DE1282157B

DE1282157B - Verfahren zur Herstellung eines durch eine Gussmasse allseitig geschlossenen elektrischen Kleinmotors

Info

Publication number: DE1282157B
Application number: DE1963L0046511
Authority: DE
Inventors: Dieter Kehr
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1963-12-05
Filing date: 1963-12-05
Publication date: 1968-11-07

Description

Verfahren zur Herstellung eines durch eine Gußmasse allseitig geschlossenen elektrischen Kleinmotors Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines durch eine Gußmasse allseitig geschlossenen elektrischen Kleinmotors durch ein Gießverfahren.
Es ist bekannt, die bewickelten Ständer von Kleinmotoren oder nur deren Wickelköpfe zum Schutz gegen Feuchtigkeit, chemische Einflüsse und auch besondere mechanische Beanspruchung sowohl in Metall als auch in verpreßbare oder verspritzbare Isolierstoffe einzubetten, so daß sich ein einheitlicher hohlzylindrischer oder topfförmiger Körper ergibt. Im ersten Fall sind nach Einführung des Läufers in den Hohlkörper noch von beiden Seiten die Lagerschilde zentriert aufzusetzen, während im letzteren Fall das eine Wellenlager bereits im Boden des topfförmigen Körpers, den einen Lagerschild bildend, eingesetzt sein kann (schweizerische Patentschrift 190 51.3, USA.-Patentschrift 1875 207, österreichische Patentschrift 196 494, deutsche Patentschrift 1001 392). Es ergeben sich bei geschlossenen Lagerschilden geschlossene Motoren. Es muß jedoch zumindest der eine Lagerschild als getrennter Bauteil angebracht und die Justierung des Läufers sowie das Einsetzen der Lager vorgenommen werden. Letzteres ist auch notwendig, wenn nach einer weiteren bekannten Weise das Ständerblechpaket im Sand- oder Spritzgußverfahren ein Gehäuse mit Lagerschilden umgossen erhält, bei denen die zentrale Öffnung der Lagerschilde zum Einsetzen der Lager jedoch so groß bleiben muß, daß der Läufer eingeführt werden kann (britische Patentschrift 137 089). Dieses Verfahren bietet jedoch keinerlei Vorteile gegenüber den vorgenannten. Im Gegenteil, es werden durch die Hohlräume des Gehäuses kostenaufwendige Gußformen notwendig und das nachträgliche Einbringen der Ständerwicklung ist erheblich erschwert.
Andererseits ist zur Herstellung von kleinen elektrischen Maschinen ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem nach Einführung des Läufers in den bewickelten Ständer mit Hilfe einer Gießform beide offen ausgebildeten Lagerträger gleichzeitig an den Ständer angegossen werden. Dabei wird der Läufer entweder in der Form oder im Ständer zentriert gehalten. Letzteres kann durch sogenannte Spione oder einen später gusschmelzbaren Mantel um den Läufer geschehen (deutsche Patentschrift 1005 170, schweizerische Patentschrift 316 912 entsprechend der deutschen Patentschrift 944 386, französische Patentschrift 1235 768). Nach diesen Verfahren lassen sich jedoch nur offene Motoren herstellen.
Die Erfindung beschreitet für die Herstellung eines Kleinmotors einen neuartigen Weg. Das Herstellungsverfahren der Erfindung läuft wie folgt ab: Zuerst wird der Läufer des Kleinmotors auf seinem Umfang und an seinen Stirnflächen mit einer Mantelschicht bedeckt, die eine Luftspaltjustierschicht bildet, jedoch im späteren Stadium des Verfahrens wieder entfernt wird. Dieser Mantel wird auf den Läufer aufgegossen oder aufgespritzt.
Sodann wird der Läufer mit dem Mantel in die Bohrung eines bewickelten Ständers des zugeordneten Kleinmotors fest eingepreßt, so daß er genau zentriert sitzt und in diesem Zustand mit dem Ständer eine Einheit bildet.
