DE69025317T2

DE69025317T2 - Verbesserte motoren und verfahren zur herstellung derselben

Info

Publication number: DE69025317T2
Application number: DE69025317T
Authority: DE
Inventors: Harald Blaettner; Eldon Cunningham; Robert Ellis; Joseph Miller; Richard Uhen; Michael Usher
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1989-10-19
Filing date: 1990-08-17
Publication date: 1996-11-14
Anticipated expiration: 2010-08-18
Also published as: RU2075151C1; PL166980B1; US5113104A; HUT59514A; DK0450005T3; CS509590A3; IT1246466B; EP0450005B1; ES2083461T3; EP0450005A1; DE69025317D1; WO1991006146A2; IT9021809A1; BR9006958A; WO1991006146A3; HU907371D0; JPH04502400A; ATE134084T1; KR920702065A; MX169753B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf kleine Motoren sowie auf Verfahren zu deren Herstellung und insbesondere auf eine strukturierte Produktfamilie von Motortypen, die eine möglichst hohe Zahl von gemeinsamen, optimierten, mehrfach einsetzbaren, kostenminimierten Komponenten in einem kostenminimierten Herstellungsprozeß für den Einsatz in vielen verschiedenen Anwendungen, einschließlich von Anwendungen im Fahrzeugbereich, benutzt.
Traditionell erforderte in Industriebereichen, die elektrische Motoren verwenden, wie z.B. in der Automobilindustrie, jede spezielle Motoranwendung eine beträchtliche Anzahl von individuellen Bauteilen mit, wenn überhaupt, nur wenigen für die Anwendungen gemeinsamen Komponenten. Typischerweise gab es beispielsweise unterschiedliche Motoren für jedes Automodell, und bei den jeweiligen Automodellen gab es typischerweise unterschiedliche Motoren für lediglich für Heizungen vorgesehene Gebläsesysteme oder für Gebläsesysteme für eine Klimaanlage, und für Modelle mit Frontantrieb gab es typischerweise einen unterschiedlichen Motor für den Kühlerventilator.
Ein spezielles Beispiel dafür war in der Automobilindustrie die Praxis, daß man drei Komponenten für die Motorrahmen verwendete, eine Basiskomponente, eine rückseitige Lagerschildkomponente sowie eine kombinierte einheitliche Komponente für den vorderen Lagerschild sowie den Befestigungsflansch. Diese besondere Praxis resultierte in separaten Werkzeugen für jede verschiedene Gesamtkombination von Lagerschild und Befestigungsflansch bei jeder Anwendung, die eine unterschiedliche axiale Position des Befestigungsflansches relativ zum Motorrahmen erforderte. Die Werkzeuge für die derart kombinierte Einheit von Lagerschild und Befestigungsrahmen waren ziemlich teuer.
Es war deshalb in der Automobilindustrie üblich, nahezu so viele Sätze von Motorherstellwerkzeugen zu haben, wie es unterschiedliche Motoranwendungen gab. Dieses konventionelle System stellte eine Verschwendung von Mitteln insofern dar, daß es wiederholte Produktionsläufe von kurzer Dauer unter Einsatz von vielen Werkzeugen erforderte, wodurch die Stückkosten bei der Herstellung der gewünschten Anzahl von verschiedenen Motoren auf einen nicht mehr annehmbaren Wert angehoben wurden.
Zur Reduzierung der Kosten und Komplexitäten bei der Herstellung ist es somit wünschenswert, einen Motor als "strukturiertes Produkt" mit einer minimalen Anzahl an insgesamten Bauteilen zu entwickeln, die mit geringeren Komponenten- und Herstellvariationen zur Produktion von Motoren für eine größtmögliche Anzahl verschiedener Kfz-Anwendungen verwendet werden können, wobei die Motoren mit minimalem Geräusch betrieben werden können, von hoher Ausdauer sind und wesentlich niedrigere Stückkosten bei der Herstellung aufweisen.
Die Bürstenanordnungsplatten für Motoren und gleichermaßen für Generatoren variieren in ihrem Design, enthalten jedoch im allgemeinen Kästen für die Unterbringung der Bürsten, Federmittel zur Aufbringung von Kraft auf die Bürsten, um sie gegen den Kommutator zu drücken, elektrische Zuführungen für den Stromweg zu den Bürsten sowie eine Montagefläche zum Halten dieser Elemente, die ebenfalls Mittel zum Befestigen der gesamten Anordnung mit dem Motor in solch einer Weise vorsieht, daß die Bürsten in eine korrekte Arbeitsbeziehung zu dem Kommutator plaziert werden.
Die nutzbare Lebensdauer von elektrischen Motoren, die typischerweise in Haushaltsgeräten, Werkzeugen und in Kraftfahrzeugen sowie in vielen industriellen Anwendungen Einsatz finden, ist gewöhnlich eine Funktion der Länge der Kohlenstoffbürsten, der Bürstenabnutzungsrate und, im Fall von austauschbaren Bürsten, der Anzahl der möglichen Bürstenwechsel, bevor der Kommutator seinerseits stark abzunutzen beginnt.
Es ist bekannt, daß die Abnutzungsrate der Bürsten eine Funktion der Belastung, der Motorgeschwindigkeit und, noch wichtiger, des Federdrucks ist, der auf die Bürste ausgeübt wird, um sie in auflagerndem Kontakt mit dem Kommutator zu halten. Es ist demzufolge einsichtig, daß bei einem zu großen Federdruck die mechanische Abnützung übermäßig wird, daß sich auf dem Kommutator ein Film mit unerwünschter Charakteristik bildet und die Bürstenlebensdauer markant abfällt. Auf der anderen Seite vermindert bei einem zu geringen aufgebrachten Druck der elektrische Lichtbogen aufgrund des hohen Kontaktwiderstandes sowie der mechanische Abrieb aufgrund des Bürstenflatterns in hohem Maße die potentielle Lebensdauer der Bürste.
Eine typische Bürstenanordnung bei einem Kfz-Motor enthält eine auf der Kohlenstoffbürste aufliegende Schraubenfeder, wobei die beiden Elemente in einem kastenförmigen Halter so untergebracht sind, daß die Bürste gegen den Kommutator gedrückt wird. Obwohl dieser Design weithin benutzt wird, weist er Einschränkungen auf. Speziell bei einer Schraubenfeder ist der erzeugte Druck eine Funktion ihrer Kompression oder Ausdehnung. Bei einem neuen Bürstensatz und wenn die Bürsten ihre maximale Länge aufweisen, ist daher die Feder im Zustand ihrer vollsten Kompression und der Druck ist deshalb auf seinem höchsten Wert. Am Ende der Lebensdauer der Bürste befindet sich die Ausdehnung der Feder auf ihrem größten Wert und der Druck auf den Kommutator liegt unter dem gewünschten Wert. Deshalb liegt abhängig von der Federrate lediglich ein Teil der Bürstenabnutzung im optimalen Druckbereich der Feder.
Die übliche in Kfz-Anwendungen zum Einsatz kommende Motorbürstenfeder neigt dazu, eine nicht konstante Kraft auszuüben. Mit anderen Worten, je stärker und je weiter man die Feder zurückzieht, desto härter drückt sie auf den Widerstand. Wird deshalb die Feder nur eine kurze Distanz von ihrer normalen Ruheposition ausgelenkt, wird von der Feder eine relativ geringere Kraft gegen den Widerstand entwickelt. Je weiter man die Feder aus ihrer Ruhelage heraus bewegt, desto größer wird die von der Feder gegen die bewegende Kraft ausgeübte Kraft sein. Beim Andrücken der Bürsten auf eine Bürstenkastenanordnungsplatte ist es jedoch wünschenswert, daß eine konstante Kraft auf die Bürste ausgeübt wird, mit der die Bürste über die gesamte Lebensdauer der Bürste und insbesondere nach dem anfänglichen Einschleifen gegen den Kommutator drückt.
Ein zusätzliches Problem im Zusammenhang mit konventionellen Bürstenfedern von Motoren bei Kfz-Anwendungen besteht in dem von ihnen eingenommenen Raum. Im besonderen ist im Motorrahmen lediglich so viel Platz verfügbar, daß alle Motorkomponenten untergebracht werden können. Konventionelle Federmittel, wie z.B. Spiralfedern (coil springs), nehmen wertvollen Platz im Bürstenbereich in Anspruch.
Im Hinblick auf eine konventionelle Schraubenfeder (helical spring), die eine bestimmte Länge im eingedrückten Zustand aufweist und die im allgemeinen in einem hinter der Bürste angeordneten Bürstenkasten enthalten ist, erfordert der von der zusammengedrückten Feder benötigte Raum, daß eine gegenüber der Länge des Bürstenkastens kürzere Bürste benutzt wird.
Es ist deshalb wünschenswert, ein Federmittel zu entwickeln, das nicht nur eine ziemlich konstante Kraft entwickelt, sondern auch einen minimalen Raum in Anspruch nimmt, um eine Vergrößerung der Bürstenabmessungen zu erlauben und die Lebensdauer des Motors zu verlängern.
Bei bestimmten Anwendungen wurde bereits zur Überwindung dieser Nachteile eine Bandfeder benutzt, die im wesentlichen wie eine Uhrenfeder aufgewickelt und so eingesetzt wird, daß sie sich in solch einer Richtung abwickelt, daß sie die Bürste gegen den Kommutator gedrückt hält. Da Bandfedern eine im wesentlichen konstante Kraft aufweisen, kann dadurch der ideale Druckbereich erzielt werden, womit sich über die Lebensdauer der Bürste ein optimaler Kontakt zwischen der Bürste und dem Kommutator erhalten läßt.
Bei einer Bandfeder werden die die Eingriffskraft liefernden Windungen außerhalb der Bürstenhalterung auf jeder Seite davon montiert und lediglich ein dünner Bandabschnitt der Feder ist daher in dem Bürstenkasten hinter der Bürste angeordnet. Folglich bietet diese Konfiguration einen Extraraum für eine längere Bürste und resultiert daher in einer stark erwünschten längeren Lebensdauer der Bürste.
Es sind jedoch Probleme mit Bürstenkasten/Bandfeder-Konstruktionen insofern aufgetreten, daß hin und wieder stark abweichende Lebensdauern der Bürsten aus der Tatsache resultieren, daß die die Wicklungsabschnitte der Feder eingrenzenden Wände dazu tendieren, die Bürstenbewegung in dem Kasten zu behindern, vielleicht wegen einer Vibration beim Vor- und Zurückbewegen der Bürste sowie bei der Drehbewegung beim Abwickeln der Wicklungsabschnitte. Eine Bürstenbehinderung kann ebenfalls von da herrühren, daß die Windungsabschnitte sich vor- und zurückbewegen und nach innen und nach außen, sowie aus ihrer Fassung entgleisen.
Es ist bekannt und anerkannt, daß es wesentlich ist, daß die Bürste dem Kommutator zu allen Zeitpunkten folgt. Jedoch verbleibt im Motor eine Exzentrizität ungeachtet dessen, wie gut oder genau der Kommutator, die Welle und die Lageroberflächen bearbeitet sind. Es ist demzufolge sehr wichtig, nicht nur den Federdruck aufrechtzuerhalten, sondern für das gesamte mit den Federn in Verbindung stehende System einen großen Bewegungsspielraum vorzusehen.
Bei konventionellen Konstruktionen unter Benutzung von Bandfedern gibt es eine Tendenz, daß die Feder auf die Wandung des Federkastens trifft und auf der Unterseite oder auf dem Boden schleift. Infolgedessen neigt Abrieb, z.B. Kohlenstoff, Staub und dergleichen dazu, sich in diesen Bereichen abzusetzen, was tendenziell den Freiheitsgrad der Bewegung des Systems vermindert.
Bürstenkästen, die im Hinblick auf die Überwindung dieser Nachteile konstruiert sind, z.B. solche im US-Patent 4 800 313 von Warner et al., beziehen sich auf eine Anordnung, bei der die äußere Wandung der Fassung oder des Bürstenkastens weggelassen wurde und mindestens zwei halbkreisförmige Oberflächen vorgesehen waren, um Punkt- oder Linienkontakte mit jedem Windungsabschnitt der Bandfeder bereitzustellen.
Obwohl dieses System in gewisser Weise die mit der Anwendung von Bandfederkonstruktionen verbundenen Schwierigkeiten löste, verblieb immer noch ein Bedürfnis für ein vereinfachtes Federkasten und Bandfeder umfassendes System, welches: die Lebensdauer der Bürste erhöhen würde, indem es die im wesentlichen konstante Bürstenkraft auf den Kommutator brächte, sobald die gesamte Bürste in Kontakt mit dem Kommutator wäre; welche ferner praktisch die Tendenz der Bürste ausräumen würde, in dem Bürstenkasten aufgrund von Abrieb, z.B. Rückständen, Kohlenstoff, Staub und dergleichen hängenzubleiben; und welche ferner die Windungen der Bandfeder relativ frei zum Zurückspulen auf ihre Ruhezustände halten würde, ohne kleben zu bleiben oder von irgend einer Komponente des Bürstenkastens oder vom Abrieb des Systems behindert zu werden, wenn die Bürsten sich im Eingriff mit dem Kommutator abnutzen.
Eine verbreitete Konstruktion für eine Bürstenplatte, insbesondere für kleine Motoren mit einer Leistung von Bruchteilen von PS, verwendet ein geformtes Bürstenplattenteil in einer einstückigen Konstruktion aus einem hochtemperaturfesten Kunststoff, der elektrisch nicht leitend ist. Das Teil hat die Bürstenkästen daran angeformt wie auch verschiedene Öffnungen für seine Befestigung an das Motorgehäuse sowie zum Aufnehmen einer gestreckten Ankerwelle mit einem darauf befestigten Kommutator.
Beim konventionellene elektrischen Kleinmotor für Kraftfahrzeuge stellte die Bürste eine Geräuschquelle dar. Insbesondere die Wechselwirkung zwischen der Bürste und dem Kommutator erzeugte einen beträchtlichen Geräuschpegel, und zwar aufgrund der Form der Bürste selbst. Insbesondere wird eine Geräuschquelle gebildet, wenn der Rand der Bürste in die Kommutatorschlitze eingreift, was nicht nur zu einem Geräusch führt, sondern auch für einen Moment die Stromdichte erhöht, wenn die Bürste beim Eingreifen in den Schlitz ein wenig über den Kommutator springt.
Eine zusätzliche Geräuschquelle in einem konventionellen elektrischen Motor wurde durch die Federkastenanordnungsplatte auf den Rahmen übertragen. Insbesondere bei einer festen Verbindung zwischen der Platte und dem Rahmen wurden zwischen der Bürste und dem Kommutator erzeugte Vibrationen auf die Platte und dann auf den Rahmen übertragen und führten zu einem nicht mehr annehmbaren Geräuschpegel beim konventionellen Design.
Es ist deshalb wünschenswert, eine Verbindung zwischen der Bürstenanordnungsplatte und dem Rahmen zu entwickeln, die die aus der Wechselwirkung zwischen Bürste und Kommutator erzeugten Vibrationen vermindert und isoliert, und die auf den Rahmen übertragen werden.
Im allgemeinen wurde in früheren Lagersystemen von Motoren für Kfz-Anwendungen automatisch sich selbst ausrichtendes Lagermaterial eingesetzt, das unter dem Einfluß elastischer Kraft gehalten wird, indem man mehreren an einem Metallhalter oder an einer Halteplatte angeformten Klinken erlaubt, in Druckkontakt mit der äußeren Umfangsoberfläche davon zu kommen. Es ist bekannt, daß das zum Zwecke des Selbstausrichtens der Metallkugel erforderliche Ausrichtungsmoment entsprechend der elastischen Kraft auf die Klinken zunimmt. Demzufolge ist es vorzuziehen, daß die elastische Kraft auf die Klinken vermindert wird, um sicherzustellen, daß das automatische Selbstausrichten glatt von statten geht.
Wird jedoch die Federkraft der Klinken verringert, können sie nicht mehr genügend einer Belastung auf das Kugelmetall in der radialen oder in der axialen Richtung entgegenwirken, was dazu führt, daß eine unzuverlässige Unterstützungsfunktion aufrechterhalten wird. Es ist deshalb vorzuziehen, daß die Federkraft des Metallhalters niedrig gehalten wird, um ein vermindertes Ausrichtungsmoment zu haben, während es ebenfalls vorzuziehen ist, daß es hoch gehalten wird, um einer auf das Kugelmetall ausgeübten Belastung genügend zu widerstehen. Demzufolge wird von der Federkraft des Metallhalters gefordert, daß sie zwei widersprechende Charakteristiken aufweist. Da jedoch der konventionelle Metallhalter so konstruiert war, daß jede der Klinken dieselbe Federkraft aufwies, konnte sie nicht die erforderlichen hohen und niedrigen Federkräfte aufweisen.
Aufgrund des oben Gesagten ist der gegenwärtige Stand bezüglich des Metallhalters der, daß eine zuverlässige Wellenlagerung an erster Stelle in Betracht gezogen wird, und daß die Funktion des glatten Selbstausrichtens in gewissem Maße demgegenüber zurückbleibt. Infolgedessen wird das für das Kugelmetall erforderliche Ausrichtungsmoment erhöht und somit kann die gewünschte Selbstausrichtung nicht leicht erreicht werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß, wenn der Metallhalter so eingepaßt ist, daß die Klinken eine vorbestimmte Federkraft haben, er einen engen Justagebereich aufweist und ein befriedigendes Einpassen lediglich mit großen Schwierigkeiten erreicht wird.
Andere Versuche, diese Nachteile zu überwinden, haben das Bereitstellen einer Haltevorrichtung für ein automatisch selbst- ausrichtendes Kugelmetall beinhaltet, dessen äußere Umfangsoberfläche sphärisch ist, wobei das Kugelmetall so ausgeführt ist, daß es mittels eines Metallhalters gehalten wird, wobei der Metallhalter mit mindestens zwei Arten von Klinken mit unterschiedlicher Intensität der Federspannung gebildet ist. Die Klinken mit einer niedrigeren Intensität der Federkraft kommen früher in Kontakt mit der äußeren Umfangsoberfläche des Kugelmetalls als solche mit einer höheren Intensität der Federkraft, um das Kugelmetall elastisch zu halten.
Die Klinken erstrecken sich in der radialen Richtung nach innen von einer Fläche in der Nähe der äußeren Peripherie davon. Die Klinken mit einer niedrigeren Intensität der Federkraft sowie die Klinken mit einer höheren Intensität der Federkraft sind abwechselnd in der Umfangsrichtung des Metallhalters angeordnet.
Üblicherweise weisen die Klinken mit einer höheren Intensität der Federkraft eine größere Breite auf als solche mit einer niedrigeren Intensität der Federkraft. Alternativ können die Klinken mit einer höheren Intensität der Federkraft dicker sein als solche mit einer niedrigeren Intensität der Federkraft unter der Annahme, daß sie dieselbe Breite aufweisen.
Lagerhalterungen konstruiert in der oben beschriebenen später entwickelten Weise, wobei die von dem Halter auf die Lagerung ausgeübte elastische Haltekraft zum Zeitpunkt des automatischen Selbstausrichtens nicht überzeugend funktioniert, jedoch bei einer Belastung auf das Kugelmetall in der axialen Richtung gut funktioniert, sind im am 21. Februar 1989 ausgegebenen US-Patent 4 806 025 von Kamiyama et al. gezeigt. Obwohl die oben beschriebenen sich automatisch selbst-ausrichtenden Lager Fortschritte über den bekannten Stand der Technik bedeuteten, sind Lösungen zu den Problemen der Wiederholbarkeit und der für das Ausrichten der Lager erforderlichen Größe der Kraft schwer faßbar geblieben.
In konventionellen Motoren mit Permanentmagnetfeldpolen werden Reluktanzmomente während der Rotation von rotationsmäßigen Abweichungen unter den Polen eingeführt. Das Reluktanzmoment ist ein positionsempfindliches, periodisch mit der Rotation auftretendes Moment, das in Abwesenheit von der Anregung des Ankers auftritt. Das Auftreten dieses Moments rührt her von der Wechselwirkung des permanenten Magnetfelds mit den Schlitzen im Anker. Wegen dieser Schlitze variiert die Reluktanz des magnetischen Stroms an verschiedenen Punkten um den Anker herum. Dies bedeutet, daß die magnetische Energie in dem Luftspaltfeld zwischen den Polen und dem Anker nicht an allen Punkten über dem Umfang des Ankers herum gleichförmig ist. Dieses Auftreten eines Reluktanzmoments manifestiert sich durch Pulsieren, Klopfen und eine Unregelmäßigkeit in der Drehgeschwindigkeit, was bei allen Drehgeschwindigkeiten zu beanstanden ist, jedoch am stärksten feststellbar und zu beanstanden ist bei geringen Geschwindigkeiten. Früher wurden Versuche unternommen, das Reluktanzmoment bei Gleichstrommotoren durch solche Mittel, wie z.B. eine Schrägstellung der Ankernuten, zu reduzieren. Das Schrägstellen macht jedoch den Herstellprozeß für den Anker noch komplexer.
Das Phänomen des Reluktanzmomentes tritt inhärent in allen energiebeaufschlagten Motoren auf, die einen Wechsel im Luftspalt als Funktion der Rotation aufweisen. Es ist wünschenswert, das Reluktanzmoment insbesondere bei Kfz-Anwendungen unter Kontrolle zu halten, während man gleichzeitig die Anzahl unterschiedlicher Komponenten gering hält, die zur Erzielung einer höchst möglichen Anzahl von Anwendungsmöglichkeiten notwendig sind, und während man gleichzeitig die Produkt- und Verfahrenskosten sowie -komplexität minimiert.
Ein weiteres Problem bei früheren konventionellen Motoren, insbesondere solchen, die für Kühleranwendungen bei Automobilen eingesetzt wurden, war die Lebensdauer. Insbesondere eine Motorkonstruktion fiel nach einem Gebrauch von ungefähr 500 Stunden aus, was in groben Zügen einer Fahrleistung des Automobils von 64 000 km (40 000 Meilen) entspricht. Diese früheren Motoren fielen in erster Linie deshalb aus, weil die Motorbürsten abgenutzt waren. Um somit die nutzbare Lebensdauer des Motors für solch eine Anwendung auszudehnen, ist es wünschenswert, die Lebensdauer der Bürsten zu verlängern.
Ein weiterer festgestellter Nachteil dieses früheren als Kühlermotor benutzten Motors war ein Lagerausfall, der möglicherweise auf einen Ausfall in der Lagerschmierung zurückzuführen war. Demnach wäre es wünschenswert, ein Schmiersystem oder ein Lagersystem für den Motor zu entwickeln, das die Lebensdauer der Lagersysteme verlängert.
Es besteht demzufolge ein Bedarf für einen verbesserten Motor sowie für Verfahren zum Herstellen des Motors und seiner verschiedenen Komponenten. Ein solcher Motor sollte ein strukturiertes Produkt mit einer minimalen Anzahl von Komponenten sein, um eine möglichst große Zahl von verschiedenen Anwendungen, einschließlich Kfz-Anwendungen, zu ermöglichen. Ein solcher Motor sollte im Vergleich mit früheren Motoren, insbesondere solchen für Kfz-Anwendungen, nennenswert reduzierte Geräuschpegel erzeugen. Er sollte einen vorbestimmten Satz von Zuständen aufweisen, die in mindestens einem Lagersystem voreingestellt sind, welcher Satz in vielen anderen individuellen Lagersystemen wiederholt duplizierbar ist. Ein solcher Motor sollte eine verbesserte Bürstenkartenanordnung aufweisen, präzise konturierte und abgeschrägte Bürsten haben, die das bei der Wechselwirkung von Bürste und Kommutator erzeugte Geräusch signifikant vermindern, präzise dimensionierte und ausgerichtete Bürstenkästen sowie eine Kombination von Bürstenkasten und Bürstenplatte aufweisen, die die Streßbelastung in der Platte nennenswert verringert. Die Bleche sollten auf der Welle so angeordnet sein, daß ein möglichst geringer Streß auf die Welle ausgeübt wird. Ein solcher Motor sollte einen derart auf der Welle angeordneten Kommutator haben, daß ein möglichst geringer Streß auf den Kommutator selbst oder auf die Welle ausgeübt wird. Er sollte einen Anker aufweisen, der zunächst grob fertiggestellt, ausgewuchtet und dann endgültig bearbeitet werden, um präzise Abmessungstoleranzen sicherzustellen. Er sollte Ölschleuderringe haben, die Teil des Ankers sind, einen steifen Lagerschild, der das vom Motor erzeugte Geräusch verringert, präzise ausgelegte und konturierte Magnete sowie präzise ausgeführte Bleche, deren Wechselwirkung das Reluktanzmoment reduziert, und er sollte eine durch Kleben montierte Flansch/Rahmen-Kombination aufweisen, die das von dem Motor erzeugte Geräusch sowie die Werkzeugkosten signifikant verringert.

