DE10040236A1 - Polkörper für elektrische Maschinen und dessen Herstellungsverfahren - Google Patents

Abstract

Polkörper elektrischer Maschinen sind in der Regel als Blechpakete (1) ausgeführt, die über Befestigungsschrauben an entsprechende Träger montiert werden. Insbesondere bei schmalen Blechpaketen stellt sich das Problem, dass Innengewinde (5) im Blechpaket (1) stabil zu verankern sind. Daher wird vorgeschlagen, in der Nähe der Innengewinde (5) für die Befestigung der Blechpakete (1) die einzelnen Bleche (2) des Blechpakets zu verschweißen, um deren Stabilität in einem gewissen Bereich zu erhöhen und gleichzeitig die magnetische Dämpfung durch die Befestigungseinrichtung (5) möglichst gering zu halten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Polkörper für elekt­ rische Maschinen und insbesondere die Befestigungseinrich­ tung, mit der der Polkörper an einen Träger montiert wird. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung auch das Verfahren zur Herstellung eines derartigen Polkörpers.

Ständerwicklungen elektrischer Maschinen werden aller Regel nach auf Polkörper aufgebracht, welche ihrerseits entweder Teil eines Ständervollblechpakets oder an das Ständerjoch durch eine Befestigungseinrichtung montiert sind.

Als Befestigungseinrichtung zum Befestigen des Polkörpers an einem Joch oder sonstigen Träger wird üblicherweise ein Be­ festigungsgewinde im Polkörper verwendet. Dabei ergibt sich das Problem, dass ein in ein Elektroblechpaket geschnittenes Befestigungsgewinde keine ausreichende Festigkeit für die Verschraubung mit einem Träger besitzt. Die Verwendung von Gewindeeinsätzen löst dieses Problem auch nicht zufrieden­ stellend.

Bislang behalf man sich damit, entsprechend Fig. 1A und 1B Teilstücke des Blechpakets durch Massivstücke 6 zu ersetzen, in die die entsprechenden Befestigungsgewinde 5 eingeschnit­ ten sind. Derartige Massivstücke 6 weisen die üblichen elekt­ romagnetischen Nachteile auf, wenn sie bei zeitlich veränder­ lichem Magnetfeld als Polstücke eingesetzt werden. Durch die Massivstücke wird eine wesentlich höhere magnetische Dämpfung gegenüber Elektroblechen 2 hervorgerufen. Ohne Massivstücke ist es dagegen möglich ein kontinuierliches Feld über die ge­ samte Pol- oder Maschinenlänge zu erzeugen.

Die Problematik, entsprechende Befestigungsgewinde in Blech­ paketen vorzusehen, ohne die magnetischen Eigenschaften we­ sentlich zu stören, stellt sich insbesondere bei länglichen, schmalen Polkörpern, bei denen die schmalgeschnittenen Bleche 2 des Pakets 1 nicht über die notwendige Steifigkeit verfü­ gen, um Befestigungsgewinde stabil in sich zu halten. Das be­ deutet, dass im wesentlichen Wendepole von Gleichstrommaschi­ nen, die grundsätzlich schlanker ausgelegt sind als die Hauptpole mit den eigentlichen Erregerwicklungen, von dieser Problematik erfasst sind. Die breiteren Blechpakete der Hauptpole lassen sich gängigerweise ohne magnetische Einbuße wesentlich besser verschrauben, so dass in diese Blechpakete ohne weiteres Gewindeeinsätze stabil eingesetzt werden kön­ nen. Zur Lösung der Stabilitätsproblematik bei schlanken Pol­ körpern könnten Verschraubungen 3 von Wendepolpaketen aus stirnseitiger Sicht des Blechpakets links und rechts von den Befestigungsgewinden vorgesehen werden. Dies würde aber zu massiven magnetischen Dämpfungen durch die Schraubbolzen füh­ ren.

