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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kleinmotor entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Funken, die zwischen den Bürsten und einer Kollektorlamelle eines elektrischen Kleinmotors erzeugt werden, sind bisher der Grund eines unerwünschten Phänomens, beispielsweise Beschädigungen der Bürsten und der Kollektorlamellen aufgrund eines elektrischen Verschleißes, oder von elektrischen Geräuschen. Um diese Funken zu verhindern, wurden daher verschiedene Einrichtungen vorgeschlagen. Allgemein wird anerkannt, daß die Methode, Kondensatoren, lineare Widerstände oder nichtlineare Widerstände, wie beispielsweise Varistoren, über jede Kollektorlamelle zu schalten, wirksam bei der Verhinderung einer Funkenerzeugung ist. Diese Methode beinhaltet jedoch komplizierte Verdrahtungsarbeiten, die in höheren Herstellungskosten und geringerer Produktivität resultieren.
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Um diese Probleme zu bewältigen, wurde bereits eine Methode vorgeschlagen, um auf einfache Weise Funken auszulöschen und elektrische Geräusche zu unterdrücken, indem ein elektrisch leitendes Fett zwischen jede Kollektorlamelle zwischengefügt wird und der elektrische Widerstandswert des elektrisch leitenden Fetts innerhalb eines geeigneten Bereichs gewählt wird. Bei dieser vorgeschlagenen Methode kann das elektrisch leitende Fett nicht nur die zwischenliegenden Abschnitte, sondern auch die Oberfläche der Kollektorlamellen bedecken, so daß der Fettfilm auf der Oberfläche der Kollektorlamellen durch die Bürsten geschnitten wird, wenn sich die Bürsten in Gleitkontakt mit den Kollektorlamellen befinden. Wenn jedoch Kohlebürsten verwendet werden, ist dieses Verfahren wegen verschlechterter Kommutierungseigenschaften nicht erwünscht.
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Aus der DE-OS 19 29 984 ist bereits ein elektrischer Kleinmotor der eingangs genannten Art bekannt. Bei diesem Kleinmotor besteht die elektrisch leitende Mischung, die zwischen den Kollektorlamellen zu deren Überbrückung vorgesehen ist, aus einem Pulver, das mit einem Bindemittel gemischt ist. Diese Mischung muß erhärten und trocknen, wobei die Aufbringung einer Schicht aus einer derartigen Mischung mit Schwierigkeiten verbunden ist.
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Auch aus der DE-OS 14 63 898 ist die Verwendung eines Dämpfungsmaterials in Form einer derartigen Widerstandsschicht bereits bekannt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Kleinmotor der betrachteten Art so weiter zu entwickeln, daß die elektrische Überbrückung der Kollektorlamellen einfacher ausgeführt ist, wobei ferner eine verbesserte Funkenlöschung bewirkt sein soll.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Kleinmotor wird als elektrisch leitende Mischung ein Gemisch aus elektrisch leitenden feinen Teilchen und einer öligen Substanz verwendet, das hervorragende Eigenschaften bezüglich des Geräuschpegels des Motors hervorruft. Dies bedeutet, daß durch die erfindungsgemäß verwendete elektrisch leitende Mischung eine ausgezeichnete Funkenlöschung bewirkt wird. Diese Mischung erhärtet nicht, so daß sie auf einfachste Weise in einem automatisierten Prozeß eingespritzt werden kann.
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Zur Aufnahme dieser Mischung sind Aussparungen in einem Abschnitt des zylindrischen Isolierkörpers mit größerem Durchmesser vorgesehen. Diese Aussparungen erstrecken sich zwischen benachbarten Kollektorlamellen und sind zu einer Stirnseite des Abschnitts mit größerem Durchmesser hin geöffnet, wodurch die Herstellung des zylindrischen Isolierkörpers besonders einfach ist, da anderenfalls eine mehrteilige Form zu ihrer Herstellung verwendet werden müßte. Die stirnseitigen Öffnungen in dem Abschnitt größeren Durchmessers des zylindrischen Isolierkörpers werden von einer Isolierscheibe dicht abgeschlossen, die gleichzeitig ein Austreten der eingespritzten öligen Substanz verhindert und die Kollektorlamellen auf dem Isolierkörper festhält.
