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Stand der
Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer bürstenlosen
Gleichstrommaschine sowie einem Rückschlussringpaket, einem Zahnkranzpaket
und einem Kopfteil einer Gleichstrommaschine sowie einem Verfahren
zur Herstellung einer bürstenlosen
Gleichstrommaschine nach den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
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Bürstenlose
Gleichstrommaschinen (BLDC-Gleichstrommaschinen), elektrisch kommutierende
Motoren (EC-Motoren) sowie geschaltete Reluktanzmotoren (SR-Motoren)
sind bekannt. Sie weisen hervorragende elektrische und mechanische Eigenschaften
auf, haben jedoch vergleichsweise hohe Herstellungskosten gegenüber Gleichstrommaschinen
mit mechanischer Kommutierung (DC-Gleichstrommaschinen). Aus diesem Grund
haben EC-Gleichstrommaschinen
bislang keinen nennenswerten Einsatz in Low-Cost-Anwendungen wie beispielsweise
bei Elektrowerkzeugen oder in Automotiv-Anwendungen gefunden. Da
eine EC- Gleichstrommaschine
zur Kommutierung grundsätzlich eine
Halbleiterbrückenschaltung
nebst dazugehöriger
Steuerelektronik benötigt,
hat sie einen strategischen Nachteil gegenüber einer DC-Gleichstrommaschine,
die diesen Aufwand nicht benötigt.
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Nach
dem Stand der Technik wird zwischenzeitlich zur Steuerung von Gleichstrommaschinen (Drehrichtung,
Drehzahl, Drehmoment) immer häufiger
Elektronik eingesetzt, so dass der Zusatzaufwand, der zur Steuerung
einer EC-Gleichstrommaschine benötigt
wird, immer weniger ins Gewicht fällt.
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Die
Fertigungsverfahren der bekannten EC-Motoren sind dennoch aufwendig
und kompliziert. Der EC-Motor umfasst einen aus gestanzten Blechen
aufgebauten Stator. Der Stator dient zur Aufnahme einer oder mehrerer
Statorwicklungen, mit welchen im Wesentlichen die Leistungsdaten
des Motors festgelegt werden. Für
die Wicklungen sind beispielsweise Nuten im Stator ausgebildet.
Ein auf einer Motorachse angeordneter Rotor weist mehrere Permanentmagnete
auf, die durch einen Luftspalt getrennt gegenüber dem Stator angeordnet sind.
Die Statorwicklungen sind aufeinander folgend derart erregbar, dass
ein den Rotor in Drehung versetztes Drehfeld erzeugt wird.
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Es
sind nach dem Stand der Technik folgende Wickelverfahren bekannt:
Bei
einem ersten Verfahren wird eine Einziehwicklung hergestellt. dabei
wird eine Wicklung für
einen Stator auf einen Kern gewickelt und anschließend durch
Spalten zwischen Zähnen
in Nuten eines Stators eingezogen. Nachteilig dabei ist, dass dieses Verfahren
rela tiv aufwendig ist und lange Taktzeiten mit sich bringt. Zudem
ist eine breite Zahnspalte erforderlich, was wiederum einen negativen
Einfluss auf magnetische Eigenschaften des so hergestellten Motors
hat.
