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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Anker für schnell laufende,
in abrasivstaubhaltiger Luft zwangsbelüftete Elektromotoren
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei
Elektromotoren, insbesondere von Elektrowerkzeugen Wie z. B. Winkelschleifern,
wird zur Kühlung ein Luftstrom eingesetzt. Durch das Absaugen
von Kühlluft gelangen teilweise abrasive mehr oder weniger
feine Partikel in das Gerät. Diese abrasiven Partikel können,
je nach Art und Aufkommen, den Elektromotor beschädigen.
Vor allem der Anker als sich schnell drehende Komponente, kann beim Zusammentreffen
mit derartigen Partikeln beschädigt werden. Dabei kann
das Abstrahlen des Schutzlacks bzw. der Isolierung der Ankerwicklung
oder sogar das Durchstrahlen der Ankerwicklung auftreten. Um solchen
Abstrahlbeschädigungen vorzubeugen, wird bei Elektromotoren
je nach Anforderungen ein Wicklungsschutz integriert, wobei in der
Regel eine Opferschicht über die Wicklung oder den Wickelkopf
aufzubringen ist, welche zuerst abgestrahlt werden muss, bevor die
abrasiven Partikel überhaupt die Ankerwicklung treffen
können. Dabei ist eine Reihe von Maßnahmen bekannt,
wie etwa eine Harzraupe auf die Ankerwicklung bzw. den Wickelkopf
aufzubringen, ein Kunststoffgitter über den Wickelkopf
zu stülpen oder auch mittels einer Schnurbandage die Ankerwicklung
am Wickelkopf zu schützen. Bei der Schnurbandage wird eine
Schnur mittels eines Wickelschemas über der Ankerwicklung
aufgebracht.
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Aus
der
WO 92/00626 A1 ist
ein Anker mit einem aus üblichen gezahnten Blechlamellen
gebildeten Ankerblechpaket bekannt, bei dem eine Schnur als Nutverschluss
in die Nuten des Ankers eingeschlagen ist, die an den Stirnseiten
der Nuten aus den Nuten herausragt, über den Wickelkopf
gelegt und dort fixiert ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Erfindung geht aus von einem Anker für schnell laufende,
in abrasivstaubhaltiger Luft zwangsbelüftete Elektromotoren,
mit in Nuten eines Ankerblechpakets eingelegten Wicklungen, die
an den Stirnseiten des Ankers Wickelköpfe bilden, wobei
das Ankerblechpaket und etwaig vorhandene Nutverschlüsse
einen Paketkörper bilden, wobei eine Schutzvorrichtung
wenigstens für die Wickelköpfe vorgesehen ist.
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Es
wird vorgeschlagen, dass die Schutzvorrichtung den Wickelkopf wenigstens
bereichsweise überdeckt und am Paketkörper in
einem stirnseitigen Bereich des Paketkörpers festgemacht
ist. Als Vorteil ergibt sich, dass eine robuste Schutzvorrichtung
geschaffen werden kann, die angebracht werden kann, ohne dass der
Kupferfüllgrad in den Nuten des Ankers reduziert werden
muss und die Ankerwicklung günstigerweise effektiv vor
abrasiven Partikeln im Kühlstrom schützen kann.
Die Schutzvorrichtung kann zusätzlich zu einem Nutverschluss
vorgesehen sein oder mit dem Nutverschluss verbunden sein, so dass
kein zusätzlicher Bauraum in den Nuten vorgesehen werden
muss. Dies ist besonders bei schnelldrehenden Elektromotoren günstig.
Denkbar ist ebenso, die Schutzvorrichtung auch bei Ankern ohne Nutverschluss
einzusetzen. In diesem Fall wird der Paketkörper durch
das Ankerblechpaket gebildet.
