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Elektrischer Kollektormotor Gegenstand der Erfindung ist ein elektrischer
Kollektormotor, welcher insbesondere in einem ausgedehnten Drehzahlbereich arbeiten
soll und besonders zum Antrieb von Spindeln von Werkzeugmaschinen, für elektrische
Haushaltgeräte, Schreibmaschinen usw. geeignet ist.
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Die Erfindung bezweckt insbesondere, diesen Motor so auszubilden,
daß er besser als bisher den verschiedenen Erfordernissen
der Praxis
entspricht, insbesondere hinsichtlich seiner geringen Trägheit, seiner leichten
Auswuchtung und leichten Einstellung des Luftspalts und seines leichten Anbaus,
insbesondere zum Antrieb der Spindeln von Werkzeugmaschinen.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung sei zunächst an die Bedingungen
erinnert, welche gegenwärtig an Kollektormotonen zum Antrieb der Spindeln von Werkzeugmaschinen
in den verschiedenen mechanischen, elektrischen oder elektronischen Techniken gestellt
werden.
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Da Übertragungen durch Treibriem, Zahnräder usw. vermieden werden
sollen, müssen diese Motoren in zunehmendem Maße unmittelbar konzentrisch an ihre
Tragwellen angebaut werden, insbesondere Werkzeugmaschinenspindeln. Sie müssen sich
einem weiten Drehzahlbereich anpassen und auch mit hohen Drehzahlen laufen können,
wobei dieser Drehzahlbereich z.B. von 150 bis 7000 Umdrehungen in der Minute
reicht.
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Die Motoren müssen ferner ein hohes Drehmoment bei niedriger. Drehzahl
aufweisen und durch eine elektronische Steuerung so gesteuert werden können, daß
sie eine vorher eingestellte
Drehzahl annehmen, welche der
Motor trotz der veränderlichen auf ihn wirkenden Einflüsse aufrechterhalten muß.
Die Motoren müssen ferner beim Auftreten einer Kraft, welche größer als das Moment
ist, welches der Motor liefern kann, ohne übermäßige Temperaturerhöhung stehenbleiben
können; bis die Ursache des Stillstands des Motors wieder aufgehoben ist, so daß
dieser wieder anlaufen kann, wobei er dann wieder die genaue Drehzahl annehmen muß,
welche vorher durch seine elektronische Steuerung eingestellt wurde. Bei einer großen
Zahl von Anwendungen dieser Motoren wird ferner das vollständige Fehlen von Schwingungen
| »ne |
| und eine schnelle Änderung der Drehzahl ermög- |
lichende sehr niedrige Trägheit der sich drehenden Teile verlangt. Ferner soll der
Platzbedarf möglichst klein sein. Unter den anderen gestellten Bedingungen ist ferner
die Begrenzung und die Aufrechterhaltunb der Genauigkeit der Motorwelle zu erwähnen.
Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit, die W:,.rme abzuführen, bevor diese einen
Wert erreicht hat, welcher die Toleranzen der miteinander gekuppelten
drehbaren
Teile beeinträchtigen kann.
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Die gegenwärtig bekannten Motoren gestatten nicht, die obigen Bedingungen
zu erfüllen. Diese Motoren besitzen eine große Trägheit und weisen einen schweren
Kollektor auf, was sie zur Verwendung bei hohen Drehzahlen ungeeignet macht, während
die Motoren mit einem scheibenförmigen Rotor und gedruckter Schaltung, deren Trägheit
gering ist, bei niedrigen Drehzahlen nicht genügend starr sind.
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Außerdem ermöglichen die bekannten Motoren keine Einstellung des Luftspalts.
Die Motoren mit scheibenförmigem Rotor mit gedruckter Schaltung erfordern eine verhältnismäßig
hohe Stromstärke, da sie nur eine geringe Spannung vertragen. Die bekannten Motoren
können nicht dynamisch ausgewuchtet werden und besitzen eine zu große Trägheit beim
anlaufen und beim vdechsel der Drehzahl. Ihre Wellen mit kleinem Durchmesser sind
zu schwach, um Antriebsstifte aufnehmen zu können oder das Durchstecken von Stäben
zu ermöglichen. ihr Gewicht ist zu groll und ihre Herstellung ist langwierig und
teuer.
Die Motoren mit gedruckter Schaltung besitzen einen sehr
leichten Rotor, der jedoch leicht verformbar ist ünd keine hohe Belastung aushält.
Ihre Benutzung ist nur bei kleinen Leistungen möglich.
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Ferner zwingt die Eigentümlichkeit einer gedruckten Schaltung zum
Arbeiten mit niedriger Spannung infolge der ungenügenden Spulenlänge. Hierdurch
entstehen Schwierigkeiten bei der Speisung und infolgedessen ein niedriger Wirkungsgrad.
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Ihre Eierstellung macht von wenig industriell durchgebildeten und
teuren Techniken Gebrauch.
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Der einzige Motortyp, welcher einen Teil dieser Nachteile nicht aufweist,
ist der, welcher im wesentlichen aus einem zylindrischen hohlen dünnen Rotor besteht,
welcher innen einen Zylinder aus Eisen trägt, welcher den durch einen üblichen Stator
gebildeten Magnetkreis schließt. Dieser Motor besitzt jedoch den Nachteil, daß er
nur für kleine Leistungen hergestellt werden kann, und zwar infolge der zylindrischen
Form des Rotors, welche für die Fliehkraft- und Torsionsbeanspruchungen nicht genügend
widerstandsfähig ist.