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Bei
einem alternativen Herstellungsverfahren wird eine Einzelzahn- oder Doppelzahnbewicklung
hergestellt. Dabei wird der Stator in zwei Teile, einen Zahnkranz
und einen Rückschlussring,
getrennt. Damit die Zähne
des Zahnkranzes nicht auseinander fallen, müssen sie rotorseitig miteinander verbunden
bleiben, d.h. die Zähne
werden zur Rotorseite nicht durch eine Spalte getrennt. Die Verbindung
der Zähne
kann auch auf der Rotorseite nur bei einer für die mechanische Festigkeit
ausreichende Anzahl von Stanzblechen gegeben sein. Ein solches Blechpaket
wie beispielsweise der Stator einer gewöhnlichen DC-Gleichstrommaschine
lässt sich
in einem Arbeitsgang einfach und schnell bewickeln. Als Bewickelungsverfahren
ist beispielsweise eine Einzelzahnbewicklung auf einem Spulenträger bekannt, der
nach dem Aufbringen der Wicklung von außen auf die Zähne des
Zahnkranzes geschoben wird. Bei der klassischen Doppelzahnbewicklung
wird die volle Windungszahl auf einen Zahn aufgebracht, der Nachbarzahn
bleibt frei. Jedoch gerade bei kurzen Statorlängen, beispielsweise von unter
20mm, ist der uneffektive Drahtanteil der Wickelköpfe deutlich messbar,
so dass die Einzelzahnbewicklung zu bevorzugen ist. Dabei wird jeweils
die Hälfte
der Windungszahlen auf zwei benachbarte Zähne mit entgegengesetztem Wickelsinn
aufgebracht.
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Im
Anschluss an die Bewicklung wird das ebenfalls stanzpaketierte Rückschlussringpaket
auf das bewickelte Zahnkranzpaket formschlüssig aufgepresst. Nachteilig
dabei ist, dass durch den Aufpress vorgang große mechanische Spannungen im
Zahnkranzpaket entstehen, die durch die Zahnverbindungen auf der
Rotorseite abgefangen werden müssen. Diese
Zahnverbindungen können
daher nach der Fertigstellung des Stators auch nicht entfernt werden,
was sich wiederum ungünstig
auf die magnetischen Eigenschaften des Stators auswirkt.
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Zudem
entstehen durch den Aufpressvorgang an der Kontaktstelle elektrische
Verbindungen zwischen den einzelnen Stanzblechen des Paketes, was
zu erhöhten
Verlusten durch Wirbelströme
führt.
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Vorteile der
Erfindung
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Bei
der erfindungsgemäßen bürstenlosen Gleichstrommaschine
sind ein Zahnkranz und ein Rückschlussring
in radialer Richtung ineinander greifend ausgebildet. Bevorzugt
sind Verbindungsmittel zur Herstellung einer form- und kraftschlüssigen Verbindung
einer Kontaktfläche
vorgesehen, die zwischen Zahnköpfen
eines Zahnkranzes und einem Rückschlussring
ausgebildet sind. Vorteilhafterweise treten dadurch erst gar keine
ungünstigen
mechanischen Spannungen auf. Außerdem
wird das Entstehen von Wirbelströmen
vermieden.
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Die
erfindungsgemäße Gleichstrommaschine
umfasst einen Stator mit einer Wicklungsanordnung und einem Rotor,
wobei der Stator einen Zahnkranz mit sich radial nach außen erstreckenden Zahnköpfen sowie
einen Rückschlussring
umfasst.
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In
einer günstigen
Ausgestaltung sind die Verbindungsmittel zur Herstellung einer form-
und kraftschlüssigen
Verbindung zwischen den Zahnköpfen
des Zahnkranzes und dem Rückschlussring
verformbar.
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In
einer weiteren günstigen
Ausgestaltung sind der Zahnkranz und der Rückschlussring vor Herstellung
einer form- und kraftschlüssigen
Verbindung kraftfrei ineinander fügbar.
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Ein
erfindungsgemäßes Zahnkranzpaket umfasst
wenigstens einen Zahnkranz mit nach außen weisenden Zähnen und
sich in radialer Richtung erstreckenden und Hinterschneidungen bildenden Zahnköpfen. Die
Zahnköpfe
weisen zweckmäßigerweise
eine außenseitige
Vertiefung auf.
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Ein
erfindungsgemäßes Rückschlussringpaket
umfasst wenigstens einen Rückschlussring,
der aus einem ringförmigen
Körper
mit radial nach innen weisenden, sich nach innen keilförmig erweiternden Kontaktelementen
gebildet ist, wobei die Kontaktelemente Hinterschneidungen bilden.
