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Anordnung einer eisenlosen Wicklung in einem Gleichstrommotor,
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insbesondere Außenläufermotor Die Erfindung betrifft eine Anordnung
einer eisenlosen Statorspule im zylindrischen Luftspalt eines Gleichstrommotors
gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Da derartige Motoren in sehr großen Stückzahlen serienmäßig gefertigt
werden und trotzdem relativ hohe Fertigungsgenauigkeiten gefordert werden, kommt
es um wirtschaftlich günstig fertigen zu können darauf an, insbesondere die Anordnung
und Lagerung bzw. Befestigung der eisenlosen Wicklung im Motor, z. B.
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der Statorspule auf der feststehenden Lagernabe der Motorwelle und
die elektrische Anschlußmöglichkeit der Wicklung bzw. Statorspule so zu gestalten,
daß möglichst geringe Montagekosten und Arbeitsgänge beim Zusammenfügen der Einzelteile
entstehen.
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Bisher hat man für die Befestigung der eisenlosen Wicklungen bzw.
Statorspulen Flanschringe verwendet, die jeweils aus einer gedruckten Leiterplatte
bestanden, deren elektrische Leiterbahnen von einer gemeinsamen Anschlußzunge zu
den einzelnen Anschlußstellen der Drahtenden bzw. Drahtschlaufen führten und die
jeweils durch aufwendigeres Löten mit den anzuschließenden Abgriffen wie Drahtenden
bzw. Drahtschlaufen verbunden werden mußten. Zudem ist bei den bekannten Flanschringen
ein Zentrierring erforderlich, auf welchen der Wicklungskörper aufgesteckt und durch
Kleben befestigt wird. Diese Art von Flanschringen verursacht hohe Herstellungskosten.
Auf gedruckten Leiterplatten müssen die Anschlüsse gelötet werden. Die Lötstellen
müssen außen zugänglich sein. Sie benötigen zusätzlichen Sicherheitsabstand. Deshalb
sind die Schweißstellen im Wicklungsinneren und die von außen vertieft im Fenster
liegende erfindungsgemäße Platte für den Sicherheitsabstand günstig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs
genannten Art derart zu verbessern, daß sie kostengünstiger und mit höherer Betriebssicherheit
insbesondere bezüglich der elektrischen Kontaktierung zwischen den Anschlußleitern
und den Abgriffen der Wicklungen, d. h. den Enden derselben bzw. den Wicklungsdrahtschlaufen
des Wicklungskörpers, gewährleistet wird, wobei die Anschlußleitungen unmittelbar
in einen Planarkollektor übergehen können.
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Die Lösung der Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1
angegeben.
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Dadurch werden mehrere Vorteile erreicht. Der Flanschring, ob er einstückig
gespritzt ist oder z.B. aus zwei Schalen besteht, die beispielsweise durch Schnappverbindungen
miteinander zu einem gemeinsamen Teil zusammengefügt werden können, kann auf einfache
Weise mit den Leiterbahnen bestückt werden. Dies kann entweder in der Spritzgußform
oder aber bei der zweischaligen Ausbildung des Flanschringes nachträglich beim Zusammenfügen
der beiden Schalenhälften geschehen und die Anschlußzungen können als Steckelemente
für einen gemeinsamen Stecker benutzt werden. Hinzu kommt, daß die Möglichkeit gegeben
ist, gleichzeitig alle vorhandenen Wicklungsenden und Abgriffe, d.h. Drahtschlaufen
der Spule in einem einzigen Arbeitsgang mit den separaten Leiterbahnen elektrisch
leitend zu verbinden, beispielsweise durch eine Schweißvorrichtung die gleichzeitig
an den mehrfach vorhandenen Stellen der Fensteröffnungen geeignete Elektroden aufweist.
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Durch die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 ist die Möglichkeit
geschaffen, sämtliche Leiterbahnen in der gleichen Ebene innerhalb des Flanschringquerschniltes
anzuordnen, so daß der Flanschring an sich relativ dünn gehalten werden kann und
in axialer Richtung wenig Raum beansprucht. Während es nach dem Anspruch 1 auch
möglich ist, die einzelnen Anschlußzungen an verschiedenen Stellen des Flanschringes
vorzusehen und sie jeweils mit separaten Steckkupplungen an die elektrischen Zuleitungen
anzuschließen, ist durch die Anordnung der Anschlußzungen an einer gemeinsamen Ansch]
ußstelle die Möglichkeit gegeben, die Anschlußleitungen mittels eines Mehrfachsteckers
an die Anschlußzungen der einzelnen Leiterbahnen anzuschließen.
