DE19964061A1 - Elektromotor, insbesondere für Handwerkzeugmaschinen - Google Patents

Elektromotor, insbesondere für Handwerkzeugmaschinen

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Abstract

Bei einem Elektromotor, insbesondere für Handwerkzeugmaschinen, mit einem durch Stanzpaketieren zusammengehaltenen Blechlamellenpaket (11), das um gleiche Umfangswinkel zueinander versetzte Nuten (12) mit einer Nutauskleidung (16) aus isolierendem Material zur Aufnahme einer Rotorwicklung aufweist und an jeder Stirnseite mit einer Endlamelle (16) aus isolierendem Material abgeschlossen ist, und mit einer drehfest mit dem Blechlamellenpaket (11) verbundenen, drehend lagerbaren Rotorwelle (17) sind zur vereinfachten Herstellung des Rotors und zuverlässigen Verhinderung einer Spannungsverschleppung nach außen im Fehlerfall die Nutauskleidungen (16) der Nuten (12), die Endlamellen (13) und die Rotorwelle (17) als von den Endlamellen (13) axial abstehende Wellenstummel (171, 172) in einen Spritzvorgang aus Kunststoff gespritzt (Fig. 1).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, insbesondere für Handwerkzeugmaschinen, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.
Bei einem bekannten Elektromotor dieser Art ist im Blechlamellenpaket des Rotors oder Läufers eine zentrale Wellenbohrung ausgestanzt und das Blechlamellenpaket mit den Endlamellen aus isolierendem Material soweit auf die Rotorwelle aufgeschoben, daß auf beiden Seiten des Blechpakets die Rotorwelle mit je einem Wellenabschnitt axial vorsteht. Auf den Wellenabschnitten sind Lagersitze zur Aufnahme eines Drehlagers ausgebildet, und auf einem der Wellenabschnitte ist ein Ritzel zur Drehmomentübertragung festgelegt. Die Verbindung zwischen Blechlamellenpaket und Rotorwelle wird in einem Kunststoffspritzvorgang hergestellt, wobei zugleich eine Kunststofflängsisolation zwischen der Rotorwelle und dem Blechlamellenpaket erzeugt wird, die im Fehlerfall eine Spannungsverschleppung von der Rotorwicklung zu außenliegenden, berührbaren Bauteilen verhindern soll. Die Kunststofflängsisolation muß aus Gründen der Beachtung von Vorschriften und aus Sicherheitsgründen eine bestimmte Dicke aufweisen und die notwendigen Prüfspannungen aushalten. Zur Vermeidung einer Spannungsverschleppung durch starke Verschmutzung im Lagerbereich - und auch im Fehlerfall vom Kollektor - über die Ankerwelle und die Lager nach außen ist auf die Längsisolation eine Labyrinthscheibe zur Kriechstrecken- und Abstandvergrößerung aufgebracht. Die die Rotorwicklung aufnehmenden Nuten im Blechpaket sind mit Preßspan ausgekleidet und werden nach dem Bewickeln mit Preßspan verschlossen und geträufelt.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß einerseits die Herstellung des Rotors wesentlich vereinfacht und andererseits eine Spannungsverschleppung nach außen im Fehlerfall ohne zusätzliche Maßnahmen zuverlässig verhindert wird. Durch fehlende Wellenbohrung und fehlende Längsisolation wird der Magnetfluß im Eisenquerschnitt weit weniger behindert und werden die Ummagnetisierungsverluste, die bei herkömmlichen elektrischen Maschinen durch hohe Rückenbelastung und Frequenz im Rückeneisen entstehen, stark verkleinert. Die Leerlaufdrehzahl des Rotors sinkt, wodurch die Wicklungsauslegung im Lastpunkt verbessert werden kann. Bei einer neuen Schnittauslegung der Blechlamellen kann der Felddurchmesser des Rotors bei gleicher Leistung verringert werden. Durch komplette Kunststoffummantelung des Blechlamellenpakets sinkt die Gefahr einer Drahtbeschädigung beim Wickelvorgang der Rotorwicklung. Da der Rotor bei Überlast hohe Temperaturen annehmen kann, wird ein hochtemperaturfester Kunststoff oder ein Duroplast verwendet.