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Verfahren zur Herstellung des Ständers oder Läufers von elektrischen
Maschinen mit genutetem Ständer- bzw. Läufereisen Der magnetisch wirksame Eisenkörper
des Ständers oder Läufers einer großen Zahl von elektrischen Maschinen ist mit Nuten
versehen, in welche die Wicklung einzubringen ist. Da nun die Nuten zur Erzielung
der gewünschten Eigenschaften der Maschinen gewöhnlich mehr oder weniger geschlossen
sein nnüssen, sind die Wicklungsdrähte nacheinander in die Nuten einzuträufeln.
Zur Durchführung dieser Arbeit sind zwar Maschinen entwickelt worden, jedoch konnten
sich diese aus vielen Gründen nicht allgemein durchsetzen. Man ist daher auch heute
noch weiterhin auf Handarbeit angewiesen, die verhältnismäßig viel Zeit beansprucht
und bei der die Gefahr einer Beschädigung der Isolation der Wicklungsdrähte recht
groß ist.
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Zur Erleichterung der Bewicklung von genuteten Ständern von Wechselstrommotoren
ist es bereits bekannt, den Eisenkörper des Ständers in Sektoren mit je einem
Zahn zu unterteilen und diese Sektoren nacheinander um die zuvor fertiggestellte
und durch Vorrichtungen in Lage gehaltene Wicklung herumzulegen und miteinander
zu verbinden. Dieses Verfahren geht völlig andere Wege als die Erfindung und kann
auch insofern nur eine spezielle Lösung des Wicklungsproblems bringen, als er ganz
offene Nuten zur Voraussetzung hat, die im allgemeinen nicht in Betracht kommen
und bei denen auch gerade die obengenannten Schwierigkeiten hinsichtlich der Einbringung
der Wicklung in die Nuten von Hause aus nicht bestehen.
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Des weiteren sind zur Vereinfachung der Bewicklung von Ständern elektrischer
Maschinen Verfahren bekannt, die durch die Verwendung von eisenklebenden Kunststoffen
gekennzeichnet sind. Es werden dabei Jochring und Zähne als getrennte Bauteile ausgebildet
und die Zähne durch Kleben mit dem Jochring verbunden. Bei einem älteren Verfahren
werden die Zähne zunächst innen durch einen Hilfsring zusammengehalten, so daß sie
eine Art Läufereisen mit offenen Nuten bilden, in welche die Wicklung bequem eingelegt
werden kann. Darauf wird der Zahnkörper samt Wicklung in den Jochring eingepreßt
und nun von außen ein klebendes Imprägniermittel aufgebracht, das in die Trennflächen
zwischen Zähnen und Jochring eindringen muß. Nach Aushärtung des Klebemittels wird
schließlich der Hilfsring, der die Zähne zusammenhielt, abgedreht. Es liegt auf
der Hand, daß hier schon deshalb keine Gewähr für eine zuverlässige Verbindung der
Zähne mit dem Jochring gegeben ist, weil die Verteilung des Klebemittels über die
zu verklebenden Flächen notwendigerweise von unkontrollierbaren Zufälligkeiten abhängt.
Diesen Nachteil vermeidet ein neueres Verfahren, indem es lose Zähne verwendet,
die einzeln mit dem Jochring verklebt werden, nachdem in diesen vorher die Wicklung
eingelegt wurde, was wiederum leicht zu bewerkstelligen ist. Andererseits tritt
aber nun hier die Gefahr auf, daß sich die Zähne infolge von Erschütterungen, Stößen
u. dgl. vor dem Aushärten des Klebemittels lockern oder verschieben, und dies um
so mehr, als die Aushärtung des Klebemittels einen besonderen Arbeitsgang darstellt,
zu dessen Durchführung die Ständer in einen Ofen gebracht, also bewegt werden müssen.
