Ringverstemmen
auf der Welle fixiert, so sind die einzelnen Blechlamellen gegen
ein Verdrehen ausschließlich
durch Haftreibung zwischen den einzelnen Lamellen gesichert, wobei
die Haftreibung durch die in axialer Richtung wirkende Verstemmkraft bewirkt
wird. Während
des Betriebs des Elektromotors kann es beispielsweise durch Schüttelbelastung, Temperatureinfluss
und/oder ungünstige
Oberflächenbeschaffenheit
der einzelnen Blechlamellen (Grat, Lackierung, Korrosion, etc.)
zu einem Verdrehen einzelner Blechlamellen im Bereich der in Umfangsrichtung
fluchtenden Spalte kommen. Die Blechlamellen des Blechpaketes verdrehen
sich im unisolierten Bereich gegen die Ankerwicklung, wodurch ein
Kurzschluss auftreten kann.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Technisch Aufgabe
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Anker für einen
Elektromotor vorzuschlagen, bei dem mit einfachen Mitteln die Gefahr eines
Kurzschlusses zwischen dem Blechpaket und der Ankerwicklung reduziert
ist.
-
Technische Lösung
-
Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Isolierlamellen derart
auszubilden, dass jede Blechlamelle des Blechpakets gegen ein Verdrehen gesichert
ist. Für
jede einzelne Blechlamelle wird von mindestens einer Isolierlamelle
bzw. von deren Isolierwänden
mindestens ein die Bewegung in Umfangsrichtung begrenzender Anschlag
(Verdrehsicherung) gebildet. Aufgrund der Erfindung ist es möglich, das
Blechpaket ohne die Gefahr eines Kurzschlusses zu erhöhen und
ausschließlich
durch Ringverstemmen auf der Motorwelle zu fixieren. Auf das Vorsehen
von Kerben in der Welle zur Herstellung eines Formschlusses zwischen
den Blechlamellen des Blechpaketes mit der Welle kann verzichtet
werden. Hierdurch kann wiederum auf ungehärtete Bereiche in der Welle
zur Einbringung der Kerben verzichtet werden, wodurch sich die Fertigung
der Welle wesentlich vereinfacht, da diese durchgangsgehärtet hergestellt
werden kann. Die Montage der Isolierlamellen ist äußerst einfach,
da diese lediglich auf die Welle aufgeschoben werden müssen. Auch
die notwendige Prozesstechnik ist im Vergleich zum Pulverbeschichten
wesentlich vereinfacht. Ferner werden keine zusätzlichen Isolierteile, wie
beispielsweise Papier benötigt.
Aus Fertigungs- sowie Kostengründen ist
es von Vorteil, die Isolierlamellen vollständig aus Kunststoff auszubilden.
Die sich in axialer Richtung erstreckenden Nuten müssen nicht
zwangsläufig
parallel zur Motorwelle angeordnet sein, sondern können mit
dieser einen Winkel einschließen
und/oder in Umfangsrichtung geschrägt sein.
-
In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass zwischen
zwei sich axial gegenüberliegenden
Isolierwänden
ein sich in Umfangsrichtung erstreckender Spalt vorgesehen ist,
wobei mindestens zwei Spalte in Umfangsrichtung versetzt zueinander
angeordnet sind. Hierdurch entsteht kein in Umfangsrichtung durchgehender
unisolierter Bereich, durch den einzelne Isolierlamellen hindurchdrehen
könnten.
Da nicht sämtliche
sich in Umfangsrichtung erstreckende Spalte in Umfangsrichtung zueinander
fluchtend angeordnet sind, wird ein Verdrehen einzelner Lamellen
und somit das Auftreten eines Kurzschlusses vermieden.
-
In
Ausgestaltung der Erfindung kann das Vorsehen von in Umfangsrichtung
wirkenden Anschlägen
bzw. kann die nicht fluchtende Anordnung der sich in Umfangsrichtung
erstreckenden Spalte dadurch realisiert werden, dass mindestens
zwei Isolierwände
von mindestens einer der Isolierlamellen eine unterschiedliche axiale
Länge aufweisen.