Aufgrund der oben dargestellten Probleme stellt sich als Auf­ gabe der vorliegenden Erfindung, einen Polkörper und ein Ver­ fahren zur dessen Herstellung vorzusehen, bei dem eine stabil eingesetzte Befestigungsvorrichtung zu weniger magnetischen Verlusten führt wie beim Stand der Technik.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ei­ nen Polkörper für elektrische Maschinen mit einer Vielzahl von magnetisierbaren Blechen, einer Verbindungsvorrichtung zur Fügung der Vielzahl von Blechen zu einem Blechpaket und einer Befestigungseinrichtung zum befestigen des Blechpakets an einen Träger gelöst, wobei das Blechpaket in der Nähe der Befestigungseinrichtung zur erhöhten Stabilität verschweißt, verlötet oder verklebt ist. Der Träger kann dabei auch ge­ blecht ausgeführt sein oder aus Vollmaterial bestehen.

Durch das Verschweißen, Verlöten oder Verkleben des Blechpa­ kets in der Nähe der Befestigungseinrichtung wird einerseits das Blechpaket gerade im Bereich der Befestigungseinrichtung mechanisch verstärkt, so dass die Befestigungseinrichtung mit dem Blechpaket stabiler verbunden werden kann, und anderer­ seits sind die magnetischen Dämpfungsverluste durch die kur­ zen Schweißnähte und dergleichen deutlich geringer als durch massive Einsätze im Blechpaket oder durch Schraubbolzen durch die gesamte Länge des Blechpakets auf beiden Seiten der Be­ festigungseinrichtung.

Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Polkörpers besteht darin, dass die Befestigungseinrichtung eine oder mehrere Innengewinde umfasst, das/die direkt in das Blechpaket ge­ schnitten oder in Form von Gewindeeinsätzen in das Blechpaket eingebracht ist/sind. Damit kann mit für diesen Zweck übli­ cherweise verwendeten Schraubgewinden, welche vorzugsweise auch genormt sind, gearbeitet werden.

Gemäß einer anderen Weiterbildung, wie z. B. bei Wendepolen, können die Bleche eine längliche Form besitzen, so dass das Blechpaket neben seinen Stirnseiten zwei Breitseiten und zwei Schmalseiten besitzt und das Zentrum der Verbindungsvorrich­ tung näher zu einer Schmalseite gelegen ist, während die Be­ festigungseinrichtung an der gegenüberliegenden Schmalseite vorgesehen ist.

Das Verschweißen, Verlöten oder Verkleben des Blechpakets kann an der Seite erfolgen, an der das Innengewinde als Be­ festigungseinrichtung untergebracht ist, oder an den zu die­ ser Seite senkrecht stehenden Blechpaketseiten in unmittelba­ rer Umgebung der Befestigungseinrichtung. Ferner können die Bleche an ihren gesamten Flächen miteinander verklebt werden. Die Schweißnaht und dergleichen fixiert die Bleche derart stabil einander, dass ein Gewinde in diesem Teil des Blechpa­ kets eingesetzt werden kann.

Für die Schweißnähte und dergleichen können am Blechpaket spezielle Funktionsflächen vorgesehen werden, an denen die Verschweißungen, Verlötungen oder Verklebungen des Blechpa­ kets durchgeführt werden, um definierte Verbindungsorte fest­ zulegen und die Verbindungswülste innerhalb der Blechkontur unterzubringen.

Der Vorteil derartiger Verbindungstechniken liegt auch darin, das diese intervallartig durchgeführt werden können, so dass im Gegensatz zu Verschraubungen keine ausgeprägten magneti­ schen Dämpfungen auftreten.

Die beschriebenen Polkörperbefestigungen eignen sich insbe­ sondere für Wendepole aber auch andere Pole elektrischer Ma­ schinen, bei denen vorzugsweise schmale Pole Einsatz finden. Die Herstellungsverfahren der erfindungsgemäßen Polkörper er­ geben sich unmittelbar aus deren Konstruktion.