Zusammenfassung der Erfindung

Entsprechend der Erfindung ist vorgesehen eine dynamoelektrische Gleichstrommaschine enthaltend: einen Rahmen, einen Lagerschild, der an dem Rahmen befestigt ist, ein Paar Lagereinrichtungen, die jeweils in dem Rahmen und dem Lagerschild angeordnet sind für eine drehbare Halterung einer Welle, wobei die Lagereinrichtung ein selbst-ausrichtendes Lager und einen Halter dafür aufweist und das Lager so sitzt, daß es sich mit der Welle der Maschine frei ausrichtet, einen Satz von Permanentmagnetelementen, die an dem Rahmen befestigt sind, eine Ankereinrichtung für eine magnetische Wechselwirkung mit den Permanentmagnetelementen, eine Kommutatoreinrichtung, die an der Welle befestigt ist, eine Bürstenplattenanordnung, die in dem Rahmen angeordnet ist, um der Kommutatoreinrichtung einen Satz von Bürsteneinrichtungen zuzuordnen, eine Druckeinrichtung, die die Bürsteneinrichtung gegen die Kommutatoreinrichtung drückt, und eine Befestigungsbügeleinrichtung mit einem Flansch, der sich im wesentlichen in Umfangsrichtung um den Rahmen herum erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung durch Kleben an einem anderen Teil des Schildes befestigt ist, um das Lager zwischen dem Halter und dem Teil des Lagerschildes zu haltern, daß ein Satz von Isolatoreinrichtungen zwischen dem Lagerschild und dem Rahmen befestigt und mit der Bürstenplattenanordnung verbunden ist für eine federnde Halterung der Bürstenplattenanordnung in dem Rahmen, und daß der Flansch durch Kleben an dem Befestigungsbügel befestigt ist.
Der als strukturiertes Produkt ausgelegte Motor kann weiter enthalten ein offenes sowie ein geschlossenes Ende, wobei das offene Ende eine Lagerschildpositioniereinrichtung sowie eine funktionsmäßig darin gebildete Isolatorbefestigungseinrichtung enthält, und das geschlossene Ende viele funktionsmäßig darin gebildete Kühlvorrichtungen aufweist, so daß eine Geräuschübertragung dadurch reduziert wird.
Die rahmenseitige Lagereinrichtung kann entweder ein Kugellager oder ein Hülsenlager mit Haltern aufweisen, die betriebsmäßig in der rahmenseitigen Lageraufnahmeeinrichtung angeordnet sind, wobei der Halter der Hülsenlagerung durch Kleben in seiner Position in der Lageraufnahmeeinrichtung gehalten ist nach der Ausbildung von einem vorbestimmten Satz von Zuständen dazwischen, wobei derselbe vorbestimmte Satz von Zuständen wiederholt dupliziert wird in mehreren verschiedenen Hülsenlagereinrichtungen in mehreren verschiedenen Lageraufnahmeeinrichtungen trotz Abmessungsänderungen in jedem verschiedenen Lager, jedem verschiedenen Halter und jeder verschiedenen Lageraufnahmeeinrichtung.
Die beiden Magnetmittel können bei ihrer Anordnung im Rahmen zusätzlich Spalte dazwischen aufweisen und sind im Rahmen so positioniert, daß das innerhalb des Rahmens erzeugte und durch die Lücken zum geschlossenen Ende des Rahmens übertragene und aus dem Rahmen durch viele Kühlvorrichtungen austretende Geräusch nennenswert reduziert wird.
Die Welle kann annähernd präzise gleichmäßig sein und an einem Ende eine lagernde Oberfläche sowie an dem anderen Ende eine Geräteverbindereinrichtung aufweisen. Viele Bleche mit Nuten bilden einen Kern, der induktiv erhitzt wird, bevor er betriebsmäßig auf der Welle positioniert wird.
Auf der Welle zwischen der Lagerfläche und dem Blechkern kann betriebsmäßig ein Abstandshalter angeordnet sein.
Isoliermittel können betriebsmäßig gleichmäßig über den Blechkern, den Abstandshalter und über mindestens einen Abschnitt der Welle verteilt sein.
Der Kommutator kann enthalten einen inneren Isolierkernabschnitt und einen äußeren elektrischen Leitungsabschnitt, der vorzugsweise aus Kupfer gemacht ist, mit Schlitzen und Ansatzstücken, wobei der Kommutator betriebsmäßig durch Kleben an einem nicht isolierten Abschnitt der Welle zwischen dem Lagerflächenende und dem Blechkern befestigt ist.
Leitmittel, z.B. Magnetdraht, kann betriebsmäßig in die Blechnuten gewickelt werden und mit den Ansatzstücken des Kommutators verbunden werden.
Jeder Ölschleuderring kann einen becherförmigen Bereich zum Zurückschleudern des Öls in die Lagereinrichtung enthalten.
Eine Endspiel-Kompensationseinrichtung kann betriebsmäßig zwischen dem becherförmigen Bereich eines Ölschleuderrings und den Kommutator angeordnet sein, um die Endabweichung der Welle in einen vorbestimmten Bereich einzujustieren.
Eine axiale Schwingungsverkleinerungseinrichtung bzw. ein Schubkompensationssystem kann mindestens eine, vorzugsweise gummiartige, Unterlegscheibe und mindestens eine, vorzugsweise aus Nylatron bestehende, Unterlegscheibe enthalten, wobei eine der vorzugsweise gummiartigen Unterlegscheiben operativ neben dem am nächsten zum Abstandshalter angeordneten Ölschleuderring angeordnet ist und eine andere, vorzugsweise gummiartige Unterlegscheibe neben dem am nächsten zum Kommutator befindlichen Ölschleuderring angeordnet ist. Der Anker kann vorbelastet oder vorgespannt sein, indem man die Magnetmittel relativ zum Kern naher am geschlossenen Endabschnitt des Rahmens positioniert, so daß der Zwischenraum zwischen der Lagerfläche und mindestens einer Nylatron-Unterlegscheibe der Schubkompensationseinrichtung einen Druck auf die benachbarte Lagereinrichtung ausübt. Diese Vorlast resultiert aus der natürlichen Tendenz der Magnete, den Blechkern in axialer Richtung zu zentrieren, so daß die axiale Schwingung bzw. Bewegung des Ankers nennenswert reduziert wird.
Jede Bürste kann eine elektrische Verbindereinrichtung, z.B. einen Anschlußdraht aus Kupfer, aufweisen, die betriebsmäßig damit verbunden und präzise mit einer Abschrägung zum Kontaktieren des Kommutators geformt sind.
Die Einrichtung der Bürstenplattenanordnung kann eine Platte enthalten und weist vorzugsweise mindestens acht betriebsmäßig darin gebildete D-Schlitze und mindestens drei betriebsmäßig damit verbundene Isolatoreinrichtungen auf.
Mindestens zwei Bürstenkästen können betriebsmäßig mit der Bürstenplatte, vorzugsweise unter Benutzung der D-Schlitze als Verbindungsmittel zur Minimierung der Beanspruchung der Platte sowie zur präzisen Positionierung der Bürsten senkrecht zur äußeren Oberfläche des Kommutators verbunden sein.
Eine betriebsmäßig mit jeder Bürste verbundene Bandfeder kann ]ede Feder gegen die äußere Oberfläche des Kommutators andrücken und zwar mit einer annähernd konstanten Kontaktierungskraft dazwischen pro Flächeneinheit.
Eine elektrische Leitereinrichtung, z.B. ein Stecker, kann betriebsmäßig mit der Bürstenverbindereinrichtung, z.B. dem Anschlußdraht aus Kupfer, verbunden werden, um Energie zu und von dem Motor zu leiten.
Der Lagerschild kann weiter enthalten elektrische Leiteraufnahmeeinrichtungen, die der elektrischen Leiterpositioniereinrichtung am offenen Ende des Rahmens entsprechen, Isolatorhalterungseinrichtungen, die der Isolatorbefestigungseinrichtung am offenen Ende des Rahmens entsprechen, und Lageraufnahmeeinrichtungen zur Aufnahme einer selbst-ausrichtenden Lagereinrichtung darin, wobei die selbst-ausrichtende Lagereinrichtung durch Kleben in ihrer Lage in der Lageraufnahmeeinrichtung gehalten ist nach der Ausbildung von einem vorbestimmten Satz von Zuständen dazwischen, wobei derselbe Satz von Zuständen wiederholt dupliziert wird in mehreren einzelnen Lagereinrichtungen in mehreren einzelnen Lageraufnahmeeinrichtungen trotz Abmessungsänderungen in jedem einzelnen Lager, jedem einzelnen Halter und jeder einzelnen Lageraufnahmeeinrichtung.
Jeder Befestigungsflansch kann enthalten einen Befestigungsabschnitt mit einer Mittelöffnung und mehreren darin ausgebildeten Befestigungsmitteln und einen becherförmigen Abschnitt mit einem oberen und einem unteren Ende und einer inneren und einer äußeren Oberfläche, die betriebsmäßig mit der Mittelöffnung an ihrem unteren Ende verbunden ist, wobei der Radius des oberen Endes größer als der Radius des unteren Endes ist, die Oberfläche des becherförmigen Abschnitts zwischen dem oberen und unteren Ende graduell abnimmt von einem Maximum des Radius am oberen Ende zu einem Minimum des Radius an dem unteren Ende, wobei das obere Ende einen Lippenabschnitt aufweist, so daß, wenn irgend ein Befestigungsflansch betriebsmäßig auf dem Rahmen angeordnet ist, der becherförmige Abschnitt ein Reservoir zur Aufnahme eines Klebemittels bildet, das mit einem Klebemittel-Aktivator in Wechselwirkung tritt, der auf die innere Oberfläche des becherförmigen Abschnitts und/oder die äußere Oberfläche des Rahmens aufgebracht ist, wodurch der Befestigungsflansch und der Rahmen durch Kleben miteinander verbunden werden.
Der speziell dargestellte als strukturiertes Produkt entwickelte Motor für ein besonderes Automobilmodell gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält: zwei lediglich in ihrer axialen Länge abweichende Rahmen; drei verschiedene Magnete, zwei mit demselben abgeschrägten Ende und mit lediglich voneinander abweichender axialer Länge und der andere Magnet ohne Abschrägung; mehrere verschiedene Wellen, die sich an ihrem geräteseitigen Ende unterscheiden, davon einige mit unterschiedlicher Länge und andere mit unterschiedlichem Durchmesser; ein einzelnes Blech (lamination), das zur Bildung eines Kerns in zwei verschiedenen Stapeln verwendet wird; zwei verschiedene Kommutatoren, eine einzige bevorzugte Bürstenkartenbefestigungsplatte mit zwei unterschiedlichen darauf angeordneten Bürstenkästen und zwei verschiedenen Bürsten mit jeweils einer für jeden unterschiedlichen Bürstenkasten; eine in jedem Bürstenkasten befestigte Bandfeder zum Andrücken jeder Bürste in Richtung auf den Kommutator, wobei die Auswahl unter zwei verschiedenen Bürsten je nach dem Endgerät besteht; zwei Lagersysteme, davon ein selbst-ausrichtendes Hülsenlagersystem zur Anwendung sowohl im Rahmen als auch im Lagerschild sowie ein Kugellagersystem zur Anwendung lediglich im Rahmen; einen einzigen Abstandshalter, der betriebsmäßig mit der Welle verbunden wird; eine Isolatoreinrichtung zum Verbinden der Bürstenplattenanordnung mit dem Rahmen; einen Ölschleuderring auf jedem Wellenende, einer davon nahe beim Abstandshalter und der andere nahe beim Kommutator; ein einzelner Lagerschild für alle Anwendungen; einer von zwei möglichen Steckern, die je nach der endgültigen Anwendung ausgewählt werden, sowie einen Befestigungsflansch für jede Anwendung.
Die Magnete können durch Kleben mit dem Rahmen verbunden werden. Der Kommutator kann durch Kleben mit der Welle verbunden werden. Eine selbst-ausrichtende Lagereinrichtung sowohl im Lagerschild als auch im Rahmen kann durch Kleben positioniert werden und kann einen vorbestimmten Zustand darstellen. Der Befestigungsflansch kann durch Kleben mit dem Motorrahmen verbunden werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nun in größerem Detail anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Explosionsansicht eines als strukturiertes Produkt ausgeführten Motors, der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist;
Figur 2A eine Schnittansicht des Motors von Figur 1, wobei einige Teile weggelassen sind;
Figur 2B eine ausschnittsweise Schnittdarstellung durch Figur 2A zur Veranschaulichung des für Anwendungen zur Maschinenkühlung benutzten Kugellagersystems;
Figur 3A eine Schnittansicht des Magnets im Motor von Figur 1 für eine Anwendung in einer Klimaanlage;
Figur 3B eine Schnittansicht des Magnets im Motor von Figur 1 für eine Anwendung in einem Ventilator zur Motorkühlung;
Figur 3C eine Schnittansicht des Magnets von Figur 1 für eine Anwendung in einer Heizung;
Figur 4A eine Schnittansicht eines teilweise aufgebauten Ankers fur den Motor von Figur 1;
Figur 4B eine Endansicht entlang der Linie A-A von Figur 4A;
Figur 5 eine Draufsicht auf die im Motor von Figur 1 eingesetzten Bleche (laminations);
Figur 6 eine Schnittansicht des becherförmigen Abschnitts der im Motor von Figur 1 benutzten Ölschleuderringe;
Figur 7 eine Draufsicht auf die Bürstenkartenanordnungsplatte des Motors von Figur 1;
Figur 8A eine teilweise Draufsicht auf den Bürstenkasten des Motors von Figur 1, die die Bandfeder in ihrer Position in dem Bürstenkasten zeigt;
Figur 8B eine Endansicht des Bürstenkastens des Motors von Figur 1;
Figur 9A eine Draufsicht auf eine repräsentative im Motor von Figur benutzte Bürste;
Figur 9B eine Seitenansicht der Bürste von Figur 9A;
Figur 10A eine Draufsicht auf den inneren Teil des Lagerschilds des Motors von Figur 1;
Figur 10B eine Schnittansicht entlang der Linie 10B-10B von Figur 10A;
Figur 11A eine Draufsicht auf das selbst-ausrichtende Lagersystem des Motors von Figur 1;
Figur 11B eine Schnittdarstellung durch das selbst-ausrichtende Lagersystem von Figur 11A entlang der Linie 11B-11B;
Figur 12A eine Seitenansicht mit einem alternativen (im Schnitt dargestellten) Befestigungsflansch des Motors von Figur 1; und
Figur 12B eine Endansicht des Motors von Figur 12A entlang der Linie 12B-12B mit aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassenen Teilen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Zusammenfassung des Gesamtaufbaus