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Durch die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 wird die Möglichkeit
des gleichzeitigen Anschweißens sämtlicher anzuschließenden Drahtenden und Drahtschlaufen
der Spule an den einzelnen Leiterbahnen festzuschweißen insofern erleichtert, als
auch auf der Außenseite unmittelbar an den Leiterbahnen Schweißelektroden angesetzt
werden können, wobei sich die Schweißstelle trotzdem im Innern der Zylinderwicklung
befinden kann.
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Durch die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4 wird
die
Möglichkeit, die Spule am Flanschring zu befestigen mit einfachen Mitteln insofern
verbessert, als die Zentrizität zwischen der Zentrierrippe und somit auch der durch
diese Zentrierrippe zentrierten Spule bzw. des Wicklungskörpers einerseits und der
Innenkontur des Flanschringes nicht durch eine nachträgliche Bearbeitung des Flanschringes
hergestellt bzw. korrigiert werden muß, sondern daß diese bei jedem Stück fertigungsbedingt
original gleich gut ist.
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Durch die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 5 wird die Möglichkeit
der Zugabe eines Klebemittels, mit welcher der Wicklungskörper am Flanschring befestigt
wird, erleichtert.
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Das Anschweißen der Wicklungsenden und Drahtschlaufen des Wicklungskörpers
auf den Leiterbahnen gemäß Anspruch 6 ergibt nicht nur den bereits erwähnten Vorteil
der Kostenersparnis, sondern auch den Vorteil einer erhöhten Fertigungsqualität,
in dem nämlich durch das Schweißen sichergestellt ist, daß auch tatsächlich eine
elektrisch einwandfreie Leitverbindung zwischen den einzelnen Leiterbahnen und den
Wicklungsenden bzw. Drahtschlaufen des Wicklungskörpers entsteht. Die zumindest
annähernd vollständige Ausnutzung der Vorteile der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen
Anordnung sowohl bezüglich der Wirtschaftlichkeit der Fertigung als auch der Fertigungsqualität,
wird durch die Verfahrensschritte des Anspruchs 9 und 8 ermöglicht.
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Anhand der Zeichnung wird nun im folgenden ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen Gleichstrom-Außenläufermotor
mit eisenloser Síatorspule im Schnitt; Fig. 2 die eisenlose Statorspule mit Ringflansch
in stirnseitiger Ansicht; Fig. 3 einen Schnitt 111-111 aus Fig. 2; Fig. 4 einen
Teilschnitt III-IV aus Fig. 2; Fig. 5 einen Teilschnitt V-V aus Fig. 2; Fig. 6 einen
Leiterbahn-Stanzstreifen mit drei Leiterbahnengruppen; Fig. 7 die noch zusammenhängenden
drei Leiterbahnengruppen der Fig. 6 mit umspritzten Flanschringen; Fig. 8 einen
Flanschring als Einzelteil in Stirnansicht; Fig. 9 einen Schnitt IX-IX aus Fig.
8; Fig. 10 Gegenansicht des in Fig. 8 dargestellten Flanschringes; Fig. 11 eine
Leiterbahngruppe, wie sie nach dem Abschneiden des Zentrierringes und der äußeren
Verbindungsstege im gespritzten Flanschring liegt; Fig. 12 ein weiteres Ausführungsbeispiel.
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Der in Fig. 1 im Schnitt dargestellte Gleichstrom-Außenläufermotor
weist eine topfförmige Läuferglocke 1 auf, die zentriert auf einem Nabenansatz 2
eines mit einer zylindrischen Außenmantelfläche 3 versehenen, als Hohlkörper ausgebildeten
Rückschlußkörpers
4 aus ferromagnetischem Material drehsicher
befestigt ist. Die Innenfläche 5 der Läuferglocke 1 ist mit zwei ringsektorförmigen
Permanentmagneten 6 ausgekleidet, die mit der zylindrischen Außenfläche 3 des Rückschlußkörpers
4 zwei Ringspalte 7 bilden, in dem feststehend eine eisenlose Statorspule 8 angeordnet
ist, deren Windungen selbsttragend aus Backlackdraht zu einem dünnwandigen, zylindrischen,
ringförmigen Wicklungskörper 9 geformt sind. Der Wicklungskörper 9 ist mittels eines
Flanschringes 10 auf einem zylindrischen Abschnitt 11 einer Lagernabe 12 eines Gestellringes
13 festsitzend angeordnet. In der Lagernabe 12 ist mittels zweier Kugellager 14
und 15 die Motorwelle 16 drehbar gelagert, die in einem Nabenteil 17 des Rückschlußkörpers
4 mittels einer Drehkupplung 18 drehsicher befestigt ist. Zum axialen Spielausgleich
