DE10250142A1 - Masseschlussfester Gleichstromelektromotor - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen masseschlussfesten Gleichstromelektromotor mit einer Motorwelle und einem darauf angeordneten Kollektor mit mehreren Kollektorlamellen, die sich in einem Bereich der Motorwelle zu einem Kollektorzylinder gruppieren. Dabei ist die Motorwelle zumindest an ihrer Mantelfläche elektrisch nicht leitend ausgebildet, z. B. dadurch, dass zumindest die Mantelfläche der Motorwelle aus einem Keramikwerkstoff gebildet ist. Die Kollektorlamellen weisen im Bereich der Kollektorzylinder einen radialen Abstand zur Motorwelle auf, der sich von 0 mm bis zu einem Oberwert in mm erstreckt, wobei dieser Oberwert geringer ist als die für die Masseschlussfestigkeit minimal einzuhaltende Kriechstrecke einer baugleichen Kollektorlamelle zu einer baugleichen Stahlwelle bei gleicher Prüfspannung der Masseschlussfestigkeit.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen masseschlussfesten Gleichstromelektromotor mit einer Motorwelle und einem darauf angeordneten Kollektor mit mehreren Kollektorlamellen.
• Eine derartige Ausgestaltung eines Gleichstrommotors wird insbesondere bei kleinen Elektromotoren angewandt. Ein gattungsgemäßer Gleichstromelektromotor ist aus der DE 197 40 551 A1 bekannt. Bevorzugt wird bei solchen Gleichstromelektromotoren der Kollektor durch Umspritzen der Motorwelle, insbesondere bei durchgehenden zweiseitig gelagerten Motorwellen, in einer Spritzgussform mit einem geeigneten Kunststoff hergestellt. Gleichzeitig werden bei einem solchen Vorgang auch die Kollektorlamellen mit eingespritzt. Der vordere, zu einem Kollektorzylinder gruppierte Bereich der Kollektorlamellen verläuft parallel zur Motorachse, wohingegen der zum Anschluss an jeweils eine Wicklungsspule vorgesehene Bereich rechtwinklig nach außen abgebogen ist und radial zur Motorachse verläuft. Die Kollektorlamellen werden durch den Kunststoff in ihrer Position fixiert. Dabei müssen die zum Kollektorzylinder formierten Bereiche der Kollektorlamellen nach außen hin frei bleiben, damit die Kollektorbürsten elektrisch leitend auf die Kollektorlamellen aufgesetzt werden können. Die Kunststoffverspritzung isoliert die Kollektorlamellen zueinander und auch zur Motorwelle.
• Bei dem so hergestellten Kollektorzylinder und den darauf Hülse aufsetzenden Bürsten, in Metall- oder Graphitausbildung, handelt es sich um Verschleißteile, deren Lebensdauer die Lebensdauer des Motors bestimmen. Der Kollektorzylinder und die Bürsten stehen im ständigen Reibkontakt miteinander und unterliegen somit einer ständigen Abnutzung der Teile, wobei die Abnutzung direkt von der Umfangsgeschwindigkeit des Kollektorzylinders beeinflusst wird. Die bei der Stromwendung am Kommutierungssystem aus Kollektorzylinder und -bürsten auftretende Funkenbildung verstärkt diese Abnutzung. Zur Verhinderung der Funkenbildung bei Gleichstromelektromotoren mit Kommutator ist es bekannt, eine Funkenlösch- bzw. Funkenunterdrückungseinrichtung aus Kondensatoren vorzusehen, die die bei der Stromwendung auftretenden Spannungsspitzen reduziert.