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Bevorzugt
sind als Verbindungsmittel zwischen den beiden Paketen miteinander
korrespondierende Kontaktflächen
des Rückschlussrings
und der Zahnköpfe
gebildet. Dabei können
an einer durch Verbindungsstege des Rückschlussrings gebildeten Kontaktfläche korrespondierende
Kontaktflächen
der Zahnköpfe
des Zahnkranzes ausgebildet sein. Es kann vorgesehen sein, dass
zwischen den Verbindungsstegen des Rückschlussrings als Passstücke ausgebildete
Kontaktelemente mit keilförmigem Querschnitt
angeordnet sind. Durch die besondere Formgebung der Zahnköpfe und
des Rückschlussrings
kann eine form- und kraftschlüssige
Verbindung hergestellt werden.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung einer bürstenlosen
Gleichstrommaschine werden miteinander korrespondie rende Kontaktflächen form-
und kraftschlüssig
verstemmt, wobei dünnwandige
Verbindungsstege des Rückschlussrings
so verformt werden, dass zwischen den Verbindungsstegen liegende
keilförmige
Kontaktelemente des Rückschlussrings
gegen korrespondierende Kontaktflächen der Zahnköpfe gezogen
werden. Vor dem Verstemmen kann das Rückschlussringpaket nach Bewicklung
des Zahnpaketes ohne Kraftaufwendung über das Zahnpaket geschoben
bzw. gefügt
werden. Eine Kraftaufwendung ist auch deshalb nicht erforderlich,
weil zwischen Zahnkranzpaket und Rückschlussringpaket ein kleiner
Spalt von etwa einigen Zehntel Millimetern vorhanden ist. Da die
beiden Pakete beim Fügen
nicht reibend verpresst werden, entstehen vorteilhafterweise auch
keine elektrisch leitfähigen
Verbindungen durch Materialumformung und Gratbildung an der Fügestelle.
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Nach
dem Fügen
kann erfindungsgemäß eine form-
und kraftschlüssige
Verbindung von Zahnkranzpaket und Rückschlussring durch Verstemmung
an der Außenseite
der Zahnköpfe
erreicht werden. Hierbei können
die dünnwandigen
Verbindungsstege zwischen den keilförmig ausgebildeten Kontaktelementen
des Rückschlussrings
wenigstens bereichsweise in eine außenseitige Vertiefung der Zahnköpfe gepresst
werden, wodurch die keilförmigen
Kontaktelemente form- und kraftschlüssig praktisch selbsttätig an die
korrespondierenden Flächen der
Zahnköpfe
gezogen werden. Während
des Verstemmens können
günstigerweise
die Zähne
auf der Rotorseite, d.h. am Innendurchmesser des Zahnkranzpakets,
durch ein Absicherungsmittel, beispielsweise einen Dorn, abgestützt werden.
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Vor
dem Fügen
können
das Zahnkranzpaket und das Rückschlussringpaket
mit einer elektrischen Isolierschicht, beispielsweise einer Lackschicht,
versehen werden, wodurch beim Verstemmen vorteil hafterweise eine
mechanisch feste und elektrisch nicht leitende Verbindung zwischen
Zahnköpfen
des Zahnkranzpakets und dem Rückschlussringpaket hergestellt
wird, wodurch die Wirbelstromverluste erheblich reduziert werden.
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Besonders
bevorzugt können
die Verbindungsmittel als Spannmittel in Form von z.B. Stahldrähten oder
Stiften ausgebildet sein, die wenigstens bereichsweise in den außenseitigen
Vertiefungen der Zahnköpfe
angeordnet sind. Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren können die
Spannmittel zwischen den Verbindungsstegen des Rückschlussrings und der außenseitigen
Vertiefung der Zahnköpfe
eingepresst werden. Beim Einpressen werden die dünnwandigen Verbindungsstege
nach außen
gedrückt
und elastisch verformt, wodurch die korrespondierenden Flächen der
Zahnköpfe
und des Rückschlussrings
zueinander gezogen werden. Da die Verbindungsstege sich über die
eingepressten Stifte an der Außenseite
der Zahnköpfe
abstützen, werden
vorteilhafterweise keine mechanischen Spannungen an der rotorseitigen
Verbindung der Zähne
erzeugt. Deshalb lassen sich diese günstigerweise nach dem Fügen auch
problemlos mechanisch, beispielsweise mit einer Hohnnadel, oder
auf elektrochemischem Weg, beispielsweise mit einem ECM-Verfahren, trennen,
was zur Verbesserung der magnetischen Flussführung beiträgt.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass ein Teil der Zahnköpfe mit
den korrespondierenden Verbindungsstegen des Rückschlussringpakets verstemmt und
ein Teil mittels der Spannmittel verkeilt wird.
