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Die Erfindung betrifft ein rotatorische dynamoelektrische Maschine sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Maschine.
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Rotatorisch arbeitende elektrische Maschinen umfassen einen feststehenden Stator und einen Rotor, der über ein elektromagnetisches Drehfeld mit dem Stator in Wechselwirkung steht. Prinzipiell können derartige Maschinen sowohl motorisch betrieben werden als auch generatorisch. Die wohl verbreiteste Bauart ist hierbei die Innenläufermaschine, bei dem der Rotor axial in den zylindrisch geformten Stator eingeschoben wird.
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Sowohl der Rotor als auch der Stator sind in der Regel aus geblechten Eisenpaketen aufgebaut. Einzelne voneinander elektrisch isolierte Elektrobleche werden hierbei axial aufeinander gestapelt und beispielsweise mittels Klammern, Verschweißen oder Stanzpaketieren miteinander verbunden. Durch die elektrische Isolation zwischen den Elektroblechen werden Wirbelstromverluste und Hystereseverluste im Stator vermieden, was zu einem erhöhten Wirkungsgrad der Maschine führt.
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Das Ständerblechpaket einer Innenläufermaschine wird, nachdem es beispielsweise mit Spulen zur Erzeugung eines magnetischen Feldes ausgestattet ist, in ein Maschinengehäuse eingebaut. Besagte Gehäuse sind häufig als Leichtmetall-Druckgussgehäuse ausgeführt. Sie bestehen z. B. aus einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung. Eine spielfreie Halterung des Stators in dem Gehäuse wird dadurch gewährleistet, dass der Außendurchmesser des Stators gegenüber dem Innendurchmesser des Gehäuses mit einem Übermaß ausgeführt ist, so dass Stator und Gehäuse eine Presspassung bilden.
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Zur Erzeugung des beschriebenen Presssitzes ist es hinlänglich bekannt, zunächst das Gehäuse vor dem Einfügen des Stators mit einer Übertemperatur zu beaufschlagen, so dass der Gehäuseinnendurchmesser über das Maß des Statoraußendurchmessers thermisch gedehnt wird. Durch diese thermische Weitung kann das Statorpaket anschließend relativ kraftlos in das Gehäuse eingeschoben werden. Eine Spanbildung, wie sie beim kalten Einpressen des Stators in das Gehäuse zu befürchten wäre, wird durch die thermische Weitung vermieden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Fertigung elektrischer Maschinen zu vereinfachen.
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Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einer dynamoelektrischen Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Hiernach umfasst besagte Maschine
- – ein Gehäuse mit einem Gehäuseinnendurchmesser,
- – einen Stator mit einem Statoraußendurchmesser, der gegenüber dem Gehäuseinnendurchmesser ein erstes Übermaß aufweist und
- – ein am Stator angebrachtes Fügemittel zur Aufweitung des Gehäuseinnendurchmessers auf ein den Statoraußendurchmesser überragendes Maß während eines Einfügens des Stators in das Gehäuse unter Ausübung einer axial gerichteten Einpresskraft.
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Ebenso wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 5 gelöst. Bei einem derartigen Verfahren zum Fügen eines Stators einer dynamoelektrischen Maschine, der einen Statoraußendurchmesser aufweist, in ein Gehäuse mit einem Gehäuseinnendurchmesser, wobei der Statoraußendurchmesser gegenüber dem Gehäuseinnendurchmesser ein erstes Übermaß aufweist, werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt:
- – Anordnen eines Fügemittels an den Stator, das den Stator bezüglich des Gehäusesinnendurchmessers mit einem zweiten Übermaß behaftet, das größer als das erste Übermaß ist,
- – Einfügen des Stators in das Gehäuse unter Aufbringung einer axial gerichteten Einpresskraft.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
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Die vorliegende Erfindung zeigt eine Möglichkeit auf, mit der die Spanbildung beim Fügen des Stators in das Gehäuse auch ohne thermische Weitung des Gehäuses vermieden werden kann und somit eine im Vergleich zum Stand der Technik deutlich einfachere und energieeffizientere Herstellung elektrischer Maschinen gelingt.