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Die Erfindung schafft insbesondere einen Kleinmotor, bei dem Ausnehmungen an solchen Stellen vorgesehen sind, daß sie das elektrisch leitende Gemisch, welches in die Aussparungen injiziert ist, daran hindert, herauszufließen und sich über die Bürsten zu verteilen, insbesondere über die Abschnitte, an welchen die Kohlenbürsten in Gleitkontakt mit den Kollektorlamellen stehen, um die Leistung der Bürsten aufrechtzuerhalten.
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Erfindungsgemäß wird ein Kleinmotor geschaffen, bei dem der Einsatz üblicher Schaltungskomponenten, wie beispielsweise Kondensatoren usw., dadurch ersetzt wird, daß eine elektrisch leitende Mischung in die zwischenliegenden Abschnitte zwischen jeder Kollektorlamelle aufgebracht wird, um Funken, die zwischen den Bürsten und Kollektorlamellen erzeugt werden, auszulöschen; auf diese Weise wird die Herstellung vereinfacht, die Herstellungs- und Materialkosten werden reduziert, und es ergibt sich ein höheres Produktionsergebnis.
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Die Erfindung schafft einen elektrischen Kleinmotor mit einer Vielzahl von Kollektorlamellen, die in gleichen Abständen über einen Winkel auf einem isolierenden Zylinder angeordnet sind, der fest auf eine Drehwelle eines Rotors aufgesetzt ist, wobei Bürsten zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes mit den Kollektorlamellen vorgesehen sind. Bei diesem Motor sind zur Aufnahme und Beibehaltung einer elektrisch leitenden Mischung Aussparungen als Behältnisse dadurch vorgesehen, daß in dem isolierenden Zylinder auf solche Weise Bohrungen vorgesehen sind, daß sich die Aussparungen über die benachbarten Kollektorsegmente erstrecken. Die elektrisch leitende Mischung wird in diese Aussparungen injiziert, so daß die Mischung auf solche Weise aufgebracht wird, daß sie jede Kollektorlamelle überbrückt und die zwischenliegenden Abschnitte zwischen den Kollektorlamellen bedeckt. Die Aussparungen sind an Stellen vorgesehen, an welchen die Kollektorlamellen und die Bürsten sich nicht berühren.
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Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen des Kleinmotors anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
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Fig. 1 eine vergrößerte Seitenansicht eines Kollektorabschnitts eines Kleinmotors nach der Erfindung,
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Fig. 2a eine Ansicht in Richtung der Pfeile A-A&min; in Fig. 1,
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Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der elektrischen Widerstandscharakteristiken einer elektrisch leitenden Mischung, die erfindungsgemäß verwendet wird, und
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Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung des Zustandes der Erzeugung elektrischer Geräusche, wenn die erfindungsgemäße elektrisch leitende Mischung verwendet wird.
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Im folgenden wird auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Gemäß den Zeichnungen weist der elektrische Kleinmotor eine Welle 1 eines Rotors auf. Mit 2 ist ein isolierender Zylinder bezeichnet, der integral angeordnet und aus Kunstharz gebildet ist. Der Motor weist Kollektorlamellen 3-1 bis 3-3, Anschlußabschnitte 4-1 bis 4-3 für die Kollektorlamellen 3-1 bis 3-3 auf. Mit 5-1 bis 5-3 sind Behältnisse bzw. Aussparungen bezeichnet, die zur Aufnahme einer elektrisch leitenden Mischung dienen. Außerdem sind Führungsnuten 6-1 bis 6-3 für die zugehörigen Kollektorlamellen-Anschlußabschnitte 4-1 bis 4-3 vorgesehen. Mit 7 ist eine isolierende Scheibe ( Zwischenscheibe) bezeichnet, die Vorsprünge 7-1 bis 7-3 aufweist. Eine elektrisch leitende Mischung 8 ist in die Aussparung 5-1 eingebracht.