Die vorliegenden Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, in denen zeigen:

Fig. 1A eine Seitenansicht eines Blechpakets nach dem Stand der Technik;

Fig. 1B eine Draufsicht auf ein Blechelement des Blechpakets gemäß Fig. 1A;

Fig. 2A eine Seitenansicht des Blechpakets gemäß der vorlie­ genden Erfindung;

Fig. 2B eine Draufsicht auf das Blechpaket von Fig. 2A;

Fig. 2C eine Stirnseitenansicht des Blechpakets von Fig. 2A; und

Fig. 2D eine vergrößerte Ansicht der erfindungsgemäß ange­ brachten Schweißnaht.

Anhand der Fig. 2A bis 2D wird nun eine bevorzugte Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.

Fig. 2A zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Blechpakets, wie es typischerweise bei Wendepolen verwendet wird. Das Blechpaket 1 besteht aus einer Vielzahl gegeneinan­ der isolierter Elektrobleche aus weichmagnetischem Magnetma­ terial oder einer Vielzahl isolierter oder unisolierter Zieh- bzw. Stahlbleche. Die Form der Einzelbleche ist aus Fig. 2C ersichtlich. Die Ausführung des Polkörpers als Blechpaket ist notwendig, um bei Wechselfeldern die Ausbildung der Wirbel­ ströme auf dem Blechquerschnitt zu beschränken und damit die Wirbelstromverluste bzw. die Rückwirkung der Wirbelströme auf das Ausgangsfeld klein zu halten.

Das Blechpaket wird durch einen oder mehrere Schraubbolzen 3 verschraubt. Diese Verschraubungen 3 sind derart anzuordnen, dass im Blechpaket möglichst wenig magnetischer Verlust auf­ tritt. Wie in Fig. 2C beispielhaft gezeigt ist, befinden sich die Verschraubungen des schmalen Blechpakets für Wendepole hinsichtlich des Einzelblechs 2 auf der Längsmittelachse. Da das Magnetfeld in dem Polkörper in Fig. 2C von oben nach unten bzw. umgekehrt verläuft, sind die mehreren Verschraubungen ebenfalls in dieser Richtung angeordnet, um die magnetische Dämpfung möglichst gering zu halten.

Aus den gleichen Gründen ist die Befestigungseinrichtung, hier als Innengewinde 5 ausgeführt, senkrecht über der Ver­ schraubungsanordnung gegenüber dem Polschuh 4 anzuordnen.

Je nach Länge des Wendepols bzw. der Gegebenheit der Befesti­ gungsmöglichkeiten an einem Träger können ein oder mehrere Innengewinde über die Pollänge verteilt an der Blechpaket O­ berseite angeordnet sein. Selbstverständlich können anstelle von Verschraubungen auch andere Befestigungsmittel wie Kompo­ nenten einer Steck- oder Aufschrumpfverbindung anstelle des/der Innengewinde (S) in das Blechpaket zur Befestigung des Polkörpers montiert werden.

Erfindungsgemäß sind Verschweißungen 7 der Elektrobleche 2 oder der isolierten oder unisolierten Zieh- bzw. Stahlbleche an deren oberen Abschnitt in der Nähe der Befestigungsgewinde 5 durchgeführt.

Die Länge der Schweißnähte ist grundsätzlich variabel. Die Mindestlänge der jeweiligen Schweißnaht liegt aber im Bereich des Gewindedurchmessers. Vorzugsweise liegt die Länge der Schweißnaht im Bereich des zwei- bis dreifachen des Gewinde­ durchmessers, so dass das verschweißte Teilpaket auch Bleche umfasst, in die das Innengewinde nicht geschnitten ist, die aber diejenigen Bleche stabilisieren, in die das Gewinde ein­ geschnitten bzw. der entsprechende Gewindeeinsatz eingebracht ist.