Ferner ist der Rotor schwer auszuformen, da
er keine einspringenden Abschnitte aufweist, und sein Luftspalt ist nicht einstellbar,
sondern muß unter Berücksichtigung der Bearbeitungsgenauigkeit zwischen
den Rotor und dem Stator hergestellt werden.
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Wenn die bekannten Motoren einen Kollektor aufweisen, besitzen sie
außerdem den Nachteil der Benutzung von gepreßten oder glimmerisolierten Kollektoren,
welche ein übermäßiges Gewicht haben und schwer herzustellen sind. Der den Gegenstand
der Erfindung bildende elektrische Kollektormotor hilft den obigen Schwierigkeiten
ab. Er entspricht den Erfordernissen der Praxis und eignet sich für zahlreiche Anwendungen,
wie Werkzeugmaschinen, elektrische Haushaltgeräte, Schreibmaschinen, Rechenmaschinen
usw.
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Die Erfindung hat daher einen elektrischen Kollektormotor zum Gegenstand,
welcher eine geringe Trägheit besitzt, einen sehr starren Rotor hat, bei der-Herstellung
leicht auszuwuchten ist, sowohl mit hohen als auch mit geringen Drehzahlen laufen
kann, eine Einstellung des Luftspalts
und eine. beqyeme Instandhaltung
ermöglicht und leicht. herzustellen ist, .
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Gemäß der Erfindung wird ein, elektrischer Kollektormotor, bestehend
aus einem sich drehenden Teil, welcher durch einen Rotor mit einer Ankerwicklung
und einem lamellierten Kollektor gebildet wird, wobei die Gesamtheit, dieser sich
drehenden Teile in einen Kunststoffüberzug eingebettet ist und aus einem festen
Teil, der durch ein Gestell, einen Bürstenhalter, einen außerhalb,des Rotors liegenden
die Induktionspole tragenden Abschnitt gebildet wird und aus einem inneren. Abschnitt
am Rotorder frei oder fest in Bezug auf das Gestell angeordnet. ist, vorgeschlagen,.
der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Rotor konisch ausgebildet ist. an dessen
einem Ende stirnseitig ein flacher Kollektor angeordnet ist und daß die Umhüllung,
in welcher die Wicklung des Rotors und der Kollektor eingebettet sind, mit einer
axialen Hülse verbunden ist, die sich wenigstens über die gesamte Länge des Rotors
erstreckt und die gleichen Lager für den Motor und eine Spindel aufweist, welche
durch den Motor angetrieben wird. ,
Diese Anordnung erleichtert
den drehbaren Teil des Motors und verringert den Platzbedarf in axialer Richtung,
was zur Erzielung der gewünschten Ergebnisse beiträgt, wie kräftiger Aufbau, geringes
Gewicht, geringe Trägheit., Fehlen von Schwingungen, Möglichkeit schneller Erhöhung
und Erniedrigung der Drehzahl, ausgedehnter Drehzahlbereich.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung besteht der Bürstenhalter
im wesentlichen aus zwei Teilen,nämlich einem Halter mit Gleitschienen, welcher
an dem äußeren Teil des Stators so befestigt ist, daß die genaue Kommutationsebene
in der Umfangsrichtung genau eingestellt werden kann, sowie einem den eigentlichen
Bürstenhalter bildenden Gleitstück, welches schnell und bequem in die Gleitschienen
des Halters eingesetzt oder aus diesen herausgenommen werden kann, wobei dieses
Gleitstück außer den in Ausnehmungen einbesetzten Bürstenblocks, auf deren jeden
ein einstellbarer elastischer Druck ausgeübt wird, mit den. Bürsten verbundene Lamellen
oder Kontaktglieder trägt, welche automatisch die :`ontinuität des elektrischen
Stromkreises mit entsprechenden mit ihnen zusammenwirkenden an dem festen Halter
vorgesehenen Einrichtungen
sicherstellen und die Entfernung des
Gleitstücks ermöglichen, wobei das Gleitstück Einrichtungen für seinegenaue Einstellung
und seine Befestigung an dem festen Halter In der Arbeitsstellung aufweist.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung kann der Kollektor
des Elektromotors in zylindrischer Form ausgeführt werden, wobei zunächst Längsschlitze
zwischen den leitenden Lamellen vorgesehen werden, welche sich jedoch nicht über
die ganze Länge des Kollektors erstrecken, worauf das Gießen und das Erstarrenlassen
eines Kunststoffs oder Kunstharzes erfolgt, worauf schließlich der Kollektor so
fertigbearbeitet wird, daß sich die Schlitze über die ganze Länge desselben erstrecken,
wobei dieser letztere Arbeitsgang darin besteht, entweder die Schlitze zu verlängere,
insbesondere wenn die schlitzlose Zone sich in dem mittleren Abschnitt des Kollektors
befindet, oder den schlitzlosen Abschnitt abzuschneiden, wenn sich dieser an dem
Ende des .Kollektors befindet.* Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung werden
die Käfige des Bürstenhalters mit Hilfe von zwei einstellbar
an
einer Tragwand befestigten U-Profilen und zwei Plattenpaaren hergestellt, von denen
das eine isolierend und das andere gleitend ist, wobei zwei ebenfalls an von dieser
Wand getragenen isolierenden Achsen angebrachte haarnadelförmige Federn die Bürsten
mit dem gewünschten Druck auf den Kollektor drücken.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung ist das innerhalb des
