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Elektrischer Kleinmotor
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======~================ Die Erfindung betrifft elektrische Kleinmotoren
zur Verwendung als Kraftquelle für Spielzeuge, kleine elektrische Geräte und tragbare
elektrische Geräte sowie ein Verfahren zur Herstellung von Rotoren für diese Kleinmotoren.
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Die für die angegebenen Zwecke gebräuchlichen Kleinmotoren sind von
dreipoliger Bauart und weisen in einem Gehäuse einen Magneten und eine drehbar gelagerte
Welle mit einem Anker auf, der aus einem Eisenkern und Spulen besteht, wobei ein
auf der Welle sitzender Kommutator und am Gehäusedeckel angebrachte Schleifbürsten
für den Kommutator der Stromzuführung zum Anker aus einer Stromquelle bzw. Batterie
dienen. Bei diesen Kleinmotoren sind zwei Arten von Kommutatoren zu unterscheiden,
eine flache Ausführung rechtwinklig zur Welle und eine zylindrische Ausführung gleichachsig
zur Welle. Je nach der verwendeten Ausführung sind auch die Schleifbürsten verschieden.
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Der zylindrische Kommutator ist auf der Welle mittels eines Isolators
angeordnet und befestigt und insoweit wie folgt aufgebracht.
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In einem ersten Fall ist die mit einem Eisenkern versehene Welle im
Bereich des aufzubringenden Kommutators am Umfang geriffelt, so daß die an dieser
Stelle aufgebrachten Kommutatorteile sich infolge der Riffelung nicht drehen oder
in Achsrichtung verschieben können.
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In einem zweiten Fall weisen die vor und hinter dem Eisenkern vorgesehenen
Isolierscheiben Vorkehrungen auf, wie Aussparungen, Vorsprünge und Löcher, mit denen
entsprechende Vorkehrungen am Kommutator in Eingriff stehen, derart, daß der Kommutator
in seiner Lage gehalten wird und sich nicht drehen kann Hierbei muß im ersten Fall
für das Riffeln der Welle ein Material geringer Härte benutzt werden, so daß die
dünne Welle eines Kleinmotors geringere Festigkeit besitzt und sich verbiegen oder
verformen kann, wenn sie geriffelt wird oder mit den Kommutatorteilen bestückt wird,
und daher häufig ein schadhaftes Erzeugnis anfällt und die Ausbeute der Fertigung
sinkt. Das Riffeln ist schon an sich aufwendig, erhöht die Herstellungskosten des
Motors und setzt die Festigkeit nach dem Zusammenbau herab.
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Im obigen zweiten Fall ist wegen der Vorsprünge und Aussparungen die
Formgebung aufwendig, und da die Isolierscheiben aus Fiber bzw. Kunststoff geformt
werden, wird die Festigkeit an den Angriffsstellen herabgesetzt oder überhaupt infrage
gestellt.
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Insbesondere wenn bei dieser Bauart des Kommutators die Kapazität
durch Änderung der Anzahl der Eisenbleche des lamellierten Kerns und der axialen-Dicke
des Ankers verändert werden soll, wird die Mittellinie des Ankers, die durch die
Lage des Kommutators bedingt ist, verlagert, so daß die Mitte des Magneten und die
Mitte des Ankers nicht mehr an der richtigen Stelle zusammenfallen. Infolgedessen
übt der Magnet eine Schubkraft aus, die die Welle in Achsrichtung beaufschlagt,
die Welle und
die Lager werden überlastet, die Ausgangsleistung
ist mit Verlust behaftet und das Arbeiten des Motors ist beeinträchtigt.
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Um dies zu verhindern, ist es notwendig, die Lage des Magneten zu
verändern oder das Gehäuse auszuwechseln; doch ist dies der Massenfertigung und
der Normung von Kleinmotoren abträglich.
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Ferner müssen die Bürsten für die Stromzuführung zu den Wicklungen
so ausgebildet sein, daß sie in elastischer Berührung mit dem Kommutator stehen.
Hierfür gibt es verschiedene Lösungen.
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Wenn eine Bürste, die selbst als Feder ausgebildet ist und vermöge
ihrer Eigenelastizität federnd am Kommutator anliegt, beim Zusammenbau des Motors
so erfaßt bzw. befestigt wird, daß sich ihre Elastizität dabei verändern kann, so
können die beiden Bürsten eines Motors ungleiche Federeigenschaften annehmen und
sich dann ungleich abnutzen. Bei einer Ausführung, bei der die Bürste und die Feder
getrennte Teile sind und die Bürste und ein Anschlußteil für die Stromzuführung
voneinander unabhängig sind, lassen sich die Forderungen, die Bürste elastisch an
den Kommutator zu pressen und die Bürste mit dem Anschluß stück elastisch aneinander
zu pressen, um fehlerhaften Kontakt zu vermeiden, schwer miteinander in Einklang
bringen, was zu unsicherer Kontaktgabe Anlaß geben kann.
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Ferner wird bei der oben erwähnten Ausführung, bei der eine Blattfeder
selbst zugleich als Bürste dient, der Kontaktbereich der Bürste durch die Reibung
am rotierenden Kommutator erhitzt, worunter die Elastizität des Bürstenmaterials
leidet, so daß ein mangelhafter oder mangelnder Kontakt die Folge sein kann.
