DE19929590A1 - Elektrische Handwerkzeugmaschine - Google Patents

Abstract

Eine elektrische Handwerkzeugmaschine, insbesondere Handschrauber (10), mit einem Gehäuse (12), das einen Motor (20) mit einem Anker (22), insbesondere für Gleichstrombetrieb, aufnimmt, wobei der Anker (22) außen Nuten (30) mit Nutflanken (35) zur Aufnahme einer Ankerwicklung (26) aus Wicklungsdraht (33) aufweist und wobei am Anker (22) ein Lüfter (34) mit Vorsprüngen (40) in die Nuten (30) eingreifend befestigt ist, ist dadurch laufruhiger, robuster, von längerer Lebensdauer und darüber hinaus kostengünstiger herstellbar, daß sich die Vorsprünge (40) radial innen an den in den Nuten (30) verlaufenden Wicklungsdrähten (37) der Ankerwicklung (26) abstützen und als Nutkeile dienen.

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Handwerkzeugmaschine gemäß der Gattung des Anspruchs 1.

Es sind gattungsgemäße Handwerkzeugmaschinen bekannt, deren mit Gleichstrom betreibbarer Motor mit einem Anker versehen ist, der ein Lüfterrad trägt. Dieses greift in die äußeren längsverlaufenden Nuten des Ankers mit kurzen, stummelarti­ gen Vorsprüngen ein und ist darüberhinaus mit dem Anker ver­ klebt.

Dabei dienen die Vorsprünge nur der drehsicheren Befestigung des Lüfterrades am Anker und die Ankerwicklung muß durch ge­ sonderte Mittel in der Nut des Ankers lagegesichert werden. Dies geschieht üblicherweise durch Einschieben gesonderter Nutkeile und/oder durch Einträufeln von Kunstharzen. Diese verfestigen sich und halten damit die Ankerwicklung gegen radiales Austreten in den Nuten fest.

Die hohen Temperaturen beim Betreiben von, insbesondere ak­ kumulatorbetriebenen, Elektromotoren, führen zu großer Län­ gendehnung der Wicklungsdrähte und dadurch bei ungenügender radialer Sicherung zu störenden Unwuchtänderungen, hohen Vi­ brationen und Lagerabnutzung. Außerdem wird durch die hohe Temperatur an Elektromotoren die durch Träufeln aufgebrachte Kunstharzschicht verhältnismäßig schnell brüchig und ver­ liert ihre die Wicklung sichernde Wirkung.

Derartige Lüfterräder bzw. gesonderte Nutverschlüsse sind bekannt durch die EP 536 162 und 261 306 sowie durch US 2,319,194.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vor­ teil, daß ein Lüfter so am Anker eines Elektromotors befe­ stigt wird, daß er dabei - wie mit Nutkeilen üblich - die Wicklung in den Ankernuten radial so beaufschlagt, daß sie nach innen gedrückt wird und ihre Lage nicht mehr verändern kann. Dadurch ist die Laufruhe des Elektromotors auch nach langer und harter Nutzung sehr hoch, weil die einmal vorge­ nommene Auswuchtung unverändert erhalten bleibt und nicht durch Lageänderungen der Wicklung verändert wird.

Außerdem erhält der Anker durch das radiale nach innen Pres­ sen der Wicklungsdrähte ein spürbar kleineres Massenträg­ heitsmoment, so daß das Werkzeug der Handwerkzeugmaschine nach Einschalten des Motors höher beschleunigt bzw. nach Ab­ schalten des Motors schneller zum Stillstand kommt.

Dadurch, daß der Lüfter aus einem Grundkörper besteht, der ringförmig und weniger dick als breit, d. h. flach ausgestal­ tet ist, wobei die Lüfterblätter axial aus den Flachseiten austreten, ist der Lüfter spritztechnisch besonders einfach und kostengünstig herstellbar, weil sich die Gießformen ver­ einfachen.

Auch dadurch, daß die als Ankernutkeil dienenden Vorsprünge am ringartigen Grundkörper achsparallel und im gleichen Win­ kelabstand wie die Nuten des Ankers angeordnet sind, ist das Lüfterrad einfach herstellbar und leicht am Anker montier­ bar.

Dadurch, daß die Lüfterblätter radial außen und innen über den ringartigen Grundkörper hinausstehen und dabei den Grundkörper axial hinter dessen Stirnseite durchdringen, hat der Lüfter in Strömungsrichtung einen geringen Querschnitt und hat einen geringen Strömungswiderstand. Dies erhöht die Kühlleistung am Anker.

Dadurch, daß die Lüfterblätter eben und eckig, insbesonders viereckig sind, sind sie besonders einfach herstellbar bzw. die Kosten des Lüfterrads sind dadurch besonders günstig.

Dadurch, daß die dem Grundkörper zugewandte radiale Innen­ kante der Lüfterblätter radial nach innen und nach vorn schräg verläuft, ist ein günstiger Axialabstand der Lüfter­ blattinnenkanten gegenüber dem Anker bzw. gegenüber der An­ kerwicklung geschaffen. Dies verbessert den Lüftungs- und Kühlungseffekt am Motor.

Dadurch, daß die Vorsprünge des Lüfterrades mindestens halb so lang sind wie die Ankernuten, ist der radiale Abstüt­ zungs- bzw. Niederhaltungseffekt gegenüber der Ankerwicklung in den Ankernuten an der beim Betrieb am höchsten gefährde­ ten Stelle, wie mit Nutkeilen, am wirksamsten, weil in der Mitte des Ankers die zentrifugalkraftbedingte Auslenkung der Wicklung in Folge der hohen Drehzahlen, insbesondere bei großer Erwärmung am größten ist. Dabei sind die Vorsprünge jedoch kürzer als üblicherweise die bekannten Nutkeile, die sich jeweils über nahezu die gesamte Länge der Ankernut er­ strecken.

Dadurch, daß der Anker an beiden Stirnseiten ein Lüfterrad trägt, deren axialen Vorsprünge die Ankerwicklung radial nach innen halten, ist eine weiter verbesserte Kühlung mit einer sich über die gesamte Länge der Ankernut erstreckenden radialen Arretierung der Ankerwicklung kombiniert.

Zeichnung

Nachfolgend ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbei­ spiels mit zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Handwerk­ zeugmaschine,

Fig. 2 eine räumliche Darstellung des Motors der Handwerk­ zeugmaschine,

Fig. 3 eine räumliche Ansicht des Rotors der Handwerkzeugma­ schine gemäß Fig. 1,

Fig. 4 einen Teillängsschnitt des erfindungsgemäßen Rotors,

Fig. 5 einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen Lüfterrades,

Fig. 6 eine Hinteransicht des erfindungsgemäßen Lüfterrades,

Fig. 7 einen vergrößerten Ausschnitt der Hinteransicht des Lüfterrades im Bereich der axialen Vorsprünge,

Fig. 8 eine Ansicht des Querschnitts des Ankers im Bereich der Ankernut mit eingeschobenem Vorsprung des Lüfters und

Fig. 9 ein einzelnes Ankerblech des erfindungsgemäßen Ro­ tors.

Ausführungsbeispiel

Die in Fig. 1 im Längsschnitt gezeigte Handwerkzeugmaschine 10 ist als Akku-Handschrauber ausgestaltet. Dessen Gehäuse 11 weist im unteren Bereich einen pistolenartigen Handgriff 12 mit einer Drucktaste 13 zum Ein- und Ausschalten eines elektrischen Schalters 14. Dieser ist über Elektroleitungen 15 und eine Elektrosteckkupplung 16 mit einem Akku 19 lösbar verbindbar.

Vorn aus dem Gehäuse 11 der Handwerkzeugmaschine 10 tritt ein Spannfutter 18 zur drehfest arretierbaren Aufnahme von Schrauberbits bzw. Bohrern.

Der Schalter 14 ist über elektrische Steckkontakte 17 mit einem Gleichspannungsantriebsmotor 20 verbunden. Dessen Drehbewegung wird von der Ankerwelle 24 des Antriebsmotors 20 über ein Ritzel 23 einer Ankerwelle 24 auf ein Zahnradge­ triebe 25 bzw. auf die Abtriebswelle 180 und damit auf das Spannfutter 18 übertragen.

