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11L2lektrischer Gleich.Aromiotor mit top:£*f örmigern Uäuf ericörper"
Die Erfindung bezieht sich auf eluktriochen Gleich,z-broimaotor hlit einehi durch
diu to#pi'i'örini>-,en jelbsttragenden Läuferi#örper ue;zjjen aus Isolier-CD ,jtoi'i
bE#.stehende Trägerjcheibe rest rait de#r und mit eineiii Kolleklor viL#rbuiideil
i"z;-t, wobei die Läui'E;r#.iiciclung LL3 ausgebildut iit.
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rnieldan, E 14 uj 4194 #IOLI 1. aj)ril ##-eijt uIe lor,-1,u.riciieibE,'
Lii ilirt#.,ii CJ U-ul , u 'it:; voll U-Cil # üine- -Wickelbz-,. der 1.2c--iiii)uleil
LLi#jjchlieilich iiii Beruich it;.-r Zähne aif,# itirililäche uer Trä,erjchG#ilu-e
übc;rlr(,-iieii.
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lia k-;,up-L vvar dabei uu.' 0 aie Zähne jämtlich #L-icli jiiid,
und dai-i uie iiiiz,##lil aer ZUnrie, bz,N. die Ulzahl C.) dur Zuliiilüc;I"üii ..-leich
uer linzahl der lüci_L,3i#uiun 11#t.
Von diesen baulichen Lierkrüalen
des Hauptpatentb geht die hier vorliegende Zusatz-Erfindung aus und übernirmt sie
vollinhaltlich. Sie unterscheidet sieh, ebenso wie das Hauptpatent, vom itande der
Technik, welcher durch folgende Vorveröffentlichungen ualris,#en ist: deutsches
Gebrauchsmuster 1.827.b75, französische Patentschriften 1.23-1.257 und
1.275.900, britische Patentjchrift 619.4d1, deutsche Auslegeschrift
1.151.065.
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Beini Viickelprozeß wird gemäij dem Verfahren, das zur Herstellung
des Motors nach dein Hauptpatent anzuwenden ist, die Trägerscheibe mit in die Azkerwicklung
hineingewickelt. Es wird also nicht etwa die #--jicklung als solche zunächst
fertiggestellt und dann auf die gezahnte Trägerscheibe aufgeschoben oder aufgefädelt;
vielmehr erfolgt das Wickeln des Ankers und dessen Verbindung mit der Trägerscheibe
in einem Zuge, also im gleichen Arbeitsgang. Für dieDe Fertigunsart ist -auch die
hier vorliegende Erf indung bestimmt.
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Es handelt sich beim Gegenstand der Erfindung wu eine weiterbildu.-i#--
dej Bauprinzips des Hauptpatents: die enannte gezahnte 0 tD Trägerscheibe
auN3 Isolier.3toff ist dabei so ge#jtaltet und au.3gedal# der Wickelvorgang CD bei
der Herstellung des Ankers erleichiert wird, und daß die Verbindung zwischen dem
lInkerdraht bzw. der Ankerwicklung und der Trägerscheibe noch fester ist. Weitere
Eigenschaften der neuartigen Trc;#,ti.,#c#rscheibe dienen ebenfalls dazu,
die
3tabilität des Rotors zu ##rhöhen.
Als praktische Ausführungoform
der gezahnten Trägerscheibe war im Hauptpatent eine Bauform offenbart und vorgesehen,
bei der die Zähne über die in den Zahnlücken untergebrachte Wicklung radial etwas
überstehen. Die Trägerscheibe war also einschließlich der Zähne ein einheitliches
flaches ebenes Gebilde. Sie wurde vorzugsweise aus einer ebenen Kunststoff-Isolierplatte
durch Ausstanzen gewonnen. Demgegenüber ist die neue Trägerscheibe nach dem Zusatzpatent
eine zwar ebenfalls im wesentlichen ebene kreisförmige Scheibe aus Ibolierstoff,
aber ihre Zähne stehen im Winkel zur Schelbenebene in den Raum vor. Die Trägerscheibe
ist somit hier, im ganzen betrachtet, ein räumlicheö Gebilde. Die Zähne sind zämtlich
gleichgroß und liegen in gleicher Neigung zur Scheibenoberfläche. Diese Ausbildung
und Anordnung der Zähne erleichtert, wie schon'erwähnt, den Wickelvorgangg weil
sich der Draht leichter und sicherer um diese schräg nach außen vorstehenden Zähne
herumführen läut und danach sehr fest sitzt. Vorzugsweise wird die Trägerscheibe
so in den Anker eingewickelt, daß die besagten schrägen 'Zähne nach de#r hollektorseite
des Ankerb hin abgebogen sind, also uie dem luikeriiuler(,-n abgekehrten
3eite der Trägerscheibe überragen, bzw. au.3 deren 3bene vorjtehen. Sie stehen beispieljweise
in einer Ileigung von etwa 30 0 zu dieser Ebene und liegen auf einem gedachten
KeGelmantel. Als bevorzugte Ausführungsform der neuartigen Zähne der Trägerscheibe
v;iri j(-der #,ahn aclunäler als bei uer im Hauptpatent vorgejehenen Form ausgeführt.