Hinzu kommt, daß die bekannten Klebemittel vor Erreichung der Aushärtungstemperatur
zunächst einmal dünnflüssig werden und damit notwendigerweise vorübergehend in ihrer
Klebekraft nachlassen. Hiernach dürfte im allgemeinen ohne Haltevorrichtungen für
die Zähne nicht auszukommen sein, und dies, bedeutet eine fühlbare Komplikation
und Verteuerung des Verfahrens. Am stärksten wirkt sich in dieser Hinsicht aber
der Aushärtungsprozeß an sich aus, der kostspielige Einrichtungen und großen Raumbedarf
erfordert und den Fabrikationsgang wiederum erheblich verlangsamt. Es ist aber auch
nicht von der Hand zu weisen, daß die Notwendigkeit, die bewickelten Ständer längere
Zeit hohen Temperaturen aussetzen zu müssen, eine Gefahr für die Wicklungsisolation
darstellt. Um ihr zu begegenen, ist die harte Forderung zu erfüllen, daß im Normalbetrieb
die Ofentemperatur über den gesamten genutzten Ofenraum hinweg eine bestimmte Maximaltemperatur
mit Sicherheit nicht überschreitet. Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß
Klebemittel Alterungserscheinungen zeigen, die stark beschleunigt werden, wenn betriebsmäßig
hohe Temperaturen und starke Temperaturschwankungen auftreten, was hier der Fall
ist, wo überdies die Temperaturschwankungen
zu wechselndem Temperaturgefälle
zwischen Zähnen und Jochring und damit zu einem Gegeneinanderarbeiten von deren
Klebeflächen führen, so daß eine Gefährdung des Klebemittels durch Zermürbung gegeben
ist.
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Ohne Eisenkleber kommt ein anderes bekanntes Verfahren aus, das ein
Einschieben einzelner Bleche je Zahn in entsprechend ausgebildete Jochringe
vorsieht, wobei die Zahnbleche in ihrer Endlage dadurch verriegelt werden, daß federnde
Zungen an den Jochringen in geeignete Lochungen am Fuß der Zahnbleche einschnappen.
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Für elektrische Maschinen mit ausgeprägten Polen werden seit jeher
lose Pole verwendet, die durch Schraubverbindungen und andere klassische Verfahren
an den Jochringen befestigt werden. Auch am Fuße federnd ausgebildete Pole oder
Poleinsätze ' die in geeignet gestaltete Aussparungen am Jochring einschnappen,
sind in diesem Zusammenhang bekannt.
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Schließlich sei noch eine andere bekannte Ausführung erwähnt, bei
der für elektrische Maschinen mit genutetem Ständer lose Zahnköpfe verwendet werden,
die erst nach dem Einbringen der Wicklung auf die Zahnstümpfe aufgesetzt werden.
Hierbei ist die bei der Erfindung vorteilhafte Verwendung vorgefertigter, in den
glatten Jochring einzubringender Wicklungen und die Verbesserung der magnetischen
Eigenschaften der Zähne als Ganzes nicht möglich. Außerdem kommt für die Befestigung
der Zahnköpfe auf den Zahnstümpfen der durch die Erfindung vorgeschlagene Preßsitz
deshalb nicht in Betracht, weil die Zahnstümpfe, wie im nächsten Absatz näher erläutert,
nicht genügend stabil sind.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des Ständers
oder Läufers von elektrischen Maschinen mit genutetem Ständer- bzw. Läufereisen,
bei denen Zahnstücke einzeln in den Jochring eingesetzt werden, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß das Ständer- bzw. Läuferjoch aus einem Ringkörper mit flachen Nuten gebildet
wird, daß die Zahnstücke am jochseitigen Ende mit Fußfortsätzen versehen werden
und daß die Fortsätze mit einem solchen Preßsitz in die Nuten des Ringkörpers eingedrückt
werden, daß Reibungshaftung oder Fressen zwischen den aneinanderliegenden Paßflächen
des Ringkörpers und der Fußfortsätze bewirkt wird. Hierzu ist zu bemerken, daß ein
Preßsitz grundsätzlich nur zwischen zwei massiven Körpern oder Körperteilen hergestellt
werden kann, die unter der Wirkung des Preßsitzes senkrecht zu den Paßflächen zusammengedrückt
werden und nicht etwa federnd nachgeben können. Bei entsprechender Einstellung des
Preßsitzes lassen sich außerordentlich hohe Reibungskräfte erzielen, die eine betriebssichere
Befestigung der Zahnstücke am Jochring gewährleisten. Es kann auch zu einem Fressen
der Paßflächen kommen,
wobei praktisch unlösbare Verbindungen entstehen, insbesondere
dann, wenn es sich bei den Paßflächen um Schnitt- bzw. Stoßflächen von Blechpaketen
handelt.
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In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß durch die
betriebsmäßige Erwärmung der elektrischen Maschinen keine Lockerung der Zahnstücke
zu befürchten ist, da die nahezu allseitig von der Wicklung umschlossenen Zahnstücke
stärker erwärmt werden als der Jochring, und dieser andererseits stärker gekühlt
wird. Bei betriebsmäßiger Erwärmung besteht also ein Temperaturgefälle von den Zahnstücken
zum Jochring, so daß sich die Fußfortsätze der Zahnstücke stärker auszudehnen suchen
als die Nuten in den Jochringen.