Eine Ausführungsform für den allgemein mit 20 bezeichneten Motor nach der vorliegenden Erfindung ist in der Form eines als strukturiertes Produkt ausgebildeten Permanentmagnetmotors für viele Anwendungen im Kfz-Bereich in den Figuren 1 bis 128 dargestellt. Dieser spezielle Motor 20 weist einen Rahmen 22 auf mit mindestens zwei anwendungsspezifischen Permanentmagnetmitteln 24, die betriebsmäßig darin für die Funktion als Statorkomponente des Motors 20 angeordnet sind; eine Ankereinrichtung 26 (Figuren 4A und 4B) besitzt einen Kern 28 aus speziell ausgeführten Blechen 30, die in Kombination mit den Magneteinrichtungen 24 ein niedriges Reluktanzmoment vorsehen, wobei der Kern betriebsmäßig mit einer präzise geformten Welleneinrichtung 32 in einem Hitze-Induktionsverfahren verbunden ist; eine speziell ausgeführte Kommutatoreinrichtung 38 ist betriebsmäßig auf der Welle 32 angebracht; eine Bürstenplattenanordnung 40 zur Isolation von Schwingungen vom Rahmen 22 und zum Ausrichten der Bürstenkästen 42, 44 auf der Platteneinrichtung 40 ist derart vorgesehen, daß der Motor eine erhöhte Lebensdauer und ein reduziertes Geräusch aufweist. Die Bürstenplattenanordnung 40 enthält Bürsteneinrichtungen 48, die betriebsmäßig in den Bürstenkästen 42, 44 angeordnet sind, wobei die Bürsten über Bandfedereinrichtungen 50 gegen die Kommutatoreinrichtung 38 gedrückt werden; ein versteifter Lagerschild 54 ist für den Einschluß der Ankereinrichtung 26 im Rahmen 22 sowie zum Anheben der natürlichen vom Motor 20 erzeugten Schwingungsfrequenz vorgesehen; mindestens eine selbst-ausrichtende Lagereinrichtung 60 ist betriebsmäßig im Lagerschild 54 und als Option ggf. im Rahmen 22 zur Ausrichtung der Welle 32 positioniert; schließlich ist eine Vielzahl von Flanschen 64, 64' für spezielle Anwendungen vorgesehen, die jeweils betriebsmäßig durch Kleben mit dem Rahmen verbunden sind, um den Motor 20 für jede unterschiedliche Anwendung zu positionieren, wobei einige der Befestigungsflansche Versteifungsrippen 66 (Figur 12B) zur Reduzierung der Schwingungen aufweisen, indem sie die natürliche niedrige Frequenz so anheben, daß das Motorgeräusch signifikant verringert wird.

Rahmen

Wie in den Figuren 1, 2A, 2B, 12A und 12B gezeigt ist, ist der becherförmige Rahmen 22 in der dargestellten Ausführungsform im allgemeinen zylindrisch konfiguriert und bietet Platz für ein Paar Permanentmagnete 24, die vorzugsweise mit einer gebogenen rechteckigen Form ausgeführt sind.
Der geschlossene Endabschnitt des Rahmens 22 besitzt eine Vorwölbung 68 mit einer darin gebildeten Öffnung 70 zur Aufnahme der Welle 32. Diese Vorwölbung 68 besitzt einen Lagersockel 71, der eine selbst-ausrichtende Lagereinrichtung 60 (Figur 2A) aufnimmt, wobei für Anwendungen in Heizungen und Klimaanlagen ein Hülsenlagertyp und für Maschinenkühlungsanwendungen (Figur 2A) vorzugsweise eine Lagereinrichtung 60' vom Kugellagertyp Anwendung findet; die Einzelheiten der Lagereinrichtungen 60, 60' werden weiter unten behandelt.
Mehrere Kühlungsöffnungen 72 (Figur 1) sind im geschlossenen Endabschnitt des Rahmens neben der Vorwölbung 68 für Zwecke der Motorkühlung gebildet. Um eine verbesserte Geräuschminderung zu erzielen, sind Kühlungsöffnungn im Rahmenende neben der Vorwölbung 68 in den Bereichen 74, 76, die in etwa den Lücken 78, 80 zwischen den Permanentmagneten 24 entsprechen, weggelassen, da man festgestellt hat, daß das Geräusch eine Wanderungstendenz durch die Lücken 78, 80 zwischen den Magneten 24 nach außen durch jede Kühlungsöffnung 72 aufweist, die entsprechend zu den Lücken 78, 80 positioniert sein könnte.
Um die Anzahl separater Komponenten für die dargestellte Ausführungsform möglichst gering zu halten, entsprechen die Lücken zwischen dem Magnet und den Flächen 74, 76 nicht in jedem speziellen Ausführungsbeispiel des Motors einander in exakter Weise. Dies ist der Fall wegen der verschiedenen Lagen der Magnete relativ zu ihrer Position im Rahmen, was auf die unterschiedliche Drehrichtung oder Rotation der Welle relativ zum Rahmen zurückgeht. Obwohl im Idealfall nicht vorzuziehen, gibt es somit in der praktischen Anwendung einen kleinen Teilbereich einer der Öffnungen 72, der mit den Lücken 78, 80 überlappt.
Der Rahmen 22 weist ebenfalls eine darin angeordnete Öffnung 82 (Figur 2A) zur Aufnahme eines (nicht dargestellten) Kanals auf, die es erlaubt, daß Kühlluft durch den inneren Bereich des becherförmigen Rahmens und über die Ankereinrichtung 26 angesaugt werden kann. Die Öffnung 82 arbeitet in Verbindung mit den Kühlungsöffnungen 72 im Rahmen, um die Kühlluftströmung innerhalb des dargestellten Motors 20 zu erleichtern.
Die Position der Öffnung 82 (Figur 2A) relativ zur Bürstenplattenanordnung 40 ist von Bedeutung und so gewählt, daß in die Öffnung 82 eintretende Luft in ihrer Strömung über die Bürstenkästen und die darin untergebrachten Bürsten gerichtet wird, wobei sie diese Komponenten bis zu einem gewissen Grad kühlt.
Eine Reihe von Ausschnitten 84, 86, 88 sind im offenen Ende 90 des Rahmens 22 für die Aufnahme einer Reihe von vorzugsweise elastischen Isolatoreinrichtungen 94 gebildet, die betriebsmäßig die Bürstenplattenanordnung 40 mit dem Rahmen 22 verbinden. Zwischen zwei der Ausschnitte 84, 86 für die Aufnahme der Isolatoren für die Bürstenplattenanordnung ist ein zusätzlicher rechteckförmiger Ausschnitt 96 gebildet zur Aufnahme eines elektrischen Anschlusses oder Steckers 98.
Wie bei jedem realen Projekt brachte die Anwendung, die zur Entwicklung des dargestellten Motors geführt hat, bestimmte physikalische Einschränkungen mit sich. Insbesondere im Hinblick auf den Rahmen beschränkte die für die Unterbringung des Motors für die verschiedenen Anwendungen verfügbare Fläche den Motordurchmesser auf nicht mehr als ungefähr 76 mm. Diese Einschränkung hinsichtlich des insgesamten äußeren Motordurchmessers legte die Designparameter für den inneren Motor(aufbau) fest.
Bekanntermaßen ist der Rahmen dazu da, den magnetischen Fluß zu fuhren und ist so bemessen, daß der Rahmen sich an der Grenze der Sättigung bei minimaler Dicke befindet, so daß der Rahmen den benötigten Fluß führen kann, jedoch ohne daß darin überschüssiges Material enthalten ist. Somit muß bei den gegebenen Einschränkungen an den Durchmesser des dargestellten Motors das Produkt aus der Dicke des Rahmens und der Länge des Rahmens ausreichend zum Transport des notwendigen magnetischen Flusses für das insgesamte System sein, wobei die Länge definiert ist als der Abstand zwischen der Kühlungsöffnung 72 der Luftspalte und dem am nächsten zu diesen Kühlungsöffnungen liegenden Bereich der Leiteraufnahmeeinrichtung 96.
Bei dem dargestellten Motor wurde der Rahmen so klein wie möglich dimensioniert, um in den vorhandenen Raum zu passen und um gleichzeitig den minimalen darin befindlichen Materialbetrag aufzuweisen, um den erforderlichen magnetischen Fluß zu führen.
Bei Vorgabe der drei unterschiedlichen Anwendungen waren bei dem dargestellten Motor zwei lediglich in ihrer Länge sich unterscheidende Rahmen erforderlich, um sowohl die Anforderungen an den verfügbaren Raum als auch für den magnetischen Fluß zu erfüllen.

