DE2836977A1

DE2836977A1 - Gleichstrommaschine, insbesondere gleichstrommotor

Info

Publication number: DE2836977A1
Application number: DE19782836977
Authority: DE
Inventors: Ernst Gaus
Original assignee: Individual
Current assignee: WUESTHOLZ KG 7209 ALDINGEN DE
Priority date: 1978-08-24
Filing date: 1978-08-24
Publication date: 1980-03-13
Also published as: US4347453A; DE2836977C2

Description

dr.ing. HEINRICH GEIT^'fi^TENrrAawALT 7500 Karlsruhe 1, postfach 2708

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Anmelder: Ernst Gaus
Klammweg 72

75OO Karlsruhe 31

Gleichstrommaschine j insbesondere Gleichstrommotor

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Beschreibung:

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichstrommaschine, insbesondere einen Gleichstrommotor, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Bei bekannten Maschinen dieser Art sind permanent- oder fremderregte Hauptpole im Stator angeordnet und der Anker besitzt Feldwicklungen, die über eine aus einem Kollektor und an diesem unter Druck anliegenden Bürsten bestehende Stromwendevorrichtung an ein elektrisches Netz anlegbar sind. Insbesondere bei der Ausbildung derartiger Maschinen als Antriebsmotoren steht die zwischen den Bürsten und dem Kollektor der Stromwendevorrichtung unvermeidbar auftretende Funkenbildung vielen ansonsten in Betracht kommenden Anwendungen, bei denen das Gleichstrommotoren kennzeichnende Drehmomentenverhalten durchaus erwünscht ist, hindernd entgegen. Dies ist beispielsweise bei den in Kühlaggregaten eingesetzten Kühlmedien der Fall, die unter der Einwirkung elektrischer Funken zerfallen und dabei hoehaggressive Substanzen bilden.

Um gleichwohl das vorteilhafte Betriebsverhalten von Gleichstrommotoren nutzen zu können, sind zur Drehmomentenübertragung schon berührungslose übertragungs—

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kupplungen mit einer Trennwand zwischen den Kupplungshälften, von denen die eine mit dem Anker der Gleichstrommaschine und die andere mit dem Aggregat des durch Funkenbildung gefährdeten Bereichs in Antriebsverbindung steht, entwickelt worden. Diese Bauweise hat sich jedoch als sehr kostenträchtig und hinsichtlich der verwirklichbaren Drehmomentenübertragung als unzulänglich erwiesen.

Durch die Erfindung soll daher eine gegenüber dem Stande der Technik verbesserte Gleichstrommaschine geschaffen werden, bei der eine direkte Antriebsverbindung zwischen einem Aggregat, das beispielsweise mit gegen elektrische Funken empfindlichen Medien arbeitet, und dem Anker der Maschine verwirklichbar ist, ohne daß eine Gefährdung des genannten Mediums auftritt. Durch die Erfindung soll somit eine Gleichstrommaschine geschaffen werden, bei der keine Begrenzung des zu übertragenden Antriebsmomentes durch eine die hermetische Abdichtung vermittelnden Kupplung vorliegt.

Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst, indem der Anker und der letztere¹¹ mit seinen Feldwicklungen konzentrisch umschließende Stator gegenüber der Stromwendevorrichtung hermetisch abgeschlossen sind und eine Magnetkupplung

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mit einer im Luftspalt zwischen den Magnetpolen angeordneten Trennwand die Antriebsverbindung zwischen dem Anker und der Stromwendevorrichtung vermittelt.

Bei der Erfindung handelt es sich somit um eine Kommutierung in derWeise, daß die Stromwendevorrichtung vom Anker und dem letzteren umschließenden Stator hermetisch abgetrennt angeordnet ist und daß der Antrieb für die erforderliche Relativbewegung zwischen dem Kollektor und den Bürsten der Stromwendevorrichtung über eine Magnetkupplung übertragen wird, zwischen deren Läufern eine die.hermetische Abtrennung vermittelnde Trennwand angeordnet ist. Während es beim Stande der Technik für die hermetische Abtrennung eines Arbeitsbereichs von den Funken bildenden Bauelementen einer Gleichstrommaschine einer das volle Drehmoment der Maschine übertragenden Kupplung mit hermetischer Trennung der Kupplungshälften bedurfte, ««omit den übertragbaren Drehmomenten durchaus enge Grenzen gesetzt waren, braucht bei der Maschine nach der Erfindung lediglich das für die Erzeugung der erforderlichen Relativbewegung zwischen dem Kollektor und den Bürsten der Stromwendevorrichtung notwendige Moment mittels einer Magnetkupplung mit einer zwischen den Kupp*- lungspolen angeordneten Trennwand übertragen zu werden. Diese Drehmomente, die lediglich aus der im Bereich des

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Kollektors auftretenden Reibung resultieren, sind klein im Verhältnis zu den zu übertragenden Antriebsmomenten
der Maschine, so daß selbst bei Maschinen großer Leistung eine unproblematische Beherrschung der hermetischen Abdichtung zwischen dem Anker und dem Stator der Maschine einerseits und der Stromwendevorrichtung andererseits
gewährleistet ist.