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Auf der Ständerinnenfläche bzw. Läuferaußenfläche können zylindrische
Beläge oder Ringe aufgebracht werden zu dem Zweck, die Betriebssicherheit der durch
die Erfindung vorgeschlagenen Befestigung der Zahnstücke am Jochring zu erhöhen
oder sicherzustellen. Auch der Verwendung von Klebemitteln oder Stoffen mit klebenden
Eigenschaften, wie z. B. Lacken, als eine in diese Richtung zielende Zusatzmaßnahme
steht nichts ün Wege, um so weniger, als eine ganze Reihe der in obigen Ausführungen
zum Stande der Technik genannten, bei der alleinigen Verwendung von Klebemitteln
zu befürchtenden Nachteile entfallen, so vor allem die Gefahr der Lockerung oder
Verschiebung der Zähne bzw. Zahnstücke vor Beendigung des Aushärtungsprozesses des
Klebemittels und die Notwendigkeit der Verwendung von Haltevorrichtungen für die
Zähne bzw. Zahnstücke während dieses Prozesses. Außerdem erscheinen hier zu dessen
Durchführung öfen entbehrlich, insofern als die erforderliche Erhitzung in Form
der betriebsmäßigen Erwärmung während eines Probelaufs oder bei der Inbetriebnahme
der elektrischen Maschinen erfolgen kann. Im übrigen kommen hier auch kalthärtende
Klebemittel in Betracht, da die Aushärtungsdauer keine Rolle spielt. Schließlich
sei noch bemerkt, daß der Preßsitz zwischen den Fußfortsätzen der Zahnstücke und
den Nuten des Jochrings ein Gegeneinanderarbeiten der Klebeflächen und damit eine
Zermürbung des Klebemittels infolge eines solchen Gegeneinanderarbeitens verhindert.
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Die Verwendung loser Zähne ermöglicht das Einbringen einer vorgefertigten
Wicklung als Ganzes in axialer Richtung in den glatten Jochring bzw. die Aufbringung
darauf und damit eine radikale Lösung des Bewicklungsproblems von elektrischen Maschinen
mit genutetem Ständer- bzw. Läufereisen. Selbstverständlich kann die Wicklung auch
in Teilstücken, in aufgerollter Form oder sonst irgendwie ein- bzw. aufgebracht
werden. Wesentlich ist, daß grundsätzlich die Notwendigkeit eines Einlegens der
einzelnen Spulen in Nuten entfällt. Im Zusammenhang damit besteht die Möglichkeit
zu einer umfassenden Verbesserung der Wicklungs- und Nutenisolation und auch der
Ausnutzung des Wickelraums, was weitreichende und vielseitige Konsequenzen haben
kann. Auch die Freizügigkeit in der Bemessung des Nutenschlitzes, der bis auf den
zur Einbringung der Zahnstücke erforderlichen kleinen Spalt entfallen kann, ist
hier zu erwähnen.
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Von großer Bedeutung ist des weiteren, daß man für Jochring und Zahnstücke
verschiedene Materialien und solche unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften
verwenden kann. Im allgemeinen wird man sowohl den Jochring als auch die Zahnstücke
als Blechpakete bauen, wobei es naheliegt, die Blechlamellen für die Zahnstücke
zusammenzukleben. Es lassen sich jedoch auch ganz andere Bauweisen verwenden, z.
B. die Herstellung aus ferromagnetischem Metallpulver. Die Erfindung bietet somit
sehr weitreichende Möglichkeiten, der Tatsache Rechnung zu tragen, daß es wegen
der Sättigungsverhältnisse vor allem auf gute magnetische Eigenschaften der Zähne
ankommt und dies kann allein schon ein ausreichender Grund für ihre Anwendung sein.
Die Erhöhung
der Eisenverluste, die als Folge von Unregelmäßigkeiten
der Stoßflächen von Jochring und Zahnstücken zu erwarten ist, fällt nicht ins Gewicht.
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In der Regel wird man je Zahn ein einziges Zahnstück vorsehen
und also die Länge der Zahnstücke gleich der ganzen Länge des Ständer- bzw. Läufereisens
wählen, jedoch kann auch eine Unterteilung in mehrere Zahnstücke je Zahn
vorgenommen werden.
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Zweckmäßigerweise werden die beim Einsetzen der Zahnstücke an den
Wicklungen entlanggleitenden Kanten am Fuß der Zahnstücke abgerundet, um eine Beschädigung
der Isolation zu vermeiden.
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Durch entsprechende Ansätze an der Wicklungs-bzw. Nutenisolation ist
es möglich, vorhandene Nutenschlitze auszufüllen.