Rotors liegende Eisen für den Rückschluß des Magnetkreises an dem Stator befestigt,
insbesondere durch einen Bund zur Befestigung an dem festen äußeren Umfangsteil
desselben.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung ist das innere Eisen
mit dem Rotor starr verbunden, mit welchem es ein Stück bildet, so daß es sich mit
dem Rotor dreht. Das innere Eisen ist dann aus geblättertem Weicheisen hergestellt,
um Störungen zu vermeiden, insbesondere durch Wirbelströme.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung wird der Rotorblock
durch Einformen in einen isolierenden Kunststoff hergestellt, in welchen die Ankerwicklungen
eingebettet
sind so daß der Rotorblock den einstückigen Zusämmenbau
des flachen Kollektors gewährleistet, wobei er ihm die erforderliche Dehnungsmöglichkeit
in zwei Richtungen läßt.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung wird der in einen die
Rotorwicklungen umhüllenden Kunststoff eingeformte kegelförmige Rotor so ausgeführt,
daß die große Grundseite des kegelförmigen Rotors unmittelbar die Belüftungs- und
Kühlrippen bildet.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung erfolgt die Herstellung
des Rotorblocks aus Formmasse in einem einzigen Stück derart, daß dieser Block unmittelbar
die axiale innere Buchse des Rotors bildet, welche durch eine Muffe oder andere
Verstärkungsteile bewehrt wird.
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Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhalber
erläutert.
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Fig. 1 zeigt in einem halben Längsschnitt bei entferntem Gestell eine
Ausführun?sform des erfindungsgemäßen Elektromotors.
Fig. 2 zeigt
schaubildlich unter Wegbrechung von Teilen den Rotor des Motors gemäß Fig. 1. Fig.
3 und 4 zeigen in einer Ansicht auf das Ende bzw.
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in Seitenansicht den Bürstenhalter des Motors gemäß Fig. 1.
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Fig. 5 zeigt in einer geschnittenen Teilansicht den die Induktionspole
des Motors gemäß Fig. 1 tragenden Abschnitt.
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Fig. 6 zeigt eine Ankerspule des Miotors.
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Fig. 7 bis 9 zeigen in ähnlicher Darstellung gemäß anderen Erfindungskennzeichen
ausgebildete Induktionspole. Fig. 10 und 11 zeigen in einem halben Längsschnitt
bzw.
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im Schnitt längs der Linie XI-XI der Fig. 10 schematisch die Gesamtanordnung
eines Motors der in Fig. 1 dargestellten Art mit Kühlluftumlauf.
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Fig. 12, 13 und 14 zeigen drei Möglichkeiten zur Herstellung des Kollektors
eines erfindungsgemäßen @iotc@r:@ .
Fig. 15 zeigt die elektronische
Steuerschaltung eines derartigen Motors.
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, Fig. 16 zeigt eine Ausführungsäbwandlung eines Teils der Schaltung
der Fig. 15.
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Fig. 17 ist eine axial geschnittene Gesamtansicht einer anderen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Elektromotors.
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Fig. 18 ist eine Ansicht des aus einem Halter und dem Motor herausgenommenen,
die Bürsten tragenden Gleitstücks, welches in einer Flucht mit seiner in Fig. 17
dargestellten Einbaustellung dargestellt ist.
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Fig. 19 ist eine Seitenansicht längs der Linie 19-19 der Fig. 18.
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Fig. 20 zeigt eine schaubildliche Ansicht einer Ausführungsform des
konischen Rotors mit stirnseitigem Kollektor und eingebauten Rippen entsprechend
der Ausführung der Fig. 17.
Fig. 21 ist eine Gesamtansicht der
die Bürsten haltenden Vorrichtung in Richtung der Linie 21-21 der Fig. 17 gesehen.
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Fig. 22 ist eine Draufsicht im Schnitt längs der Linie 22-22 der Fig.
21.
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Bei der in Fig. 1 bis 7 dargestellten Ausführungsform besitzt der
erfindungsgemäße elektrische Kollektormotor einerseits einen sich drehenden Teil
A, welcher durch einen konischen Rotor 1 (Fig. 2) mit seiner Ankerwicklung 2 (Fig.
6) und einem mit Lamellen S versehenen Kollektor 4 (Fig. 2) gebildet wird, wobei
diese gesamte nnordnung in einen Kunststoffüberzug 6 eingebettet und mit einer zylindrischen
Buchse 3 fest verbunden ist, sowie andererseits einen festen Teil B, welcher außer
durch ein Gestell 7 (Fig. 10) und einen Bürstenhalter 8 (Fig. 3 und 4) durch einen
außerhalb des Rotors 1 liegenden, die Induktionspole 10 (Fig. S) tragenden Abschnitt
9 und einen inneren Abschnitt 11, welcher auf der Buchse 3 frei oder in Bezug auf
das Gestell 7 festgelegt ist, gebildet wird.