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An
den freien Enden des Stators ist vorzugsweise jeweils ein Kopfteil
angeordnet. Bei einem erfindungsgemäßen Kopfteil der Gleich strommaschine ist
jeweils eine Aufnahmeöffnung
zur Aufnahme eines Rotorlagers vorgesehen. Durch die besondere Ausführung der
Kopfteile, die die Anordnung der Rotorlager innerhalb des Wickelkopfes
ermöglicht,
wird ein wesentlicher Kosten- und Bauraumvorteil gegenüber den
bekannten EC-Motoren erzielt, bei welchen zur Aufnahme und Lagerung
des Rotors ein separates Gehäuse,
beispielsweise aus Aluminiumdruckguss, benötigt wird, um den bewickelten
Stator darin zu fügen
bzw. um Aufnahmen für
die Lagerung des Rotors vorzusehen. Durch die erfindungsgemäße Aufnahme
der Rotorlager in den Kopfteilen wird vorteilhafterweise eine sehr
kompakte Bauweise der Gleichstrommaschine ermöglicht, da die Rotorlager unmittelbar
an das Rotorblechpaket auf der Welle angeordnet sein können. Dies
hat den Vorteil, dass auf die Lager wirkende Kräfte auf dem kürzesten
Wege aufgenommen und Unwuchten bestmöglich abgefangen werden können. Da
das Kopfteil mit seinen Zapfen direkt vom Statorpaket aufgenommen
werden kann, ist die Rotorachse optimal zur Symmetrieachse des Statorpakets
justiert. Die Abweichung der Rotorachse von ihrer optimalen Position
in der Symmetrieachse des Stators ist günstigerweise deutlich geringer
im Vergleich zur Lagerung der Rotorachse in einer Gehäuseschale,
in die der Stator aufgenommen wird. Die zusätzliche Toleranz von Gehäuse und Stator
muss durch einen größeren Luftspalt
zwischen Stator und Rotor ausgeglichen werden, was die magnetischen
Eigenschaften negativ beeinflusst. Beispielsweise wird durch die
Vergrößerung des Luftspaltes
zwischen Stator und Rotor das maximal erreichbare Drehmoment der
Maschine reduziert.
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Bevorzugt
sind in dem Kopfteil Kammern zur Aufnahme und Führung der Wicklungsanordnung vorgesehen.
Günstigerweise
dienen die Kopfteile somit gleichzeitig zur Führung und Aufnahme der Wicklungsdrähte.
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Die
Kopfteile sind vorzugsweise aus elektrisch und magnetisch nicht
leitendem Material gebildet, beispielsweise aus einem hochwertigen
thermoplastischen Kunststoff wie Polyphenylensulfid, auch bekannt
unter der Marke Fortron. Durch dieses Material werden vorteilhafterweise
Wirbelstromverluste vermieden. Besonders bevorzugt weisen die Kopfteile
gerundete Kanten auf, um Beschädigungen
der Lackisolierung der Wickeldrähte
zu vermeiden.
