DE19544715A1 - Elektrische Antriebseinheit für Elektrokleingeräte - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinheit für Elektrokleingeräte. Sie betrifft insbesonders eine elektrische Antriebseinheit für den Einsatz in Elektrokleingeräten mit Netzanschluß, wie zum Beispiel kleine Bohr-, Fräs-, Gravier-, Trenn- oder Schleifgeräte.

Elektrokleingeräte dieser Art weisen meistens keine Schutzerdung auf, sondern die Bauteile die unter Netzspannung stehen sind in einem isolierenden Gehäuse untergebracht. Als weitere Schutzmaßnahme gegen zu hohe Berührungsspannungen ist meistens eine Schutzisolierung vorgeschrieben. Das heißt, daß zusätzlich zu den Bauteilen die unter Netzspannung stehen, auch sämtliche zugänglichen Metallteile die im Fehlerfall Spannung führen könnten schutzisoliert sein müssen, so daß auch der Austritt einer Fehlerspannung aus dem isolierenden Gehäuse verhindert wird. Dies trifft zum Beispiel für eine aus dem Gehäuse herausgeführte Antriebsspindel zu, welche meistens aus Stahl gefertigt ist und im Gehäuse über eine ebenfalls stählerne Welle eines Elektromotors im Fehlerfall unter Spannung gesetzt werden könnte.

Für Geräte der vorgenannten Art, mit Netzanschluß und ohne Schutzerdung, ist deshalb vorgeschrieben, die Antriebsspindel von der Motorwelle elektrisch zu isolieren. Bei Geräten mit Zahnradgetriebe zwischen Motorwelle und Antriebsspindel wird diese Isolierung relativ leicht dadurch erreicht, daß in das Getriebe mindestens ein nicht leitendes Zahnrad eingebaut wird. Bei Geräten mit direkter Kupplung zwischen Motorwelle und Antriebswelle wäre es denkbar bekannte elastische Kupplungen einzusetzen. Ein Elastomerteil das in die Kupplung integriert ist, hat dann mindestens drei Aufgaben zu erfüllen:

• 1. Übertragung des Drehmomentes;
• 2. Kompensierung unvermeidbarer Fluchtungsfehler zwischen der zweifach gelagerten Antriebsspindel und der starr gelagerten Motorwelle;
• 3. Isolation der stählernen Antriebsspindel von der ebenfalls stählernen Motorwelle.

Für den Einsatz in Kleingeräten mit hoher Drehzahl (5.000 bis 20.000 Umdrehungen pro Minute) sind beide Lösungen jedoch schlecht geeignet. Eine Lösung mit Zahnradgetriebe hat in der Tat einen hohen Raumbedarf, verteuert das Elektrokleingerät unnötig und weist bei hohen Drehzahlen eine starke Geräuschentwicklung auf. Eine Lösung mit elastischer Kupplung erzeugt ebenfalls eine starke Geräuschentwicklung. Zudem sind die bekannten elastischen Kupplungen bei kleineren Nennweiten wenig geeignet um größere Drehmomente zu übertragen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache, kompakte elektrische Antriebseinheit für Elektrokleingeräte zu schaffen, bei welcher die Antriebsspindel elektrisch von der Motorwelle getrennt ist, und die Antriebseinheit sich bei hohen Drehzahlen durch eine relativ hohe Laufruhe auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Antriebseinheit nach Anspruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist ein elektrisch isolierendes starres Kupplungsteil, zum Beispiel aus Kunststoff, starr mit der Antriebsspindel verbunden. Erste Zentriermittel an der Motorwelle und zweite Zentriermittel an dem Kupplungsteil sind hierbei derart gestaltet, daß sie paßgenau zum fluchtenden Zentrieren der Antriebsspindel in Verlängerung der Motorwelle zusammenwirken und gleichzeitig die Übertragung radialer Kräfte zwischen Motorwelle und Kupplungsteil spielfrei gewährleisten. Eines der beiden Lager der Antriebsspindel wird demnach durch den Elektromotor ausgebildet. Die Übertragung des Drehmomentes zwischen Motorwelle und Kupplungsteil erfolgt erfindungsgemäß durch separate Kupplungsmittel, wobei diese Kupplungsmittel derart gestaltet sind, daß sie zwar das Drehmoment, jedoch keine wesentlichen radialen Kräfte zwischen Motorwelle und Kupplungsteil übertragen. In anderen Worten, die erfindungsgemäßen Kupplungsmittel üben keine Führungsfunktion in Bezug auf die Antriebsspindel aus.