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Elektromotors möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist im Blechpaket eine Mehrzahl von längsdurchgehenden Axialbohrungen Vorgesehen, die durch den Spritzvorgang mit Kunststoff ausgefüllt sind. Bevorzugt sind dabei die Bohrungen am Stegfuß zwischen den Nuten angeordnet und wechseln sich mit den Sicken für die Stanzpaketierung ab, so daß in Umfangsrichtung des Blechlamellenpakets jeder Sicke eine Bohrung und umgekehrt folgt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umschließt die in den Nuten des Blechlamellenpakets eingelegte Rotorwicklung mit ihren über die Stirnseite des Blechlamellenpakets vorstehenden Wickelköpfen die Endlamellen und die Wellenstummel und ist einem Träufel- oder Tränkvorgang unterzogen. Durch diese konstruktive Gestaltung wird eine sehr hohe Stabilität des Rotors erreicht, die für hohe Rotordrehzahlen erforderlich ist. Die Wickelköpfe tragen zusätzlich zur Stabilisierung des Ankerblechpakets bei und die Träufelung oder Tränkung der Rotorwicklung läßt Wickelköpfe, Endlamellen und Wellenstummel miteinander verkleben und verbacken, was insgesamt die Festigkeit des Rotors vorteilhaft beeinflußt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist in mindestens einem Wellenstummel ein Lagerzapfen, vorzugsweise aus Stahl, als mit dem Wellenstummel fluchtendes Einlegeteil mit eingespritzt. Auf dem aus dem Wellenstummel frei vorstehenden Zapfenteil ist ein Drehlager, insbesondere ein Kugellager, und/oder ein Kommutator drehfest aufgenommen. Drehlager und Kommutator werden dabei vorzugsweise auf den Lagerzapfen aufgepreßt. Eine Gefahr des Durchschlagens der Spannung auf den Lagerzapfen und damit einer Spannungsverschleppung zu außenliegenden, der Berührung durch den Benutzer zugänglichen Bauteilen besteht nicht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der mindestens eine Lagerzapfen bis hin zum Blechlamellenpaket und ist endseitig mit einer in der Endlamelle eingeschlossenen Verankerungsscheibe fest verbunden. Dabei sind der zur Gewichtsreduzierung hohl ausgebildete Lagerzapfen und die Verankerungsscheibe als einstückiges Tiefziehteil realisiert. Die Verankerungsscheibe trägt zur besseren Haftung im Kunststoff und damit zur größeren Sicherheit gegen Relativbewegung von Lagerzapfen und Blechlamellen eine am Scheibenumfang umlaufende Verzahnung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in dem Endabschnitt des aus dem Wellenstummel vorstehenden Zapfenteils des Lagerzapfens ein Außen- oder Innengewinde zum Auf- oder Einschrauben eines Antriebsritzels oder -zahnrads eingeschnitten. Alternativ ist in den Wellenstummeln ein Ritzelstummel als ein mit dem Wellenstummel fluchtendes Einlegeteil mit eingespritzt, wobei der Ritzelstummel mit seiner Ritzelverzahnung aus dem Wellenstummel frei vorsteht. Lagerzapfen oder Ritzelstummel werden beim Spritzvorgang in die Spritzform eingelegt und vom Kunststoff der Wellenstummel mit umspritzt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die mit mit einer Kunststoffschicht ausgekleideten Nuten mit einem Nutverschluß versehen. Die Nutverschlüsse werden beim Spritzvorgang in der Art eines Filmscharniers an die Nutauskleidungen mit angespritzt. Beim Spritzvorgang dient der Bereich der Nutverschlüsse dem Kunststoff-Füllvorgang zur Herstellung der Nutauskleidung. Die am Ende des Füllvorgangs sich ergebenden Nutverschlüsse werden nach Einlegen der Rotorwicklung über die Nutöffnungen geklappt und in einer an der gegenüberliegenden Nutflanke ausgebildete Zahnleiste, die ebenfalls beim Spritzvorgang hergestellt worden ist, reißverschlußartig verrastet und sichern somit die Rotorwicklung in den Nuten.