Magnete

Wie in den Figuren 1, 2A und 3A-3C gezeigt ist, bestehen die bei dem dargestellten Motor benutzten Magnete 24 aus einem konventionellen magnetischen Material. Die Magnete 24 (Figur 1) weisen eine allgemein bogenförmige Form auf, die sich im allgemeinen an die Form der inneren Oberfläche 120 des Rahmens 22 (Figur 2A) anpaßt. Jeder Magnet 24 enthält einen Mittelabschnitt 100, zwei Endabschnitte 102, 104, eine äußere Oberfläche 106 sowie eine innere Oberfläche 108. Die äußere Oberfläche 106 von jedem der in den Figuren 3A, 3B und 3C gezeigten Magnete, die die innere Oberfläche 120 des Rahmens 22 (Figur 2A) berührt, ist entsprechend dem Drei-Bogen-Verfahren (tri-arc method) festgelegt. Diese bekannte Methode bei der Herstellung von Permanentmagneten, die an einer Rahmenwand befestigt werden, sieht die Verwendung zweier unterschiedlicher Kreisradien vor um sicherzustellen, daß es mindestens zwei Kontaktpunkte zwischen dem Magnet und der Rahmenwand gibt. Bei den in der dargestellten Ausführungsform benutzten Magneten wurde vorgezogen, daß die Kontaktpunkte voneinander um etwa 90º beabstandet sind und daß jeder ungefähr 45º von der Mittellinie des Magnets liegt. Diese Punkte entsprechen in etwa den Stellen 110, 112 in den Figuren 3A, 3B und 3C.
Die Kontaktpunkte 110, 112 zwischen Magnet und Rahmen werden in bekannter Weise aufgrund von Abweichungen bei den Kurvenformen von Rahmen und Magnet leicht variieren. Diese drei-Bogen-Technik wird benutzt, um das Hin- und Herbewegen des Magnets relativ zum Rahmen zu verhindern. Es ist bekannt, daß die Stabilität des Magnets nach der Plazierung des Magnets auf dem Rahmen in Relation zum Ankerkern kritisch ist, um einen konstanten Luftspalt zwischen dem Kern 28 oder den äußeren Oberflächen der Bleche 30 und der inneren Oberfläche 108 der Magnete 24 sicherzustellen. Ein fester Luftspalt zwischen den Magneten und den Blechen des Ankerkerns ist von Bedeutung, weil das Reluktanzmoment abhängig ist von dem Nettoluftspalt zwischen dem Magnet 24 und dem Kern 28 des Ankers 26, wobei der Nettoluftspalt definiert ist als der Abstand der inneren Oberfläche 108 des Magnets 24 und der äußeren Oberfläche des Kerns 28. Das Verkämmungs- oder Reluktanzmoment ist definiert als das zum Drehen des Ankers erforderliche Moment oder als die Drehmomentpulsationen zum Drehen des Ankers 26, wenn der dargestellte Motor 20 keine Energie zugeführt bekommt.
Wie in den Figuren 3A und 3C gezeigt ist, ist für Anwendungen in der Klimaanlage und als Heizungsventilator die innere Oberfläche 108 des Magnets im Mittelabschnitt 100 dicker und verjüngt sich hin zu den Enden 102, 104. Dieser Verjüngungseffekt resultiert daraus, daß der innere der inneren Oberfläche 108 des Magneten entsprechende Radius von einem anderen Brennpunkt 113 als dem Brennpunkt 114 festgelegt ist, der seinerseits zur Bestimmung des äußeren Radius entsprechend der äußeren Oberfläche 106 des Magnets benutzt wird. Der resultierende Abstand zwischen den Punkten 107, 115 ist größer als der Abstand zwischen dem Punkt 116 auf der äußeren Oberfläche 106 und dem Punkt 117 auf der inneren Oberfläche 108. Im allgemeinen ist die Dicke der Magneten, wie in den Figuren 3A, 3C gezeigt, am grcßten zwischen den Punkten 107, 115 und nimmt allmählich in jeder Richtung von der Mitte 100 des Magnets hin ab zu den Spitzen 102, 104.
Die graduelle Verminderung der Magnetdicke von der Mitte 100 hin zu jedem Ende 102, 104 reduziert das Verkämmen oder Reluktanzmoment des Motors, in dem diese Magnete betriebsmäßig angeordnet sind, weil der Luftspalt oder die Distanz zwischen dem inneren Durchmesser der Magnete und dem äußeren Durchmesser der Ankerwicklung in dem Maße zunehmen wird, wie man sich von der Mitte 100 des Magnets 24 wegbewegt, wodurch die Energie im Luftspalt bei der Rotation des Ankers 26 sich enger an einen konstanteren Wert annähern kann.
Wie in Figur 3B gezeigt ist, weist der Magnet für die Anwendung zur Maschinenkühlung aufgrund des festen Abstands zwischen der außeren Oberfläche 106 und der inneren Oberfläche 108 ein einigermaßen höheres Reluktanzmoment auf, so daß ein größerer Fluß in dem dargestellten Motor vorherrscht, was in einen effizienteren Motorbetrieb resultiert. Bei dieser Ausführungsform ist ein zusätzliches Reluktanzmoment wünschenswert, so daß der Anker 26 sich nicht so leicht bewegt, wenn er abgeschaltet ist oder als Ergebnis einer Luftströmung durch den (nicht dargestellten) Kühler und durch den mit dem gezeigten Motor verbundenen (nicht dargestellten) Ventilator. Würde die durch den Kühler oder Ventilator sich hindurchbewegende Luft den Flügel zur Rotation oder zu einem windmühlenartigen Betrieb veranlassen, würde Öl aus dem Lager 60 (Figur 1) beim Endlager 54 gepumpt werden und möglicherweise einen vorzeitigen Lagerausfall verursachen. Zusätzlich und anders als bei der Anwendung im Zusammenhang mit der Heizung oder einer Klimaanlage ist Geräusch verursacht durch Vibration als Ergebnis einer Drehmomentwelligkeit im Reluktanzmoment wegen der anderen hörbaren Geräusche unter der Motorhaube eines Automobils nicht so kritisch.
Die Magnete 24 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel, die mit anderen Komponenten, z.B. dem Rahmen des gezeigten Motors, zusammenarbeiten, wurden hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit optimiert als Funktion von Kosten, Größe und Gewicht des Motors. Einige der Leistungspezifizierungen des dargestellten Motors, die auf den Magnetdesign Auswirkungen haben, waren dabei: Drehmoment des Motors an der Welle bei einer bestimmten Geschwindigkeit oder Drehzahl; Kämmung oder Reluktanzmoment; der beim Starten des Motors erforderliche Strom zum Entmagnetisieren der Magnete bei einer vorgegebenen Temperatur (die vorgegebenen Temperatur für den dargestellten Motor liegt bei oder unter -40º C mit 5 % oder weniger Entmagnetisierung); Maximierung der Motoreffizienz für alle Anwendungen bei spezifizierten Bereichen für: Umgebungstemperatur, Ausgangsleistung, Eingangsspannung usw., Motorgröße/-volumen, Motorgewicht, Motorgeräusch, Haltbarkeit (Lager, Bürsten usw.) und, neben anderen Faktoren, Lebensdauer.
Andere Magnetparameter, die variiert werden, um optimale Kosten, Gewicht und Volumen gemessen an der Leistung zu erreichen, sind: der äußere Radius als Funktion der winkelmäßigen Magnetspanne, die radiale Magnetdicke als Funktion der Winkelspanne, die axiale Länge, die Winkelspanne, die Auswahl der Materialzusammensetzung des Magnets, der radiale Luftspalt als Funktion der Winkelspanne und die Kantenradien, wo der Magnet sich verjüngt. Die Kosten der Magnete lassen sich mathematisch ausdrücken als eine kontinuierliche Funktion der physikalischen Parameter, die dann zur Vorhersage der Magnetleistung benutzt werden. Diese verschiedenen Parameter, die alle miteinander verwandt und voneinander abhängig sind, werden im Sinne der Optimierung der Magnetleistung im Hinblick auf die Kosten optimiert.
Die Magnete 24 werden durch Kleben in der folgenden Weise mit dem Rahmen 22 verbunden. Zunächst werden die äußere Oberfläche 106 des Magnets 24, die in Kontakt mit dem Rahmen 22 kommen soll, sowie die innere Oberfläche 120 des Rahmens, die in Kontakt mit der äußeren Oberfläche des Magnets kommen wird, von Staub, Öl und Fett darauf gereinigt. Nachdem die in Frage kommenden Teile gereinigt sind, wird ein Klebemittelaktivator, z.B. der vorgezogene Dymax Aktivator 535 erhältlich von Dymax, Chicago, Illinois, auf die innere Oberfläche 120 des Rahmens 22 aufgetragen und den Lösungsmitteln Gelegenheit gegeben, daraus zu verdampfen. Zwei Kugeln eines Klebemittels, z.B. vorzugsweise Dymax 20012 Revision A, werden auf die äußere Oberfläche 106 des Magnets aufgebracht; zu diesem Zeitpunkt werden die Magnete und der Rahmen in Kontakt miteinander gebracht und das Klebemittel wird ausgebreitet und mit dem Aktivator gemischt. Die zusammengefügten Teile werden für etwa 60 Sekunden miteinander verspannt, um die Haltestärke zu erzielen. Die auf diese Weise montierten Magnete sollten Klebemittel aufweisen, das mindestens 85 % der äußeren Oberfläche des Magnets bedeckt.

Anker

Wie in den Figuren 1, 2A und 4-6 gezeigt ist, enthält die in dem dargestellten Motor 20 benutzte Ankereinrichtung 26: eine von mehreren relativ gleichförmigen maßgenau geformten Welleneinrichtungen 32 mit einem Ende 122 für die Montage in der Lagerschildeinrichtung 60 und mit dem anderen Ende 124, das entsprechend der speziellen Anwendung, mit der der Motor betriebsmäßig gekoppelt ist, z.B. einer Gebläseeinrichtung für einen Kühler, eine Klimaanlage oder eine Heizung, modifiziert ist; eine bestimmte Anzahl von gestapelten induktiv geheizten Blechen 30, die einen betriebsmäßig auf der Welle 32 angeordneten Kern 28 bilden; einen betriebsmäßig auf der Welle nächst dem Geräteverbinderende 124 angeordneten Abstandshalter 126 und eine Kommutatoreinrichtung 38, die betriebsmäßig auf der Welle nächst dem Lagerschildende 122 angeordnet ist; durch die verschiedenen Blechschlitze 128 gewickelten Magnetdraht 125, der über mehrere Ansatzstücke 130 mit der Kommutatoreinrichtung 38 verbunden ist; und einen Isolierüberzug aus einem Epoxidharz 132 (Figur 4), der auf die Bleche 30, die Welle 32 und den Abstandshalter 126 in einem (nicht dargestellten) Flüssigkeitsbett aufgebracht wurde.
Das bevorzugte Material für den Abstandshalter, Nylon 66, weist den Vorteil auf, daß es die Hitze des beim Aufbringen der Isolierschicht benutzten Epoxidüberzugs aushält.

Bleche

Wie in den Figuren 1, 4 und 5 gezeigt ist, weist jedes Blech (lamination) 30 einen Jochabschnitt 133 sowie mehrere Blechzähne 134 mit einer Breite T&sub1; auf. Jeder Blechzahn 134 enthält einen rechteckigen Abschnitt 136 und einen T-Abschnitt 138 am äußeren Umfang des Blechs. Jeder T-Abschnitt 138 eines Blechzahns hat symmetrische Spitzen oder Abschnitte 140, 142. Jeder Spitzenabschnitt besitzt eine Breite 143. Zwischen zwei benachbarten Zähnen 134 sind Schlitze 128 bzw. Nuten gebildet.
Das dargestellte Blech 30 weist dieselbe Anzahl von Blechzähnen 134 auf, wie Blechschlitze 128 vorhanden sind. Die Blechschlitze besitzen eine Weite 129 zwischen den Spitzenabschnitten 140, 142, die zum Einführen des Drahts für den Magnet in jeden Schlitz 128 vorgesehen sind. Bei dem gezeigten Blech gibt es vorzugsweise zwölf (12) Blechschlitze und Zähne.
Die Parameter des Blechdesigns, die zusammen mit anderen Parametern für den gezeigten Motor variiert werden, um eine optimale Kombination bezüglich des Blech- und des Magnetdesigns usw. zu erzielen, sind: Winkelbreite der Zahnschlitzöffnung 129, radiale Breite der Zahnspitze 143, Winkelspanne des Zahns am Luftspalt 135, Zahnbreite T&sub1;, Anzahl der Zähne (12 in diesem Ausführungsbeispiel), Schlitzfläche 145, radiale Tiefe des Rückeneisens (back iron) oder Jochs 133, der äußere Blechdurchmesser 147, die axiale Länge 28 des Kerns (aus mehr als einem Blech zusammengesetzt), der Magnetilherhang oder die axiale Längendifferenz zwischen dem Magnet und dem Kern (Figur 2A), der innere Durchmesser des Blechs oder der Wellendurchmesser, das Blechmaterial sowie die Blechdicke 31.
Die oben angeführten Parameter hängen ab von verschiedenen Faktoren, wobei jedoch der grundsätzlichste Faktor die erforderliche Flußgröße sowie der Flußbetrag ist, den das Stahlblech transportieren wird. Es ist allgemein bekannt, daß Stahl einen bestimmten Betrag an Flußdichte leiten kann bis er gesättigt ist. An diesem Punkt wird er nicht mehr leiten, so daß es einen Kompromiß gibt zwischen dem Schlitzbereich 145 und dem Maß an verfügbarem Stahl, der Zahnbreite T&sub1; und dem Joch 133. Ein wichtiger einschränkender Faktor bezüglich der Abmessung des Schlitzes 128 ist die Optimierung des Schlitzbereichs 145 für die Aufnahme des Magnetdrahts gegenüber der gerade einsetzenden Sättigung des Stahls. Das Ziel ist eine Minimierung der Zahnbreite, während man die Fläche 145 zur Aufnahme des Drahts sowie den Fluß, den der Stahl transportieren kann, maximiert.
Der äußere Blechdurchmesser 147 spielt bei der Blechoptimierung insofern eine Rolle, daß er den Betrag des möglichen Flusses bestimmt, da die Größe des Flusses eine Funktion des Blechdurchmessers und des Motordurchmessers ist. Im wesentlichen gilt, daß, wenn der Fluß so nah wie möglich an der Sättigungsgrenze oder ein wenig darüber liegt, genügend Platz in der Drahtaufnahmefläche 145 für den Magnetdraht vorhanden sein muß. Diese Faktoren legen die Abmessungen des Blechs fest, die dann ihrerseits die Werte für die anderen Parameter bestimmen. Alle obigen Faktoren werden optimiert, um die Kosten und das Volumen im Hinblick auf den Außendurchmesser des Motors zu minimieren.
Im Hinblick auf die Kämmung oder das Reluktanzmoment ist die Winkelbreite der Zahnschlitzöffnung 129 insofern von Bedeutung, als sie minimiert werden sollte, wobei genügend Platz zum physikalischen Aufwickeln des Magnetdrahts in die Schlitze 28 zu lassen ist. Je schmaler die Schlitzweite 129 desto geringer ist das Reluktanzmoment. Die Dicke 143 der Spitze ist ebenfalls von Bedeutung, weil in dem Maße, wie man sie erhöht, das Reluktanzmoment verringert wird.
Bei der Wahl der Blechdicke 31 ist es wünschenswert, eine minimale Anzahl von Blechen zu haben, da dickerer Stahl billiger ist. Je dicker jedoch der Stahl ist, desto größer ist der Betrag der induzierten Wirbelströme. Bei der dargestellten Ausführung wurde die Blechdicke optimiert als ein Kompromiß zwischen solchen Stromgesichtspunkten und Gesichtspunkten der Stahlkosten.
Wie bei den Kosten der Magnete können auch die Kosten des Blechs mathematisch ausgedrückt werden als eine kontinuierliche Funktion der physikalischen Parameter, die dann zur Vorhersage der Blechleistung benutzt wird. Diese Parameter sind alle miteinander verwandt und voneinander abhängig.
Um den Kern 28 auf der Welle 32 zu montieren, werden die Bleche 30 zuerst zur Bildung des Kerns 28 gestapelt, induktiv erhitzt, auf der Welle plaziert und dann abgekühlt, so daß sie, ohne verformt zu werden, wie das manchmal beim Preßsitz erfolgt, mit der Welle verbunden werden.
Das besondere Verfahren zum Verbinden des Kerns 28 aus einer Vielzahl von Blechen 30 mit der Welle 32 beim dargestellten Motor 20 ist wie folgt. Die bestimmte Anzahl von in einer Anwendung benutzten Blechen, z.B. 37, wird willkürlich zusammengestellt und ausgerichtet. Dabei weisen die Schlitzgrate von jedem der Bleche 30 in dieselbe Richtung. Ein umgekehrtes Endblech wird auf den Stapel so aufgelegt, daß die Schlitzgrate und die Schaftgrate nach innen gerichtet sind. Die Stapelhöhe der losen Bleche wird gemessen bei einer auf die Bleche ausgeübten axialen Kraft von etwa 9 kg (20 pound). Das Gewicht kann erhöht werden, wenn eine axiale Dichte von mindestens etwa 370 kp/m (.535 pounds per inch) von seinen Anwendungen resultiert. Die gestapelten und ausgerichteten Bleche werden nun auf eine Temperatur erhitzt, die ein passendes Aufgleiten der Welle 28 in den Blechstapel erlaubt, vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 480º C (900 Grad Fahrenheit) jedoch nicht über ungefähr 650º C (1200 Grad Fahrenheit) hinaus, es sei denn, eine Schutzgasatmosphäre wird benutzt, in welchem Fall die Temperatur nicht über ungefähr 650 º C (1200 Grad Fahrenheit) hinausgehen sollte). Beim Einführen der Welle 32 werden die Bleche 30 mit so ausreichender Kraft zusammengedrückt, daß die axiale Dichte des Kerns einen Wert von ungefähr 0,25 kp/m (.35 pounds per inch) überschreitet. Diese Kraft, obwohl ausreichend zur Erzeugung dieser Dichte, darf nicht ein Auseinanderspreizen der Bleche am Außendurchmesser des Stapels verursachen. Die am Außendurchmesser aufgrund einer Verbiegung der Bleche entstehende Lücke sollte 0,18 mm nicht überschreiten. Bei diesem Vorgang werden die Bleche 30 so lange zusammengehalten, bis sie fest auf der Welle 32 sitzen.
Die Welle 32 wird vorzugsweise mit dem kommutatorseitigen Ende 122 zuerst in den Blechkern 28 eingeführt und darf beim Einführen nicht steckenbleiben. Nach dem Einführen sollten die Bleche 30 mit Luft gekühlt werden und die Endbleche müssen, ohne zu verdrehen, einem Drehmoment von ungefähr 0,53 Nm (0.53 newtons - meter or 75 oz. - inches) standhalten. Nach dem Zusammenbau werden die Wellenlagerzapfen 144, 146 auf Kratzer untersucht und die Welle 32 wird auf Gradlinigkeit überprüft.
Der Magnetdraht 128 wird betriebsmäßig in die Nuten bzw. Schlitze 128 gewickelt und betriebsmäßig mit den Ansatzstücken 130 verbunden, z.B. durch Schweißen. Nach dem Einbau und einer Rohüberarbeitung (rough finish operation) wird der roh bearbeitete Anker 26 ausgewuchtet (balanced) durch Hinzufügen präziser Mengen eines (nicht dargestellten) Epoxids auf die Wicklung an bestimmten Stellen und dann fertigbearbeitet. Diese Schrittfolge liefert eine präzise Auswuchtung der Ankereinrichtung 26, die deutlich über die Ausbalancierwerte hinausgeht, die bei früheren für Kfz-Anwendungen benutzten Motoren erzielt worden sind.
Eines der Schlüsselelemente des Motors nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Verminderung des Reluktanzmoments oder des für eine Rotation einer Stahlstruktur in einem Magnetfeld, in diesem Falle eines Permanentmagneten, erforderlichen Drehmoments. Je größer das Reluktanzmoment ist, desto größer ist das durch Strukturschwingungen erzeugte Geräusch. Der Motor nach der vorliegenden Erfindung weist sehr geringe Werte für das Reluktanzmoment auf und dies resultiert, wie vorher erwähnt, aus der Kombination von Rahmen, Magnet und Optimierung des Blechdesigns.

