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Schleifringläufer für elektrische Kleinstmaschinen, insbesondere für
Synchronmotoren Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Kleinstmaschinen, insbesondere
auf Synchronmotoren od. dgl., wie sie beispielsweise in elektrischen Präzisionsinstrumenten
von kleinen Einrichtungen für die Angabenübermittlung verwendet werden. Gegenstand
der Erfindung ist ein Schleifringläufer für derartige Kleinstmaschinen, welcher
leicht und ohne Gefährdung der teilweise sehr empfindlichen Einzelteile zusammenzubauen
ist und welcher die bei der räumlichen Begrenzung größtmögliche Robustheit bzw.
Unverwüstlichkeit aufweist.
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Bei der Ausbildung der Schleifringläüfer solcher Kleinstmaschinen,
zu denen außer den genannten Synchronmotoren unter anderem auch sogenannte Drehmeldeanlagen
gehören, sind ganz besondere Umstände bzw. Verhältnisse zu berücksichtigen. Insbesondere
müssen sie mit äußerster Genauigkeit gearbeitet sein, mit geringster Reibung laufen
und außerordentlich kleine Außenmaße besitzen.
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Der Schleifringläufer eines Synchronmotors od. dgl. ist im allgemeinen
dem eines Induktionsmotors ähnlich und weist ein zylindrisches Lamellenpaket auf,
das auf einer an beiden Enden in Kugellagern sitzenden Spindel bzw. Welle angeordnet
ist. Dabei können die Lamellen wahlweise H- oder hantelförmig sein, Der Läufer trägt
eine Wicklung oder Wicklungen und ist mit Schleifringen für elektrische Verbindungen
versehen. In einem besonders kleinen Synchronmotor beträgt der Außendurchmesser
der Lamellen nur etwa 1,27 cm. Von außen nach innen beansprucht die Wicklung in
den Wicklungsnuten 3,2 mm. Wenigstens 1,6 mm müssen von dem Lamellenmetall unter
den Wicklungsnuten stehenbleiben, um die gewünschten magnetischen Eigenschaften
zu gewährleisten. Infolgedessen bleiben für den durch die Lamellen hindurchtretenden
Spindelteil nicht mehr als höchstens 3,2 mm an Durchmesser übrig.
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Die üblichen Ausführungen der bisher hergestellten Synchronmotoren
besitzen eine Spindel, die sich vom »mechanischen« Ende bis zum »elektrischen« Ende,
auf dem die elektrischen Verbindungen vorgesehen sind, erstreckt. Bei Synchronmotoren
der beschriebenen Größe hat das herausragende Ende der Spindel einen Durchmesser
von etwa 4,8 mm und ist mit Längsnuten und einem Normalgewinde versehen. Die Spindel
der bekannten Bauart ist in geeignetem Abstand von ihrem mechanischen Ende mit einer
Schulter versehen, um ein Widerlager für ein Kugellager zu bilden. Jenseits der
Schulter ist der Spindeldurchmesser auf etwa 3,2 mm verringert. Außerdem ist dieser
verjüngte Teil längsgenutet, um die Lamellen auf der Spindel so anbringen zu können,
daß sie gegen Drehung gegenüber der Spindel gesichert sind. Anschließend an das
Lamellenpaket ist ein zweites kleineres Kugellager auf die Spindel aufgepaßt, dem
die Schleifringe auf dem (elektrischen) Ende der Spindel folgen: Wegen des geringen
Durchmessers des durch das Lamellenpaket hindurchtretenden Spindelteiles ist es
nicht mehr möglich, diesen noch weiter zu reduzieren, um ein Gewinde anzubringen,
auf das eine Klemmutter für das Lamellenpaket aufgeschraubt werden könnte, wie dies
bei größeren Konstruktionen üblich ist. Die Lamellen müssen daher auf die Spindel
aufgepreßt werden, wobei die Gefahr eines Verbiegens mit in Kauf genommen werden
muß, oder sie müssen in ihrer Stellung festgekittet werden; jedenfalls ist keine
Art von mechanischer Verklemmung möglich.
