DE10319460A1 - Elektrohandwerkzeugmaschine mit elektromotorischem Antrieb - Google Patents
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Abstract
Eine Handwerkzeugmaschine, die über einen Elektromotor (20) angetrieben wird, wobei der Elektromotor (20) einen Kommutator (28) aufweist, der aus scheibenartigen Ringsegmenten bzw. Lamellen (32) gebildet wird, wird dadurch sicherer gegen Kontaktfunkenbildung, dass mindestens eine der Lamellen (32) mindestens eine zentrale Ausnehmung (42, 44, 46) hat.
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung geht aus von einer Elektrohandwerkzeugmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Aus der
EP 350 855 - Bei bekannten von Elektrohandwerkzeugmotor-Kommutatoren wurde versucht, deren Verformung bei hohen Drehzahlen durch Ringanker entgegenzuwirken, die die ringartig gebündelten, den Kommutator bildenden Lamellen radial nach innen vorgespannt halten. Diese Anordnung hat nur teilweise zu Erfolg geführt und die bekannten Kommutatoren sind trotz der beschriebenen Maßnahmen nur ungenügend gegen Verformung gesichert und verhältnismäßig aufwändig zu fertigen und zu montieren.
- Vorteile der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat dagegen den Vorteil, dass sich der Kommutator auch bei Höchstdrehzahlen nicht spürbar verformt und demzufolge einen lichtbogenarmen Kontakt zu den Kohlebürsten sichert. Dadurch ist der Verschleiß sowohl der Kohlebürsten als auch des Kommutators gering und die Lebensdauer des entsprechenden Elektromotors verlängert. Dessen Wirkungsgrad wird verbessert, weil mehr elektrische Leistung in Arbeitsleistung und weniger in Wärme umgesetzt wird. Darüber hinaus ist durch die geringere Lichtbogenentwicklung die Störwirkung im Funk- und Radiowellenbereich geringer und die Entstörung des Elektrohandwerkzeugs vereinfacht oder einsparbar.
- Dadurch, dass die Kommutatorlamelle mindestens eine zentrale Ausnehmung hat, bildet sie ein formsteifes Balkenprofil, das quer zur Längsachse gerichteten Verformungskräften infolge der hohen Radialbeschleunigung einen hohen Verformungs- bzw. Biegewiderstand entgegensetzt, das infolge Massereduzierung geringeren Verformungskräften ausgesetzt ist, als bisher bekannte Kommutatorlamellen.
- Dadurch, dass die Ausnehmung zentral quer durch die Lamelle führt, ist durch das ringförmig zum Kommutator gebündelte Lamellenpaket ein ringförmiger Kanal gebildet, durch den hindurch Kühlluft geführt werden kann bzw. ein weiterer Ringanker greifen kann, der die Lamellen mittig radial nach innen vorspannt, sodass sie bei hoher Drehzahl nur wenig radial nach außen verformt werden können.
- Dadurch, dass die Ausnehmung geprägt ist und eine dünne Restwand stehen bleibt, ist sowohl die Werkstoffstruktur der Lamelle verfestigt als auch die Formsteifigkeit in Folge der Profilbildung verbessert.
- Dadurch, dass die Ausnehmung als fensterartiger, die Lamelle vollständig durchgreifender Durchbruch ausgestaltet ist, wird im Kommutator ein umlaufender, massereduzierter Ringkanal gebildet, der gegenüber bisherigen Lösungen eine bessere Verteilung des Klebers bzw. der Pressmasse zum Zusammenhalten des Kommutators ermöglicht.
- Dadurch, dass eine Ausnehmung längs durch die balkenartige Lamelle führt, ist diese leichter als eine massive Lamelle und mindestens ebenso formsteif. Durch die kleinere Masse jeder Lamelle wirken geringere Massenkräfte, sodass bei hoher Radialbeschleunigung die Verformung der Lamellen bzw. des Kommutators geringer ist.
