DE112014006831T5

DE112014006831T5 - Satz von Giessformen, Verfahren zur Herstellung und Gehäuse von rotierenden elektrischen Maschinen

Info

Publication number: DE112014006831T5
Application number: DE112014006831.4T
Authority: DE
Inventors: Jose Roberto dos Santos
Original assignee: WEG Equipamentos Eletricos SA
Current assignee: WEG Equipamentos Eletricos SA
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2017-04-06
Also published as: US10363600B2; BR112017000037A2; CN106488818B; BR112017000037B1; WO2016011514A1; US20170182548A1; CN106488818A

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart einen Satz von Gießformen (1a, 1b, 1c, 1d, 1e) für Gehäuse von rotierenden elektrischen Maschinen, umfassend einen Teil der Geometrie des Kühlkanals in dem seitlichen Abschnitt (1a, 1c) des Satzes von Formen, und einen anderen Teil in der mittleren Gießform (1e), um die Notwendigkeit von Gießkernen zu beseitigen. Bezüglich eines zweiten Aspekts wird ein Verfahren zur Herstellung von Gehäusen für rotierende elektrische Maschinen mittels des Satzes von Formen offenbart. Bezüglich eines dritten Aspekts der Erfindung werden ferner Gehäuse von rotierenden elektrischen Maschinen, die mittels des vorgeschlagenen Verfahrens gefertigt werden, offenbart.

