Bei einem bekannten Rotor oder Anker
für einen
Kommutatormotor (
GB
2 193 045 A ) ist der von dem Drahtpaket innerhalb einer
jeden Nut nicht belegte Raum mit Kunststoffmaterial ausgefüllt, das
als geschlossener Mantel den gesamten Ankerkern sowie die Wickelköpfe überzieht,
wobei die Wickelköpfe auf
der vom Kommutator abgekehrten Stirnseite des Ankerkerns von einer
Schutzhaube abgedeckt sind, die ebenfalls von dem Kunststoffmantel
umschlossen ist. Durch diesen Kunststoffmantel wird die Ankerwicklung
korrekt plaziert und nennenswerte Bewegungen der Wickelköpfe und
der elektrischen Leiter gegeneinander verhindert.
Bei einem ebenfalls bekannten Rotor
oder Anker für
einen elektrischen Motor ist die Ankerwicklung in die mit Isolierpapier
ausgelegten Ankernuten eingewickelt. Das in jede Ankernut über das
Drahtpaket überstehende
Isolierpapier ist umgelegt oder gefalzt. Die Ankerwicklung mit den
von Isolierpapier umschlossenen Drahtpaketen ist imprägniert und
die Imprägnierung
ausgehärtet.
Bei einem weiterhin bekannten Rotor
für einen
elektrischen Motor ist über
das gefalzte Isolierpapier noch eine Schnurbandage gewickelt und
mit der Ankerwicklung imprägniert
und ausgehärtet.
Die Schnurbandage besteht aus Kunststoff oder Papier und ist ein-
oder mehrfach in die Ankernuten eingewickelt oder als Nutverschluß eingestopft,
wobei die Schnurbandagen sich über
die beiden Stirnseiten des Ankerkerns zwischen diametralen Nuten
erstreckt.
Vorteile der
Erfindung
Der erfindungsgemäße Rotor für eine elektrische Maschine
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß durch
das Quellen des reaktiven Werkstoffs sich das Volumen des in die
Ankernut eingelegten Werkstoffs vergrößert und dadurch innerhalb
der Ankernut ein Druck auf das Drahtpaket ausgeübt wird, der eine dauerhafte
Vorspannung zwischen dem Drahtpaket und der Nutwand und einem ggf.
vorhandenen, in die Nutöffnung
eingesetzten Nutverschluß erzeugt.
Der erfindungsgemäße Rotor für eine elektrische Maschine
mit den Merkmalen des Anspruchs 11 hat den Vorteil, daß durch
das Einschieben der als Nutverschluß dienenden Profilleiste in
die Nutöffnung auf
das in der Ankernut einliegende Drahtpaket ein Radialdruck nach
Innen ausgeübt
wird, der eine dauerhafte Vorspannung zwischen dem Drahtpaket und dem
Nutgrund erzeugt.
In beiden Fällen sind durch die erzeugte
Vorspannung die Drahtpakete und die darin enthaltenen elektrischen
Leiter in den Ankernuten fixiert und verändern ihre Lage auch nicht
unter Betriebsbedingungen des Motors, z.B. bei erstmaligem Lauf
des Motors mit Nenn- oder Überlast,
was andernfalls zu einer veränderten
Ankerschwerpunktlage und damit zur Vergrößerung einer Restunwucht des
Ankers oder Rotors führen
würde.
Infolge der Vorspannung können
sich die elektrischen Leiter in den Drahtpaketen weder relativ zueinander
noch relativ zu der Ankernut bewegen, so daß auch das Auftreten von Kurz-
und Windungsschlüssen
in der Ankerwicklung sicher verhindert ist.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch
1 und im Anspruch 11 angegebenen Rotors möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung nach Anspruch 1 ist der dem Wickel- und Imprägniervorgang
der Ankerwicklung nachgeschaltete, das Aufquellen des reaktiven
Werkstoffs auslösende
Prozeß der
Aushärtvorgang
einer in die Ankerwicklung eingebrachten Imprägnierung, der durch Erwärmen des
Rotors begünstigt
wird.
