[0001 ] Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Kommutator aus einem auf der Ankerwelle der Maschine befestigten Lamellenträger und einer Vielzahl von auf dem Umfang des Lamellenträgers verteilt und durch eine Einbettungsmasse voneinander isoliert befestigte Lamellen.

[0002] Eine solche Maschine ist aus GB 1 505 806 bekannt. Kommutatoren erhitzen sich bekanntermaßen aufgrund von hoher Reibung zwischen den Bürsten und den Lamellen sowie - was noch bedeutender ist - aufgrund häufig auftretender Lichtbögen zwischen den Bürsten und den Lamellen. In der bekannten Maschine ist der Lamellenträger zugunsten der besseren Durchlüftung und Wärmeabfuhr aus drei auf einer Hülse befestigten Scheiben gebildet, durch die zwei ringförmige Kammern unter den aufmon- tierten Lamellen entstehen. Durch etwa koaxial zur Ankerwelle in den Scheiben angebrachte Durchgangslöcher sind die Kammern untereinander und mit der Außenumgebung lufttechnisch verbunden. Die Belüftung eines solchen Ankers ist zwar sehr gut; jedoch hat diese Konstruktion erhebliche Mängel in Bezug auf ihre Festigkeit. Die Kommutator-Lamellen können damit nicht ausreichend sicher gegen die vom Bürsten- Schleifer verursachten Schwingungen fixiert werden, die im Betrieb zu unangenehmen Geräuschen und schnellerem Verschleiß führen.

[0003] Eine andere bekannte Maschine (JP 02097252 A) hat demgegenüber einen Lamellenträger aus einer auf der Ankerwelle befestigten Hülse aus Vollmaterial, in deren Mantel die Lamellen mittels einer sehr sicheren Formschlussverbindung auf der ge- samten Mantellänge gehalten sind. Zur Kühlung des Kommutators sind hierin der Länge der Hülse nach Durchgangslöcher in der Hülse vorgesehen, die eine Luftströmung während der Drehung des Ankers zulassen. Damit eine Eigenströmung aufgrund von Zentrifugalkräften zustande kommt, haben die Achsen der Durchgangslöcher eine Neigung gegenüber der Achse der Ankerwelle. Bei solchen Durchgangslöchern besteht aller- dings die Gefahr, dass Verwirbelungen durch sich drehende Teile der Maschine - z. B. durch den Anker - die gleichmäßige Strömung der Kühlluft durch die Durchgangslöcher beeinträchtigen. Eine theoretische Berechnung der Kühlleistung ist daher kaum möglich; denn gewickelte Maschinenanker sind nicht in allen Einzelheiten, die eine Luftströmung verursachen können, reproduzierbar. Außerdem ist - sollte der Lamellenträ- ger vollständig aus einer temperaturbeständigen Vergussmasse bestehen - der Wärmeübergang zwischen den Oberflächen der Durchgangslöcher und der sie durchströmenden Luft nicht besonders intensiv. Daher wird eine Kühlung des Lamellenträgers nur sehr dürftig sein.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art so auszubilden, dass der Kommutator im Betrieb eine gute

Kühlung erfährt, dennoch aber die Lamellen absolut schwingungsfrei auf dem Lamellenträger gehalten werden.

[0005] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 in der Weise gelöst, dass der Lamellenträger auf seiner gesamten Mantellänge unmittelbaren Formschluss mit den Lamellen hält und dass in den Lamellenträger und/oder die Lamellen und/oder die Einbettungsmasse mit einer Mehrzahl von gleichmäßig auf einer oder mehreren Kreislinien verteilten und im Wesentlichen in Richtung der Ankerwelle ausgerichtete Materialstäbe mit hoher Wärmeleitfähigkeit eingebettet sind, die wenigstens auf der vom Anker abweisenden Stirnseite mit der den Kommu- tator umgebenden Luft unmittelbaren und intensiven Kontakt haben.

