DE19751089A1 - Geblechter Motorläufer für Vibrationsmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Motorläufer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Motorläufer werden häufig in Vibrationsmotoren für Innenvibratoren zur Betonverdichtung eingesetzt.

Die Elektromotoren sind im Vergleich zum Durchmesser relativ lang, um die er­ forderliche Leistung zu erbringen. Das Verhältnis von Läuferdurchmesser zur elektrisch nutzbaren Länge, der sogenannten Eisenlänge, liegt zwischen ca. 0,1-0,2.

Um eine ausreichende mechanische Festigkeit zu erhalten, hat man diese Läufer bisher als Massivläufer hergestellt, indem man in ein Stahlrundmaterial Längs­ nuten, in der Regel etwa 9-13 Nuten, zur Aufnahme von Kupfer- oder Alumini­ umstäben fräste. Nach dem Einlegen der Stäbe in die Nuten wurden diese Stäbe in einem separaten Arbeitsgang verlötet.

Bei Läufern dieser Art wird die Biegespannung vom gesamten Querschnitt des Läufers aufgenommen.

Eine demgegenüber preiswertere Gestaltung besteht darin, den Läufer aus einer Läuferwelle und einem geblechten, auf der Läuferwelle angeordneten Läuferpa­ ket zusammenzusetzen, wobei das Läuferpaket aus einer Vielzahl von deckungsgleich aneinandergereihten, aus weichem, lackiertem Magneteisen ausge­ stanzten Blechscheiben, z. B. etwa 300 Blechscheiben, besteht. Zur Bildung der Längsnuten wird das Läuferpaket seinem Umfang eng benachbart, in gleichmä­ ßigen Winkelabständen von im Querschnitt kreisförmigen Kanälen durchzogen, zu deren Bildung in die Blechscheiben Durchbrechungen eingestanzt sind. Um die Blechscheiben deckungsgleich positionieren zu können, ist z. B. einer der Ka­ näle zum Umfang hin geöffnet. Nach der deckungsgleichen Ausrichtung wird das Paket zusammengepreßt und die Kanäle werden mit Kupfer oder Aluminium ausgespritzt, wodurch ein Verbund entsteht, der auch in Axialrichtung eine ge­ wisse Festigkeit aufweist.

Das so erhaltene Läuferpaket wird auf die Welle aufgepreßt und dann außen überschliffen, wodurch die Maßgenauigkeit erreicht und die mit Kupfer oder Aluminium ausgespritzten Kanäle zum Umfang hin geöffnet werden und somit als Nuten längs der Läuferoberfläche verlaufen.

Ein derart gestaltetes Läuferpaket ist sehr weich, besitzt nur eine geringe Elasti­ zität bzw. Biegefestigkeit und muß unter der Einwirkung der Fliehkräfte beim Motorbetrieb eine hohe Biegespannung übertragen, bei der Schubkräfte im Läu­ ferpaket auftreten, die zu einer bleibenden Verformung im Läuferpaket führen. Bei der einen Biegestab bildenden, das Läuferpaket durchziehenden Läuferwelle ist das Verhältnis des Biegestabdurchmessers zur Biegelänge bei ca. 0,04-0,05 anzusetzen. Das auf seiner zumindest annähernd gesamten Länge auf die Welle aufgepreßte Läuferpaket wird aufgrund der beschriebenen Anordnung durch die Fliehkraft-Verformung der Läuferwelle verbogen. Da jedoch aufgrund seiner Struktur das Läuferpaket keinen oder nur einen geringen elastischen Bereich aufweist und die von der Läuferwelle ausgeübte Rückstellkraft zu gering ist, kommt es zu einem Aufschaukeln und somit zu einer bleibenden Vergrößerung der Durchbiegung im Läufersystem. Bei einer Durchbiegung des Läufersystems besteht die Gefahr, daß der Läufer in Kontakt mit dem Stator kommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Durchbiegung eines Motorläufers der eingangs erläuterten Art zu reduzieren und insbesondere eine bleibende Ver­ formung des Läuferpakets zu verhindern.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach einer ersten Ausführungsform der Er­ findung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 darin, daß das Läu­ ferpaket nur über einen Teil seiner Länge in einem Verbindungsabschnitt in ei­ ner zur Übertragung eines Drehmoments geeigneten Weise mit der Läuferwelle verbunden ist und daß in dem neben dem Verbindungsabschnitt befindlichen Bereich zwischen der Läuferwelle und dem Läuferpaket ein Freiraum für die Bie­ geverformung der Läuferwelle relativ zu dem Läuferpaket freigehalten ist.

