DD292860A5 - Anordnung zur befestigung von langen nabenkoerpern auf wellen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Befestigung von langen Nabenkoerpern auf Wellen, insbesondere von aus Einzelblechen zusammengefuegten Rotorblechpaketen elektrischer Maschinen. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die Verdrehfestigkeit der Verbindung Welle/Nabe mit einem Verhaeltnis Preszfugenlaenge/Wellendurchmesser L/D1 im Einfluszbereich des zu uebertragenden Drehmomentes zu erhoehen. Sie wird erfindungsgemaesz dadurch geloest, indem die Preszverbindung auf der Drehmomenteneinleitungsseite eine Zone erhoehter Verdrehfestigkeit, welche aus einer Raendelung bzw. einer Rauhtiefe 0,001 D besteht, aufweist. Fig. 1{elektrische Maschine; Welle; Nabenkoerper; Preszverbindung; Drehschwingungsbelastung; Drehmomenteneinleitungsseite; Verdrehfestigkeitserhoehung; Materialaufwerfung; Raendelsitz}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Befestigung von langen Nabenkörper, insbesondere der aus Einzelblechen zusammengefügten Rotorblechpakete elektrischer Maschinen, aufweiten, vorzugsweise für durch Verbrennungskraftmaschine angetriebene Generatoren. Ihr Einsatz kann aber auch bei Antrieben erfolgen, in denen hohe Drehschwingungsbelastungen auftreten, das Verhältnis der Nabenlänge/Wellendurchmesser § 1 ist und bei denen, die Streckgrenze des Nabenwerkstoffes in der Bohrung höchstens der an der Wellenoberfläche ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Befestigung des Magnetkörpers auf der Welle des Läufers elektrischer Maschinen kann in einfacher Weise durch eine

Preßverbindung erfolgen. Als Kriterien bezüglich der Beanspruchung dieser Vei bindung zeigen sich große auf den Wellendurchmesser bezogene Nabenlängen, relativ geringe Fugenpressungen und in speziellen Einsatzfällen hohe Wechseldrehmomente im stationären Betrieb. Weitere Besonderheiten ergeben sich dadurch, daß die Naben normalerweise lamelliert sind und als vorgefertigte Magnetkörper

unvermeidlich einen Schichtversatz zwischen den einzelnen Lamellen aufweisen, der die Preßfugenstruktur nachteiligbeeinflußt.

Bei der theoretischen Betrachtung einer solchen Preßverbindung zeigt sich, daß der Schwerpunkt bei der Berechnung des

übertragbaren Drehmomentes nicht in der Wahl der mittleren Fugenpressung, sondern auf der konkreten Bewertung der

Wellenverdrehung in der praktisch drehsteifen Nabe auf der Seite der Momenteneinleitung liegt. Bekanntlich ziehen sich die Relativbeweijungen zwischen Welle und Nabe, besonders bei dünnen und langen Wellen, je nach der Belastung des

Reibschlusses mehr oder weniger in die Bohrung hinein und begrenzen die schlupffreie Länge auf einen Teil der gesamten

Preßfugenlänge. Die Folge ist sogenanntes örtliches Gleiten in der Preßfuge mit den Größtwerten nahe dem Fugenende auf der

torsionsbeanspruchten Seite, das in extremen Fällen zur Entstehung von Passungsrost und nachfolgend progressiv zur

Zerstörung der Preßverbindung führen kann. Die im DDR-Standard TGL19361 enthaltenen Empfehlungen für Preßverbindungen bei monolithischen Naben orientieren auf Verhältnisse Preßfugenlänge zu Wellendurchmesser auf L/D S 1,6.

Hinweise zur Verminderung des örtlichen Gleitens und zur Verhinderung der Passungsrostbildung erstrecken sich von der Anwendung

- höherer mittlerer Fugenpressung

- Stufung der Steifheiten von Welle und Nabe

- Entlastungskonturen in der Welle sowie

- gehärteter Paßflächen und/oder Verklebung bis zur

- Schmierung der Preßfugen mit MoS₂-Ölpaste oder Zinkdiphosphatpaste.

Weiterhin ist allgemein bekannt, bei kleinen Baueinheiten und geringen Drehmomentbelastungen Rändelsitze zur Verbindung von Naben bzw. Blechpaketen von Ε-Motoren mit den Wellen einzusetzen. Der Anwendungsumfang dieser Verbindungsart ist jedoch großen- und leistungsmäßig begrenzt. Für drehschwingungsbeanspruchte Wellen ist sie nicht ausreichend. Eine ähnliche Befestigungsart wird in der DE-OS 3000589, Pat. Kl. B 23 P, 11/00 beschrieben. Hierin wird ein Verfahren zur Verbindung von Nabenkörpern mit wellenartigen Bauteilen beschrieben, bei dem die Welle mit einer umlaufenden Nut versehen wird, deren Nutgrund gerändelt wird. Der Nabenkörper, beispielsweise Zahnrad, wird mit glatter Bohrung auf die Welle gesteckt und anschließend axial mit Hilfe eines Werkzeuges derart verpreßt, daß Material aus dem Nabenkörper in die gerändelte Nut einfließt. Die Übertragung des Drehmomentes erfolgt allein über den Rändelsitz. Drehschwingungsbelastungen dürfte ein derartiger Festsitz nicht gewachsen sein.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist eine Preßverbindung für die Welle und den Magnetkörper einer elektrischen Maschine, die auc.¹» bei großem Verhältnis der Preßfugenlänge zum WeMendurchmesser und Einwirkung starker Drehschwingungsbelastungen einen dauerhaften gleitfreien SiU des Magnetkörpers auf seiner ganzen Länge bei minimalem technischen Aufwand gewährleistet.

