Rotor einer elektrischen Maschine sowie Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung Die Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Maschine mit einem Paket von Rotorblechen, welche auf einer Welle befestigt und an ihrem Umfang mit Nuten versehen sind, sowie eine Wicklung aufweisen, die durch die Nuten geführt ist und ausserhalb der Nuten befindliche verbindende Wicklungsteile enthält, welcher gekennzeichnet ist durch eine becherförmige Endkappe, welche mit einer Auskleidung aus isolierendem Material versehen ist und die Enden der ausserhalb der Nuten befindlichen Wicklungsteile umfasst, wobei diese Wick lungsteile,
die Auskleidung und die Endkappe durch ein Bindemittel zusammengehalten sind.
Das Verfahren zur Herstellung des Rotors ist dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpaket mit der Wicklung versehen wird, die sich innerhalb von dessen Nuten und entlang der Enden des Blechpaketes er streckt, dass darauf die Endkappe zusammen mit der Auskleidung über die ausserhalb der Nuten befindlichen Wicklungsteile gebracht wird, derart, dass sie diese umschliesst, worauf die Wicklungsteile mit der Endkap- pe und der isolierenden Auskleidung mittels eines Bindemittels mit elektrisch isolierenden Eigenschaften verbunden werden.
Die Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch ein Paar von Aussenteilen zur Zentrierung je einer Endkappe gegenüber dem Blechpa ket des Rotors, welche Aussenteile je eine abgesetzte Bohrung mit zwei Durchmessern mit einem dazwischen befindlichen Absatz enthalten, wobei die Bohrung grösseren Durchmessers zur Aufnahme des Blechpaketes und die Bohrung kleineren Durchmessers zur Führung der äusseren Fläche der becherförmigen Endkappe dient, sowie durch Organe zum Ausüben einer Klemm wirkung auf die Welle und zum Festhalten einer Endkappe gegen die ausserhalb der Nuten befindlichen Wicklungsteile des Rotors, und durch Kolben, welche in die Aussenteile einführbar sind und sich gegen die äusseren Enden der Klemmteile stützen.
Bei der Herstellung von Rotoren von elektrischen Maschinen, wie z. B. Motoren bestehen Schwierigkeiten mit der Ausbildung der Enden der Wicklungen in kompakter Form, derart, dass das erforderliche Spiel zwischen dem Rotor und dem Stator eingehalten bleibt. Gleichzeitig muss verhindert werden, dass bei der Drehung des Rotors mit hoher Drehzahl die Enden der Wicklungen zusammen mit den Zuleitungen zu den auf der Welle angeordneten Kontakten, wie z. B. Schleifrin gen oder Kollektoren nach aussen gezogen bzw. verbogen werden.
Bei den bisherigen Ausführungen führen die Zuleitungen der Kontakte durch eine hohle Welle zu den Wicklungen und treten in der Nähe der Enden der Wicklungen aus der Welle heraus. Um die Welle und die Zuleitungen der Kontakte wird ein Schutzring gelegt, worauf am Rotor die Wicklung ausgebildet wird, welche die den Schlitzen des Blechpaketes eingelegt ist und Teile enthält, die sich an den Enden des Blechpaketes ausserhalb der Nuten erstrecken. Am Ende des Blechpa ketes, welches den Kontakten zugewandt ist, sind die Wicklungen von der Welle des Rotors entfernt, damit ein Zutritt für einen Lötkolben geschaffen wird, mit welchem die Enden der Wicklungen an die Zuleitungen zu den Kontakten angeschlossen werden müssen. Die Zuleitungen zu den Kontakten sind dabei unter den Enden der Wicklungen verborgen.
Gleichzeitig wird durch die Wicklungen ein Ausbiegen der Zuleitungen nach aussen verhindert, wenn der Rotor eine Drehbewe gung mit hoher Drehzahl ausführt. Die Enden der Wicklungen auf der Seite der Kontakte sind gewisser- massen eiförmig, während die Enden der Wicklungen am anderen Ende des Blechpaketes kompakter sind und eher eine eckige Form haben.