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Der etwa 2 mm starke konische Rotor 1 (Fig. 2) weist Ankerspulen 2
(Fig. 6) aus Kupfer auf, welche auf eine
entsprechende Form gebracht
und mit den Lamellen 5 des Kollektors 4 durch Leiter 12 verbunden sind, welche in
eine Kunststoffmasse 6 eingebettet sind (z.B. das unter dem Namen "Araldite" bekannte
Kunstharz), welche in elektrischer Hinsicht isoliert und in mechanischer Hinsicht
die genügende Festigkeit hat. Die konische Form des Rotors und seine Bildung ohne
ferromagnetischen Werkstoff ergeben gleichzeitig eine große Leichtigkeit (bei geringer
Trägheit, was schnelle Drehzahländerungen ermöglicht) und eine große Starrheit infolge
seiner konischen Form, welche noch durch den Umfangsring 13 erhöht wird.-Außerdem
ermöglicht die konische Form des Rotots l die bequeme Einstelluni, des Luftspalts
durch Längsverschiebung des Rotors zwischen den beiden Abschnitten 9 und 11 des
festen Teils oder Stators B . , Der Kollektor 4 (Fig. 1 und 2) be's'itzt 'ebenfalls
eine beringe Dicke (größenordnungsmäßig einen halben Zentimeter) und weist ebenfalls
keinen ferromagnetischen Teil auf, so daß er eine geringe Trägheit besitzt. "Er
weist eine Reihe von 5 auf, welche in die "gleiche Kunststöff-@ masse 6 wie die
Ankerspulen 2 eingebettet sind.
Der Kollektor 4 wird z.B. durch
Ziehen, Fließbearbeitung-oder Ausdrücken mit Schlitzen oder Löchern zum Anschluß
der Leiter 12 der (zweckmäßig auf einer automatischen Wickelmaschine hergestellten)
Spulen gebildet. Vor dem Gießen des Kunststoffs oder Harzes werden Schlitze 14 zwischen
den Lamellen 5 hergestellt,, welche sich jedoch nicht über die ganze Länge des Kollektors
erstrecken (wie in Fig. 12 und 13 dargestellt), um die zylindrische Form desselben
aufrechtzuerhalten. Bei einer ersten in Fig. 12 dargestellten Herstellungsart bildet
der schlitzlose Abschnitt den mittleren Abschnitt 15, in welchen die den seitlichen
Abschnitten 16 und 17 entsprechenden Schlitze nach dem Gießen und dem Eratarren
des Kunststoffs 6 hinein verlängert werden. Bei einer zweiten in Fig. 13 dargestellten
Ausführungsform bildet dagegen der schlitzlose Abschnitt das Ende 18, welches nach
dem Gießen und Erstarren des Harzes abgeschnitten wird. Schließlich kann (Fig. 14)
zur Herstellung von schnellaufenden Kollektoren großer Länge eine V-förmige Wut
19 in der Mitte des Kollektors vorgesehen werden, in welche ein isolierender kräftiger
Faden 20 (z.B..aus einem Superpolyamid) eingelegt wird, welcher bei seiner Einbettung
in das gegossene Harz die Widerstandsfähigkeit des Kollektors gegen die Fliehkraft
erhöht.
Die Vereinigung der metallischen Buchse erfolgt beim Erstarren
des Kunststoffs infolge der an dem Umfang der Buchse vorgesehenen Nuten 74.-Die
Übertragung des Dreh-, moments auf den anzutreibenden Teil, z.B. eine Werkzeugmaschinenspindel,
erfolgt durch diese sich drehende Buchse 3. Da diese hohl ist, kann-der anzutreibende
Teil oder die Spindel gleichachsig innerhalb der Buchse angeordnet werden, was z.B.
bei der Herstellung von Motoren für Spindelantriebe sehr vorteilhaft ist.(Fig. 1
und 10) Die sich drehende Anordnung wird somit durch einen Teil A gebildet, welcher
im Augenblick des Esstarrens des Kunststoffs 6 zu einem Ganzen zusammengefügt wird
und beim Austritt aus der Form, in welche der Kunststoff gegossen wird, zeatriert
und ausgewuchtet ist. . Der Teil A ist ferner sehr leicht und starr, was hohe Drehzahlen
sowie eine schnelle Änderung derselben ermöglicht.
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Der Teil B enthält innerhalb des Gestells 7 den eigentlichen Stator
9, 11 und den Bürstenhalter 8: Der äußere in dem Gestell 7 einstellbare Abschnitt
9 des Stators (feg. 1 und 10) Wird aus Weicheiran oder geblättertem Blech hergestellt.
Das industorende Feld wird oatweder durch Dauermagnete oder durch
Spulen erzeugt. Bai
der Erzeugung durch Spulen wird aus
den gesamten Spulen zweckmäßig durch Umgießen mit einem Kunstharz, z:B, Araldite,
ein festes Ganzes hergestellt. Eine Ausführungsform mit Dauermagneten ist in Fig.