• Aus der DE 196 14 219 A1 ist ein Gleichstrommotor mit einer im Bereich des Kollektorzylinders im Querschnitt reduzierten Motorwelle bekannt. Auch hier sind die Kollektorlamellen zur Positionierung und Halterung relativ zur Motorwelle mit Kunststoff verspritzt. Durch den geringeren Durchmesser der Motorwelle reduziert sich die Umfangsgeschwindigkeit des Kollektorzylinders, und damit die Abnutzung der Verschleißteile Kotlektorlamellen bzw. Bürsten. Die Querschnittsreduzierung der Motorwelle führt jedoch auch zu einer Schwächung der Welle und damit zu einer Reduzierung der Festigkeit. Eine solche Reduzierung der Festigkeit der Motorwelle ist jedoch nur bei großzügig dimensionierten Wellenquerschnitten realisierbar. Eine signifikante Querschnittsreduzierung der Motorwelle ist bei optimal dimensionierten Wellen nicht denkbar. Die Herstellung solcher bereichsweise im Querschnitt reduzierten Motorwellen erfordert einen erhöhten Aufwand und ist mit einem vergrößerten Ausschuss verbunden, und führt damit zu deutlich gesteigerten Produktionskosten. Diese Probleme verstärken sich, wenn der über den Kollektorzylinder hinausstehende Bereich einer durchgehenden Motorwelle einen größeren Durchmesser als der im Bereich des Kollektorzylinders reduzierte Querschnitt der Motorwelle erfordert.
• Um die Lebensdauer von Gleichstromelektromotoren zu erhöhen, bestehen im Stand der Technik kontinuierlich Bestrebungen, die Abnutzung der Kollektorlamellen bzw. der Bürsten zu reduzieren, und damit ihre Lebensdauer zu verlängern.
• Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Gleichstromelektromotor der eingangs genannten Art in einer Weise zu verbessern, dass er eine höhere Lebensdauer aufweist.
• Diese Aufgabe wird Erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Motorwelle zumindest an ihrer Mantelfläche elektrisch nicht leitend ausgebildet ist, und die Kollektorlamellen im Bereich des Kollektorzylinders einen radialen Abstand zur Motorwelle aufweisen, der sich von 0 mm bis zu einem Oberwert in Millimetern erstreckt, und dieser Oberwert geringer ist als die für die Masseschlussfestigkeit minimal einzuhaltende Kriechstrecke einer baugleichen Kollektorlamelle zu einer baugleichen Stahlwelle bei gleicher Prüfspannung der Masseschlussfestigkeit.
• Der verringerte radiale Abstand der Kollektorlamellen zur elektrisch nicht leitenden Motorwelle, bei der die Mantelfläche der Motorwelle z.B. aus einem Isolierwerkstoff gebildet ist, führt zu einem kleineren Durchmesser des Kollektorzylinders. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass sich die Umfangsgeschwindigkeit des Kollektorzylinders und damit auch die Kommutierungsanordnung, gegenüber Elektromotoren mit einer baugleichen Stahlwelle deutlich reduziert. Die Erfindungsgemäße Lösung einer optimalen Kommutierungsgeschwindigkeit ist somit geeignet, die Lebensdauer solcher Motoren zu erhöhen.
• Bei der Erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer optimalen Kommutierungsanordnung weisen die Kollektorlamellen im Bereich des Kollektorzylinders einen radialen Abstand zur Motorwelle auf, der geringer ist als die bei einer Prüfspannung für die Masseschlussfestigkeit minimal einzuhaltende Kriechstrecke zwischen einer baugleichen Kollektorlamelle, d.h. einer in den Abmessungen und im Werkstoff identischen Lamelle, und einer baugleichen Stahlwelle, d.h. einer Welle mit identischen Abmaßen, jedoch aus einem anderen elektrisch leitfähigen Werkstoff. Diese Prüfspannung ist typischerweise größer als die Nennspannung des Gleichstromelektromotors und ist abhängig von dem vorgesehenen Einsatzbereich des Motors. Für viele Einsatzbereiche sind die Prüfspannungen nicht frei wählbar, sondern durch Normen oder Richtlinien standardisiert. Die Prüfspannung der Masseschlussfestigkeit kann ein Vielfaches der Nennspannung betragen, wobei auch Faktoren von 50 bis weit über 100 üblich sind. Typische Prüfspannungen im Bereich der Medizin- und Luftfahrttechnik liegen bei 500 bis 1000 V.