- Dadurch, dass die zentrale Querausnehmung oval oder ein oval konturiertes, beispielsweise achteckiges Vieleck ist, bildet die entsprechende Lamelle ein besonders formsteifes Profil.
- Dadurch, dass die Lamelle beidenends zusätzliche, offene Querausnehmungen aufweist, können sich die Endbereiche der Lamellen tendenziell deutlicher radial nach außen verformen als massive Lamellen. Dies wirkt einer Wölbung des Mittelbereichs der Lamelle nach außen entgegen, so dass dieser im Berührungsbereich der Kohlebürste eben bleibt. Die Endbereiche haben einen von außen nach innen zunehmenden Querschnitt und damit zunehmende Biegesteifigkeit, so dass deren fliehkraftbedingte radiale Verformung nach außen verringert wird. Außerdem kann sich im Bereich der Hohlräume die Pressmasse bzw. der Kleber besser verteilen.
- Dadurch, dass die Enden der balkenförmigen Lamellen einen Lüfterflügel bilden, wird ein zusätzlicher Kühlluftstrom um den Kommutator herum bzw. durch diesen hindurch erzeugt, der wegen besserer Kühlung den Wirkungsgrad des mit dem erfindungsgemäßen Kommutator bestückten Elektromotors deutlich verbessert.
- Dadurch, dass durch die Ausnehmung ein Kühlluftstrom geleitet wird, sind die einzelnen Lamellen und damit der gesamte Kommutator kühlbar. Wärmestau und Überhitzung des Elektromotors werden damit ausgeschlossen.
- Dadurch, dass durch die zentrale Querausnehmung ein vorspannbarer Ringanker greift, ist der Verformung der Lamellen bei hoher Radialbeschleunigung entgegenwirkbar.
- Dadurch, dass die Querausnehmungen nach einer Seite jeder Lamelle Ausstülpungen bilden, bilden die Lamellen im Ringverbund ein besonders stabiles, gegen Verformung sicheres Gebilde.
- Dadurch, dass die Lamellen an ihren als Kontaktfahnen dienenden äußeren Enden mit Lüfterflügeln versehen sind, ist die Kühlung des Motors im Kommutatorbereich verbessert.
- Zeichnungen
- Nachstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
- Es zeigen
-
1 einen Längsschnitt einer Handwerkzeugmaschine mit Universalmotor, -
2 den räumlichen Längsschnitt eines Kommutators, -
3 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Kollektors, -
4 einen weiteren Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Kollektors und -
5 eine einzelne Lamelle des Kommutators. -
6 eine andere Variante einer einzelnen Lamelle und -
7 eine weitere Variante einer einzelnen Lamelle des Kommutators. - Ausführungsbeispiel
-
1 zeigt einen Längsschnitt einer als Exzenterschleifer ausgestalteten Handwerkzeugmaschine10 , deren stufenzylindrisches Gehäuse12 eine senkrecht verlaufende Längsachse13 hat, von der sich im Wesentlichen senkrecht radial nach außen ein Haupthandgriff14 und in entgegengesetzte Richtung, d.h. nach vorn eine Zusatzhandgriff18 erstreckt. An der Unterseite des Haupthandgriffs14 sitzt eine Taste16 eines zum Ein- und Ausschalten des Handwerkzeugmaschinenantriebs10 vorgesehenen, nicht näher bezeichneten Schalters. - Mittig im Gehäuse
20 bzw. zur Längsachse13 ist ein Elektromotor20 angeordnet, dessen Stator22 vom Gehäuse12 spielfrei umgriffen und fixiert wird und dessen zentraler Rotor24 aus einer mittigen Rotorwelle25 besteht, die mit radial nach außen sich erstreckenden Rotorblechen bestückt ist. Die Rotorbleche26 sind von einer nicht näher bezeichneten elektrischen Drahtwicklung durchzogen, die in bekannter Weise mit einem Kommutator28 elektrisch verbunden ist. Der Kommutator28 sitzt am oberen Ende des Rotors24 auf der Rotorwelle25 , deren Ende in einem gehäusefesten Lager29 drehbar gelagert ist. Der Kommutator28 wird auf gegenüberliegenden Seiten von zwei Kohlebürsten30 kontaktiert, die sich mittels Federn31 radial nach innen vorgespannt am Kommutator28 abstützen. - Der Kommutator