Die erfindungsgemäße Antriebseinheit ist nicht nur kompakt und sehr einfach im Aufbau, sondern weist zugleich eine ausgezeichnete Laufruhe auf. Diese hohe Laufruhe wird vor allem durch die vereinfachte Lagerung der Antriebsspindel und durch die funktionelle Trennung der Mittel für die Zentrierung und Übertragung der radialen Lagerkräfte von den Mitteln für die Übertragung des Drehmomentes erreicht.

In einer bevorzugten Ausgestaltung umfassen die ersten Zentriermittel einen axialen Zentrierzapfen an der Motorwelle und die zweiten Zentriermittel eine Zentrierbohrung in dem isolierenden Kupplungsteil. Diese Zentrierbohrung ist achsgenau fluchtend in der Achse der starr mit dem Kupplungsteil verbundenen Antriebsspindel zentriert, und der axiale Zentrierzapfen der Motorwelle ist führungsgenau in die Zentrierbohrung des Kupplungsteils eingepaßt.

Das Kupplungsteil kann aus einem starren, gegebenenfalls glasfaserverstärkten, Kunststoffzylinder bestehen, der vorteilhaft einen einseitigen Metall- oder Keramikeinsatz umfaßt, wobei die zweiten Zentriermittel, zum Beispiel eine Zentrierbohrung, im wesentlich härteren (im Vergleich zum Kunststoffmaterial) Metall- oder Keramikeinsatz ausgeführt sind. Dieser Metall- oder Keramikeinsatz ist vorteilhaft zylindrisch ausgeführt, in eine stirnseitige Vertiefung des Kunststoffzylinders eingesetzt, mit dem Kunststoffzylinder fest verbunden und, koaxial zur Achse der starr mit dem Kunststoffzylinder verbundenen Antriebsspindel, auf den Durchmesser eines zylindrischen Zentrierzapfens der Motorwelle aufgebohrt. Selbstverständlich kann, bei geringeren Anforderungen an die Zentrierung oder bei Verwendung eines relativ harten Kunstoffmaterials, der Kunststoffzylinder auch unmittelbar koaxial zur Achse der starr mit dem Kunststoffzylinder verbundenen Antriebsspindel, auf den Durchmesser eines zylindrischen Zentrierzapfens der Motorwelle aufgebohrt werden, so daß Metall- oder Keramikeinsatz entfällt. Das Kupplungsteil könnte zum Beispiel auch als einstückiges Keramikteil mit Zentrierbohrung ausgeführt sein.

Zur besseren Auswuchtung der Antriebseinheit kann das Kupplungsteil koaxial zur starr mit dem Kunststoffzylinder verbundenen Antriebsspindel rundgedreht sein.

Die unabhängigen Kupplungsmittel weisen vorteilhaft erste Kupplungsmittel an der Motorwelle und zweite Kupplungsmittel am Kupplungsteil auf. Die ersten und zweiten Kupplungsmittel sind vorteilhaft derart gestaltet, daß sie formschlüssig zur Übertragung eines Drehmomentes zwischen Motorwelle und Kupplungsteil zusammenarbeiten, jedoch kleinere Radial- und Winkelverlagerungen der Antriebsspindel relativ zur Motorwelle bei nicht vorhandenen Zentriermitteln zulassen würden. Die zweiten Kupplungsmittel können zum Beispiel eine stirnseitige Vertiefung mit einer Innenverzahnung, und die ersten Kupplungsmittel ein Zahnrad umfassen, wobei das Zahnrad in die Innenverzahnung formschlüssig mit radialem Spiel eingreift.