Diese Einheit aus Ständer und Läufer wird sodann in eine Gußform eingebettet. Zweckmäßigerweise hat die Gußform zwei Teilformen, von denen jede auf die Welle des zentrisch sitzenden Läufers aufgeschoben wird und dabei für den Verguß Öffnungen frei hält, die ebenfalls genau zentrisch um die Welle liegen. Jede einzelne Teilform deckt die Stirnseiten des Ständers einschließlich der Wickelköpfe ab. In die Gesamtform wird dann die Vergußmasse eingebracht und der Ständer einschließlich der Wickelköpfe vergossen. Nach dem Entformen liegt ein vollkommen geschlossener Kleinmotor vor, der nur noch um die Welle des Läufers zentrisch sitzende, beispielsweise kreisrunde Löcher aufweist, in die später Kugellager eingesetzt werden.
Der Läufer sitzt nach dem Vergießen und Ausformen noch immer mit seinem Mantel fest in der Bohrung des Ständers. In einem nunmehr folgenden Verfahrensschritt wird dieser Mantel vorn Umfang des Läufers und den Stirnseiten abgelöst. Dieses Ablösen erfolgt auf thermischem Wege, beispielsweise durch Einblasen von Heißluft oder durch Erwärmen, es kann aber ebenso auch mit chemischen Mitteln betrieben werden, wobei allerdings der Verguß des Motors und die Läufer selbst nicht beschädigt werden dürfen. Die frei gelassenen Öffnungen im Verguß des Kleinmotors dienen jetzt dazu, die Masse des Mantelmaterials abfließen oder anderweitig entweichen zu lassen.
Nach dem Entfernen des Mantels sitzt der Läufer lose im Verguß und im Ständer des Kleinmotors. Abschließend werden jetzt von außen her auf die Welle des Läufers die Lager, beispielsweise Kugellager, aufgeschoben, die mit ihren Außenringen genau in die vorgesehenen Öffnungen des Vergusses hineinpassen. Auf diese Weise erfolgt mit dem Einsetzen der Lager eine genaue zentrische Ausrichtung und Halterung des Läufers, so daß er einen außerordentlich gleichmäßigen Luftspalt einhält. Der Kleinmotor ist jetzt vollkommen allseitig geschlossen.
Die einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung des allseits geschlossenen Motors lassen in ihrer Durchführung und in ihren einzelnen Verfahrensschritten eine Reihe von Abwandlungen zu. Die Verfahrensschritte sind im einzelnen bekannt. Für die Einzelmerkmale der Unteransprüche wird kein selbständiger Schutz beansprucht.
So kann beispielsweise der Mantel auf dem Läufer durch Aufgießen oder Aufspritzen hergestellt werden oder auch in einer Gieß- oder Spritzform aufgebracht werden. Es ist gleichzeitig möglich, den Läufer zentrisch in einem Ständer zu halten und in diesem Zustand den Luftspalt zwischen dem Ständer und dem Läufer auszugießen, wobei gleichzeitig die Stirnflächen am Läufer durch den Verguß mit abgedeckt werden.
Die Gießform für das Vergießen des Kleinmotors kann aus zwei haubenartigen Formhälften bestehen, die auf den Wellenenden des in den Ständer eingepackten Läufers in axialer und radialer Richtung zentrisch ausgerichtet sind und außerhalb des Ständers durch Bolzen od. dgl. verbunden werden. Es ist möglich, die Formhälften der Gießform nicht am Ständerpaket selbst aufliegen zu lassen, sondern eine Abdichtung über Dichtungsringe zu benutzen. Weiterhin kann man auch die Gießform in einem Gefäß unter Luftabschluß im Vakuum halten und die Vergußmasse unter Druck in die Formteile einbringen.
Anschlüsse für die Wicklung, wie Steckverbindungen oder Lötfahnen, werden zweckmäßig bei dem Gießen mit eingebunden. Dafür kann man Stöpsel, beispielsweise aus Silikonkautschuk, verwenden, die dicht anschließend in den Verguß eingebettet werden und später nach dem Ausformen wieder entfernt werden.
In Weiterbildung der Erfindung kann das Verfahren auch so erfolgen, daß der Läufer mit einem Lager bereits in dem Verguß eingebettet wird und nur das zweite Lager nachträglich von außen her aufgeschoben wird. Es ist auch möglich, in den Verguß Lagerbuchsen mit einzubetten, in die dann die Kugellager eingesetzt werden. Dafür kann man beispielsweise Metallringe verwenden.