Fig. 2 zeigt den Antriebsmotor 20 als Einzelheit, wobei des­ sen gesondertes Motorgehäuse 29, insbesondere in Blech-Bör­ deltechnik gefertigt, deutlich wird, das einen nicht näher bezeichneten, aus Permanentmagneten bestehenden Stator un­ mittelbar umgreift und das an seinen Stirnseiten die Lager­ stellen 31 der Ankerwelle 24 des Ankers 22 aufnimmt.

Im in Betrachtungsrichtung links vorderen Bereich des An­ triebsmotors 20 sind die Kanten von Lüfterblättern 38 des Lüfters 34 erkennbar, die einen kräftigen Luftdurchzug beim Betrieb des Antriebsmotors 20 bewirken und damit den Stator und den Anker 22 kühlen.

Elektrische Steckkontakte 17 ragen axial über das Gehäuse 11 des Antriebsmotors 20 hinaus, denen die Elektroleitungen 15 zugeordnet sind (Fig. 1).

Fig. 3 zeigt eine räumliche Ansicht des Ankers 22 von hin­ ten, wobei an dessen Stirnseite der hintere Wickelkopf 27 durch die Ankerwicklung 26 gebildet wird, die von den jewei­ ligen Ankernuten 30 in gegenüberliegende Ankernuten 30 tre­ ten. Deutlich erkennbar sind die Ankerwelle 24, die durch fünf Ankernuten 30 definierten fünf Ankerblechpaketsegmente 28, das Lüfterrad 34 und dessen Grundkörper 36, der die Lüf­ terblätter 38 sowie zwei der insgesamt fünf in die Ankernu­ ten 30 eingepaßten als Nutkeil dienende Lüfterarme 40 trägt.

Fig. 4 zeigt einen Teillängsschnitt des Ankers 22, wobei deutlich wird, daß dessen Ankerwelle 24 ein glattes, durch­ gehendes zylindrisches Teil ist. Dabei wird der Verlauf der Ankerwicklung 26, die Form der Wickelköpfe 27 an beiden En­ den des Ankers 22 im Ein/Austrittsbereich der Ankernuten 30 an den Ankerblechsegmenten 28 deutlich. Über die vorherigen Darstellungen hinaus ist erkennbar, daß ein Kommutator 32 elektrisch mit der Ankerwicklung 26 verbunden ist und zur Ankerwelle 24 einen konzentrischen, aufgepreßten Zylinder bildet. Dabei bildet nur der radial äußere Bereich aus Kup­ fer einen metallisch leitenden Teil, der sich auf einem iso­ lierenden, buchsenartigen Zwischenteil aus Kunststoff ab­ stützt bzw. diesen umgreift, der seinerseits das Ende der Ankerwelle 24 umgreift.

Deutlich wird auch der nutkeilartige Eingriff der Lüfterarme 40 in die Ankernuten 30 und deren bündiger Übergang in den Grundkörper 36. Außerdem ist die rechteckige Ausgestaltung der Lüfterblätter 38 sichtbar, die den Grundkörper 36 radial innen und außen überragen und die dem Wickelkopf 27 zuge­ wandte Schräge 37.

Aus dem in Betrachtungsrichtung unteren rechten Abschnitt des Ankers 22 ist die Ausgestaltung des Grundkörpers 36 als breiter flacher Ring und darüber hinaus erkennbar, daß sich der Lüfterarm 40 radial innen an der Ankerwicklung 26 ab­ stützt und diese radial nach innen drückt.

Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt des Lüfterrades 34, wobei wiederum dessen Grundkörper 36, die viereckig, zum Teil tra­ pezförmige Gestalt der Lüfterblätter 38 und die im Quer­ schnitt prismatische, mit mehreren Kanten versehene Gestalt des Lüfterarms 40 deutlich wird.

Fig. 6 zeigt die Hinteransicht des Lüfterrads 34 auf die En­ den der Lüfterarme 40 und auf die hintere Stirnseite des Grundkörpers 36 bzw. der Lüfterblätter 38.

