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Elektromotor mit Hakenkommutator
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor mit Hakenkommutator,
an dessen Lamellen am wicklungsseitigen Ende jeweils ein Haken angeformt ist, mit
Hilfe dessen abgebogenem freien Ende je Lamelle zumindest zwei Drähte der Ankerwicklung
des Elektromotors radial übereinanderliegend am Kollektor befestigt und mit der
jeweiligen Lamelle kontaktiert sind.
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Bei einem bekannten derartigen Elektromotor mit Hakenkommutator (DT-AS
11 34 151) wird zunächst von der Stirnseite des Kollektors beginnend durch einen
Schälvorgang ein Abschnitt einer längs der Lauffläche verlaufenden Oberflächenschicht
abgehoben. Dieser Abschnitt bildet einen zur Stirnseite hin geöffneten Haken. Auf
die durch den Schälvorgang freigelegte Fläche wird der Steg einer U-förmigen Anschlußfahne
aufgesetzt und durch Andrticken des Hakens befestigt. Zwischen die Fahnenschenkel
der Anschlußfahne sind jeweils zwei Enden der Ankerwicklung derart eingeftihrt und
festgeklemmt, daß diese radial übereinander außen auf der Kommutatorfläche angeordnet
sind.
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Es ist auch bereits ein Kollektor mit einem Halaenkol-nmutator zur
Aufnahme jeweils eines einzigen Drahtes pro Haken bekannt (DT-AS 23 28 698), bei
dem die Haken an der Stirnfläche der Lamellen um ein bestimmtes, insbesondere im
Verhältnis zum Durchmesser des Drahtes kleineres Maß unterhalb des Außenrandes der
Stirnfläche angeformt sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Elektromotor mit
Hakenkommutator zu schafîesl, bei den mit einfachen mitteln ohne wesentliche Vergrößerung
des für den Kommutator mit seinen Wic klungsdrahtverbindungen notwendigen Raums
pro Haken mehr als ein umschlungener Wicklungsdraht be fe stigbar und kontaktierbar
ist.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe ist bei einem El Elektromotor der
eingangs genannten Art dadurch möglich, cla 8 der fIalcen an der Stirnfläche des
wicklungsseitigen Endes der Lamelle unterhalb des Außenrandes der Stirnfläche angeformt
und im Sinne einer dem Durchmesser eines ersten Wicklungsdrahtes angepaßten Vertiefung
zwischen dem Haken und der Stirnfläche der Lamelle zum Außenrand der Stirnfläche
hin in Abstand zu dieser abgebogen ist, derart daß beim Einziehen eines weiteren
Wicklungsdrahtes dieser ebenfalls in direktem Kontakt zum Haken zwangsweise radial
oberhalb des zumindest teilweise unterhalb des Außenrandes der Stirnfläche liegenden
ersten Drahtes angeordnet ist; dadurch wird erreicht, daß der erste Wicklungsdraht
beim Wickeln der Ankerwicklung beim Umschlingungsvorgang des Hakens in der Vertiefung
arretiert ist und beim anschließenden Umschlingen des zweiten Wicklungsdrahtes dieser
zwangsweise und ohne Zuhilfenahme von zuscitzlichen Anschlußmitteln, z.B. gesonderten
Anschlußfahnen radial oberhalb des ersten Wicklungsdrahtes zu liegen kommt und sich
somit sowohl aus konstruktiven als auch aus isolationstechnischen Gründen eine Vergrößerung
des Kommutatordurchmessers erübrigt, wie sie bei einem tangentialen Nebeneinanderlegen
der zwei Wicklungsdrähte pro Haken notwendig gewesen wäre.
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Eine noch gezieltere Festlegung des ersten Wicklungsdrahtes ist dadurch
möglich, daß im Sinne einer Anpassung der Vertiefung an den Durchmesser des Wicklungsdrahtes
die Stirnfläche der Lamellen jeweils an ihrem Außenrand mit einer dem Wicklungsdraht
angepaßten Hohlkehle versehen ist.
