DE1488480C - Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine Wirbelstrommaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine Wirbelstrommaschine, bei dem die aus Stahl hoher Permeabilität bestehende Wirbelstromtrommel an ihrem Rand mit Nuten versehen und anschließend mit diesen Nuten im Gieß- oder Schmelzverfahren mit einem mit Lüfterflügeln versehenen Flansch aus einer Leichtmetalllegierung formschlüssig verbunden wird.

Es ist (aus der deutschen Auslegeschrift 1148 644) bekannt, als Nuten am Rand der Wirbelstromtrommel Ringnuten auszubilden, die durch Gießen und anschließendes Drehen herstellbar sind. Die Ausbildung solcher Ringnuten bietet sich an, wenn die Wirbelstromtrommel selbst durch Gießen und anschließendes Drehen hergestellt wird, so daß die Formgebung der Ringnut während der gleichen Einspannung erfolgen kann. Die Herstellung einer Wirbelstromtrommel durch Gießen und Drehen ist jedoch teuer. Außerdem ist eine solche Wirbelstromtrommel schwer.

Es ist ferner (aus der deutschen Auslegeschrift 1043 482) bekannt, am freien Ende der Wirbelstromtrommel Kühlrippen anzugießen. Angegossene Kühlrippen können jedoch leicht abbrechen, und sie erhöhen beträchtlich das Gewicht der Wirbelstromtrommel.

Bei einem anderen (aus der deutschen Auslegeschrift 1110 293) bekannten Rotor sind die Kühlrippen ebenfalls am freien Ende der Wirbelstromtrommel vorgesehen. Hierzu sitzen die Kühlrippen an

ίο einem Kupferring, der an die eigentliche Wirbelstromtrommel angelötet ist. Eine solche Bauweise ist teuer in der Herstellung und bringt eine unerwünschte Gewichtserhöhung des Rotors. Insbesondere sei darauf hingewiesen, daß diese Gewichtserhöhung nicht mit einer Wirkungssteigerung verbunden ist, denn Kupfer gehört zu den diamagnetischen Stoffen und besitzt demzufolge eine geringe Permeabilität.
Zur Verbindung von Stahlteilen mit Teilen aus Leichtmetallegierung sind Verbundkonstruktionen bekannt (z. B. aus der Zeitschrift »Gießerei«, 44. Jahrgang, 1957, Heft 20, S. 593), bei denen die Leichtmetallegierungen an das Stahlteil angegossen und mechanisch durch Unterschneidungen, Nuten, Bohrungen usw. mit diesem verbunden wird. Diese mechanische Verbindung ist erforderlich, da es bei normalen Gießverfahren nicht zu einer metallischen Verbindung der beiden artfremden Werkstoffe kommt. Als mechanische Verbindung ist in erster Linie die bekannte Schwalbenschwanz-Befestigung zu erwähnen (Zeitschrift für Metallkunde, 44. Jahrganc, 1953, S. 8).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine Wirbelstrommaschine zu schaffen, das eine rationellere Fertigung eines solchen Rotors ermöglicht und mit Hilfe dessen ein Rotor erhalten wird, der eine gute Kühlung gewährleistet und ein günstiges Verhalten bei örtlich unterschiedlichen Wärmebelastungen aufweist.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von den eingangs genannten Verfahrensschritten, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Flachstahlrohling durch Stanzen an seinem einen Längsrand mit mehreren hinter- -' schnittenen Nuten, vorzugsweise T-Nuten, und an seinem anderen Längsrand mit einer Vielzahl von sich im wesentlichen senkrecht zu demselben erstreckenden Einschnitten versehen wird, wobei die zwischen den Einschnitten des anderen Längsrandes stehengebliebenen Teile bei der fertigen Trommel axiale Kühlrippen bilden, wonach der Flachstahlrohling zu einem Ring gerollt und anschließend mit seinem mit den ausgestanzten Nuten versehenen Rand mit dem Flansch vergossen wird.

Die Herstellung einer Wirbelstromtrommel mittels Flachstahl ist wesentlich günstiger als die Herstellung durch Gießen und Drehen. Hierzu ist der Flachstahl an seinen beiden Rändern lediglich mit den gewünschten Ausstanzungen zu versehen und danach