Kommutator

Wie in den Figuren 1, 4A und 4B gezeigt ist, enthält die Kommutatoreinrichtung 38 einen kontinuierlichen Kupferring 148, der um einen Isolator 150 gewickelt und dann auf Maß abgeschnitten ist. Der Isolator 50 enthält vorzugsweise ein Phenolmaterial mit einer Öffnung oder Bohrung 152 darin zum Aufnehmen der Welle 32. Ansatzstücke (tangs, nicht dargestellt) dienen zum Halten des Kupferrings 148 mit einer Vielzahl von stationär auf dem Isolator 150 befindlichen Schlitzen 154. Die Kommutatoreinrichtung 38 wird durch Kleben mit der Welle 32 verbunden, indem man den Klebemittelaktivator auf die Oberfläche der Bohrung 152 im Isolator 150 aufbringt. Dann wird das Klebemittel auf die Welle 32 aufgebracht und die Kommutatoreinrichtung 38 wird betriebsmäßig darauf positioniert. Die Klebeverbindung ist von Bedeutung, um eine mögliche Verbiegung des Kommutators oder der Welle zu vermeiden, was aus einem konventionellen Preßsitz des Kommutators auf der Welle resultieren könnte.
Es ist wichtig, die Abmessungstoleranz sowohl für die Welle 32 als auch die Kommutatorbohrung 152 in einem wohl definierten Bereich zu halten, um den Kommutator 38 in die richtige Position auf der Welle 32 zu bringen.
Nach der Montage auf der Welle 32 müssen die zwolf Schlitze 154 des Kommutators und die zwölf Schlitze 128 der Bleche, welche den die Spule bildenden Magnetdraht tragen, präzise relativ zueinander ausgerichtet sein (Figur 4B), um ordnungsgemäß zu funktionieren. Diese Ausrichtung wird erreicht mit einer Einrichtung zum Positionieren des Kommutators 38 auf der Welle 32 in solch einer Position, daß die Kommutatorschlitze 154 genau relativ zur Mittellinie 137 bei jedem Blechzahn positioniert werden, indem man mechanisch die relativen Positionen der Kommutatorschlitze 154 zu den Blechzähnen vor dem Ansetzen des Klebemittels zum Befestigen des Kommutators auf der Welle koordiniert.
Da es von Bedeutung ist, daß der Kommutator 38 fest und präzise auf der Welle angeordnet ist, wird die bei dem dargestellten Motor benutzte Kommutatoreinrichtung 38 mit der Welle 32 durch Kleben entsprechend der folgenden Methode verbunden. Zunächst ist es wichtig sicherzustellen, daß die Kommutatorbohrung 152, die mit der Welle in Berührung kommen wird, sowie die Welle selbst frei von Staub, Öl und Fett sind. Als nächstes wird ein Klebemittel-Aktivator, z.B. vorzugsweise Dymax Aktivator 535, auf die Kommutatorbohrung 152 gegeben und ein Verdampfen der Lösungsmittel zugelassen. Der Kommutator wird teilweise auf die Welle montiert, so daß sich das Klebemittel über die ganze Länge des Kommutators 38 ausbreitet, nicht jedoch über den Kommutator hinaus in den Bereich für einen Ölschleuderring 156 sowie einen Lagerzapfen 144. Ein Klebemittel, z.B. vorzugsweise Dymax 328 VLV, wird auf die (abgeschrägte) Kante am ansatzstückseitigen Ende des Kommutators aufgebracht. Der Kommutator und die Welle werden um etwa 90º gedreht, um den Aktivator und das Klebemittel zu mischen, worauf man es sich für mindestens eine Minute lang setzen läßt. Danach werden die Teile für mindestens zwei Minuten zum Aushärten der Klebeverbindung zwischen dem Kommutator und der Welle unter ultraviolettes Licht plaziert.

Ölschleuderringe

Wie in den Figuren 1 und 6 gezeigt ist, sind beim dargestellten Motor 20 die Ölschleuderringe 156, 158, die früher bei konventionellen Kfz-Gleichstrommotoren Teil des Lagersystems waren, nunmehr Teil der Ankereinrichtung 26. Jeder Ölschleuderring 156, 158 weist einen becherförmigen Abschnitt 160 auf. Die Ölschleuderringe 156, 158 sind betriebsmäßig auf der Welle nahe dem Abstandshalter 126 bzw. benachbart zur Kommutatoreinrichtung 38 angeordnet. Der becherförmige Teil 160 weist einen Basisabschnitt 166 mit einer Bohrung 168 darin auf sowie einen kreisförmigen Bereich 170 mit einem größeren Durchmesser an seinen äußeren Bereichen 172 sowie einen lippenförmigen Abschnitt 174.
Die Ölschleuderringe 156, 158 sind beim dargestellten Motor so positioniert, daß, wenn Öl von dem Lager ausläuft, es in den becherförmigen Abschnitt 160 gerichtet wird, der sich mit der Welle 32 dreht, und daß das Öl dann in das Lager 60 zurückgeschleudert wird. Dies erhöht die Lebensdauer des Lagers, was in Kombination mit den Vorteilen einer selbst-ausrichtenden Lagerung die Geräuschentwicklung verringert und die Motorlebensdauer stark vergrößert.
Vor dem Anbringen des Ölschleuderrings 156 auf der Welle 32 wird eine Kompensationseinrichtung 175 für das Endspiel auf der Welle 32 positioniert. Die Endspiel-Kompensationseinrichtung 175 stellt das Wellenspiel auf eine vorbestimmte Toleranz ein, wodurch das anwendungsseitige Ende 124 der Welle genau positioniert wird.

Einrichtung zur Schubkompensation

Eine axiale Schwingungsverminderung, die z.T. eine Schubkompensationseinrichtung 177 aufweist, enthält ein erstes Unterlegmittel 162, vorzugsweise eine gummiartige oder aus Gummi bestehende Unterlegscheibe, sowie eine zweite Unterlegeinrichtung 164, vorzugsweise eine Nylatron-Unterlegscheibe. Diese Einrichtung wird benutzt, um einem Vorlastmoment auf die Gehäsuselagerung im Sockel 71 entgegenzuwirken, welches Moment von dem größeren magnetischen Überhang bzw. dem Abstand zwischen dem Ende des Kerns 28 und dem Ende des Magnets 24, wie in Figur 2A gezeigt ist, und dem dem Wellenende 124 am nächsten liegenden Abschnitt der Magnete und des Kerns herrührt. Der Betrag des Magnetüberhangs ist für jede der drei dargestellten Anwendungen unterschiedlich.
Die Schubkompensationseinrichtung 177 dient zur Aufrechterhaltung der Vorlast bzw. der vorgespannten anfänglichen Lage des Ankers relativ zu den Magneten. Die natürliche Tendenz des Ankers, sich aufgrund der magnetischen Vorlast mehr in Richtung auf ein Ende einzustellen, wird zur Aufrechterhaltung des Drucks auf das am anwenderseitigen Ende 124 des Rahmens 22 liegende Lagersystem 60 benutzt. Dieser anfängliche durch die Vorspannung bedingte Druck beschränkt ganz erheblich die axiale Bewegung des Ankers zwischen den zwei Lagereinrichtungen und reduziert somit das Geräusch, das gewöhnlich von einer axialen Ankerbewegung resultiert.
Die axiale Position der Magnete 24 im Rahmen relativ zum Kern 28 bestimmt die Größe der Vorspannungskraft auf die Rahmenlagerung, welche den Anker zwischen den beiden Lagereinrichtungen axial stabilisiert.
Um das aus der Wechselwirkung der Nylatron-Scheibe 164 und dem Hülsenlager 228 herrührende Geräusch möglichst gering zu halten, ist die in direktem Kontakt mit der Scheibe 164 stehende Oberfläche des Lagers 228 abgeschrägt, vorzugsweise um 4', so daß jegliches dadurch erzeugte Geräusch an der Nahtstelle zwischen Lager und Unterlegscheibe aufgrund des Kontaktschlupfes zwischen dem Lager und der Unterlegscheibe während der Drehbewegung der Welle vermindert wird. Bei schwerer axialer Belastung passen sich die Schubscheiben in der Form an die Lageroberfläche an, um einen konstanten Druck aufrechtzuerhalten.

Bürstenplattenanordnung

Wie in den Figuren 1, 2 und 7-9B gezeigt ist, enthält die bei dem dargestellten Motor 20 benutzte Bürstenplattenanordnung eine Bürstenplatte 176, die vorzugsweise aus einem Isoliermaterial, z.B. Kunststoff oder vorzugsweise einem Phenollaminat, hergestellt ist, mit vielen präzise darin ausgebildeten D- Schlitzen 178 sowie mindestens drei Isolatoraufnahmeeinrichtungen 180 zum Aufnehmen der Isolatoren 94, die betriebsmäßig mit dem Rahmen 22 verbunden werden. Mindestens zwei Bürstenkästen 42, 44 sind betriebsmäßig über die mehreren D-Schlitze 178 an der Bürstenplatte 176 angebracht. Ein Paar von Bürsten 48 ist in die Bürstenkästen eingebracht und wird jeweils mittels einer Bandfeder 50 gegen die Kommutatoreinrichtung 38 gedrückt. Eine Verbindeeinrichtung bzw. ein Kupferdraht (pigtail) 205 verbindet jede Bürste 48 mit der elektrischen (Zu)Leitereinrichtung bzw. dem Stecker 98.
In der derzeit bevorzugten Ausführungsform der Bürstenplattenanordnung 40 für den dargestellten Motor 20 sind die Bürstenkästen 42, 44 im wesentlichen von einer rechteckigen Form mit zwei Seitenflächen 182, 184 sowie einer oberen Oberfläche 186. Obwohl, wie gezeigt, die Bürstenplatte 176 als Bodenfläche jedes Kastens 42, 44 dient, ist gleichermaßen vorstellbar, daß jeder Kasten 42, 44 seinen eigenen integralen Bodenbereich haben kann.
Da die relative Lage der Bürsten 48 zum Kommutatorring 148 hinsichtlich der Geräuschverminderung sowie einer einwandfreien und effizienten Betriebsweise des Motors selbst kritisch ist, kommt der Positionierung der Bürstenkästen 42, 44 auf der Platte 176 zusätzliche Bedeutung zu. Da die Bürsten rattern, wandern oder in dem Kasten hängenbleiben können, wodurch ein erhöhtes Geräusch erzeugt oder Fehlfunktionen des Motors resultieren können, ist die Anordnung und Positionierung der Bürstenkästen 42, 44 auf der Platte 176 kritisch.
Wie in den Figuren 7, 8 und 8B gezeigt, sind die Bürstenkästen präzise dimensioniert und weisen vorzugsweise mindestens vier Teile 188 zum Einführen in die präzise positionierten D- Schlitze 178 auf der Platte 176 auf. Die Teile 188 werden sodann auf der Platte 176 positioniert, indem man die Bürstenkästen 42, 44 in einer vorbestimmten Position in solch einer Weise hält, daß die Teile 188 sich zunächst über den geraden Abschnitt 190 der D-Schlitze biegen und dann, ohne auf die Platte 176 selbst Druck auszuüben, umgebogen werden. Insbesondere sind die der Platte 176 am nächsten liegenden Abschnitte des Teils 188 nicht in Reibungskontakt damit, weil während des Umbiegens zwischen die Spitzen und die Plattenoberfläche Mittel zum Verhindern eines direkten Kontakts zwischen der Platte 176 und der Teilespitze 192 so eingeführt werden, daß kein Reibungskontakt zwischen den Teilen 188 und der Platte 176 gemacht wird. Zusätzlich werden während des Umbiegens Mittel zum Aufrechterhalten der einwandfreien Kastenabmessungen in den Bürstenkasten eingesetzt, während die Teile 188 umgebogen werden. Dies verhindert ein weiteres Herunterziehen des Kastens in die Platte 176 sowie die Verformung des Kastens in seiner axialen Länge an jedem Ende.
Die mehreren (vorzugsweise vier) Teile 188 zum Einsetzen in die D-Schlitze 178 auf der Bürstenplatte 176 erstrecken sich von dem Boden der beiden Seiten 168, 184. Diese Teile 188 werden wirksam mit der Platte 176 verbunden, um die Bürstenkästen ohne Beanspruchung der Platte 176 akkurat auf der Platte 176 zu positionieren. Dies wird ermöglicht durch die sich verjüngende Form der Teile 188, und zwar indem die Spitzen 192 der Teile 188 enger sind als der obere Abschnitt 193, der sich näher an den Wänden 182, 184 befindet. Wenn die Teile 188 demzufolge in die D-Schlitze 178 eingeführt werden, gelangen die Spitzen 192 hindurch, ohne die Platte 176 zu durchdringen oder zu berühren; wenn sie jedoch letztlich positioniert sind, kommt mindestens ein Teil des gesamten sich verjüngenden Abschnitts in Kontakt mit der oberen Oberfläche der Platte 176 und durchdringt sie zumindest teilweise.
Das oben Gesagte gilt für die präzise Anordnung eines jeden Bürstenkastens 42, 44 auf der Platte 176, ohne die Platte 176 aufgrund des anschließenden Einbiegens der Teile 188 auf Streß zu beanspruchen, so daß, wenn überhaupt, nur ein minimaler Reibungskontakt zwischen den der Grundfläche der Platte am nächsten kommenden Oberflächen der Teile erfolgt. Mit anderen Worten, die Teile 188 werden in einer Weise eingebogen, daß dadurch die Bürstenkästen 42, 44 akkurat und präzise auf der Platte 176 angeordnet werden, ohne daß Kräfte angewendet werden, die über das hinausgehen, was zur Aufrechterhaltung der Lage des Bürstenkastens erforderlich ist, wobei man gleichzeitig die internen Abmessungen des Bürstenkastens aufrechterhält, so daß die Bürste weder übermäßig aufgrund einer losen Passung rattert oder aufgrund einer zu festen Passung darin hängenbleibt.
Unter einem Winkel von ungefähr 90º erstrecken sich von beiden Seiten jedes Bürstenkastens Ansätze 194 als ausgestanzte Bereiche der Bürstenkästenseiten 182, 164 aus, die unter Hinterlassen eines Paares von Schlitzen 196 zurückgebogen sind, um die Spiralen 198 der Bandfedereinrichtungen 50 zu lokalisieren und zu halten.
Obwohl nicht dargestellt, ist es klar, daß andere Mittel zum Lokalisieren, z.B. ein Ansatz oder ein Stift auf der Platte für die Aufnahme der Bandspiralen 198 benutzt werden könnte, um die Position der Bandfedern auf der Platte zu fixieren.
In der oberen Wandung jedes Bürstenkastens 42, 44 ist ein Schlitz 200 für die Aufnahme der Verbindungsmittel 205 für jede Bürsteneinrichtung 48 gebildet, die dann mit der Leitereinrichtung 98 verbunden werden.
Wie aus Figur 88 ersehen werden kann, weist der für den Motor benutzte Bürstenkasten weder eine Vorder- noch eine Rückwand auf, um eine Ansammlung von Abrieb, z.B. von Kohlenstaub, im Bürstenkasten in den Bereichen neben dem Bürstenkasten oder zwischen der Bürste und dem Bürstenkasten zu minimieren. Zusätzlich weisen die Seitenflächen des Bürstenkastens in etwa den Ansätzen 194 entsprechende Mittelabschnitte 202, 204 auf, die auf beiden Seiten der Bürste, wenn diese im Bürstenkasten montiert ist, Durchgänge bereitstellen. Diese Durchgänge bieten Platz zur Aufnahme der Bandfeder und tragen in Kombination mit dem offenen rückseitigen Abstand des Bürstenkastens zur Elimination einer übermäßigen Kohlenstoffansammlung oder eines anderen Rückstands bei, der die für den Betrieb erforderliche Bewegung der Bürste im Bürstenkasten beeinträchtigen könnte. Vielleicht noch wichtiger, versteifen die Abschnitte 202, 204 jeden Kasten im Sinne einer Schwingungsminimierung und minimieren dadurch die Geräuschentwicklung.
Die Nahtstellen der linken und rechten Wandung 184, 182 jedes Bürstenkastens mit der oberen Wandung 186 sind von einer solch präzisen Abmessung, daß die Bürste 48 in einer relativ festen Position zum Kommutator 38 gehalten wird. Weiterhin gilt, daß, wenn die Teile 188 der linken und rechten Seitenwände 184, 182 ordnungsgemäß in den D-Schlitzen 178 positioniert sind, ein freier Abstand zwischen den Seitenflächen des Bürstenkastens und der Bürste besteht, so daß sich die Bürste frei in dem Bürstenkasten bewegen kann, und dabei eine ziemlich präzise Lage relativ zum Kommutator beibehält.
Wie mit verschiedenen anderen Komponenten des Motors nach der vorliegenden Erfindung können verschiedene Parameter zur Erzielung einer optimalen Kombination und Unterkombination variiert werden. Im Falle der Bürstenplattenanordnung zählen zu den Dimensionierungen und Parametern, die berücksichtigt wurden, um zu dem speziellen Design des Motors nach der vorliegenden Erfindung zu kommen: die radiale Länge des Bürstenkastens, der axiale Spielraum mit der Bürste, der winkelmäßige Spielraum mit der Bürste, die radiale Neigung des Bürstenkastens (voreilender oder nacheilender Design - leading or trailing design), Abstand von der kommutatorseitigen Kastenwand zum Kern, Länge des Bürstenkastens im Vergleich zu den Materialien und Dicken der Bürste, der Platte sowie des Kastens, die Montagetechnik des Kastens auf der Platte, Spielraum zwischen Kasten und Ableitung (shunt), hauptsächlicher Bürstenversatz (brush key transfer) (Orientierung und Lage des Kastens), korrekte elektrische Belastungsauslegung (Stromdichte), Isolatormaterialien, Härteprüfung und Anordnung der Schwingungsisolation sowie der Brüstungsplatte und der Bürstenachse relativ zur Magnetachse sowie die Bürstenverschiebung.
Wenn jeder Bürstenkasten als integraler Bestandteil mit der Bürstenplatte gebildet werden sollte, würden darin Durchgänge in gleicher Weise wie bei dem separaten dargestellten Bürstenkasten gebildet werden. Ein solcher neuer Bürstenkasten ohne die Ansätze 194 und mit vier Seitenflächen, so daß die Bodenfläche nicht die Platte 176 wäre, würde wohl sehr wahrscheinlich die Geräuschentwicklung weiter vermindern und einen noch enger dimensionierten Kasten liefern als bei dem in den Figuren 8A und 8B gezeigten Design. Die Feder würde statt in die Schlitze zu passen, durch Stifte auf der Platte selbst an ihrem Platz gehalten werden.
Bei dem gezeigten Bürstenkasten ist es von Bedeutung, daß die infolge der Wechselwirkung der Bürste und des Kommutators erzeugte Wärme so abgegeben wird, daß sie in dazu benachbarte Bereiche oder in den Umgebungsraum übertragen werden kann. Da Kunststoff ein Wärmeisolator ist, wird gegenwärtig Metall als Bürstenkastenmaterial bevorzugt. Es ist jedoch jedes Material annehmbar, das die notwendige genaue Abmessung bietet und die Wärmeabgabe sowie -verteilung erlaubt.