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Ferner müssen die Verbindungsdrähte zu den Schleifringen durch den
inneren Führungsring des kleinen Kugellagers hindurchgeführt werden. Es ist daher
notwendig, in die Spindel Längsnuten einzuschneiden; in die die isolierten Verbindungsdrähte
eingelegt werden können, was eine weitere Verringerung des Spindelquerschnittes
bedeutet. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß die elektrischen Verbindungen
zu den Schleifringen vor dem Aufbringen des Kugellagers auf die Spindel verlegt
werden müssen. Infolgedessen muß der äußere Durchmesser der Schleifringanordnung
kleiner gehalten werden als der der Spindel, weil sonst das Kugellager nicht über
die Schleifringanordnung hinweggeht.
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Das Schleifringaggregat besteht aus einer dünnen Muffe aus Isoliermaterial,
-auf der die Metallringe auf.» montiert sind. Üblicherweise erfölgt'die Befestigung
auf
der Spindel mittels eines Metallstiftes, der mit dichtem Reibsitz in der Isoliermuffe
und mit leichtem Preßsitz in einer axialen Ausnehmung am Spindelende festgehalten
wird. Das Ausbohren dieser axialen Ausnehmung schwächt weiterhin das Spindelende,
das auf diese Weise sehr empfindlich und anfällig für Beschädigungen wird. Die elektrische
Leitung von der Wicklung zu dem abgelegenen Schleifring muß unter dem der Wicklung
näher gelegenen Schleifring hindurchgeführt werden, und da der zulässige Gesamtdurchmesser
der ganzen Anordnung 3,2 mm oder weniger betragen muß, wird die besondere Schwierigkeit
bei der bisherigen Konstruktion offenbar.
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Es leuchtet ein, daß infolge der Beschränkungen und Nachteile bei
der bekannten Bauart das Zusammenbauen derart kleiner Synchronmotoren einen sehr
heiklen und zeitraubenden Vorgang bedeutet, der obendrein stets mit einem Risiko
verbunden ist. Indessen hört die Verwundbarkeit des Synchronmotors noch nicht mit
dem Zusammenbauen auf, denn bei Ingebrauchnahme desselben muß auf der Spindel ein
Hebel, ein Getriebe oder eine andere Einrichtung angebracht werden. Sowohl ein vorsichtiger
beabsichtigter Stoß bzw. Schlag beim Anbringen dieser Einrichtung als auch ein zufälliger
Stoß bzw. Schlag zu irgendeiner anderen Zeit kann leicht den Anlaß dazu geben, das
geschwächte Spindelende zu verbiegen und so ein kostspieliges Instrument zu zerstören
oder im günstigsten Falle seine Genauigkeit zu mindern.
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Es ist bereits bekannt, bei größeren elektrischen Maschinen zum Befestigen
der Ankerbleche auf der Welle einen Ring bzw. eine Hülse aus schneidbarem Material
zu verwenden, welche auf ihrem ganzen Umfang in eine Nut oder in Einschnitte der
Welle hineingetrieben wird, so daß die Kanten der niedergedrückten Teile fest gegen
die Seiten der Nut oder Einschnitte anliegen. Diese Befestigung des Blechpaketes
kommt für Kleinstmaschinen der vorbeschriebenen Art infolge der Feinheit und Empfindlichkeit
ihrer Teile überhaupt nicht in Betracht.
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Bei dem erfindungsgemäßen Schleifringläufer ist das auf der Welle
sitzende genutete bewickelte Blechpaket ebenfalls zwischen einer Schulter der Welle
und einer auf die Welle aufgebrachten Hülse eingespannt. Gemäß der Erfindung besteht
jedoch die Welle aus einer Spindel, die nahe ihrem einen die Schleifringe tragenden
Ende eine Stelle von Lagerdurchmesser aufweist und mit dieser eine Schulter als
Anlage für das auf der Spindel sitzende Lamellenpaket bildet, und aus einer über
das andere Spindelende übergeschobenen und auf ihr aufgepreßten Hülse, die ebenfalls
Lagerdurchmesser aufweist und das Lamellenpaket gegen die Schulter gedrückt hält.
Die Hülse ist zweckmäßig auf die Spindel aufgekittet. In einer bevorzugten Ausführungsform
weist die Hülse eine abgestufte Längsbohrung auf, deren Teilstück größeren Durchmessers
mit Preßsitz auf einem entsprechenden Längsstück der Spindel sitzt, während das
Teilstück kleineren Durchmessers auf einem entsprechenden Längsstück der Spindel
mit Gleitsitz angeordnet ist. Dabei ist sowohl die Spindel als auch die Hülse mit
je einem Widerlager für ein Kugellager ausgebildet.
