CH648437A5 - Elektromotor. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit Stator und Rotor, wobei in einem Kohlenhalter verschiebbar gelagerte Kohlebürsten auf einem am Rotor angeordneten Kollektor einwirken.

Elektromotoren werden heute auf fast allen Gebieten der Technik und des täglichen Bedarfs angewendet. Ein wesentliches Problem besteht in der Verschmutzung der Motoren im Laufe der Zeit. Insbesondere Motoren für mobile Geräte werden aus Gewichts- und Kostengründen möglichst klein gebaut. Dadurch gewinnt jedoch die Kühlung, welche meistens in Form eines den Motor durch- und umströmende Luftstromes realisiert wird, erheblich an Bedeutung. Mit diesem Kühlluftstrom gelangen auch Staub und andere kleinere, feste Partikel, wie beispielsweise Sandkörner, in den Elektromotor. Hier führen sie an den beweglichen Teilen zu einem übermässig starken Verschleiss, wodurch deren Lebensdauer erheblich herabgesetzt wird. Dies trifft insbesondere auf den Kollektor und die auf ihn einwirkenden Kohlebürsten zu. Bei den meisten heute im Betrieb stehenden Elektromotoren sind der Kollektor und die Kontaktstellen der Kohlebürsten völlig ungeschützt und unterliegen somit einem extrem starken Verschleiss. Da der Kollektor mit den Rotorwicklungen ver-schweisst oder verlötet ist, muss bei einem schadhaft gewordenen Kollektor der gesamte Rotor ausgewechselt werden. Dies verursacht erhebliche Kosten.

Um dieses Problem zu beheben, wurde bereits vorgeschlagen, den Kollektor über seinen gesamten Umfang mit einem Ring zu umgeben. Dadurch soll die direkte Beaufschlagung des Kollektors durch Fremdkörper vermieden werden. Diese Lösung hat sich jedoch in der Praxis als ungünstig erwiesen. Bei einem an seinem gesamten Umfang von einem Ring umgebenen Kollektor kann nur ein kleiner Teil des Kühlluftstromes zu den Lamellen am Umfang des Kollektors gelangen. Die daraus resultierende ungenügende Kühlung führt mit derZeit zu einer Überhitzung des Kollektors, wodurch in der Folge die Anschlussdrähte der Rotorwicklungen ausgelötet werden können. Ausserdem kann die Isolierung von Kollektor und Drähten Schaden leiden. Trotz des Ringes in den noch verbleibenden Spalt gelangende Verschmutzungen bauen sich zu einer festen Schicht auf, welche mit der Zeit den Spalt überbrückt und in dauerndem Schleifkontakt mit dem Kollektor steht.

Aus ganz anderen Gründen ist es ausserdem bekannt, den Kollektor allseitig abzukapseln. Dabei wird der Kollektor nicht nur über den gesamten Umfang, sondern auch seitlich vollständig abgedichtet. Diese Aufgabenstellung stammt aus der Verwendung von Elektromotoren im Bergbau, wo durch allfällige Funken am Kollektor sogenannt schlagende Wetter ausgelöst werden können. Bei einer völlig gekapselten Ausführung unterbleibt jedoch die Kühlung des Kollektors völlig. Aus diesem Grunde wurde weiterhin vorgeschlagen, lediglich die Kohlebürsten einzukapslen und gegen die Oberfläche des Kollektors beidseitig der Kohlebürste Dichtflansche anzuordnen. Bei dieser Ausbildung bleibt damit ein Teil der Kollek-toroberfläche frei. Durch die beidseitigen Dichtflansche wird das Verlängern der zwischen den einzelnen Kollektorlamellen angeordneten Glimmer-Isolierschichten bis zur Kollektor-Oberfläche notwendig. Dies führt wiederum zu einem erhöhten Verschleiss der Kohlebürsten durch die harten Glimmer-Isolierschichten.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, bei einem Elektromotor an dessen Kollektor eine Einrichtung zu schaffen, welche für Kollektor und Kohlebürsten einen wirksamen Schutz vor Verschmutzung und eine genügende Kühlung des Kollektors ermöglicht.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Kollektor auf der entgegen der Drehrichtung des Rotors gewandten Seite der Kohlebürsten von kreisringsegmentförmigen Schalen abgedeckt ist.