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Daher ist als Bürste eine solche der mit einem Kohlekörper versehenen
Ausführung erwünscht. Da jedoch bei dieser Art Bürsten im allgemeinen die Kohle
unmittelbar durch ein federndes Material gehalten wird, wird die durch das Schleifen
der Kohlebürste am
Kommutator erzeugte Wärme direkt dem Federkörper
mitgeteilt, so daß wiederum das Problem der nachlassenden Elastizität und des mangelhaften
Kontakts auftritt. Außerdem schleift sich die Kohle am Kommutator ab, weshalb sich
der Kontaktdruck der Kohle ändert, die Leistung des Motors zurückgeht, was dann
in Verbindung mit der vorerwähnten Schädigung der Elastizität durch die Weiterleitung
der erzeugten Wärme dazu führt, daß die Drehzahl sich ändert bzw. schwankt und das
Verhalten des Motors zu wünschen übrig läßt.
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Im Hinblick auf die aufgezeigten Probleme will die Erfindung einen
Kleinmotor schaffen, der alle diese Schwierigkeiten überwindet und der insbesondere
mit einem auf der Rotorwelle angebrachten Kommutator der zylindrischen Bauart ausgerüstet
ist, dessen Lage auf der Rotorwelle bei der Montage frei gewählt werden kann, so
daß unabhängig von der von Fall zu Fall sich ändernden Dicke des Rotors dieser stets
mittig zum Statormagneten eingebaut werden kann, ohne die Lage des letzteren im
Gehäuse zu ändern.
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Gegenstand der Erfindung ist ein elektrischer Kleinmotor, der in einem
Gehäuse einen Magneten und eine- drehbar gelagerte Rotorwelle aufweist, die als
Rotor einen zwischen zwei Isolierscheiben angeordneten lamellierten Eisenkern, der
mit Spulen bewickelt ist, und einen Kommutator trägt, an dem am Gehäuse gehaltene
Schleifbürsten elastisch anliegen. Dieser Kleinmotor ist nach dem Grundgedanken
der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutator zwischen dem Rotor und
einem das Gehäuse abschließenden Lagerschild aus Isoliermaterial mit Preßsitz auf
der glatten Rotorwelle befestigt ist und die Bürsten an dem Lager schild um zur
Rotorwelle parallele Achsen drehbar gehalten sind und an zur Rotorwelle parallelen
Kommutatorsegmenten durch besondere Federn angepreßt werden.
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Dabei ist die Anordnung vorzugsweise so getroffen, daß der Kommutator
einen auf die Rotorwelle aufgepreßten metallischen Stellring zur Festlegung der
Lage des Kommutators in Achsrichtung und ein anschließend auf der Welle festsitzendes
Isolierrohr aufweist, das am Umfang versetzt drei leitende Segmente von kreisbogenförmigem
Querschnitt mit einer radial abstehenden Fahne am inneren Ende jedes Segments trägt,
die durch einen Paßring und einen Spannring vor und hinter den abstehenden Fahnen
fest an das Isolierrohr angedrückt werden.
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Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, daß der Stellring am Paßring
anliegend in eine Aussparung desselben mit einem axialen Vorsprung zur Festlegung
der Winkelstellung des Kommutators relativ zum Rotor auf der Rotorwelle eingreift
und der Paßring am äußeren Umfang mit Aus schnitten zur Aufnahme von abgewinkelten
Enden der Fahnen für den Anschluß der Rotorspulen sowie am inneren Umfang mit Aus
schnitten zur Aufnahme der inneren Enden der Segmente versehen ist.
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Auf diese Weise kann ein elektrischer Kleinmotor mit einem Kommutator
versehen werden, bei dem die Teile für die Anbringung der eigentlichen Kommutatorsegmente
auf die Rotorwelle aufgepreßt sind, ohne daß es erforderlich ware, die Rotorwelle
zu riffeln und den Magnetkern des Rotors zwischen Isolierplatten anzubringen, wodurch
der Aufbau und die Montage des Kommutators weitgehend vereinfacht ist und der Kleinmotor
leicht zusammenzubauen und in Massenfertigung billig herzustellen ist. Auch erfährt
die Rotorwelle keine Schwächung und kann beim Aufbringen des Kommutators nicht sich
biegen oder brechen, so daß ein stabiler Motor von hoher Festigkeit und langer Lebensdauer
erhalten wird.
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Außerdem kann der Kommutator, da er auf die Rotorwelle aufgepreßt
wird, in beliebiger Weise auf der Welle angeordnet
werden. Deshalb
ist die Dicke des Eisenkerns ohne weiteres für Motoren verschiedener Leistung auszulegen.
Falls nämlich die Lage des Magneten im Gehäuse im voraus festgelegt und genormt
ist, ändert sich mit der Dicke des Eisenkerns bei Auslegung für eine andere Kapazität
bzw. Leiftungsfähigkeit auch der Abstand zwischen der Mitte des Magneten und der
Mitte des Rotors, so daß eine axiale Schubkraft auf den Rotor ausgeübt wird, die
die Lagerung der Rotorwelle ungünstig beeinflußt.
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Anders im Falle der vorliegenden Erfindung; denn da hier der Kommutator
auf die Welle aufgepreßt wird, kann die Anordnung des Kommutators auf der Welle
in der Achsrichtung frei gewählt werden, so daß die Kapazität des Ankers verändert
und seine Mitte in Bezug auf die Mitte des Magneten ausgerichtet werden kann.