Description

ANWENDUNGSBEREICH
Die vorliegende Erfindung offenbart einen Satz von Gießformen für Gehäuse von rotierenden elektrischen Maschinen, umfassend einen Teil der Geometrie des Kühlkanals in ihrem seitlichen Abschnitt und einen anderen Teil in der mittleren Gießform, um die Notwendigkeit von Gießkernen zu beseitigen. Bezüglich eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Gehäuse einer rotierenden elektrischen Maschine, das mittels des hiermit vorgeschlagenen Satzes von Gießformen gefertigt ist, offenbart.
GRUNDLAGEN DER ERFINDUNG
Bei Gießverfahren betreffen kritische Vorgänge in der Regel das Formen von Teilen und die Kernherstellung (Kernmacherei) seiner Komponenten. Letztere besteht darin, Kernformen (die normalerweise aus feuerfesten Materialien hergestellt sind) zu gewinnen und sie den Gießformen hinzuzufügen, um Hohlräume, Bohrungen und Aussparungen der Teile zu bilden.
Für das gute Funktionieren der großen rotierenden elektrischen Maschinen und auch von mittelgroßen Maschinen ist es notwendig, ein internes Umluftsystem, das Kühlkanäle auf dem Motorgehäuse umfasst, zu verwenden. Eine derartige Konstruktion ermöglicht es dem Kältemittel, die aufgrund der Verluste erzeugte Wärme zu entfernen, wobei dieser Parameter eng mit der operativen Lebenserwartung der Maschine verbunden ist.
Bei Motoren mit Gehäusen aus Gusseisen ist die Anwendung von Gießkernen erforderlich, um diese Kanäle zu erhalten. Die wichtigsten Nachteile im Zusammenhang mit der Kernherstellung liegen in den in Projektspezifikationen eingebrachten Variablen wie dem Auftreten eines Einblasens und einer Blasenbildung durch unzureichende Gasentfernung oder in extremeren Situationen sogar des Ausstoßens von flüssigem Metall aus dem Inneren der Gießformen. Ein weiterer relevanter Faktor ist die richtige Positionierung der Elemente, die die Gießform und den Gießkern bilden. Das Fehlen einer ordnungsgemäßen Kontrolle bei diesem Schritt kann aufgrund dreidimensionaler Abweichungen zu Werten außerhalb der Toleranzvorschriften führen. Die Beachtung all dieser Variablen erhöht die Gesamtkosten des Prozesses schließlich stärker als erwartet, und dadurch können negative Auswirkungen auf die Automatisierung der Produktionslinie entstehen.
Angesichts des Vorstehenden ergibt sich das Erfordernis von Lösungen, die auf den Schritt der Kernherstellung beim Gießen von Großmotoren so verzichten, dass ihre Praktikabilität in einem industriellen Maßstab ermöglicht wird.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Bei einem Gießverfahren ist es üblich, Holz- oder Metallmodelle auf einem ölimprägnierten sandhaltigen Medium zu verwenden. Nach erfolgter Verpackung der Letzteren wird die Form oder das Modell entfernt und wird das flüssige Metall in den Hohlraum eingelegt, und zwar bis zu seiner Kühlung. Der Verstoß gegen die entsprechenden Betriebsbedingungen führt zu vorerwähnten unerwünschten Ereignissen. Dieses System wird in der Patentschrift JP59201659 erläutert, in der man Modelle für die Bildung von Standfüßen zur Befestigung an dem Gehäuse eines Elektromotors beschreibt. Ein zweites Beispiel ist in der Patentschrift JP S56148159 dargestellt, in der man eine Gießform für Statoren offenbart, die in zwei durch einen Sperrmechanismus zu verbindende Hälften geteilt ist.
Eine alternative Lösung ist das Lost-Foam-Gießverfahren (LFC, lost-foam casting), bei dem das Modell aus Polystyrol unter Vibration in ein trockensandhaltiges Medium eingebracht wird. Das Modell verdampft in Kontakt mit dem geschmolzenen Metall, und dadurch wird das Auftreten eines Einblasens oder die Bildung von unbeabsichtigten Hohlräumen verhindert; ein anschauliches Beispiel dieses Verfahrens wird in. der Patentschrift US6109333 beschrieben.
Ein Versuch zur Senkung der mit dem Gießen verbundenen Kosten wird in dem Dokument CN102101153 vorgeschlagen, der die Verwendung einer Mischung aus Meeressand (Maschenweite 75–90), Bentonit und Wasser, die in einer Sandkiste unter spezifischen Heizbedingungen und Druck für die Herstellung des interessierenden Artikels angewendet wird, umfasst. Obwohl eine scheinbare Ersparnis in Bezug auf die Erzeugung von Abfall und die Bearbeitungszeit erfolgt, offenbart diese Patentanmeldung keine Lösung zur Beseitigung des Schrittes der Kernherstellung per se.
Die Patentschrift JP 2011-151951 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Gehäusen für mit einer Kälteanlage ausgestattete Elektromotoren, umfassend eine vorher auf der Gießform angeordnete Zusatzstruktur. Die Struktur mit zylindrischer Geometrie hat eine Vielzahl von Ausnehmungen in regelmäßigen und abwechselnden Abständen ausgehend von ihren unteren und oberen Teilen. Mit dieser Vorrichtung soll ein Kühlsystem insbesondere für Gehäuse von Kraftfahrzeugs-Elektromotoren erhalten werden. Es versteht sich von selbst, dass die Verwendung des beschriebenen Verfahrens nicht für Großmotoren gilt. Darüber hinaus wurde angesichts der Komplexität der Konstruktion festgestellt, dass die Kosten für die Herstellung der erwähnten Struktur im Vergleich mit den üblichen Verfahren der Kernherstellung keinen Vorteil darstellen. Ebenso kann diese Einschränkung auch in der Patentschrift ES2359057 festgestellt werden, in der eine Sandkernform mit einer abgestuften Konfiguration. beschrieben wird, die aus gebogenen parallelen und in regelmäßigen Abständen verteilten Abschnitten besteht.
Die Patentschrift JP H11-098783 beschreibt eine in vier Teile geschnittene Gießform zur Herstellung von Gehäusen einer dynamoelektrischen Maschine. Die Gießform weist Keile auf, die in extern auf der Struktur des Gehäuses und peripherisch auf der zylindrischen Oberfläche des Stators angeordneten Hohlräumen so montiert sind, dass sie Hohlräume umreißen.
Die Patentschrift CA2625357 benutzt wiederum das Konzept von an das Gehäuse angeformten Kühlkänalen. Bei diesem Ansatz sind die Kühlkanäle in gleichem Abstand längs durch gewölbte Löcher hindurch, die durch Herausragen aus einer Außenwand auf dem Gehäuse gebildet sind, angeordnet. Der Schwerpunkt dieses Vorschlags besteht ja gerade in der D-Geometrie des Kanals, die ermöglicht, dass eine größere Rippenfläche in Kontakt mit dem Kühlfluid steht. Eine Weiterbildung dieses Vorschlags wird in der Patentanmeldung US2012146435 beschrieben, wonach die vorzugsweise aus Aluminium gefertigten Kanäle entlang der Gehäusestruktur in Zick-Zack versetzt sind. Es wird darauf hingewiesen, dass in beiden Dokumenten CA2625357 und US2012146435 der Einsatz von Gießkernen zur Herstellung der in das Gehäuse eingebauten Kanäle erforderlich ist. Ein weiterer Nachteil ist die mögliche Variation bei der äußeren Dicke des Gussteils, was zur Verformung der Geometrie des Kanals führen könnte.
Das Vorstehende verdeutlicht das Fehlen von durchführbaren Lösungen. bezüglich der Verwendung von Gießkernen zur Herstellung von großen Elektromotor-Gehäusen.
ZWECK DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung soll diese Nachteile des Standes der Technik dadurch vermeiden, dass die Notwendigkeit der Verwendung von ”Gießkernen” für Gehäuse von rotierenden elektrischen Maschinen durch eine Gießform beseitigt wird, die einen Teil der Geometrie des Kühlkanals auf ihrem Seitenteil und einen anderen Teil in der mittleren Gießform umfasst. Der Verschluss des Kanals erfolgt durch zwei Verschlusskappen, die üblichen Kappen ähnlich sind.
Bezüglich eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird auch ein Gehäuse für rotierende elektrische Maschinen bereitstellt, das mittels des hiermit vorgeschlagenen Satzes von Gießformen hergestellt ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER
1 zeigt eine perspektivische Ansicht des Satzes von Gießformen.
2 zeigt eine Seitenansicht des Teils 1a der Gießform.
3 zeigt eine Ansicht von unten des Teils 1b.
4 zeigt eine Seitenansicht des mittleren Teils 1e.
5 zeigt eine Frontalansicht des Satzes der hiermit beanspruchten Gießform.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht der rotierenden elektrischen Maschine, die mittels der Gießform hergestellt ist.
7 zeigt eine Draufsicht auf das Teil 1d.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die hiermit vorgeschlagene Gießform (1) umfasst die Teile 1a, 1b, 1c, 1d und 1e. Jedes dieser Elemente wird im Folgenden genauer erläutert.
Gemäß der 1 weisen die Teile 1a und 1c ein symmetrisches Profil auf, wobei die beiden Teile seitlich und äußerlich auf der Umfangsfläche des mittleren Teils 1e montiert sind.
Das Teil 1a besteht aus einem konkav ausgebildeten Block; in seinem inneren Mittelbereich befinden sich eine Vielzahl von parallelen und kontinuierlichen, entlang seiner Länge verlaufenden Nuten (11).
In der unteren Ebene des oben genannten Hohlraums und neben dem von den Nuten (11) ausgebildeten Bereich ragt eine abgeschrägte Struktur (16), die sich zwischen den Vertiefungen des inneren Hohlraums befindet, zu einer Außenfläche des Teils 1e heraus. Diese Aussparungen begrenzen in Verbindung mit dem Profil der Kanten der Struktur (16) die Befestigungsfüße des Gehäuses. Unter Berücksichtigung der höheren Ebene des Teils 1a ist eine eine Vielzahl von Nuten (13) aufnehmende Kiste (12) vorhanden, wobei die Nuten um das System von Kanälen an der Peripherie des Gehäuses der elektrischen Maschine herumgehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist eine an die Kiste (12) angrenzende Ausnehmung (4), die mit dem Riegel (3) der mittleren Gießform kommuniziert, vorgesehen.
Das Teil 1b des Block-Profils ist mit der oberen Region des Teils 1e gekoppelt, umfassend eine Aussparung (10) mit einer die Verriegelungsstrukturen (8) ergänzenden Geometrie, wobei sich die Verriegelungsstrukturen (8) peripherisch auf dem Teil 1e befinden.
Wie in 7 gezeigt ist, weist das Teil 1d ein äußeres Block-Profil auf, das mit einem von einer Vielzahl von verstärkten und in einer konkaven Plattform des erwähnten Teils 1d angeordneten Nuten und Enden (7) gebildeten Bereich (6) versehen ist.
Das Teil 1e entspricht der mittleren Gießform, in welcher der den magnetischen Kern (nicht in den Figuren dargestellt) des Stators aufnehmende innere Bereich gebildet ist. In diesem Sinne weist es ein zylindrisches Profil auf, aus welchem Vorsprünge (2), (8) und (3) radial herausragen.
6 stellt ein Gehäuse einer rotierenden elektrischen Maschine dar. Die Kiste (12) zusammen mit den Strukturen (9) des Teils 1e bildet das Kanalsystem in der rotierenden elektrischen Maschine, was den vollständigen Verzicht auf zusätzliche Arbeitsgänge der Kernherstellung ermöglicht. Das Gussverfahren zur Herstellung der Letzteren verwendet die üblichen und dem Stand der Technik entsprechenden Schritte.
Es ist für Fachleute offensichtlich, dass weitere Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, die innerhalb des Umfangs dieser Erfindung liegen, wobei sie nicht auf die obigen Ausführungen beschränkt sind.