• Bei Gleichstromelektromotoren darf die mit dem Gehäuse verbundene Motorwrelle nicht die Kollektorlamellen kurzschließen, was typischerweise im Stand der Technik durch die Unterspritzung der Lamellen mit Kunststoff verhindert wird. Das Unterspritzen der Kollektorlamellen mit Kunststoff wird durch die Anordnung der Lamellen in der Spritzgussform mit einem zur Sicherung der Masseschlussfestigkeit benötigten, ausreichenden Abstand zur Motorwelle erreicht. Zwar ist eine Sicherung der Masseschlussfestigkeit prinzipiell mit einer dünnen, alle elektrisch leitenden Bereiche abschirmenden Kunststoffschicht möglich, trotzdem wird üblicherweise der minimale Abstand zwischen Kollektorlamelle und Motorwelle an der zur Vermeidung eines Masseschlusses notwendigen freien Luftstrecke ausgerichtet. Zum einen sind viel fach die Enden der Lamellen im Bereich der Kollektorzylinder stirnseitig nicht von der isolierenden Kunststoffschicht abgedeckt, zum anderen besteht gerade bei dem für den Spritzvorgang schlecht zugänglichen Bereich zwischen Lamelle und Motorwelle eine mit geringer werdenden Abständen steigende Gefahr von Fehlstellen, d.h. von Bereichen, die nicht mit Kunststoff ausgefüllt sind. Die Kunststoffverspritzung übernimmt bei solchen Gleichstromelektromotoren aus dem Stand der Technik somit neben der Positionierung und Fixierung der Kollektorlamellen die Aufgabe der Isolierung der Lamellen zur Motorwelle.
• Die Erfindungsgemäße Ausbildung der Motorwelle, zumindest an ihrer Mantelfläche, elektrisch nicht leitend ausgebildet zu sein, verbessert auch die Masseschlussfestigkeit des Gleichstromelektromotors. Die Masseschlussfestigkeit wird zwischen den elektrischen Zuleitungen und dem Motorgehäuse bzw. der Motorwelle geprüft. Insbesondere in den Bereichen Medizin- sowie Luft- und Raumfahrttechnik wird für kleine Elektromotoren die Masseschlussfestigkeit spezifiziert. Bei direkt kommutierten Elektromotoren kann der Abrieb des Kommutierungssystems eine leitende Verbindung zur Motorwelle bilden und damit die Spannungsfestigkeit herabsetzen, weshalb bei Motoren für die Bereiche Medizintechnik und Luftfahrt häufig besondere Isolationsmaßnahmen vorgesehen sind. Durch den Einsatz einer Motorwelle, die zumindest an ihrer Mantelfläche aus einem Isolierwerkstoff gebildet ist, sind keine zusätzlichen Isoliermaßnahmen erforderlich, d.h. das Kommutierungssystem muss nicht mit zusätzlichen Isolationsstrecken oder Bauteilen versehen werden, wodurch die Baulänge des Elektromotors trotz einer durchgehenden Motorwelle und bei der Verwendung eines kleinen Kollektors gering gehalten werden kann.
• Eine günstige Ausführungsform sieht vor, dass zumindest die Mantelfläche der Motorwelle aus einem Keramikwerkstoff gebildet ist. Keramikwerkstoffe weisen neben ihren Isoliereigenschaften auch eine gute Verschleißfestigkeit, sowie gute Verarbeitungseigenschaften auf, und sind insbesondere auch gut als für die Kombination mit anderen Werkstoffen geeignet. Dabei kann auch die gesamte Motorwelle aus einem Keramikwerkstoff bestehen.