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Zwei besonders vorteilhafte Antrendungsf.ille des erfindungsgemäß
aufgebauten Elektromotors mit tiakenkommutator sind durch die Gegenstände der Ansprüche
4 und 5 gekennzeichnet; bei einem derartigen Zweimotorenantrieb werden in einen
einzigen gemeinsamen
Blechpaket sowohl ein hochpoliger Induktionsmotor
als auch ein niederpoliger Universalmotor zusammengefaßt. Während im Ständer beispielsweise
eine übliche 3-strängige Induktionsmotorwicklung und eine weitere niederpolige Universalmotor-Wicklung
vorgesehen werden kann, ist im Lnufer eine wie zuvor gekennzeichnet in bestimmter
Weise am Ankerumfang verteilte integrierte Läuferwicklung mit bestimmter Polteilung
an die Koinniutatorlamellen anzuschließen. Zur vollen Funktionsfähigkeit sowohl
im Induktionsmotor-Betrieb als auch im Universalmotor-Betrieb ist die integrierte
Läuferwicklung u.a. jeweils aus einer gekreuzten und einer ungekreuzten Schleifenwicklung
derart kombiniert, daß an zwei benachbarte Lamellen des Kommutators jeweils Anfang
bzw.
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Ende sowohl einer Spule der ungekreuzten als auch einer bestimmten
Spule der gekreuzten Schleifenwicklung anzuschließen sind.
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Durch die vorteilhafte Kombination des erfindungsgemäßen Hakenkommutators
mit der in den Ansprüchen 4 und 5 gekennzeichneten Wicklung ist es möglich, den
Laufer des als Zweimotorenantrieb mit integrierter Läuferwicklung ausgestalteten
elektrischen Motors in einfacher Weise maschinell, beispielsweise mit Hilfe eines
Flyers maschinell zu wickeln und dabei den Durchmesser des Kommutators gegenüber
einer ansonst üblichen reinen Universalmotorwicklung mit nur einem Wicklungsdraht
pro Haken bei gleichbleibender Isolationsfestigkeit praktisch nicht vergrößern zu
müssen.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden im
folgenden anhand schematisch in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Darin zeigen: Figur 1 in einem radialen Teilschnittbild einen üblichen
Kommutator mit nur einem Wicklungsdraht pro Haken, Figur 2 ein entsprechendes Längsschnittbild
der Figur 1, Figur 3 ein radiales Teilschnittbild eines üblichen Kommutators, dessen
Haken von jeweils zwei Wicklungsdrähten umschlungen sind, Figur 4 ein axiales Teilschnittbild
der Figur 3, Figur 5 ein radiales Teilschnittbild eines erfindungsgemäßen Kommutators,
dessen Haken von jeweils zwei Wicklungsdrähten umschlungen sind,
Figur
6 ein axiales Teilschnittbild der Figur 5 nach dem Einziehen der Wicklungsdrähte
jedoch vor dem endgültigen Abbiegen des Hakens, Figur 7 das Teilschnittbild nach
Figur 6 jedoch mit endgültig abgebogenem Haken 4, Figur 8 das Wicklungsschema der
integrierten Läuferwicklung ffir einen 6/2-polumschaltbaren Antriebsmotor, Figur
9 das Wicklungsschema der integrierten Lauferwic!tluny; eines 12/2-polumschaltbaren
Antriebsmotors.
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Figur 10 das Schema einer 8/2-poligen integrierten Läuferwicklung.
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Konzentrisch gehaltert zu einer Motorwelle 1 sind in einem Isolierstoff
2 Lamellen 3, 3' eingebettet, die an ihren wicklungsseitigen Enden in Haken 4 bzw.
5; 4' bzw. 5' übergehen. Die in den Figuren 1, 3, 5 nur abschnittsweise dargestellten
Haken sind in üblicher Weise über den gesamten Umfang des Kommutators verteilt.
Bei maschinellem Herstellen der Wicklung beispielsweise mittels eines sogenannten
Flyers umschlingt beispielsweise den Haken 4' ein Wicklungsdraht 6, der in Figur
1 im Schnittbild dargestellt ist. Der notwendige Abstand b1 (Figur 1) zwischen zwei
am Kommutatorumfang aufeinander folgenden Haken 4', 5' ergibt sich aus der Stärke
des Wicklungsdrahtes 4' bzw. 5' und dem notwendigen Isolationsabstand a zwischen
den beiden benachbarten gegenüberliegenden Seiten der Wicklungsdrähte 4' bzw. 5'.