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Die Zahnstücke können eines nach dem anderen oder auch zu mehreren
gleichzeitig eingesetzt werden. Zur Durchführung dieses Arbeitsganges lassen sich
sehr verschiedenartige Einrichtungen verwenden, die nach wohlbekannten Prinzipien
arbeiten und mechanisch, hydraulisch, mit Preßluft oder elektrisch betrieben werden
können. Sehr in Betracht kommt die Verwendung von Vibrationseinrichtungen aller
Art.
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Werden in den Jochring eines Ständers gleichzeitig mehrere gleichmäßig
über den Umfang verteilte Zahnstücke eingesetzt, so halten sich die auf die Zahnstücke
auszuübenden Kräfte gegenseitig im Gleichgewicht. Es sind dann zwar von außen keine
Kräfte aufzunehmen, aber doch Vorkehrungen zu treffen, die Deformationen des Jochrings
während des Einsetzens der Zahnstücke verhindern oder, besser noch, überkompensieren,
um eine gewisse Spreizung der Jochringnuten zu erzielen.
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In Betracht kommt auch ein Einsetzen der Zahnstücke in zwei oder mehreren
Stufen unter Steigerung der auf die Zahnstücke ausgeübten Kräfte von Stufe zu Stufe.
Die letzte Stufe kann in einem Einwalzen der Zahnstücke bestehen.
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Zum bequemen Halten der Zahnstücke beim Einsetzen können Haltevorrichtungen
benutzt werden, die mit Permanentmagneten oder Elektromagneten arbeiten.
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Die Erfindung wird an Hand der F i g. 1 bis 3 noch näher
erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Ausschnitt aus einem nach der Erfindung
aufgebauten bzw. im Aufbau befindlichen Ständer, in Achsrichtung gesehen, bei bereits
eingebrachter Wicklung, F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel für die Stoßfläche
von Jochring und Zahnstücken, in Achsrichtung gesehen, F i g. 3 eine Einrichtung
zum Einsetzen der Zahnstücke in den Jochring eines Ständers, in den bereits die
Wicklung eingebracht ist, schematisch in einem Schnitt parallel zur Ständerachse,
in zwei Arbeitsphasen.
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In F i g. 1 stellt 1 den Jochring, 2 die bereits eingebrachte
Wicklung dar. Durch die Lücken 3 dieser Wicklung werden radial nach außen
die Zahnstücke 4 eingesetzt.
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In F i g. 2 sind 7 die Fußfortsätze der Zahnstücke 4,
die in entsprechende Nuten des Jochrings 1 mit dem zur Erzielung der gewünschten
Reibungshaftung erforderlichen engen Sitz der zur Zahnachse parallelen Flächen passen.
Die Ecken 8
am Fuß der Zahnstücke 4 sind zwecks Vermeidung einer Beschädigung
der Wicklungsisolation während des Einsetzens der Zahnstücke abgerundet. Die äußeren
Ecken 9 der Fußfortsätze 7 der Zahnstücke 4 sind, wie dies in solchen
Fällen üblich ist, abgeschrägt, wodurch eine gewisse Lenkung der Fußfortsätze
7 beim Eindringen in die Nuten des Jochrings 1 erfolgt, so daß hierbei
Klemmungen ausgeschaltet werden.
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Die in F i g. 3 schematisch dargestellte Einrichtung 12 zum
Einsetzen der Zahnstücke in den Jochring eines Ständers ist in horizontaler Richtung
verschiebbar. Sie weist einen Arm 13 mit einem Elektromagneten 14 auf. Mittels
dieses Elektromagneten kann ein Zahnstück 15 auf den Arm 13 aufgespannt
werden. An einer Platte 16 ist das Ständergehäuse 17
mit dem Jochring
18 und der bereits eingebrachten Wicklung 19 befestigt. Die Platte
16 kann um die Achse des Jochrings 18 gedreht werden, und zwar, z.
B. unter Verwendung einer nicht dargestellten Rasteinrichtung, jeweils um eine Zahnteilung.
In F i g. 3 a befindet sich die Einrichtung 12 ganz außerhalb des Ständers.
In dieser Phase erfolgt das Aufspannen des Zahnstücks 15 auf den Arm
13 mittels des Elektromagneten 14. Nach horizontaler Verschiebung der Einrichtung
12 in den Ständer hinein ergibt sich die in F i g. 3 b dargestellte Lage,
in welcher als Arbeitsphase durch Aufwärtsbewegung des Armes 13
das Zahnstück
15 zwischen Spulen der Wicklung 19
hindurch in den Jochring
18 eingesetzt bzw. eingerückt wird.
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Von den im folgenden angegebenen Ansprüchen wird für Anspruch 2 bis
13 kein selbstständiger Schutz beansprucht.