Damit kann die Läuferwelle ihre Durchbiegung im elastischen Bereich ausnut­ zen und sich nach Entlastung wieder in ihre Nullinie begeben, ohne daß auf das Läuferpaket Biegekräfte übertragen werden, die eine bleibende Verformung zur Folge haben könnten.

Eine weitere Lösung der Aufgabe besteht nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 2 darin, daß das Läuferpaket nur über einen Teil seiner Länge in einem Verbindungsabschnitt in einer zur Übertragung eines Drehmoments geeigneten Weise mit der Läuferwelle verbunden ist und daß das Läuferpaket als weitgehend steifes Rohr ausgestaltet ist. Dabei wird ausgenützt, daß eine Biegespannung aus Zug- und Druckspan­ nung besteht. Nach der ersten Ausführungsform wird die Spannungsübertra­ gung von der Läuferwelle auf das Läuferpaket durch Entkoppelung der beiden Baukörper unterbunden. Die zweite Ausführungsform weist keine derartige Ent­ koppelung auf, vielmehr wird eine Spannungsübertragung von der Läuferwelle auf das Läuferpaket zugelassen, das im Rahmen der bestehenden Möglichkeiten als weitgehend steifes Rohr ausgebildet ist und daher nur eine allenfalls ver­ nachlässigbar geringe Durchbiegung erfährt. Selbstverständlich kann es aber auch besonders vorteilhaft sein, die beiden Ausführungsformen der Erfindung in einem Motorläufer zu kombinieren.

Dabei besteht eine theoretische Möglichkeit darin, die einzelnen Bleche des Läu­ ferpakets durch Punktschweißen zu einer Einheit zu verbinden und dadurch ein steifes Rohr zu bilden. Es müßte dabei Eisen und Aluminium verschweißt wer­ den, was praktisch nicht möglich ist. Es wird deshalb nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Läuferpaket zur Erzeugung einer Druck­ spannung mit einer axialen Druckkraft beaufschlagt, wodurch das Blechpaket versteift wird und dadurch die Eigenschaften eines tragenden Rohrs annimmt, und die im Betrieb auftretende Zugspannung durch die als Vorspannung vor­ handene Druckspannung kompensiert wird. Dadurch kann die Biegestei­ figkeit theoretisch auf das 17fache erhöht werden.

Da aufgrund der Weichheit des Materials und der vielen Trennfugen zwischen den einzelnen Blechscheiben das mit einer Druckkraft beaufschlagte Läuferpa­ ket zu großen Setzbeträgen neigt, muß die auf das Läuferpaket ausgeübte Druckkraft genau dimensioniert werden, weshalb eine weitere bevorzugte Aus­ führungsform darin besteht, daß die Druckkraft durch eine in Achsrichtung ein­ stellbare Mutter justierbar ist.

Vorzugsweise ist das Läuferpaket in seinem einen Endabschnitt drehfest mit der Läuferwelle verbunden und in seinem anderen Endabschnitt mit Gleitsitz auf der Läuferwelle abgestützt, während zwischen diesen beiden Abschnitten ein ra­ dialer Abstand zwischen dem Läuferpaket und der Läuferwelle besteht, der der Läuferwelle eine radiale Freiheit entsprechend der zu erwartenden Biegelinie einräumt. Durch den Gleitsitz besteht die gewünschte Verformungsfreiheit der vom Läuferpaket umschlossenen Läuferwelle, während zugleich der Rundlauf des Läufers gewährleistet ist.

Der Verbindungsbereich zwischen Läuferwelle und Läuferpaket ist vorzugsweise dadurch definiert, daß in diesem Bereich die Läuferwelle mit einer Rändelung versehen und das Läuferpaket auf diese Rändelung aufgepreßt ist.

Anhand der nun folgenden Beschreibung der in den Figuren dargestellten Aus­ führungsbeispiele der Erfindung wird diese näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Massivläufer nach dem bekannten Stand der Technik in Längs- und Querschnitt,

Fig. 2 einen geblechten Läufer nach dem bekannten Stand der Technik in Längs- und Querschnitt und mit der zugehörigen, durch die Unwucht verursach­ ten Biegelinie,

Fig. 3 einen geblechten Läufer nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung in Längs- und Querschnitt und mit der zugehörigen, durch die Un­ wucht verursachten Biegelinie,

Fig. 4 einen geblechten Läufer nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Er­ findung in Längs- und Querschnitt und mit der zugehörigen, durch die Unwucht verursachten Biegelinie, und

Fig. 5 eine Gegenüberstellung der Spannungsverteilung und Steifigkeit bei den Ausführungsformen eines Läufers nach Fig. 2 und Fig. 4.