Die Abdeckung befindet sich somit lediglich auf der Einlaufseite der Kohlebürsten, während die gegenüberliegende Auslaufseite frei ist. Durch diese Ausbildung kann der Kühlluftstrom im Bereich der Kohlebürsten nicht an den Kollektor gelangen. Die Schalen können bis dicht an die Oberfläche des Kollektors herangezogen werden. Im dünnen, noch verbleibenden Luftspalt wird dann die Strömungsgeschwindigkeit erheblich reduziert und der Luftdurchsatz herabgesetzt. Dadurch baut sich zwischen der Kollektoroberfläche und den Schalen gegenüber der strömenden Luft ein Überdruck auf, welcher das Eindringen von Staub in den Luftspalt verhindert.

Um einen wirksamen Schutz und eine noch genügende Kühlung des Kollektors zu ermöglichen, ist es zweckmässig, dass sich die kreisringsegmentförmigen Schalen über einen Winkel a von 40 bis 90° erstrecken. Somit bleibt mindestens die Hälfte der Oberfläche des Kollektors frei und für den Kühlluftstrom zugänglich. Der den Kollektor mindestens umgebende Bereich genügt andererseits, um die Ausbildung einer ausgeprägten Strömung durch den Spalt zwischen Schale und Kollektor zu verhindern.

Die Elektromotoren werden in der Regel in axialer Richtung von der Kühlluft durchströmt. Um nun zu verhindern, dass ein Teil des Kühlluftstromes unter die den Kollektor abdeckenden Schalen gelangen kann, ist es vorteilhaft, dass die Schalen an einen Bund anschliessen, welcher das den Kollektor überragende, freie Ende der Rotorwelle umgibt. Der Bund kann kreisringförmig sein oder aus einzelnen Ringsegmenten bestehen, welche im Bereich der Schalen angeordnet sind. Durch das Zusammenwirken des Bundes und der Schalen kann der Kühlluftstrom optimal geleitet werden. Die Schalen können sich in axialer Richtung auf dem Bund abstützen.

Für eine einfache und wirtschaftliche Fertigung ist es zweckmässig, dass die Schalen mit dem Kohlenhalter einstük-kig ausgebildet sind. Eine solche Ausbildung erleichtert auch die Montage. Durch die einstückige Ausbildung können auch zusätzliche Elemente zur Befestigung der Schalen am Kohlenhalter entfallen. Ausserdem können dann Kohlenhalter und Schalen aus dem selben, vorzugsweise isolierenden Material gefertigt werden. Bei den in Frage kommenden Druck- oder Spritzgussherstellungsverfahren sind dabei erhebliche Kosteneinsparungen möglich.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen näher erläutert werden.

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Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemässen Elektromotor, im Schnitt entsprechend der Linie 1-1 in Fig. 2 dargestellt.

Fig. 2 einen Schnitt durch den Elektromotor gemäss Fig. 1 entlang der Linie II-II. 5

Fig. 3 einen Teilschnitt des erfindungsgemässen Elektromotors entlang der Linie III-III in Fig. 2.

Fig. 4 eine Variante des erfindungsgemässen Elektromotors entsprechend Fig. 3.