Gemäß vorteilhaften Ausführungsformen
der Erfindung kann der reaktive Werkstoff in die Nutauskleidung
integriert werden, indem die Nutauskleidung ganz oder teilweise
aus einem reaktiven Werkstoff besteht oder der reaktive Werkstoff
zwischen der Nutauskleidung und der Nutwand eingelegt ist. Die Nutauskleidung
kann eine Nutbeschichtung der Ankernut oder eine in die Ankernut
eingelegte Folie oder ein eingelegtes Isolierpapier sein, das vorzugsweise auf
der Oberseite des Drahtwickels gefalzt ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung kann der reaktive Werkstoff auch in einem Nutverschluß integriert
oder an diesem angeordnet sein. Die Nutverschlüsse können dabei als Schnurbandage,
die in diametralen Ankernuten in die Nutöffnung eingelegt ist, oder
als Profilleisten, die in die Ankernuten eingeschoben werden, ausgeführt sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung nach Anspruch 11 sind die in die Notöffnungen der einzelnen Ankernuten
eingeschobenen Profilleisten mit T-Profil zur Erzeugung einer radialen
Vorspannung an dem Drahtpaket an mindestens einem aus der Ankernut
vorstehenden, freien Ende auf einem an der Stirnseite des Ankerkerns
angeordneten Verbindungsring festgelegt. Durch diese konstruktive
Maßnahme
sind die Profilleisten zu einem einzigen Bauteil zusammengefaßt, das
sowohl die Handhabung als auch die Montage vereinfacht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung sind die Profilleisten zweigeteilt und jeweils die Hälfte aller
Teilleisten mit ihren einen, aus dem Ankerkern vorstehenden Ende
an einem von zwei jeweils an einer Stirnseite des Ankerkerns angeordneten
Verbindungsringen vorzugsweise einstückig festgelegt. Die geringere
Länge der
Teilleisten erleichtert die Montage der Profilleisten, die nunmehr jeweils
von beiden Stirnseiten des Ankerkerns aus eingeschoben werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung bilden die Verbindungsringe den Öffnungsrand eines die Wickelköpfe überdeckenden Schutzkorbs.
Dadurch wird ein Abrasivschutz an den Wickelköpfen erreicht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung weist der Verbindungsring bzw. der Schutzkorb Leitschaufeln
auf, die axial spiralförmig oder
gerade oder radial schräg
oder gerade geformt sind. Dadurch wird eine kontrollierte Luftführung im Wickelkopfbereich
und am Luftein- und -austritt der elektrischen Maschine erreicht
und die Kühlung
der elektrischen Maschine verbessert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung weisen die Profilleisten einen aus der Nutöffnung vorstehenden
Axialsteg auf, dessen Breite wesentlich kleiner als die Freite des
Mittelteils der Profilleiste ist. Sei in einen Stator eingesetztem
Rotor ragen diese Axialstege in den Luftspalt und bewirken eine
Verbesserung der Luftführung
und Erhöhung der
Luftmenge im Luftspalt sowie ein radiales Durchlüften des Rotors.
Zeichnung
Die Erfindung ist anhand von in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine
perspektivische Darstellung eines Rotors für einen Kommutatormotor,
2 einen
vergrößerten Schnitt
einer Ankernut mit eingewickelter Ankerwicklung im Rotor gemäß 1,
3 bis 5 jeweils eine gleiche Darstellung wie
in 2 mit Modifikationen
der Ankernut,
6 eine
vergrößerte Darstellung
eines Schnitts einer bewickelten Ankernut im Rotor gemäß 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
7 eine
perspektivische Darstellung eines Nutverschlußglieds zum Verschließen der
Nutöffnungen,
8 eine
Seitenansicht zweier Nutverschlußglieder gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel,
9 eine
gleiche Darstellung wie in 8 mit
modifizierten Nutverschlußgliedern,
10 bis 13 jeweils abschnittweise
eine Seitenansicht weiterer Varianten eines Nutverschlußglieds,
14 einen
Querschnitt einer Profilleiste eines Nutverschlußglieds gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
15 und 16 jeweils ausschnittweise
eine Seitenansicht eines Nutverschlußglieds mit Profilleisten gemäß 14 in zwei Ausführungsbeispielen.
Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
Der in 1 dargestellte
Rotor oder Anker für
einen Gleichstrom-Kommutatormotor
als Beispiel für
eine allgemeine elektrische Maschine weist in bekannter Weise einen
als Blechpaket ausgeführten Rotorkörper oder
Ankerkern 11 mit einer Mehrzahl von über den Umfang zueinander versetzt
angeordneten, axialen Ankernuten 12 auf, in die eine Ankerwicklung 13 eingewickelt
ist. Der Ankerkern 11 mit Ankerwicklung 13 sitzt
drehfest auf einer Rotor- oder Ankerwelle 14. Die Ankerwicklung 13 ist
an einen ebenfalls drehfest auf der Ankerwelle 14 angeordneten
Kommutator 15 angeschlossen.