Das zweite Wellenlager der Antriebsspindel ist vorteilhaft ein Wälzlager, das die Antriebsspindel zum Beispiel direkt am Gehäuse abstützt.

Um den Zusammenbau der Antriebseinheit zu vereinfachen, kann das Kupplungsteil mit Antriebsspindel lösbar auf die Motorwelle aufsteckbar sein.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 in einer schematischen Darstellung einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Antriebseinheit;

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1, wobei die Motorwelle und die Antriebsspindel im ausgekuppelten Zustand gezeigt sind.

In Fig. 1 erkennt man ein Gehäuse 10, aus dem eine Antriebsspindel 12 axial herausgeführt ist. Bei dem dargestellten Gerät handelt es sich zum Beispiel um ein handliches Bohr- und/oder Schleifgerät mit 220 V Netzeinspeisung über ein Netzkabel 14. Das aus dem Gehäuse herausgeführte Ende der Antriebsspindel 12 ist ausgelegt, um einen handelsüblichen Spannkopf (nicht gezeigt) aufzunehmen. Das Gehäuse 10 ist als isolierendes Kunststoffgehäuse ausgeführt. Das Gerät weist keine Schutzerdung auf.

Im Gehäuse 10 erkennt man einen Elektromotor 16. Dieser wird über ein in das Gehäuse 10 eingebaute Netzteil 18 mit einer Schutzspannung versorgt. Das Netzteil 18 weist zusätzlich ein Regelteil auf, das eine Drehzahlregelung des Elektromotors 16 von zirka 2.000 Umdrehungen pro Minute bis zirka 20.000 Umdrehungen pro Minute erlaubt. Da das Netzteil 18 zusammen mit dem Elektromotor 16 in einem einzigen Gehäuse untergebracht ist, besteht zumindest theoretisch die Gefahr, daß bei einem Fehler im Netzteil 18 der Elektromotor 16 unter Netzspannung steht. Diese Netzspannung könnte dann auf eine stählerne Motorwelle 20 überschlagen. Ohne besondere Schutzmaßnahmen würde diese Fehlerspannung über die aus dem isolierenden Gehäuse 10 herausragende, stählerne Antriebsspindel 12 nach außen geleitet wird und würde somit zu gefährlichen Berührungsspannungen führen. Um diese Gefahr zu beseitigen, weist die erfindungsgemäße Antriebseinheit ein elektrisch isolierendes Kupplungsteil 22 zwischen der stählernen Antriebsspindel 12 und der stählernen Motorwelle 20 auf.

Dieses Kupplungsteil 22 wird anhand der Fig. 2 näher beschrieben. Es besteht im wesentlichen aus einem starren, vorzugsweise glasfaserverstärkten, Kunststoffzylinder 24, der starr mit der Antriebsspindel 12 verbunden ist. Diese starre Verbindung kann zum Beispiel dadurch erfolgen, daß das mit einer Rändelung 26 versehene Ende der Antriebsspindel 12 in eine axialen Bohrung 28 eines ersten Endes des Kunststoffzylinders 24 eingepreßt ist und eventuell zusätzlich mit dem Kunststoff verschweißt oder verklebt ist. Um einen einwandfreien Rundlauf zu gewährleisten wird der montierte Kunststoffzylinder 24 koaxial zur Achse 12′ der Antriebsspindel 12 rundgedreht.

