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Kommutatormaschine mit scheibenförmigem Luftspalt Die Erfindung bezieht
sich auf Kommutatormaschinen mit scheibenförmigem Luftspalt, insbesondere auf Motoren
und Generatoren kleiner Leistung. Prinzipiell steht aber dem Bau großer Einheiten
nichts im Weg.
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Elektrische Maschinen mit scheibenförmigem Luftspalt sind an sich
bekannt. In diesen Maschinen sind der Stator und Rotor mit radial verlaufenden prismatischen
Nuten von rechteckigem Querschnitt versehen, und die vorgefertigten Spulen der Wicklung
werden in der endgültigen Form in die Nuten eingelegt, wobei die Spulen besonders
umbandelt sind.
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Es ist ferner bekannt, die Verfestigung und Isolation von Spulen,
um ihre Herstellung rationell zu gestalten, durch Füllung der Lücken zwischen den
Windungen mit Kunstharz zu sichern. Es ist im weiteren bekannt, aktive Eisenteile
elektrischer Maschinen aus Sintermaterial herzustellen. Es ist jedoch ohne weiteres
einzusehen, daß die Herstellung von genuteten Statoren und Rotoren der üblichen
Bauart, d. h. von Maschinen mit zylindrischem Luftspalt aus magnetisierbarem Sintermaterial,
erhebliche Schwierigkeiten bereitet. Die Sinterform für den Stator muß beispielsweise
einen Kern aufweisen, der mit nach außen gerichteten, mit Unterschnitten versehenen
Zacken besetzt ist. Dadurch wird die Herstellung der Sintereisenstatoren heikel
und schwierig. Außerdem ist die Herstellung der entsprechenden Formen kostspielig,
was mit zu den bereits erwähnten Umständen zur Verteuerung der Herstellung der Eisenteile
des Motors aus Sintermaterial beiträgt. Dies mag der Grund sein, weshalb bis jetzt
auf dem Markt kaum
Motoren mit zylindrischem Luftspalt mit Eisenteilen
aus Sintermaterial anzutreffen waren.
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Die Erfindung hat zum Gegenstand eine Kommutatormaschine mit scheibenförmigem
Luftspalt und radial verlaufenden prismatischen Nuten rechteckigen Querschnitts
im Statur und Rotor und ist dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven Eisenkörper
aus magnetisierbarem Sintermaterial bestehen und in ihren unisolierten Nuten die
vorgefertigten, in einer Formlehre in Kunstharz eingebetteten Statur- und Rotorspulen
nach dem Verfestigen des Kunstharzes eingelegt sind.
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Die Erfindung bezieht sich also auf eine Kombination von an sich bekannten
Merkmalen, welche neu ist und eine sehr einfache, rationelle und ökonomische Herstellung
der Kommutatormaschine erlaubt. Es leuchtet ein, daß bei Verwendung eines gesinterten
Eisenkörpers und einer in Kunstharz eingebetteten Spule sich der wesentliche Vorteil
ergibt, daß die Spulen nunmehr ohne Weiterbehandlung in die unisolierten Statornuten
eingelegt werden können, ohne daß Wicklungsschäden durch scharfe Kanten des Eisenkörpers
zu befürchten sind. Diese Bauart eignet sich somit für die Massenanfertigung ganz
besonders.
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Statur und Rotor haben die Form einer Scheibe, auf die einseitig prismatische
Zähne aufgesetzt sind. Die Sinterformen sind also absolut kern- und unterschnittfrei,
und die Gefahr, daß die gesinterten Teile beim Entfernen aus der Sinterform beschädigt
werden, ist praktisch nicht vorhanden. Es ist offensichtlich, daß eine derartige
Form der Eisenteile viel leichter hergestellt werden kann als eine Hülse mit komplizierter
Innenzahnung, wie dies beispielsweise für die bekannten Statorformen nötig gewesen
ist.
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Es ist an sich bekannt, bei den genannten Maschinen mit scheibenförmigem
Luftspalt die Wicklungen auf Schablonen vorzubereiten und sie in Kunstharz einzubetten.