Zum besseren Verständnis werden zunächst die beiden bekannten Bauformen von Motorläufern für Vibrationsmotoren erläutert, die jeweils als Kurzschlußläu­ fer ausgebildet sind. Soweit einzelne Bauelement in den einzelnen Figuren ein­ ander entsprechen, werden sie durch übereinstimmende Bezugszahlen gekenn­ zeichnet.

Die Fig. 1 zeigt einen insgesamt mit 10 bezeichneten Massivläufer, der in zwei Endlagern 12 und 14 und einem Zwischenlager 16 gelagert ist. Dieser Mas­ sivläufer ist in seinem zwischen den Lagern 14 und 16 befindlichen, vom nicht gezeigten Stator des Motors umgebenen Abschnitt an seinem Umfang mit in Län­ genuten eingelegten Kupfer- oder Aiuminiumstäben 18 versehen, die an beiden Enden mit in den Läufer 10 eingelassenen Kurzschlußringen 20 und 22 verlötet sind. Zur Vibrationserzeugung ist zwischen den Lagern 12 und 16 eine Unwucht 24 mit dem Läufer 10 verbunden.

Die Fig. 2 zeigt eine gegenüber der Konstruktion nach Fig. 1 preiswertere, eben­ falls bekannte Konstruktion, bei der ein insgesamt mit 10a bezeichneter, ge­ blechter Motorläufer vorhanden ist. Dieser geblechte Motorläufer 10a setzt sich zusammen aus einer Läuferwelle 26 und einem Läuferpaket 28. Die Läuferwelle 26 ist in den Lagern 12, 14 und 16 gelagert und zwischen den Lagern 12 und 16 mit der Unwucht 24 versehen. In dem zwischen den Lagern 14 und 16 befindli­ chen Abschnitt wird die Läuferwelle 26 vom Läuferpaket 28 umschlossen, das aus einer Vielzahl, z. B. etwa 300, Blechscheiben 30 besteht, die aus einem wei­ chen, lackierten Magneteisen ausgestanzt sind. Mit geringem Abstand vom Scheibenumfang sind die Scheiben 30 mit in gleichmäßigen Winkelabständen angeordneten Durchbrechungen 32 versehen. Die Scheiben 30 werden während der Fertigung des Läuferpakets 28 deckungsgleich zueinander angeordnet und zusammengepreßt, worauf die durch die Durchbrechungen 32 gebildeten Kanäle mit Kupfer oder Aluminium ausgespritzt werden.

Beim Ausspritzen der Kanäle werden an beiden Enden des Läuferpakets 28 Aus­ formschrägen gebildet, die als Kurzschlußringe 20a und 22a dienen.

Das fertige Läuferpaket 28 wird auf die Läuferwelle 26 aufgepreßt, wozu die Läuferwelle 26 mit einer Rändelung 38 versehen ist.

Anschließend werden die Kanäle durch Abtragen einer dünnen Randschicht nu­ tenartig nach außen geöffnet.

Im Betrieb verformt sich die Läuferwelle 26 nach der in Fig. 2 gezeigten, über­ trieben dargestellten Biegelinie. Das überwiegend aus weichem Blech bestehende Läuferpaket 28 verformt sich entsprechend mit den eingangs bereits erläuterten, unerwünschten Folgen.

Um diese Folgen zu vermeiden, unterscheidet sich die in Fig. 3 gezeigte, erfin­ dungsgemäße Konstruktion eines geblechten Motorläufers 10b dadurch von der Konstruktion nach Fig. 2, daß die Rändelung 38b nur auf einen relativ kurzen axialen Bereich der Läuferwelle 26b beschränkt ist, der sich nahe dem einen, in Fig. 3 dem Lager 16 benachbarten Ende des Läuferpaketes 28 befindet. Nur in Bereich dieser Rändelung 38b besteht eine zur Übertragung des Drehmomentes geeignete Preßverbindung zwischen der Läuferwelle 26b und dem Läuferpaket 28. Das andere Ende des Läuferpakets 28 ist in einem Abschnitt 40 mit Gleitsitz auf der Läuferwelle 26b abgestützt, um den Rundlauf des Läuferpakets 28 si­ cherzustellen. Zwischen der Rändelung 38b und dem Abschnitt 40 ist die Läuferwelle 26b mit einer Freidrehung 42 versehen, die so dimensioniert ist, daß die Läuferwelle 26b eine so ausreichende radiale Freiheit besitzt, daß sie bei ei­ ner Verformung entsprechend der zu erwartenden Biegelinie die Innenfläche des Läuferpakets 28 nicht berührt und dadurch das Läuferpaket 28 gegenüber der Läuferwelle 26b spannungsmäßig entkoppelt ist und eine Verformung des Läu­ ferpakets 28 unterbleibt.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 4 beschrieben, bei der der geblechte Motorläufer 10c ebenfalls aus einer Läuferwelle 26c und einem aufgepreßten Läuferpaket 28 zusammengesetzt ist, wobei die Läuferwelle 26c mit einer in ihrer Anordnung mit der Rändelung 38b gemäß Fig. 3 übereinstim­ menden Rändelung 38c und einem Gleitsitzabschnitt 40c versehen ist. Dem La­ ger 14 benachbart ist die Läuferwelle 26c mit einem Gewinde 44 versehen, auf das eine Mutter 46 so aufgeschraubt ist, daß sie eine axiale Druckkraft auf das Läuferpaket 28 ausübt, das mit seinem von der Mutter 46 abgewandten Ende an einer Schulter anliegt, die durch einem Bund 48 auf der Läuferwelle 26c gebildet wird. Durch die Mutter 46 wird im Läuferpaket 28 eine Druckvorspannung er­ zeugt, die geeignet ist, die im Betrieb zu erwartende, die Biegeverformung bewir­ kende Zugspannung so zu kompensieren, daß eine bleibende Verformung des Läuferpakets 28 unterbleibt. Auch in Fig. 4 ist die zu erwartende Durchbiegung durch eine übertrieben dargestellte Biegelinie veranschaulicht.