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Die Erfindung gibt demnach einen Kleinmotor an, der mit größerer oder
kleinerer Leistung in Standardausführung hergestellt werden kann, ohne die Lage
des Magneten im Gehäuse zu ändern, so daß eine Massenfertigung einheitlicher Gehäuse,
Magneten und Kommutatoren möglich ist, um zahlreiche Motorstärken zu verwirklichen.
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Des weiteren sieht die Erfindung eine zur Verwendung mit dem angegebenen
Kommutator geeignete Bürstenanordnung vor, bei der jede Bürste einen metallischen
Haltearm aufweist, der mit einem Ende auf einer an der Innenseite des Lagerschilds
abstehenden Niethülse drehbar ist und am freien Ende eine Kohlebürste trägt, und
zwischen Haltearm und Niethülse eine Metallbuchse angeordnet ist, auf der neben
dem Haltearm eine diesen in seiner Drehrichtung beaufschlagende Schraubenfeder sitzt,
wobei die Schraubenfeder in Achsrichtung zwischen dem Haltearm und einem Flansch
der Metallbuchse zusammengedrückt, den Haltearm gegen eine leitende Scheibe preßt
und, in Drehrichtung gespannt, sich mit dem einen Ende am Haltearm und mit dem anderen
Ende an der
Innenseite des Lagerschilds unter Ausübung einer die
Kohlebürste gegen den Kommutator pressenden Kraft abstützt.
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Die besonderen Vorteile dieser Anordnung bestehen darin, daß die Kohlebürsten
stets einwandfrei und gleichförmig an den Kommutator angepreßt gehalten werden,
unbeeinflußt von der Abnutzung der Kohle, und daß die Erwärmung der Kohlebürsten
von den Federn für die elastische Anpressung derselben an den Kommutator ferngehalten
wird, so daß die Bürstenanordnung eine hohe Dauerstandfestigkeit und lange Lebensdauer
besitzt.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung der Zeichnungen, in denen die Erfindung beispielsweise veranschaulicht
ist. In den Zeichnungen zeigen schematisch: Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen
Kleinmotor der Erfindung; Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der auseinander gezogenen
Bestandteile des Kommutators; Fig. 3 eine geschnittene Seitenansicht vom ersten
Verfahrensschritt beim Zusammenbau des Kommutators; Fig. 4 eine Aufsicht zu Fig.
3; Fig. 5 eine geschnittene Seitenansicht vom zweiten Verfahrensschritt beim Zusammenbau
des Kommutators; Fig. 6 die gleiche Ansicht wie Fig. 5 vom Endzustand des Zusammenbaus
des Kommutators; Fig. 7 eine Aufsicht zu Fig. 6;
Fig. 8 eine Innenansicht
eines Lagerschilds des Motors; Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie 9-9 in Fig. 8;
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht der auseinander gezogenen Bestandteile der
Schleifbürste; Fig. 11A, B, C Längsschnitte zur Erläuterung der Kapazitätsänderung
des Rotors bei einem bekannten Motor; Fig. 12A, B, C Längsschnitte zur Erläuterung
der Kapazitätsänderung des Rotors beim Kleinmotor der Erfindung.
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Gemäß Fig. 1 weist der Kleinmotor der Erfindung ein zylindrisches
Gehäuse 10 auf, das aus Metallblech geformt ist und an einem Ende mit einer Stirnwand
11 abschließt, die in der Mitte einen Lagerhals 12 besitzt, der in Achsrichtung
nach außen vorsteht.
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In dem Lagerhals ist ein Lager 13 aus einem schmierfreien Metall oder
sonstigem Material befestigt, indem es etwa durch Anstauchen in Achsrichtung vernietet
ist.
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Eine das Gehäuse 10 durchsetzende Rotorwelle 30 ist in dem Lager 13
drehbar gelagert und ragt hier mit dem Abtriebsende aus dem Gehäuse heraus. Am anderen
Ende sitzt die Welle 30 in der Lagerbohrung 16 im Zentrum eines Lagerschilds 15
aus Plastik, das an den Rand 14 am offenen Ende des Gehäuses 10 angesetzt und mit
diesem fest verbunden ist.
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Am inneren Umfang des Gehäuses 10 ist im mittleren Bereich desselben
ein Magnet 20 angeordnet. Innerhalb des Gehäuses ist auf der Rotorwelle 30 ein lamellierter
Eisenkern 22 angebracht, indem eine Vielzahl von Y-förmigen Eisenblechen 21 auf
die Rotorwelle 30 aufgepreßt ist. Isolierscheiben 23 und 24 aus Fibermaterial oder
dergleichen von derselben Form wie die
Eisenbleche 21 sind vor
und hinter dem Eisenkern 22 angebracht, derart, daß sie mit diesem zur Deckung kommen.
Zwischen dem Lager 13 und der Isolierscheibe 23 sitzt auf der Welle 30 eine Abstandshülse
26, die aus Metall oder Plastik sein kann und auf die richtige Länge abgepaßt ist.
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Der Eisenkern 22 ist außen mit Spulen bewickelt, um einen Anker bzw.
Rotor 25 zu erhalten. Die Spulen sind in der Zeichnung weggelassen, da sie diese
unübersichtlich machen würden, zumal auch ohne die Spulen Beschreibung und Darstellung
verständlich sind.