Bevorzugt sind zwei oder drei unterschiedliche Längen von Isolierwänden vorgesehen,
wobei die unterschiedlich langen Isolierwände bevorzugt in Umfangsrichtung
abwechselnd angeordnet sind. Dies bedeutet, dass bevorzugt jeweils
zwei in Um fangsrichtung benachbarte Isolierwände eine unterschiedliche axiale
Länge aufweisen.
-
In
Ausgestaltung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die
beiden Isolierlamellen formkongruent, insbesondere unter Einhaltung
des Spaltes, zueinander ausgebildet und/oder angeordnet sind. Hierdurch
ist einer langen Isolierwand der ersten Isolierlamelle eine kurze
Isolierwand der gegenüberliegenden
zweiten Isolierlamelle zugeordnet. Durch die formkongruente Ausbildung
bzw. Anordnung der beiden Isolierlamellen ist die axiale Gesamtlänge der
Isolierwandpaare identisch, wobei ein Isolierwandpaar aus zwei gegenüberliegenden
Isolierlamellen gebildet ist.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung ist vorgesehen, dass innerhalb einer Nut ausschließlich ein
Spalt vorgesehen ist, also dass sich die Isolierwände ausschließlich axial
gegenüberliegen.
-
Gemäß einer
weiteren, ebenfalls vorteilhaften Ausführungsform ist im Gegensatz
dazu vorgesehen, dass innerhalb mindestens einer der Nuten, vorzugsweise
in sämtlichen
Nuten, mindestens zwei in axialer Richtung beabstandete Spalte vorgesehen sind.
Diese beiden, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Spalte können bei
Bedarf durch einen in axialer Richtung verlaufenden Spalt miteinander
verbunden sein.
-
Zur
Realisierung von mindestens zwei in Umfangsrichtung verlaufenden
Spalten pro Nut, weisen beide Isolierwände eines Isolierwandpaares
mindestens je zwei Isolierwandabschnitte mit einer unterschiedlichen
axialen Länge
auf. Hierdurch greifen die Isolierwände eines Isolierwandpaares verzahnungsartig
ineinander, liegen sich also nicht nur axial, sondern auch in Umfangsrichtung
gegenüber.
-
Herstellungs-,
Lagerhaltungs- und Montagekosten können reduziert werden, wenn
beide Isolierlamellen identisch ausgebildet werden, wobei die identisch
ausgebildeten Isolierlamellen bevorzugt verdreht zueinander angeordnet
sind, so dass sich jeweils kurze und lange Isolierwände gegenüberstehen.
-
Um
eine exakte Positionierung der Isolierlamellen auf dem Blechpaket
sowie relativ zueinander sicherzustellen, ist in Ausgestaltung der
Erfindung vorgesehen, dass an beiden Isolierlamellen, vorzugsweise
an deren Stirnseiten, jeweils mindestens eine Positioniermarke,
insbesondere ein Loch, vorgesehen ist.
-
Ferner
betrifft die Erfindung einen Elektromotor, insbesondere zum Einsatz
in einem Kraftfahrzeug mit einem zuvor beschriebenen Anker. Vorzugsweise
ist dabei der Anker ausschließlich
durch Ringverstemmen auf der Welle, d.h. nicht formschlüssig, gesichert.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen,
der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen.
-
Es
zeigen:
-
1:
eine perspektivische Ansicht eines auf einer Welle angeordneten
Ankers mit einer montierten und einer nicht montierten Isolierlamelle,
-
2:
eine perspektivische Ansicht eines auf einer Motorwelle montierten
Ankers,
-
3:
eine durch zwei gegenüberliegende Nuten
hindurchgeschnittene Ansicht des Ankers gemäß 2,
-
4:
eine perspektivische Ansicht einer möglichen Ausführungsform
einer Isolierlamelle mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten
Isolierwänden,
wobei zwei unterschiedliche Längen
von Isolierwänden
vorgesehen sind,
-
5:
eine weitere Ausgestaltungsform einer Isolierlamelle mit drei unterschiedlichen
Längen von
Isolierlamellen und
-
6:
eine weitere Ausführungsform
einer Isolierlamelle mit Isolierwänden, die zwei unterschiedlich
lange Wandabschnitte aufweisen.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
In
den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit gleicher Funktion
mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
In 1 ist
ein Anker 1 für
einen nicht dargestellten Elektromotor gezeigt. Der Anker 1 ist üblicherweise
innerhalb eines Stators rotierbar angeordnet.