Wie der vergrößerte Schnitt einer Ankernut 12 mit
einliegender Ankerwicklung 13 in 2 zeigt, liegt in jeder Ankernut 12 ein
Drahtpaket 16 aus einer Vielzahl von langgestreckten, elektrischen
Leiterabschnitten 17 ein, die über an den Stirnseiten des
Ankerkerns 11 aus dem Ankerkern 11 vorstehende
Wickelköpfe 18 miteinander
und mit den Kommutatorlamellen des Kommutators 15 verbunden
sind. Jede Ankernut 12 weist eine gestufte Nutöffnung 19 mit
einem äußeren Öffnungsabschnitt 191 und
einem inneren Öffnungsabschnitt 192 mit
gegenüber
dem äußeren Öffnungsabschnitt 191 größerer Öffnungsbreite auf.
Die Öffnungsbreite
des inneren Öffnungsabschnitts 192 ist
jedoch kleiner als die Nutbreite bemessen. Die Ankernut 12 ist
mit einer elektrisch isolierenden Nutauskleidung 20 versehen,
die zwischen den Nutwänden
und dem Drahtpaket 16 angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel
der 2 ist die Nutauskleidung 20 ein
Isolierpapier 21, das in die Ankernut 12 eingelegt
ist. Nach Einwickeln des Drahtwickels 16 der Ankerwicklung 12 in
die Ankernut 12 wird das überstehende Isolierpapier 21 umgelegt
oder gefalzt. Anschließend
wird eine Kunstfaser- oder Papierschnur 22 durch die Nutöffnung 19 hindurch über das gefalzte
Isolierpapier 21 gewickelt, wobei die Schnur 22 ein-
oder mehrfach in die Nutöffnung 19 eingewickelt
bzw. gestopft wird, so daß die
Drahtpakete 16 in den einzelnen Ankernuten 12 mit
einer Bandage versehen sind, die eine zum Nutgrund hin gerichtete
Anpreßkraft
auf die Drahtpakete 16 erzeugt. Dadurch wird die Haltekraft
der Drahtpakete 16 als Reaktionskraft zur Zentrifugalkraft
erhöht
und ein fester Halt für das
Drahtpaket 16 radial von außen nach innen erzielt. Anschließend wird
die Ankerwicklung 13 mit Isolierpapier 21 und
Schnurbandage imprägniert
und ausgehärtet.
Trotz der radialen Verspannung der
in das Isolierpapier 21 eingelegten Drahtpakete 16 durch die
Schnurbandage verändern
die vom Wickeldraht gebildeten elektrischen Leiterabschnitte 17 in
den Drahtpaketen 16 ihre Lage im Betrieb des Motors, insbesondere
nach erstmaligem Lauf des Motors unter Nenn oder Überlast.
Dadurch verändert
sich einerseits die Ankerschwerpunktlage wodurch sich die Restunwucht
des Rotors erhöht
und als Folge unerwünschte
Vibrationen des den Motor aufnehmenden Gehäuses oder der mit dem Motor
verbundenen elektrischen oder mechanischen Bauteile auftreten. Andererseits
können
als Folge der Bewegungen der Leiterabschnitte 17 relativ
zur Ankernut 12 und relativ zueinander Kurzschlüsse und
Windungsschlüsse auftreten.
Um solchen Erscheinungen sicher vorzubeugen,
ist in dem aus Isolierpapier 21 und der Schnurbandage bestehenden
Isoliersystem ein reaktiver Werkstoff integriert, der in einem dem
Wickeln der Ankerwicklung 13 nachgeschalteten Prozeß volumenvergrößernd aufquillt
und dadurch in jeder Ankernut 12 eine erhebliche radiale
Vorspannung zwischen der Schnur 22 der Schnurbandage und
dem Nutgrund erzeugt. Das Expandieren des Werkstoffs erfolgt beispielsweise
im Aushärteprozeß der vorstehend
beschriebenen Imprägnierung
der Ankerwicklung 13, der z.B. durch Erwärmung gefördert wird. Die
Volumenvergrößerung des reaktiven
Werkstoffs kann aber auch mittels eines gesonderten Prozesses erreicht
werden. Nach Aushärtung
der Imprägnierung
bleibt die durch die Volumenvergrößerung des reaktiven Werkstoffs
erzeugte Vorspannung erhalten und ändert sich auch nicht unter
Betriebsbedingungen.