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Der in Fig. 1, 2 gezeigte Kollektorabschnitt zeigt eine Ausführungsform für einen erfindungsgemäßen elektrischen Kleinmotor mit drei Kollektorlamellen 3-1, 3-2 und 3-3. Die Drehwelle 1 des nicht dargestellten Rotors ist fest in eine zentrale Öffnung des isolierenden Zylinders 2 eingesetzt, auf welchem die Kollektorlamellen 3-1 bis 3-3 in gleichen Abständen vorgesehen sind. Auf dem isolierenden Zylinder 2 sind nicht gezeigte ringförmige Führungsnuten vorgesehen, um die Kollektorlamellen 3-1 bis 3-3 aufzunehmen; Führungsnuten bzw. Führungsaussparungen 6-1 bis 6-3 dienen zur Aufnahme von Anschlußabschnitten 4-1 bis 4-3 der Kollektorlamellen und der Aussparungen 5-1 bis 5-3, in welche die elektrisch leitende Mischung 8 eingespritzt ist, welche erfindungsgemäß verwendet wird. Nachdem die Kollektorlamellen 3-1 bis 3-3 auf dem isolierenden Zylinder 2 in der in Fig. 1 und 2 gezeigten Weise angeordnet sind, wird eine isolierende Scheibe 7, die einen Innendurchmesser hat, so daß sie exakt auf den Oberflächen der Kollektorlamellen 3-1 bis 3-3 sitzt und die aus elektrisch isolierendem Material, beispielsweise Kunstharz besteht, auf die Kollektorlamellen 3-1 bis 3-3 aufgesetzt, um die Kollektorlamellen 3-1 bis 3-3 fest auf dem isolierenden Zylinder 2 zu halten. Die Vorsprünge 7-1 bis 7-3 entsprechen den zwischenliegenden Abschnitten zwischen den Kollektorlamellen 3-1 bis 3-3 und sind auf der isolierenden Scheibe 7 ausgebildet, wobei die Vorsprünge auf dem isolierenden Zylinder 2 aufsitzen. Die Aussparungen 5-1 bis 5-3 sind durch die isolierende Scheibe 7 von denjenigen Abschnitten getrennt, an welchen die Kollektorlamellen 3-1 bis 3-3 mit den nicht gezeigten Bürsten in Gleitkontakt stehen. In dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Zustand wird die elektrisch leitende Mischung 8 in jede Aussparung 5-1 bis 5-3 gespritzt. In den Aussparungen 5-1 bis 5-3 ist die elektrisch leitende Mischung 8 zwischen jede Kollektorlamelle 3-1 bis 3-3 einschließlich den zwischenliegenden Abschnitten derselben eingesetzt. Die Wahl des elektrischen Widerstandes der Mischung 8 innerhalb eines geeigneten Bereichs gestattet es, daß die Kollektorlamellen 3-1 bis 3-3 mit einem elektrischen Widerstand überbrückt sind, dessen Wert innerhalb eines geeigneten Bereichs liegt, wodurch eine Funkenerzeugung zwischen den Kollektorlamellen und Bürsten verhindert werden kann und somit elektrische Geräusche, welche die Funken begleiten, unterdrückt werden können. Ferner besteht nicht die Gefahr, daß die Mischung 8 aus den Aussparungen 5-1 bis 5-3 herausfließt und an den Bürsten anhaftet, da die Aussparungen 5-1 bis 5-3 gegenüber den Gleitkontaktabschnitten der Bürsten getrennt sind. Daher besteht nicht die Gefahr, daß die Mischung 8 an den Bürsten anhaftet und deren Wirkungsgrad verschlechtert, selbst wenn Kohlebürsten verwendet werden.