• Bevorzugt kann der Oberwert des radialen Abstands der Kollektorlamellen zur Motorwelle geringer als 0,5 mm, vorzugsweise geringer als 0,3 mm, sein. Die Begren zung des Oberwerts des radialen Abstands begrenzt auch den Durchmesser der Kollektorzylinder und damit auch die Umfangsgeschwindigkeit des Kommutierungssystems auf einen geringen Wert.
• Um den Kollektrodurchmesser der Kollektorzylinder geringst möglich zu halten, können die Kollektorlamellen an der Motorwelle anliegen. Der Kollektoraußendurchmesser wird dann nur noch von der Dicke der Kollektorlamelle sowie dem Durchmesser der zumindest an ihrer Mantelfläche aus einem Isolierwerkstoff gebildeten Motorwelle bestimmt.
• Eine weitere Ausbildung sieht vor, dass die Kollektorlamellen im Bereich des Kollektorzylinders federnd an die Motorwelle drücken. Dadurch wird ein gleichmäßiges Anliegen der Kollektorlamellen an die Motorwelle erreicht. Dies verbessert den Rundlauf des durch die Kollektorlamellen gebildeten Kollektorzylinders. Die für das Andrücken an die Motorwelle notwendige Federkraft kann auch durch die Lamellen selbst aufgebracht werden. Zum Beispiel können die in geeigneter Weise gebogenen und zu einem Kollektorzylinder gruppierten Kollektorlamellen unter Vorspannung auf die Motorwelle aufgesetzt werden und somit die notwendige Federkraft zum Anliegen an die Motorwelle durch die eigene Biegung aufbringen.
• Vorteilhafterweise können die Kollektorlamellen in ihrer axialen und radialen Lage durch eine Kunststoffverspritzung relativ zur Motorwelle gehalten und mit dieser verbunden sein. Die Kunststoffverspritzung der Lamellen stabilisiert und fixiert die Kollektorlamellen in ihrer Lage. Die Fixierung der Lamellen verhindert einen ungewollten direkten Kontakt zwischen den Lamellen und reduziert die Gefahr des Kontakts durch den Abrieb des Kommutierungssystems. Bei der Kunststoffverspritzung ist es von Vorteil, wenn der Kollektorzylinder einen gleichmäßigen Durchmesser und eine glatte Oberfläche aufweist. Prinzipiell sollten dann die Rundlaufeigenschaften des Kommutierungssystems nur noch von den geometrischen Toleranzen der Motorwelle und der Kollektorlamellen abhängen, insbesondere dann, wenn die Kollektorlamellen federnd an die Motorwelle drücken. Ein gut rundlaufendes Kommutierungssystem regt das Zuführungssystem, d.h. die federnd gelagerten Kollektorbürsten, weniger zu Schwingung an und reduziert dadurch die Neigung des Kommutierungssystems zur lebensdauerverkürzenden Funkenbildung. Auch die nutzbare Dicke der Kollektorlamellen wird bei einer erfindungsgemäßen Ausgestal tung des Kollektorzylinders, insbesondere wenn die Kollektorlamellen an der Motorwelle anliegen, nicht durch das spritztechnisch notwendige Zuführen von Kunststoffmaterial zwischen die Kollektorlamellen und die Motorwelle eingeschränkt, was wiederum zu einer Erhöhung der Lebensdauer des Gleichstromelektromotors führt.
• Für eine geeignete Konstruktion des Kollektorsystems, dem Aufbau aus einfachen Bauteilen und einer sicheren Anbindung der Wicklungen, können die Kollektorlamellen jeweils eine L-Form aufweisen, wobei ein erster L-Schenkel im Bereich des Kollektorzylindesr parallel zur Motorwelle angeordnet ist und ein zweiter L-Schenkel radial von der Motorwelle absteht.