Der aus Fig. 1 ersichtliche, erfindungsgemässe Elektromo-10 tor besteht im wesentlichen aus einem insgesamt mit 1 bezeichneten Gehäuse mit darin befestigtem Stator 2. Das Gehäuse 1 ist aus einem Vorderteil la und einem damit verbundenen Hinterteil lb zusammengesetzt. Im Gehäuse 1 ist in Lagern 3 ein insgesamt mit 4 bezeichneter Rotor drehbar 15 gelagert. Auf der Rotorwelle 4a ist ein Kollektor 5 angeordnet. Das Hinterteil lb des Gehäuses 1 weist über seinen Umfang hinausragende Kohlenhalter 6 auf. Im Kohlenhalter 6 sind Kohlebürsten 7 verschiebbar gelagert. Die Kohlebürsten 7 werden mittels Federn 8 und einem den Kohlenhalter 6 20 verschliessenden Deckel 9 gegen den Kollektor 5 gedrückt. Der Kollektor 5 wird über einen Teil seines Umfanges von insgesamt mit 10 bezeichneten, kreisringsegmentförmigen Schalen abgedeckt. Diese verhindern die Beaufschlagung des Kollektors 5 mit der teilweise Fremdpartikel enthaltenden, 25 das Gehäuse 1 durchströmenden Kühlluft. Die Schalen 10 schliessen in axialer Richtung an einem beispielsweise ringförmig ausgebildeten, über Stege lc mit dem Hinterteil lb verbundenen Bund ld an. Durch den das freie Ende der Rotorwelle 4a ganz oder nur im Bereich der Schalen 10, 20 30 umgebendem Bund ld wird weitgehend vermieden, dass

Kühlluft zwischen die Schalen 10, 20 und den Kollektor 5 gelangen kann.

Aus dem in Fig. 2 dargestellten Schnitt durch das Gehäuse 1 sind die das Hinterteil lb radial überraschenden Kohlenhalter 6 mit den Deckeln 9 ersichtlich. Weiterhin zeigt Fig. 2 die den Bund ld mit dem Hinterteil lb verbindenden Stege 1 c. Auf der entgegen der Drehrichtung R des Rotors 4 gewandten Seite der Kohlebürsten 7 wird der Kollektor 5 von den Schalen 10 abgedeckt. Die Schalen 10 erstrecken sich über einen Winkel a von etwa 40 bis 90°. An den Schalen 10 sind Rippen 10a angeordnet, mit denen die Schalen 10 radial am Hinterteil lb abgestützt sind. Zwischen den Stegen lc befinden sich Öffnungen le, durch welche Kühlluft strömen kann.

In dem in Fig. 3 gezeigten Schnitt sind der Rotor 4 und der Kollektor 5 weggelassen. Aus der Zeichnung ist der strömungsgünstige Querschnitt der Stege lc ersichtich, welche den Bund ld mit dem Hinterteil lb verbinden. Die Schale 10 schliesst an den Bund ld an. Am Umfang der Schale 10 ist die sich ebenfalls am Hinterteil lb abstützende Rippe 10a ersichtlich. Wie die Figur weiterhin zeigt, ist an der Schale 10 ein Ansatz 10b angeordnet, welcher den Kohlenhalter 6 auf drei Seiten umgibt. Dieser Ansatz 10b dient ebenfalls der AbStützung der Schale 10 im Hinterteil lb.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführung des erfindungsgemässen Elektromotors. Im Unterschied zu Fig. 3 ist jedoch der Ansatz 20b der Schale 20 stromlinienförmig ausgebildet und umgibt den Kohlenhalter 6 vollständig. Die Schalen 20 sind somit mit dem Kohlenhalter 6 einstückig ausgebildet. Die Schale 20 weist ebenfalls eine Rippe 20a zur Abstützung im Hinterteil lb auf.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

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1. Elektromotor mit Stator und Rotor, wobei in einem Kohlenhalter verschiebbar gelagerte Kohlebürsten auf einen am Rotor angeordneten Kollektor einwirken, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor (5) auf der entgegen der Drehrichtung (R) des Rotors (4) gewandten Seite der Kohlebürsten (7) von kreisringsegmentförmigen Schalen (10, 20) abgedeckt ist.

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die kreisringsegmentförmigen Schalen ( 10,20) über eine Winkel a von 40 bis 90° erstrecken.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalen (10,20) an einen Bund (ld) anschliessen, welcher das den Kollektor (5) überragende freie Ende der Rotorwelle (4a) umgibt.

4. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalen (20) mit dem Kohlenhalter (6) einstückig ausgebildet sind.