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Obgleich die Aussparungen 5-1 bis 5-3 gemäß der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform Öffnungen aufweisen, die nach außen gegenüber dem isolierenden Zylinder 2 geöffnet sind, d. h. freiliegen, ist ersichtlich, daß die Aussparungen 5-1 bis 5-3 auch geschlossener Art sein können oder Öffnungen haben können, die in unterschiedlichen Richtungen gegenüber den in Fig. 1 und 2 offen sein können, bzw. freiliegen. Dies bedeutet, daß die Aussparungen 5-1 bis 5-3 jede andere Konstruktion bzw. Form haben können, vorausgesetzt, daß die Mischung 8 wirksam daran gehindert wird, aus diesen Aussparungen 5-1 bis 5-3 herauszufließen und an den Gleitkontaktabschnitten der Kollektorlamellen und an den Bürsten anzuhaften, sowie vorausgesetzt, daß der Brückenwiderstand mit einem Wert innerhalb eines geeigneten Bereichs zwischen jeder Kollektorlamelle 3-1 bis 3-3 gebildet wird. Die Mischung 8 mit jeder beliebigen Viskosität, die auf den Bedienungszustand des Motors abgestimmt ist, kann erfindungsgemäß verwendet werden. Außerdem muß die Mischung 8 keine Schmiereigenschaften haben.
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Die bei vorliegender Erfindung verwendete elektrisch leitende Mischung kann als Mischung vorgesehen werden, die durch Mischen eines oder mehrerer Arten von feinen, elektrisch leitenden Teilchen, beispielsweise Metallpulver, Kohlenstoff oder Graphit, mit einer oder mehreren Arten von ölartigen Substanzen gebildet wird und die in eine butterähnliche Mischung geknetet bzw. geformt wird, welche eine solche Viskosität hat, daß sie schwer fließt. Die auf diese Weise erzeugte Mischung hat eine solche Eigenschaft, daß sich ihr Widerstandswert mit dem darin fließenden Strom ändert, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Die in Fig. 3 gezeigte Kennlinie wurde durch folgende Meßmethode erhalten:
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Eine Mischung, die durch das Mischen feiner Teilchen aus Graphit mit einem Öl auf Naphtenbasis (Naphthalinbasis) gemischt wurde, wird in die Aussparung 5-1 der in Fig. 1 gezeigten Form bzw. Konstruktion eingespritzt, und eine Konstantstromquelle mit Stromwerten von 1 mA, 2 mA, . . . 15 mA wurde über die Kollektorlamellen 3-1 und 3-2 geschaltet, damit die Spannung V gemessen wird, welche über den Kollektorlamellen 3-1 und 3-2 erzeugt wird. Die Widerstandswerte, die aus den Verhältnissen der Spannungen V gegenüber den Stromwerten berechnet wurden, sind in Fig. 3 aufgezeichnet.
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Die Strom-Widerstands-Kennlinie nach Fig. 3 ändert sich mit der Größe und der Art der elektrisch leitenden feinen Teilchen, der Art der öligen Substanz, mit welcher die feinen Teilchen gemischt wurden, und dem Mischverhältnis. Wenn die elektrisch leitenden feinen Teilchen nicht mit ölartiger Substanz gemischt werden, ist der Widerstandswert der feinen Teilchen natürlich kaum abhängig von dem Stromfluß in den feinen Teilchen.
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Die Strom-Widerstands-Kennlinie, gemäß welcher sich der Widerstandswert bei einer Zunahme des Stromes reduziert, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, eignet sich vorteilhaft zur Verhinderung einer Funkenerzeugung zwischen den Kollektorlamellen, wenn sich der Rotor des Motors dreht.