Bürsten

Die Figuren 1, 2, 9A und 9B zeigen die Bürsteneinrichtung 48 des dargestellten Motors. Die Bürsteneinrichtung 48 enthält vorzugsweise eine Kupfergraphitmischung. Jede Bürsteneinrichtung 48 wird, wenn sie in jeweils einen Bürstenkasten 42, 44 eingesetzt ist, betriebsmäßig aus jedem Bürstenkasten 42, 44 durch eine Bandfedereinrichtung 50 herausgedrückt, welche Federeinrichtung über die gesamte Lebensdauer jeder Bürste eine nahezu konstante Spannung/Kraft auf jede Bürste 48 gegen die Kommutatoreinrichtung 38 ausübt. Diese konstante Kraft rührt aus der Krümmung der Bandfederspiralen 198 her.
Die Bürsteneinrichtungen sind im allgemeinen rechteckförmig. Das die Kommutatoreinrichtung 38 kontaktierende senkrechte Ende 206 der Bürsteneinrichtung 48 ist abgeschrägt und weist somit anfänglich einen Endabschnitt 208 auf, der länger ist als der andere Abschnitt 210. Die Abschrägung 212 ist auf der rückwärtigen Seite vorgesehen, so daß das Kraftmoment im Hinblick auf den Punkt des Isolators 94 möglichst gering ist; andernfalls würde die Platte 176 zur Verbiegung tendieren. Die Abschrägungen (bevels) der gegenüberliegenden Bürsten sind darin in entgegengesetzten Richtungen eingefräßt, um eine glattere Wechselwirkung zwischen den Bürsten und dem Kommutator und damit eine geringere Geräuscherzeugung zu bewirken.
Bei dieser Bürstenformung scheidet eine Bürste Rückstände auf dem Kommutator ab und die andere Bürste kratzt sie ab oder entfemt sie von dem Kommutator, wodurch das in der Wechselwirkung von Kommutator und Bürste erzeugte Geräusch vermindert wird.
Wie in den Figuren 1, 9A und 9B gezeigt ist, ist die Leitereinrichtung bzw. der Anschlußdraht (pigtail) 205 aus Kupfer derart mit der Bürste 48 verbunden, daß, wenn die Bürste in einen Bürstenkasten eingesetzt ist, der Anschlußdraht 205 in den Schlitz 200 paßt. Die Zusammensetzung und Abmessung des Anschlußdrahtes ist im Hinblick auf einen sehr niedrigen Bahnwiderstand gewählt, so daß er bei einer Überhitzung nicht zu brennen anfangen wird und als Wärmeableitungsmittel zum Abführen übermäßiger Wärme von den Bürsten in andere Bereiche dient, wo die Wärme besser abgeführt werden kann. Da die Bürsten aufgrund von Reibungskräften und Widerstandsverlusten sehr heiß werden und um eine Überhitzung des Bürstenkastens und der Bürstenplattenanordnung als Ganzes zu verhindern, besteht ein Bedarf für eine diese übermäßige Hitze ableitende Einrichtung, und die Anschlußdrähte 205 leiten zusätzlich zur Stromleitung einiges an Wärme von den vorher erwähnten Motorbereichen ab.
Da die Bandfedereinrichtung 80 mit nahezu konstanter Kraft wirkt, wird zum schnellen Einschleifen (seat) der Bürsteneinrichtung 48 der abgeschrägte Endbereich 208, der anfänglich die Kommutatoreinrichtung 38 kontaktiert, etwas ausgedehnt. Das entwickelt einen sehr hohen Anfangsdruck zwischen der Bürstenoberfläche und der Oberfläche des Kommutators in einem relativ kleinen Bereich der Berührungsfläche zwischen Kommutator und Bürste, wodurch zu Anfang eine sehr hohe Kraft pro Flächeneinheit zustande kommt.
Da die frühere Praxis bei Motoren für Kfz-Anwendungen es der mechanischen Abnutzung überließ, den Bürstensitz auf dem Kommutator einzuschleifen, gelangten einige Bürsten aufgrund der Verschiedenheit der in den jeweiligen Anwendungen erfahrenen Belastung selbst nach ausgedehntem Betrieb nicht in einen einwandfreien Sitz. Dieser Zustand wurde durch einen Rauhheitstest (profilometry test) an zahlreichen Bürsten festgestellt, wodurch ermittelt wurde, daß sie sich mit verschiedenen unterschiedlichen Radien einschliffen (wore-in), nämlich der ursprünglichen Form zusammen mit einem oder zwei im Betrieb eingeschliffenen Radien. Diese verschiedenen Radien waren Zeugnis für die Instabilität der Bürsten und das mit dem dynamischen Verhalten zusammenhängende potentielle Bürstengeräusch.
Um das ungleiche Einschleifen (wear-in) zu verhindern und somit das Potential für ein übermäßiges Bürstengeräusch auszuschließen, wird die Bürste 48 nahezu auf die exakten Abmessungen des Kommutators eingeschliffen. Das reduziert die Einschleifzeit infolge Abnutzung sowie ein Schwingen der Bürstenkarte und resultiert somit in einen ruhigeren Motor.
Zusätzlich werden die Bürsten auf nahezu ihre Endform spezifiziert, womit man die Bearbeitungszeit minimiert, nach der die Bürstenkontur auf die Konfiguration eines Linienkontakts geschliffen ist, was in geringeren ursprünglichen Bürstengeräuschpegeln resultiert.
Es ist wichtig, auf der Bürste eine glatte Oberfläche zu haben, die anfänglich den Kommutator kontaktiert. Das gewährleistet ein ordnungsgemäßes Einschleifen (wearing) der Bürste auf dem Kommutator. Dies wird erreicht, indem man das Bürstenende, das den Kommutator kontaktiert, schleift, um die Mittellinie des Ankers einzunehmen, so daß sich die Bürsten zu den Seiten der Kästen bewegen können, und zwar jeweils in die Richtung, in der sich die Schleifscheiben drehen, die sich stets in derselben Richtung drehen wie der Kommutator für den jeweiligen montierten Motor.
Die Bürstenkontur ist solchermaßen, daß die Bürste nun auf den Kommutator paßt. Grundsätzlich wird die Bürste stets mit einem etwas kleineren Radius als dem des Kommutators geschliffen, so daß der Kontakt mit dem Kommutator unmittelbar in der Mitte des Bürstenbogens besteht.
Wie in Figur 9B gezeigt, ist die Bürstenbreite gleich der Breite der Kommutatorspanne 148 (vgl. Figur 4B) plus den zwei Kommutatorschlitzen 154 auf jeder Seite davon. Dies wird getan, um zu verhindern, daß die Bürstenkante den Druckpunkt darstellt, so daß ein kleiner Abfall erfahren wird, wenn der Kommutator darunter herrollt und dann aufprallt, wenn die Bürstenkante den Schlitz auf der anderen Seite der Spanne trifft, und um ausreichende Zeit zur Vollendung des Kommutationsvorgangs bereitzustellen, der als Umkehr des Stroms in einer Spule definiert ist, welcher von jeder Bürste zu jedem gegebenen Zeitpunkt kommutiert wird. Würde die Bürste sich hin und her bewegen, würde dies zu einer Schwingung in der Bürstenplatte 76 führen, was seinerseits ein Geräusch erzeugen würde.
Da die Bürste aus weicherem, poröserem Material als der Kommutator zusammengesetzt ist, tendiert die Bürste zur Kompression und dazu, in den Kommutatorschlitz zu gelangen (flow). Solange die Spanne der Bürste relativ zum Kommutator gleich oder vorzugsweise größer als die Kommutatorspanne plus zwei Kommutatorschlitze ist, wird die seitliche Stabilität der anderen Bürste verbessert und wird nicht zu einer so starken Hin- und Herbewegung auf dem Kommutator tendieren.
Zu den Bürstenparametern, die im Sinne einer Wechselwirkung von minimalen Kosten und maximaler Leistung bei dem dargestellten Motor miteinander variiert werden kßnnen, zählen: die Bürstenlänge, Breite und Tiefe, das Material und die Zusammensetzung, die Größe der Ableitung (shunt), Lage und Steifheit, der Konturdurchmesser sowie die Kantenverjüngung bzw. -abschrägung.
Da die Geräuschverminderung des Motors eines der primären Ziele der vorliegenden Erfindung ist, und da Geräusch zwischen dem Ansatzstück (tang) und den Bürstenkästen der Bürstenplattenanordnung erzeugt wird, muß der Abstand zwischen dem Ansatzstück des Kommutators und dem Oberteil der Bürstenkästen so optimiert werden, daß ein ventilatorartiges Abschaltgeräusch (fan cut-off type noise) minimiert wird. Dieses Geräusch tritt immer dann auf, wenn ein Ansatzstück an dem Bürstenkasten vorbeiläuft, und zwar aufgrund der Luftbewegung, die von dem umdrehenden Ansatzstück beim Auftreffen auf den Kasten erzeugt wird. Um dieses Geräusch zu verringern, wird der Bürstenkasten ausreichend weit wegbewegt, so daß das von der Rotation des Ansatzstückes erzeugte Geräusch entweder ausgeschaltet oder nennenswert reduziert wird, jedoch nicht so weit weg, daß entweder zum Motor oder zum Kommutator zusätzliche Motorlänge hinzugefügt wird.
Zusätzlich geht die Haltbarkeit der Bürsten derart in die Gleichung ein, daß der radiale Spielraum zwischen den Bürstenkästen selbst und dem Kommutator dermaßen ist, daß die Bürsten innerhalb des Kastens ihren Bewegungsspielraum relativ zum Bürstenkasten aufrechterhalten, daß jedoch die Vor- und Zurückbewegung der Bürste relativ zum Kommutator minimiert wird. Dadurch werden die Chancen minimiert, daß die Bürste in dem Kasten hängenbleibt, indem man ein so weites Überstehen der Bürste aus dem Bürstenkasten heraus verhindert, daß ein möglicherweise zu großer Winkel zwischen der Bürste und dem Kasten erhalten wird.

Lagerschild

Wie in den Figuren 1, 2, 10A und 10B gezeigt ist, enthält der Lagerschild 54 ein vorzugsweise metallisches Formstück mit vielen Versteifungsteilen 56, vielen Verbindungsteilen 57, 58, 59 für die Verbindungsstelle mit dem offenen Ende 90 des Rahmens 22, einen Ausschnitt 214 zur Aufnahme der Leitereinrichtung 98 sowie eine Vorwölbung 216 zur Aufnahme einer sich frei ausrichtenden Lagereinrichtung 60. Der Lagerschild 54 ist so konfiguriert, daß die Verbindungsteile 57, 58, 59 in die entsprechenden Abschnitte 84, 86, 88 des Rahmens 22 passen, um die äußere Gehäuseschale des Motors zu vollenden. Der Lagerschild 54 wird betriebsmäßig mit dem Rahmen 22 vorzugsweise durch Aufstecken der Teile 217 an jedem Ende (Figur 12B) verbunden.
Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist das für die Ausbildung des Lagerschilds benutzte Material. Da es nach dem ordnungsgemäßen Einsetzen der Lagereinrichtung 60 in den Lagersockel 218 des Lagerschilds wünschenswert ist, ein möglichst geringes Zurückfedern (spring back) zu haben, wird ein relativ wenig Kohlenstoff enthaltendes und wenig zurückfederndes Material benutzt, z.B. AISI 1010 AK DQ.
Wie in Figur 10A gezeigt ist, befindet sich der Lagersockel 218 auf der Innenseite der Vorwölbung 216 und enthält drei hervorstehende Teile oder Stege 220, 222, 224 für eine Wechselwirkung mit einem Hülsenlager 228 der Lagereinrichtung 60. Diese hervorstehenden Teile oder Stege 220, 222, 224 und deren Bedeutung für eine sich frei ausrichtende Lagereinrichtung 60 wird im Detail nachfolgend behandelt.

Lagersystem

Ein Schlüssel für eine sich frei ausrichtende Lagereinrichtung 60 bei dem dargestellten Motor liegt in dem Verfahren sowie in dem Material, das bei der Montage der Lagereinrichtung sowohl im Lagersockel 71 des Rahmens als auch im Lagersockel 218 des Lagerschildes verwendet wird.
Wie in den Figuren 1, 2A, 11A und 11B gezeigt ist, handelt es sich bei der Lagereinrichtung 60, wie sie im Lagerschild 54 und in allen bis auf eine Anwendung im Lagersockel 71 des Rahmens benutzt wird, um eine sich frei ausrichtende Lagereinrichtung im Gegensatz zu einer konventionellen selbst-ausrichtenden Lagereinrichtung. Ein sich frei ausrichtendes Lager liegt im wesentlichen vor, wenn das Lager 228 in Gegenwart sehr kleiner Kräfte sich selbst so ausrichtet, daß es in eine Position läuft, bei der ein im wesentlichen guter gleichmäßiger Spielraum entwickelt und aufrecht erhalten wird zwischen dem Lagerstutzen auf der Welle 32 und der Lagerung selbst. Da es wünschenswert für Lagersysteme von Motoren ist, daß sie nur sehr geringe Kräfte zur Ausrichtung der Lager erfordern, gilt, daß je geringer die zur ordnungsgemäßen Ausrichtung der Lager erforderliche Kraft ist, desto gleichmäßiger die Verteilung des Ölfilms über den Schaft 32 ist, weil bei einem gleichmäßigen Ölfilm das Austreten von Öl aus den Lagersytemen bei einer bestimmten Belastungskraft minimal sein wird. Ein Vorteil des sich frei ausrichtenden Lagers besteht darin, daß der Schmierverlust stark reduziert und somit die Lebensdauer des Lagers erhöht wird.
Wie oben ausgeführt, besteht ein hauptsächlicher Unterschied zwischen konventionellen selbst-ausrichtenden Lagereinrichtungen und der sich frei ausrichtenden Lagereinrichtung 60, wie sie in dem dargestellten Motor benutzt wird, in dem für den Halter 230 benutzten Material. Üblicherweise wurde Federstahl benutzt, jedoch ist der Halter 230 der dargestellten Lagereinrichtung sehr steif und fest, vorzugsweise, für den besonderen dargestellten Motor, AISI 1010 AK DQ Strukturstahl, der, wenn er geformt ist, für eine gleichmäßigere Halterform und somit eine wiederholbar gleichmäßige Lagereinrichtung 60 sorgt.
Ein weiterer Schlüssel für die verbesserte Leistung der sich frei ausrichtenden Lagereinrichtung 60 ist das Ausbilden von einem Satz von bekannten Zuständen in jeder Lagereinrichtung 60, die in jedweder Position gehalten wird, die diesen gewünschten Zuständen entspricht. Das ist im Gegensatz zu früheren konventionellen Lagersystemen, bei denen zuerst die relative Position der Lagereinrichtung im Lagerschild oder Rahmensockel hergestellt und ungeachtet der aus der relativen Position sich ergebenden Zustände darin fixiert wird. Die Erfahrung hat gezeigt, daß in konventionellen Lagersystemen eine große Vielfalt von Bedingungen für dieselbe relative Position fixiert ist, und zwar, unter anderen Faktoren, aufgrund der Lagergeometrie, der Sockelgeometrie, der Exzentrizität und der Geometrie des Halters, wobei alle diese Faktoren bestimmte Toleranzen und Unregelmäßigkeiten in ihrer Dimension aufweisen.
Die sich frei ausrichtende Lagereinrichtung 60, wie sie bei dem dargestellten Motor verwendet ist, enthält ein Hülsenlager 228, das betriebsmäßig im Sockel 71 oder 218 angeordnet ist, sowie ein Halteelement 230 für das Lager. Die Konfiguration in der gezeigten Form ist frei ausrichtend, wird jedoch an einer Drehung dadurch gehindert, daß der Halter 230 des Lagers sowie das Hülsenlager 228 mehrere Teile 232 im Hülsenlager 228 und mehrere komplementäre Antirotationsteile 234 im Halter 230 aufweist, um zu verhindern, daß sich das Hülsenlagerteil dreht, wobei aber nicht verhindert wird, daß sich das Hülsenlagerteil frei ausrichtet.
Das Lagerhalteteil 230 weist drei Stege 236, 238, 240 auf, die Spiegelbilder der drei Stege 220, 222, 224 sind, die in der Bodenfläche des Lagersockels 218 angeordnet sind, die das Hülsenlager trägt. Durch Messungen wurde festgestellt, daß es wichtig ist, daß die Stege 236, 238, 240 auf dem Halter sowie die Stege 220, 222, 224 im Sockel des Lagerschilds nicht axial miteinander ausgerichtet sind, um eine größere Lagerbewegung vorzusehen. Diese sechs Stege gewährleisten, daß die Kontaktfläche zwischen dem Lager und dem Sockel sowie der Kontaktfläche zwischen dem Lager und dem Halter eine einfache Ausrichtung des Lagers zulassen, während sie dabei die Lagerposition in Anwesenheit einer auf der Welle anliegenden Belastung aufrechterhalten. Im wesentlichen stellen die sechs Stege sicher, daß stets ein Kontakt zu dem Lager besteht, und daß die Kräfte von der Lagerung gleichmäßig auf den Lagerschild und den Halter verteilt werden.
Die dargestellte sich frei ausrichtende Lagereinrichtung 60 wird in die Lagersockel 71, 218 des Rahmens 22 bzw. des Lagerschilds 54 montiert und dann durch ein Epoxid-Klebemittel an ihrem Platz gehalten. Wenn die Lagereinrichtung 60 mit dem Epoxid-Klebemittel auf den Oberflächen des Lagerschildes oder -rahmens sowie des Lagerhalters 230 in beiden Sockeln 71, 218 angeordnet ist, wird eine für den Sitz des Lagerhalters und der Lagerung im Sockel ausreichende Kraft angewendet und danach eine zweite Kraft ausgeübt. Während dieser Zeit setzt sich zunächst das Epoxid-Klebemittel und kann dann aushärten. Sobald sich das Klebemittel anfänglich gesetzt hat, werden der Lagerhalter sowie das Lager in der Vorwölbung oder in dem Sockel fixiert, wobei durch die aufgebrachte Kraft die vorbestimmten Zustände ausgebildet werden. Die anfängliche Klebeverbindung zwischen der Halteroberfläche und der Sockeloberfläche ist ausreichend, um die vorbestimmten Zustände aufrechtzuerhalten und um den Lagerschild oder den Rahmen weiter zu verarbeiten, während das Epoxid-Klebemittel, das das Lagersystem darin hält, vollständig aushärtet.
Es ist anzunehmen, daß die vorbestimmten Bedingungen ausgebildet und aufrechterhalten werden, weil die Epoxid-Klebeverbindung zwischen dem Halter und der Lageraufnahmeeinrichtung oder dem Sockel den Halter frei in Schwebe hält, bis die Vorbelastung erfolgt, und somit alle abmessungsmäßigen Abweichungen in ]eder Komponente kompensiert, z.B. in der Lagerung, im Lagerhalter und in der Lageraufnahmeeinrichtung oder dem Sockel. Die Lagereinrichtung ist im Sockel so positioniert, daß sich das Lager auf der Welle ausrichten kann, da das gesamte Lagersystem bis zum Setzen des Epoxids schwimmen kann; es werden keine großen Kontaktkräfte zwischen dem Lager und dem Lagerhalter aufgebaut; das Epoxid-Klebemittel füllt die Lücken und wird sodann unter eine vorbestimmte Kraft gebracht, um den vorbestimmten Satz von Zuständen präzise auszubilden.
Bei dem dargestellten Motor ist die Reibungskraft zwischen der Lagerung und der rotierenden Welle nicht stark genug, um dem Drehmoment zu widerstehen, und das Lager 228 wird ohne die Antirotations-Ansatzstücke 234 im Halter 230 drehen und den äußeren Umfang des Lagers abnutzen. Das Lager wird im Sockel durch den Lagerhalter lose gehalten, jedoch stramm genug, um den Zweck der freien Ausrichtung zu erzielen.
Die sich frei ausrichtende Lagereinrichtung wird in einem Sockel entsprechend der folgenden Methode montiert. Zunächst sollten der Sockel, das Lager sowie der Lagerhalter frei von jeglichem Staub, Schmutz und Fett sein. Ein Klebemittel-Aktivator, z.B. vorzugsweise Dymax Aktivator 535, wird auf den äußeren Durchmesser des Halters 204 sowie auf den wirksamen Bereich des Rahmens oder Lagerschildsockels 71, 218 aufgebracht. Ein Tropfen eines Klebemittels, z.B. vorzugsweise Dymax 628 VT, wird auf den äußeren Durchmesser des Halters 230 und das geschlossene Ende aufgebracht. Unmittelbar nach dem Auftragen des Tropfens von Dymax 628 VT werden die Teile durch Drehung des Halters um ungefähr 60º relativ zum Sockel zusammengefügt, um das Klebemittel und den Aktivator miteinander zu vermischen. Eine axiale Kraft von vorzugsweise ungefähr 18 kg (40 pounds) wird als nächstes auf den Halter für ungefähr zwei bis drei Sekunden ausgeübt und vorzugsweise für den Rest einer insgesamt fünfminütigen anfänglichen Setzzeit ein Druck von ungefähr 1,6 kg (3.5 pounds). Am Ende des fünf Minuten Abschnittes wird das anfänglich gesetzte Lagersystem für ungefähr zwei Minuten zum Aushärten unter ultraviolettes Licht plaziert, um jegliches noch nicht vom Aktivator ausgehärtetes Klebemittel auszuhärten.
In Figur 2B ist das Lagersystem 60' gezeigt, wenn es in einer Anwendung zur Maschinenkühlung benutzt wird. Wie gezeigt, wird das Kugellagerteil 228' in dem Lagersockel 71 angeordnet und dann in seiner Position festgelegt und darin mittels vier Ansatzstücken 231 gehalten, die unter einem 30º (plus/minus 5º) Winkel relativ zur Innenwandung der Vorwölbung 68 positioniert sind.
Beim Fixieren des Kugellagers in seiner Position im Lagersockel ist es von Bedeutung, daß alle vier Ansatzstücke 231 gleichzeitig festgelegt werden, um sicherzustellen, daß keine radiale oder axiale Bewegung des Lagers und des Lagerhalters erfolgt. Wie bei dem sich frei ausrichtenden Lager der vorliegenden Erfindung ist das Festlegen (staking) des Lagerhaltes 230' in seiner Position druckempfindlich im Gegensatz zu wanderungsempfindlich, somit wird auf das Kugellager und den Halter vor dem Festlegen ein gewisser Betrag an Kraft ausgeübt. Dieser Vorgang weist einen ähnlichen Effekt auf wie die Druckanwendung auf das Hülsenlager 248 der sich frei einstellenden Lagereinrichtung, die durch Kleben in dem Lagersockel gehalten wird. Nach dem festen Einbau wird eine axiale Kraft von etwa 2,2 kg (5 pound) auf die innere Fläche des Kugellagers in Richtung auf das offene Rahmenende ausgeübt, um sicherzustellen, daß der Festembauprozess (staking process) erfolgreich gewesen ist.

Montageflansch

Wie in den Figuren 1, 12A und 12B gezeigt, sind zwei repräsentative Montageflansche 64, 64' aus einer Vielzahl von bei dem Motor nach der vorliegenden Erfindung benutzten Montageflanschen betriebsmäßig mittels eines Epoxid-Klebemittels mit dem Rahmen 22 verbunden. Die Montageflansche 64, 64' stellen die einzigen Komponenten des Motors dar, die gegenwärtig für jede Anwendung von besonderer Art sind. Insbesondere ist gegenwärtig jede Struktur, an die der dargestellte Motor angeschlossen wird, unterschiedlich, so daß für jede Anwendung ein unterschiedlicher Montageflansch notwendig ist.
Im allgemeinen besteht jeder Montageflansch aus einem geformten Metallteil, wobei einige davon mehrere darin gebildete Versteifungsrippen 66 (Figuren 2A und 12B) aufweisen, um die niedrige natürliche Schwingungsfrequenz des Metalls anzuheben, so daß das strukturelle Geräusch vermindert wird.
Der Montageflansch 64 (für Maschinenkühlungsanwendungen) oder 64' (für Heizungs- oder Klimaanlagen) enthält einen Montagebereich 242 mit darin ausgebildeten Montagemitteln 244 sowie einen becherförmigen Bereich 246, der über den Umfang um eine Mittenöffnung 248 verläuft, in der der Rahmen 22 aufgenommen wird. Dieser becherförmige Bereich 246 weist einen größeren Radius von der Mitte der Öffnung 248 an einem Ende 250 auf und nimmt allmählich ab auf einen kleineren Radius am Punkt 252, der sich ungefähr auf dem Umfang des Rahmens 22 (Figur 12A) befindet.
Ein Merkmal der vorliegenden Rahmen-Flanschverbindung ist die besondere Art, in der jeder Flansch 66, 66' mit dem Rahmen 22 verbunden wird. Wie in Figur 12A gezeigt ist, wird im Montagezustand auf dem Rahmen 22 ein Reservoir 254 (Figur 12A) zur Aufnahme des Epoxid-Klebemittels zwischen der äußeren Oberfläche 256 des Rahmens 22 und der inneren Oberfläche 258 des becherförmigen Bereichs 246 der Montageflansche 66, 66' gebildet. Diese besondere Konstruktion bietet die Aufnahme des Epoxid- Klebemittels im Reservoir während der Drehung des Rahmens relativ zu dem becherförmigen Bereich 246 im Rahmen des Herstellungsprozesses zum Verbinden jedes Montierflansches 66, 66' mit dem Motorrahmen sowie zum Aushärten des Klebemittels.
Eine Rahmenausrichtungseinrichtung 260 wird betriebsmäßig auf jedem Flansch 64, 64' zum ordnungsgemäßen Ausrichten des Flansches relativ zum Rahmen 22 für jede spezielle Anwendung positioniert. Das gewährleistet, daß jede Montageeinrichtung 224 für jede Anwendung ordnungsgemäß positioniert ist.
Während dieses Montageschrittes weisen die äußere Oberfläche 256 des Rahmens und/oder die innere Oberfläche 258 des becherförmigen Bereichs 246 des Flansches ein darauf angebrachtes Klebemittel auf. Bei einer Drehung relativ zueinander, nachdem das Epoxid-Klebemittel in das Reservoir eingebracht ist, wird ein Klebekontakt zwischen dem Oberflächenbereich auf der äußeren Oberfläche des Motorrahmens benachbart zur inneren Oberfläche des Bechers am Flansch bewirkt. Nach dem Aushärten hat sich die Klebeverbindung dazwischen als völlig zufriedenstellend gezeigt.
Während der Montage des Flansches auf dem Rahmen werden die Rahmen- sowie die Flanschoberflächen von Verunreinigungen gesäubert und nach dem Aufbringen des Klebemittel-Aktivators, z.B. vorzugsweise Dymax Aktivator 535, auf den Innendurchmesser des Flansches und den spezifizierten Bereich, in dem der Flansch auf dem äußeren Durchmesser des Rahmens montiert werden soll, wird genügend Zeit zur Verflüchtigung der Lösungsmittel und des Aktivators eingeräumt. Als nächstes wird eine Kugel eines Klebemittels, z.B. vorzugsweise Dymax 602 Gel, auf den Rahmen an dem Punkt aufgebracht, an dem der Rand des becherförmigen Flanschbereichs endet. Unmittelbar nach dem Aufbringen der Kugel eines Klebemittels wird der Flansch mit dem Rahmen unter Drehen des Flansches um etwa 90º relativ zum Rahmen zusammengefügt, um den Aktivator und das Klebemittel miteinander zu vermischen, wonach sie in der Drehhalterung in der ordnungsgemäßen relativen Position für die spezifische Anwendung für eine ausreichend lange Zeit gehalten werden, um die Aktivator-Klebemittel-Kombination sich anfänglich setzen zu lassen, vorzugsweise über etwa drei Minuten. Danach wird die zusammengefügte Kombination zum Aushärten des noch nicht vom Aktivator gehärteten Klebemittels unter eine Aushärtelampe plaziert.