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Zwischen der hinteren Isolierscheibe 24 des Rotors 25 und dem Lagerschild
15 ist auf der Welle 30 ein Kommutator 40 angeordnet, dessen Ausbildung und Herstellung
nachstehend anhand von Fig. 2 bis 7 erläutert ist.
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In Fig. 2 sind die Bestandteile des Kommutators 40, in Achsrichtung
auseinander gezogen, perspektivisch dargestellt.
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Hiernach ist ein Isolierrohr 50 aus Kunststoff als Kern für den Aufbau
des Kommutators vorgesehen, dessen Innendurchmesser so bemessen ist, daß es fest
sitzend auf die Welle 30 aufpreßbar ist. Ein ebenfalls aus isolierendem Kunststoff
oder Fiber bestehender Spannring 51 dient dazu, drei auf das Isolierrohr 50 außen
aufgebrachte Kommutatorsegmente eng zu umfassen und so an das Isolierrohr 50 angepreßt
zu halten.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, werden die drei Kommutatorsegmente
von im Querschnitt kreisbogenförmigen Blechstreifen 42 gebildet, die genau bemessene
Zentrierwinkel besitzen.-Diese sind so festgelegt, daß ein bestimmter Abstand zwischen
den beiden Längskanten benachbarter Blechstreifen 42 besteht, wenn diese am äußeren
Umfang des Isolierrohrs 50 anliegen.
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Die gebogenen Blechstreifen 42 haben eine feste Länge in Achsrichtung.
Eine Fahne 44, die an einer in Achsrichtung etwas zurückgesetzten Stelle senkrecht
absteht, ist in der Mitte des vorderen Endes jedes Blechstreifens ausgebildet und
am freien Ende L-förmig abgebogen, so daß eine Anschlußnase 45 für die Spulendrähte
entsteht. Die drei Kommutatorsegmente 41 haben gleiche Form und Größe.
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Ein Paßstück 52 von allgemeiner Ringform, ebenfalls aus isolierendem
Kunststoff oder Fiber hergestellt, weist am äußeren Umfang radiale Ausschnitte 55
für die Aufnahme der L-förmigen Anschluß nasen 45 und am inneren Umfang 54 radiale
Ausschnitte 55 für die Aufnahme der vorderen Enden 43 der Kommutatorsegmente 41
auf.
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Der innere Umfang 54 zwischen den Ausschnitten 55 ist so bemessen,
daß er eng anliegend auf den äußeren Umfang des Isolierrohrs 50 paßt.
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Ein Stellring 56 aus metallischem Werkstoff mit einer solchen Bohrung
57, daß der Stellring nur mit Preßsitz auf die Rotorwelle 30 aufgebracht werden
kann, weist an einer Stelle seines Umfangs einen axialen Vorsprung 58 auf, der in
einen der Ausschnitte 53 am äußeren Umfang des Paßrings 52 eingreift.
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Der Aufbau des Kommutators 40 nach seiner Aufbringung auf die Rotorwelle
30 ergibt sich insbesondere anhand von Fig. 1 und 9.
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Hier sitzt der Kommutator zwischen der Rückseite des Rotors 25 und
der Innenseite des Lagerschilds 15 auf der Welle. Zuerst ist das Isolierrohr 50
auf der Welle 30 angebracht, die drei Segmente 41 mit den konkaven Innenseiten ihrer
Blechstreifen 42 außen auf das Isolierrohr aufgelegt und das Paßstück 52 lose auf
die Welle 30 an den Vorderseiten der Segmente aufgeschoben und in Bezug auf die
einzelnen Enden der Blechstreifen 42 ausgerichtet.
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Wie ferner ersichtlich, ist das Isolierrohr 50 mit dem vorderen
Ende
seines äußeren Umfangs fest in den inneren Umfangsteil 54 des Paßstücks 52 eingefügt,
wobei die vorderen Enden 43 der Kommutatorsegmente 41 zwischen den drei Ausschnitten
55 am inneren Umfang des Paßstücks und der Außenseite des Isolierrohrs 50 zu sitzen
kommen und gehalten werden. Dabei liegt das Paß stück 52 mit seiner Rückseite an
der Vorderseite der Fahnen 44 an, während die Anschlußnasen 45 in je einen der Ausschnitte
53 am äußeren Umfang des Paß stücks 52 eingreifen, derart, daß sie über den äußeren
Umfang des Paßstück weit genug herausragen, um die Spulendrähte (nicht dargestellt)
anzuschließen.
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Der stramm auf die Rotorwelle 30 passende und aufgepreßte Stellring
56 ist an der Vorderseite- des Paßstücks 52 angeordnet und steht an seiner Rückseite
in Berührung mit der vorderen Stirnseite des Isolierrohrs 50, um so die Lage des
Kommutators in der Achsrichtung festzulegen. Wie ersichtlich ist der Außendurchmesser
des Stellrings so bemessen, daß er kleiner als der Außendurchmesser des Paßstücks
52 ist, so daß die Spule ihn nicht berühren kann, wenn die Spule gewickelt und mit
den Anschlußnasen 45 der Kommutatorsegmente 41 verbunden wird. Der Vorsprung 58
des Stellrings 56 greift in einen der Ausschnitte 53 an der Außenseite des Paßstück
52 ein, wodurch die Stellung des Kommutators auf der Welle in der Umfangsrichtung
festgelegt wird.
