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Verfahren zum Herstellen eines lamellierten Joches aus hochkant stehenden
Bändern ferromagnetischen Materials Wegen der hohen Wirbelstromverluste, die in
massiven Jochen dynamoelektrischer Maschinen auftreten, zieht man der massiven Ausgestaltung
des Joches einen lamellierten Aufbau vor. Bekannt ist es, zu diesem Zweck die einzelnen
Lamellen in Gestalt von ringförmigen Scheiben aus den üblichen Blechplatten auszustanzen.
Weil dabei aber ein hoher Stanzabfall entsteht, der sich auf 20 bis 25 % des Gewichtes
beläuft, hat man vorgeschlagen, das lamellierte Joch aus hochkant stehenden Bändern
ferromagnetischen Materials herzustellen. Insbesondere ist es bekannt, zu diesem
Zweck ein Blechband hochkant stehend auf einen Halter aufzuwickeln. Infolge des
übermäßigen Stauchens des Materials im Bereiche des kleineren Durchmessers führt
dieses bekannte Verfahren aber dazu, daß sich dort das Band wellt. Dieser Mangel
sollte durch Einkerben des Blechbandes an der Innenkante oder der Außenkante behoben
werden. Auch ist es bekannt, ein Blechband, das an der einen Kante mit eingestanzten
Schlitzen versehen ist, mit Hilfe von Rollen hochkant zu biegen.
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Alle diese Versuche haben indessen keinen Erfolg gehabt.
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Erfindungsgemäß geht man nun zum Herstellen eines lamellierten Joches
aus hochkant stehenden Bändern ferromagnetischen Materials; insbesondere für elektrodynamische
Maschinen, so vor, daß flache gerade Bänder aufgestapelt werden und unter Druck
zu einem durch Kraft- oder Formschluß gegen eine relative Verschiebung der Bänder
gesicherten Blechpaket verbunden werden, worauf das Blechpaket mit hochkant stehenden
Bändern durch einen Walzvorgang zu einem das Joch bildenden Kreis oder zu einem
Kreisbogen verformt wird, der mit weiteren derartigen bogenförmigen Paketen sodann
zu einem ringförmigen Joch vereinigt wird.
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An sich ist es bekannt, bogenförmige Lamellenpakete zu einem ringförmigen
Joch zu vereinigen. Bei einem bekannten Verfahren dieser Art werden die Blechbänder
aber nicht hochkant gebogen.
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Vorzugsweise werden die Bänder zu einem symmetrischen Stapel vereinigt
und zur Verhinderung gegenseitiger Verschiebung teilweise umkleidet. Dabei können
zum Befestigen der Bänder zu einem starren Paket mehrere Platten dienen, und zwar
mindestens eine Seitenplatte, eine obere Platte und eine untere Platte, die an den
Kanten verschweißt sind. Zur Verhinderung eines Verschweißens unter den bei der
Bearbeitung wirksamen Wärme- und Druckeinflüssen werden die Bänder am besten in
an sich bekannter Weise mit einem Oxyd überzogen.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind schematisch in den
Zeichnungen wiedergegeben. In diesen zeigt Fig. 1 schaubildlich den teilweise aufgebrochen
dargestellten Stapel der ausgestanzten Blechstücke, umrahmt von mehreren Platten
vor der Walzbehandlung, Fig. 2 schaubildlich zwei halbe Joche nach Beendigung des
Walzverfahrens, teilweise im Schnitt, Fig. 3 eine Ansicht nach der Linie 3-3 der
Fig. 2, Fig.4 eine Stirnansicht des fertigen Ständers vor dem Einbau der Feldwicklungen,
Fig.5 eine Teilansicht eines etwas abgeänderten Joches nach der Erfindung und Fig.6
eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform.
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In den Zeichnungen sind durchweg die gleichen oder entsprechenden
Teile der verschiedenen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Paket 8 aus einem
Lamellenstapel 10, oberen und unteren Stirnplatten 12 und 14 und seitlichen Platten
16 und 18 gebildet. Dabei sind die Stirnplatten an den seitlichen Platten angeschweißt.