28 setzt sich aus einer Vielzahl zu einem Ring aneinandergefügter Lamellen32 zusammen. Diese sind gegeneinander mit einer einen geringen Zwischenraum bildenden elektrischen Isolation43 beabstandet. In Betrachtungsrichtung nach unten setzt sich die Rotorwelle25 als Antriebswelle36 fort, wo sie einen nicht näher bezeichneten Ventilator und einen Schleifteller38 drehend antreibt. -
2 zeigt eine Variante eines erfindungsgemäßen Kommutators28 als Einzelheit vergrößert dargestellt. Dadurch ist dessen Aufbau deutlich erkennbar, der auf einem zentralen Tragzylinder41 basiert, das von einer rohrartigen Isolierschicht43 umgriffen wird, um die sich ein ringartiges Paket aus länglichen, schmalen, im Querschnitt V-förmigen Lamellen32 zusammensetzt. Jede Lamelle32 geht in einen rechtwinklig nach außen abgewinkelten Haken50 über, der als Kontaktfahne zur Verbindung mit den nicht näher bezeichneten elektrischen Leitern der Rotorwicklung dient. Jede der flach-länglichen Lamellen32 trägt benachbart zur nächsten Lamelle32 eine radial ebene, elektrische Isolierschicht34 . Jede Lamelle32 weist beidenends nutartige Randausnehmungen48 auf, die von einem vorspannbaren Ringanker40 durchgriffen werden, der jede einzelne Lamelle32 radial nach innen auf das Tragrohr41 vorgespannt hält. Dadurch werden zumindest die Enden der Kommutatorlamellen32 daran gehindert, sich bei Betriebsdrehzahl in Folge der hohen Radialbeschleunigung bei etwa 30.000 U/min radial nach außen von Tragzylinder41 bzw. der Isolierschicht43 zu lösen. - Durch eine zentrale Ausnehmung
42 und eine trapezförmige Gestaltung der äußeren Lamellenenden45 erhält jede einzelne Lamelle32 eine Form, die deren Mitten- und Endbereich derart versteift, dass diese sich auch bei Höchstdrehzahl des Rotors nicht spürbar radial nach außen wölben. Dadurch bleibt die Lamelle32 auch bei Höchstdrehzahl außen eben bzw. gerade, sodass ein optimaler elektrischer Kontakt zu den geraden Kontaktflächen der Kohlebürsten30 gesichert ist und keine konvexen Längs-Wölbungen zu Linienberührung und damit zu verstärkter Funkenbildung führen. -
3 zeigt einen Querschnitt des Kommutators28 , wobei dessen im Querschnitt V-förmige Lamellen32 in ihrer Paketierung zu einem ringförmigen Gebilde erkennbar sind und wobei auch die senkrechte Isolierschicht34 und die Haken50 auf der Rotorseite erkennbar sind. Die Haken50 sind mit zusätzlichen lüfterflügelartigen, angeprägten Flächen zur Kühlung versehen. Alle Lamellen32 sind mit Längsausnehmungen44 ,46 versehen, die durch die gesamte Lamelle hindurchführen und eine weiter verbesserte Formsteifigkeit verleihen bzw. deren Masse verringern. -
4 zeigt einen Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Kommutators280 , dessen Tragrohr410 mit hinterschnittenen Nuten41 1 versehen ist, in die eine rohrförmige Isolierschicht430 greift und sich festhält, die wiederum ein ringförmiges Paket aus Lamellen32 mit als Kontaktfahnen dienenden Haken50 und zentraler Ausnehmung42 trägt. Diese Lamellen32 sind mit der Isolierschicht430 vergossen und werden durch deren Eintritt in die Randausnehmungen48 festgehalten. - An ihren äußeren Enden tragen die Lamellen
32 Lüfterflügel52 zur Verbesserung der Motorkühlung im Bereich des Kommutators -