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Das eine Kugellager sitzt auf der Stelle der Spindel mit Lagerdurchmesser,
und die Spindel weist dort zweckmäßig eine oder mehrere Längsnuten auf, die unter
dem inneren Führungsring des Kugellagers hindurchgeführt sind und zur Verlegung
der Verbindungsdrähte zwischen den Wicklungen und den Schleifringen dienen. Die
letztere Maßnahme ist an sich bereits bekannt, so daß für sie kein selbständiger
Schutz beansprucht wird. Die Spindel tritt zweckmäßig so weit in die Hülse ein bzw.
durch diese hindurch, daß die beiden Enden ihrer Mittelachse bei der Endbearbeitung
des Schleifringläufers nach seinem Zusammenbau als Zentriermitten ausgenutzt werden
können.
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Weitere Merkmale und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung, in welcher die Erfindung durch die
Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels veranschaulicht ist.
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In dem dargestellten Beispiel, das den Schleifringläufer eines Synchronmotors
oder eines ähnlichen Gerätes zeigt, hat die Spindel t ihren größten Durchmesser
im Teilstück 2 am inneren die Schleifringe tragenden (elektrischen) Ende. Im Falle
der besonderen Kleinheit von Synchronmotoren der eingangs beschriebenen Art kann
dieser Durchmesser etwa 4,8 mm betragen. In passendem Abstand vom Spindelende ist
eine Schulter 3 vorgesehen, um ein Widerlager für ein Kugellager 4 zu bilden. In
die Spindel 1 sind zwei diametral entgegengesetzt angeordnete Längsnuten 5 eingeschnitten,
in welche die Verbindungsleitungen zu den Schleifringen in der Weise eingelegt werden
können, daß sie durch den inneren Ring des Kugellagers 4 hindurch bis zu den Schleifringen
6 und 7 führen, die auf dem Spindelende befestigt sind. Das Schleifringaggregat
kann in der eingangs beschriebenen bekannten Weise auf dem Spindelende befestigt
werden, es kann auch auf die Spindel aufgegossen sein. Da jedoch der Durchmesser
der Schleifringe annähernd 50% größer ist als der bei den bekannten Schleifringanordnungen,
sind die Herstellung und der Zusammenbau entsprechend erleichtert.
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Von der mit dem Bezugszeichen 8 versehenen Stelle ab ist der Spindeldurchmesser
im Teilstück 13 verringert. Der Durchmesser des Teilstücks 13 ist notwendigerweise
so bemessen, daß dieses in die Bohrung des Lamellenpaketes 15 paßt. Gleichzeitig
wird durch den Absatz zwischen den Teilstücken 2 und 13 an der Stelle 8 ein Widerlager
für das Lamellenpaket 15 geschaffen. Das Teilstück 13 weist (nicht gezeigte) Längsnuten
auf, in die nach innen gerichtete Vorsprünge der Lamellen eingreifen, die so gegen
Drehung auf der Spindel gesichert sind.
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In einer gewissen Entfernung von dem Lamellenpaket 15, und zwar von
der mit 9 bezeichneten Stelle ab, ist die Spindel nochmals abgesetzt. Dieses abgesetzte
Teilstück der Spindel ist mit 14 bezeichnet. Eine Hülse oder Muffe 10, deren Länge
etwa dem Abstand des linken äußeren Spindelendes vom Lamellenpaket 15 entspricht,
hat durchgehend den gleichen Durchmesser (der bei den eingangs erwähnten Ausmaßen
des Synchronmotors etwa 4,8 mm betragen kann), abgesehen von einem erhabenen Ring
11, der sich nicht weit vom inneren Ende der Hülse befindet und ein Widerlager für
das zweite Kugellager 12 bildet. Das äußere Ende der Hülse 10 kann - entsprechend
dem normalen Spindelende eines Synchronmotors - längsgenutet und/oder mit einem
Gewinde versehen sein. Die Hülse 10 ist mit einer stufenförmigen Längsbohrung
versehen, deren Teilstück größeren Durchmessers mit leichtem Preßsitz auf dem Teilstück
13 der Spindel 1 sitzt. Das Teilstück kleineren Durchmessers der Längsbohrung hat
einen guten Gleitsitz auf dem Spindelteilstück 14.