Die Platte 16 bildet eine Abfallplatte, die später entfernt wird, wie Fig. 3 zeigt,
und jede Stirnplatte an ihrer Kante bei 19 schräg abfräst, um einen verhältnismäßig
großen Raum zur Aufnahme einer Schweißnaht 20 zu bilden, während die Seitenplatte
16 an den Stirnplatten 12 und 14 nur mit einer gewöhnlichen Schweißnaht 22 befestigt
ist. Die Länge des Paketes 8 entspricht dem
Umfang eines
halben Joches. Zum Zusammenbau des Paketes 8 gemäß Fig. 1 geht man wie folgt vor:
Die Abfallplatte 16 wird in eine Vorrichtung oder irgendeinen Behälter eingelegt,
und dann wird an ihr die Stirnplatte 12 aufrecht stehend angeschweißt. Dann stapelt
man auf der Stirnplatte 12 bis zur gewünschten Höhe die Lamellen 10 auf, die je
einen Überzog von Magnesiumoxyd oder einem anderen Stoff erhalten, der ein Zusammenschweißen
der Lamellen unter Druck und Wärme verhindert. Dann wird die obere Stirnplatte 14
auf den Stapel gelegt, und alsdann wird der ganze Stapel durch eine Reihe von Winden
zusammengedrückt, die der Länge nach über ihn verteilt, aber in der Zeichnung nicht
näher gezeigt sind. Diese Winden drücken die beiden Platten 12 und 14 und die dazwischenliegenden
Lamellen mit einem Druck von etwa 30 000 kg zusammen, wobei die Deckplatte 18 noch
fehlt. Auf die genaue Höhe des Druckes kommt es nicht an.
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Um eine nachträgliche Bewegung der Lamellen 10 zu verhindern, werden
längs des senkrechten Stapels in bestimmten Abständen Nuten 24 eingemeißelt und
alsdann mit einer Schweißnaht angefüllt, wodurch sämtliche Lamellen zu einem starren
Ganzen vereinigt werden. Am besten werden diese Schweißnähte an die Stelle zwischen
den Polen verlegt, die später am inneren Umfang des Joches befestigt werden. Die
Schweißnähte haben den Zweck, ein Lockerwerden der Lamellen beim Bohren der Bolzenlöcher
zu verhindern, die durch das Joch hindurchgehen, um die Pole in bestimmten Stellungen
zu befestigen. Die Schweißnähte in den Nuten 24 werden dann glatt geschliffen, so
daß sie bündig liegen, und dann wird die Deckplatte 18 auf die freien Kanten der
Lamellen aufgelegt und an den Stirnplatten 12 und 14 durch Punktschweißung angeheftet.
Schließlich werden dann an den Stoßstellen der verschiedenen Platten die Schweißnähte
fertiggestellt, so daß man ein Paket erhält, das auf allen Seiten verkleidet ist
und an den Enden die Lamellen freiläßt. Da nunmehr der zuvor auf die Stirnplatten
12 und 14 ausgeübte Druck im Inneren des Paketes erhalten bleibt, kann man die Winden
abnehmen, ohne daß dadurch die Lamellen vom Druck entlastet werden oder die Teile
ihre Lage zueinander verändern.
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Der in dieser Weise umkleidete Lamellenstapel wird dann in der Weise
erwärmt, daß seine Temperatur während eines Zeitraumes von 3 Stunden allmählich
gesteigert wird, bis der Ofen eine Temperatur von 1150° C erreicht. Dann wird der
Lamellenstapel herausgenommen und- so gewalzt,. daß -er die Gestalt eines Halbkreises
erhält. Wie lange und bis zu welcher Temperatur man die Erwärmung durchführen muß,
hängt von- der Größe des Ständers und somit von der Größe des Lamellenstapels ab.