5 zeigt die Einzelheit einer Lamelle32 , deren V-förmiger Querschnitt und deren Randausnehmungen48 bzw. zentrale Ausnehmung42 sowie Längsausnehmungen44 ,46 . Darüber hinaus haben die Seitenflächen eingeprägte kantige Vertiefungen, die die Struktur der Lamelle32 weiter versteifen und ein formschlüssiges Verbinden mit der jeweiligen Isolierschicht34 verbessert. - Die
5 ,6 zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel einer Lamelle mit trapezförmigen äußeren Lamellenenden im Bereich45 , wobei die zentrale quer verlaufende Ausnehmung42 ein angenäherte Sechseck bilde und zwischen dieser und den Randausnehmungen48 weitere quer verlaufende kleine dreieckförmige Durchbrüche55 angeordnet sind. Zudem sind in der unteren Längskante gegenüber von Materialstegen66 dreieckige Kerben60 eingebracht. -
7 zeigt eine Lamelle3200 , die im wesentlichen mit der gemäß5 übereinstimmt jedoch im Unterschied zu dieser einen als Kontaktfahne dienenden Haken50 mit einem Lüfterflügel52 bzw. am anderen äußeren Ende einen weiteren Lüfterflügel52 zur Verbesserung der Kühlung im Kommutatorbereich aufweist.
Claims (12)
- Handwerkzeugmaschine, die über einen Elektromotor (
20 ) angetrieben wird, wobei der Elektromotor (20 ) einen Kommutator (28 ) aufweist, der aus scheibenartigen Ringsegmenten bzw. Lamellen (32 ) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Lamellen (32 ) mindestens eine zentrale Ausnehmung (42 ,44 ,46 ) haben und eine Lochscheibe bilden. - Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (
42 ) länglich ist. - Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (
42 ) als Einprägung mit einer geschlossenen dünnen Restwand ausgestaltet ist. - Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (
42 ) als durchgehender Durchbruch ausgestaltet ist. - Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (
44 ,46 ) zwei gegenüberliegende Flachseiten der Lamelle (32 ) fluchtend durchtritt. - Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (
42 ,44 ,46 ) oval ist. - Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamelle (
32 ) neben der zentralen Ausnehmung (42 ) Randausnehmungen (48 ) hat, die den Randenden eine trapezförmige Kontur und damit der Lamelle (32 ) eine ambossartige Kontur geben. - Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche einer Lamelle (
32 ) oberhalb der Ausnehmung (42 ,44 ,46 ) so ausgestaltet sind, dass sie sich bei Arbeitsdrehzahl und Arbeitstemperatur derart verformen, dass die mit den Kohlebürsten (30 ) zu kontaktierende Fläche im wesentlichen eine Ebene bildet. - Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenenden der Lamellen (
32 ) als Lüfter dienen und einen Kühlluftstrom durch die Lamellen (32 ) hindurch in Gang setzen. - Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ausnehmungen (
42 ,44 ,46 ) ein Kühlluftstrom geleitet wird. - Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die zentrale Ausnehmung (
42 ) und/oder die Randausnehmung (48 ) ein, insbesondere vorspannbarer, Ringanker (40 ) greift. - Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der den Kommutator (
28 ) bildende Verbund des Lamellenpakets stabilisiert wird durch je eine rohrstutzenartige Ausstülpung an einer Seite jeder Lamelle (32 ) im Bereich der zentralen Ausnehmung (42 ), die in die zentrale Ausnehmung (42 ) auf der anderen Seite jeder benachbarten Lamelle (32 ) ragt, wobei Isoliermaterial (34 ) dazwischen sitzt.
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