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Eine
vorteilhafte kann von einer Schnurbandage gebildet sein. Die Schnur
für die Schutzvorrichtung als Ankerschutz muss nicht wie
im Stand der Technik in der gesamten Nut und über die Wickelköpfe
aufgebracht werden, sondern nur dort, wo sie benötigt wird,
d. h. an den Wickelköpfen. Hierdurch sinkt der Füllgrad
in der Nut des Ankerblechpakets, wodurch es möglich ist,
weitere Kupferwicklungen in das Ankerblechpaket einzubringen oder,
falls erforderlich, einen Nutverschluss anzubringen. Zudem wird
für dieselbe Qualität an Ankerschutz weniger Schnurmaterial
benötigt. Kosten und Dauer bei der Herstellung können
daher gesenkt werden, da der die Schutzvorrichtung nur über
eine geringere Ankerlänge aufgebracht werden muss.
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Bevorzugt
kann die Schutzvorrichtung aus einer Schnurbandage gebildet sein,
die an wenigstens einem Nutverschluss eingehängt oder eingefädelt
ist, womit eine stabile und belastbare Fixierung der Schutzvorrichtung
am Anker möglich ist. Der separate Nutverschluss schützt
die Wicklung im Ankerblechpaket, während die Schnurbandage
die Wickelköpfe vor dem Abstrahlen schützt. Der
Nutverschluss kann günstigerweise bei sehr hohen Drehzahlen
des Ankers vorgesehen sein, wenn eine Fixierung der Wicklung in
der Nut mittels eingeschlagenen Isolierpapiers und Harz nicht ausreichen
oder wegen Mängel in der Harzeinbringung zur Fixierung
der Wicklung in der Nut die Kupferdrähte der Wicklung aufgrund
von Vibrationen und Fliehkräften zueinander bewegen oder
aus der Nut herausgeschleudert werden. Dies kann durch einen Nutverschluss,
etwa einem Deckschieber, der die Nut von der Wicklungsseite her
abdeckt, verhindert werden.
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Der
wenigstens eine Nutverschluss kann einen Haken aufweisen. An dem
Haken kann die Schnur der Schnurbandage sicher eingehängt
werden. Der Haken kann beispielsweise durch Ausstanzen aus dem Körper
des Nutverschlusses gebildet sein oder durch Ausstellen eines Materialbereichs, so
dass der ausgestellte Materialbereich vom Nutverschluss absteht
und den Haken bildet. Ebenso kann der Nutverschluss an seinem freien
Ende ein T-förmiges Profil aufweisen, um das die Schnur
geschlungen werden kann.
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Der
wenigstens eine Nutverschluss kann axial über das Ankerblechpaket überstehen.
Vorteilhaft steht der Nutversschluss wenigstens so weit über, dass
die Schnurbandage am Nutverschluss befestigt werden kann, ohne in
die mit Kupfer gefüllten Nuten eingreifen zu müssen.
Vorteilhaft kann der wenigstens eine Nutverschluss mit einem Stützring
vom Wickelkopf beabstandet sein. Der Stützring kann vorzugsweise
nahe am Ankerblechpaket angeordnet sein, so dass in einem besonders
gefährdeten Bereich eine besonders große Dicke
der Schutzvorrichtung verfügbar ist, so dass trotz eines
Abtrags durch Erosion die Lebensdauer der Schutzvorrichtung, des Ankers
und somit auch des Elektrowerkzeugs, verlängert werden
kann. Insbesondere kann die Ankerwicklung vor einem schädlichen
Abtrag ihrer elektrischen Isolierung geschützt werden.
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Die
Schutzvorrichtung kann aus einer Schnurbandage gebildet sein, die
an einer oder mehreren am Ankerkörper stirnseitig angeordneten
Lamellen des Ankerblechpakets eingehängt ist, welche durch
eine Nut von axial weiter innen liegenden Lamellen des Ankerblechpakets
so getrennt sind, dass ein freigestelltes Profil zum Befestigender
Schnurbandage gebildet ist. Dadurch kann für die Befestigung
der Schnurbandage ausreichend Platz geschaffen und eine Herstellung
der Schnurbandage am Anker erleichtert werden. Die umlaufende Nut lässt
sich auf einfache Weise herstellen, etwa durch Drehen des Ankerblechpakets
nach dem Stanzen der Lamellen oder direkt beim Stanzen durch eine entsprechende
Ausrichtung von Stanz- und Dekupierschnitten. Zweckmäßigerweise
kann vorgesehen sein, bei einer derartigen Schutzvorrichtung einen
etwaig vorhandener Nutverschluss kürzer und nur bis an
die Nut zu führen und nicht über die gesamte Länge
der Nut auszubilden.