Schließlich kann im Rahmen der Erfindung auch ein Vergießen beider Lager vorgenommen werden, wobei dann zusätzlich Öffnungen in dem Verguß vorgesehen werden müssen, die ein Abfließen des Mantelmaterials gestatten.
Die Herstellung des allseitig vergossenen Kleinmotors der Erfindung ist neben den möglichen Abwandlungen in der Durchführung der einzelnen Verfahrensschritte weitgehend von den Materialeigenschaften der verwendeten Vergußmasse sowie von der Materialeigenschaft des auf dem Läufer aufgebrachten Mantels abhängig.
Das Material für den Mantel des Läufers, für das im Rahmen der Erfindung kein selbständiger Schutz beansprucht wird, muß einen Schmelzpunkt aufweisen, der höher liegt als die Verarbeitungstemperatur der Vergußmasse für den Kleinmotor während des Vergießens. Andererseits muß nach dem Vergießen des Kleinmotors der Mantel auf dem Läufer entfernt werden können, ohne daß dabei das Material der Vergußmasse angegriffen oder verformt wird.
Es ist deshalb zweckmäßig, für den Mantel des Läufers ein Material zu wählen, das auf chemischem Wege durch Auflösung in einer Flüssigkeit oder durch Auflösung in einem Gas entfernt werden kann.
Der Mantel auf dem Läufer kann aber auch auf thermischem Wege durch Einblasen von Heißluft zum Schmelzen gebracht werden.
Als Material für den Mantel des Läufers hat sich beispielsweise ein Kunstharz bewährt, das sich gut und leicht schmelzen läßt.
Als Material für die Vergußmasse des Kleinmotors, für das auch kein selbständiger Schutz beansprucht wird, kann ein aushärtbares Kunstharz Verwendung finden. Dieses Kunstharz kann bei vergleichsweise niedriger Temperatur von etwa 120° C vergossen werden, härtet dann aus und ist in diesem ausgehärteten Zustand nicht wieder schmelzbar. Verwendet man für den Mantel des Läufers beispielsweise ein Kunstharzwachs mit einer Schmelztemperatur von 130° C, so wird dieser Mantel bei dem Gießvorgang unter 120° C Temperatur in seiner Form nicht mehr verändert.
Als Vergußmasse können außerdem aushärtbare Kunstharze sowie spritzfähige Thermoplaste, wie z. B. Polypropylen, oder auch Duroplaste verwendet werden. Die Vergußmassen können zur Erzielung besserer mechanischer oder thermischer Eigenschaften mit Füllstoffen angereichert sein. Man ist aber keineswegs auf die hier beispielsweise angeführten Kunststoffe allein angewiesen, sondern kann auch andere Stoffe verwenden, wie beispielsweise ein Metall mit niedrigem Schmelzpunkt oder niedrigschmelzende Legierungen. Dabei müssen dann gegebenenfalls die Wicklungen besonders geschützt werden.
Der Kleinmotor nach der Erfindung besitzt den Vorteil, gegen Staub und Feuchtigkeit vollkommen geschützt zu sein. Durch das Verfahren der Erfindung kann ein Kleinmotor hergestellt werden, der eine bisher nicht zu verwirklichende extrem kurze Bauform aufweist. So ist es z. B. gelungen, einen Kleinmotor, der eine Baulänge von 87 mm hatte, durch die Erfindung auf eine Baulänge von 49 mm zu bringen. Das bedeutet eine Verkürzung um nahezu 45 %.
Die Verkürzung wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß die Lager im Raum zwischen den vorspringenden Wickelköpfen untergebracht werden können und im übrigen die Lagerschilde durch den dicken Verguß und durch die Verankerung mit der Wicklung und in den Nuten stabil und fest sind, während sie über die Wickelkopfenden hinaus nur noch eine vergleichsweise dünne Schicht bilden.
Abgesehen davon, ist gerade die Ausführung mit ebenen geschlossenen Lagerschilden sehr vorteilhaft, weil sie die Unterbringung des neuen Kleinmotors in Geräten begünstigt. Darüber hinaus bietet der neue Kleinmotor, wie eingangs schon erwähnt, den weiteren Vorteil, daß mit seinen geschlossenen Lagerschilden im selben Herstellungsgang gleichzeitig ein Gehäuse oder Standfüße oder ein zugel-jöriges Gerät mit angegossen werden können.