In dem in 2 skizzierten Ausführungsbeispiel ist der reaktive
Werkstoff als ein- oder
zweiseitige Beschichtung auf das Isolierpapier 21 aufgebracht.
Im Ausführungsbeispiel
der 3 ist der reaktive
Werkstoff als separater Streifen 23 zwischen Nutgrund der
Ankernut 12 und Isolierpapier 21 eingelegt. Alternativ
kann bei der Ankernutausbildung gemäß 2 und 3 auch
der reaktive Werkstoff in der Schnur 22 der Schnurbandage
integriert sein. In einem ersten Fall kann die Schnur 22 selbst
aus reaktivem Werkstoff bestehen oder eine wesentliche Komponente
des reaktiven Werkstoffs enthalten, in einem zweiten Fall kann zwischen
der Schnur 22 und dem Falz des Isolierpapiers 21 ein
Streifen aus dem reaktiven Werkstoff eingelegt werden.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 und 5 ist die Ankernut 12 mit einer
Profilleiste 24 mit T-Profil verschlossen, wobei der Mittelteil 241 der Profilleiste 24 in
dem äußeren, schmaleren
Abschnitt 191 der Nutöffnung 19 und
der Querteil 242 der Profilleiste 24 in dem inneren,
breiteren Abschnitt 192 der Nutöffnung 19 einliegt
und der Querteil 242 sich beidseitig des schmaleren Abschnitts 191 der
Nutöffnung 19 an
der Nutwand abstützt.
In der Ankernut 12 ist wiederum ein Isolierpapier 21 eingelegt,
dessen überstehende
Enden umgelegt bzw. gefalzt sind. Der reaktive Werkstoff zum Erzeugen
einer radialen Vorspannung auf das Drahtpaket 16, die eine
stabile Lage des Drahtpakets 16 und der elektrischen Leiterabschnitte 17 in
der Ankernut 12 gewährleistet,
ist als Streifen 25 zwischen der Profilleiste 24 und
dem Falz des Isolierpapiers 21 eingelegt.
In dem Ausführungsbeispiel der 5 ist anstelle des Isolierpapiers 21 eine
Folie aus dem reaktiven, quellenden Werkstoff als Nutauskleidung 20 eingelegt.
Es ist auch möglich,
die Nutauskleidung 20 durch eine Beschichtung der Nutwände und
des Nutgrunds mit dem reaktiven Werkstoff herzustellen.
Bei der Ausführung der Ankernut 12 gemäß 6 ist die radiale Vorspannung
für die
unveränderliche
Fixierung des Drahtwickels 16 in der Ankernut 12 nicht
durch einen reaktiven Werkstoff mit Volumenausdehnung herbeigeführt, sondern
mit einer Profilleiste 31 mit T-Profil, die nach Art einer
Schublade in die Nutöffnung 19 eingeschoben
wird. Die Nutöffnung 19 ist
hierzu gestuft ausgeführt
und weist einen äußeren, schmaleren Öffnungsabschnitt 191 und
einen sich daran anschließenden,
inneren, breiteren Öffnungsabschnitt 192 auf.
Bei eingeschobener Profilleiste füllt des Mittelteil 311 des
T-Profils den schmaleren, äußeren Öffnungsabschnitt 191 aus
und der Querteil 312 des T-Profils 31 liegt im
breiteren, inneren Öffnungsabschnitt 192 der
Nutöffnung 19 und stützt sich
an den zwischen den beiden Öffnungsabschnitten 191, 192 ausgebildeten
Schultern in der Nutwand ab. Die radiale Höhe oder Stärke des Querteils 312 ist
dabei so bemessen, daß die
Profilleiste 31 einen wesentlichen Druck in Radialrichtung
auf das Drahtpaket 16 ausübt, so daß eine ausreichend große radiale
Vorspannung zwischen Profilleiste 31, Drahtpaket 16 und
Nutgrund erzeugt wird. Das Drahtpaket 16 ist von einem
Isolierpapier 21 umschlossen, das auf der der Profilleiste 31 zugekehrten
Oberseite des Drahtpakets 16 gefalzt ist.