Co zu einem Ring zu rollen. An diesen Ring wird der Flansch aus der Leichtmetallegierung angegossen. Über die T-Nuten wird eine ausgezeichnete Verbindung mit der Leichtmetallegierung geschaffen, die einen guten Wärmeübergang ermöglicht, dabei jedoch bei Auftreten unterschiedlicher Wärmedehnungen in dem Stahlring und in dem Leichtmetallflansch ausgleichend wirkt. Wärmespannungen, wie sie bei einer Lötverbindung des Stahlringes mit dem Leicht-

metallflansch auftreten würden, werden weitgehend vermieden. Ein besonderer Vorteil des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Rotors besteht auch darin, daß die Wirbelstromtrommel aus einem Flachstahl wegen der möglichen Verringerung der Wandstärke leichter ist als eine gegossene Wirbelstromtrommel. Außerdem ist deren Festigkeit höher. Da eine Wirbelstromtrommel im Betrieb einer hohen Wärmebelastung unterliegt, ist es unbedingt wünschenswert, daß an deren freiem Ende zusätzliche Kühlrippen vorgesehen werden. Die Herstellung solcher Kühlrippen bereitet gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren keinerlei Schwierigkeiten, da diese durch einfaches Ausstanzen des freien Randes des Flachstahls erzeugbar sind.

Nachfolgend wird an Hand der Zeichnungen ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellter Rotor für eine Wirbelstrommaschine beispielsweise beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt durch einen Rotor entlang der Linie 1-1 in F i g. 2,

Fig. 2 eine Ansicht des Rotors von Fig. 1, von rechts her gesehen,

Fig. 3 eine Ansicht des Rotors von Fig. 1, von links her gesehen, und

F i g. 4 eine Teilansicht des Rotors in Richtung der Pfeile 4-4 in F i g. 1, zur Darstellung der Verbindung der Wirbelstromtrommel mit dem Leichtmetallflansch.

Ein durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellter Rotor ist zum Einbau in Wirbelstrommaschinen, wie Wirbelstromkupplungen, -bremsen, -dynamometer u. dgl. geeignet, in denen der Rotor heißlaufen kann. Der in den Zeichnungen dargestellte Rotor ist zur Verwendung in einer Wirbelstromkupplung bestimmt. Er besteht aus einer Wirbelstromtrommel 1 aus einem Stahl mit hoher Permeabilität und aus einem mit dieser Wirbelstromtrommel verbundenen Flansch 3, der zu einer Hohlwelle 7 verlängert ist, welche den in strichpunktierten Linien angedeuteten Rotor 19 eines die Kupplung antreibenden Motors trägt. Da die Trommel 1 verhältnismäßig schwer ist, soll der Flansch3 mit Hohlwelle? möglichst leicht sein. Diese kann, da sie nicht magnetisierbar zu sein braucht, aus einer Leichtmetallegierung, wie z. B. Aluminium, oder aus einer Aluminiumlegierung bestehen.

Da sich die unterschiedlichen Materialien der Trommel 1 und des Flansches 3 in üblichen Gießverfahren nicht metallisch miteinander verbinden lassen, was auch wegen der möglichen Temperaturunterschiede zwischen Trommel 1 und Flansch 3 (ungefähr 300° C) und der damit verbundenen Wärmespannungen unerwünscht wäre, ist zwischen der Trommel 1 und dem Flansch 3 eine mechanische Verbindung vorgesehen. Hierzu ist der dem Flansch 3 zugewandte Rand 45 der Trommel 1 mit Nuten 35 (F i g. 4) versehen, in welche vom benachbarten Rand 43 des Flansches 3 abstehende Vorsprünge 41 formschlüssig eingreifen. Zur Herstellung dieser formschlüssigen Verbindung wird der Flansch 3 mit Hohlwelle 7 in einer geeigneten Spritzgußform an die fertige, in diese Spritzgußform eingelegte Wirbelstromtrommel 1 angegossen. Die Nuten 35 und Vorsprünge 41 sind in regelmäßigen Abständen über den Umfang der Trommel 1 bzw. des Flansches 3 verteilt.

Die Herstellung der Wirbelstromtrommel 1 erfolgt aus einem Flachstahlrohling, der durch Rollen zu einer ringförmigen Trommel zusammengefügt wird. Die Stoßflächen des Flachstahlstreifens werden zusammengeschweißt. Vor dem Rollen wird der Flachstahlrohling jedoch durch Stanzen an seinem einen Längsrand 45 mit den Nuten 35 versehen, die zum Erhalt eines guten Eingriffs mit dem Flansch 3 hinterschnitten und vorzugsweise T-förmig sind. Gleichzeitig wird der andere Längsrand des Flachstahlstreifens, d. h. der spätere freie Rand der Wirbelstromtrommel, ebenfalls durch Stanzen mit einer Vielzahl von sich im wesentlichen senkrecht zu diesem Rand erstreckenden Einschnitten versehen. Die zwischen den Einschnitten stehengebliebenen Teile bilden dann bei der fertigen Trommel 1 axiale Kühlrippen 39.