Weiterhin bietet die Erfindung den Vorteil, daß zwischen Ständer und Läufer der Luftspalt sehr exakt eingehalten wird. Auf Grund dieser Tatsachen kann ein an sich engerer Luftspalt ausgebildet werden, als es bisher der Fall war.
Durch das Verfahren nach der Erfindung wird es ermöglicht, die Arbeitsteilvorgänge zur Herstellung des Motors so zu vereinfachen, daß die Herstellung in einer automatischen Fließfertigung ermöglicht wird. So brauchen, abgesehen von der Welle und den gestanzten Magnetkörpern mit elektrischer Wicklung, keine zusätzlichen Teile angefertigt und bearbeitet sowie mit Läufer und Ständer durch Montagevorgänge verbunden zu werden. An Stelle der Montagevorgänge treten Gieß- und Schmelzvorgänge. Diese Vorgänge können in Durchlauföfen weitgehend selbsttätig ausgelöst werden und gestatten deshalb das gesamte Verfahren auf eine rationelle Weise für die Herstellung von Massenerzeugnissen anzuwenden. Ein weiterer Schritt zur Rationalisierung ist die Möglichkeit, bei dem genannten Verfahren gleichzeitig irgendwelche Gerätegehäuse, beispielsweise eines Ventilators, mit anzugießen.
In den F i g. 1 und 2 ist der geschlossene Kleinmotor der Erfindung im Schnitt dargestellt. Davon zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch einen Kleinmotor mit beidseitig geschlossenen Lagerschilden, F i g. 2 einen Schnitt durch einen Kleinmotor, der zum Vergießen in einer Gießvorrichtung gehalten ist. Der geschlossene Kleinmotor der F i g. 1 ist am Ständer 1 mit der Wicklung 2 und dem Läufer 3 mit der Gußmasse 4 umhüllt. In den Lagerschilden 5 und 6 aus der Vergußmasse 4 sind die Lager 7 und 8 mit der Welle 9 von außen her eingesetzt und mit der Vergußmasse 4 umhüllt. Zwischen Ständer 1 und Läufer 3 ist ein freier Luftspalt 10, der vor Fertigstellung ges Kleinmotors durch einen den Läufer 3 umhüllenden Mantel ausgefüllt war. Zum Anschluß der Wicklung ist der Steckverbinder S mit in der Vergußmasse eingegossen.
Der Kleinmotor der F i g. 2 ist in einer Gießform mit den Formteilen 31 und 32 eingespannt. Der Läufer 33 hat einen Justiermantel 34, der die Stirnseiten und den Umfang des Läufers umhüllt. Dieser Läufer 33 sitzt eng anliegend in der Bohrung des Ständers 35. Seine Welle ragt in die Formteile 31 und 32, so daß diese in der richtigen Lage gehalten sind, insbesondere für die Herstellung der zentrischen Öffnungen um die Welle, in die später die Lager eingesetzt werden. Die Gußform ist in einer Vakuumglocke 36 untergebracht, die durch eine schematisch dargestellte Pumpe 37 evakuiert wird. über einen Kolben 38 und die Leitung 39 wird in die Gußform die Gußmasse 46 eingepreßt, bis sie am Steiger 40 aufsteigt. Mit 41 ist ein Stöpsel aus Silikonkautschuk bezeichnet, der die Steckverbinder für die Anschlüsse der Wicklung 42 aufnimmt. Die Vorsprünge für die Aufnahmeräume (Öffnungen oder Vertiefungen 43, 44) der Lager sitzen genau zentrisch zur Welle 45 des Läufers 33. Wird nach dem Vergießen die Form geöffnet und werden diese Formteile 31, 32 von den Stirnseiten des Ständers 35 genommen, so kann anschließend der Justiermantel 34 innerhalb des Kleinmotors durch Schmelzen oder auf chemischem Wege entfernt werden. Das Aufziehen und Befestigen der Lager ist insbesondere durch Verkleben leicht durchführbar. Es sind keinerlei Bearbeitungen an den Lagerschilden notwendig, da die Öffnungen zentrisch passend durch das Gießen hergestellt sind. Die Formteile 31 und 32 der Gießform haben einfachste Gestalt und sind leicht zu handhaben. Die Durchführung des Verfahrens zur Herstellung des Kleinmotors geschieht weitgehend durch Schmelzvorgänge, die auf Fließbändern in Durchlauföfen automatisch geregelt ablaufen.