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Die
Kopfteile trennen zweckmäßigerweise das
Statorblechpaket von der Wicklung. Bevorzugt ragen die Kopfteile
mindestens teilweise in die zwischen den Zähnen des Zahnkranzes angeordneten Nuten
und dienen zur Führung
der Wickeldrähte
in den Nuten von einer Nut in die folgende. Zur Fixierung und Justierung
der Kopfteile im Statorblechpaket können die Kopfteile mit Zapfen
versehen sein, die in gestanzte Löcher in die äußeren Zahnköpfe des
Zahnkranzpakets gepresst werden. Die Zapfen können zur besseren Verbindung
mit dem Zahnkranzpaket mit Kerben versehen sein. Nach Bewicklung
werden die Kopfteile zweckmäßigerweise
zusätzlich
von der Wicklung mechanisch am Stator gehalten. Zur weiteren Verbesserung
der elektrischen Isolierung und mechanischen Stabilität kann das
bewickelte Statorpaket lackiert werden, z.B. durch Tauchen oder
Beträufeln
des Wickelkopfes.
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Anstelle
von Zapfen des Kopfteils können
in die gestanzten Löcher
in den Zahnköpfen
teilweise mechanische Verbindungselemente wie Nieten, Schrauben
und dergleichen eingebracht werden, um das Zahnkranzpaket dauerhaft
zu fixieren. Weitere Stanzlöcher
für Ver bindungselemente
können
außen an
den keilförmigen
Kontaktelementen des Rückschlussblechpakets
vorgesehen sein. Das Rückschlussblechpaket
kann zur mechanischen Fixierung wie üblich auch im Außenbereich
mit den Kontaktelementen verschweißt werden.
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Weitere
Ausführungsformen,
Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in Ansprüchen,
ohne Beschränkung
der Allgemeinheit aus nachfolgend anhand von in einer Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispielen
der Erfindung.
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Im
Folgenden zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf einen Zahnkranz eines Zahnkranzpakets einer Gleichstrommaschine;
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2a einen
Kopfteil einer Gleichstrommaschine;
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2b einen
Schnitt durch einen Kopfteil nach 2a entlang
einer Linie A-A';
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3 eine
Draufsicht auf einen Rückschlussring
einer Gleichstrommaschine;
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4 eine
Draufsicht auf eine bewickeltes Zahnkranzpaket nach einem Fügen mit
einem Rückschlussring;
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5 eine
Darstellung eines bewickelten Zahnkranzpakets mit einem Rückschlussring
verstemmt zusammen mit einem Verstemmwerkzeug;
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6 eine
Darstellung eines bewickelten Zahnkranzpakets, mit einem Rückschlussring
verkeilt und
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7 einen
Schnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform
einer Gleichstrommaschine.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
eine Draufsicht auf einen Zahnkranz 10 einer Gleichstrommaschine,
der aus gestanztem Blech besteht und Teil eines Zahnkranzpakets 35 ist,
das zusammen mit einem Rückschlussringpaket 42 einen
Stator bildet, wobei der Stator eine Wicklungsanordnung trägt. Rückschlussringpaket 42,
Wicklungsanordnung und Stator sind z.B. in der 4 gezeigt.
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Der
Zahnkranz 10 umfasst nach außen weisende Zähne 11.
Zwischen den einzelnen Zähnen 11 des
Zahnkranzes 10 sind Nuten 15 zur Aufnahme einer
nicht dargestellten Wicklung angeordnet. Die Zähne 11 sind an einer
Innenseite durch Stege 39 verbunden, um für die weitere
Verarbeitung einen mechanischen Verbund zu gewährleisten. Die Stege 39 können nach
Bewicklung mit einer Wicklungsanordnung, nach Fügen mit einem Rückschlussring und/oder
nach Verstemmen bzw. Verkeilen eines Rückschlussrings durchtrennt
werden. Die Zähne 11 erstrecken
sich in radialer Richtung und umfassen Hinterschneidungen 25 bildende
Zahnköpfe 12,
wobei diese sich nach außen
keilförmig
verbreitern. Jeder der Zahnköpfe 12 ist
an seinem freien Ende zweigeteilt mit jeweils zwei symmetrischen
lappenförmigen
Ausbuchtungen 38, wobei mittig eine außenseitige Vertiefung 13 angeordnet
ist. In jeder Ausbuchtung 38 ist ein Stanzloch 14 vorgesehen,
wobei die Stanzlöcher 14 zur
Fixierung eines nicht gezeigten Kopfteils 23 und zur Verbindung
des gesamten Zahnkranzpakets 35 dienen. Die einzelnen Zahnkränze 10 können durch
Stanzpaketierung zu einem Stapel verbunden werden, wobei even tuell
vorhandene Stanzpaketierprägungen
nicht dargestellt sind. Alternativ können die Zahnkränze 10 mittels
nicht dargestellter Befestigungselemente wie Hohlnieten, Kerbstifte oder
Schrauben miteinander verbunden werden oder nach Beschichten der
Zahnkränze
mit Backlack zu einem Stapel verbacken werden. Die Verbindungen über Nieten
haben den Vorteil, dass keine Kurzschlüsse zwischen den einzelnen
Blechen durch Stanzgrate entstehen können, wodurch Wirbelstromverluste
geringer sind bzw. vermieden werden können. Dasselbe gilt für die Herstellung
des Blechstapels mittels Backlack.