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Zum Zusammenbauen des Rotors wird das Lamellenpaket vorzugsweise zunächst
in eine geeignete Schablone gebracht, und die Lamellen werden mit einem auf Metall
haftenden Lack oder mit Kitt überzogen. Nachdem das Paket auf seine genaue Länge
zusammengepreßt
worden ist, wird das Erhärten des Lackes oder Kittes abgewartet. Alsdann wird das
Paket herausgenommen und die Spindel t eingesetzt. Der Teil größeren Innendurchmessers
der Längsbohrung der Hülse 10 und das Teilstück 13 erhalten einen
leichten Überzug aus Lack oder Kitt, und die Hülse 10 wird dann auf die Spindel
1 und hart gegen das Lamellenpaket gepreßt. Nachdem der Lack oder Kitt erhärtet
ist, wird der Rotor gewickelt und die Wicklung - wenn erwünscht - imprägniert. In
diesem Zustand können der Gesamtdurchmesser und die Kugellagerdurchmesser durch
Nachschleifen auf die richtige Größe gebracht werden, wobei die Mittelachse an den
beiden Spindelenden als Zentrierpunkt verwendet wird, um die richtige Konzentrizität
sicherzustellen.
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Die in der Zeichnung dargestellte Konstruktion, bei der der innere
Teil der Spindel 1 entweder mit dem teleskopartig aufsitzenden Hülsenteil bündig
abschließt oder etwas über diesen hinausragt, bietet den Vorteil, daß die Mittelachse
der Spindel 1, die von Anfang an koaxial zu allen Spindelteilen mit verschiedenen
Durchmessern ist, ebenfalls als Zentriermitte bei der Endbearbeitung der Hülse 10,
der Gesamtstärke des Lamellenpaketes und aller anderen wichtigen Stärken und Außenflächen
benutzt werden kann, so daß die endgültige Sicherstellung der völligen Konzentrizität
der gesamten Anordnung mit einem hohen Grad von Präzision erfolgt.
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Die Verbindungsleitungen werden von den Wicklungen aus zunächst in
die Längsnuten 5 im Teilstück 2 der Spindel gelegt, das Schleifringaggregat wird
befestigt, und die Leitungen werden mit den Schleifringen verbunden. Die Kugellager
werden dann auf der Spindel angebracht und die ganze Anordnung auf diese Weise vervollständigt.
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Es ist offensichtlich, daß die Bauweise gemäß der Erfindung einen
wesentlich robusteren Schleifringläufer ergibt, der viel weniger anfällig gegenüber
einer zufälligen Beschädigung ist. Da an den lebenswichtigen Stellen, beispielsweise
an dem Schleifringaggregat, mehr Raum für Isolationen vorhanden ist, gibt das fertige
Gerät viel weniger Anlaß zu elektrischen Störungen. Das Zusammenbauen ist weit weniger
heikel und geht entsprechend schneller vor sich.
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In der vorstehenden Beschreibung ist auf eine besondere Kleinheit
von Synchronmotoren Bezug genommen. Da man in Zukunft noch kleinere Maße fordern
wird, ist es einleuchtend, daß die durch die Erfindung erzielten Fortschritte noch
an Bedeutung gewinnen, wenn man diese Forderung erfüllen will. Durch die Verwendung
der erfindungsgemäßen Bauart wird die Herstellung von Synchronmotoren ermöglicht,
deren Maße unterhalb der Grenze liegen, die den bekannten Konstruktionen durch die
physikalischen Möglichkeiten bisher gezogen ist. Dies ist überall dort von großer
Bedeutung, wo Kompaktheit erforderlich ist, beispielsweise in Steuereinrichtungen
für gelenkte Waffen, Ausrüstungen für Luftfahrzeuge und in bestimmten industriellen
Ausrüstungen.
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Selbstverständlich sind verschiedene Abwandlungen im Rahmen der Erfindung
möglich. So kann beispielsweise der hohle Ankerteil als blind endender Teil ausgebildet
sein, wenn der massive Spindelteil entsprechend kürzer gemacht wird.