DE10319460A1

DE10319460A1 - Elektrohandwerkzeugmaschine mit elektromotorischem Antrieb

Info

Publication number: DE10319460A1
Application number: DE10319460A
Authority: DE
Inventors: Justus Lamprecht
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-04-29
Filing date: 2003-04-29
Publication date: 2004-11-18
Also published as: EP1620927A1; KR20060022648A; CN1781222A; JP2006524979A; WO2004098000A1; US7196440B2; US20050247468A1

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 ist ein Kommutator für einen Universalmotor bekannt, wie er auch für Elektrohandwerkzeugmaschinen vorgesehen ist. Dessen Lamellen haben die Außenkontur eines flachen Rechtecks, dessen kurze Seiten U-förmige Durchbrüche aufweisen, in die ein die Lamellen ringartig bündelnder Ringanker einlegbar ist. Im Übrigen sind die Lamellen balkenartig geformt und unterliegen bei Betriebsdrehzahl des den Kommutator tragenden Elektromotors von etwa 30.000 U/min verhältnismäßig starken, die einzelnen Lamellen nach außen verbiegenden Kräften, die dazu führen, dass der Kommutator auf seiner den Kohlebürsten zugewandten Außenseite keine eben-zylindrische Kontur, sondern tendenziell eine bogenförmig konvexe Kontur hat. Dadurch ist die Kontaktfläche zwischen der gewölbten Kommutatoraußenseite und den ebenen Kohlebürsten erheblich vermindert, sodass es vermehrt zu Funkenbildung zwischen Kohlebürsten und Kommutator kommt, wobei sowohl der Kommutator als auch die Kohlebürsten erheblichem Verschleiß bzw. Beschädigungen durch die hohen Temperaturen im Lichtbogen unterliegen.
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 Handwerkzeugmaschine 10, deren stufenzylindrisches Gehäuse 12 eine senkrecht verlaufende Längsachse 13 hat, von der sich im Wesentlichen senkrecht radial nach außen ein Haupthandgriff 14 und in entgegengesetzte Richtung, d.h. nach vorn eine Zusatzhandgriff 18 erstreckt. An der Unterseite des Haupthandgriffs 14 sitzt eine Taste 16 eines zum Ein- und Ausschalten des Handwerkzeugmaschinenantriebs 10 vorgesehenen, nicht näher bezeichneten Schalters.
Mittig im Gehäuse 20 bzw. zur Längsachse 13 ist ein Elektromotor 20 angeordnet, dessen Stator 22 vom Gehäuse 12 spielfrei umgriffen und fixiert wird und dessen zentraler Rotor 24 aus einer mittigen Rotorwelle 25 besteht, die mit radial nach außen sich erstreckenden Rotorblechen bestückt ist. Die Rotorbleche 26 sind von einer nicht näher bezeichneten elektrischen Drahtwicklung durchzogen, die in bekannter Weise mit einem Kommutator 28 elektrisch verbunden ist. Der Kommutator 28 sitzt am oberen Ende des Rotors 24 auf der Rotorwelle 25, deren Ende in einem gehäusefesten Lager 29 drehbar gelagert ist. Der Kommutator 28 wird auf gegenüberliegenden Seiten von zwei Kohlebürsten 30 kontaktiert, die sich mittels Federn 31 radial nach innen vorgespannt am Kommutator 28 abstützen.
Der Kommutator 28 setzt sich aus einer Vielzahl zu einem Ring aneinandergefügter Lamellen 32 zusammen. Diese sind gegeneinander mit einer einen geringen Zwischenraum bildenden elektrischen Isolation 43 beabstandet. In Betrachtungsrichtung nach unten setzt sich die Rotorwelle 25 als Antriebswelle 36 fort, wo sie einen nicht näher bezeichneten Ventilator und einen Schleifteller 38 drehend antreibt.