5 dargestellt, in welcher man die von Polschuhen 21 getragenen radialen Dauermagnete
10 sowie die diese umhüllende Harzmasse 22 sieht. Diese enthält zweckmäßig l.ängskanäle
23 zur Aufnahme der nicht dargestellten Drähte zur Magnetisierung, welche die Magnetisierung
erzeugen und ggfs. die Drehzahl dadurch beeinflussen können, daß sie zu dem durch
die Dauermagnete 10 erzeugten Hauptmagnetfeld ein Hilfsmagnetfeld hinzufügen oder
von diesem abziehen.
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Der innere Abschnitt 11 des Stators (Fig. 1) besteht, wie der äußere
Abschnitt g, aus Weicheisen oder geblättertem Blech. Er ist entweder auf der Buchse
3 frei oder liegt in Bezug auf das Gestell fest. In dem ersteren Fall kann zwischen
der Buchse und der Außenseite des Kegels des Rotors eine die Steifigkeit desselben
verbessernde Wand vorgesehen werden.
Fig. 7bis'-9`zeigen beispielhalber
drei weitere mögfiche Ausführungsformen des Stators.
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Gemäß Fig. 7 sind (durch Biegen, Profilieren, Sintern usw. hergestellte)
U-förmige Bleche 9 so nebeneinandergelegt, daß die Schenkel 91 die Pole bilden,
welche die Wicklung 91 und an ihrem Fuß die Polschuhe 21 aufnehmen.
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In Fig. 8 wird ein Rohr 9 verwendet, welches z.B. durch Biegen und
Schweißen bei 93 hergestellt ist und geblätterte Bleche 91 , 21 trägt.
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Fig. 9 zeigt eine ännliche Darstellung, das Rohr ist jedoch durch
riebeneinanderliegende auseinandergescnnittene Segmente ersetzt.
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Die verschiedenen Bleche oder anderen Teile des Magnetkreises sind
mit Hilfe von bekannten Werkstoffen hergestellt und zwar vorzugsweise aus ARMCO-Eisen
oder mit Hilfe von Ferriten.
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Der Bürstenhalter (Fig. 1, 3 und 4) ist höchst einfach und billig,
da er mit Hilfe von im Handel erhältlichen
Kennzeichen der Erfindung
wird er durch eine Tragwand 24 gebildet, an welcher bei 54 einstellbar zwei U-Profile
25 befestigt sind, deren jedes finit einer Metallplatte 26 und einer isolierenden
Platte 27 einen Käfig für eine Bürste 29 bildet. Die leichte Einstellung der U-Eisen
ermoglicht einen genauen spielfreien gleitenden Einbau der Bürsten in ihren Käfig.
Zwei hiiarnacielfürtni",e Federn 3Ü, welche an an der Wand 24 befestigten Achsen
31 angebracht sind, drücken die Bürsten 29 mit 'dem gewünschten genauen Druck auf
den Kollektor 4.
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Die Buchse 3 der sich drehenden Anordnung A ist in von den Enden 33
des Gestells 7 (Fis,. 10 und 11) getra,eüen viälzlagern 33 gelabert. Diese Wälzlager
stützen sich an Ringen 34 ab, welche mit Leuten 35 für den Durchtritt der Kühlluft
versehen sind. 1n Fig. 10-ist durch Pfeile der Umlauf der Kühlluft dargestellt,
welche bei 36 durch die nuten 33 des linken Ringes 34 eintritt, das vordere Lager
und die Bürsten 9 kühlt, zwischen den Schaufeln einer von dein Rotorring 13 getragenen
Turbine 37 hindurchströmt, welche die Luft in Bewegung versetzt und das hintere
Lager kühlt, worauf die Luft bei 3-; mit einer Temperatur austritt,
welche
um 5 bis 10" höher als die Temperatur der mit Raumtemperatur bei 36 angesaugten
Luft ist.
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Ein gemäß den obigen Ausführungen ausgebildeter Elektromotor hatte
folgende Kenngrößen:
| Polzahl 8 |
| Zahl der Kollektorlamellen 59 |
| Zahl der Ankerspulen 59 |
| Windungszahl je Spule 5 |
| Wicklungsart der Spulen Wellenwicklung |
| Ausbildung des Stators mit Dauermagneten |
| Stärke des Magnetfeldes im Luftspalt 6500 Gauss |
| Außendurchmesser des Stators 230 mm |
| Nutzbreite 75 mm |
| Durchmesser des Kollektors 84 mm |
| Durchmesser der mittleren Bohrung 60 mm |
| Durchmesser der Achse 60 mm |
| Gesamtlänge ohne Gestell 175 mm |
| Leistung bei 3000 U/min über 30 V |
| Nennspannung bei 3000 U/min 130 V |
bei der in Fig. 17 dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Motors
wird der konische Rotor 54
durch die Ankerwicklungen 54a gebildet,
welche in den isolierenden Kunststoff 54b eingebettet sind, welcher gleichzeitig
die einstückige Vereinigung mit einem flachen oder stirnseitigen Kollektor 55 in
der allgemeinen Form einer dünnen Scheibe bewirkt. Durch diese Ausbildung entsteht
eine Erleichterung des sich drehenden Teils des Motors und eine Verringerung des
Platzbedarfs in axialer Richtung sowie der Trägheit.