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Wie ferner aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist ein aus Kunststoff
geformtes Isolierstück 59 an der Vorderseite des Stellrings 56 zur Abdeckung desselben
vorgesehen, um so zu verhindern, daß der Stellring 56 vom in Achsrichtung vorstehenden
Kopfteil der aufgewickelten Spule berührt wird und ein elektrischer Kriechweg durch
Kontakt zwischen Ring und Spule zustande kommen könnte. Schließlich ist ein schmaler
Spannring 60 aus einem Isoliermaterial auf die rückwärtigen Enden der Kommutatorsegmente
41 aufgesetzt, um sie auf dem Isolierrohr 50 zu fixieren.
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Nachstehend wird nunmehr das Verfahren des Zusammenbaus des in obiger
Weise ausgebildeten Kommutators bzw. seiner Montage auf der Welle anhand von Fig.
3 bis 7 erläutert, in denen das Verfahren nach der Erfindung in der Reihenfolge
der einzelnen Schritte veranschaulicht ist.
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Wie in der geschnittenen Seitenansicht der Fig. 3 dargestellt ist,
weist die beim ersten Verfahrensschritt verwendete Montagelehre 70 im oberen Teil
eines Futters 71 nach oben offene abgesetzte Aussparungen 72 und 73 von großem bzw.
kleinem Durchmesser auf. Konzentrisch zu diesen Aussparungen verläuft eine Aufnahmebohrung
74 für die Welle 30, die unten in eine Kammer 75 des Futters 71 mündet. Ein Gegenhalter
77, der sich elastisch auf eine Pufferfeder 76 stützt, ist anhebbar in die Kammer
75 eingepaßt und im Zentrum mit einem Stellschaft 78 versehen, der durch ein Schraubengewinde
mit dem Gegenhalter 77 in Eingriff steht, so daß er eine Höheneinstellung der Welle
30 in der Achsrichtung der Aufnahmebohrung 74 ermöglicht.
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Bei Benutzung dieser Montagelehre wird das Isolierrohr 50 in die Aussparung
73 von kleinem Durchmesser und der Paßring 52 in die Aussparung 72 von größerem
Durchmesser eingesetzt, wobei das Isolierrohr 50 aus der Bohrung des Paßrings 52
herausragt, so daß die Vorsprünge am inneren Umfang 54 des Paßrings auf dem äußeren
Umfang des Isolierrohrs 50 aufsitzen und durch jeden der Ausschnitte 55 eine Lücke
61 zwischen dem Isolierrohr 50 und dem Paßring gebildet wird. Über dem Paßring 52
wird der Stellring 56 montiert, derart, daß seine Bohrung 57 und die Bohrung des
Stellrings 56 konzentrisch zum Isolierrohr 50 sind und der Vorsprung 58 des Stellrings
56 in eine der Aussparungen 53 des Paßrings 52 eingreift, um beide Ringe zu vereinigen.
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Alsdann wird die Rotorwelle 30 mit dem im voraus aufgepreßten Eisenkern
22, vom Stempel einer Presse oder dergleichen gehalten,
in die
Aufnahmebohrung 74 des Futters 71 abgesenkt und eingesetzt. Dabei wird die Welle
30 in den Stellring 56 und das Isolierrohr 50, die zuvor in das Futter eingesetzt
waren, gewaltsam eingepreßt, wobei der Senkhub der Welle durch den Stellschaft 78
reguliert wird und die Abwärtsbewegung beim Berühren des Stellschafts 78 mit dem
Ende der Welle 30 gestoppt wird.
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Der Stoß der niedergehenden Welle wird durch die Wirkung der Pufferfeder
76 aufgefangen.
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Durch das obige Vorgehen werden das Isolierrohr 50, der Paßring 52
und der Stellring 56 auf die Welle aufgepreßt und in bestimmten Lagen auf ihr fixiert,
wobei die Lagen dieser Teile auf der Welle durch entsprechendes senkrechtes Einjustieren
des Stellschafts 78 festgelegt werden. Daher können, falls die Dicke des Eisenkerns
22 sich ändert, die erwähnten Teile in solcher Lage auf der Welle ausgerichtet werden,
daß die Mitte des Eisenkerns 22 und diejenige des Magneten 20 miteinander übereinstimmen.
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Bei der vorbeschriebenen Montage wird dafür gesorgt, daß die Winkel,
in Umfangsvichtung der Welle 30, für die Kommutatorteile und den Eisenkern miteinander
übereinstimmen, indem eine Lehre 79 zwischen zwei der drei Schenkel des Eisenkerns
eingefügt wird.
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Nachdem die Teile auf diese Weise auf die Welle 30 aufgebracht sind,
stellt die Welle nach dem Herausziehen aus dem Futter mit diesen Teilen ein halbiertiges
Produkt dar, wie es in Fig. 5 oben wiedergegeben ist. Dieses Zwischenprodukt wird
alsdann dem zweiten Verfahrensschritt zugeführt, der in Fige 5 bis 7 dargestellt
ist.
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Wie ersichtlich, weist das beim zweiten Schritt Verwendete Futter
80 drei abgestufte Aussparungen 81, 82 und 83 von großer, mittlerer und kleiner
t^Jeite sowie eihen 3tellschaft 84 auf, der
von einem Gegenhalter
85 umgeben ist. Der Stellschaft 84 ist durch ein Schraubengewinde mit dem Gegenhalter
verbunden, so daß er senkrecht verstellbar ist, und ragt in eine Hülse 86, die sich
vom Gegenhalter 85 nach oben erstreckt. Die Hülse 86 sitzt in einer Aufnahmebohrung
87, die sich an die Aussparung 83 konzentrisch anschließt. Ferner ist der Gegenhalter
85 elastisch durch eine Pufferfeder 89 unterstützt, die lose in einer Kammer 88
im unteren Teil des Futters 80 vorgesehen ist.