Währena der bisherige Zahn als ein je'Uilde a:as,#eführt war, de.3sen Breite meist
deutlich grölzer -#;ar L-I-L, iu-4-z Höhe, besitzen die neuen Zähne vorZugsweise
eine
Form, die mehr lang als breit ist. Außerdem ist der neue Zahn zweckmäßig abgerundet,
was das Wickeln ebenfalls erleichtert. Durch ein solches Höhen/Breiten-Verhältnis
ist die Anwendung einer feineren Teilung möglich. Das ist von Vorteil für Anker
mit geringen Drahtstärken. Wenn die schrägen Zähne in einer Teilung angebracht sind,
die zufolge ihrer geringeren Breitenausdehnung größere Lücken ergibt als bei den
ebenen Zähnen nach dem Hauptpatent, so lassen sich in diesen breiten Lücken mehr
Drähte oder auch dickere Drähte unterbringen als bei den schmalen Lücken des Hauptpatents.
Dies hat zur Wirkung, daß man bei etwa gleicher Größe der Anker, also bei etwa gleichem
Raumbedarf des Ankers, stärkere Motoren herstellen kann. Weiter ist der schräge
Zahn bei einem solchen Längen/Breiten-Verhältnis fester als der im Hauptpatent vorgesehene
ebene Zahn mit größerer Breite als Länge bzw. Höhe. Regelmäßig wird man die schrägstehenden
Zähne für zahlreiche praktische Anforderungen an die Motorleistung vorteilhafterweise
so schmal ausführen, als es die Festigkeitsgründe gestatten. Als untere Grenze kann
man bei den zur Zeit erreichbaren Fe2tigkeiten spritzfähiger Kunststoffe, die für
den Zweck solcher schräggezahnter Trägerscheiben geeignet sind, beispielsweise eine
Breite von etwa 0,3 mm wählen. Die Zahnlücken wird man meist so breit wie
möglich halten.
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Die Herstellung solcher Trägerscheiben mit den erwähnten schrägen
Zähnen erfolgt zweckmäßigerweise durch an sich bekannte Vorgänge des Spritzens oderdes
Spritz-Pressens von Kunststoff. Dadurch erreicht man eine Verbilligung der Trägerscheibe
gegenüber den nach dem Hauptpatent durch Stanzen gefertigten Scheiben in-it
ebenen
Zähnen, zumal dai Spritzverfahren die Anwendung festerer Kunststoffe gestattet.
Weiter erhält man dabei praktisch gratfreie Ränder, was beim Stanzverfahren in diejem
MaI#e nicht erreichbar ist.
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Die vorstehend erwähnten Vorteile der Anker mit einer Trägerscheibe,
welche eine schrägstehende Zahnung aufweist, wirken sich ganz besonders bei jolchen
Gleichstrommotoren-Auikern aus, die mit einer Schrägwicklung nach dem DBP
1 188 709 ausgeführt sind. Bei einer jolchen Wicklungsart schräggeführter
Drähte umschlingen diese den über die Trägericheibe heraujra"enden Zahn zufolge
ihrer im Anker vorgesehenen ichräglare #jehr fe.3t, waL; bei der hier beschriebenen
Zusatz-Erfindung noch in verut,*i-#rktem Maße erzielt wird. Die Drähte liegen als(lann
in der fertigen Wicklung praktisch unverschiebbar fest, zumal dieser so gewickelte
CD
Anker mit jeinen schrägen Teilspulen danach noch #,_inun Lacküberzug erhält,
der die Drähte bzw. Teilspulen besonders auch an den Kreuzungipunkten der diagonalen
Lagen zusätzlich verankert. Die Bedeutung einer derart verf'e.#3-tigten AnkerwichlunL,
die, einer nachträglichen Verformung erfolgreich und sehr sicher widersteht, hat
für den Betrieb des Motors, wie dem Fachmann klar ist, große Vorteile. Bei Motoren
mit g#;rader, a1.3o axial gerichteter Draht-bzw. Teil', ulenlage bejteht dagegen
inuüerhin eine Möglich-.ti ci Iceitg dGjs jich, zum Beispiel nach langem Betrieb,
die geraden .3-treciccAii der i.lotorwicklun,.. (etwas verschieben oder verdrUckun,
aijo verla-,-ern izöiiiiGeii und dadurch j.Jachbelle Llektri.3clier Art
für den Lotorlaui# Lind die Leij-bung verurjachen. Die t'ej-be; Verankerung
dür Drähte durch die Um.-selilingunt" der Zikihne, und
insbesondere
der hier vorgeschlagenen schrägstehenden Zähne, verhilft dazu, diese Gefahr zu vermindern.