Unter weiterer Berücksichtigung der Lamellen- bzw. Hakenzahl und deren tagentialer
Breite ergibt sich der Durchmesser D3 des Außenrandes der Stirnfläche 31 (Figur
2) der Lamellen 3.
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Figur 3 zeigt ausgehend von einem an sich üblichen Kommutabor nach
Figur 1 die notwendige Vergrößerung des Abstandes b2 zwischen zwei am Kommutatorumfang
aufeinanderfolgenden Haken 4 2' bzw. 5, 2', wenn diese Haken nach dem Umschlingen
durch einen ersten Draht 6 bzw. 7 maschinell von einem weiteren Draht 8 bzw. 9 umschlungen
werden. Zwangsläufig ergibt sich daraus eine Vergrößerung des Durchmessers des Außenrandes
der Stirnfläche auf ein Maß D4 bei Zugrundelegen der konstanten Größen von Hakenbreite,
Drahtdurchmesser und Isolationsabstand a.
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Figur 5 zeigt den erfindungsgemäß ausgebildeten Kommutator, bei dem
sich die beiden nacheinander den Haken 4 bzw. 5 umschlingen-
den
Drahtwicklungen 6 bzw. 8; 7 bzw. 9 zwangsweise radial übereinanderlegen. Dieses
zwangsweise Übereinanderlegen ergibt sich, wie vorzugsweise aus Figur 6 ersichtlich,
dadurch, d in vorteilhafter Weise der Haken 4 an der Stirnfläche 31 des wicklungsseitigen
Endes der Lamelle unterhalb des Außenrandes (D1) der Stirnfläche 31 angeformt und
iui Sinne einer dem Durchmesser D2 des ersten Wicklungsdrahtes 6 angepaßten Vertiefung
zwischen dem Haken 4 und der Stirnfläche 31 der Lamelle zum Außenrand der Stirnfläche
hin in Abstand zu dieser abgebogen ist. Die llbbiegung des Hakens 4 erfolgt dabei
zunächst in vorwiegend radial ler Richtung von der Welle 1 weg, derart daß der zweite
icklungsdraht 8 radial oberhalb des zuerst umschlingenden Wicklung drahtes 6 angeordnet
ist. Danach wird die vorgebogene Abwinklung des oberen freien Endes des Hakens 4,
wie aus Figur 7 ersichtlich, so weit auf die Lamellenoberfläche zugebogen, daß jeweils
beide Wicklungsdrähte 6, i3 radial übereinanderliegend und nicht wie in üblicher
Weise gemäß Figur 4 tangential nebeneinanderliegend gehalten sind. Der unter Berücksichtigung
der gegebenen Größen von Hakenbreite, Wicklungsdrahtdurchmesser und Isolationsabstand
a nach Figur 5 sich ergebende notwendige Durchmesser des Außenrandes Dl der Stirnfläche
31 ist dabei nur um das Durclrmessermaß D2 des in die Vertiefung eingelassenen Wicklungsdrahtes
6 bzw. 7 größer als das in den Figurn 1 und 5 gleich große Durchmessermaß D3, wobei
der Abstand zwischen zwei benachbarten Haken 4, 5 bzw. 4', 5' die gleiche Größe
b1 behält, die bei der üblichen Ausführung eines Kommutators bei Umschlingung mit
zwei Wicklungsdrähten gemäß Figur 3 auf das Maß b2 hätte vergrößert werden müssen.
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Während an sich der erfindungsgemäß ausgestaltete Haken 4 an die Stirnseite
angeformt im Abstand einer Drahtstärke D2 radial nach oben verlaufen kann und die
Vertiefung zwischen der ansonsten unbearbeiteten Stirnfläche 31 und dem radial verlaufenden
Teil des Hakens 4 gebildet wird, ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung, wie
aus Figur 6 ersichtlich vorgesehen, daß im Sinne einer Anpassung der Vertiefung
an den Durchmesser D2 des Wicklungsdrahtes 6 die Stirnfläche 31 der Lamellen 3 jeweils
an ihrem Außenrand D1 mit einer dem Wicklungsdraht 6 angepaßten Hohlkehle 32 versehen
ist. Dadurch ergibt sich an sich keine
notwendige axiale Vergrößerung
des Kommutators, da die Hohlkehle in einem Abschnitt vorgesehen wird, der aus herstellungstechnischen
Gründen an sich nicht für die Lamellenlauffläche vorgesehen ist.