Diese letzte Möglichkeit ist nun weitgehend abhängig von der mechanischen Beschaffenheit
der Nuten und der Eisenteile des Motors überhaupt. Während aus gestanzten Blechen
aufgebaute Eisenteile und solche, die nachträglich durch Fräsen mit Nuten versehen
werden, scharfe Kanten und rauhe Flächen aufweisen, ist dies bei gesinterten Eisenteilen,
nicht der Fall, und dieser Umstand ist wieder Voraussetzung dazu, daß die Bewicklung
der Maschine in einfacher und rationeller Weise in unisolierten Nuten erfolgen kann.
Wohl wäre es möglich, auch bei dem bekannten Aufbau der Eisenteile die scharfen
Kanten und rauhen Flächen durch Nachbearbeitung zu entfernen, wobei aber für diese
Nachbearbeitung unverhältnismäßig viel Zeit in Anspruch benommen wird.
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Die Herstellung der erfindungsgemäßen Maschine erfordert also in allen
Schritten minimalen Arbeits-und Zeitaufwand. Die Wahl der Form der Eisenteile zusammen
mit der Wahl des Materials dieser Teile und der vorteilhaften Bewicklung erlauben
die Herstellung einer äußerst zuverlässigen und billigen Maschine, wie sie mit den
bekannten Fabrikationsverfahren nicht geschaffen werden konnte. An Hand der Zeichnungen
sollen einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes näher erläutert werden.
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Fig. I zeigt eine Kommutatormaschine im Schnitt; Fig. 2 zeigt eine
Ansicht des Stators der Maschine von der Rotorseite mit schematisch dargestellten
Statorwicklungen; Fig. 3 stellt eine Ansicht des Rotors der Maschine von der Statorseite
dar, und Fig. 4 zeigt die Wickelschablone mit einer fertigen Statorwicklung.
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Die in den Fig. I und 2 dargestellte Maschine besitzt einen Statur
I aus gesintertem Weicheisenpulver, der als Preßling gewonnen wird. Er besteht aus
einem scheibenförmigen Teil 3, einer Nabe 2 für das Rotorlager und Zähnen 4, die
durch prismatische Nuten 5 von rechteckigem Querschnitt voneinander getrennt sind.
Der Rotor 8 ist dem Statur analog aufgebaut und hergestellt: Auf der Scheibe 6,
die auf der Welle 7 befestigt ist, befinden sich die Zähne 9, die ebenfalls durch
prismatische Nuten von rechteckigem Querschnitt voneinander getrennt sind. Es ist
jedoch nicht nötig, daß die Nutenzahl des Rotors mit der Nutenzahl des Stators übereinstimmt.
In der Zeichnung ist für die beiden Körper aus Sintereisen dieselbe Nutenzahl angenommen
worden.
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Der Kommutator wird im allgemeinen, wie in den Zeichnungen dargestellt,
radial angeordnet, kann aber, wenn es Vorteile bietet, auch axial angeordnet sein.
Er besteht aus Kupfersegmenten Io, welche mit Nieten II auf einer Scheibe aus Isoliermaterial
12 befestigt sind. Die Isolierscheibe 12 ist mit Nieten 13 an Ventilatorflügeln
4o des Rotors befestigt. Durch weitere Isolierscheiben 14 wird der Kommutator gegen
den Rotor isoliert.
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Dem Kollektor gegenüber sind im Statorgehäuse, von ihm durch eine
Isolierhülse 16 elektrisch getrennt, Bürstenhalter 15 befestigt.
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Die in Fig. 2 schematisch dargestellte Statorwicklung 17 wird auf
einer Schablone gewickelt. Die Schablone besteht aus einem Brett 32 (Fig. 4), in
welches in passend angeordnete Löcher Stifte 33, 34 und 35 gut passend hineingeschoben
werden können. Zum Wickeln der Statorwicklung 17 schiebt man zuerst die Stifte 33
in das Brett 32 und wickelt darüber die Spule 36. Hat diese Spule genügend Windungen,
so werden die Stifte 34 eingeschoben, auf welche mit dem gleichen Draht die Spule
37 gewickelt wird. Zuletzt wird die Spule 38 über die Stifte 35 gewickelt. Im Brett
32 sind Schlitze 39 vorgesehen, um Bindfaden einzulegen, mit denen die fertige Wicklung
zusammengebunden wird. Weist-der Stätör mehr Nuten auf als der hier dargestellte,
so werden auf dem Brett 32 entsprechend mehr Löcher vorgesehen. Sollen nicht alle
Nuten des Stators bewickelt werden, was bei Einphasenmaschinen meist der Fall sein
wird, beginnt man beispielsweise mit dem Wickeln der Spule 37 und läßt die Spule
36 weg.