-
Der
Anker 1 besteht aus einem Blechpaket 2, das aus
einer Vielzahl von axial aneinandergepressten Blechlamellen 3 besteht.
Das Blechpaket 2 bzw. die Blechlamellen 3 sind
durch Ringverstemmen auf einer Welle 4 drehfest fixiert.
In 1 ist auf der Welle 4 zusätzlich ein
Kommutator 5 gezeigt.
-
In
das Blechpaket sind eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten,
V-förmigen
Nuten 6 eingebracht. Die Nuten 6 sind in ihrem
oberen, d.h. in dem radial äußeren Bereich
verengt ausgebildet. Die Nuten 6 dienen zur Aufnahme einer
nicht dargestellten Ankerwicklung, insbesondere aus Kupferdraht.
Um das Blechpaket 2 aus Stahlblech gegen die nicht dargestellte
Ankerwicklung zu isolieren, sind eine erste Isolierlamelle 7 und
eine zweite Isolierlamelle 8 vorgesehen. Die Isolierlamellen 7, 8 sind identisch
ausgebildet und formkongruent zueinander unter Einhaltung eines
in Umfangsrichtung verlaufenden Spaltes angeordnet. Beide Isolierlamellen 7, 8 weisen
eine flache Stirnseite 9, 10 mit kreisförmiger Kontur
auf. Von den Stirnseiten 9, 10 erstrecken sich V-förmige Isolierwände 11, 12 in
die Nuten 6 hinein. Die Isolierwände 11, 12 sind
der Innenkontur der Nuten angepasst und liegen an den Nutwänden an,
wodurch die Nuten 6 bzw. das Blechpaket 2 gegen
die Ankerwicklung isoliert wird. Die beiden Arten von Isolierwänden 11, 12 sind
identisch konturiert, weisen jedoch eine unterschiedliche Länge auf.
Die Isolierwände 11 sind
dabei wesentlich kürzer
ausgebildet als die Isolierwände 12.
-
Im
montierten Zustand liegen sich jeweils lange Isolierwände 12 der
ersten Isolierlamelle 7 und kurze Isolierwände 11 der
zweiten Isolierlamelle 8 gegenüber. Ebenso liegen sich kurze
Isolierwände 11 der
ersten Isolierlamelle und lange Isolierwände 12 der zweiten
Isolierlamelle 8 gegenüber.
Die Gesamtlänge
sämtlicher
sich gegenüberliegender
Isolierwände 11, 12; 12, 11,
also die Gesamtlänge
der Isolierwandpaare, ist identisch.
-
Der
sich zwischen den gegenüberliegenden Isolierwänden 11, 12; 12, 11 ergebende
Spalt ist aus 1 nicht ersichtlich.
-
In 2 ist
der Anker 1 fertig auf der Welle 4 montiert. Es
ist deutlich zu erkennen, dass an den Stirnseiten 9, 10 der
Isolierlamellen 7, 8 hohlzylindrische Ringsätze 13, 14 zur
Führung
und Fixierung der Isolierlamellen 7, 8 auf der
Welle 4 vorgesehen sind.