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Die
Schutzvorrichtung kann aus einer Schnurbandage gebildet sein, die
an einer Endlamelle des Ankerblechpakets eingehängt sein
kann. Ein Zahn der Endlamelle ist in der Regel schmaler ausgebildet
als ein Zahn des Ankerblechpakets. Vorzugsweise kann an einer dem
Ankerblech zugewandten Seite ein oder mehrere Zähne der
Endlamelle eine Aussparung, etwa in der Art einer Nut, vorgesehen
sein, so dass eine Schnur leicht um den vorspringenden Teil des
jeweiligen Endlamellen-Zahns geschlungen werden kann. Eine Endlamelle
ist in der Regel vorgesehen, um die Stirnseiten von Elektromotoren,
etwa so genannten Universalmotoren, eine definierte Isolationsstrecke
zwischen Wicklung und Ankerblechpaket zu erreichen. Diese Isolations-Endlamelle
kann als separates Element, etwa aus Papier oder Kunststoff, vor
dem Wickeln montiert werden oder gleichzeitig mit dem üblichen
Umspritzen/Einspritzen der Ankerschutzisolation hergestellt werden. Vorteilhaft
werden keine zusätzlichen Bauteile benötigt, um
die Schutzvorrichtung zu befestigen. Eine vorteilhafte Fixiernut
in der Endlamelle kann auf mehrere günstige Weisen hergestellt
werden. Es können mehrere einzelne Endlamellen mit unterschiedlichen Außendurchmessern
ihrer Zähne, die z. B. ein T-Profil aufweisen können,
so zusammengefügt werden, dass ein Haken gebildet wird.
Es kann eine einteilige Endlamelle gefertigt werden, die an geeigneter
Stelle einen Haken aufweist. Ferner kann die Endlamelle bei einem
Umpressen der Ankerwelle mit dem Ankerblechpaket und dem damit üblicherweise
verbundenen Aufbringen der Isolation zwischen Anker und Welle im
gleichen Prozessschritt und mit dem gleichen Material wie die Isolation
mit erforderlicher Fixiernut und/oder Haken hergestellt werden.
Ankerisolation und Endlamelle können somit einteilig ausgebildet
sein.
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Die
Schutzvorrichtung kann aus einer Endlamelle des Ankerblechpakets
gebildet sein, die wenigstens bereichsweise über den Wickelkopf
gelegt sein kann. In diesem Fall müssen lediglich die Zähne der
Endlamelle mit ausreichend großer Länge, d. h. die
Endlamelle mit ausreichend großem Durchmesser hergestellt
werden.
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Es
kann ein Ring mit dem Paketkörper verbunden sein, wobei
der Ring quer abstehende Ausleger aufweisen kann, die den Wickelkopf
wenigstens bereichsweise überdecken können. Die
Ausleger können vorzugsweise aus flexiblen Materialstreifen bestehen,
die über den Wickelkopf gelegt und dort fixiert werden
können. Der Ring kann eine Innenverzahnung aufweisen, die
passend zwischen die Strahlen der Endlamelle angeordnet werden kann.