Um eine einfache Montage zu erreichen,
die auch in einen automatisierten Montageablauf integriert werden
kann, sind alle in den Ankernuten 12 einzuschiebende Profilleisten 31 an
ihrem einen aus dem Ankerkern 11 vorstehenden Ende an einem
Verbindungsring 32 festgelegt, der sich nach Einschieben
der Profilleisten 31 in die Ankernuten 12 an die eine
Stirnseite des Ankerkerns 11 anlegt. Ein solches, ein gut
handhabbares Montageteil darstellendes Nutverschlußglied 33,
in dem alle Profilleisten 31 für die Ankernuten 12 zusammengefaßt sind,
ist in 7 dargestellt.
Bei montiertem Nutverschlußglied 33 erstreckt
sich jede Profilleiste 31 über die gesamte Länge der
Ankernut 12, und der Verbindungsring 32 liegt
an einer Stirnseite des Ankerkerns 11 an.
In 8 ist
eine Modifikation des Montageteils in Seitenansicht zu sehen. Die
Profilleisten 31 sind auf zwei Nutverschlußglieder 33 aufgeteilt,
von denen jedes Nutverschlußglied 33 wie
in 7 ausgeführt ist,
aber nur halb so lange Profileisten 31 aufweist. Jedes
Nutverschlußglied 33 wird
mit seinen Profilleisten 31 von einer der beiden Stirnseiten
des Ankerkerns 11 aus in die Ankernuten 12 eingeschoben,
wobei die Profilleisten 31 eines jeden Nutverschlußglieds 33 die
Ankernuten 12 auf der Hälfte
ihrer axialen Länge
verschließen.
Die in 9 dargestellten
beiden Nutverschlußglieder 33 sind
gegenüber
den Nutverschlußgliedern 33 in 8 insofern modifiziert,
als der Verbindungsring 32 den Öffnungsrand eines Schutzkorbs 34 bildet,
der sich bei montierten Nutverschlußgliedern 33 stirnseitig über die
Wickelköpfe 18 (2) schiebt und einen Abrasivschutz
für die
Wickelköpfe 18 bildet.
Bei den Nutverschlußgliedern 33 in 10 bis 13 wird der Verbindungsring 32 zusätzlich zur
Belüftung
des Rotors herangezogen. Hierzu sind außen auf dem Verbindungsring 32 Leitschaufeln 35 angeordnet.
Diese Leitschaufeln 35 sind axial spiralförmig (10) oder axial gerade (11) oder radial schräg (12) oder radial gerade (13) ausgebildet. Zusätzlich kann
der Verbindungsring 32 auch, wie in 9 beschrieben, Teil eines Schutzkorbs 34 für die Wickelköpfe 18 sein.
In 14 ist
eine modifizierte Profilleiste 31' für den Nutverschluß der Ankernuten 12 dargestellt. Die
Profilleiste 31' weist
einen einstückig
angeformten Axialsteg 36 auf, der auf der vom Querteil 312 des
T-Profils abgekehrten Stirnfläche 311a des
Mittelteils 311 angeordnet ist und aus der Nutöftnung 19 etwas
vorsteht. Die Breite des sich auf der Stirnfläche 311a längserstreckenden
Axialstegs 36 ist wesentlich kleiner als die Breite der
Stirnfläche 311a bemessen.
Die Summe der auf den Profilleisten 31' angeordneten Axialstege 36 wirkt
als Abdichtung zwischen Anker und Stator innerhalb des Luftspalts
des Motors und verbessert die Luftführung im Luftspalt unter Erhöhung der
in den Luftspalt geförderten
Luftmenge, wobei auch ein radiales Durchlüften des Rotors erreicht wird.
In 15 ist ein Nutverschlußglied 33 mit
den modifizierten Profilleisten 31' in Seitenansicht dargestellt.
Wie dort ersichtlich ist, verläuft
der Axialsteg 36 auf jeder Profilleiste 31 mittig
und parallel zu deren Längskanten.
Ist der Ankerkern 11 mit
geschrägten
Ankernuten 12 versehen, so verlaufen auch die durch den Verbindungsring 32 zum
Nutverschlußglied 33 zusammengefaßten Profilleisten 31' unter dem gleichen
Schrägungswinkel
zur Achse des Ankerkerns 11. In diesem Fall verlaufen die
Axialstege 36 nicht mittig und parallel zu den Längskanten
des Mittelteils 311 des T-Profils wie in 15, sondern – wie in 16 dargestellt ist – schräg auf der Stirnfläche 311a der
Profilleiste 31'.
Dadurch wirken die Axialstege 36 wie Dichtlamellen einer
Schneckenpumpe, und Kühlluft
wird aktiv durch den Luftspalt zwischen Rotor und Stator gepumpt
und eine verbesserte Kühlung des
Stators erzielt.