-
In 2 sind
die sich zwischen den gegenüberliegenden
Isolierwänden 11, 12 ergebenden
Spalte 15 zu erkennen. Die Spalte sind V-förmig ausgebildet
und erstrecken sich in Umfangsrichtung. Bei den Spalten 15 handelt
es sich um nicht isolierte Bereiche der Nuten 6. Da die
Spalte 15 von jeweils zwei benachbarten Nuten 6 in
axialer Richtung versetzt zueinander angeordnet sind, kann sich
jede Blechlamelle 3 des Blechpaketes 2 in Umfangsrichtung
an mindestens einer Isolierwand 11, 12 der Isolierlamellen 7, 8 abstützen, wodurch
ein Verdrehen sämtlicher Blechlamellen 3 des
Blechpaketes 2 durch Formschluss mit mindestens einer Isolierwand 11, 12 verhindert
wird. Ferner ist zu erkennen, dass an der Stirnseite 10 der
Isolierlamelle 8 Positioniermarken 18 vorgesehen
sind, die zur exakten Positionierung der beiden Isolierlamellen 7, 8 zueinander
bei der Montage dienen.
-
In 3 ist
der Anker 1 in einer geschnittenen Darstellung gezeigt.
Die Längsachse 16 der
Welle 4 sowie die Mittelachse 17 des Ankers 1 sind
eingezeichnet. Zu erkennen ist, dass sich jeweils eine kurze Isolierwand 11 und
eine lange Isolierwand 12 der beiden Isolierlamellen 7, 8 innerhalb
der Nuten 6 axial gegenüberliegen.
Zwischen den sich gegenüberliegenden
Isolierwänden 11, 12 ist
jeweils ein Spalt 15 ausgebildet. Die gezeigten Spalte 15 sind
in axialer Richtung versetzt zueinander angeordnet. Durch die axiale
Beabstandung entsteht kein in Umfangsrichtung durchgehend fluchtender
isolationsfreier Bereich. Für
jede Blechlamelle 3 ist durch die Isolierwände 11, 12 ein
Anschlag in Umfangsrichtung ausgebildet.
-
In 4 ist
die zweite Isolierlamelle 8 gemäß 1 vergrößert dargestellt.
Zu erkennen ist, dass abwechselnd kurze und lange Isolierwände 11, 12 über den
Umfang der Isolierlamelle 8 abwechselnd angeordnet sind.
Die Isolierwände 11, 12 sind
entsprechend formkomplementär
zu der Innenkontur der Nuten ausgeformt, d.h. im vorliegenden Ausführungsbeispiel
im Wesentlichen V-förmig.
Die Isolierwände 11, 12 verbreitern
sich konisch von radial innen nach radial außen, wobei der Querschnitt
im radial äußeren Bereich
durch in Umfangsrichtung nach innen weisende Stege 19 verengt
ist. Innerhalb der Stirnwand 10 ist eine Durchgangsöffnung 20 mit
daran anschließendem
hohlzylinderförmigen
Fortsatz 14 zur Aufnahme der nicht gezeigten Welle 4 vorgesehen.
-
Im
Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 sind
bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 5 bei
der gezeigten Isolierlamelle 8 drei unterschiedlich lange
Isolierwände 11, 12, 21 vorgesehen.
Dabei sind die Isolierwände 21 etwa doppelt
so lang ausgebildet wie die Isolierwände 11 und die Länge der
Isolierwände 12 entspricht
etwa der Summe der axialen Länge
der Isolierwände 11 und 21.
Jeweils jede dritte Isolierwand in Umfangsrichtung ist identisch
ausgebildet, wobei die Isolierwände 11, 21, 12 abwechselnd
in Umfangsrichtung angeordnet sind.
-
Bei
dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Isolierlamelle 8 sind
sämtliche
Isolierwände
hälftig
unterteilt in einen kurzen Isolierwandabschnitt 22 und
einen benachbarten, langen Isolierwandabschnitt 23. Zwischen
einem kurzen Isolierwandabschnitt 22 und einem langen Isolierwandabschnitt 23 zweier
gegenüberliegenden
Isolierlamellen 7, 8 wird jeweils ein Spalt ausgebildet,
so dass sich innerhalb jeder Nut zwei in axialer Richtung versetzte
Spalte ergeben. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist für jede Blechlamelle 3 des
Blechpaketes 2 ein Anschlag in Umfangsrichtung vorgesehen.