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Durch
ein Verdrehen des Rings kann zwischen Endlamelle und Ring ein axialer
Formschluss erreicht werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird eine elektrische Maschine vorgeschlagen die
einen Anker gemäß wenigstens einem der vorstehend
beschriebenen Merkmale aufweist. Die elektrische Maschine kann eine
Gleichstrommaschine oder eine Wechselstrommaschine sein oder ein
Universalmotor. Die elektrische Maschine kann in Elektrowerkzeugen
eingesetzt sein, insbesondere in Winkelschleifer, Bohrhämmer
oder dergleichen, oder auch in Haushaltsstaubsaugern, Industriestaubsaugern, Waschmaschinen
und dergleichen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Zeichnung
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche
enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird
die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten
und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es
zeigen:
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1a–c
verschiedene Ansichten einer bevorzugten Ausgestaltung mit eingehängter
Schnur an einer Endlamelle;
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2a–c
verschiedene Ansichten einer bevorzugten Ausgestaltung mit umlaufender
Nut im Ankerblechpaket;
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3 Ansichten bevorzugter Ausgestaltungen
mit eingehängter Schnur an unterschiedlich ausgeformten
Nutverschlüssen;
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4a,
b verschiedene Ansichten einer bevorzugten Ausgestaltung mit eingehängter
Schnur an einem gestanzten Haken eines Nutverschlusses;
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5a,
b verschiedene Ansichten einer bevorzugten Ausgestaltung mit einer
an einem Deckschieber eingehängten Schnur;
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6 eine
bevorzugte Ausgestaltung mit eingefädelter Schnur an einem
Nutverschluss;
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7 eine
bevorzugte Ausgestaltung mit verlängertem Nutverschluss
und Stützring;
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8 eine
bevorzugte Ausgestaltung mit umgelegter Endlamelle; und
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9a,
b eine bevorzugte Ausgestaltung mit einem Ring mit Innenverzahnung
und Auslegern (a) und dem Ring im montierten Zustand (b).
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Ausführungsform der
Erfindung
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In
den Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Elemente mit denselben
Bezugszeichen beziffert.
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Ein
bevorzugter Anker für schnell laufende, in abrasivstaubhaltiger
Luft zwangsbelüftete Elektromotoren, insbesondere in Elektrowerkzeugen,
weist mit Nuten eines Ankerblechpakets eingelegte Wicklungen auf,
die an den Stirnseiten des Ankers Wickelköpfe bilden, wobei
das Ankerblechpaket und etwaig vorhandene Nutverschlüsse
einen Paketkörper bilden. Es ist eine Schutzvorrichtung
für die Wickelköpfe vorgesehen, welche den Wickelkopf
wenigstens bereichsweise überdeckt und stirnseitig am Paketkörper festgemacht
ist. Die Wicklung kann in den Nuten jeweils durch die länglichen
Nutverschlüsse niedergehalten werden.
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1a bis 1c zeigen
zur Erläuterung der Erfindung verschiedene Ansichten einer
bevorzugten Ausgestaltung einer Schutzvorrichtung 50 in Form
einer Schnurbandage mit eingehängter Schnur 52 an
einer Endlamelle 60, die an einer Stirnseite 24 des
Ankerblechpakets 12 angeordnet ist. Dabei ist die Schutzvorrichtung 50 auf
beiden Seiten des Ankerblechpakets 12 vorgesehen, welches
auf jeder Stirnseite 24 von einem Wickelkopf 30 der
Wicklung überragt ist. Die nicht erkennbare Wicklung ist
in Nuten 14 des Ankerblechpakets 12 eingelegt,
wobei die Wicklung durch etwaig vorhandene Nutverschlüsse 16 fixiert
sein kann. 1a zeigt eine Draufsicht auf den
bevorzugten Anker 10, 1b ein
Detail eines Zahns 26 des Ankerblechpakets 12 mit
einer Endlamelle 60 und 1c einen
Schnitt durch eine Hälfte des Ankers 10.
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Das
Ankerblechpaket 12 bildet mit den etwaig vorhandenen Nutverschlüssen 16 einen
Paketkörper 40. Das Ankerblechpaket 12 umgibt
mit der Wicklung die Welle 18, wobei zur elektrischen Isolation zwischen
Ankerblechpaket 12 und Welle 18 eine Isolationsschicht 22 zwischen
Welle 18 und Wicklung vorgesehen ist. An einer Seite des
Ankerblechpakets 12 ist ein Kommutator 20 angeordnet.