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Es ist zu bemerken, daß die Einformung in den Kunststoff dem Kollektor
alle Freiheit für seine Dehnunö auf zwei Seiten in zwei Richtungen läßt, nämlich
auf der mit den weiter unten beschriebenen Bürsten in Berührung kommenden Stirnseite
55a und der Umfangsseite 55b. Die Wicklungen 54a sind natürlich auf beliebige bekannte
erforderliche Weise an die Lamellen des Kollektors 55 angeschlossen.
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An dem anderen Ende des Rotors 54 bildet der isolierende Einformungskunststoff
54b unmittelbar mit angeformte Flügel 54c für die Umwälzung der Luft zur Belüftung
und Kühlung. Hierdurch ist der Ventilator unmittelbar an den Rotor mit angebaut,
wodurch die Herstellung und der Zusammenbau vereinfacht werden.
Diese
Ausbildung schließt jedoch nicht die Verwendung eines zusätzlichenn aufgesetzten
Ventilators aus, wenn die besonderen Arbeitsbedingungen dies erfordern. Ferner kann
die dynamische Auswuchtung des mit Flügeln versehenen Rotors durch Entfernung und/oder
ggfs. durch Zusatz von Werkstoff an den Flügeln auf beliebige bekannte Weise erfolgen.
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Ferner ist bei der Ausbildung gemäß Fig. 17 der Rotor 54 unmittelbar
mit der axialen Buchse 54d zu einem einzigen Stück geformt, wobei die Buchse innen
z.B. durch eine dünne Metallmuffe 56 bewehrt ist, oder auch durch Metalldrähte,
Stäbe usw..Innere Anlageflächen 54e zur Abstützung an der zentralen Welle können
unmittelbar durch den isolierenden Kunststoff innerhalb der Buchse 54d gebildet
werden, Fig. 17 zeigt noch den außerhalb des konischen Rotors liegenden Abschhitt
59 des Stators sowie den inneren Abschnitt 60 für den Rückschluß des Feldes. Erfindungsgemäß
ist der innere Abschnitt 60 jenseits des Rotors durch einen breiten Bund 60a verlängert,
welcher am Umfang des festen äußeren Abschnitts 59 auf beliebige Weise befestigt
ist, z.B. durch Schrauben 61 und mit
dem äußeren Abschnitt fest
verbundene Stützsektoren 62. Bei einer anderen nicht dargestellten Ausführungsform
ist das innere Eisen fest mit dem Rotor verbunden. Das innere Eisen bildet dann
einen Teil des Rotors und dreht sich mit diesem. Diese Ausführung verlangt eine
Herstellung des inneren Eisens aus geblättertem Weicheisen, um Störungen zu vermeiden,
z.B. Wirbelstromverluste.
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Nach den obigen Ausführungen kann das innere Eisen für den Rückschluß
des Feldes auf dreierlei Weise ausgeführt werden: - es kann frei in Bezug auf den
Stator und den Rotor und auf Kugellagern gelagert sein, wie in Fig. 1 dargestellt;
- es kann ortsfest und mit dem Stator in der in Fig. 17 dargestellten Weise verbunden
sein; - es kann in Gien Rotor eingebaut sein und sich somit mit diesem drehen, was
eine Ausführung aus geblättertem Weicheisen erfordert.
Die zur
Lagerung der axialen Welle erforderlichen Wälzlager können entweder an den seitlichen
Flanschen des Stators oder innerhalb des Eisens für den Rückschluß des Magnet-Feldes
angeordnet werden, wenn dieses Eisen qrtsfest und an dem Stator befestigt ist (Wälzlager
78 in Fig. 17).
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Die Schwierigkeiten, welche die Zugänglichkeit der Bürsten und die
Einstellung derselben, die Prüfungen, die Reinigung und den Ersatz, welche verhältnismäßig
häufig erforderlich sind, machen, sind bekannt. Die nachstehende erfindungsgemäße
Ausbildung hilft den üblichen Nachteilen ab und umfaßt hauptsächlich zwei Teile,
nämlich einen mit Gleitschienen versehenen Halter und ein die Bürsten tragendes
Gleitstück, welche zweckmäßig, wenn auch nicht unbedingt, aus in der Form geformten
Isolierstoff hergestellt werden.
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Der Halter 63 hat eine allgemein kreisförmige Form, um an dem festen
Umfangsabschnitt 59 des Stators befestigt zu werden, z.B. mit Schrauben 64. Der
Halter 63 besitzt hierfür Langlöcher 63a für den Durchtritt der Schrauben, wodurch
eine Einstellung der Bürstenanordnung in der Umfangsrichtung möglich wird, so daß
die genaue Kommu- v tierungsebene gefunden werden kann.
Der Halter
63 besitzt parallele Gleitschienen 63b, welche an einem Ende offen und an dem anderen
Ende durch eine Querwand 63c geschlossen sind. An den Gleitschienen 63b sind Halteplatten
65 angebracht, deren Unterseite eine Abschrägung 65a aufweist.
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Der Halter 63 besitzt ferner in seinem mittleren Abschnitt eine breite
kreisförmiüe Öffnung 63e für den freien Durchtritt der axialen sich drehenden mit
dem Rotor starr verbundenen Buchse 54d, sowie zur vollständigen Freilegung der Stirnfläche
des Kollektors 55. Der Rand der Öffnung 63e ist abgeschrägt und kommt in unmittelbare
Nähe des Kollektors 55, um die Bürsten bei der Entfernung des Gleitstücks zurückzuhalten.