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung eines durch eine Gußmasse allseitig geschlossenen elektrischen Kleinmotors, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (33) des Kleinmotors am Umfang und an den Stirnseiten mit einem später zu entfernenden Justiermantel (34) umkleidet wird, der eine Luftspaltjustierschicht bildet, dann in die Bohrung eines bewickelten Ständers (35) zentrisch dicht anliegend fest eingepaßt wird, so daß beide Teile, Ständer wie Läufer, eine Einheit bilden, daß daran anschließend der Läufer (33) und der Ständer (35) und gegebenenfalls eines der Lager in eine Gießform (31, 32) gebracht werden, in der sie in richtiger zentrischer Lage zueinander gehalten sind und in der sie an den Stirnflächen und sonstigen Hohlräumen mit einer die Wickelköpfe des Ständers (35) vollständig umschließenden Vergußmasse (46) umgossen werden unter Freilassung je einer Öffnung oder Vertiefung (43, 44) an den Stirnflächen für später von außen her einzusetzende Lager, und daß nach dem Vergießen der Justiermantel (34) vom Läufer (33) entfernt wird und daß schließlich in die frei gelassenen Öffnungen oder Vertiefungen von außen her das oder die Lager über die Welle (45) des Läufers (33) geschoben eingesetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß der Justiermantel (34) auf dem Läufer (33) aufgespritzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Justiermantel (34) in einer Spritzvorrichtung aufgespritzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Justiermantel (34) bei zentrisch im Ständer gehaltenem Läufer (33) aufgegossen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergießen von Ständer (35) und Läufer (33) unter Luftabschluß und Vakuum erfolgt und daß dabei die Vergußmasse (46) unter Druck in die Gießform gepreßt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gießform Stöpsel (41) aus Silikonkautschuk angeordnet sind, in denen die Lötfahnen oder Steckverbinder, die mit den Enden der Wicklung (42) verbunden sind, gehalten werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für den Justiermantel (34) auf dem Läufer (33) ein Material verwendet wird, dessen Schmelztemperatur über der Verarbeitungstemperatur der Vergußmasse (46) liegt, aber unterhalb der für die Wicklungen (42) zulässigen Temperaturgrenze. B.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für den Justiermantel (34) ein Material verwendet wird, das auf chemischem Wege durch Auflösen in einer Flüssigkeit oder einem Gas vom Läufer (33) entfernt Werden kann, ohne dabei die Vergttßmasse (46) zu beeinträchtigen.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für den Justiermantel (34) ein Material verwendet wird, das auf thermischem Wege durch Schmelzen vom Läufer (33) entfernt werden kann, ohne daß dabei die Vergußmasse (46) beeinträchtigt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Justiermantel (34) durch Heißluft geschmolzen wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Justiennäntel (34) aus eitlem Kunstwachs bestellt.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergußmasse (46) ein aushärtbares Kunstharz verwendet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergußmasse (46) ein spritzfähiger Kunststoff, wie Thermoplast oder Düroplast, verwendet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergußmasse (46) ein Kunstharz verwendet wird, das zur Verbesserung thermischer und mechanischer Eigenschaften mit Füllstoffen angereichert ist.
15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergußmasse (46) ein Metall oder eine Legieiung mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Öffnungen oder Vertiefungen (43, 44) der Vergußmasse (46) ein Lagerträger in Form eines metallischen Ringes eingebettet wird; der zur späteren Aufnahme eines Lagers dient.
17. Kleinmotor, der nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Außenumfang des Ständers (35) umgössen ist.
18. Kleinmotor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß Ständerfüße mit angegossen sind.
19. Kleinmotor nach Anspruch 17 öder 18; dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Verguß zugleich ein Gerätegehäuse in einem Stück angegossen ist: In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 100.1392, 1y005170, 1040,118, 1'044'943, 1118 340; österreichische Patentschrift Nr. 196 494; schweizerische Patentschriften Nr. 190 513, 316 912, 346111; französische Patentschriften Nr. 1235 768, 1239 719; britische Patentschrift Nr.137 089; USA ,Patentschriften Nr. 1875 207, 2 548133, 3 002 261, 3 046 604.