Beim Anker mit der erwähnten Schrägwicklung kombiniert sich diese Wirkung zusätzlich
und in überraschender weise mit der inneren Eigenverfestigung des juikers; hier
wirkt auch die genannte nachträglich«Verklebung der Kreuzungsstellen der*Wicklung
unterstützend.
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Die sonstigen Vorteile, die durch die Ausführung der gezahnten Trägerscheibe
gemäß dem Hauptpatent bereits erreicht werden, bleiben im übrigen auch bei den hier
beschriebenen Trägerscheiben mit Schrägzähnen erhalten.
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Verwendet man zur Herstellung der Trägerscheibe mit schräggerichteten
Zähnen ein thermoplastisches Material, dann kann man nach der Fertigstellung der
Wicklung, wobei also die besagten Zähne init hineingewickelt sind, dieetwas vorstehenden
Zähne nach deren trhitzung über die kollektorseitigen Enden der Wicklung herumdrUcken
und dabei so verformen, daß kein Teil, also keine Zahnspitze und auch kein Wicklungsteil,
über die Zylindertrommel des Ankers nach dem Motorgehäuse hin radial vorsteht. Das
erlaubt die Anwendung kleinerer Luftspalte zwischen Rotor und Stator als bei in
diesen Luftspalt vorstehenden Zähnen, und gibt auch einen noch festeren Halt für
die Wicklung und ihre Verankerung auf der Trägerscheibe.
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Nachf olgend wird die Erf indun.#I, anhand einiger schematischer Abbildungen
weiter erläutert. Auf die dabei in Betracht gezogenen jiusführun,-,#jfoi:,nien ist
die Erfindung jedoch nicht beschränkt.
Der Übersichtlichkeit halber
sind in den beifolgenden Zeichnungen solche Bauelemente, die auch bei den Ausführungsbeispielen
des Hauptpatents erscheinen, hier wiederum mit gleichlautenden Bezugszeichen versehen
worden.
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In Fig. 1 ist als beliebiges Beispiel im Schema ein
Gleichstrommotor mit Glockenanker in Draufsicht auf einen Schnitt dargestellt. Bei
ihm ist eine am Kranz gezahnte Trägerscheibe eingebaut, welche schräge Zähne gemäß
dem hier vorliegenden Zusatzpatent enthält.
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Fig. 2 zeigt die Trägerscheibe mit der erfindungsgemäßen Schrägzahnung
am Kranz in einem schematischen Schaubild.
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Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines schrägen
Zahnes, etwa in der Form eines rektifizierten Schnittes durch die Trägerscheibe.
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Fig. 4 zeigt in Teildarstellung einen erfindungsgemäß schräg
nach außen gerichteten Zahn, hier vorzugsweise etwas länger ausgebildet als die
Zähne in den Fig. 2 und 3 -
Die Trägerscheibe der Fig. 4 besteht aus thermoplastischem
Material. Dieser Zahn wirdp wie in der Fig. 5 schematisch dargestellt
istg nach beendeter Wicklung des Ankers, also nach erfolgtem Hineinwickeln des Zahnes
indie Wicklung, erhitzt und gegen das Ende der Wicklung herangebogen. Die Fig.
5 zeigt den Endzustand dieses Fertigungsvorganges an.