An seinem freien Ende weist der auf die Antriebsspindel montierte Kunststoffzylinder 24 eine stirnseitige Vertiefung 30 mit einer Innerverzahnung 32 auf. In diese Vertiefung 30 mit Innenverzahnung ist ein Zahnrad 34, das auf der Motorwelle 20 drehstarr befestigt ist, formschlüssig eingreifbar. Dieses Zahnrad überträgt das Drehmoment somit über die Innenverzahnung 32 auf den starren Kunststoffzylinder 24, der es auf die Antriebsspindel 12 überträgt. Es ist anzumerken, daß das Zahnrad 34 keineswegs paßgenau in die Vertiefung 30 eingreifbar sein soll, sondern ein Radialspiel in der Vertiefung 30 aufweisen soll. Dadurch ist gewährleistet, daß die Kupplungsmittel, die das Drehmoment übertragen, keine radialen Kräfte übertragen und somit keine Führungs- und Lagerfunktion übernehmen.

Eine Zentrierung und Abstützung der Antriebsspindel 12 auf der Motorwelle 20 erfolgt über separate, unabhängig von den vorbeschriebenen Kupplungsmitteln wirkende Zentriermittel. Diese Zentriermittel umfassen an der Motorwelle 20 einen zylindrischen Zentrierzapfen 36 in koaxialer Verlängerung der Achse der Motorwelle 20, und in dem Kupplungsteil 22 einen metallischen oder keramischen Führungseinsatz 38. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist dieser Führungseinsatz 38 koaxial zur Antriebsspindel 12 aufgebohrt, wobei der Durchmesser dieser Führungsbohrung 40 derart gewählt ist, daß der Zentrierzapfen 36 der Motorwelle 20 darin paßgenau eingeführt werden kann. Die am Zentrierzapfen 36 anstehenden Lagerkräfte werden somit ohne wesentliches Spiel auf den relativ harten Führungseinsatz 38 übertragen. Letzterer leitet diese radialen Kräfte über seine äußere Mantelfläche 42 auf den weicheren Kunststoffzylinder 24 weiter. Da diese Mantelfläche 42 natürlich weitaus größer als die Mantelfläche des Zentrierzapfens 36 ist, ist natürlich der auf den Kunststoff ausgeübte Druck weitaus geringer als der Druck der auf den weitaus härteren Führungseinsatz 38 im Bereich der Führungsbohrung 40 ausgeübt wird. Dadurch wird die Verformung des Kupplungsteils durch radiale Lagerkräfte stark vermindert. Der Einsatz 38 ist vorzugsweise zylindrisch in einer axialen Bohrung im Kunststoff fest verankert und/oder in dem Kunststoff fest verschweißt.

Die Antriebsspindel 12 wird also erfindungsgemäß an ihrem angetriebenen Ende über das starre, isolierende Kupplungsteil 22 und die Zentriermittel 36, 38 von der Motorwelle getragen. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Antriebsspindel 12 mit Kupplungsteil 22 einfach auf die Motorwelle 20 mit Zentrierzapfen 36 und Zahnrad 34 aufgesteckt ist. Diese Steckverbindung kann zum Beispiel durch einen Querstift (nicht gezeigt) gegen axiales Verschieben gesichert werden.

Ein Wälzlager 50 stützt die Antriebsspindel 12 ausgangsseitig am Gehäuse 10 ab. Natürlich könnte die Antriebsspindel 12 auch ein stirnseitiges Kegelradgetriebe als vorderes Lager aufweisen. Dies wäre zum Beispiel der Fall wenn die Antriebsspindel 12 über ein ausgangsseitiges Kegelradgetriebe eine Arbeitsspindel antreiben soll, die rechtwinklig zur Motorachse aus dem Gehäuse 10 geführt ist.