Claims

GIESSFORM FÜR GEHÄUSE VON ROTIERENDEN ELEKTRISCHEN MASCHINEN UND GEHÄUSE VON ROTIERENDEN ELEKTRISCHEN MASCHINEN, DIE MITTELS DER GIESSFORM HERGESTELLT SIND, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Kupplung des Trägers (8) des mittleren Teils (1e) mit der Ausnehmung (10) des Teils (1b); b) Anbringung des unteren Teils (1d) am mittleren Teil (1e); c) Anpassung der Vorsprünge (2) und (3) des mittleren Teils (1e) an den Ausnehmungen (4) der Teile (1a) und (1c); d) Positionierung der in den Teilen (1a) und (1c) vorhandenen Kisten (12) auf dem Außenprofil des Teils (1e); e) Einbringung von geschmolzenem Metall in die durch die Montage der Teile (1a), (1b), (1c), (1d) und (1e) gebildete Gießform (1).
GEHÄUSE VON ROTIERENDEN ELEKTRISCHEN MASCHINEN, dadurch gekennzeichnet, dass sie anhand des Verfahrens des Anspruchs 1 gewonnen werden und eine Vielzahl von zu dem Gehäuse gehörenden Kanälen, die eine die Vorsprünge (2) und die Kiste (12) ergänzende Geometrie aufweisen, umfassen.