Die Zähne 62 der Endlamelle 60 sind schmäler
als Zähne 26 des Ankerblechpakets 12.
Zweckmäßigerweise ist in der Endlamelle eine Aussparung
(Nut) 64 vorgesehen, so dass die Schnur 52 sich
leicht in den Zahn 62 einhängen lässt.
Vorteilhaft muss die Schnur 52 nicht in die Nuten 14 des
Ankerblechpakets 12 eingelegt werden.
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2a–2c zeigt
verschiedene Ansichten einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung
eines Ankers 10 mit umlaufender Nut 70 im Ankerblechpaket 12.
Zur Beschreibung der Details des Ankers 10 wird zur Vermeidung
unnötiger Wiederholungen auf die 1a verwiesen.
Die Schutzvorrichtung 50 ist auch hier aus einer Schnurbandage
gebildet, wobei deren Schnur 52 nunmehr an einer oder mehreren am
Ankerkörper 40 stirnseitig angeordneten Lamellen 74 des
Ankerblechpakets 12 eingehängt ist. Eine Endlamelle 60 (1b, 1c)
ist in den 2b und 2c nicht
eingezeichnet. Die eine oder mehreren Lamellen 74 sind
durch die Nut 70 von axial weiter innen liegenden Lamellen
des Ankerblechpakets 12 so getrennt, dass ein freigestelltes
Profil 72 zum Befestigen der als Schnurbandage ausgebildeten
Schutzvorrichtung 50 gebildet ist. Eine Schlaufe der Schnur 52 umschlingt
das freigestellte Profil 72 eines Zahns 26 des
Ankerblechpakets 12. Dabei wird die Schnur 52 in
einem kurzen Stück der Nut 70 entsprechend der
Zahnbreite des Zahns 26 in die Nut 70 eingelegt
(2c).
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Die
Ausführungsbeispiele in den 1a–1c und 2a–2c können
mit oder ohne Nutverschluss 16 ausgeführt sein.
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Ansichten
bevorzugter Ausgestaltungen mit eingehängter Schnur an
unterschiedlich ausgeformten Nutverschlüssen 80 zeigen
die 3a–3c, 4a, 4b. 5a–5c, 6 und 7. Zweckmäßigerweise
ist der jeweilige Nutverschluss 80 länger ausgeführt
als die Nut 14 des Ankerblechpakets 12 (1a). 3a zeigt
einen Nutverschluss 80, dessen freies Ende 82 in
Form gestanzt ist, so dass sich ein Haken 84 ergibt, der
in der Ebene der Flachseite des Nutverschlusses 80 liegt. 3b zeigt
eine Variante mit einem ausgestellten Haken 86, der quer
von der Flachseite des Nutverschlusses 80 absteht. 3c zeigt
eine Variante, bei welcher der Nutverschluss an seinem freien Ende 82 ein T-Profil
als Haken 88 aufweist. Es ist in den Figuren jeweils angedeutet,
wie die Schnur 52 um den jeweiligen Haken 84, 86, 88 geschlungen
werden kann.
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In
den 4a und 4b ist
als Draufsicht (4a) und im Schnitt (4b)
eine Anordnung eines z. B. als Deckschieber ausgebildeten Nutverschlusses 80 in
einem Ankerblechpaket 12 dargestellt, der an seinem freien
Ende 82 einen Haken 86 aufweist. Beispielhaft
ist der Haken 86 in Form des ausgestellten Hakens 86 ausgebildet.
Der Nutverschluss 80 ragt an der Stirnseite 24 aus
der Nut 14 zwischen zwei Zähnen 26 des
Ankerblechpakets 12 axial heraus und über die
Endlamelle 60 hinüber, so dass der Haken 86 frei
zum Einhängen der Schnur 52 der als Schnurbandage
ausgebildeten Schutzvorrichtung zugänglich ist. Zweckmäßigerweise
ist der überstehenden Nutverschluss 80 radial
nach innen zum Wickelkopf 30 hin gebogen.