Die Draufsicht auf das Blechpaket 1 in Fig. 2B zeigt, das sich die Schweißnähte 7 auf beiden Seiten der jeweiligen Innenge­ winde 5 befinden. Durch diese Anordnung wird in der Nähe je­ der Befestigungseinrichtung bzw. jedes Innengewindes 5 ein kompaktes, verschweißtes Teilblechpaket gewährleistet. Alter­ nativ zu den in den Fig. 2A bis 2D dargestellten Schweiß­ nähten können die Schweißnähte auch unmittelbar auf der in Fig. 2B gezeigten Oberseite des Blechpakets seitlich neben den jeweiligen Innengewinden angebracht werden. Es ist dann nur dafür Sorge zu leisten, dass die jeweilige Schweißnaht ein bündiges Anbringen des Blechpakets an einen Träger nicht be­ hindert. Eventuell sind entsprechende Schweißnuten vorzuse­ hen.

Aus Fig. 2C ist deutlich zu entnehmen, dass bei der bevorzug­ ten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung die Schweißnähte 7 an beiden Seiten des Blechpakets 1 in dessen oberem Abschnitt vorgesehen sind. Aus dieser Perspektive wird auch deutlich, dass die senkrecht über den Verschraubungen 3 eingearbeiteten Gewinde 5 an der Unterseite durch die Ver­ schraubungen 3 und an den beiden Seiten durch die Verschwei­ ßungen 7 stabilisiert werden.

In der Detailvergrößerung von Fig. 2D ist angedeutet, wie die Schweißnaht 7 in einer eigens dafür vorgesehenen Funktions­ fläche liegt. In den jeweiligen Elektroblechen 2 sind an den Seiten Vorsprünge 8 vorgesehen. Aus den Vorsprüngen 8 sind U- förmige Vertiefungen 9 ausgestanzt. In dem Blechpaket bilden diese U-förmigen Ausstanzungen 9 eine Schweißnut, in die die Schweißnähte 7 eingebracht werden können, ohne über die Blechkontur der Überstände 8 hinaus zu ragen.

Die in Fig. 2D dargestellten Überstände 8 müssen aber nicht zwingend vorgesehen werden. Sie dienen der ungehinderten Aus­ breitung des Magnetfelds durch den Polkörper bezüglich der Zeichnung von oben bzw. unten. Unter Inkaufnahme eines gerin­ geren magnetischen Querschnitts kann die U-förmige Ausstan­ zung 9 auch direkt in der Seitenfläche, ohne Überstand 8, vorgesehen sein.

Anstelle der Verschweißungen 7 kann auch vorgesehen werden, dass die Elektrobleche 2 im Bereich der Innengewinde 5 bei­ spielsweise' durch Hartlöten, Weichlöten oder Verkleben anein­ ander fixiert werden, um ein Teilpakt mit erhöhter Stabilität darzustellen.

Wie aus den Fig. 2A-2B ersichtlich ist, ist die zusätz­ liche Stabilisierung der Elektrobleche 2 in der Nähe der Be­ festigungseinrichtungen 5 besonders bei schmalen Blechpake­ ten, wie sie bei Wendepolen eingesetzt werden notwendig. Grundsätzlich eignet sich diese Technik des Verschweißens, Verlötens oder Verklebens der Elektrobleche auch für die in der Regel breiteren Hauptpole.

Durch die erfindungsgemäße Stabilisierung der Elektrobleche 2 lässt sich die Kontinuität des Elektroblechs 1 gegenüber dem in Fig. 1A dargestellten Stand der Technik deutlich erhöhen. Damit ist auch eine deutliche Reduktion der durch die Mas­ sivstücke hervorgerufenen magnetischen Dämpfung zu erzielen.