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Aus
Gründen
der Übersichtlichkeit
sind in den Figuren nur einige der gleichen Elemente mit Referenznummern
versehen. Zudem werden gleiche Elemente in den Figuren mit gleichen
Referenznummern bezeichnet.
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2a zeigt
eine Draufsicht auf ein Kopfteil 23, 2b zeigt
einen Schnitt durch ein Kopfteil 23 entlang einer Linie
A-A'. Je ein Kopfteil 23 wird
axial an den freien Enden eines Zahnkranzpakets 35 befestigt.
Der Aufbau des Kopfteils 23 entspricht im Wesentlichen
dem Aufbau des Zahnkranzes 10 in der 1 mit
Zähnen 11,
Stanzlöcher 14 tragenden Zahnköpfen 12 und
Nuten 15. Das Kopfteil 23 dient zur Wicklungsführung, wobei
in Kanten der Nuten 15 jeweils Aufnahmevorrichtungen 28 zur
Führung
einer Wicklungsanordnung 29 innerhalb der Nuten 15 vorgesehen
sind. Gleichzeitig dient ein Kopfteil 23 zum Wicklungsschutz
und weist an den Zähnen 11 eine stirnseitige
Drahtführung 41 für die Wicklungsanordnung 29 auf.
Dadurch wird das Statorblechpaket von der Wicklungsanordnung 29 elektrisch
getrennt und isoliert. Das Kopfteil 23 besitzt eine Aufnahmeöffnung 26 zur
Aufnahme eines nicht gezeigten Rotorlagers. Das Kopfteil 23 wird über Zapfen 31 mit
dem nicht gezeigten Zahnkranzpaket ver bunden, wobei der Zapfen 31 in
die Stanzlöcher 14 des
Zahnkranzpakets ragt bzw. in diesen formschlüssig gepresst wird. Zusätzlich kann
das Kopfteil 23 beispielsweise mit Nieten 43 auf
dem Zahnkranzpaket befestigt sein. In diesem Fall entfällt ein
Teil der Zapfen 31 und wird durch vorzugsweise als Hohlnieten
ausgebildete Nieten 43 ersetzt.
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In 3 ist
eine Draufsicht auf einen gestanzten Rückschlussring 16 dargestellt.
Der Rückschlussring 16 ist
aus einem ringförmigen
Körper
mit radial nach innen weisenden Kontaktelementen 22 gebildet,
wobei die Kontaktelemente 22 Hinterschneidungen 24 bilden.
Die Kontaktelemente 22 sind als Passstücke mit keilförmigem Querschnitt ausgebildet.
Die Kontaktelemente 22 sind durch dünnwandige Verbindungsstege 19 verbunden,
die mit den nicht gezeigten Zahnköpfen des Zahnkranzes korrespondieren.