In den Unteransprüchen sind zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben.

Obgleich vielfältige konstruktive Ausgestaltungen der Erfindung nach Patentanspruch 1 denkbar sind, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den Anker und Stator mittels
einer Gehäusezwischenwand, durch die sich die mit einem der Kupplungsläufer drehfest verbundene Ankerwelle hindurcherstreckt, gegenüber der Stromwendevorriciitung hermetisch abzuschließen und die im Luftspalt zwischen den Magnetpolen der beiden Kupp lungs läufer angeordnete .. Trennwand mit dieser Gehäusezwischenwand strömungsmittel- und gasdicht zu verbinden. In besonders einfacher Weise gelingt dies durch Einsatz einer Radialmagnetkupplung als Antriebsverbindung zwischen dem Anker und der Stromwendevorrichtung .

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Wenn nach der Lehre des Patentanspruchs 4 ein die Magnetkupplung aufnehmendes Kupplungsgehäuse mit der genannten Gehäusezwischenwand drehfest verbunden ist, ist es von
Vorteil, eine die Antriebsverbindung zwischen dem abtriebsseitigen Kupplungsläufer und der Stromwendevorrichtung vermittelnde Welle in diesem Kupplungsgehäuse drehbar i jedoch axialfest, zu lagern. Dabei kann das Kupplungsgehäuse einen sich auf der von der Gehäusezwischenwand entfernten Seite forterstreckenden Portsatz aufweisen, auf dem der Kollektor angeordnet ist und der die Lagerung der mit dem abtriebsseitigen Kupplungsläufer
drehfest verbundenen Welle aufnimmt.

Eine weitere wichtige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptpole der Maschine dem Anker in Gestalt von permanent erregten Magneten zugeordnet sind, während der Stator mit dem Kollektor in elektrischer Leitungsverbindung stehende Feldwicklungen drehfest aufnimmt. Bei dieser Ausgestaltung handelt es sich somit um die Umkehrung des bei Maschinen dieser Art typischen
Prinzips, nachdem permanent- oder fremd_werregte Pole im
Stator drehfest angeordnet sind, während sich die mit dem Kollektor der Stromwendevorrichtung in elektrischer Verbindung stehenden Feldwicklungen im Anker befinden. Nach der Lehre des Patentanspruchs 7 kann demgegenüber der

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Kollektor drehfest angeordnet sein, während die unter Druck am Kollektor anliegenden Bürsten der Stromwendevorrichtung mit dem abtriebsseitigen Läufer der Magnetkupplung drehfest verbunden sind und ebenfalls drehfest mit dem genannten Kupplungsläufer verbundene Schleifringe sowie mit letzteren zusammenwirkende, feststehende Bürsten den elektrischen Anschluß der Maschine an ein Netz vermitteln. Die elektrische Verbindung dieses feststehenden Kollektors mit den ebenfalls feststehenden Feldwicklungen des Stators ist dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsverbindungen vakuumdicht durch die Gehäusezwischenwand hindurchgeführt sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Gestalt eines Gleichstrommotors in der beigefügten Zeichnung in einer Längssehnittansicht dargestellt und soll nachstehend erläutert werden. Bei diesem Motor, der in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnet ist, sind ein Antriebsteil 11 mit einem Stator 12 und einem Anker 13 gegenüber einem Steuerteil lh mit einer Stromwendevorrichtung 15, die einen Kollektor 16 und damit zusammenwirkende Bürsten 17 umfaßt, getrennt voneinander angeordnet und der Antriebsteil ist gegenüber dem Steuerteil hermetisch abgeschlossen.