[0006] Es hat sich gezeigt, dass eine Verbesserung der Abstrahlung des Lamellenträgers bereits zu einer erheblichen Kühlwirkung beiträgt. Diese Verbesserung der Abstrahlung findet schon durch die erfindungsgemäße Anbringung von Materialstäben im Lamellenträger, in den Lamellen und/oder in der Einbettungsmasse im nennenswerten Maße statt. Von besonderer Bedeutung ist aber, dass die Anbringung von Materialstäben die innere Festigkeit des Lamellenträgers so gut wie nicht beeinträchtigt, so dass die Lamellen dennoch sicher und schwingungsfrei auf dem Lamellenträger sitzen. Da auf der vom Anker wegweisenden Seite des Kommutators die weniger erhitzte Luft strömt, ist die Kühlung des Kommutators effektiver, wenn die Materialstäbe auf dieser Seite einen intensiven Kontakt mit der umgebenden Luft haben. Durch die schnelle Drehung des Kommutators ist natürlich der Kontakt mit den Materialflächen sehr inten- siv, intensiver als die trotz hoher Drehzahl dennoch langsam Durchgangslöcher durchströmende Luft im Lamellenträger wie beim Stand der Technik.

[0007] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Lamellenträger vollständig aus der Einbettungsmasse. Zwar können Materialstäbe auch in den engeren Räumen der als Verbindungselement benutzten Einbettungsmasse zwischen einem metallischen Lamellenträger und den Lamellen oder in den Lamellen selbst große Kühlungswirkungen haben. Eine Nutzung des großen Raumes eines aus der Einbettungsmasse - die selbstverständlich hochtemperaturfest sein muss - bestehenden Lamellenträgers für die Anbringung von Materialstäben ist jedoch bei weitem effektiver.

[0008] In besonderer Weise werden diese Vorteile ausgespielt, wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Materialstäbe in die Einbettungsmasse des Lamellenträgers eingegossen sind. Dadurch sind die Materialstäbe am sichersten im Lamellenträger zu fixieren, und sie können so genau positioniert werden, dass der Kommutator durch die zusätzlichen Massen ausgewuchtet bleibt.

[0009] In besonders vorteilhafter Weise besteht das Material der Materialstäbe aus einem Metall, vorzugsweise aus Aluminium. Aluminium vereinigt die gute Wärmeleitfähigkeit mit ausreichend großer Stabilität.

[0010] Weitere vorteilhafte Ausbildungsformen können für sich oder in Verbindung mit den in den Ansprüchen formulierten Maßnahmen die Erfindung ergänzen.

[001 1 ] Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Erfindung nachstehend erläutert.

Die einzige Figur zeigt einen aufgeschnitten dargestellten Kommutator ohne Ankerwelle, so dass die Querschnitte der Lamellen und des Lamellenträgers zu erkennen sind.

[0012] Der Kommutator in Fig. 1 besteht im Wesentlichen aus einem Lamellenträger 1 und mit ihm verbunden Lamellen 2. Der Lamellenträger 1 kann aus einem stabilen metallischen Körper bestehen, wenn dafür gesorgt ist, dass die Lamellen 2 alle einzeln gegen den Lamellenträger galvanisch getrennt sind. Jede Lamelle 2 hat eine elektrische Verbindung mit einer notorischen elektrischen Motorspeisung, die hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist. Die Lamellen 2 bestehen regelmäßig aus einer Kupferlegierung und sind durch zwischen den Lamellen 2 eingebettete Isolierkörper 3 galvanisch voneinander getrennt.

[0013] Sofern der Lamellenträger 1 aus einem metallischen Werkstoff besteht, sind die Lamellen 2 und die Isolierkörper 3 durch eine so genannte Schwalbenschwanzfüh- rung aus Formstrukturen 4 in den Lamellenträger 1 eingefädelt und über einen strammen Passsitz miteinander verbunden. Dies ergibt einen sehr sicheren Sitz der Lamellen 2 auf dem Lamellenträger 1 und eine schwingungsfreie, kompakte Verbindung.