Claims (15)

1. Polkörper für elektrische Maschinen mit
einer Vielzahl von magnetisierbaren Blechen (2), einer Ver­ bindungsvorrichtung (3) zur Fügung der Vielzahl von Blechen (2) zu einem Blechpaket (1) und
einer Befestigungseinrichtung (5) zum Befestigen des Blech­ pakets (1) an einem Träger,
dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpaket (1) in der Nähe der Befestigungseinrichtung (5) zur erhöhten Stabilität verschweißt, verlötet oder verklebt ist.

2. Polkörper nach Anspruch 1, wobei die Befestigungseinrich­ tung (5) eine oder mehrere Innengewinde umfasst, das/die di­ rekt in das Blechpaket (1) geschnitten oder in Form von Ge­ windeeinsätzen in das Blechpaket (1) eingebracht ist/sind.

3. Polkörper nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verbindungs­ vorrichtung (3) Schraubelemente umfasst, mit denen die Bleche (2) zu dem Blechpaket (1) verschraubt sind.

4. Polkörper nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Bleche (2) eine längliche Form besitzen, so dass das Blechpaket (1) ne­ ben seinen Stirnseiten zwei Breitseiten und zwei Schmalseiten besitzt und das Zentrum der Verbindungsvorrichtung (3) näher zu einer Schmalseite gelegen ist, während die Befestigungs­ einrichtung (5) an der gegenüberliegenden Schmalseite vorge­ sehen ist.

5. Polkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verschweißen, Verlöten oder Verkleben des Blechpakets (1) an der Blechpaketseite mit der Befestigungseinrichtung, zwi­ schen den Blechen (2) und/oder an den jeweils angrenzenden Blechpaketseiten erfolgt ist.

6. Polkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bleche (2) eine derartige Kontur aufweisen, dass sich für eine Löt- oder Schweißnaht bzw. -nähte am Blechpaket speziel­ le Funktionsflächen ergeben.

7. Polkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Löt- oder Schweißnaht bzw. eine Klebeverbindung in Rich­ tung senkrecht zu den Blechen (2) intervallartig ausgeführt ist, so dass die Bleche (2) nur im Bereich des/der Elemente der Befestigungseinrichtung (5) verschweißt, verlötet oder verklebt sind.

8. Wende- oder Hauptpol mit einem Polkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

9. Elektrische Maschine mit einem oder mehreren Polkörpern nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

10. Verfahren zur Herstellung eines Polkörpers für elektri­ sche Maschinen nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit den Schritten:

• - Bereitstellen einer Vielzahl von magnetisierbaren Blechen (2),
• - Fügen der Vielzahl von Blechen (2) zu einem Blechpaket (1) und
• - Bereitstellen einer Befestigungseinrichtung (5) zum Befes­ tigen des Blechpakets (1) an einem Träger,
  gekennzeichnet, durch Verschweißen, Verlöten oder Verkleben des Blechpakets (1) in der Nähe der Befesti­ gungseinrichtung (5) zu dessen erhöhter Stabilität.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Bereitstellen einer Befestigungseinrichtung (5) den Schritt des direkten Schnei­ dens eines oder mehrerer Innengewinde in das Blechpaket (1) oder das Einbringen von einem oder mehreren Gewindeeinsätzen in das Blechpaket (1) umfasst.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Schritt des Fügens der Bleche (2) das Verschrauben der Bleche (2) zu dem Blechpaket (1) umfasst.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Blechpaket (1) an der Blechpaketseite mit der Befestigungs­ einrichtung (5) oder an den jeweils angrenzenden Blechpaket­ seiten verschweißt, verlötet oder verklebt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Bleche (2) derart konturiert sind, dass sich für das Schwei­ ßen, Löten oder Kleben spezielle Funktionsflächen ergeben.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das Schweißen, Löten oder Kleben in Richtung senkrecht zu den Blechen (2) intervallartig ausgeführt wird, so dass die Ble­ che (2) nur im Bereich des/der Elemente(s) der Befestigungs­ einrichtung (5) verschweißt, verlötet oder verklebt werden.