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Die auf diese Weise gewickelten Spulen können in einer den Zähnen
entsprechenden Formlehre mit
Kunstharz umgepreßt oder getränkt und
hierauf ohne weitere Behandlung in die unisolierten Statornuten 5 eingelegt werden.
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Die derart hergestellte Wicklung wird durch eine Haube I8 aus Kunstharz,
die auf die Absetzung I9 des Statorgehäuses aufgezogen wird, abgedeckt und festgehalten.
Die Haube I8 weist an ihrer Stirnseite Öffnungen 22 auf, durch die die Statorzähne
hindurchragen. In ähnlicher Weise wird die Rotorwicklung 2o aus einzelnen, im allgemeinen
identischen, auf der Wickelmaschine vorbereiteten Spulen aufgebaut. Die Rotorwicklung
entspricht in ihrem schematischen Aufbau einer der bekannten Arten der Gleichstromwicklungen.
Es werden beim Bewickeln des Rotors in bekannter Weise zuerst alle unteren Spulenseiten
in die Nuten eingelegt, dann die oberen Spulenseiten daraufgelegt und die Wicklungsköpfe
zu einer Zopfwicklung hintergedrückt. Die Nuten werden in Analogie zum Stator durch
eine Haube aus Kunstharz abgeschlossen, die gleichzeitig das Herausschleudern der
äußeren Wicklungsköpfe der Rotorwicklung verhindert. Bei großen Einheiten kann die
Haube 2I ohne weiteres durch eine Bandage der bekannten Bauart ersetzt werden, die
den erhöhten Beanspruchungen genügt. Die Nuten 5 des Stators und des Rotors haben
rechteckigen Querschnitt, was sich auf deren Herstellung günstig auswirkt.
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Die physikalische Wirkungsweise der Maschine ist analog derjenigen
bekannter Maschinen. Es ist deshalb auch ohne weiteres möglich, alle Arten von Mehrwicklungsmaschinen,
wie Umformer oder Kompoundmaschinen, zu bauen. Selbstverständlich können auch Mehrphasen-Kommutatormaschinen
dieser Bauart hergestellt werden.
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Eine sehr interessante Anwendung findet der Motor da, wo auf sehr
kurze Auslaufzeiten geachtet werden muß. Der Rotor kann dann axial zwischen zwei
Anschlägen verschiebbar gelagert werden, wobei er durch den axialen magnetischen
Zug in eine Laufstellung gezogen wird. Im Moment des Ausschaltens wird der Rotor
durch eine auf der Achse angebrachte Feder vom Stator weg gegen einen Bremsbelag
gedrückt und auf diese Weise augenblicklich gebremst.
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Es sind natürlich auch verschiedene Kombinationen im mechanischen
Aufbau der Maschine möglich, so können auf beiden Seiten eines bezüglich einer zur
Achse senkrechten Ebene symmetrischen Stators Rotoren angeordnet werden. Je nach
Spannung, Stromstärke und Leistung können die Wicklungen der beiden Maschinen parallel
oder in Serie geschaltet werden. Anderseits lassen sich auch Maschinen mit einem
Rotor und zwei zueinander symmetrischen Statoren bauen. Solche Maschinen haben die
bekannten Vorteile, daß der magnetische Fluß den mittleren Teil nur in rein axialer
Richtung durchsetzt. Dieser Teil braucht deshalb in Richtung des Umfanges überhaupt
keine magnetische Leitfähigkeit aufzuweisen, so daß die Höhe des Ringes nicht wesentlich
mehr als die doppelte Nutentiefe zu betragen braucht.
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Das magnetische Feld braucht sich nur in den äußeren Teilen in Richtung
des Umfanges zum Gegenpol zu schließen. Die Höhe einer Maschine mit zwei Rotoren
oder zwei Statoren nimmt deshalb nicht entsprechend der Verdoppelung der Maschinenleistung
zu. Diese Maschinen fallen deshalb im Verhältnis zu ihrer Leistung sehr leicht aus.
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Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die Erfindung Mittel und Wege
zeigt, um das Bewickeln speziell von Kleinmaschinen wesentlich rationeller und vor
allem wirtschaftlicher zu gestalten. Gleichzeitig ermöglicht die erfindungsgemäße
Maschinentype höhere spezifische Leistungen.