Da die T-Nuten 35 in den noch ebenen Flachstahlstreifen eingestanzt werden, erhalten diese T-Nuten nach dem Rollen des Flachstahlstreifens zu einem Ring einen sich nach außen radial erweiternden Querschnitt. Dies ist erwünscht, da auf diese Weise eine sichere Verbindung zwischen Ring bzw. Trommel 1 und Flansch 3 auch in radialer Richtung gewährleistet ist.

Der Flansch 3 des in den Figuren dargestellten Rotors ist in bekannter Weise nach Art eines Speichenrades ausgebildet. Von der Nabe 5 dieses Speichenrades erstrecken sich vier Gruppen von jeweils vier, vorzugsweise gebogenen Speichen, die Lüfterflügel 21 bilden. Jede Gruppe dieser Lüfterflügel 21 trägt ein Ringsegment 23 größerer Steifigkeit. Diese Ringsegmente 23 sind durch Stege 25 geringerer Steifigkeit, insbesondere geringerer radialer Höhe, miteinander zu einem am Umfang geschlossenen Radkranz 27 verbunden. Die Ringsegmente 23 erstrecken sich in die Trommel 1 hinein und sind an ihren inneren Kanten, wie bei 29 gezeigt, abgeschrägt. Der Radkranz 27 bildet nach außen eine geschlossene Umfangsfläche, während auf seiner Innenseite infolge der Stege 25 geringer radialer Höhe Nuten 31 gebildet sind. Von jedem Ringsegment 23 erstrecken sich nach innen drei Rippen 33, die zwischen die Lüfterflügel 21 greifen. Die Lüfterflügel 21 und die Rippen 33 bewirken bei der Drehung des Rotors eine Luftzirkulation, die der Ableitung der Wärme von der Wirbelstromtrommel 1 förderlich ist.

Die bei 35 und 41 (F i g. 4) gezeigten T-Nuten bzw. T-förmigen Vorsprünge ergeben eine in bezug auf Wärmedehnungen günstige Verbindung. Wenn beim Angießen des Flansches 3 an die Trommel 1 geschmolzenes Aluminium etwa bei 750° C unter Druck in die T-Nuten der Trommel 1 eingepreßt wird, so trifft es auf verhältnismäßig kalten Stahl. Das in Berührung mit dem Stahl kommende Aluminium kühlt sich ab und schrumpft, d. h., es weicht von der in F i g. 4 mit 51 bezeichneten Fläche zurück und preßt sich fest gegen die mit 53 bezeichneten Flächen. Auf diese Weise entsteht eine gut wärmeleitende Verbindung. Andererseits gibt die sich während des Betriebes erwärmende Trommel 1 Wärme in die Vorsprünge 41 an das Aluminium ab. Da Aluminium einen hohen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, dehnt es sich in der T-Nut 35 derart aus, daß an den Flächen 53 eine Entspannung auftreten kann, während der Druck an der Fläche 51 ansteigt. Somit bleibt eine gute Wärmeleitung bei allen Betriebstemperaturen erhalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine Wirbelstrommaschine, bei dem die aus Stahl hoher Permeabilität bestehende Wirbelstromtrommel an ihrem Rand mit Nuten versehen und anschließend mit diesen Nuten im Gieß- oder Schmelzverfahren mit einem mit Lüfterflügeln versehenen Flansch aus einer Leichtmetallegierung formschlüssig verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flachstahlrohling durch Stanzen an seinem einen Längsrand mit mehreren hinterschnittenen Nuten, vorzugsweise T-Nuten, und an seinem anderen Längsrand mit einer Vielzahl von sich im wesentlichen senkrecht zu demselben erstreckenden Einschnitten versehen wird, wobei die zwischen den Einschnitten des anderen Längsrandes stehengebliebenen Teile bei der fertigen Trommel axiale Kühlrippen bilden, wonach der Flachstahlrohling zu einem Ring gerollt und anschließend mit seinem mit den ausgestanzten Nuten versehenen Rand mit dem Flansch vergossen wird.

2. Rotor für eine Wirbelstrommaschine, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (35) sich radial nach außen erweitern.

3. Rotor für eine Wirbelstrommaschine, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1, mit einem nach Art eines Speichenrades ausgebildeten Flansch, bei dem der die Trommel tragende Radkranz durch die Lüfierflügel mit der Radnabe verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Radkranz (27) aus mehreren Ringsegmenten (23) größerer Steifigkeit besteht, die durch Stege (25) geringerer Steifigkeit, insbesondere geringer radialer Höhe, miteinander zu einem am Umfang geschlossenen Radkranz verbunden sind.