-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befestigung eines Stators nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Bei
der Fertigung von Elektromotoren ist je nach Anwendung eine gute
Zentrierung des Stators auf die vorgesehene Rotorachse von großer Bedeutung.
Häufig
werden daher die Statorgehäuse
entsprechend der üblichen
Außenkontur
eines Stators mit einer zylindrischen Innenkontor versehen, so dass
die Zentrierung an der Außenfläche des
Statorblechpakets erfolgt. Dies setzt eine entsprechende Genauigkeit
im Bereich der Flächen,
die zur Zentrierung dienen, voraus.
-
Die
Zentrierung ist vor allem bei schnell laufenden Motoren von größter Bedeutung,
wie dies beispielsweise bei Motorspindeln für Werkzeugmaschinen der Fall
ist. Die Spindelgehäuse
werden in der Werkzeugmaschine in der Regel in einen Spindelstock
oder Spindelkasten eingesetzt, dessen Gehäuse eckig ausgebildet sein
kann. In anderen Ausführungsformen
wird die Motorspindel und damit auch der Stator unmittelbar in einen
Spindelkasten integriert, ohne dass ein separates Spindelgehäuse verwendet
wird. In diesem Fall stellt sich das unmittelbare Problem, dass
das vorgesehene Statorgehäuse gegenüber dem
zylindrischen Statorblechpaket eine eckige Form aufweist.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zur zentrierten Montage eines
Stators in einem Statorgehäuse
vorzuschlagen, das mit wenig Aufwand und hoher Genauigkeit durchführbar ist,
wobei die Innenkontur des Gehäuses
von der Außenkontur
des Stators abweichen kann.
-
Diese
Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnenden Merkmale gelöst.
-
Dementsprechend
zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Verfahren
dadurch aus, dass das Statorblechpaket durch ein fließfähiges, aushärtbares
Vergussmaterial im Gehäuse
vergossen wird.
-
Durch
diese Maßnahme
entfällt
eine Präzisionsbearbeitung
sowohl auf Seiten des Statorblechpakets als auch auf Seiten des
Statorgehäuses
bzw. im Falle eines unmittelbaren Verbaus in einem Spindelkasten
auf Seite eines als Statorgehäuse
dienenden Spindelkastens, wodurch der Aufwand und damit die Kosten
für die
Statormontage erheblich reduzierbar sind. Vor dem Aushärten des
fließfähigen Vergussmaterials
kann der Stator mit jeder gewünschten Präzision im
Bezug auf das Statorgehäuse
ausgerichtet werden, wobei nach dem Vergießen diese Position zuverlässig mit
höchster
Genauigkeit konserviert ist.
-
Vorteilhafterweise
wird eine separate Zentriervorrichtung vorgesehen, mit der der Stator
bzw. das Statorblechpaket vor dem Vergießen im Bezug auf das Statorgehäuse positionierbar
und insbesondere zentrierbar ist. Eine derartige separate Vorrichtung
kann demnach stets wieder verwendet werden. Hohe Kosten für eine hochgenaue
Vorrichtung zur Zentrierung eines Stators im Gehäuse finden daher keinen oder
nur einen unwesentlichen Niederschlag in den Kosten für den einzelnen
Elektromotor bzw. für die
Montage eines einzelnen Stators.
-
In
Zusammenhang mit der Beschreibung dieser Erfindung wird unter Statormontage
nicht nur die Montage eines vollständigen, d. h. bereits mit eingezogenen
Spulen versehenen Stators verstanden. Die Erfindung eignet sich
vielmehr auch für
die Montage von leeren Statorblechpaketen, die nachträglich, beispielsweise
durch Einziehen von Spulen, Trennstreifen usw. vervollständigt werden.
-
In
einer bestimmten Ausführungsform
der Erfindung wird als Vergussmaterial ein aushärtbarer Kunststoff vorgesehen.