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Hierzu umfasst der Stator ein speziell für den Fügeprozess ausgebildetes Fügemittel, mit dem die Aufweitung des Gehäuses ohne Spanbildung gelingt. Durch die Fügemittel wird ein Reißen der Gehäusewandung vermieden.
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Hierbei kennzeichnet sich eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dadurch, dass
- – das Fügemittel als Ring ausgebildet ist und an einer Stirnseite eines Statorblechpaketes des Stators angeordnet ist,
- – der Ring eine keilförmige Mantelaußenfläche aufweist, die durch einen ersten Ringaußendurchmesser und einen zweiten Ringaußendurchmesser definiert ist,
- – der erste Ringaußendurchmesser ein Untermaß gegenüber dem Gehäuseinnendurchmesser aufweist und
- – der zweite Ringaußendurchmesser ein zweites Übermaß gegenüber dem Gehäuseinnendurchmesser aufweist, welches größer als das erste Übermaß ist.
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Ein derartiger Ring weist eine leichte Phase auf, die aus der keilförmigen Mantelaußenfläche bzw. dem ersten und zweiten Ringaußendurchmesser resultiert. Der erste Ringaußendurchmesser ist gegenüber dem Gehäuseinnendurchmesser mit Untermaß ausgeführt. Er lässt sich also problemlos in das Gehäuse einführen. Beim axialen Einpressen des Stators in das Gehäuse sind die keilförmige Mantelaußenfläche und die damit verbundene Zunahme des Ringaußendurchmessers in axialer Richtung für eine Aufweitung des Maschinengehäuses verantwortlich. Die leichte Phase des Rings bzw. die keilförmige Mantelaußenfläche schnäbelt beim axialen Einpressen des Stators das Gehäuse sicher an, so dass dieses geweitet wird, ohne dass das scharfkantige Statorpaket an seiner Stirnseite Späne schieben kann. Der zweite Ringaußendurchmesser liegt hierbei an der Stirnseite des Statorpaketes an und ist größer als der Statoraußendurchmesser.
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Das Gehäuse weitet sich somit beim Einpressen des Stators elastisch auf, so dass die Mantelfläche des Statorpaketes erst nach dem vollständigen Einschieben den Pressverband mit der Gehäuseinnenseite eingeht.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Aufheiz- und Abkühlzeiten beim thermischen Fügen des Stators in das Gehäuse können vermieden werden, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden. Der nicht unerhebliche Energieeinsatz, den eine thermische Weitung des Gehäuses erfordert, wird eingespart.
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Besagter Ring kann beispielsweise aus Metall oder einem Kunststoff gefertigt werden. Er ist insbesondere als Sinter- oder Pressteil kostengünstig herstellbar.
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Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren erlaubt relativ großzügige Fertigungstoleranzen bei der Herstellung des Gehäuses und des Statorpaketes, ohne hierbei die bereits oben beschriebenen Nachteile eines thermischen Querpressverbandes zu verursachen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
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1 einen als Fügemittel dienenden Ring in Frontalansicht,
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2 den Ring gemäß 1 in einer Schnittdarstellung,
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3 eine Statorblechpaket vor einer Montage des Ringes,
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4 eine Frontalansicht auf das Statorblechpaket nach 3 nach der Monatage des Ringes,
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5 einen Stator mit dem Statorblechpaket und dem hierauf montierten Ring in einer Schnittdarstellung,
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6 einen vergrößerter Ausschnitt aus dem Stator in Schnittdarstellung, welcher den Übergang zwischen dem Ring und dem Statorblechpaket darstellt,
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7 den Stator bei einem Einfügen in ein Gehäuse und
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8 einen vergrößerten Ausschnitt aus 7.
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9 eine dynamoelektrische Maschine mit dem Stator und dem Gehäuse gemäß den vorhergehenden Figuren.