2 zeigt eine Variante eines erfindungsgemäßen Kommutators 28 als Einzelheit vergrößert dargestellt. Dadurch ist dessen Aufbau deutlich erkennbar, der auf einem zentralen Tragzylinder 41 basiert, das von einer rohrartigen Isolierschicht 43 umgriffen wird, um die sich ein ringartiges Paket aus länglichen, schmalen, im Querschnitt V-förmigen Lamellen 32 zusammensetzt. Jede Lamelle 32 geht in einen rechtwinklig nach außen abgewinkelten Haken 50 über, der als Kontaktfahne zur Verbindung mit den nicht näher bezeichneten elektrischen Leitern der Rotorwicklung dient. Jede der flach-länglichen Lamellen 32 trägt benachbart zur nächsten Lamelle 32 eine radial ebene, elektrische Isolierschicht 34. Jede Lamelle 32 weist beidenends nutartige Randausnehmungen 48 auf, die von einem vorspannbaren Ringanker 40 durchgriffen werden, der jede einzelne Lamelle 32 radial nach innen auf das Tragrohr 41 vorgespannt hält. Dadurch werden zumindest die Enden der Kommutatorlamellen 32 daran gehindert, sich bei Betriebsdrehzahl in Folge der hohen Radialbeschleunigung bei etwa 30.000 U/min radial nach außen von Tragzylinder 41 bzw. der Isolierschicht 43 zu lösen.
Durch eine zentrale Ausnehmung 42 und eine trapezförmige Gestaltung der äußeren Lamellenenden 45 erhält jede einzelne Lamelle 32 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 Lamelle 32 auch bei Höchstdrehzahl außen eben bzw. gerade, sodass ein optimaler elektrischer Kontakt zu den geraden Kontaktflächen der Kohlebürsten 30 gesichert ist und keine konvexen Längs-Wölbungen zu Linienberührung und damit zu verstärkter Funkenbildung führen.
3 zeigt einen Querschnitt des Kommutators 28, wobei dessen im Querschnitt V-förmige Lamellen 32 in ihrer Paketierung zu einem ringförmigen Gebilde erkennbar sind und wobei auch die senkrechte Isolierschicht 34 und die Haken 50 auf der Rotorseite erkennbar sind. Die Haken 50 sind mit zusätzlichen lüfterflügelartigen, angeprägten Flächen zur Kühlung versehen. Alle Lamellen 32 sind mit Längsausnehmungen 44, 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 Kommutators 280, dessen Tragrohr 410 mit hinterschnittenen Nuten 41 1 versehen ist, in die eine rohrförmige Isolierschicht 430 greift und sich festhält, die wiederum ein ringförmiges Paket aus Lamellen 32 mit als Kontaktfahnen dienenden Haken 50 und zentraler Ausnehmung 42 trägt. Diese Lamellen 32 sind mit der Isolierschicht 430 vergossen und werden durch deren Eintritt in die Randausnehmungen 48 festgehalten.
An ihren äußeren Enden tragen die Lamellen 32 Lüfterflügel 52 zur Verbesserung der Motorkühlung im Bereich des Kommutators
5 zeigt die Einzelheit einer Lamelle 32, deren V-förmiger Querschnitt und deren Randausnehmungen 48 bzw. zentrale Ausnehmung 42 sowie Längsausnehmungen 44, 46. Darüber hinaus haben die Seitenflächen eingeprägte kantige Vertiefungen, die die Struktur der Lamelle 32 weiter versteifen und ein formschlüssiges Verbinden mit der jeweiligen Isolierschicht 34 verbessert.
Die 5, 6 zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel einer Lamelle mit trapezförmigen äußeren Lamellenenden im Bereich 45, wobei die zentrale quer verlaufende Ausnehmung 42 ein angenäherte Sechseck bilde und zwischen dieser und den Randausnehmungen 48 weitere quer verlaufende kleine dreieckförmige Durchbrüche 55 angeordnet sind. Zudem sind in der unteren Längskante gegenüber von Materialstegen 66 dreieckige Kerben 60 eingebracht.
7 zeigt eine Lamelle 3200, die im wesentlichen mit der gemäß 5 übereinstimmt jedoch im Unterschied zu dieser einen als Kontaktfahne dienenden Haken 50 mit einem Lüfterflügel 52 bzw. am anderen äußeren Ende einen weiteren Lüfterflügel 52 zur Verbesserung der Kühlung im Kommutatorbereich aufweist.

Claims

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.