Der magnetische Fluss geht bei der fertigen Gleichstrommaschine überwiegend durch
die keilförmigen
Kontaktelemente 22. Die Verbindungsstege weisen an definierten
Stellen Verstärkungen 20 auf,
die einen höheren
mechanischen Widerstand gegen Verformungskräfte aufweisen. Sie dienen dazu,
bei der späteren
Verstemmung des Rückschlussringpaketes 42 mit
dem Zahnkranzpaket 35 die keilförmigen Kontaktelemente 22 definiert
mit ihren Kontaktflächen 30 an
die korrespondierenden Kontaktflächen 30' des Zahnkranzpaketes 35 zu
lenken.
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4 zeigt
eine Draufsicht auf ein bewickeltes Zahnkranzpaket 35 im
gefügten
Zustand mit einem Rückschlussring 16,
wobei der Zahnkranz 10 und der Rückschlussring 16 in
radialer Richtung ineinander greifend ausgebildet sind.
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Zur
Herstellung einer form- und kraftschlüssigen Verbindung zwischen
den Zahnköpfen 12 des Zahnkranzes 10 und
dem Rückschlussring 16 ist
ein Verbindungsmittel vorgesehen, das als miteinander korrespondierende
Kontaktflächen 30 von
keilförmigen
Kontaktelementen 22 des Rückschlussrings 16 und
Kontaktflächen 30' der keilförmigen Zahnköpfe 12 ausgebildet
ist. Die als Passstücke
ausgebildeten keilförmigen
Kontaktelemente 22 des Rückschlussrings 16 weisen
Kontaktflächen 30 auf,
die genau mit Kontaktflächen 30' der Zahnköpfe 12 korrespondieren.
Zudem passen die Zahnköpfe 12 passgenau
in Aussparungen 21, die durch die Verbindungsstege 19 des
Rückschlussrings 16 gebildet
sind.
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Das
Fügen von
Zahnkranzpaket 35 mit einem Rückschlussringe 16 umfassenden
Rückschlussringpaket 42 läuft folgendermaßen ab:
Nach Bewicklung des mit zwei Kopfteilen (Wicklungsköpfen) 23, 23' versehenen
Zahnkranzpakets 35 mit einer Wicklungsanordnung 29 wird
das Rückschlussringpaket 42 über das
Zahnkranzpaket 35 geschoben. Dies ist ohne Kraftanwendung
möglich,
weil zwischen beiden Paketen 35, 42 eine kleine
Fuge 32 von einigen Zehntel Millimetern vorhanden ist.
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In 5 ist
illustriert, wie die beiden Pakete 35, 42 nach
dem Fügen
verstemmt werden. Der Aufbau der einzelnen Elemente in 5 entspricht
jenem in 4. Beim Verstemmen werden die
dünnwandigen
Bereiche der Verbindungsstege 19 des Rückschlussrings 16 in
die außenseitigen
Vertiefungen 13 der Zahnköpfe 12 gepresst, wodurch
die keilförmigen
Kontaktelemente 22 form- und kraftschlüssig an die korrespondierenden
Kontaktflächen 30' der Zahnköpfe 12 gezogen
werden. Die zwischen den Verbindungsstegen 19 liegenden
keilförmigen Kontaktelemente 22 des
Rückschlussrings 16 werden dabei
geführt
von den sich nur wenig verbiegenden Verstärkungen 20 an den
Verbindungsstegen 19 radial nach außen entlang zu den korrespondierenden
Kontaktflächen 30 der
Zahnköpfe 12 gezogen. Vorzugsweise
werden beim Verstemmen Keile eines Werkzeugs 44 verwendet,
die gleichzeitig radial entlang den Richtungen 33 den Rückschlussring 16 mit dem
Zahnkranz 10 verstemmen. Während des Verstemmens können – falls
erforderlich – rotorseitig
angeordnete Zähne
durch ein nicht gezeigtes Abstützmittel,
beispielsweise einen Dorn, gesichert werden.
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In 6 ist
eine alternative Ausführungsform der
Erfindung dargestellt, wobei die form- und kraftschlüssige Verbindung
in der Form einer Verkeilung zwischen Zahnkranzpaket 35 und
Rückschlussringpaket 42 durch
ein als Stifte 34 ausgebildetes Verbindungsmittel hergestellt
wird. Die Stifte 34 sind jeweils in der außenseitigen
Vertiefung 13 der Zahnköpfe 12 angeordnet.