Derartige Kunststoffe stehen mit unterschiedlichsten Eigenschaften
im Handel zur Verfügung
und können
je nach Anwendungsfall ausgewählt
werden. Insbesondere kann die Wärmeleiteigenschaft
und/oder die mechanische Stabilität eines solchen Kunststoffs
anwendungsspezifisch ausgewählt
werden. Auch das Ausspritzen bzw. Ausgießen des Statorgehäuses ist
mit entsprechenden Kunststoffen ohne größere Schwierigkeiten ohne Blasenbildung
oder dgl. möglich.
Grundsätzlich
kann das erfindungsgemäße Verfahren
jedoch auch mit anderen Vergussmaterialien vorgenommen werden, sofern diese
zunächst
fließfähig und
anschließend
aushärtbar
sind.
-
In
einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung werden zusätzliche
Befestigungselemente vor dem Vergießen am Statorblechpaket angebracht. Derartige
Befestigungselemente können
beispielsweise dazu dienen, den vergossenen Stator bzw. das vergossene
Statorblechpaket stabiler im Vergussmaterial zu verankern. Insbesondere
dort, wo besonders hohe Drehmomente entstehen, wie dies beispielsweise
im Bereich der Motorspindeln für
Werkzeugmaschinen der Fall ist, können derartige Befestigungselemente
auch dazu dienen, einen unmittelbaren Kraftschluss mit dem Statorgehäuse herzustellen.
-
Zur
Aufnahme hoher Drehmomente müssen die
Befestigungselemente stabil am Stator bzw. am Statorblechpaket fixiert
werden, was beispielsweise mit Hilfe einer Schweißverbindung
gewährleistet
werden kann. Die Befestigungselemente selbst können beispielsweise nach Art
einer Befestigungslasche ausgebildet werden, die aus einem Blech,
beispielsweise einem Stahlblech oder dgl. gefertigt (z. B. gestanzt
und gebogen) ist.
-
Um
einen unmittelbaren Kraftschluss zwischen einem solchen Befestigungselement
und dem Statorgehäuse
herzustellen wird in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung zunächst eine
Vorfixierung dieser Befestigungselemente vorgenommen, die spielbehaftet
ist, d. h. die in einem gewissen Rahmen eine Relativbewegung zwischen
dem Befestigungselement und damit dem Stator bzw. Statorblechpaket
und dem Statorgehäuse
erlaubt. Im Rahmen dieses Spiels wird sodann die präzise Zentrierung
des Stators bzw. Statorblechpakets im vorbeschriebenen Sinne vorgenommen.
Beim Vergießen eines
derart vorfixierten Stators bzw. Statorblechpakets ergibt sich bereits
eine deutlich größere mechanische
Belastbarkeit als bei einem Stator, der ohne diese Vorfixierung
vergossen wird.
-
Zur
weiteren Steigerung der mechanischen Belastbarkeit, insbesondere
zur Herstellung eines direkten Kraftschlusses zwischen den Befestigungselementen
und dem Statorgehäuse
wird in einer Weiterbildung der Erfindung nach dem Vergießen eine Endfixierung
der Befestigungselemente am Statorgehäuse vorgenommen. Hiermit kann
zuverlässig
ein direkter Kraftschluss gewährleistet
werden.
-
Sowohl
die Vor- und/oder die Endfixierung der Befestigungselemente am Statorgehäuse kann beispielsweise über Schraubverbindungen
verwirklicht werden. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung werden
sowohl Vor- als
auch die Endfixierung durch die gleichen Schraubverbindungen realisiert.
So kann beispielsweise eine Vorfixierung dadurch hergestellt werden,
dass eine Verschraubung vorgenommen wird, bei der das Befestigungselement,
beispielsweise eine Befestigungslasche durch eine entsprechend große Bohrung
noch ein gewisses Spiel bei lockerer Verschraubung aufweist. Bei
angezogener Verschraubung kommt es sodann zum Form und über die
entsprechenden Spannkräfte zum
Kraftschluss.