Der ortsfest im Gehäuse angeordnete Stator 12 nimmt die Feldwicklungen 20 auf, die von einer in das Gehäuse 25

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eingepreßten Distanzhülse' 21 umschlossen und mittels eines mit dieser Distanzhüls.e verpreßten Sicherungsrings 22 axial festgelegt sind, Bei dem Rotor handelt es sich um einen permanenterregten Anker 13, dessen Permanentmagnete 26 auf einer Hülse 27 aufgenommen sind, die ihrerseits mit drehfest auf der Motorwelle 30 befestigten Nabenteilen 28, 29 fest verbunden ist. Gelagert ist die sich beidseitig über den Anker hinauserstreckende Motorwelle mittels eines abtriebsseitig im Motorgehäuse angeordneten Lagers 31 einerseits und eines in einer Gehäusezwischenwand 35 aufgenommenen Lagers 32 andererseits.

Mit einem sieh über das in der Gehäusezwischenwand 35 aufgenommenen Lager 32 hinauserstreckenden Lagerzapfen 34 der Änkerwelle 30 ist der Innenläufer 4l einer Radialmagnetkupplung 40 drehfest verbunden, deren Außenläufer in unten noch zu beschreibender Weise drehfest mit Schleifringen verbunden ist, die der Stromführung zu der gleichfalls unten noch zu erläuternden Stromwendevorrichtung 15 dienen. Im Luftspalt zwischen den Magneten der beiden Kupplungsläufer .41,42 erstreckt sich eine gas- und Strömungsmitteldicht mit der Gehäusezwischenwand 35 verbundene Trennhaube 45 aus antimagnetischem Material,die auf der vom Antriebsteil entfernten Seite einen mit dem Haubenmittelteil ebenfalls gas- und strömungsmitteldicht zusammengfügten Deckel 46 aufweist.

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Gleichfalls mit der den Antriebsteil 11 vom Steuerteil 14 hermetisch abschließenden Gehäusezwischenwand 35 ist ein den Kupplungsaußenläufer 42 umschließendes ,topfartig ausgebildetes Kupplungsgehäuse 48 dreh- und axialfest verbunden, das auf der vom Antriebsteil 11 des Motors 10 entfernten Seite einen sich forterstreckenden Hohlzapfen 49 besitzt. Auf diesem Hohlzapfen ist der Kollektor 16 der Stromwendevorrichtung 15 drehfest angeordnet. Eine mit dem Kupplungsaußenläufer 42, der ebenfalls topfartig ausgebildet ist, drehfest verbundene Welle 50 erstreckt sich auf der vom Antriebsteil des Motors entfernten Seite durch den Hohlzapfen 49 des Kupplungsgehäuses 48 hindurch und ist mittels zweier Lager 51, in diesem drehbar aufgenommen. Auf einem sich auf der von der Radialmagnetkupplung 4o entfernten Seite über die Lagerung hinauserstreckenden Abschnitt der mit dem Kupplungsaußenläufer 42 drehfest verbundenen Welle 50 sind unter Einsatz einer isolierenden Zwischenhülse 54 aus elektrisch nicht leitendem Material zwei nur angedeutete Schleifringe 55j 56 drehfest angeordnet. Mit diesen Schleifringen wirken in ortsfest im Motorgehäuse angeordneten Bürstenhaltern 57j 58 aufgenommene Bürsten zusammen, die ihrerseits mit einem Stromzuführungskabel 60 in der bei 6l und 62 nur strichpunktiert angedeuteten Weise in elektrisch leitender Verbindung stehen. Ferner ist auf dem genannten

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Wellenabschnitt eine Hülse 65 drehfest aufgenommen, mit der eine sich zwischen den Schleifringen 55, 56 und dem drehfest auf dem Hohlzapfen 49 des Kupplungsgehäuses 40 angeordneten Kollektor 16 forterstreckende Scheibe 66 drefest verbunden ist. An dieser Scheibe sind unter Zwischenlage von Distanzstücken 67 aus elektrisch nicht leitendem Material Bürstenhalter fest angeordnet, in denen die mit dem Kollektor l6 zusammenwirkenden Bürsten 17 aufgenommen sind. Diese Bürsten sind somit drehfest mit dem die Schleifringe 55, 56 tragenden Abschnitt der Welle verbunden und daher gegenüber dem drehfest angeordneten Kollektor umlauffähig. Den Antrieb vermittelt dabei die zwischen dem Antriebsteil 11 und dem Steuerteil 14 im Bereich der letztere voneinander trennenden Gehäusezwischenwand 35 angeordnete Radialmagnetkupplung 4θ.