Wesen der Erfindung

Die der Erfindung zugrunde liegende technische Aufgabe zur Schaffung einer drehfesten Verbindung Welle/Nabe mit einem Verhältnis Preßfugenlänge/Wellendurchmesser, L/D S 1 besteht darin, die Verdrehfestigkeit der Preßverbindung im Bereich des Einfließens des zu übertragenden Drehmomentes zu erhöhen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe damit gelöst, daß einem Teil der Preßfugenlänge auf der Seite der Drehmomenteneinleitung eine Zone erhöhter Verdrehfestigkeit vermittelt ist. Diese Zone erstreckt sich auf eine Länge bis 0,25 x L. Eine Möglichkeit zur Bildung einer derartigen Zone besteht in einer auf den Wellenumfang gleichmäßig verteilten, parallel zur Längsachse vorgesehenen Materialaufwerfung. Entsprechend einem vorrangigen Erfindungsgedanken ist für die Zone erhöhter Festigkeit eine Rändelung vorgesehen. Der Rändelsitz zeichnet sich in dem Falle, daß die Fließgrenze des Nabenwerkstoffes an der Bohrungsfläche höchstens gleich der an der entsprechenden Wellenoberfläche ist, dadurch aus, daß er neben dem aus der radialen Pressung folgenden Reibschlußeinen hohen Anteil an spielfreiem Formschluß hervorruft und damit die Relativbewegung zwischen Welle und Nabe imgerändelten Beroich auf einen der Elastizität der Rändelung entsprechenden Wert begrenzt.

Die erfindungsgemäße Kombination von Preßsitz und Rändelsitz kann im Falle einer vorgefertigten Nabe sowohl in einer Querpreßverbindung bzw. Schrumpfverbindung als auch Längspreßverbindung realisiert werden, wobei beide Fügungsarten

das Einschneiden des Rändelprofils in die Nabenbohrung am Ende des Fügeprozesses erfordern. Bei entsprechender

Dimonsionierung der Rändelung besteht auch die Möglichkeit, einen weniger harten Preßsitz vorzusehen, so daß bevorzugt

energiesparende Längspreßverbindungen eingesetzt werden können. Ferner kann durch hartes Schichten der Bleche in

Teilpaketen direkt auf die Welle und Zwischenpressen besonders im Bereich der Rändelung die kombinierte Rändel- Preßverbindung auch bei größeren Maschinen eingesetzt werden, bei denen die Vorfertigung der Magnetkörper unzweckmäßig

Als wesentlicher technologischer Vorteil ist herauszustellen, daß die Rändelung in den Prozeß der Wollenfertigung problemlos eingeordnet werden kann. Das gilt besonders dann, wenn weitere Rändelungen zur Festsetzung anderer Baugruppen, wie z. B.

Ventilatoren oder Erregermaschinenanker auf der Welle erforderlich sind. Eine Zone erhöhter Festigkeit im Sinne der Erfindung ist auch erreichbar, indem diese Fläche in einer Rauhtiefe von >0,001 D

aufgerauht ist.

Ausführungsbeispiel Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Skizze ist, mit dem Bezugszeichen 1 versehen, ein Stück einer Welle einer drehschwingungsbelasteten Maschine

dargestellt, auf der ein Nabenkörper 2 angeordnet ist. Die Welle 1 weist einerseits einen im Nenndurchmesser D zum

Nabenkörper passenden Preßsitz 4 und zusätzlich auf der Antriebsseite der erfindungsgemäße Zone erhöhter Verdrehfestigkeit 3, im vorliegenden Beispiel eine Rändelung in der Breite B, auf. Beide Festsitze bilden die Länge L, die fast der Nabenlänge entspricht. Eine Wellenschulter auf der Seite der Einleitung des Drehmomentes m (t) dient als Anschlag für den von der Gegenseite erfolgenden Fügeprozeß. Die Zusammenfügung kann in Abhängigkeit vom Aufbau des Nabenkörpers einerseits durch Aufpressen der Einzelbleche bis

zum Erreichen der gewünschten Nabenlänge, andererseits durch Aufpressen der kompletten Nabe, so vohl auf kaltem Wege alsauch unter Ausnutzung einer Erwärmungsausdehnung vollzogen werden.

Claims (5)

1. Anordnung zur Befestigung von langen Nabenkörpern auf Wellen, insbesondere aus Einzeiblechen zusammengefügte Rotorblechpakete elektrischer Maschinen, bei denen das Verhältnis der Preßfugenlänge zum Wellendurchmesser, L/D, ä 1 ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Preßfugenlänge auf der Seite der Dretjmomenteneinleitung eine Zone erhöhter Verdrehfestigkeit aufweist.

2. Anoidnung zur Befestigung von langen Nabenkörpern auf Wellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zone erhöhter Verdrehfestigkeit bis etwa 0,25 x L erstreckt.

3. Anordnung zur Befestigung von langen Nabenkörpern auf Wellen nach den Ansprüchen 1 und 2,

dadurch gekennzeichnet, daß dieZone erhöhter Verdrehfestigkeit von einerauf den Wellenumfang gleichmäßig verteilten Materialaufwerfung gebildet ist.

4. Anordnung zur Befestigung von langen Nabenkörpern auf Wellen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone erhöhter Festigkeit eine Rändelung aufweist.

5. Anordnung zur Befestigung von langen Nabenkörpern auf Wellen nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle im Bereich der Zone erhöhter Festigkeit mit einer Rauhtiefe > 0,001 D aufgerauht ist.