ist eine Druckfeder 19 vorgesehen, die sich einerseits auf einer auf dem Kugellager
14 aufsitzenden Scheibe 20 und andererseits an einer Ringfläche 21 des Rückschlußkörpers
4 axial abstützt. Die Spule 8 hat, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, vier elektrische
Anschlüsse 22, 23, 24 und 25 wobei die beiden Anschlüsse 22 und 23 jeweils die Drahtenden
der Wicklung und die beiden Anschlüße 24 und 25 jeweils Abgriffe in Form von Drahtschlaufen
der die Statorspule 8 bildenden Wicklung bestehen. Diese Anschl.üße 22 bis 25 sind
jeweils auf Leiterbahnen 26, 27, 28 bzw. 29 aufgeschweißt und somit leitend mit
diesen verbunden. Diese Leiterbahnen 26 bis 29, die in Fig. 11 als Einzelteile in
formgerechter Anordnung dargestellt sind, bestehen aus dünnen, gestanzten Metallblechstreifen,
vorzugsweise
aus einer gut schweißfähigen Cu-Legierung, und sind kontaktlos nebeneinander in
einer gemeinsamen Ebene in den aus Kunststoff bestehenden Flanschring 10 eingelegt
und so umspritzt, daß sie innerhalb der Ringfläche des Flanschringes 10 nur durch
fensterartige Ausnehmungen 30, 31, 32 und 33 von beiden Seiten her zugänglich sind,
so daß auch von beiden Seiten her Schweißelektroden an die einzelnen Leiterbahnen
26 bis 29 angesetzt werden können, um die Anschlußdrähte 22 bis 25 darauf leitend
zu befestigen. Um eine möglichst einfache Anschlußmöglichkeit der einzelnen Leiterbahnen
nach außen zu schaffen, sind diese mit radial nach außen aus dem Kunststoffkörper
des Flanschringes 10 vorspringenden Anschlußzungen 34, 35, 36 und 37 versehen, die
an einer gemeinsamen Anschlußstelle 38 am Umfang des Flanschringes 10 angeordnet
und von einem angespritzten im wesentlichen U-förmigen Schutzbügel 39 umgeben sind.
Aus den Fig. 6 und 11 ist ersichtlich, daß die beiden Leiterbahnen 28 und 29 jeweils
durch konzentrisch zu den Leiterbahnen 27 bzw. 26 verlaufende schmale Verbindungsstreifen
28' und 29' mit den Anschlußzungen 36 bzw. 37 verbunden sind.
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Auf der in Fig. 1 oben liegenden Stirnseite besitzt der Flanschring
10 eine exakt konzentrisch zu seiner zylindrischen Innenkontur 40 verlaufende Ringnut
41 (Fig. 5 und 9), deren äußere Begrenzungsfläche 42 sich konisch erweiternd schräg
verläuft und die in radialer Richtung so breit ist, daß sie den Wicklungskörper
9, der die Statorspule 8 bildet, formschlüssig aufnehmen kann.
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Die radial konische Begrenzungswand 42 bildet mit der äußeren
Mantelfläche
9' des Wicklungskörpers 9 eine ringförmige Keilnut zur Aufnahme eines Klebers 55
(siehe Fig. 4 und 5). Um dieser Statorspule 8 auf dem Flanschring 10 einen besseren
Halt zu geben, ist entlang des Innenrandes der Ringnut 41 eine axial vorspringende,
umlaufende Zentrierrippe 43 einstückig an geformt, welche nur durch die fensterartigen
Ausnehmungen 30, 31, 32 und 33 unterbrochen ist. Innerhalb des Wickl.ungskörpers
9 besitzt der Flanschring 10 drei jeweils um 1200 zueinander versetzt angeordnete,
axiale Bohrungen 44, durch welche Befestigungsschrauben 45 (Fig. 1) in einen ringartigen
Flanschabschnitt 46 des Gestellringes 13 geschraubt werden können, um den Flanschring
10 daran zu befestigen.
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Um die Herstellung des Flanschringes 10 mit den eingelegten Leiterbahnen
26, 27, 28 und 29 möglichst rationell zu gestalten, werden diese Leiterbahnen 26
bis 29 jeweils in der in Fig. 6 dargestellten Weise als gestanzte Blechstreifen,
die gruppenweise unter sich durch radiale Verbindungsstege 47 mit einem Zentrierring
48 verbunden sind und durch äußere Verbindungsstege 49 und 50 auch Verbindungen
zu den jeweils benachbarten Gruppen aufweisen, gemeinsam in eine Spritzgußform eingelegt
und in der in Fig. 7 dargestellten Weise umspritzt, so daß mit jedem Schuß der Spriztgußmaschine,
z.B., wie im vorliegenden Fall dargestellt, drei oder mehr zusammenhängende Fianschring-Spritzlinge
51, 52, 53 entstehen. Diese noch durch die Verbindungsstege 49 und 50 miteinander
verbundenen
Flanschring-Spritzlinge 51, 52 und 53 werden dann in
ein Stanzwerkzeug eingelegt, welches in einem Arbeitsgang die Stege 47 und die Verbindungsstege
49 und 50 vollständig abtrennt.