Die Erfindung hat die Schaffung eines verbesserten Rotors zum Ziel, bei welchem die Enden der Wicklung des Rotors besser geschützt sind als bei den bisherigen Rotoren wobei gleichzeitig die Notwendigkeit entfällt, die Verbindung der Zuleitungen zu den Kontakten mit den Enden der Wicklung an einer unzugänglichen Stelle mit dem Lötkolben durchzuführen. Gleichzeitig sind beim erfindungsgemässen Rotor die Enden der Wicklun gen an beiden Seiten mehr einander ähnlich als bei den bisherigen Ausführungen. Ausserdem ist der erfindungs- gemäss hergestellte Rotor einfacher und leichter herstell- bar.
Die Erfindung wird anhand einer in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsform erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine räumliche Ansicht eines elektrischen Rotors mit einem auf der Welle befestigten Paket von Blechen, das mit einer Wicklung versehen ist, Fig. 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines beispielweisen Rotors und Fig. 3 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, der Einrichtung zur Herstellung des Rotors.
Der Rotor hat eine Welle 11 mit einer ringförmigen Verstärkung 12, deren Stirnfläche sich gegen eine Endplatte 13 eines Blechpaketes 14 stützt, welches auf der Welle befestigt ist.
Auf der anderen Seite ist am Ende des Blechpaketes 14 eine Endplatte 15 angeordnet, welche sich gegen eine metallische Klemmbüchse 16 stützt, welche das Paket fest zusammengepresst hält. Das Blechpaket 14 bildet radiale Zähne 17, zwischen welchen sich Nuten 18 befinden. Das Blechpaket ist mit einer Wicklung aus Draht versehen, wobei sich in den Nuten 18 Nutenwin- dungen und ausserhalb der Nuten 18 Endwindungen 22 befinden, welche sich quer zu den Enden des Paketes 14 zwischen den Nuten 18 erstrecken.
Die äusseren Öffnungen der Nuten sind mit Nuten keilen verschlossen. Zwischen der Wicklung in den Schlitzen und den Nuten des Blechpaketes befindet sich eine Schicht aus isolierendem Material.
Die Enden des Blechpaketes sind mit einer Isolier schicht 24 und mit isolierenden Beilagen 25 versehen, welche eine Berührung der Endwindungen 22 mit den Endplatten 13 und 15 verhindern. Ausserdem ist eine isolierende Büchse 26 vorgesehen, welche die Endwin- dungen 22 von der Klemmbüchse 16 trennt. Am anderen Ende des Blechpaketes ist eine Isolierbüchse 27 vorgesehen, welche die Endwindungen 22 vom Vor sprung 12 trennt.
Das eine Ende der Welle 11 ist mit Schleifringen 31 versehen, an die Zuleitungen 32 angeschlossen sind, welche sich von den Schleifringen durch eine Bohrung 33 in der Welle erstrecken und in der Nähe der Endplatte 13 aus der Welle 11 nach aussen führen. Die Zuleitungen 32 sind reichlich lang bemessen, so dass deren Verbindung durch Löten oder auf eine andere Weise mit den Endwindungen 22 keine Schwierigkeiten bietet. Die Verbindungsstelle befindet sich dabei auf der oberen Seite der Endwindungen. Würde man allerdings den Rotor in diesem Zustand verwenden, so würden die Zuleitungen 32 unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft bei der Drehung des Rotors nach aussen gezogen werden. Die Zuleitungen würden dabei gegen den Rotor des Motors anschlagen.
Um dies zu verhindern, sind die Endwindungen 22 und die Zuleitungen 32 zu den Schleifringen in einer Endkappe 34 aus rostfreiem Stahl eingeschlossen. Die Endkappe 34 ist becherförmig ausgebildet und enthält eine isolierende Auskleidung 35 in der gleichen Form, welche vorzugsweise aus einer Schicht von einem Polyester besteht.
Die Endwindungen 22, die isolierende Auskleidung 35 und die Endkappe 34 sind durch ein isolierendes Bindemittel miteinander verbunden, welches vorzugswei se aus Epoxydharz besteht.
Bei der Herstellung des Rotors wird wie folgt vorgegangen: Die Welle 11 wird mit einem Paket 14 von Rotorblechen versehen, wodurch die radialen Zähne gebildet werden, zwischen welchen sich Nuten 18 erstrecken. Die Bleche werden durch die Klemmbüchse 16 fixiert und sind zwischen dieser und dem Vorsprung 12 zusammengepresst.