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Figur 5 zeigt in ihrem oberen und unteren Teil jeweils die Abwicklung
des gleichen Kommutators mit 36 Lamellen und einem Wicklungsausschnitt der in 1S,
Nuten untergebrachten integrierten Läuferwicklung eines 6/2-polumschaltbaren Zweimotorenantriebs.
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Im oberen Teil ist als Ausschnitt aus dem gesamten Wicklungssystem
eine hinsichtlich Spulenweite erfindungsgemäß am Läuferumfang angeordnete ungekreuzte,
die Nuten 1 und 10 mit je zwei Spulenseiten belegende und entsprechend in zwei Teil
spulen unterteilte Spule dargestellt, während im unteren Teil die erfindungsgemäß
vorgesehene Reihenschaltung einer zweiten, die Nuten 7 und 16 belegenden und damit
in Reihe geschalteten zusätzlichen, die Nuten 13 und 4 belegenden Spule dargestellt
ist. Anfang und Ende der als gekreuzte Spule angeschlossenen Reihenschaltung sind
an die gleichen Lamellen 18, 19, 20 wie die Enden der ungekreuzten Wicklung im oberen
Teil der Darstellung angeschlossen. Die drei Spulen sind im Sinne der für einen
6/2-polumschaltbaren Antriebsmotor erforderlichen Durchflutung erfindungsgemäß am
Umfang mit einem Abstand von je 1200 und der erfindungsgemäß vorgesehenen Spulenweite
am Umfang verteilt angeordnet; jede Wicklung im oberen bzw. im unteren Teil wird
nacheinander maschinell gefertigt und umschlingt dabei jeweils die Haken der dargestellten
Lamellen 18, 19, 20.
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Figur 9 zeigt das Wicklungsschema eines 12/2-polumschaltbaren Antriebsmotors
mit 28 Läufernuten und 28 Xommutatorlamellen. Im Unterschied zu Figur 8 ist also
hier keine Unterteilung der Spule in Teilspulen vorgesehen. In insbesondere hinsichtlich
einer geringen Geräuschentwicklung vorteilhafter Weise ist bei der voll integrierten
Läuferwicklung vorgesehen, daß bei an sich bekannter unterschiedlicher Nutzahl in
Ständer- und Ankerwicklung die Zahl der Nuten im Anker N2 unterschiedlich von der
an sich iiblichen, aufgrund von Polzahl, Phasenzahl und Nutzahl pro Pol und Strang
bestimmbaren Nutzahl (N2 = 2p . m2 . q2) des Ankers ist. So ist beispielsweise bei
dem Wicli1.ungsschema nach Figur 9 eine Nutzahl
im Läufer von N2
w 28 vorgesehen, während sich nach an sich üblicher Berechnung eine solche Nutzahl
von 24 Nuten unter Berücksichtigung einer 3-strängigen Induktionsmotor-Ständerwicklung
mit N1 ' 36 Nuten ergeben hätte.
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Figur 10 zeigt für einen 8/2-polumschaltbaren Antriebsmotor wiederum
anhand der schon zuvor angewandten schematischen Darstellung in zwei Teilausschnitten
der an den gleichen Kommutator mit 36 Lamellen angeschlossenen integrierten Läuferwicklung
mit 18 Nuten, im oberen Figurenteil eine in zwei Teilspulen unterteilte, an die
Lamellen 4, 5, 6 angeschlossene Spule der ungekreuzten Schleifenwicklung und im
unteren Figurenteil eine in zwei Teilspulen unterteilte, ebenfalls an die Lamellen
4, 5, 6 angeschlossene Spule der gekreuzten Schleifenwicklung.
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10 Figuren 5 Patentansprüche
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