Zeichnung
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Rotors für einen Elektromotor, schematisch dargestellt,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Blechlamellen­ pakets des Rotors in Fig. 1,
Fig. 3 eine Draufsicht einer Blechlamelle des Blechlamellenpakets in Fig. 2,
Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts der Blechlamelle in Fig. 3,
Fig. 5 einen Längsschnitt eines Rotors für einen Kollektormotor gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, stark schematisiert dargestellt,
Fig. 6 eine Ansicht eines Lagerzapfens mit Verankerungsscheibe des Rotors in Richtung Pfeil VI in Fig. 5,
Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts einer Blechlamelle des Rotors in Fig. 5,
Fig. 8 einen Längsschnitt eines Lagerzapfens mit Verankerungsscheibe und stirnseitig eingeschraubtem Antriebsritzel (teilweise dargestellt),
Fig. 9 ausschnittweise eine Lagerzapfen mit stirnseitig aufgesetztem und gesichertem Antriebsritzel.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Der in Fig. 1 in Seitenansicht zu sehende Rotor eines in bekannter Weise aus Stator und Rotor bestehenden Elektromotors, der bevorzugt für Handwerkzeugmaschinen eingesetzt wird, weist ein Blechlamellenpaket 11 auf, das um gleiche Umfangswinkel zueinander versetzte Nuten 12 (Fig. 2) trägt und an jeder Stirnseite mit einer Endloslamelle 13 aus isolierendem Material abgeschlossen ist. Das in Fig. 2 perspektivisch dargestellte Blechlamellenpaket 11 ist aus einer Vielzahl von Blechlamellen 14 zusammengesetzt, die im Stanzschnitt hergestellt und durch Stanzpaketieren miteinander zum Blechlamellenpaket 11 verbunden werden. Eine Blechlamelle 14 ist in Fig. 3 dargestellt. Für die Stanzpaketierung sind in jeder Blechlamelle 14 vier um 90° Umfangswinkel zueinander versetzt angeordnete vertiefte Sicken 15 vorgesehen, die jeweils unmittelbar unter einem zwischen den Nuten 12 verbleibenden Steg 23 liegen.
Wie hier nicht weiter dargestellt ist, wird in die Nuten 12 die Rotorwicklung aus lackisoliertem Draht durch einen Wickelvorgang eingebracht. Um die Isolation der Rotorwicklung gegenüber dem Blechlamellenpaket 11 zu verbessern, sind die Nuten 12 mit einer Nutauskleidung 16 aus isolierendem Material versehen, wie dies in der vergrößerten Darstellung der Fig. 4 verdeutlicht ist. Das Blechlamellenpaket 11 ist drehfest mit einer Rotorwelle 17 verbunden, die in bekannter Weise im Stator der elektrischen Maschine drehend gelagert ist.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Rotor sind die Nutauskleidungen 16 in den Nuten 12, die beiden Endlamellen 13 und die Rotorwelle 17 als von den Endlamellen 13 axial abstehende Wellenstummel 171 und 172 in einem gemeinsamen Spritzvorgang aus Kunststoff gespritzt. Dabei ist in jedem Wellenstummel 171, 172 ein Lagerzapfen 18 bzw. 19 als ein mit dem Wellenstummel 171 bzw. 172 fluchtendes Einlegeteil aus Stahl mit eingespritzt. Hierzu werden die beiden Lagerzapfen 18, 19 beim Spritzvorgang in die Spritzform eingelegt und so vom Kunststoff der Wellenstummel 171, 172 mit umschlossen. Auf jedem aus dem Wellenstummel 171 bzw. 172 frei vorstehenden Zapfenteil 181 bzw. 191 des Lagerzapfens 18 bzw. 19 ist ein Lagersitz für ein Drehlager ausgebildet. Auf dem Endabschnitt des Zapfenteils 181 ist ein Gewinde 20 zum Aufschrauben eines Abtriebsritzels zur Drehmomentübertragung eingeschnitten. Im Falle der Ausbildung der elektrischen Maschine als Kollektormotor wird auf den Wellenstummel 172 noch ein Kollektor aufgesetzt, der in bekannter Weise an die Rotorwicklung angeschlossen ist. Wie Fig. 4 verdeutlicht, werden die Nuten 12 im Blechlamellenpaket 11 nach Einlegen der Rotorwicklung durch einen Nutverschluß 21 verschlossen. Dieser Nutverschluß 21 wird beim Spritzvorgang der Nutauskleidung 16, der Endlamellen 13 und der Wellenstummel 171, 172 nach Art eines Filmscharniers an die Nutauskleidung 16 in jeder Nut 12 mit angespritzt. Nach Einlegen der Rotorwicklung werden die Nutverschlüsse 21 um 90° abgeklappt und auf der gegenüberliegenden Nutseite in eine dort vorhandene, ebenfalls angespritzte Zahnleiste 22 nach Art eines Reißverschlusses verrastet.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann anstelle des Einspritzens des Lagerzapfens 18 in den Wellenstummel 171 auch gleich ein Ritzelstummel als ein mit dem Wellenstummel 171 fluchtendes Einlegeteil mit eingespritzt werden. Dieser Ritzelstummel steht mit seiner Ritzelverzahnung aus dem Wellenstummel 171 vor und macht das Vorsehen des Gewindes 20 auf dem Lagerzapfen 18 und das nachträgliche Aufschrauben eines Ritzels auf das Gewinde 20, wie dies zu Fig. 1 beschrieben ist, überflüssig. Wie der Lagerzapfen 181 wird dabei auch der Ritzelstummel beim Spritzvorgang in die Spritzform eingelegt und dadurch vom Kunststoff des Wellenstummels 171 mitumspritzt.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist es möglich, den in den Wellenstummel 172 eingespritzten Lagerzapfen 191 nicht als Stahl-Einlegeteil zu konzipieren, sondern den Lagerzapfen aus Kunststoff einstückig an den Wellenstummel 172 anzuspritzen. Dies ist möglich, wenn der Lagerzapfen über ein Kugellager im Stator aufgenommen wird, wobei der Innenring des Kugellagers drehfest auf dem angespritzten Lagerzapfen sitzt.