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In der Fig. 1 ist ein Motortyp als Ausführungsbeispiel
gewählt wQrden, der, der Einfachheit halberg demjenigen der Fig. 1 des
Hauptpatents
gleicht. Es wird dazu ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Konstruktion
des Motors auch anders geartet sein kann, ohne daß die Erfindung als solche dadurch
abgeändert würde. Maßgeblich ist aber, daß es sich um einen elektrischen Gleichstrommotor
mit einem Glockenanker handeln muß, der durch eine einseitig an der freitragenden
Ankerwicklung befestigte Trägerscheibe so mit der Motorwelle verbunden ist, daß
er sich im Gehäuse frei drehen kann.
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1 ist das stationäre, axial durchbohrte Kernmagnetsystem, das
hier mit einer nicht-magnetischen Buchse 4 ausgefüttert ist. Die Motorwelle
5 ist im stationären Wellenlager 6 , sowie bei 7 und gegebenenfalls
im Endlager 21 getragen; sie kann sich frei drehen. 8 ist ein Abtriebaritzel.
Fest auf der Welle 5
sitzt anderen Endes der Kollektor 9 , auf dem
die Kollektorbürsten 10 schleifen. Der zylindrische stationäre'Eisenrückschlußkörper
11 bildet das Motorgehäuse, das über einen Körper 12 aus ebenfalls nicht-magnetisierbarem
Material mit dem Kernmagenten 1 verbunden ist, und das mit seiner zylindrischen
Innenfläche 13
im Abstand als Luftspalt 15 von der zylindrischen Oberfläche
14 des Kernmagenten 1 steht. Der Motor ist auf der Seite des Kollektors
9 durch einen Deckel oder Motorschild 17, aus Isolierstoff abgeschlossen',
der mit dem Gehäuse 11 fest verbunden ist. 19 und 20 sind die im Deckel
17 eingebetteten Leitungszuführungen, die mit den erwähnten Bürsten
10 leitend verbunden sind. Im erwähnten Luftspalt 15 läuft frei der
Glockenanker 22 der am dem Abtrieb 8 zugekehrten Ende offen und an der dem
Kollektor 9 zugewandten Seite mit der senkrecht zur Ankerglocke 2
liegenden
Trägerscheibe 23 verbunden ist, welch' letztere fest auf der Welle
5 sitzt und sich mit dieser dreht. Diese Trägerscheibe 23 ist gemäß
dem Hauptpatent an ihrem Außenkranz mit einer Zahnung ausgerüstet, deren Zähne 240
hier nun gemäß dem Zusatzpatent schräg geste12,ft sind und damit aus #\der Ebene
der Trägerscheibe 23 etwas in den Raum hineinragen.
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Die Schräge beträgt beispielsweise etwa 30 Die Zähne
240 stehen auch bei dieser Weiterbildung des Hauptpatents wiederum etwas über die
Wicklung 22 hinaus, so daß sie im Luftspalt 15
des Motors liegen; sie ragen
dabei aber auch gleichzeitig etwas in den Raum zwischen der äußeren Oberfläche 34
der Trägerscheibe 23 und dem Deckel 17 hinein. Alle Zähne 240 sind
gleichgroß, und sie liegen sämtlich in gleicher Neigung, nämlich auf einem Kegelmantel,
dessen Spitze dem offenen Ende der Ankerwicklung zugekehrt ist. Die Zahl der Zähne
240 steht, ebenso wie beim Hauptpatent, mit der Zahl der Teilspulen und der Kollektorlamellen
in einem ganz bestimmten Verhältnis. Dabei ist die Zahl der zum Anker gewickelten
Teilspulen gleich der Anzahl der Zähne 240 bzw. der Zahnlücken. Die schematisierte
Ansichtsskizze nach Fig. 2 verdeutlicht die Lage der aus der bei 440 endenden
Ebene der Trägerscheibe 23
schräg nach außen hin vorstehenden Zähne 240
. Der Neigungskegel ist durch Strichelung angedeutet, wobei die Kegelspitze
45 auf der iMotorachse zu denken ist. Auffällig dargestellt ist in Fig. 21 daß die
Zähne 240 schmal ausgeführt sind, so daß sie zwischen sich relativ breite Zahnlücken
410 frei lassen. Diese Ausführungsform iot für Glockenanker besonders günstig, bei
denen die einzelnen
Teilspulen eine Vielzahl von Drähten aufweisen,
speziell also bei Dünndrahtwicklungen.