-
Zur
Herstellung eines Form- und/oder Kraftschlusses zwischen Statorgehäuse und
einem davon beabstandeten Stator bzw. Statorblechpaket wird vorteilhafterweise
ein verstellbarer Anschlag vorgesehen, gegen den die Befestigungselemente
z. B. mittels Spannschrauben verspannbar sind.
-
Das
erfindungsgemäße Vergießen eines Stators
oder Statorblechpakets kann vor der Rotormontage vorgenommen werden.
In diesem Fall muss die Zentrierung über entsprechende Maßnahmen
z. B. eine separate Zentriervorrichtung auf die vorgegebene Rotorachse
des später
eingesetzten Rotors zentriert werden.
-
Es
ist jedoch auch ein Verguss während
oder nach der Rotormontage möglich.
In diesem Fall kann der Rotor selbst, der in seiner Lagerung zentriert
ist, als Zentrierhilfe für
den Stator verwendet werden.
-
So
kann beispielsweise eine Zentrierung über ein Zentrierelement vorgenommen
werden, dass eine definierte Position des Stators im Bezug zum Rotor
vorgibt. In Frage kommen beispielsweise ein oder mehrere Distanzelemente,
die zwischen Rotor und Stator eingelegt werden können.
-
Ein
solches Distanzelement kann beispielsweise in Form einer Folie vorliegen.
Darüber
hinaus ist die Verwendung eines Distanzelementes auch dann vorteilhaft,
wenn die Zentrierung unabhängig hiervon
vorgenommen wird, um den erforderlichen Luftspalt zwischen Stator
und Rotor zuverlässig
zu gewährleisten.
-
Wie
bereits mehrfach erwähnt,
wird das erfindungsgemäße Verfahren
zur Statormontage vorteilhafterweise dort verwendet, wo eine genaue
zentrierte und dabei mechanisch hoch belastbare Montage des Stators
in seinem Gehäuse
erforderlich ist. Dies ist beispielsweise bei Motorspindeln für Werkzeugmaschinen
der Fall, die als Hochleistungsspindeln mit extrem hohen Drehzahlen
laufen und dabei in der spanenden Bearbeitung von Werkstücken sehr hohe
Drehmomente aufbringen.
-
Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend
anhand der Figuren näher
erläutert.
-
Im
Einzelnen zeigen:
-
1:
einen Längsschnitt
durch eine Motorspindel,
-
2:
einen Querschnitt durch eine Motorspindel,
-
3:
einen Teilausschnitt einer weiteren Ausführungsform in einem Querschnitt
entsprechend 2.
-
Die
Motorspindel 1 gemäß 1 umfasst
einen Stator 2 sowie einen Rotor 3, der mit der
Spindelwelle 4 über
entsprechende Wälzlager 5 in
einem Statorgehäuse 6 gelagert
ist. Das Statorgehäuse 6 stellt
gleichzeitig den Spindelkasten einer Werkzeugmaschine dar.
-
Wie
in 2 besser erkennbar ist, sind am Stator 2 bzw.
am Statorblechpaket zwei untere Laschen 7 und zwei obere
Laschen 8 angebracht, beispielsweise verschweißt. Die
unteren Laschen 8 sind über
jeweils zwei Schrauben 9 mit dem Statorgehäuse verschraubt.
-
Bei
der Montage des Stators 2 im Statorgehäuse 10 wird erfindungsgemäß in den
Zwischenraum 11 ein Vergussmaterial eingebracht. Hierzu wird
der Stator 2 vor, während
oder nach der Montage des Rotors 3 im Statorgehäuse 10 genau
zentriert. Diese Zentrierung kann mit Hilfe des Rotors 3 und/oder
einer separaten Vorrichtung präzise
vorgenommen werden. Anschließend
wird der Zwischenraum 11 mit der Vergussmasse vergossen.
-
Zur
Erhöhung
der mechanischen Stabilität der
Anordnung wird bei der dargestellten Ausführungsform der Stator 2 vor
dem Vergießen
mit den Schrauben 9 vorfixiert. Hierzu ist auf nicht näher dargestellte
Weise ein entsprechendes Spiel, beispielsweise durch entsprechende
Formgebung der im Statorgehäuse 10 angebrachten
Bohrungen, bei der Fixierung der Schrauben 9 in den Laschen 7 vorzusehen.