• Aus Vereinfachungsgründen kann der Kollektor eine Kollektorscheibe aufweisen, in die Kollektorlamellen teilweise eingebettet sind. Die Kollektorscheibe kann dabei als einteiliges Spritzgussteil ausgeführt sein. Dieser Aufbau hat sich insbesondere bei kleinen Elektromotoren vorteilhaft herausgestellt, da bei der Herstellung die Kollektorlamellen lediglich in eine Spritzform eingebracht und durch den Spritzguss unmittelbar mit der Kollektorscheibe verbunden werden. Für das Spritzgießen wird bevorzugt eine Kunststoffmasse eingesetzt. Das Spritzgießen ermöglicht eine beliebige Ausgestaltung der Kollektorscheibe und Anformung der Kollektorlamellen. Bei dieser Herstellungsweise können auch Kondensatoren zur Funkenunterdrückung zusammen mit den Kollektorlamellen gut in der Kollektorscheibe integriert werden.
• Eine Variante sieht vor, dass die mittleren Bereiche der L-förmigen Kollektorlamellen in die Kollektorscheibe eingebettet sind und die Enden der zweiten L-Schenkel nicht umschlossen in Aussparungen der Kollektorscheibe angeordnet sind. Die Einbettung der mittleren Bereiche der L-förmigen Kollektorlamellen in die Kollektorscheibe ermöglicht eine sichere Positionierung der beiden L-Schenkel, ohne dass die Enden der zwei L-Schenkel durch ein weiteres Halteelement gesichert werden müssen. Die Aussparungen der Kollektorscheibe im Bereich der Enden der zweiten L-Schenkel ermöglicht eine bessere Befestigung der Kollektorlamellen und einen Schutz der Verbindungsstelle bei der Einwirkung von Kräften. Zum anderen vereinfacht dieser Aufbau der Kollektorscheibe auch die Anordnung und Einbindung der Kondensatoren zur Funkenunterdrückung.
• Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Gleichstrommotors sieht vor, dass der Kollektor mit einem Klemmelement verbunden ist, und das Klemmelement verrutschsicher auf der Motorwelle befestigt, insbesondere aufgepresst, ist. Diese Kombination aus Kollektor, Motorwelle und Klemmelement ermöglicht eine sichere Verbindung zwischen dem Kollektor und der Motorwelle.
• Um eine leichte Bearbeitung des Klemmelements zu ermöglichen, kann das Klemmelement aus Metall, insbesondere Stahl, bestehen. Der Einsatz von Stahl gewährleistet durch seinen geringen Wärmedehnungskoeffizienten die verrutschsichere Befestigung des Klemmelements auf der Motorwelle auch bei großen Temperaturdifferenzen während des Betriebs.
• Zur axialen und tangentialen Sicherung gegen ein Verrutschen oder Loslösen des Kollektors vom Klemmelement kann das Klemmelement eine Hülsenform mit einer in axialer und tangentialer Richtung ungleichmäßigen äußeren Obertlächenkontur aufweisen. Eine einfache tangentiale Sicherung kann durch eine gerändelte äußere Oberfläche des Klemmelements erreicht werden, während eine einfache axiale Sicherung durch eine umlaufende Nut in der äußeren Obertläche der Hülse erzielt werden kann.
• Ein Einschneiden der auf der Motorwelle aufliegenden inneren Hülsenkanten in die Obertläche der Motorwelle lässt sich reduzieren, indem die inneren Hülsenkanten einen Fasenwinkel, insbesondere kleiner als 15°, aufweisen können. Dabei verhindern Fasenwinkel kleiner als 15° das Einschneiden der inneren Hülsenkanten nahezu vollständig.
• Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
• 1 einen Schnitt durch einen Rotor für einen erfindungsgemäßen Gleichstromelektromotor,
• 2 einen vergrößerten Schnitt durch die in 1 dargestellte Kollektorscheibe mit Kollektorlamellen und Motorwelle,
• 3 die Kollektorscheibe aus 2 in einer Draufsicht.