Der Kollektor l6 der Stromwendevorrichtung 15 steht mit den Feldwicklungen 20 des Stators 12 über Leitungen 70, die in bekannter Weise an die Koliektorlamellen angeschlossen sind, in elektrisch leitender Verbindung. Im Bereich der den Antriebsteil 11 vom Steuerteil 14 trennenden Gehäusezwisehenwand 35 sind vakuumdichte Stromdurchführungen angeordnet, so daß unbeschadet der Leitungsdurchführung durch diese Zwischenwand eine hermetische Abtrennung des Steuerteils vom Antriebsteil aufrechterhalten ist.

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Der sich auf der vom Steuerteil entfernten Seite über die im Motorgehäuse aufgenommene Lagerung der Ankerwelle hinauserstreckende Zapfen der Ankerwelle vermittelt den Anschluß an ein mittels des Motors anzutreibendes Aggregat, was nicht weiter dargestellt ist. Es handelt sich mithin bei dem vorstehend erläuterten Antriebsmotor um eine Anordnung, bei welcher der Antriebsteil mit dem Stator und Rotor direkt in den Arbeitsbereich eines anzutreibenden Aggregates einbezogen werden kann. Bedeutung hat eine derartige Anordnung immer dann, wenn das Auftreten elektrischer Funken im Arbeitsbereich unerwünscht ist.

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Claims

'781311/1312 Patentansprüche:

1.1 Gleichstrommaschine mit einem drehbar gelagerten Anker, der von den Feldwicklungen eines Stators unter Ausbildung eines Luftspaltes konzentrisch umschlossen ist und mit einer die Kommutierung vermittelnden Stromwendevorrichtung aus einem Kollektor und unter Druck an diesem anliegenden Bürsten in Antriebsverbindung steht, insbesondere Gleichstrommotor,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Anker (13) und der Stator (12) gegenüber der Stromwendevorrichtung (15) hermetisch abgeschlossen sind und daß eine Magnetkupplung (40) mit einer im Luftspalt zwischen den Magnetpolen der Kupplungsläufer (4l, 42) angeordneten Trennwand (45) die Antriebsverbindung zwischen dem Anker und der Stromwendevorrichtung vermittelt.

2. Gleichstrommaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (13) und der Stator (12) mittels einer Gehäusezwischenwand (35), durch die sich die mit einem der Kupplungsläufer drehfest verbundene Ankerwelle (30) mit einem Zapfen (34) hindurcherstreckt, gegenüber der Stromwendevorrichtung (15) hermetisch abgeschlossen ist und daß die im Luftspalt zwischen den

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Magnetpolen der beiden Kupplungsläufer (41, 42) angeordnete Trennwand (45) mit der Gehäusezwischenwand strömungsmittel- und gasdicht verbunden ist.

3. Gleichstrommaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebsverbindung zwischen dem
Anker (13) und der Stromwendevorrichtung (15) dienende
Kupplung eine Radialmagnetkupplung (4θ) ist.

4. Gleichstrommaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Magnetkupplung (40) aufnehmendes Kupplungsgehäuse (48) mit der Gehäusezwischenwand (35) fest verbunden ist und daß eine die Antriebsverbindung zwischen dem abtriebsseitigen Kupplungsläufer (42) und der Stromwende vorrichtung (I5) -ermittelnde
Welle (56) in diesem Kupplungsgehäuse drehbar, jedoch
axialfest, gelagert ist.

5. Gleichstrommaschine nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Anordnung des Kollektors (16) auf einem Hohlzapfen (49) des Kupplungsgehäuses (48), der sich auf
der von der Gehäusezwischenwand (35) entfernten Seite
forterstreckt und die Lagerung der mit dem abtriebsseitigen Kupplungsläufer (42) drehfest verbundenen Welle (50) aufnimmt.

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6. Gleichstrommaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptpole dem Anker (13) in Gestalt von permanent erregten Magneten (26) zugeordnet sind.

7. Gleichstrommaschine nach einem der Ansprüche

4 bis 7s gekennzeichnet durch die drehfeste Anordnung des Kollektors (16) sowie dadurch, daß die unter Druck am Kollektor anliegenden Bürsten (17) der Stromwendevorrichtung (15) mit dem abtriebsseitigen Läufer (42) der Magnetkupplung drehfest verbunden sind und daß ebenfalls drehfest mit dem abtriebsseitigen Kupplungsläufer verbundene Schleifringe (55_S 56) sowie mit letzteren zusammenwirkende, feststehende Bürsten den elektrischen Anschluß der Maschine an ein Netz vermitteln.

8. Gleichstrommaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsverbindungen (70) zwischen dem Kollektor (16) und den Feldwicklungen (20) des Stators (12) vakuumdicht durch die Gehäusezwischenwand (35) hindurchgeführt sind.

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