Nachdem Vergießen
können
die Schrauben 9 fest verspannt werden, so dass sich eine
kraftschlüssige
Verbindung über
die Laschen 7 zwischen dem Stator 2 und dem Statorgehäuse 10 ergibt.
-
Die
oberen Laschen 8 können
ebenfalls vergossen werden und dienen dann der zusätzlichen Verankerung
im Vergussmaterial.
-
Werden
die Laschen 7, 8 aus wärmeleitendem Material z. B.
aus einem Metall wie in der bevorzugten Ausführungsform gebildet, so dienen
diese Laschen 7, 8 zugleich der Wärmeableitung,
d. h. der Kühlung
des Stators. Insofern ist das Anbringen der oberen Laschen 8 auch
ohne ein anschließendes Vergießen sinnvoll,
um die Kühlung
des Stators zu verbessern.
-
Die
Ausführungsform
gemäß 3 entspricht
im wesentlichen derjenigen von 2, wobei in
dieser Ausführung
eine Anschlagschraube 12 in einem Gewinde 13 des
Statorgehäuses 10 eingeschraubt
ist. Über
die Anschlagschraube 12 kann die Lasche 8 vom
Statorgehäuse 10 beabstandet
werden. Dies kann während
des Zentriervorgangs erforderlich sein. Werden anschließend nach
dem Vergießen
die Spannschrauben 9 angezogen, so bildet die Anschlagschraube 12 das
Gegenlager zum Statorgehäuse 10,
während
im Zwischenraum zwischen Statorgehäuse 10 und Lasche 8 Vergussmaterial
eingefüllt
ist. Somit ist auch bei vom Statorgehäuse beabstandeter Lasche 7 eine
nachträgliche
feste Endfixierung über
die Anschlagschraube 12 am Statorgehäuse 10 möglich.
-
Wie
anhand des dargestellten Ausführungsbeispiels
unschwer erkennbar ist, können
die Laschen 7, 8 ohne große Präzision am Stator 2 angebracht,
beispielsweise verschweißt
werden. An die Genauigkeit sind hierbei nur geringfügige Anforderungen
gestellt. Demnach ist diese Maßnahme
kostengünstig
möglich.
-
Die
anschließende
Zentrierung kann dennoch hochgenau, vorzugsweise mit Hilfe einer
separaten Zentriervorrichtung oder unter zur Hilfenahme des Rotors
erfolgen. Nach dem Vergießen
ist eine hochgenaue präzise
Einbaulage des Stators vorgegeben, die über die Spannschrauben 9,
gegebenenfalls unter zur Hilfenahme von Anschlagschrauben 12 zuverlässig verspannbar
ist, wodurch ein hohes Drehmoment auf das Statorgehäuse 10 übertragbar ist.
Das Statorgehäuse 10 kann
dabei eine beliebige Innenkontur aufweisen, an deren Genauigkeit
ebenfalls keine großen
Anforderungen zu stellen sind, da die exakte in Position des Stators über das
Vergussmaterial sichergestellt wird.
-
Ein
Statorgehäuse
im Sinne der Erfindung muss nicht zwangsweise geschlossen sein.
Es kann darüber
hinaus auch mehrteilig ausgeführt
sein, beispielsweise können
massive Gehäuseelemente
mittels dünner
Wandelemente, z. B. Wandbleche geschlossen werden.
-
Wesentlich
bei einem erfindungsgemäßen Montageverfahren
ist das Vergießen
des Stators nach der Zentrierung im Statorgehäuse.
-
- 1
- Motorspindel
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- Spindelwelle
- 5
- Wälzlager
- 6
- Statorgehäuse
- 7
- Lasche
- 8
- Lasche
- 9
- Schraube
- 10
- Statorgehäuse
- 11
- Zwischenraum
- 12
- Anschlagschraube
- 13
- Gewinde