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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Anker mit in Nute mit Spalten zwischen Zähnen angeordneten Ankerwicklungen und als Nutverschluss dienenden Nutkeilen.
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Eine derartige Maschine ist aus
EP 0 579 953 B1 bekannt. Darin werden entsprechend dem Profil der aufnehmenden Nutform vorgeformte, massive Nutverschlüsse durch ein axiales Einschieben von aus Rund-Papierkordel in die Nute radial oberhalb der zuvor eingebrachten Ankerwicklung hergestellt. Solche Nutverschlüsse sind regelmäßig aus einem nicht leitenden Material hergestellt, wie auch
DE 30 08 937 C2 zeigt. Dort werden als Nutverschlüsse scharfkantige Folienteile unmittelbar auf die Ankerwindungen gepresst, die natürlich keine äußere galvanische Verbindung untereinander vertragen, weshalb die Folienteile vorzugsweise aus Kunststoff bestehen sollten.
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Aus dem Stand der Technik bekannte Nutverschlüsse decken zwar die Zahnlücken des Ankers an seiner Mantelfläche möglichst strömungsneutral ab, so dass störende Geräusche aus der den Anker überstreichenden Luftströmung nicht befürchtet werden müssen. Sie verschließen die Zahnlücken jedoch auch im Hinblick auf eine Abführung der in der Ankerwicklung und im Ankerblechpaket entstehenden Wärme, die bei Maschinen des Standes der Technik daher kaum wirksam abgeführt werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass die im Anker entstehende Verlustwärme trotz Anwendung von Nutverschlüssen besser abgeführt werden kann.
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Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass die Nutkeile aus einem Wärme gut leitenden Material hergestellt sind und eine Form aufweisen, die der Profilform des über der Ankerwicklung in der Nut verbleibenden Raumes möglichst nahe kommt. Auf diese Weise liegt jeder Nutkeil dicht an den Wandungen der Wärme erzeugenden Bauteile (Polzähne, Ankerwicklung) an, so dass diese Wärme gut aus den betroffenen Bauteilen abgeführt werden kann. Da die Nutkeile aus einem Wärme gut leitenden Material bestehen, wird die aufgenommene Wärme auch wirksam weitergeleitet.
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Die Nutkeile haben daher gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine Fläche, die von der den Anker umgebenden Luft bestrichen wird, die nämlich eine mit der Mantellinie des Ankers fluchtende Außenfläche bildet.
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In besonders vorteilhafter Weise besteht das Wärme gut leitende Material aus einem leicht formbaren Metall. Aluminium hat sich hierfür als besonders geeignet erwiesen. Um die Ankerwindungen vor Kurzschlüssen zu schützen, sind die metallischen Nutkeile gegen die Ankerwicklungen durch eine Isolierschicht galvanisch voneinander getrennt.
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Eine besonders gute Kühlung des Ankers lässt sich durch eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung erzielen, wenn die Nutkeile einen parallel zur Ankerwelle angeordneten, an beiden Stirnseiten des Ankers offenen Hohlraum aufweisen. Dann kann nämlich die Kühlluft den Anker innerhalb der Nutkeile längs durchströmen und dort die angefallene Wärme sehr wirksam abführen. Vorzugsweise bestehen dann die Nutkeile aus einem Blechhohlkörper. Stattdessen können die Nutkeile aber auch einem Vollmaterial bestehen, das entlang der Nuten durchbohrt ist. Zu Unterstützung der Luftströmung kann die Achse dieser Bohrung mit der Achse des Ankers einen flachen Winkel bilden, so dass die Zentrifugalwirkung den Luftstrom beim Drehen des Ankers automatisch in Gang bringt.
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Die Außenfläche der Nutkeile kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine ihre Oberfläche vergrößernde Profilierung aufweisen. Dadurch wird der Kontakt dieser Flächen mit der Luftströmung intensiviert, was zu einer wirksameren Wärmeabfuhr führt.
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Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Erfindung nachstehend näher erläutert. In der Zeichnung zeigen
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1 einen Anker einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine im Querschnitt,
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2 ein Ausführungsbeispiel für eine Detailansicht gemäß der Markierung II in 1,
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3 eine weiteres Ausführungsbeispiel für eine Detailansicht gemäß der Markierung II in 1,
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4 eine anderes Ausführungsbeispiel für eine Detailansicht gemäß der Markierung II in 1,
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5 eine Ansicht auf eine Ankernut mit einer die Außenfläche des Nutkeils vergrößernden Profilierung in Richtung einer Mantellinie des Ankers und
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6 eine Ansicht gemäß 5 ohne Ausrichtung der Profilierung.
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Eine elektrische Maschine enthält regelmäßig einen Anker. Bei Universalmotoren hat der Anker immer eine elektrische Wicklung, deren Windungen zwischen mehreren Zähnen in Nuten verteilt sind. Die Wickelräume, also die Nute, werden von den Windungen zumeist nicht restlos ausgefüllt, so dass in jeder Nut noch ein freier Nutraum erhalten bleibt, der gern mit einem elektrisch und magnetisch inaktiven Material ausgefüllt wird, um die Windungen entgegen der Fliehkraft an ihrem Ort zu halten und wirbelaktive Freiräume zwischen den Zähnen zu vermeiden.