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Die beim zweiten Verfahrensschritt anzubringenden Teile sind der Spannring
51 und die drei Kommutatorsegmente 41. Als erstes wird der Spannring 51 eingebracht
und in die abgestufte Aussparung 82 von mittlerem Durchmesser eingesetzt, worauf
die gebogenen Blechstreifen 42 der Kommutatorsegmente 41 in die abgestufte Aussparung
83 von kleinem Durchmesser durch die Bohrung des Spannrings 51 hindurch eingebracht
werden, wobei ein bestimmter Abstand zwischen je zwei benachbarten Kanten der Blechstreifen
42 eingehalten wird. Da die Fahnen 44 mit den Nasen 45 der Kommutatorsegmente 41
in radialen Richtungen abstehen, sind drei radiale Einschnitte 90 am oberen Hals
des Futters 80 vorgesehen.
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Die Welle 30, auf der die zuvor erwähnten Teile aufgepreßt und befestigt
sind, wird in der gleichen Weise wie zuvor abgesenkt und in das Futter 80 eingesetzt,
derart, daß sie oben in die Hülse 86 eindringt und in Berührung mit dem Stellschaft
84 stehen bleibt.
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Bei diesem Vorgang gelangt das Isolierrohr 50 in den Ringraum, der
von den gebogenen Blechstreifen 42 der Kommutatorsegmente umgeben ist, und kommt
mit seinem Stirnende an der Hülse 86 zur Anlage Die Anschlußnasen 45 an den Spitzen
der Fahnen 44 der Kommutatorsegmente greifen in die entsprechenden Aussparungen
53 des Paßrings 52 ein. Die Kommutatorsegmente 41 und der Spannring
51
werden durch Einpressen bzw. Aufpressen an den beim ersten Verfahrensschritt aufgebrachten
Teilen fixiert. Auch diesmal werden die Winkel des Eisenkerns 22 und des Kommutators
mit Hilfe einer Lehre 79 genau zueinander eingestellt. Die Kommutatorsegmente 41
werden mit den vorderen Enden 43 in je eine Lücke 61 eingepreßt und dabei werden
die gebogenen Blechstreifen 42 von den Ringen 52 und 51 an das Isolierrohr 50 angedrückt.
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Am Ende des zweiten Verfahrensschritts liegt nach dem Herausheben
der Welle 30 eine Rotorwelle mit darauf angebrachtem Eisenkern 22 und darauf befestigtem
Kommutator 40 vor. Dann wird der Eisenkern mit den Spulen bewickelt und nach Anschließen
derselben an den Kommutator in ein Motorgehäuse eingesetzt.
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Falls vor dem Stellring 56 die Isolierscheibe 59 anzubringen ist,
kann diese beim ersten Verfahrens schritt zusammen mit dem Stellring 56 angesetzt
werden, und der schmale Spannring 60 kann am Ende des zweiten Verfahrensschritts
aufgebracht werden.
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Wie sich aus obigem ergibt, wird der Kommutator mit Preßsitz auf der
Welle 30 angebracht. Daher ist die Montage des Kommutators einfach und die Herstellung
des Rotors samt Kern kann maschinell und automatisbh erfolgen, was die Automatisierung
der Herstellung und die Massenfertigung der Motoren sehr begünstigt. Ferner sind
wegen des Preßsitzes des Kommutators solche Arbeitsgänge wie Riffeln oder Rändeln
der Rotorwelle überhaupt nicht erforderlich, was die Fertigung weiter vereinfacht.
Ferner ist ein Bearbeiten der Welle zur Herabsetzung ihrer Dicke überflüssig. Daher
kann ein Material von großer Härte gewählt werden und die Welle kann sich beim Zusammenbau
des Motors nicht verbiegen.
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Die wichtigste Wirkung der vorliegenden Erfindung ist die, daß wegen
der Befestigung des Kommutators durch Aufpressen seine Lage beim Aufbringen auf
die Welle frei gewählt werden kann. Dies ist
in Fig. 11 und 12
veranschaulicht.
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Fig. 11 zeigt einen Elektromotor mit gebräuchlichem Kommutator 40a.
Gemäß Fig. 11A fallen die Mittellinien X des im Gehäuse 10 angebrachten Magneten
20 und des auf der Welle 30 sitzenden Kerns 25 miteinander zusammen und die Welle
30 ist nur einem Drehmoment unterworfen. Hier ist der Kommutator 40a in Achsrichtung
so angeordnet, daß er mit einem Halteteil für den Kern an der Stirnseite desselben
anliegt. Ist jedoch die Kapazität des Ankers bzw. Kerns 25 schwächer bemessen, das
heißt die Dicke des lamellierten Kerns 22 kleiner, so daß ein Motor von geringerer
Leistung erhalten wird, wie in Fig. 11B, so ist die Mitte X1 des Kerns 22 in eine
relative Lage zum Magneten 20 von der Mitte X desselben nach vorn versetzt und es
besteht ein Abstand L1 zwischen den beiden Mittellinien. Als Ergebnis wird eine
Kraft in Richtung des Pfeils in Fig. 113 auf die Welle ausgeübt.