[0014] Eine formgleiche Verbindung kann aber ebenfalls einen sehr festen Sitz der Lamellen 2 ergeben, wenn der Lamellenträger 1 aus einer hochtemperaturfesten Ver- gussmasse besteht und die gleichermaßen geformten Lamellen 2 entsprechend einbettet. Im dargestellten Beispiel ist vorausgesetzt, dass diese Form des Lamellenträgers 1 gewählt wurde. Parallel zur Achse 7 des Lamellenträgers 1 , die mit der Achse der nicht dargestellten Ankerwelle identisch ist, sind in den Lamellenträger 1 kreisringförmig zwölf Materialstäbe 5 eingebracht, die aus der vom Anker wegweisenden Stirnseite 6 mit Kühlfortsätzen 8 aus dem Lamellenträger 1 ragen. Anstelle dieser relativ dicken Materialstäbe 5 können auch dünnere Materialstäbe in einer größeren Zahl verwendet werden, die zusätzlich auch auf mindestens zwei Kreislinien unterschiedlichen Durchmessers um die Achse 7 verteilt sein können.

[0015] Diese Kühlfortsätze 8 werden im Betrieb der Maschine außerordentlich in- tensiv von der Umgebungsluft umspült und geben auf diese Weise die vom Innenraum des Lamellenträgers 1 in die Materialstäbe 5 injizierte Wärmeenergie sehr schnell ab. So kann der Lamellenträger 1 wirksam vor Überhitzung geschützt werden und seine mechanischen Stabilität erhalten.

[0016] Anstelle dieses Ausführungsbeispiels kann aber der Lamellenträger 1 auch aus einem gut wärmeleitenden Metall bestehen, so dass er selbst schon einen erheblichen Teil der im Kommutator entstehenden Wärmeenergie abstrahlt. Dann müssen aber die Lamellen 2 gegeneinander und gegen den Lamellenträger 1 galvanisch getrennt sein, was durch eine Einbettungsmasse zu erreichen ist, die einerseits als Isolierkörper 3 zwischen den Lamellen 2 und andererseits in einem Hohlraum im durch die strichzweipunktierte Linie angedeuteten Mantelbereich 9 des Lamellenträgers 1 situiert ist. [0017] In einem solchen Falle können die Materialstäbe zahlreicher aber im Durchmesser wesentlich kleiner entweder - wie durch die strichpunktierte Linie 10 (oben in der Figur) angedeutet - die Lamellen 2 achsparallel oder - wie durch die strichpunktierte Linie 1 1 (unten in der Figur) angedeutet - sowohl die Lamellen 2 wie auch den La- mellenträger 1 im Bereich der Struktur 4 der Schwalbenschwanzführung durchdringen. Dadurch sind auch diejenigen Bereiche des Lamellenträgers 1 gekühlt, die aufgrund ihrer ansonsten materialbedingt schlechteren Wärmeleitung (Einbettungsmasse im Bereich 9) hierin ein Defizit hätten.

[0018] Zusätzlich lässt sich die Wärmeabfuhr noch weiter verbessern, wenn auch die Abwärme des Ankers intensiver abgeführt wird. Wenn nicht bereits anderweitige Maßnahmen hierfür getroffen worden sind, können die Materialstäbe 5 auch aus der dem Anker zugewandten Stirnseite herausragen und dort Wärmeenergie aufnehmen, die auf der anderen Seite 6 des Kommutators abgeführt wird.

[0019] Die Kühlfortsätze 8 auf der vom Anker wegweisenden Seite 6 oder auch der dem Anker zugewandten Seite des Kommutators können vorteilhafterweise mit einer Luft verwirbelnden Form versehen sein. Als eine solche Form haben sich Schaufeln als besonders geeignet herausgestellt, die für eine mit der Achse 7 konzentrische Ansaugung der Luft und deren periphere Abfuhr sorgen können. Andere Formen sind jedoch ebenso denkbar; für die Ermittlung der besten Wirkung werden sich Experimente kaum umgehen lassen.

[0020] Die Materialstäbe 5 können aus einem galvanisch neutralen, aber dennoch gut wärmeleitenden Werkstoff bestehen. Von Vorteil ist aber auch, die Materialstäbe 5 aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung herzustellen, das einerseits eine sehr gute Wärmeleitung und andererseits eine große mechanische Stabilität hat.