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Das die Bürsten tragende Gleitstück 66 ist so ausgebildet, daß es
mit seinen gebrochenen Kanten 66a mit Gleitsitz zwischen die Gleitschienen 63b paßt,
wobei es sich mit dem unbedingt erforderlichen und einstellbaren Spiel zwischen
den Schrägflächen 65a der Platten 65 und den Schrägflächen 63d am Fuß der Gleitschienen
63b abstützt.
Das Gleitstück ist axial bei 66b offen, damit es
frei auf die Buchse 54d aufgeschoben werden kann. Das Gleitstück besitzt ferner
in entsprechender Lage Ausnehmungen 66&, mit offenem Boden zur Aufnahme der
sich gegen den Kollektor 55 legenden Bürsten 67.
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Auf der Zeichnung sind vier Ausnehmungen und vier Bürsten dargestellt,
doch ist diese Zahl nur beispielhalber gewählt. Die Bürsten 67 werden kräftig und
elastisch gegen den-Kollektor durch die freien Enden 68a von Blattfedern 68 gedrückt,
welche je spiralig auf eine Achse 69 aufgerollt sind; welche zwischen Lagerflächen
66d des Gleitstücks angebracht ist. Das innere Ende der Blattfedern 68 ist an der
Achse 69 befestigt, welche in Bezug auf die Lagerflächen 66d z.B. mit Hilfe von
Schrauben 70 festgelegt ist, wodurch der Druck eingestellt werden kann, mit welchem
sich jede Bürste 67 gegen den Kollektor 55 legt.
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Die erforderlichen Verbindungen werden z.B. wie dargestellt, mit Hilfe
von Leitern 71 hergestellt, welche
abwechselnd die Bürsten mit
Klemmen 72 verbinden, von welchen aus Leiter 73 die Verbindung mit Lamellen oder
Kontaktgliedern 74 herstellen. Die Lamellen 74 sind in der Nähe des Endes des Gleitstücks
befestigt, welches beim Zusammenbau in die Nähe der Wand 63c des Halters kommt.
Die Wand 63c trägt doppelt gebogene elastische Klammern 75, zwischen welchen die
Lamellen 74 elastisch gefaßt werden. An die'Klammern 75 sind die Leiter 76 an-`eschlossen.
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Wenn sich das GleiLstück an Ort und Stelle befindet, wird hierdurch
unmittelbar unter günstigen BedingunGen die Kontinuität des elektrischen Stromkreises
hergestellt, wobei jedoch die Möglichkeit besteht, das die Bürsten tragende Gleitstück
sofort nach Belieben zu entfernen. Das Gleitstück 66 wird zwischen den Gleitschienen
63b genau in seiner Lage z.B. durch Systeme mit Kugel und Feder 75 gehalten, welche
in die Gleitschienen 63b eingebaut sind und mit konischen oder anderen Zentrierungsvertiefuni;en
in den Rändern 66a des Gleitstücks zusammenwirken.
Je nach den
Einbaubedingungen, den Zugangsmöglichkeiten usw. können ggfs. Blockierungsschrauben
in die Gleitschienen 63b eingeschraubt werden, welche das eingebaute Gleitstück
an dem Halter 63 verriegeln. Die obige Ausbildung ermöglicht insbesondere eine schnelle
Auswechslung der Bürsten durch den Ausbau des Gleitstücks, welches sofort durch
ein anderes mit seinen Bürsten versehenes genormtes Gleitstück ersetzt werden kann.
Man kann in der Werkstatt an einer besonderen Arbeitsstelle die Prüfung der Bürsten,
ihren Ersatz, ihre Reinigung, die genaue Einstellung ihres Drucks unter Aufwendung
der erforderlichen Zeit in aller Bequemlichkeit vornehmen, ohne die Motoren anhalten
zu müssen, welche weiterarbeiten. Die elektronische Steuerung eines erfindungsgemäßen
elektrischen Kollektormotors kann in der in Fig. 15 dargestellten Weise erfolgen.