• Der in 1 dargestellte freitragende Rotor 1 mit einem Kollektor 2 ist Teil eines nicht näher dargestellten Glockenankerelektromotors. Der Rotor 1 ist, in einem nicht dargestellten Gehäuse mit Eisenrückschluss und mit einem innenliegenden, hohlzylindrischen Permanentmagneten koaxial zur Motorwelle 3 drehbar angeordnet. Der Kollektor 2 umfasst eine auf die Motorwelle 3 aufgesetzte Kollektorscheibe 4 aus Kunststoff. Am Außenumfang der Kollektorscheibe 4 wird einseitig die hülsenförmige Rotorwicklung 5 befestigt. Die Kollektorscheibe 4 weist einen über die Rotorwicklung 5 vorstehenden, im Wesentlichen zylindrischen Fortsatz 6 auf, in dem die Kollektorlamellen 7 eingebettet sind. Die Kollektorlamellen 7 weisen einen parallel zur Wellenachse angeordneten Schenkel 8 sowie einen senkrecht zu diesem Schenkel 8 angeordneten, sich von der Wellenachse radial nach außen erstreckenden Schenkel 9 auf. Dadurch weist jede Kollektorlamelle 7 eine L-förmige Seitenansicht auf. Die Motorwelle 3 erstreckt sich koaxial durch die Rotorwicklung 5 und den Kollektor 2 aus Kollektorscheibe 4, zylindrischem Fortsatz 6, und Kollektorlamellen 7. Die auf beiden Enden des freitragenden Rotors 1 vorstehende, durchgängige Motorwvelle 3 weist über ihre gesamte Länge einen gleichbleibenden Durchmesser auf. Die Kollektorscheibe 4 ist dreh- und verrutschsicher mit einer auf die Motorwelle 3 aufgepressten Klemmhülse 11 verbunden. Die Klemmhülse 11 erstreckt sich auf der dem zylindrischen Fortsatz 6 gegenüberliegenden Seite des Kollektors 2 über die Kollektorscheibe 4 hinaus in Richtung der Rotorwicklung 5. Die Spulen der Rotorwicklung 5 sind durch Anschlussdrähte 10 mit den sich radial erstreckenden Schenkeln 9 verbunden. Weiter weist die Kollektorscheibe 4 im Bereich der Enden der sich radial zur Wellenachse erstreckenden Schenkeln 9 Aussparungen 12 auf, in denen Kondensatoren 13 zur Funkenlöschung bzw. Funkenunterdrückung angeordnet werden können. Die mit den radialen Schenkeln 9 in Kontakt stehenden Kondensatoren 13 lassen sich auf der diesen Schenkeln 9 gegenüberliegenden Seite der Kollektorscheibe 4 durch eine ringförmige Kondensatorplatte 14 miteinander verbinden.
• Die Kollektorlamellen 7 werden, wie in 2 gezeigt, im Bereich des zylindrischen Fortsatzes 6 vollständig von dem in Spritzgusstechnik hergestellten Kollektor 2 umschlossen. In diesem Bereich findet sich auch der Übergang der Kollektorlamellen vom parallel zur Motorwelle 1 verlaufenden Schenkel 8 zum sich radial erstrecken den Schenkel 9. Diese Schenkel 9 treten radial aus dem zylindrischen Fortsatz 6 in Richtung der Rotorwicklung 5 aus und erstrecken sich wie in einem Abstand parallel zur Kollektorscheibe 4. Die parallel verlaufenden Schenkel 8 liegen sowohl im Bereich des zylindrischen Fortsatzes 6 als auch außerhalb des Fortsatzes direkt an der Motorwelle 3 an.
• Die im Bereich der Kollektorscheibe 4 in den Kollektor 2 mit eingespritzten und sich über die Kollektorscheibe 4 hinaus erstreckende Klemmhülse 11 weist zur axialen Sicherung der Verbindung von Kollektor 2 und Klemmhülse 11 eine auf den Außenumfang der Klemmhülse 11 umlaufende halbkreisförmige Nut 15 auf. Die inneren Kanten der aus Stahl hergestellten Klemmhülse 11 weisen je eine Fase 16 auf, um ein Einschneiden der Hülsenkanten in die Obertläche der Motorwelle 3 zu vermeiden, die an ihrer Obertläche oder vollständig aus einem Keramikwerkstoff besteht.
• Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind fünf Kollektorlamellen 7 gleichmäßig in dem Kollektor 2 angeordnet (siehe 3). Dabei bilden die parallel zur und anliegend an der Motorwelle verlaufenden Schenkel 8 der Kollektorlamellen 7 eine Kollektorzylinder 17. Der Querschnitt der Kollektorlamellen 7 ist im Wesentlichen trapezförmig, wobei die längere Seite nach außen weist und eine Außenseite 18 definiert. Auf der Außenseite 18 der Kollektorlamellen 7 setzen die hier nicht gezeigten Bürsten des Kommutierungssystems auf. Daher sind die Außenseiten 18 auch konvex ausgebildet. Die Kollektorlamellen 7 sind im Bereich des Kollektorzylinders 17 nicht in Kunststoff eingebettet, sondern liegen frei mit einem gewissen Abstand zueinander an der Motorwelle 2 an. Die 3 zeigt weiter den nur durch die Aussparungen 12 unterbrochenen kreisförmigen Umfang der Kollektorscheibe 4. Die Enden der radial zur Motorwelle 3 verlaufenden Schenkel 9 der Kollektorlamellen 7 fluchten mit den Aussparungen 12 in der Kollektorscheibe 4. Dabei sind die radialen Schenkel 9 im Wesentlichen mittig über den Aussparungen 12 (siehe auch 2) angeordnet, wobei sich die radialen Schenkel 9 nicht bis zum Außenumfang der Kollektorscheibe 4 erstrecken und in der Projektion auch einen seitlichen Abstand zur Aussparung 12 aufweisen.
• Die anhand der Zeichnung beschriebene Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auf den freitragenden Rotor 1 für einen Gleichstrommotor beschränkt. Die anderen Bauteile des Elektromotors können, angepasst an die konstruktiven Abmessungen des erfindungsgemäßen Rotors 1, sowohl in herkömmlicher Bauweise als auch mit einer speziellen Konstruktion, die den Motor mit weiteren Eigenschaften versieht, z.B. einer Funkenunterdrückung oder langlebigen Kollektorbürsten, aufgebaut sein. Auch unterscheidet sich der oben beschriebene freitragende Rotor 1 in seiner Funktion bzw. in einem Gleichstromelektromotor nicht von gängigen Konstruktionen.
• Im Folgenden wird die Wirkungs- und Funktionsweise der vorliegenden Erfindung näher erläutert.
• Durch die Tatsache, dass im Bereich des Kollektorzylinders 17 die Kollektorlamellen 7 einen radialen Abstand zur zumindest an ihrer Mantelfläche aus einem Isolierwerkstoff gebildeten Motorwelle aufweisen, der geringer ist als die für die Masseschlussfestigkeit minimal einzuhaltende Kriechstrecke kann der Kollektorzylinder 17 im Durchmesser reduziert werden. Bei der Kommutierung während des Betriebs des Gleichstromelektromotors stehen die parallel zur Motorwelle verlaufenden Schenkel 8 der Kollektorlamellen 7 in Reibkontakt mit den Bürsten des Kommutierungssystems. Durch den geringeren Durchmesser des Kollektorzylinders 17 im Vergleich zu herkömmlichen Rotoren 1 reduziert sich die Umfangsgeschwindigkeit des Kollektorzylinders 17 und damit auch der Reibverschleiß der Kollektorlamellen 7 und der Bürsten. Insbesondere bei Kleinstmotoren ist diese Konstruktion vorteilhaft für kleinere Abmessungen im Kommutierungsbereich
• Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Motorwelle 3 und des radialen Abstands der Kollektorlamellen 7 zur Motorwelle 3 kann auf eine Isolation zwischen Kollektorlamelle 7 und Motorwelle 3 verzichtet werden. Bei einem Anliegen der parallel zur Motorwelle verlaufenden Schenkel 8 an der zumindestens in ihrer Mantelfläche aus einem Isolierwerkstoff gebildeten Motorwelle 3 kann auf eine Fixierung der Kollektorlamelle 7 im Bereich des Kollektorzylinders 17 verzichtet werden, insbesondere wenn die Lamellen federnd an der Welle anliegen. Somit wird auch das Verspritzen der parallelen Schenkel 8 während der Herstellung des Kollektors 2 überflüssig.