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1 zeigt im Querschnitt einen Anker 1 einer erfindungsgemäßen, ansonsten nicht dargestellten elektrischen Maschine. Der Anker 1 ist fest mit seiner Ankerwelle 2 verbunden, die beidseitig des Ankers 1 in einem Ständer-Tragteil der Maschine drehbar gelagert ist. Der Anker 1 hat acht Zähne 3, die zwischen sich die Nute 4 als Wickelräume für die Ankerwicklung 5 einschließen. Um den Spalt 6 am Mantel 7 des Ankers 1 zwischen den Zähnen 3 möglichst schmal zu halten, ohne die Einbringung der Ankerwicklung 5 zu behindern, sind die Zähne mantelseitig mit Hörnern 8 versehen. Zwei einander gegenüberstehende Hörner 8 jeweils benachbarter Zähne 3 verengen daher den Spalt 6 der jeweiligen Nut 4 in der Mantelfläche, so dass dort möglichst wenige Luftwirbel beim Drehen des Ankers 1 erzeugt werden.
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In den Nuten 4 bleiben oberhalb der Ankerwicklung 5 noch Freiräume erhalten, die durch Nutkeile 9 ausgefüllt werden. Im Stand der Technik sind solche, dem Verschluss der Nute 4 dienende Nutkeile 9 aus elektrisch nicht leitendem Werkstoff gebildet, der in aller Regel auch einen schlechten Wärmeleiter darstellt. Im Gegensatz dazu hat die erfindungsgemäße Maschine allerdings Nutkeile 9, die aus einem Wärme gut leitenden Material hergestellt sind, z. B. aus Aluminium. Wie 2 zeigt, ist in einem solchen Falle eines aus auch elektrisch leitendem Material hergestellten Nutkeils 9 die Ankerwicklung 5 zu schützen. Daher ist zwischen die Ankerwicklung 5 und den Nutkeil 9 eine Isolierfolie 10 eingelegt, die sich dem Profil des Nutkeils 9 und der Oberfläche der Ankerwicklung 5 gut anpasst. Im Übrigen sind Schutzmaßnahmen der Ankerwicklung 5 gegenüber den Zähnen 3 notorisch.
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Ein solcher Nutkeil 9 kann durch seine Wärme leitende Eigenschaft die in der Ankerwicklung 5 und dem Ankerblech entstehende Wärme sehr schnell aufnehmen und ebenso schnell nach Außen abgeben. Dazu dient die in den Spalt 6 eindringende Leiste 15 des Nutkeils 9. Hier hat der Nutkeil 9 unmittelbaren Kontakt mit der um den Anker streichenden Luft und kann die Wärme an die Luft abgeben. Der Nutkeil 9 und/oder seine Leiste 15 können aber zusätzlich auch entlang der Erstreckung der Ankerwelle 2 mit einem Durchbruch versehen sein, der an den Stirnseiten des Ankers 1 offen ist. Dann kann bei der Drehung des Ankers 1 in die eine Öffnung des Durchbruchs Kühlluft eintreten und aus der Öffnung an der anderen Seite austreten. Hierdurch kann die Wärmeabfuhr stark intensiviert werden.
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Ein fortentwickeltes Beispiel für eine solche Maßnahme ist in 3 dargestellt. Dort ist der Nutkeil 9 zusammen mit seiner Leiste 15 aus einem Blechhohlkörper 11 gebildet, der eine für die stabilisierende Wirkung des Nutkeils 9 ausreichend starke Wandung aufweist. Der Hohlraum ist aber so groß, dass an den Innenflächen des Blechhohlkörpers 11 ein intensiver Wärmeübergang an die Kühlluft stattfinden kann, die an den mit dem Profil des Hohlraumes etwa gleich großen Öffnungen an der einen Stirnseite eintritt und an der anderen Seite austritt. Alle übrigen Ausgestaltungen des Ankers 1 können gleich bleiben. Die Leiste 15 ragt mit ihrer Außenfläche 12, die einen Mantelteil des Ankers 1 bildet und in der Mantellinie liegt, in den Spalt 6 der Nut 4.
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Eine weitere Fortentwicklung für die erfindungsgemäße elektrische Maschine verkörpert der in 4 dargestellte Anker, der prinzipiell gleich ausgestattet ist wie der Anker in 3. Allerdings hat der mit der umgebenden Luft in Kontakt tretende Mantelteil 12, der zwar den Spalt 6 ausfüllt und zur Leiste 15 des Nutkeils 9 gehört aber in der Mantelfläche des Ankers 1 liegt, eine seine Oberfläche vergrößernde Welligkeit. Der in 4 dargestellte Schnitt des Ankers weist die Welligkeit als in Umfangsrichtung des Ankers 1 orientiert aus. Damit liegen die Erhebungen 13 und Vertiefungen 14 etwa parallel zur Ankerwelle 2. Diese Erhebungen 13 und Vertiefungen 14 können zusätzlich noch wellig geformt sein.
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5 und 6 zeigen Ansichten in Radialrichtung auf die Mantelfläche 7 des Ankers 1. Darin sind die Mantelteile 12 der Leisten 15 ebenfalls aus dieser Blickrichtung zu sehen. In dem Ausführungsbeispiel der 5 ist dieser Mantelteil 12 mit zahlreichen Erhebungen 13 und Vertiefungen 14 in Wellenform versehen, die in Mantellinien orientiert sind. Demgegenüber hat die Ausführungsform gemäß 6 Vertiefungen 14 als sphärische Mulden, denen gegenüber sich Erhebungen 13 als ihre Ränder erheben. Diese Mulden können jedoch auch kegelförmig sein oder in einer Mischform daraus bestehen. Alle derartigen, ihre Oberfläche vergrößernde Profilierung bewirkenden Mantelteile 12 dienen zur Verbesserung der Kühlung. Sie sollten aber nicht so intensiv profiliert sein, dass dadurch die den Anker 1 umstreichende Luft verwirbelt wird und zusätzliche unangenehme Geräusche erzeugt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0579953 B1 [0002]
- DE 3008937 C2 [0002]