Darauf wird die Wicklung auf dem Blechpaket des Rotors angebracht, derart, dass Windungen in den Nuten 18 und Endwindungen 22 entstehen. Die Endwindungen verbinden die Nuten 18 und führen entlang der Enden des Paketes 14. Darauf werden die Zuleitungen 32 der Schleifringe an die Endwindungen 22 angeschlossen. Aus einem Stück von unmagnetischem rostfreiem Stahl, auf welches eine Folie eines isolieren den Kunststoffes aufgelegt wird, wird die Endkappe 34 ausgestanzt und geformt, wobei diese gleichzeitig die Auskleidung 35 enthält. Darauf wird die Endkappe 34 mit der Auskleidung 35 an der Welle 11 angebracht, und zwar derart, dass die Endkappe 34 mit der Auskleidung 35 über das Wellenende zum Paket 14 bewegt wird.
Dabei werden die Endwindungen 22 und die Zuleitun gen 32 zu den Schleifringen verschlossen. Zuletzt werden die Windungen, die Zuleitungen 32, die Auskleidung 35 und die Endkappe 34 mit einem isolierenden Material miteinander verbunden, und zwar dadurch, dass die Teile mit Epoxydharz vergossen werden, welches die Teile durchdringt und erhärtet.
In der Figur 3 ist eine Vorrichtung zur Herstellung des Rotors dargestellt. Diese enthält ein Paar zylindri scher Aussenteile 36, welche zur Zentrierung der Endkappen 34 gegenüber dem Blechpaket 14 dienen. Die Aussenteile 36 sind mit zwei inneren Durchmessern versehen, einem grösseren Durchmesser 37 und einem kleineren Duchmesser 38. Zwischen den Durchmessern 37 und 38 befindet sich ein Absatz 41, welcher mit den Enden des Blechpaketes 14 zusammenwirkt. Der Teil mit dem grösseren Durchmesser 37 umfasst das Blechpaket 14. Der Teil mit dem kleineren Durchmesser 38 umfasst die zylindrische Aussenfläche der Endkappe 34.
Zum Halten der Enden der Endklappen 34 in der erforderlichen Stellung sind Klemmteile 43 vorgesehen, die vorzugsweise aus einem Kunststoff hergestellt sind, wie z. B. aus Teflon, an welchem das Epoxydharz nicht haftet.
Der Klemmteil 43 hat die Form eines Ringes und ist mit einer Bohrung versehen, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Welle 11. Der Klemmteil ist mit einem Schlitz 44 versehen, der eine Dehnung des Klemmteiles beim Aufziehen auf die Welle 11 ermög licht. Die äussere zylindrische Fläche des Klemmteiles 43 ist mit einer Nut 45 versehen. In der Nut ist eine Feder 46 angeordnet, welche den Klemmteil 46 elastisch an die Welle 11 presst.
An den äusseren Enden der Klemmteile 43 sind Kolben 47 angeordnet, welche in einer geeigneten Einrichtung gegeneinander gepresst werden. Dadurch werden die Endwindungen 22 des Rotors geformt und in den Endkappen 34 mit den Auskleidungen 35 verschlos sen.
Nachdem auf diese Weise die einzelnen Teile am Rotor in der Vorrichtung entsprechend ausgebildet wurden, werden die Kolben 47 zusammen mit den Aussenteilen 36 vom Rotor abgenommen. Die Klemm teile 43 bleiben am Rotor und halten die Endkappen in ihrer Stellung. Der Rotor wird dann auf ungefähr <B>150</B> C erhitzt und darauf mit heissem Epoxydharz vergossen. Es findet eine Imprägnierung des Rotors statt, da der heisse Rotor durch Kapillarwirkung das Epoxyd- harz aufsaugt. Die Imprägnierte Einheit wird darauf zum Erhärten des Epoxydharzes in einen Ofen gebracht.