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Diese Halbleiter enthaltende Schaltung enthält eine Brücke 39 aus
Siliziumdioden zur Gleichrichtung des
Stroms des Einphasennetzes
40, eine gesteuerte Diode oder ein Halbleiterthyratron 41, welches von dem Ausgang
der Gleichrichterbrücke gespeist wird und den Speisestrom des Elektromotors M liefert,
einen Strombegrenzer 42, welcher in dem Speisestromkreis des Motors angeordnet ist
und an seinem Ausgang 43 ein Signal liefert, wenn die von der gesteuerten Diode
41 gelieferte Stromstärke einen bestimmten Grenzwert übersteigt, eine an die Klemmen
45 des Motors M (an die Klemmen der Bürsten 29) angeschlossene Vorrichtung 45, welche
eine zu der Drehzahl des Motors praktisch proportionale Spannung liefert, eine Vorrichtung
zur Einstellung der gewünschten Drehzahl, welche z.B. durch einen Spannungsteiler
gebildet wird, welcher eine zu der eingestellten Drehzahl proportionale vorgegebene
Spannung liefert, einen Differentialverstärker 47 od.dgl., welcher an seinen beiden
Eingängen 48 und 49 die durch die Vorrichtung 46 vorgegebene Spannung bzw. die zu
der Drehzahl proportionale Spannung empfängt und die Fehlerspannung verstärkt, welche
gleich der Differenz zwischen diesen beiden Eingangsspannungen ist, um eine verstärkte
Fehler-Spannung zu liefern, wobei dieser Verstärker noch durch
das
Ausgangssignal des Strombegrenzers 42 gesteüerE - -wird, um die Ausgangsspannung
zu verringern, wenn dieses Ausgangssigual eine Überschreitung der Stromstärke des
Motors M anzeigt, und einen durch die verstärkte Fehlerspanneing gesteuerten Einschichttränsistor
51, welcher seinerseits die Diode 41 steuert. Die-Steuervorrichtung der Fig. 15
bewirkt so die selbsttätige sehr schnelle Einstellung der Drehzahl des Motors M
auf die in der Vorrichtung 46 vorgegebene Drehzahl. Es kann jedoch auch eine beliebige
andere elektronische Vorrichtung zu dem gleichen Zweck benutzt werden. Wenn ein
sehr großer Drehzahlbereich des Motors 1.1 und eine große Stabilität der wirklichen
Drehzahl desselben trotz der Änderung der Netzspannung und/oder des widerstehenden
Moments, welchem der Rotor des Motors ausgesetzt ist, gewünscht wird, kann der rechts
von der Lotrechten Z-Z der- Fig. 15 liegende Abschnitt in der in Fig. 16 dargestellten
Weise abgeändert werden.
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Bei dieser Ausführungsabwandlung wird die zu der Drehzahl des Motors
M proportionale Spannung durch einen
Tachometerdynamo 44a gegeben,
deren Rotor (mit oder ohne Untersetzung) von dem Rotor des Motors M über die bei
52 angedeutete Verbindung angetrieben wird. Die von dem Tachometerdynamo gelieferte
Spannung, welche weder von dem Eigenwiderstand des Motors noch von den Kenngrößen
des Steuerstromkreises beeinflußt wird, ist genau zu der Drehzahl des Motors M proportional.
Diese Spannung wird von dem Tachometer 53 angezeigt.
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Der erfindungsgemäße Motor besitzt gegenüber den bekannten Elektromotoren
dieser Art zahlreiche Vorteile, insbesondere folgende: - Leichtigkeit und Auswuchtung
der sich drehenden Teile bei sehr geringer Trägheit; - kräftiger Aufbau und Widerstandsfähigkeit
gegen die verschiedenen Beanspruchungen, insbesondere gegen die Torsion und Flietikraftbeanspruchung.;
- geringer Plätzbedarf;
- Fehlen von Schwingungen bei allen Drehzahlen
und geräuschloser Lauf infolge der Leichtigkeit der umlaufenden Massen und der Möglichkeit
einer tadellosen statischen , und dynamischen Auswuchtung; - sehr schnelle Erhöhung
und Erniedrigung der Drehzahl; - geringeres Gesamtgewicht als das Gewicht der bekannten
Motoren ähnlicher Ausbildung; - sehr großer Drehzahlbereich; - geringe Ankerrückwirkung;
- eine die Leistungsextrapolationenermöglichende Au s bildung; - die Wictlung ermöglicht
die Benutzung einer hinreichenden Spannung und vermeidet die Fehler der Motoren
mit gedruckten Schaltungen, welche mit niedriger Spannung arbeiten;
das
Fehlen von seitlichen im allgemeinen verformbaren Flanschen, wodurch die Ausrichtung
der Wellen gestört wird; - der Stator sitzt an einem festen Gestell und beeinf lußt
nicht die Halter der Spindel; - der große Durchmesser des Rotors und seine sehr
geringe Dicke lassen einen großen Innendurchmesser für die Verwendung von widerstandsfähigen
Spindeln oder den Durchtritt von Wellen großen Durchmessers zu; - der Luftspalt
zwischen dem Stator und dem Rotor kann mit äußerster Genauigkeit sehr leicht durch
die axiale Verschiebung des Rotors eingestellt werden; - der abnehmende Durchmesser
des konischen Rotors ermöglicht, die Formung in der Form und die Polymerisation
der Harze unter ausgezeichneten Bedingungen vorzunehmen und einen aus einem einzigen
Stück bestehenden Rotor zu erhalten; - die getroffene Ausbildung ermöglicht die
industrielle Herstellung der verschiedenen Teile des Motors in Massenanfertigung;
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der Motor besitzt noch einen ausgezeichneten Wirkungsgrad und geringere Betriebskosten
als die bisher bekannten und benutzten vergleichbaren Motoren.
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Der Motor kann unmittelbar mit einer anzutreibenden Spindel gekuppelt
werden, wobei die gleichen Lager für die Spindel und den Motor benutzt werden, so
daß eine erfindungsgemäße Motoranordnung eine genormte Einheit bilden kann, welche
in eine sehr große Zahl von Maschinen eingebaut werden kann.
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Die gleichmäßige Drehung des Motors bei niedriger Drehzahl ermöglicht
den Fortfall einer nachbiebigen Kupplung zwischen dem Rotor und der anzutreibenden
Spindel.