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Auch falls die Dicke des Kerns 22 größer ausgeführt ist, wie in Fig.
11C gezeigt, entsteht ein Abstand L2 zwischen den betreffenden Mittellinien X und
X2. Im Ergebnis wirkt eine Kraft in Richtung des Pfeils in Fig. 11C, so daß eine
Uberbelastung der Welle und ein Nachlassen der Motorleistung auftritt.
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Um diese Nachteile zu beseitigen, müßte die Stellung des Magneten
verändert werden. Dies ist äußerst unzweckmäßig im Hinblick auf die Fertigung zahlreicher
Motoren verschiedener Leistungen bei gleichzeitiger Standardisierung der Gehäuse
und Magneten für alle diese Motoren.
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Wird gemäß Fig. 12 die Anordnung der Fig. 12A zum Ausgangspunkt gemacht,
so kommen die Mittellinien X des Magneten 20 und des Rotors 25 in einer bestimmten
relativen Lage miteinander zur Deckung und ist auch der Kommutator 40 relativ dazu
in einer bestimmten Lage auf der Rotorwelle 30 angebracht.
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Falls hier die Dicke des Eisenkerns 22 größer gemacht wird, tuie in
Fig. 12B gezeigt, so werden die Mitten von Magnet 20 und Eisenkern 22 zunächst nicht
mehr zusammenfallen, aber da der Kommutator 40 aufgepreßt ist, läßt. sich seine
Anbringung auf der Welle 30 leicht ändern und neu ausrichten. Wenn daher in diesem
Fall die Anordnung des Kommutators 40 im Stadium des Aufpressens desselben entsprechend
ausgerichtet wird, ist man in der Lage, die Mitten von Magnet 20 und Rotor 25 in
einer bestimmten Lage zusammenfallen zu lassen. Für den Falls daß gemäß Fig. 12C
der Eisenkern 22 des Rotors 25 dünner ausgeführt ist, so können auch hier wie zuvor
Kern und Magnet in die richtige Lage gebracht werden, indem der Kommutator 40 auf
der Welle 30 entsprechend angeordnet wird.
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Daher ist es, selbst um Motoren verschiedener Leistung durch Änderung
der Kapazität des Rotors 25 zu erhalten, möglich, unterschiedliche Motortypen mit
genormten Gehäusen und Magneten zu bauen, ohne daß die Lage des Magneten geändert
werden müßte.
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Die erforderliche Motorleistung ist für einen Spielzeugantrieb eine
ander als für ein kleines elektrisches Gerät. Hierfür können mit Hilfe der vorliegenden
Erfindung verschiedene Motoren unterschiedlicher Leistung mit einheitlichem Gehäuse
einfach durch Änderung der Kapazität des Rotors erhalten werden.
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Die im Fall der Erfindung vorgesehenen Schleifbürsten für die Stromzuführung
zum Kommutator sind im folgenden anhand von Fig. 1 und 8 bis 10 besprochen, wobei
in Fig. 10 die einzelnen Bestandteile der Schleifbürste 100 in auseinandergezogenem
Zustand perspektivisch dargestellt sind7 um ihre Ausbildung besser ersichtlich zu
machen.
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Gemäß Fig. 10 umfaßt die Schleifbürste 100 eine Kohlebürste 110, einen
Haltearm 120 dafür, eine Lagerbuchse 13O, eine Schraubenfeder 14o und eine Scheibe
150 und ist ferner mit einer Anschluflhülse 160 versehen.
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Der Haltearm 120 ist aus Metallblech geformt, weist an der Basis seines
flachen Stegs 121 ein Befestigungsloch 122 anSs ist am oberen Rand der Basis mit
einem rechtwinklig abgebogenen Schenkel 123 versehen und besitzt einen Ausschnitt
124 am Ende des Schenkels 123 und mitten am oberen Rand des Stegs 121, während in
einem nach derselben Seite rechtwinklig abgebogenen Schenkel 125 am oberen Rand
des Stegs 121 ein Aufnahmeloch Dur eine Kohlebürste 110 ausgebildet ist. Das Aufnahmeloch
126 ist rechteckig und an seinen Längsseiten sind Zähne 127 im Schenkel 125 ausgebildet.
Etwa in der Mitte des unteren Randes des Stegs 121 ist ein nach derselben Seite
rechtwinklig abgebogener Lappen 128 vorgesehen.
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Die Kohlebürste 110 hat eine Kontaktfläche 111, mit der sie am Kommutator
zur Anlage kommt. Gemäß Fig. 8 ist die Kontaktfläche 111 abgeschrägt und rechteckig
geformt. Der Block 112 der Kohlebürste 110 hat an der Unterseite einen Zapfen 113
der sich an seinen vier Umfangs seiten nach unten verjüngt und in das Aufnahmeloch
126 im Schenkel 120 paßt, so daß auf diesen ein Druck ausgeübt wird, wenn der Zapfen
113 im Loch 126 sitzt. Dadurch wird der Zapfen 113 fest in das Loch 126 gepreßt,
in welchem er gegebenenfalls durch Aufbringen eines Bindemittels befestigt werden
kann, wobei die Zähne 127 an den Längsseiten des Loches 126 in die Seitenflächen
des Zapfens 113 eindringen, so daß die Kohlebürste 110 absolut fest im Haltearm
120 sitzt.