Claims

1. Dynamoelektrische Gleichstrommaschine enthaltend:

einen Rahmen (22),

einen Lagerschild (54), der an dem Rahmen (22) befestigt ist,

ein Paar Lagereinrichtungen (60), die auf entsprechende Weise in dem Rahmen (22) und dem Lagerschild (54) angeordnet sind für eine drehbare Halterung einer Welle (32), wobei die Lagereinrichtung ein selbst-ausrichtendes Lager (228) und einen Halter (230) dafür aufweist und das Lager so sitzt, daß es sich mit der Welle (32) der Maschine frei ausrichtet,

einen Satz von Permanentmagnetelementen (24), die an dem Rahmen (22) befestigt sind,

eine Ankereinrichtung (26) für eine magnetische Wechselwirkung mit den Permanentmagnetelementen (24),

eine Kommutatoreinrichtung (38), die an der Welle (32) befestigt ist,

eine Bürstenplattenanordnung (40), die in dem Rahmen (22) angeordnet ist und einen Satz von Bürsteneinrichtungen (48) der Kommutatoreinrichtung (38) zuordnet,

eine Druckeinrichtung (50), die die Bürsteneinrichtung (48) gegen die Kommutatoreinrichtung (38) drückt, und

eine Befestigungsbügeleinrichtung (64) mit einem Flansch (66), der sich im wesentlichen in Umfangsrichtung um den Rahmen (22) herum erstreckt,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Halterung (230) durch Kleben an einem anderen Teil des Schildes (54) befestigt ist, um das Lager zwischen dem Halter und dem Teil des Lagerschildes (54) zu haltern,

ein Satz von Isolatoreinrichtungen (94) ist zwischen dem Lagerschild (54) und dem Rahmen (22) befestigt und mit der Bürstenplattenanordnung (40) verbunden für eine federnde Halterung der Bürstenplattenanordnung (40) in dem Rahmen (22), und

der Flansch (66) ist durch Kleben an dem Befestigungsbügel (64) befestigt.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der Rahmen (22) ein offenes Ende (90), ein geschlossenes Ende (72, 74) mit einer ersten Lageraufnahmeeinrichtung (68, 71) darin und wenigstens zwei Magneteinrichtungen (24) hat, die durch Kleben darin gehaltert sind,

die Lagerschildeinrichtung (54) eine zweite Lageraufnahmeeinrichtung (218) darin aufweist und an dem Rahmen an seinem offenen Ende befestigt ist, um dadurch die Maschine zu schließen,

die Kommutatoreinrichtung (38) mit Nuten (128) dem Rahmen (22) und der Lagerschildeinrichtung (54) drehbar zugeordnet ist für eine Wechselwirkung mit der Magneteinrichtung,

die Bürstenplattenanordnung (40) in einem Befestigungseingriff zwischen der Lagerschildeinrichtung (54) und dem offenen Ende (90) des Rahmens (22) verbunden ist für eine präzise Lokalisierung von wenigstens zwei Bürsteneinrichtungen (48) relativ zu der Kommutatoreinrichtung (38),

die Leitereinrichtung (205) in einem Befestigungseingriff zwischen der Lagerschildeinrichtung (54) und dem offenen Ende (90) des Rahmens (52) neben der Bürstenplattenanordnung (40) befestigt und mit der Bürsteneinrichtung (48) verbunden ist zum Zuführen von Elektrizität,

wenigstens eine der sich frei ausrichtenden Lagereinrichtungen (60) in der zweiten Lageraufnahmeeinrichtung (218) angeordnet ist zum freien Ausrichten der Welle und

ein Klebemittel in seiner Lage zwischen dem Halter und der zweiten Lageraufnahmeeinrichtung ausgehärtet ist zum Befestigen der wenigstens einen sich frei ausrichtenden Lagereinrichtung in der zweiten Lageraufnahmeeinrichtung, um dadurch die vorbestimmten, im voraus festgesetzten Zustände beizubehalten, und ein Klebemittel in seiner Lage zwischen der Bügeleinrichtung (64) und dem Rahmen ausgehärtet ist, um die Bügeleinrichtung in ihrem Umfangseingriff um den Rahmen herum zu befestigen.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürstenplattenanordnung (40) enthält:

eine Bürstenplatte (176),

wenigstens zwei Bürstenkasteneinrichtungen (42) die funktionsmäßig mit der Platte verbunden und auf der Platte angeordnet sind zum Aufnehmen der Bürsteneinrichtung,

die mehreren Isolatoreinrichtungen (54) auf entsprechende Weise mit der Platte verbunden und in dem Befestigungseingriff zwischen der Lagerschildeinrichtung und dem offenen Ende (90) des Rahmens aufgenommen sind zum Verkleinern von Schwingungen, die von der Platte auf den Rahmen übertragen werden,

wenigstens zwei Verbindereinrichtungen (205) zum entsprechenden elektrischen Verbinden der Bürsteneinrichtung und der Leitereinrichtung und

wenigstens zwei Einrichtungen (50, 198) zum Ausüben einer nahezu konstanten Kraft auf die Bürsteneinrichtung, um die Bürsteneinrichtung gegen die Kommutatoreinrichtung zu drücken.

4. Maschinenach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kraft ausübenden Einrichtungen wenigstens zwei Bandfedern (50, 198) aufweisen, um die etwa konstanten Kräfte auf die Bürsteneinrichtungen auszuüben.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürsteneinrichtung ferner aufweist:

wenigstens zwei Bürsten (48), wobei jede Bürste so aufgebaut ist, daß zunächst nur ein Teil (208) von ihrer longitudinalen Oberfläche (206) die Kommutatoreinrichtung (38) berührt.

6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürsten auf entsprechende Weise einen Anfangskontaktpunkt auf einer etwa symmetrischen Bahn mit der Kommutatoreinrichtung haben, so daß die Bandfedern auf entsprechende Weise einen relativ hohen Anfangsdruck entwikkeln, um die Bürsten schnell in einen Sitz zu bringen.

7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürsten eine Umfangsfläche aufweisen, die sich über wenigstens zwei benachbarte Nuten der Kommutatoreinrichtung spannt, so daß während des Betriebs kein Bürstenrand in die Nuten der Kommutatoreinrichtung eingreift.

8. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Bürsteneinrichtung eine konturierte Oberfläche hat für eine Wechselwirkung mit der Kommutatoreinrichtung.

9. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürstenplatte (176) enthält:

wenigstens vier D Nuten (178) zum betriebsmäßigen Verbinden jeder Bürstenkasteneinrichtung (42) mit der Bürstenplatte.

10. Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürstenkasteneinrichtung mit der Bürstenplatte durch die D Nuten (178) verbunden ist, so daß die Bürstenkasteneinrichtung präzise ausgerichtet ist relativ zur Kommutatoreinrichtung, während die Beanspruchung auf die Bürstenplatte minimiert ist.

11. Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürstenplattenanordnung (40) enthält:

wenigstens zwei Bürstenkästen (42, 44), die betriebsmäßig mit der Bürstenplattenanordnung verbunden sind zum Aufnehmen und präzisen Ausrichten der Bürsten relativ zu der Bürstenplattenanordnung und der Kommutatoreinrichtung.

12. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschildeinrichtung enthält:

eine Einrichtung (214) zum Aufnehmen der Leitereinrichtung und mehrere Einrichtungen (57, 59) zum entsprechenden Haltern der Isolatoreinrichtung, wobei die Lagerschildeinrichtung mit dem Rahmen durch Stapeln verbunden ist.

13. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen enthält:

eine Positioniereinrichtung (88) in dem offenen Ende (90) zum Aufnehmen der Lagerschildeinrichtung und mehrere Befestigungseinrichtungen (84, 86) in dem offenen Ende zum entsprechenden Aufnehmen der Isolatoreinrichtung, wobei das geschlossene Ende wenigstens einen Kühlluftdurchlaß (72), einen Lagersockel (71, 68) und eine Wellenaufnahmeöffnung (70) aufweist, die darin ausgebildet ist.

14. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutator (38) enthält:

einen inneren Isolierabschnitt (150) mit einer darinausgebildeten Bohrung (152), der durch Kleben mit der Welle verbunden ist,

einen äußeren elektrischen Leitungsabschnitt (148), der durch Kleben mit dem inneren Isolierabschnitt verbunden ist und mehrere Ansatzstücke (130) aufweist, und

einen Kern (26, 28), der mit der Welle durch Kleben verbunden ist und eine Wicklungseinrichtung aufweist für eine entsprechende Verbindung in Schaltungsrelation mit den Ansatzstücken.

15. Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß:

die erste Lagereinrichtung (60) betriebsmäßig in der ersten Lageraufnahmeeinrichtung (68, 71) angeordnet ist,

die Magneteinrichtung (24) Spalte (80) dazwischen aufweist, die betriebsmäßig durch Kleben mit dem Rahmen ver-bunden sind und in dem Rahmen so positioniert sind, daß Geräusch, das innerhalb des Rahmens erzeugt und zwischen den Spalten in Richtung auf das geschlossene Ende (72, 74) des Rahmens übertragen ist, daran gehindert ist, durch die Kühleinrichtung (72) direkt aus dem Rahmen auszutreten,

die Welle (32) eine Endspielbewegung in dem Gleichstrommotor hat und eine Lagerfläche (144) an dem einen Ende und eine Geräteverbindereinrichtung (124) an dem anderen Ende aufweist, wobei die Welle mit der ersten Lagereinrichtung neben dem anderen Ende der Welle in Wechselwirkung ist,

mehrere Bleche (30) mit Nuten (128), die einen Kern (28) bilden, der auf der Welle angeordnet ist,

einen Abstandshalter (126), der betriebsmäßig auf der Welle zwischen der Lagerfläche (144) und den Blechen (30) angeordnet ist,

Isoliermittel, das über den Kern, den Abstandshalter und einen Teil der Welle verteilt ist,

der Kommutator (38) einen inneren Isolierabschnitt (150) und einen äußeren elektrischen Leitungsabschnitt mit Ansatzstücken (130) aufweist, wobei der innere Isolierabschnitt durch Kleben mit einem unisolierten Abschnitt der Welle zwischen der Lagerfläche und dem Kern verbunden ist,

eine elektrische Leitungseinrichtung (148), die betriebsmäßig zum Teil in dem Kern angeordnet und betriebsmäßig mit den Kommutatoransatzstücken verbunden ist,

wenigstens zwei Ölschleuderringe (158) mit einem becherförmigen Abschnitt (160), der betriebsmäßig nahe jedem Ende der Welle angeordnet ist, der eine benachbart zu dem Abstandshalter und der andere benachbart zu dem Kommutator,

eine Endspiel-Steuereinrichtung (175), die betriebsmäßig zwischen dem becherförmigen Abschnitt von dem einen Ölschleuderring und dem Kommutator angeordnet ist zum Einstellen der Endspielbewegung der Welle auf einen vorbestimmten Bereich,

eine elektrische Leitereinrichtung (98), die betriebsmäßig mit der Bürstenverbindereinrichtung verbunden ist zum Zuführen von Leistung zu dem Gleichstrommotor,

wobei der Lagerschild (54) elektrische Leiteraufnahmeeinrichtungen (214), die der elektrischen Leiterpositioniereinrichtung entspricht, Isolatorhalterungseinrichtungen, die der Isolatorbefestigungseinrichtung entsprechen, und eine zweite Lageraufnahmeeinrichtung (218, 216) aufweist,

die zweite Lagereinrichtung (60) ein Hülsenlager (228) und einen Halter (230) aufweist, die betriebsmäßig in der zweiten Lageraufnahmeeinrichtung angeordnet sind für eine betriebsmäßige Wechselwirkung mit der Lageroberfläche (144) der Welle, wobei der Halter durch Kleben in seiner Lage in der zweiten Lageraufnahmeeinrichtung gehalten ist nach der Ausbildung von einem vorbestimmten Satz von Zuständen dazwischen, wobei der gleiche vorbestimmte Satz von Zuständen wiederholt dupliziert wird in mehreren einzelnen Lagereinrichtungen in mehreren einzelnen Lageraufnahmeeinrichtungen trotz Abmessungsänderungen in jedem einzelnen Lager, jedem einzelnen Halter und jeder einzelnen Lageraufnahmeeinrichtung,

eine axiale Schwingungsverkleinerungseinrichtung (177) mit einer Schubkompensationseinrichtung (162, 164), die betriebsmäßig zwischen jedem Ölschleuderring und jeder der ersten und zweiten Lagereinrichtungen angeordnet ist zum Verkleinern der axialen Schwingung der Ankereinrichtung, wobei die Ankereinrichtung in Richtung auf das geschlossene Ende des Rahmens vorgespannt ist, so daß die axiale Bewegung der Ankereinrichtung zwischen der ersten Lagereinrichtung und der zweiten Lagereinrichtung minimiert ist, und

mehrere unterschiedliche Befestigungsflansche (64, 64'), die betriebsmäßig mit dem Rahmen verbunden sind, zum Positionieren des Motors relativ zu einer der mehreren Anwendungen, wobei jeder Befestigungsflansch enthält:

einen Befestigungsabschnitt (242) mit einer Mittelöffnung (248) und wenigstens zwei darin ausgebildeten Befestigungsmitteln (244) und

einen becherförmigen Abschnitt (246) mit einem oberen (250) und einem unteren Ende und einer inneren und einer äußeren Oberfläche, die betriebsmäßig mit der Mittelöffnung an ihrem unteren Ende (252) verbunden ist, wobei der Radius des oberen Endes größer als der Radius des oberen Endes ist, die innere Oberfläche (258) des becherförmigen Abschnittes zwischen den oberen und unteren Enden graduell abnimmt von einem Maximum des Radius am oberen Ende zu einem Minimum des Radius an dem unteren Ende, wobei das obere Ende einen Lippenabschnitt aufweist, so daß, wenn einer der mehreren unterschiedlichen Befestigungsflansche betriebsmäßig auf dem Rahmen angeordnet ist, der becherförmige Abschnitt von jedem Befestigungsflansch ein Reservoir zur Aufnahme eines Klebemittels aufweist, wobei das Klebemittel mit einem Klebemittel-Aktivator in Wechselwirkung ist, der auf die innere Oberfläche des becherförmigin Abschnitts und die äußere Oberfläche des Rahmens aufgebracht ist, wodurch jeder Befestigungsflansch und der Rahmen durch Kleben miteinander verbunden sind.

16. Maschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutator (38) mehrere auf dem Umfang im Abstand angeordnete Nuten (128) aufweist, die den äußeren elektrischen Leitungsabschnitt schneiden und die Bürstenflächen dann auf entsprechende Weise eine Kontaktfläche aufweisen, die wenigstens teilweise mit dem äußeren elektrischen Leitungsabschnitt der Kommutatoreinrichtung in Eingriff ist, und wenigstens ein Rand wenigstens benachbart zu der Kontaktfläche angeordnet ist, wobei die Kontaktfläche wenigstens ein benachbartes Nutpaar (148) überspannt, so daß der wenigstens eine Rand nicht in eine der Kommutatornuten eingreift.

17. Maschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß jede Bürste (48) einen weiteren Rand (212) im allgemeinen gegenüber dem wenigstens einen Rand aufweist und wenigstens benachbart zu der Kontaktfläche angeordnet ist, wobei die Kontaktfläche konturiert ist, um den äußeren elektrischen Leitungsabschnitt des Kommutators aufzunehmen.

18. Maschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß jede Magneteinrichtung (24) enthält:

Mittel zum Herbeiführen von wenigstens zwei Kontaktpunkten (110, 112) mit dem Rahmen, so daß es keine Hin- und Herbewegung zwischen jeder Magneteinrichtung und dem Rahmen gibt, um dadurch jede Magneteinrichtung in Bezug auf den Rahmen zu stabilisieren.

19. Maschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß jede Magneteinrichtung in der Mitte (100) dicker ist und von dort zu jedem Ende (102, 104) davon verjüngt ist, so daß das Reluktanzmoment verkleinert ist.

20. Maschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftspalt (80) zwischen den Blechen und der Magneteinrichtung an der Mitte von jeder Magneteinrichtung kleiner ist und von dort zu jedem Ende der Magneteinrichtung graduell zunimmt.

21. Maschine nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß jede Magneteinrichtung eine äußere Oberfläche (106) und eine innere Oberfläche (108) aufweist, die um unterschiedliche Fokussierungspunkte gebildet sind, und wobei der Luftspalt zwischen den inneren Oberflächen und dem Kern gebildet ist, um so von einem Minimum an der Mitte von jeder Magneteinrichtung zu einem Maximum an jedem Ende von jeder Magneteinrichtung zuzunehmen.