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1 zeigt einen als Fügemittel dienenden Ring 3 in Frontalansicht. Bei dem Ring handelt es sich um ein gepresstes Metallteil, welches sehr kostengünstig herzustellen ist. Der Ring 3 umfasst eine keilförmige Mantelaußenfläche 8, die durch einen ersten Ringaußendurchmesser und einen zweiten gegenüber dem ersten Ringaußendurchmesser größeren Ringaußendurchmesser definiert ist. Die Mantelaußenfläche 8 erhält hierdurch eine leichte Phase, die das Einpressen eines Statorpaketes in ein Gehäuse erleichtern soll. Ferner umfasst der Ring 3 Nuten 9, die zur Aufnahme von Klammern vorgesehen sind, mit denen Elektrobleche, die das Statorblechpaket bilden, axial aneinander gehalten werden.
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2 zeigt den Ring 3 gemäß 1 in einer Schnittdarstellung, bei der die keilförmige Mantelaußenfläche 8 bzw. die sich hierdurch ergebene Phase gut erkennbar ist.
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3 zeigt ein Statorblechpaket 4 vor einer Montage des Ringes 3. Dieses Statorblechpaket 4 ist aus einzelnen axial aufeinander geschichteten Elektroblechen aufgebaut und umfasst Nuten zur Aufnahme einer Ständerwicklung. Das Statorblechpaket 4 ist zur Herstellung einer dynamoelektrischen Maschine nach der Bewicklung in ein Gehäuse zu fügen, wobei zur Sicherstellung einer Rotationsfestigkeit des Stators eine Presspassung mit dem Gehäuse vorgesehen ist. Zum Fügen des Stators wird daher stirnseitig auf das Statorblechpaket 4 an zumindest einer der beiden Stirnseiten der Ring gemäß 1 bzw. 2 angebracht.
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So zeigt 4 eine Frontalansicht auf das Statorblechpaket 4 nach 3 nach der Montage des Ringes 3.
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5 zeigt schließlich einen Stator 2 mit dem Statorblechpaket 4 und dem hierauf montierten Ring 3 in einer Schnittdarstellung. Die das Einfügen des Stators 2 erleichternde Phase des Ringes 3 ist hier deutlich zu erkennen.
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6 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Stator 2 in Schnittdarstellung, welcher den Übergang zwischen dem Ring 3 und dem Statorblechpaket 4 darstellt. Hier ist zu erkennen, dass der zweite Ringaußendurchmesser des Ringes 3 ein Übermaß 7 gegenüber dem Statoraußendurchmesser des Statorblechpaketes 4 aufweist. Dieses Übermaß 7 ist erforderlich, um sicherzustellen, dass beim axialen Pressen des Stators 2 keine Späne durch die scharfkantige Außenwand des Statorpaketes 4 an der Gehäuseinnenwand geschoben werden.
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7 zeigt den Stator 2 bei einem Einfügen in ein Gehäuse 1. Es ist zu erkennen, dass der zweite Ringaußendurchmesser durch sein Übermaß gegenüber dem Gehäuseinnendurchmesser das Gehäuse aufweitet, so dass das Statorpaket 4 nahezu reibungslos in das Gehäuse 1 eingefügt werden kann.
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8 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus 7, bei dem der Übergang zwischen Ring 3, Gehäuse 2 und Statorpaket 4 zu erkennen ist. Der erste Ringaußendurchmesser des Ringes 3 weist gegenüber dem Gehäuseinnendurchmesser ein Untermaß 6 auf, was das Einschieben des Stators 2 in das Gehäuse 1 zunächst erleichtert. Der Ring 3 weitet durch seine Phase beim weiteren Einschieben das Gehäuseinnere derart auf, dass der Stator 1, der zunächst gegenüber dem Gehäuseinnendurchmesser mit Übermaß gefertigt wurde, nahezu reibungslos in das Gehäuse 1 eingefügt werden kann.
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9 zeigt eine dynamoelektrische Maschine 10 mit dem Stator 2 und dem Gehäuse 1 gemäß den vorhergehenden Figuren. Eine solche Maschine zeichnet sich gegenüber gängigen Maschinen durch eine vereinfachte, energieeffizientere und damit kostengünstigere Herstellung aus.