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Die Anschlußhülse 160 weist eine Lötöse 161 auf, die außerhalb des
Lagerschilds 15 zu liegen kommt und dem Anschluß eines von einer Strosquelle kommenden
Leitungsdrahts dient, ferner einen Flansch 162 zur asz Anlage am äußeren Rand eines
der Nietlöcher 117, die um 180 Grad versetzt im Lagerschild 15 vorgesehen sind sowie
einen an der Innenseite des Flansches senkrecht abstehenden Hohlschaft 163, das
Ganze aus leitendem Metallblech in einem Stück hergestellbO Der Hohlschaft 163 ist
so ausgebildet und
bemessen, daß er nach Einsetzen in das Loch
17 mit der erforderlichen Länge an der Innenseite des Lagerschilds 15 herausragt,
während der Flansch 162 mit der Lötöse 161 an der Außenseite des Lagerschilds anliegt.
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Als erstes wird eine leitende Scheibe 150 auf den an der Innenseite
des Lagerschilds 15 parallel zur Rotorwelle 30 herausragenden Hohlschaft 163 aufgeschoben.
Dann wird der Haltearm 120, mit der Kohlebürste 110 versehen, mit seinem Loch 122
auf den Hohlschaft 163 aufgeschoben, derart, daß der Schenkel 123 und der Schenkel
125 zum Kommutator hin gerichtet sind. Nun wird der Windungsteil 141 der Feder 140,
der gemäß Fig. 10 in entgegengesetzten Richtungen abstehende Enden 142 und 143 aufweist,
lose auf den Hohlschaft 163 aufgesetzt. Anschließend wird eine in Fig. 10 gegeigte
Lagerbuchse 130 aus leitendem Metall mit ihrem zylindrischen Schaft 131 auf den
Hohlschaft 163 aufgebracht und dabei unter den Windungsteil 141 der Feder 140 geschoben,
so daß der Flansch 132 der Lagerbuchse 130 am Windungsteil 141 innen anliegt.
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Bei diesem Zusammenbau der Teile auf dem Hohlschaft 163 an der Innenseite
des Lagerschilds 15 wird das eine Ende 142 der Feder 140 an einer von zwei Nasen
18 an der Innenseite des Lagerschilds 15 abgestützt und das andere Ende 143 in den
Ausschnitt 124 im Schenkel 123 des Haltearms 120 eingehängt, wobei die Feder 140
durch ihre beiden Enden 142 und 143 in der Umfangsrichtung gespannt gehalten wird.
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Zuletzt wird der Hohlschaft 163 in Achsrichtung mit einer Nietmaschine
so gestaucht, daß er am freien Ende umgelegt bzw. umgerollt und im Durchmesser geweitet
wird, wobei das umgelegte Ende 164 sich an der Außenseite vom Flansch 132 der Lagerbuchse
130 abstützt und die Feder 140 in Achsrichtung zusammengedrückt wird.
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Je eine so fertiggestellte Schleifbürste 100 ist gemäß Fig. 8 und
9 an zwei um 180 Grad versetzten Stellen des Lagerschilds 15 angeordnet, derart,daß
wie aus Fig. 8 ersichtlich, die Haltearme 120 durch die elastische Kraft der Federn
140 im Drehsinn des Uhrzeigers beaufschlagt werden und sich mit der Kontaktfläche
iii der Kohlebürste 110 an ihrem freien Ende federnd an den Kommutator 40 anlegen.
Ferner wird, wie aus Fig. 9 ersichtlich, durch die elastische Ausdehnung der Feder
140 in Achsrichtung einerseits der Flansch 132 der Lagerbuchse 130 gegen den umgebördelten
Rand 164 am freien Ende des Hohlschafts 163 der Anschlußhülse und andererseits der
Steg 121 des Haltearms 120 gegen die Stirnseite der Scheibe 150 gepreßt, so daß
mit der Anschlußhülse 160 einwandfreier elektrischer Kontakt besteht.
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Daher wird durch die Feder 140, die Lagerbuchse 130 und den Haltearm
120 ein sicherer Kontakt mit der Anschlußhülse 160 gewährleistet, so daß der von
der äußeren Stromquelle zugeführte Strom unfehlbar weitergeleitet wird. Der Haltearm
120 hält die Kohlebürste 110 in zwangsläufiger Anlage am Kommutator 40 unter der
Wirkung der Feder 140, so daß der Strom in den Kommutator übertritt.
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Selbst wenn die Kohlebürste 110 durch die schleifende Anlage an dem
Kommutator 40 abgenutzt ist, bleibt sie unter der Wirkung der Feder, so daß ein
Versagen wegen mangelnden Kontakts infolge der Abnutzung vermieden wird.
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Auch wenn, von der Wirkung der Feder abgesehen, bei der so ausgebildeten
Schleifbürste die Kohle sich durch die Reibung am Kommutator erhitzt, wird wegen
der Einfügung von Haltearm 120 und Lagerbuchse 130 zwischen der Kohlebürste 111
und der Feder 140 die Wärme kaum weitergeleitet, so daß die Elastizität der Feder
140 bei längerer Betriebsdauer des Motors nicht beeinträchtigt wird und daher ein
solcher Defekt wie ein Versagen der Anlage der Kohlebürste am Kommutator nicht auftreten
kann. Somit
liegt ein Kleinmotor von großer und gleichbleibender
Leistung, langer Lebensdauer und hoher Standfestigkeit vor.