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Die 5a–5c zeigen
eine Ausgestaltung mit einem Nutverschluss 80 in zwei Draufsichten (5a, 5b)
und einem Schnitt (5c), wobei das freie Ende 82 des
Nutverschlusses 80 als Haken 88 mit T-Profil ausgestaltet
ist. Der Nutverschluss 80 verschließt eine Nut 14 zwischen
zwei Zähnen 26 des Ankerblechpakets 12 und
ragt axial über die Endlamelle 60 hinaus, so dass
die Schnur 52 problemlos in den Haken 88 eingehängt
werden kann.
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Die
Ausgestaltung in 6 zeigt eine Variante, bei der
die Schnur 52 der als Schnurbandage ausgebildeten Schutzvorrichtung
in eine Bohrung 90 am freien Ende 82 des Nutverschlusses 80 eingefädelt ist.
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7 zeigt
eine vorteilhafte Weiterbildung, bei welcher ein aus dem Ankerblechpaket 12 bzw. der
Nut 14 vorstehender Nutverschluss 80 über
einen Stützring 92 gelegt ist, der zwischen dem
freien Ende 82 des Nutverschlusses 80 und dem
Wickelkopf 30 angeordnet ist. Am Nutverschluss 80 ist
die nicht dargestellte Schutzvorrichtung befestigt. Denkbar ist auch,
den Nutverschluss 80 selbst als Schutzvorrichtung zum Abdecken
des Wickelkopfs 30 zu nutzen und mit einer Fixierung 94 am
Wickelkopf 30 festzulegen. Der Stützring 94 erhöht
die Robustheit der Schutzvorrichtung zusätzlich. Der Stützring 94 bietet in
dem am stärksten von abrasiven Partikeln im Kühlluftstrom
abgestrahlten Bereich noch mehr Opferschichtdicke und dadurch länger
einen effektiven Motorschutz. Der Stützring 94 kann
bei der Montage über den Kommutator 20 an das
Ankerblechpaket 12 (1a) geschoben
werden, bevor die Schutzvorrichtung fertig gestellt wird.
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Eine
vorteilhafte robuste Ausgestaltung zeigt 8. Eine
Endlamelle 60 ist so ausgeführt, dass die Strahlen
(Zähne 62) der Endlamelle 60 verlängert sind
und über den Wickelkopf 30 geklappt werden können.
Die verlängerten Strahlen 62 bilden die Schutzvorrichtung 50.
Eine Fixierung 68 hält die Strahlen 62 der
Endlamelle 60 in Position über dem Wickelkopf 30.
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Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung mit einem Ring 100 mit
einer Innenverzahnung 102 zeigen die 9a und 9b.
Der Ring 100 in 9a weist
eine Mehrzahl von Auslegern 104 als Schutzvorrichtung 50 auf,
die sich in axialer Richtung quer, z. B. senkrecht, zur Ringfläche
erstrecken. Im montierten Zustand (9b) ist
der Ring 100 mit dem Paketkörper 40 verbunden,
wobei der Ring 100 einen Ausleger 104 und Innenverzahnung
aufweist, der den Wickelkopf 30 wenigstens bereichsweise überdeckt.
Der Ring 100 kann über den Kommutator 20 (1a)
geschoben werden, bis die Innenverzahnung 102 des Rings 100 zwischen
den Strahlen (Zähnen 62) der Endlamelle 60 liegt
und an das Ankerblechpaket 12 anschlägt. Anschließend
wird der Ring 100 leicht gedreht, so dass die Innenverzahnung 102 und
die Endlamelle 60 einen axialen Formschluss bilden. Über
eine Fixierung 94, etwa eine Schnur, werden die Ausleger 104 an
den Wickelkopf 30 angelegt und der Motorschutz vervollständigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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