• Während des Betriebs herkömmlicher Gleichstromelektromotoren kann durch den Abrieb des Kommutierungssystems ein Masseschluss zwischen den Kollektorlamellen 7 und der Motorwelle 3 entstehen und zum Ausfall oder zumindest zu einer Funktionsstörung führen. Bei Motoren, die in den sensiblen Medizin- und Luftfahrtbereichen eingesetzt werden, wird ein solcher Masseschluss durch besondere Isolationsmaßnahmen verhindert, wodurch sich sowohl die Konstruktion des Elektromotors komplizierter gestaltet, als auch die Baulänge des Motors erhöht.

Claims (13)

1. Masseschlussfester Gleichstromelektromotor mit einer Motorwelle und einem darauf angeordneten Kollektor mit mehreren Kollektorlamellen, die sich in einem Bereich der Motorwelle zu einem Kollektorylinder gruppieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle zumindest an ihrer Mantelfläche elektrisch nicht leitend ausgebildet ist, und die Kollektorlamellen im Bereich der Kollektorzylinder einen radialen Abstand zur Motorwelle aufweisen, der sich von 0 mm bis zu einem Oberwert in mm erstreckt, und dieser Oberwert geringer ist als die für die Masseschlussfestigkeit minimal einzuhaltende Kriechstrecke einer baugleichen Kollektorlamelle zu einer baugleichen Stahlwelle bei gleicher Prüfspannung der Masseschlussfestigkeit.
2. Gleichstromelektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Mantelfläche der Motorwelle aus einem Keramikwerkstoff gebildet ist.
3. Gleichstromelektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberwert des radialen Abstands der Kollektorlamellen zur Motorwelle geringer als 0,5 mm, vorzugsweise geringer als 0,3 mm, ist.
4. Gleichstromelektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektorlamellen an der Motorwelle anliegen.
5. Gleichstromelektromotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektorlamellen im Bereich des Kollektorzylinders federnd an die Motorwelle drücken.
6. Gleichstromelektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektorlamellen in ihrer axialen und radialen Lage durch eine Kunststoffverspritzung relativ zur Motorwelle gehalten und mit dieser verbunden sind.
7. Gleichstromelektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektorlamellen jeweils eine L-Form aufweisen, wobei ein erster L-Schenkel im Bereich des Kollektorzylinders parallel zur Motorwelle angeordnet ist und ein zweiter L-Schenkel radial von der Motorwelle absteht.
8. Gleichstromelektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor eine Kollektorscheibe aufweist, in die die Kollektorlamellen teilweise eingebettet sind.
9. Gleichstromelektromotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mittleren Bereiche der L-förmigen Kollektorlamellen in die Kollektorscheibe eingebettet sind und die Enden der zweiten L-Schenkel nicht umschlossen in Aussparungen der Kollektorscheibe angeordnet sind.
10. Gleichstromelektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor mit einem Klemmelement verbunden ist, und das Klemmelement verrutschsicher auf der Motorwelle befestigt, insbesondere aufgepresst, ist.
11. Gleichstromelektromotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement aus Metall, insbesondere Stahl, besteht.
12. Gleichstromelektromotor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement eine Hülsenform mit einer in axialer und tangentialer Richtung ungleichmäßigen äußeren Oberflächenkontur aufweist.
13. Gleichstromelektromotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Hülsenkanten einen Fasenwinkel, insbesondere kleiner 15°, aufweisen.