Der Stapel wird so gewalzt,- daß dabei die Stirnplatten 12 und 14 und die zwischen
ihnen liegenden Lamellen 10 hochkant gebogen werden. Auf diese Weise erhält das
im Querschnitt rechteckige Paket eine halbzylindrische Gestalt. Die lamellierten
Kanten liegen demgemäß in einer Ebene, welche durch die inneren und äußeren Umfangsflächen
des gebildeten Halbzylinders hindurchgeht, wie in Fig. 2 gezeigt, und im fertigen
Zustand sieht das Joch so aus, als wären die Lamellen ausgestanzt und wie früher
üblich aufeinandergestapelt.
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Dieses soeben beschriebene Verfahren wird dann wiederholt, um eine
zweite halbzylindrische Hälfte des Joches zu fertigen. Die beiden Hälften befinden
sich dann noch in dem halbfertigen, in Fig. 2 veranschaulichten Rohzustand. Um nun
die der Walzbehandlung unterworfenen Pakete so zu bearbeiten, daß sie zusammengefügt
werden können und daß sich die Feldwicklungen einbauen lassen, wird an jedem der
beiden Pakete an dessen Enden der überschüssige Werkstoff abgefräst oder abgesägt
und die Schnittfläche dann geschlichtet. Nunmehr können die beiden Hälften zusammengefügt
werden, z. B. durch Schweißen, obgleich man auch andere Befestigungsmittel verwenden
kann. Sie bilden dann einen Zylinder, welcher das Magnetjoch des Motors darstellt.
Unten und oben werden dann, wie üblich, Füße 26 und Ösen 28 angebracht.
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Die Abfallplatte 16 muß entfernt werden, um einen günstigen Magnetfloß
im Joch entstehen zu lassen. Zu diesem Zweck wird beim vorliegenden Ausführungsbeispiel
die Platte 16 durch spanabhebende Bearbeitung entfernt. Bei einer anderen Ausführungsform
können die Stirnplatten 12 und 14 unmittelbar nach dem Bearbeiten und Schlichten
der Enden abgefräst werden, um dadurch die Schweißnähte 22 gänzlich und die Schweißnähte
19 zum Teil zu entfernen. Ist das geschehen, dann läßt sich die Abfallplätte 16
ohne spanabhebende Bearbeitung herausziehen. Unter Umständen kann es nötig werden,
in die Abfallplatte 16 eine quer über sie hinweglaufende Nut einzumeißeln, damit
man sie leichter mit Stemmeisen entfernen kann.
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Fig. 3 läßt die gegenseitige Größe der Schweißnähte 22 und 20 erkennen.
Die Schweißnaht 20 ist größer bemessen, damit auch noch nach dem Abfräsen der Kanten
der seitlichen Platten 16 und 18 eine zuverlässige Befestigung der Platte 18 an
den Stirnplatten 12 und 14 gewährleistet ist. Die Pfeile in Fig. 3 weisen auf die
ungefähre Stelle hin, bis zu welcher die Seitenplatten bei dem Schlichten abgefräst
werden. Nach Beendigung der erläuterten spanabhebenden Bearbeitung ist das Joch
so weit fertiggestellt, daß es die übrigen Elemente aufnehmen kann, die zur Vervollständigung
des Ständers nötig sind.
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Es. hat sich herausgestellt, daß die Maßverhältnisse der Abfallplatte
und der Deckplatte nicht den in den Zeichnungen dargestellten zu entsprechen brauchen.
Beide Platten können gleich groß sein, doch empfiehlt es sich, die Abfallplatte
dünner zu bemessen, weil das wirtschaftlicher ist.
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Versuche zur Ermittlung der Kennlinie des Übergangsflusses bei erfindungsgemäß
gebauten, verschieden großen Maschinen haben ergeben, daß es sich bei dem Joch um
eine wirkliche Lamellenstruktur handelt. Der Magnesiumoxydüberzug auf sämtlichen
Lamellenflächen verhindert nämlich wirksam ein Verschweißen der Lamellen bei dem
unter hoher Temperatur auftretenden und starke Drücke erzeugenden Walzvorgang. Uni
die- in den Ständerhälften zurückbleibenden -Spannungen zu beseitigen, können diese
Hälften ausgeglüht. -werden; bevor man sie miteinander zu einem -Ganzen verschweißt
oder sonstwie verbindet.