Fig. 7 zeigt eine Vergrößerung der Hinteransicht des Grund­ körpers 36 des Lüfterrades 34 gemäß Fig. 6 im Bereich des Lüfterarms 40. Dabei wird die im Querschnitt schwalben­ schwanzartige Ausgestaltung des Lüfterarms 40 deutlich. Durch dessen prismatische Gestalt verkeilt sich der Lüfter­ arm 80 radial außen an den Nutflanken 35 der Ankernuten 30 und radial innen an der Ankerwicklung der Ankernuten 30, so daß er nicht radial nach außen treten kann und damit unver­ lierbar befestigt ist.

Mit seinen im Querschnitt unten V-förmigen, radial nach in­ nen ragenden Innenflächen stützt sich jeder Lüfterarm 40 ge­ gen die in Fig. 8 nicht mit dargestellte Ankerwicklung und sitzt dadurch spielfrei auf Pressung in den Ankernuten 30.

In Fig. 8 ist über die zuvor beschriebenen Merkmale gezeigt, daß eine zum Lüfterarm 40 verlaufende, schlitzartige Einprä­ gung 39 in die Ankerblechpakete 28 im Bereich der Ankernuten 30 die Lüfterarme 40 in nicht zerstörungsfrei lösbarer Ver­ bindung dauerhaft festhält, so daß auch bei starker Erwär­ mung der Ankerblechpaketsegmente 28 der thermoplastische Kunststoff des Lüfterarms 40 unverlierbar festgehalten wird.

Darüberhinaus zeigt Fig. 8, daß sich die Ankernuten 30 radi­ al innen zu Wicklungskanälen erweitern und mit einer elek­ trisch isolierenden Kunststofflage 41 beschichtet sind.

Fig. 9 zeigt einen Querschnitts 22 des Ankerblechpakets 28 bzw. ein Draufsicht eines einzelnen Ankerblechs, wobei die fünf Segmente 28, die fünf Ankernuten 30, die fünf Wick­ lungskanäle 33 und die jeweils zwei gegenüberliegenden Nut­ flanken 35 deutlich erkennbar sind.

Claims (11)

1. Elektrische Handwerkzeugmaschine, insbesondere Hand­ schrauber (10), mit einem Gehäuse (12), das einen Motor (20) mit einem Anker (22), insbesondere für Gleichstrombetrieb, aufnimmt,
wobei der Anker (22) zur Aufnahme einer Ankerwicklung (26) aus Wicklungsdraht (33) mit Ankernuten (30) versehen ist, die Nutflanken (35) aufweisen,
und wobei am Anker (22) ein Lüfter (34) mit Vorsprüngen (40) befestigt ist, indem er in die Ankernuten (30) eingreift, dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Vorsprünge (40) radial innen an den in den An­ kernuten (30) verlaufenden Wicklungsdrähten (37) der Anker­ wicklung (26) abstützen und als Nutkeile dienen.

2. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorsprünge (40) sich gegen radiales Ver­ schieben gesichert, insbesondere schwalbenschwanzprofilartig in die Nuten (30) eingreifend, am Anker (22) festhalten.

3. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Lüfter (34) aus einem Grundkörper (36) be­ steht, der ringförmig - mit geringerer Ringdicke als Ring­ breite - ausgestaltet ist, und dessen Lüfterblätter (38) axial am dem Grundkörper (36) austretend befestigt sind.

4. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vorsprünge (40) am ringartigen Grund­ körper (36) achsparallel und im gleichen Winkelabstand wie die Ankernuten (30) des Ankers (22) angeordnet sind.

5. Handwerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (40) mindestens so halb so lang sind wie die Ankernuten (30).

6. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich der Grundkörper (36) des Lüfters (34) rückseitig bündig an der Stirnseite des Ankers (22), insbe­ sondere des Ankerblechpakets (28), abstützt.

7. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Lüfter (34) auf der Kollektorseite des An­ kers (22) angeordnet ist.

8. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Anker (22) auf beiden Stirnseiten einen Lüfter (34) trägt.

9. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lüfterblätter (38) radial nach außen und innen über den Grundkörper (36) und axial nach hinten über die Stirnseite des Grundkörpers (36) hinausragen.

10. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lüfterblätter (38) eckig, insbesondere viereckig, sind.

11. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Innenkante der Lüfterblätter (38) mit ra­ dialer Innenkante (37) gegenüber der Kontur des Wickelkopfes (27) schräg nach vorn verläuft.