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Der
Aufbau eines Zahnkranzpakets 35, das mit dem Rückschlussringpaket 42 gefügt ist und
an beiden Enden mit einem Kopfteil 23 verbunden ist, entspricht
im Wesentlichen dem Aufbau der entsprechenden Elemente in der 4.
Beim Verkeilen werden die zwischen den Verbindungsstegen 19 des Rückschlussrings 16 angeordneten
Stifte 34 in die außenseitige
Vertiefungen 13 der Zahnköpfe 12 eingepresst.
Dadurch werden die keilförmigen
Kontaktelemente 22 des Rückschlussrings 16 an
korrespondierende Kontaktflächen 30 der
Zahnköpfe 12 gezogen,
und die verformbaren dünnwandigen
Bereiche der Verbindungsstege 19 des Rückschlussrings 16 werden
nach außen
gedrückt
und verformt. Weil sich die Verbindungsstege 19 über die
eingepressten Stifte 34 an einer Außenseite der Zahnköpfe 12 abstützen, werden
beim Pressvorgang keine mechanischen Spannungen an den rotorseitigen
Stegen 39 der Zähne 11 erzeugt.
Deshalb fassen sich die Stege 39 nach dem Fügen problemlos
mechanisch oder elektrochemisch trennen, was zur Verbesserung einer
magnetischen Flussführung
beiträgt.
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In 7 ist
ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Gleichstrommaschine dargestellt
mit einem Rotorpaket 36 und einem das Rotorpaket 36 umfassende
Zahnkranzpaket 35. Das Zahnkranzpaket 35 ist aus
gestanzten Zahnkränzen 10 gebildet und
wird an seinen axialen freien Enden durch Kopfteile 23, 23' fixiert. Zur
Fixierung und Justierung der Kopfteile 23, 23' im Zahnkranzpaket 35 weisen
die Kopfteile 23, 23' Zapfen 31 auf, die in
Stanzlöcher 14 in
den Zahnköpfen 12 des
Zahnkranzpakets 35 gepresst werden. Die Kopfteile 23, 23' weisen je eine Aufnahmeöffnung 26 zur
Aufnahme eines Rotorlagers 27 auf, in welcher eine Welle 37 angeordnet
ist. Gleichzeitig dienen die Kopfteile 23, 23' zur Führung und
Aufnahme der Wicklungsanordnung 29. Das Zahnkranzpaket 35 wird
nach der Montage der Kopfteile 23, 23' bewickelt.
Dabei trennen die Kopfteile 23, 23' das Zahnkranzpaket 35 von
der Wicklungsanordnung 29. Nach der Bewicklung werden die
Kopfteile 23, 23' zusätzlich von
der Wicklungsanordnung 29 am Stator gehalten.
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Nach
Bewicklung des Zahnkranzpakets 35 wird ein aus Rückschlussringen 16 gebildetes
Rückschlussringpaket 42 über das
Zahnkranzpaket 35 entlang einer Fügerichtung 40 geschoben.
Dies ist ohne Kraftaufwendung möglich,
denn zwischen den beiden Paketen 35, 42 ist eine
Fuge 32 in der Größenordnung
von einigen Zehntel Millimetern vorhanden. Nach dem Fügen werden
das Zahnkranzpaket 35 und das Rückschlussringpaket 42 form-
und kraftschlüssig
verstemmt oder verkeilt, wie oben im Einzelnen beschrieben ist.
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Vor
dem Fügen
können
das Zahnkranzpaket 35 und das Rückschlussringpaket 42 mit
einer elektrischen Isolierschicht, beispielsweise einer Lackschicht,
versehen werden, wodurch beim Verstemmen oder Verkeilen eine mechanische
feste und elektrisch nicht leitende Verbindung zwischen den Zahnköpfen 12 des
Zahnkranzpakets 35 und dem Rückschlussringpaket 42 hergestellt
wird.