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Dabei ist der innere Stanzstempel, der die Stege 47 mit dem Zentrierring
48 abschneidet, mit radialen Erweiterungen versehen, so daß das Abschneiden der
Stege 47 auf einem größeren Durchmesser geschieht als der zylindrischen Innenkontur
40 entspricht.
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Dadurch entstehen die radialen Einschnitte 54. Dies ist erforderlich,
daß die Schneidkanten der Stege 47 nicht mit der Lagernabe 11, die in der Regel
aus einem elektrisch leitenden Metall besteht, in Berührung kommen.
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Nach diesem Stanzvorgang, liegen dann die einzelnen Flanschringe 10
der in den Fig. 2 sowie 8 und 9 dargestellten Form vor, so daß nur noch der Wicklungskörper
9 in der aus den Fig. 3 bis 5 erkennbaren Weise angebracht zu werden braucht.
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Das bedeutet, daß der Wicklungskörper 9 in die Ringnut 41 eingesetzt
und mittels Klebstoff 55, der in den verbleibenden Dreiecksquerschnitt der Ringnut
41 eingegeben wird, fixiert wird.
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Der Flanschring (10) weist jeweils auf beiden Seiten der einzelnen
Leiterbahnen sich überdeckende fensteröffnungen (30 bis 33) auf, durch welche die
einzelnen Leiterbahnen (26 bis 29) an der jeweils gleichen Stelle. beidseitig zugänglich
sind.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 - 11 stellt eine sehr günstige
erfindungsgemäße Ausgestaltung dar für den Fall, daß die eisenlose, ringartige Wicklung
als Statorspule gedacht ist.
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Sie ist durchgehend gewickelt mit gleichmäßig am Umfang verteilten
Anzapfungen wie bekannt und beschrieben.
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Eine solche Wicklung kann jedoch auch rotierend betrieben werden,
indem z. B. radial innerhalb oder radial außerhalb der Spule am zylindrischen Luftspalt
Permanentmagnete statorseitig vorgesehen sind und/oder magnetische Rückschlußzylinderflächen
(weichmagnetischer Art).
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In diesem Fall der rotierenden Wicklung muß der Strom mechanisch in
die Wicklung hineinkommutiert werden und dazu kann die gestanzte Platte 29 vorzüglich
verwendet werden, indem die radial geführten Leiter nicht nach außen sondern nach
innen verlängert werden und in einen radial verbreiterten Ring übergehen.
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Die identische Platte 29 wird, wie in Fig. 12 dargestellt, also radial
nach innen gezogen und hat einen breiten Randstreifen 60, der umfangsmäßig durch
radiale Schlitze 61, 62, 63, 64 untertrennt ist, die jedoch am Innenrand nicht ganz
den Innenumfang erreichen, so daß dort kleine Brücken, z. B. 66, 67, stehenbleiben.
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Die Fig. 12 hat also ein ganz ähnliches Stanzteil wie es z. B.
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die Fig. 6 darstellt, aber die radialen Außenanschlüsse entfallen,
wofür dieser verbreiterte Ringteil 60 im Innern vorgesehen ist. Der Kunststoffring
wird radial auch weiter nach innen verlagert, so daß Kollektorlamellen 71, 72, 73,
74 fest umspritzt sind, natürlich gleichzeitig mit dem äußeren radialen Kunststoffring
wie beim ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, sodann wird aber etwa bis zum
Bereich einer strichpunktierten Ringlinie 75 nach dem Umspritzen der Innenteil abgestanzt,
also von einem ursprünglichen Innenrand 78 bis zu dem strichpunkiert angedeuteten
Kreisrand 75. Damit entfallen die Brücken 66, 67
usw. und damit
sind die Lamellenteile 71, 72, 73, 74 untereinander elektrisch isoliert. Die Spalte
sind in bekannter Weise wie bei einem Planarkollektor mit Kunststoff ausgespritzt
und die Lamellen 71, 72, 73, 74 sind mit den leitenden Flächen des Metallstreifens
30, 33, 32, 31 im Fenster verbunden, wodie Abgriffe der Ringwicklung angeschweißt
werden wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Der Planarkollektor kann nun so angeordnet
sein, daß die Bürsten außer von außen axial von außerhalb des Wicklungsringes oder
auch u. U. innerhalb desselben angeordnet sind. Das hängt von den Raumerfordernissen
bzw. der Motorkonstruktion ab.