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Das Wesen der Erfindung besteht in dem hochkant erfolgenden Biegen:
des--Lamellenstapels. Darum sind manche -der besonderen Verfahrensschritte zur erfolgreichen
Erzielung einee lamellierten Joches nicht unbedingt nötig. Das gilt- z. B: für die
Anbringung von Stirnplatten 12, 14, - der Deckplatte 18 und der Abfallplatte 16,
deren Hauptaufgabe es ist, die Lamellen zur Erleichterung des Walzens gehäuseartig
zu umkleiden.
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Gemäß Fig. 6 können Bolzen 40 zum Zusammenhalten der Lamellen verwendet
werden. Gewünschtenfalls kann man dabei Stirnplatten 12 und 14 verwenden,
um
den Bolzen feste Angriffsflächen zu bieten und um die Lamellen noch besser festzuhalten.
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Auch können die verschiedenen, in der Erwärmung entstehenden Verfahrensschritte
unterbleiben. Auf die angegebenen besonderen Temperaturen kommt es ebenfalls nicht
entscheidend an, da man das Paket in kaltem Zustand walzen kann, was insbesondere
für kleine Maschinen in Betracht kommt, bei denen keine großen Kräfte auftreten.
Auch kann das Zusammenpressen der Lamellen vor der Walzbehandlung unterbleiben,
wenngleich das Zusammenpressen Vorteile bietet.
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Zwar haben die bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel gebildeten
Hälften des Joches eine halbkreisförmige Gestalt, doch kann das Joch im Rahmen der
Erfindung auch aus drei oder mehr bogenförmigen Stücken zusammengesetzt werden,
sofern die Größe des Ständers es erforderlich macht, zu dieser Bauart Zuflucht zu
nehmen, oder sofern sich andere offenbare Vorteile aus dem Aufbau des Joches aus
einzelnen Abschnitten ergeben.
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Bei manchen Motoren kann es erwünscht sein, nur für den kommutierenden
Übergangspolfluß einen lamellierten Kraftlinienweg zu schaffen. Gemäß Fig. 5 wird
dies dadurch erreicht, daß die Deckplatte 18 mindestens ebenso dick bemessen wird
wie die Breite der Lamellen 10. Dabei wird lediglich der lamellierte Teil des Joches
zur Leitung desjenigen Flusses verwendet, der durch die Pole verläuft und kommutiert
wird, wodurch die Kommutationseigenschaften der Maschine begünstigt werden.
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Statt zwei lamellierte Hälften zu schaffen und diese zu dem Joch zu
vereinigen, könnte das aus den Lamellen und den Verkleidungsplatten bestehende Paket
auch zu einem Kreis gewalzt werden. Vor dem Verbinden der sich dann dicht gegenüberstehenden
Enden werden deren Stirnflächen geschlichtet und dann unter dem Druck von Winden
od. dgl. einander genähert und schließlich zur Bildung des Joches verschweißt oder
verschraubt. Durch den Druck der Winden oder der statt dessen verwendeten Antriebsmittel
werden in dem zylindrischen Joch starke Spannungen erzeugt, wenn die zusammenstoßenden
Enden verschweißt werden; doch lassen sich diese Spannungen durch ein zweites Ausglühen
des Joches beseitigen, das dem Herausziehen der Abfallplatte zweckmäßig vorausgeht.
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Um zu verhindern, daß die Abfallplatte und die Lamellen an ihrem inneren
Umfang Falten bilden oder sich ausbeulen, können entsprechend bemessene Blöcke zwischen
den Stirnplatten und den Lamellen auf einer neben der Deckplatte gelegenen Seite
eingefügt werden.