In Fig. 5-8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Rotors für einen Elektromotor, hier eines Kollektormotors, dargestellt, bei dem ebenfalls die Nutauskleidungen in den Nuten 12 des Blechpakets 11, die beiden Endlamellen 13 und die die Rotorwelle 17 bildenden Wellenstummel 171, 172 in einem Spritzvorgang aus Kunststoff gespritzt sind. Wie nicht weiter dargestellt ist, ist das Blechlamellenpaket 11 ebenfalls aus den Blechlamellen 14 durch Stanzpaketierung zusammengesetzt, wozu die um gleiche Umfangswinkel zueinander versetzt angeordneten vertieften Sicken 15 in jeder Blechlamelle 14 dienen. Wie Fig. 7 zeigt, sind die Sicken 15 unmittelbar unter einem zwischen den Nuten 12 verbleibenden Steg 23 angeordnet, wobei die Sicken 15 jedem zweiten Steg 23 zugeordnet sind. Zur Vergrößerung der Stabilität des Blechlamellenpakets 11 sind alle Blechlamellen 14 mit um gleiche Umfangswinkel zueinander versetzt angeordneten Bohrungen 24 versehen, die wiederum jeweils unmittelbar unter einem zwischen den Nuten 12 verbleibenden Steg 23 liegen. Da auch die Bohrungen 24 jedem zweiten Steg 23 zugeordnet sind, wechselt sich, in Umfangsrichtung der Blechlamellen 14 gesehen, immer eine Sicke 15 mit einer Bohrung 24 ab (vgl. Fig. 7). Nach Stanzpaketierung hat damit das Blechlamellenpaket 11 eine Mehrzahl von das Blechlamellenpaket 11 vollständig durchdringenden, aus der Summe der miteinander fluchtenden Bohrungen 24 zusammengesetzten Längsbohrungen, die beim Kunststoffspritzvorgang der Endlamellen 13, der Wellenstummel 171, 172 und der hiermit nicht dargestellten Nutauskleidung durch das Fließverhalten des Kunststoffes vollständig mit Kunststoff gefüllt werden. Die in gleicher Weise wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1-4 in die mit den Nutauskleidungen und den Nutverschlüssen versehenen Nuten 12 eingelegte Rotorwicklung 25 umschließt mit ihren über die Stirnseiten des Blechlamellenpakete 14, also den Endlamellen 13 vorstehenden Wickelköpfen 251 die Endlamellen 13, und die Wellenstummel 171, 172. Die Rotorwicklung 25 wird einem Träufel- oder Tränkvorgang unterzogen, wodurch die Wickelköpfe 251 zusätzlich mit den Endlamellen 13 und den Wellenstummeln 171, 172 verbacken, so daß insgesamt die Festigkeit des Rotors weiter erhöht wird.
Die Lagerzapfen 18, 19 sind wiederum in die Wellenstummel 171, 172 mit eingespritzt, wobei sich jedoch die Lagerzapfen 171, 172 bis hin zu dem Blechlamellenpaket 11 erstrecken und endseitig jeweils mit einer in der jeweiligen Endlamelle 13 eingeschlossenen Verankerungsscheibe 26 fest verbunden sind. Die in Fig. 6 in Draufsicht zu sehende Verankerungsscheibe 26 ist über ihren Umfang mit einer Verzahnung 27 versehen, die eine bessere Haftung im Kunststoff der Endlamelle 13 bewirkt und eine Verdrehung des Lagerzapfens 18 bzw. 19 im Wellenstummel 171 bzw. 172 bei großen an den Lagerzapfen 18, 19 angreifenden Drehmomenten zuverlässig ausschließt. Die hier hohl ausgebildeten Lagerzapfen 18, 19 mit Verankerungsscheibe 26 werden als Tiefziehteile hergestellt und beim Spritzvorgang als Einlegeteile mit eingespritzt. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 sitzt auf dem Wellenstummel 171 ein Lüfterrad 28 eines der Kühlung des Elektromotors dienenden Lüfters, während auf dem aus dem Wellenstummel 172 vorstehenden Lagerzapfen 19 ein Kollektor 29 und ein Kugellager 30 zur Lagerung des Rotors im Stator aufgepreßt sind.