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In der Fig. 31 ist ein solcher Zahn 240 in maßlich übertriebenen
Abmessungen als DraÜfsicht auf einen rektifizierten Schnitt durch die Trägerscheibe
23 dargestellt. Er ist hier deutlich höher als breit ausgebildet, wodurch
die genannten breiten Zahnlücken entstehen. Bei den ebenen, radial verlaufenden
Zähnen des Hauptpatentes waren vornehmlich breite Ausführungen der Zähne vorgesehen,
also Zähne, die mehr breit als hoch ausgebildet sind.
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Dort entstanden dabei relativ schmale Zahnlücken. Im Bedarfsfalle
kann man auch die schrägstehenden Zähne 240 des Zusatzpatents breiter ausführen
als schematisch in den Figuren 2 und 3 dargestellt, ohne daß dadurch der
Hauptgedanke des Zusatzpatents verlassen würde.
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Wie oben angegeben, kann man die Trägerscheibe 23 mit ihren
schrägen Zähnen auch aus thermoplastischem Material anfertigen. Darauf ist in den
Figuren 4 und 5 Bezug genommen. Die schräggerichteten Zähne 241 werden
beim Wickeln des Ankers 22 von den Drähten bzw. Teilspulen auch hier wieder umschlungen.
Die Trägerscheibe 23 wird also im selben Arbeitsgang mit eingewickelt und
fest mit der Wicklung 22 verbunden. Danach wird das über die Wicklung 22 hinaus
vorstehende Zahn-Material durch Erhitzung, beispielsweise durch eine aufzusetzende
elektrisch heizende Vorrichtung, erweicht und nun so um das über die Trägerscheibe
23 etwas vorstehende Ende der Wicklung 22 herumgedrückt, daß dieses Wickelende,
und über ihm liegend auch das
Zahnende, auf die kollektorseitige
Oberfläche 34 der Trägerscheibe 23 niedergedrückt liegt (Fig. 5) oder
in die benachbarte Zahnlücke hineinragend zu liegen kommt. Die dafür zweckmäßigerweise
zu verwendende Preßform kann beispielsweise mit der genannten Heizform aus einem
Stück bestehen, so daß für den Vorgang nur eine Vorrichtung verwendet zuverden braucht.
Das umgelegte Zahnende kühlt danach ab, der Zahn 241 bleibt fest in seiner neuen
und damit endgültigen Lage und Gestalt, und es ist mittels dieses verdrückten Zahnes
241 eine unlösbare, sehr feste Verbindung zwischen der Wicklung 22 und der Trägerscheibe
23 geschaffen. Diese Art der Verankerung der Zähne 241 in der Wicklung 22
ermöglicht den Bau eines Rotors, bei dem kein Teil, also weder ein Zahn noch ein
Wicklungsteil, radial über die äußere Oberfläche des Zylindermantels des Ankers
hervorsteht. Der mit einem solchen Rotor ausgerüstete Motor kann infolgedessen mit
einem
engen Luftspalt ausgerüstet sein, was bekanntlich der Leistung und dem Wirkungsgrad
des Motors zugute kommt. Gemeinsam ist den beiden im Hauptpatent und im Zusatzpatent
angegebenen Zahnungen, daß jeder Zahn von der kollektorseitigen Umkehrschleife eines
Wickeldrahtes bzw. einer Teilspule des Glockenankers umgriffen, also erfaßt ist,
und daß die Wickeldrähte ausschließlich im Bereich der besagten Zähne die Stirnfläche
des Ankers übergreifen, ohne daß sogenannte Wickelköpfe zur Anwendung kommen. Das
gilt besonders für vielpolige Wicklungen mit achsparallelen Teilspulenseiten, bei
denen die Anzahl der Teilspulen gleich der Anzahl der Pole ist, und weiter gilt
es ganz besonders für die Schrägwicklung, und zwar speziell für die
Schrägwicklung
nach dem DBP 1 188 709 9 bei der die Umkehrschleifen je einen Zahn
einschließen, also durch benachbarte Lücken gehen. Bei der genannten Schrägwicklung
ist aber die Polzahl nicht an die Zähnezahl gebunden. Bei Wicklungen mit gerade
bzw. axial liegenden Drähten wird es gegebenenfalls aus bekannten elektrotechnischen
Gründen des Motorenbaus notwendig, den Draht weiter weg zu führen und somit mehrere
Zähne gewissermaßen zu überspringen, damit er in größerem Abstand von der vorangehenden
Lage parallel zurückgeführt wird.