Nach dem Erhärten des Epoxydharzes werden die Klemmteile 43 vom Rotor abgezogen. Es verbleibt nunmehr der fertige Rotor zusammen mit den Endkap- pen 34, welche bei der Herstellung als Werkzeug zum Formen der Endwindungen 22 gedient haben. Die Teile des fertigen Rotors werden durch das Epoxydharz zusammengehalten, welches unter der Einwirkung der Wärme flüssiger wurde und in alle Spalten eingesaugt wurde, zwischen die einzelnen Windungen, zwischen die Windungen 22 und die isolierende Auskleidung 35 und die Endkappe 34 aus rostfreiem Stahl.
Wenn man die Endkappe 34 ohne die isolierende Auskleidung 35 verwenden würde, wäre ein Zerkratzen der Isolierschicht auf den Windungen 22 möglich und dadurch eine Entstehung eines Kurzschlusses zwischen den Windungen 22 und der Endkappe 34. Bei den bisherigen Ausführungen der Rotoren, bei welchen die Zuleitungen zu den Schleifringen innerhalb der Endwin- dungen 22 angeordnet waren, wurde die Verbindung der Endwindungen mit den Zuleitungen mittels eines Lötkol bens hergestellt, der unter die Windungen eingeführt wurde.
Es war dies ein schwieriger Arbeitsvorgang, diente jedoch der Unterbringung der Zuleitungen unter den Endwindungen, so dass die Zuleitungen unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft bei einer Rotation des Rotors nicht nach aussen gezogen wurden. Bei der erfindungsgemässen Ausführung können die Zuleitungen zu den Schleifringen lang sein und sich auf der Aussenseite der Windungen 22 befinden. Dabei werden sie durch die Endkappen 34 geschützt.
Die Endkappen 34 erleichtern die Herstellung des Rotors, da sie den schwierigen Vorgang des Lötens der Zuleitungen an die Endwindungen in einem Inneraum unter den Endwindungen beseitigen.
Nach der Imprägnierung mit Epoxydharz wird der Rotor gereinigt und dessen Schleifringe werden bearbei tet. Bei den üblichen Rotoren, die keine Endkappen aufweisen, muss man bei der Arbeit sehr vorsichtig vorgehen, damit die Endwindungen 22 nicht beschädigt werden. Jeder Bruch eines Drahtes in den Endwindun- gen könnte den Rotor unbenützbar machen. Bei der Ausführung nach der vorliegenden Erfindung schützen die metallischen Endkappen 34 die Endwindungen 22 während der Bearbeitung und Reinigung vor jeder Beschädigung.
Nach der Reinigung des Rotors folgt der Arbeitsgang der Montage, bei welcher der Rotor im äusseren Gehäuse des Motors angeordnet wird. Bei der üblichen Montage besteht die Gefahr, dass der Arbeiter mit einer ungeschützten Windung gegen den Innenraum des Gehäuses stösst und der Bruch einer Windung entsteht. Die ungeschützten Endwindungen können auch bei der Montage der Deckel am Gehäuse beschädigt werden. Diese Gefahren der Beschädigung von Drähten, die zu einer Unbenützbarkeit des Rotors führt, ist bei der erfindungsgemässen Ausführung durch den von den Endkappen 34 gewährten Schutz vermieden.
Die Endkappen 34 wirken als Formwerkzeug und gleichzeitig als ein Bestandteil des Rotors. Sie halten die Endwindungen 22 mechanisch in ihrer Stelle, bis das Imprägniermittel, das vorzugsweise aus Epoxydharz besteht, erhärtet. Darauf werden sie zu einem Bestand teil des Rotors.
Es versteht sich, dass die beschriebene und darge stellte Ausführung des Rotors nur als ein bevorzugtes Beispiel angeführt wurde. Es sind verschiedene Ände rungen der Form, der Grösse und der Anordnung von Teilen möglich. Die dargestellten und beschriebenen Elemente können durch äquivalente Teile ersetzt werden. 'So z. B. kann das erwähnte Epoxydharz durch ein beliebiges imprägnierendes Material mit elektrischen Isoliereigenschaften (wie z. B. Firniss) ersetzt werden. Verschiedene Teile können anders angeordnet werden, und es ist möglich einzelne Teile des Rotors unabhängig von der Verwendung anderer Teile anzuwenden, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird.