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Anker für Dynamomaschinen mit einem Kommutator Die Erfindung bezieht
sich auf einen Anker für Dynamomaschinen mit einem auf der Maschinenwelle sitzenden
Blechpaket und einem Kommutator, dessen leitende Segmente auf dem äußeren Umfang
einer Tragnabe angeordnet sind, die an dem dem Blechpaket benachbarten Ende des
Kommutators abgestützt ist.
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Beim Betrieb von sehr schnell laufenden Motoren mit einem Kommutator
kleinen Durchmessers wurde gefunden, daß die Fahnen zwischen den Kommutatorsegmentenund
den Wicklungen leicht nach einer kurzen Laufzeit reißen. Vermutlich wird dieses
Reißen durch Bewegung der Kommutatorsegmente im Verhältnis zu dem Blechpaket und
den Wicklungen als Folge eines leichten Wippens oder Biegens der Welle bei hohen
Geschwindigkeiten veranlaßt. Diese Bewegung des Kommutators im Verhältnis zum Blechpaket
beeinträchtigt auch in gewissem Grade die Kommutierung.
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Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile herabzusetzen oder zu überwinden.
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Bei den früheren Konstruktionen für schnell laufende Motoren wurde
der Teil der Welle unmittelbar innerhalb der Kommutatorsegmente von einer dichtsitzenden
Buchse umgeben, welche diesen Teil der Welle zu versteifen suchte, während das Blechpaket
den in ihm befindlichen Wellenteil versteifte. Hierdurch wurde das Biegen der Welle
auf den Teil zwischen den Segmenten und dem Blechpaket konzentriert, was die Relativbewegung
zwischen den Kommutatorsegmenten und den Wicklungen und damit die auf die Fahnen
ausgeübte Beanspruchung zu verstärken suchte.
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Es ist beispielsweise bekannt, Preßringe für Kollektoren elektrischer
Maschinen mit einem großen, auf die Maschinenendfläche aufgeholzten -Gestell unter
Verwendung im Durchmesser mehrere Meter betragender profilierter Kollektorpreßringe
vorzusehen, deren Aufgabe jedoch darin besteht, eine etwaige Nacharbeit und den
Bruch einzelner Segmente auszuschließen.
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Weiterhin ist eine Stromabgeber-Sonderkonstruktion bekanntgeworden,
bei welcher die Segmente radial nach innen gerichtet sind und die Stromabnahmebürsten
der Maschine sich auf der Innenseite eines Kommutatorringes oder einer mit dem Kommutator
verbundenen bzw. ihn bildenden Buchse befinden, so daß der Durchmesser der Buchse
hinreichend groß bzw. der Durchmesser der Ankerwelle herabgesetzt sein muß, um einen
Unterbringungsraum für das Bürstengerät zu schaffen, wobei zur überwachung der Bürsten
dieselben verschiebbar angeordnet werden müssen. Es ist ferner bei aus zahlreichen
ringförmigen, untereinander verbolzten Teilen zusammengesetzten Maschinen bekannt,
einen große Abmessungen aufweisenden Kommutator aus Kupfer- und Eisenlamellen vorzusehen
und die zuletzt genannten Lamellen zum Tragen der Kupferlamellen zu verwenden: Eine
solche Bauart bezweckt, sowohl die durch die Erwärmung verursachte Ausdehnung der
Kupfersegmente in der Längsrichtung des Kommutators als auch die Radialdehnung des
Kommutatorgewölbes, also die Vergrößerung seines Umfanges, herabzusetzen.
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Schließlich ist ein insbesondere für Kleinstmaschinen bestimmter Flachkollektor
bekannt, der den Ankerwickelkopf umschließt und mittels an ihm vorgesehener Trägerstreben
in den Ankernuten befestigt ist. Hierdurch soll eine Verringerung der Motorbaulänge
unter Verwendung besonders geformter Wikkelköpfe erreicht werden. Der Kollektorhals
soll innen, vom Motorlager aus zum Wickelkopf hin ansteigend, konisch ausgeführt
werden und die Motorwelle mit Spiel umfassen. Hierdurch soll erreicht werden, daß
das Lagerfett, welches aus dem Läger austritt und infolge der Fliehkraft in radialer
Richtung nach außen zu spritzen bestrebt ist, an die Windungen des Motorgehäuses
herangeführt wird, wo das Fett keinen Schaden anrichten kann.
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Demgegenüber zeichnet sich der erfindungsgemäße Anker der eingangs
angegebenen Gattung dadurch
aus, daß die mindestens im Bereich der
Segmentenlänge einen Spielraum gegenüber der Maschinenwelle aufweisende Tragnabe
an der dem Blechpaket des Ankers zugewandten Seite mit einem unter dem. Wickelkopf
greifenden hohlzylinderförmigen Ansatz versehen ist, der im Bereich zwischen den
ankerseitigen Stirnseiten der Segmente und dem Ankerblechpaket mit festem Tragsitz
auf der Welle aufgepaßt ist. Der Anker enthält somit einen im allgemeinen verlängerten
Hohlzylinder, auf dessen einem Teil, und zwar auf der Außenfläche desselben, die
Kommutatorsegmente montiert sind, während -dessen anderer Teil unter dem Wickelkopf
in unmittelbarer Nähe der lamellierten Kernkonstruktion vorsteht und auf der Ankerwelle
mit Treibsitz angebracht ist. Hierdurch ist es im Zusammenhang mit dem zwischen
der Wellenperipherie und der Bohrung des die Kommutatorsegmente tragenden Hohlzylinderabschnitts
vorhandenen Spiel möglich, den Befestigungspunkt des Hohlzylinders an der Ankerwelle
so dicht wie möglich an die Ankerkernlamellen heranzubringen. Sollte der lamellierte
Kern somit irgendeine Exzentrizität erfahren oder sollten andere geringfügige Biegebeanspruchungen
während des Betriebes auftreten, so bewegt sich der Kommutator in übereinstimmung
hiermit. Durch die Schaffung eines derartigen Spieles zwischen dem Hohlzylinder
und der Welle, die hierauf zurückzuführende Gleichlaufbewegung und die zusammengebaute
Konstruktion wird dafür gesorgt, daß keine harte Biegebewegung zwischen dem Kommutator
und den Ankerwindungen auftritt, welche die Wicklungsverbindungen mit dem Kommutator
zu irgendeiner nachteiligen Beanspruchung veranlaßt, die zu einem möglichen Versagen
führen könnte. Eine solche Befestigungsart erfordert daher lediglich eine einzige
Vorkehrung zum Anbringen des Kommutators auf der Ankerwelle und ist daher trotz
ihrer Einfachheit äußerst wirksam und den Erfordernissen der Praxis durchaus gewachsen.
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Die Erfindung ist besonders auf Konstruktionen anwendbar, welche für
Staubsauger benutzt werden, wobei sich die Welle durch ein Lager am Kommutatorende
erstreckt und ein Gebläse und/oder eine Riemenscheibe trägt. Bei Bauarten, bei denen
der Motor mit einer senkrechten oder nur in einem kleinen Winkel zur Senkrechten
geneigten Achse angeordnet ist, ist der Motor im Verhältnis zu seinem Durchmesser
gewöhnlich lang; hierfür ist die Erfindung ebenfalls besonders gut geeignet.
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Die Anordnung nach der Erfindung führt nicht notwendigerweise zu einer
Gesamtversteifung der Welle als Ganzes, sucht aber sicherzustellen, daß das Biegen
an einer Stelle erfolgen wird, wo es nicht relative Bewegungen zwischen den Kommutatorsegmenten
und den Wicklungen hervorruft. Bei einem mit hoher Geschwindigkeit laufenden Motor
kann es erwünscht sein, daß die Welle nicht zu starr sein sollte, damit die kritische
Geschwindigkeit weit unter der normalen Betriebsgeschwindigkeit sein kann.
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Die Erfindung kann in verschiedener Weise in der Praxis ausgeführt
werden. Eine besondere Ausführungsform soll beispielsweise unter Bezugnahme auf
die Zeichnung beschrieben werden, welche einen Längsschnitt durch einen Elektromotor
der Erfindung darstellt.
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Der dargestellte Motor ist in einem Staubsauger eingebaut. Der Motor
besitzt ein Gehäuse 1. aus geiormtem isolierendem Material, welches in einer senkrechten
Ebene geteilt ist und einen Teil des Gehäuses des Staubsaugers bildet. Das Gehäuse
1 trägt ein vorderes Kugellager 2 an einem Ende und ein hinteres Gleitlager
3 am anderen Ende. Diese Lager stützen eine Motorwelle 4 ab, deren. Vorderende durch
und über das Kugellager 2 hinausgeht und ein Hauptgebläse 5 für den Staubsauger
und eine Riemenscheibe 6 zur Aufnahme eines Riemens für den Antrieb eines sich drehenden
Klopfers trägt. Die Spannung in dem Riemen wird daher die Welle einer seitlichen
Beanspruchung unterwerfen.
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Innerhalb des Gehäuses befindet sich eine hufeisenförmige Feldkonstruktion
aus einer einzelnen Spule B. Das Gehäuse 1 trägt Bürsten 9 zur Zusammenarbeit mit
einem noch zu beschreibenden Kommutator. Ein kleines von der Welle 4 an dem Kugellager
2 getragenes Ventiliergebläse 10 läuft in einem in dem Gehäuse 1 gebildeten Gehäuse
11.
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Auf der Welle 4 am Gleitlager 3 ist ein Blechpaket 15 aufgepreßt.
Das Aufbringen dieser Schichten auf die Welle macht diesen Teil der Welle sehr starr.
Das Blechpaket ist mit den üblichen Nuten 16 versehen, welche durch die Schlitze
verschließende Keile 17 festgehaltene Wicklungen enthalten. Auf gegenüberliegenden
Enden des Blechpakets befinden sich isolierende Endplatten 18, welche die Spulenköpfe
20 der Wicklungen von dem Blechpaket in Abstand halten. Diese Spulenköpfe sind von
der Welle durch ein Paar isolierender Hülsen 21 isoliert, von welchen eine an jedem
Ende des Blechpakets die Welle umgibt.
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Der Kommutator besitzt eine Metalltragnabe mit einer Verlängerung
25, welche sich in Längsrichtung nach dem Blechpaket zu von dem Teil 27 erstreckt,
welcher als der Hauptteil bezeichnet werden kann, von dem die Kommutatorsegmente
getragen werden. Die Verlängerung ist auf dem Teil der Welle an dem Blechpaket fest
aufgepaßt und dieser Teil der Welle ist von etwas kleinerem Durchmesser als derjenige,
auf welchem das Blechpaket aufsitzt, um so einen flachen Ansatz 26 zu bilden, an
welchen die Tragnabe angrenzt; ein Drücken der Tragnabe gegen das Blechpaket tritt
nicht auf. Der aus einem Stück mit der Verlängerung 25 gebildete Hauptteil 27 der
Tragnabe ist von der Welle durch einen Spielraum getrennt. In der dargestellten
Anordnung ist die Welle im Durchmesser noch etwas weiter verringert, wie durch den
kleinen Ansatz 28 angezeigt, und zusätzlich ist der innere Durchmesser des Hauptteils
27 der Buchse größer als der der Verlängerung 25. Gewünschtenfalls kann der Spielraum
nur durch Verringerung des Durchmessers der Welle oder durch Vergrößerung des Durchmessers
der Bohrung in der Buchse geschaffen sein.
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Der Hauptteil 27 der Tragnabe ist von einem V-Ring 30 umgeben,
welcher eine Wand einer am Umfang verlaufenden Nut von Schwalbenschwanzschnitt bildet,
deren andere Wand von einem zweiten V-Ring 32 gebildet wird. In der zwischen diesen
V-Ringen gebildeten Schwalbenschwanznut sind eine Reihe von Kommutatorsegmenten
mit isolierenden Trennteilen zwischen ihnen und isolierenden Ringen 34, welche zwischen
den Segmenten und den V-Ringen angeordnet sind, befestigt, Bei der gezeigten Anordnung
ist der V-Ring 30 aus einem Stück mit dem Hauptteil 27, und der V-Ring 32 wird durch
Anlöten oder Annieten an das Ende 33 des Haupteils 27 festgehalten. Dieses Ende
33 ist ursprünglich ein zylindrisches Stück des Hauptteils 27, damit Ring 32 darüber
gehen
kann. Wenn Ring 32 und die Segmente angebracht sind, wird das Ende zu der dargestellten
konischen Form nach außen gebogen, um die Kommutatorsegmente zwischen den zwei V-Ringen
erfaßt zu halten. Gewünschtenfalls können beide V-Ringe getrennt von dem Hauptteil
gemacht und durch beliebige geeignete Mittel befestigt werden.
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Jedes Kommutatorsegment ist mit einem bei 36 geschlitzten Teil
35 von vergrößertem Radius versehen, um eine Fahne 37 von den Wicklungen
aufzunehmen. Die Fahnen sind in die Schlitze 36 ge-!ötet, um eine sichere mechanische
Verankerung und eine gute elektrische Verbindung zu schaffen. Ein Isolierring 39
ist auf der Isolierhülse 21 an dem V-Ring 30 angeordnet, um die Spulenköpfe
vor der Berührung mit dem V-Ring zu schützen. Die Fahnen 37 liegen über dem Ring
39 und sind mit Schnüren 40 umwickelt, um sie gegen Bewegung festzuhalten.
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Die beschriebene Konstruktion schafft einen Motor, welcher mit außergewöhnlich
hohen Geschwindigkeiten betrieben werden kann, ohne befürchten zu müssen, daß das
-unvermeidliche kleine Wippen der Welle die Fahnen lockern oder zerreißen oder die
Kommutierung beeinflussen wird. Die Teile der Welle innerhalb des Blechpakets und
der Verlängerung 25 der Tragnabe sind verhältnismäßig starr, und daher sucht das
Biegen der Welle sich auf andere ihrer Teile zu beschränken. Infolge des Spielraums
zwischen dem die Kommutatorsegmente tragenden Hauptteil 27 der Tragnabe nimmt
der letztere nicht merklich an dem Biegen der Welle oder den relativen Bewegungen
zu dem Blechpaket oder den Wicklungen auf ihm teil.