Wie Fig. 8 zeigt, ist in den hohlen Lagerzapfen 18 ein Innengewinde 34 eingearbeitet, in das ein Antriebsritzel 31 mit seinem Achsstummel 311 eingeschraubt ist. Alternativ kann gemäß Fig. 9 das mit einer zentralen Bohrung versehene Antriebsritzel 31 endseitig auf den Lagerzapfen 18 aufgeschoben werden, wozu das Zapfenende zur Bildung einer Anschlagschulter 32 im Durchmesser abgestuft ausgeführt ist. Das an der Anschlagschulter 32 anliegende Antriebsritzel 31 wird durch eine Spannschraube 33, die in das im Lagerzapfen 18 eingearbeitete Innengewinde 34 eingedreht wird, gegen die Anschlagschulter 32 gespannt und damit drehfest auf dem Lagerzapfen 28 festgelegt.

Claims (10)

1. Elektromotor, insbesondere für Handwerkzeugmaschinen, mit einem Rotor, der eine drehend lagerbare und ein insbesondere durch Stanzpaketieren zusammengehaltenes, drehfest mit einer Rotorwelle (17) verbundenes Blechlamellenpaket (11) aufweist, das mit um gleiche Umfangswinkel zueinander versetzten Nuten (12) mit einer Nutauskleidung (16) aus isolierendem Material zur Aufnahme einer Rotorwicklung (25) versehen und an jeder Stirnseite mit einer Endlamelle (13) aus isolierendem Material abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß Nutauskleidungen (16) und Endlamellen (13) sowie die Rotorwelle (17) als von den Endlamellen (13) axial abstehende Wellenstummel (171, 172) in einem Spritzvorgang aus Kunststoff gespritzt sind.
2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Blechlamellenpaket (11) eine Mehrzahl von längsdurchgehenden Axialbohrungen (24) vorgesehen ist, die durch den Spritzvorgang mit Kunststoff ausgefüllt sind.
3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Nuten (12) des Blechlamellenpakets (11) eingelegte Rotorwicklung (25) mit ihren über die Stirnseiten des Blechlamellenpakets (11) vorstehenden Wickelköpfen (251) die Endlamellen (13) und die Wellenstummel (171, 172) umschließt und einem Träufel- oder Tränkvorgang unterzogen ist.
4. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Wellenstummel (171, 172) ein Lagerzapfen (18, 19), vorzugsweise aus Stahl, als mit dem Wellenstummel (171, 172) fluchtendes Einlegeteil mit eingespritzt ist, auf dessen aus dem Wellenstummel frei vorstehendem Zapfenteil (181, 191) ein Drehlager, insbesondere ein Kugellager (30), und/oder ein Kollektor (29) drehfest, vorzugsweise durch Aufpressen, aufgenommen ist.
5. Elektromotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise hohl ausgebildete mindestens eine Lagerzapfen (18, 19) sich hin bis zum Blechlamellenpaket (11) erstreckt und endseitig mit einer in der Endlamelle (13) eingeschlossenen Verankerungsscheibe (26) fest verbunden ist.
6. Elektromotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsscheibe (26) eine am Scheibenumfang umlaufende Verzahnung (27) trägt.
7. Elektromotor nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Endabschnitt des aus dem Wellenstummel (171) vorstehenden Zapfenteils (181) des Lagerzapfens (18) ein Außen- oder Innengewinde (20,34) zum Auf- oder Einschrauben eines Antriebsritzels (31) eingeschnitten ist.
8. Elektromotor nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antriebsritzel (31) auf dem Lagerzapfen (18) aufgesetzt und mit einer Spannschraube (33), die in einem Innengewinde (34) des mindestens teilweise hohl ausgeführten Lagerzapfens (18) eingeschraubt ist, gegen eine auf dem Lagerzapfen (18) ausgebildete Anschlagschulter (32) gespannt ist.
9. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (12) des Blechlamellenpakets (11) mit einem Nutverschluß (21) versehen sind und daß die Nutverschlüsse (21) in der Art eines Filmscharniers beim Spritzvorgang aus Kunststoff an die Nutauskleidungen (16) mit angespritzt werden.
10. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einem Wellenstummel ein Lagerzapfen aus Kunststoff zur Aufnahme eines Kugellagers einstückig angespritzt ist.
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