Claims (10)

1. Elektrische Antriebseinheit für Elektrokleingeräte umfassend in einem isolierenden Gehäuse (10):
einen Elektromotor (16) mit metallischer Motorwelle (20),
eine metallische Antriebsspindel (12), die zwei Wellenlager innerhalb des Gehäuses (10) aufweist und elektrisch von der Motorwelle (20) getrennt ist, gekennzeichnet durch
ein elektrisch isolierendes starres Kupplungsteil (22), das starr mit der Antriebsspindel (12) verbunden ist,
erste Zentriermittel (36) an der Motorwelle (20) und zweite Zentriermittel (40) am Kupplungsteil (22), wobei die ersten und zweiten Zentriermittel derart gestaltet sind, daß sie paßgenau zum fluchtenden Zentrieren der Antriebsspindel (12) in Verlängerung der Motorwelle (20) zusammenarbeiten und gleichzeitig die Übertragung radialer Kräfte zwischen Motorwelle (20) und Kupplungsteil (22) gewährleisten, so daß eines der beiden Wellenlager der Antriebsspindel (12) durch den Elektromotor (16) ausgebildet wird, und separate Kupplungsmittel (32, 34) zur Übertragung eines Drehmomentes zwischen Motorwelle (20) und Kupplungsteil (22), wobei diese Kupplungsmittel derart gestaltet sind, daß sie keine wesentlichen radialen Kräfte zwischen Motorwelle (20) und Kupplungsteil (22) übertragen.

2. Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Zentriermittel einen axialen Zentrierzapfen (36) an der Motorwelle (20) umfassen und die zweiten Zentriermittel eine Zentrierbohrung (40) in dem Kupplungsteil (22) umfassen, wobei diese Zentrierbohrung (40) auf der verlängerten Achse (12′) der starr mit dem Kupplungsteil (22) verbundenen Antriebsspindel (12) zentriert ist, und der axiale Zentrierzapfen (36) der Motorwelle führungsgenau in die Zentrierbohrung (40) des Kupplungsteils (22) eingepaßt ist.

3. Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsmittel erste Kupplungsmittel (34) an der Motorwelle (20) und zweite Kupplungsmittel (32) am Kupplungsteil (22) aufweisen, wobei die ersten und zweiten Kupplungsmittel derart gestaltet sind, daß sie formschlüssig zur Übertragung eines Drehmomentes zwischen Motorwelle (20) und Kupplungsteil (22) zusammenarbeiten, jedoch kleinere Radial- und Winkelverlagerungen der Antriebsspindel (12) relativ zu der Motorwelle (20) bei nicht vorhandenen Zentriermitteln (36, 40) zulassen würden.

4. Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Kupplungsmittel eine stirnseitige Vertiefung (30) mit einer Innenverzahnung (32) umfassen, und daß die ersten Kupplungsmittel ein Zahnrad (34) umfassen, das in diese Innenverzahnung (32) formschlüssig mit radialem Spiel eingreift.

5. Elektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsteil (22) einen Kunststoffzylinder (24) mit einem einseitigen Metall- oder Keramikeinsatz (38) umfaßt, wobei die Zentrierbohrung (40) im eingesetzten Metall- oder Keramikeinsatz ausgeführt ist.

6. Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Metall- oder Keramikeinsatz (38) ein Zylinder ist der in eine axiale Bohrung (44) des Kunststoffzylinders (24) eingesetzt ist, mit dem Kunststoffzylinder (24) fest verbunden ist und koaxial zur starr mit dem Kunststoffzylinder (24) verbundenen Antriebsspindel (12) aufgebohrt ist.

7. Elektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsteil (22) ein einteiliges Keramik- oder Kunststoffteil ist.

8. Elektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsteil (22) koaxial zur starr mit dem Kupplungsteil (22) verbundenen Antriebsspindel (12) rundgedreht ist.

9. Elektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Wellenlager der Antriebsspindel ein Wälzlager (50) ist das die Antriebsspindel (12) direkt am Gehäuse (10) abstützt.

10. Elektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsteil (22) mit Antriebsspindel (12) lösbar auf die Motorwelle (20) aufgesteckt ist.