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Fig. 4 zeigt Meßergebnisse für den Wert der elektrischen Geräusche, die bei diesem Motor erzeugt werden. Die Kurve A in Fig. 4 repräsentiert den Geräuschpegel, wenn keine spezielle Einrichtung zur Funkenlöschung über den Kollektorlamellen verwendet wird, während die Kurve B den Geräuschpegel wiedergibt, wenn ein Festwiderstand mit 500 Ohm über die Kollektorlamellen geschaltet ist. Die Kurve C veranschaulicht den Geräuschpegel, wenn eine Festmischung, hergestellt aus einem sogenannten elektrisch leitenden Fett und einem Verdickungsmittel in die Aussparungen 5-1 bis 5-3 nach Fig. 1 eingespritzt wird. Die Kurve D zeigt den Geräuschpegel, wenn ein elektrisch leitendes Fett (ohne Hinzugabe eines Verdickungsmittels) allein in die Aussparungen 5-1 bis 5-3 in Fig. 1 eingespritzt wird. Die Kurve E gibt schließlich den Geräuschpegel an, wenn eine Mischung, gemischt aus elektrisch leitenden Teilchen mit den gleichen Werten von feinen Kupferteilchen und feinen Graphitteilchen, mit einem Öl auf Olefinbasis und einem Verdickungsmittel, in die Aussparungen 5-1 bis 5-3 (Fig. 1) eingespritzt wird. Aus Fig. 4 geht nicht hervor, daß der Geräuschpegel in der Größenordnung von etwa 60 dB bei 30 bis 300 MHz liegt, wenn ein Widerstand, bestehend aus einer gesinterten Substanz, allgemein als Varistor bekannt, über die Kollektorlamelle geschaltet wird. Dies bedeutet, daß die Kurven D und E eine ausgezeichnete Funkenlöschung bewirken, die vergleichbar ist mit derjenigen eines Varistors.
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Die untere Grenze des Widerstandswertes der elektrisch leitenden Mischung, die erfindungsgemäß verwendet wird, sollte innerhalb eines solchen Bereiches liegen, daß - wenn die Mischung in die Aussparungen gespritzt wird - die Kollektorlamellen nicht unerwarteterweise kurzgeschlossen werden, so daß der Wirkungsgrad des Motors verschlechtert wird. Wenn ein redizierter Wirkungsgrad toleriert werden kann, kann die Mischung jedoch einen Widerstandswert haben, der so klein ist wie der Wicklungswiderstand an den Kollektorlamellen. Obgleich der Widerstandswert der Mischung in der Praxis tatsächlich in der Größenordnung von 0,1 bis 5 kΩ über den Kollektorlamellen liegen sollte, würde das 1- bis 500fache des Wicklungswiderstandes an den Kollektorlamellen dem gleichen Zweck dienen.
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Erfindungsgemäß ist es somit möglich, Funken zu löschen und das begleitende elektrische Geräusch zu unterdrücken, indem eine elektrisch leitende Mischung in Behälter bzw. Aussparungen gespritzt wird und die Mischung auf Kollektorlamellen aufgebracht wird. Der Vorgang des Einspritzens der Mischung in die Aussparungen ist so einfach, daß der Prozeß einfach automatisiert werden kann, so daß sich eine wesentlich verbesserte Produktivität ergibt und außerdem reduzierte Herstellungskosten und gleichförmige Charakteristiken erreicht werden können. Die Beseitigung des Erfordernisses von Schaltungskomponenten zum Löschen von Funken, beispielsweise Komponenten wie Kondensatoren und Varistoren, die üblicherweise teuer sind und ungleichmäßige Charakteristiken haben, führt somit zu einer wesentlichen Reduzierung der Kosten und zu gleichmäßigen Charakteristiken. Vorliegende Erfindung kann auch bei Motoren angewendet werden, die Kohlebürsten verwenden, da die Aussparungen (für die Mischung) an solchen Stellen angeordnet sind, daß die elektrisch leitende Mischung nicht an den Bürsten anhaftet.
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Ersichtlicherweise kann eine Einrichtung zum Aufbringen eines Schmiermittels auf die Kollektoroberfläche zur Verhinderung eines mechanischen Verschleißes in Verbindung mit dem Einspritzen der Mischung in die Aussparungen verwendet werden.