Die Fig. 5 zeigt die Spannungsverhältnisse zwischen Läuferwelle 26c und Läufer­ paket 28, wobei als Beispiel ein Wellendurchmesser von 12 mm und ein Läufer­ paketdurchmesser von 24,4 mm angenommen wurde. Die linke Darstellung zeigt die Verhältnisse ohne Vorspannung des Läuferpakets, die rechte Darstellung mit Vorspannung nach dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel, wobei unter der graphischen Darstellung die jeweils zugehörige Berechnung des Flächenträg­ heitsmoments abzulesen ist. Es zeigt sich, daß sich beim gewählten Beispiel die Biegesteifigkeit im Bereich des Läuferpakets 28 auf etwa das 17fache erhöht, solange die Biegespannung im Läuferpaket unter der durch die Mutter 46 be­ wirkten Vorspannung bleibt.

Bei einer in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind die in den Fig. 3 und 4 gezeigten Lösungsvarianten kombiniert, wo­ durch sich die Verformung des Läuferpakets in besonders wirksamer Weise un­ terbinden läßt.

Claims (10)

1. Motorläufer (10b) für Vibrationsmotoren, dessen axiale Länge ein Mehrfa­ ches des Durchmessers beträgt, insbesondere für Innenvibratoren zur Betonver­ dichtung, mit einer Läuferwelle (26), die ein Läuferpaket (28) trägt, das aus einer Vielzahl von deckungsgleich aneinandergereihten Blechscheiben (30) aus magne­ tisierbarem Material besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Läuferpaket (28) nur über einen Teil seiner Länge in einem Verbindungsabschnitt (38b) in ei­ ner zur Übertragung eines Drehmoments geeigneten Weise mit der Läuferwelle (26b) verbunden ist und daß in dem neben dem Verbindungsabschnitt (38b) be­ findlichen Bereich zwischen der Läuferwelle (26b) und dem Läuferpaket (28) ein Freiraum für die Biegeverformung der Läuferwelle (26b) relativ zu dem Läuferpa­ ket (28) freigehalten ist

2. Motorläufer (10c) für Vibrationsmotoren, dessen axiale Länge ein Mehrfa­ ches des Durchmessers beträgt, insbesondere für Innenvibratoren zur Betonver­ dichtung, mit einer Läuferwelle (26), die ein Läuferpaket (28) trägt, das aus einer Vielzahl von deckungsgleich aneinandergereihten Blechscheiben (30) aus magne­ tisierbarem Material besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Läuferpaket (28) nur über einen Teil seiner Länge in einem Verbindungsabschnitt (38c) in ei­ ner zur Übertragung eines Drehmoments geeigneten Weise mit der Läuferwelle (26c) verbunden ist und daß das Läuferpaket (28) als weitgehend steifes Rohr ausgestaltet ist.

3. Motorläufer (10c) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Läu­ ferpaket (28) zur Erzeugung einer Druckspannung und Erhöhung der Steifigkeit mit einer axialen Druckkraft vorgespannt ist.

4. Motorläufer (10c) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkraft durch eine in Achsrichtung einstellbare Mutter (46) justierbar ist.

5. Motorläufer (10b, 10c) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Läuferpaket (28) in seinem einen Endabschnitt dreh­ fest mit der Läuferwelle verbunden und in seinem anderen Endabschnitt (40) mit Gleitsitz auf der Läuferwelle (26b, 26c) abgestützt ist.

6. Motorläufer (10b) nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Endabschnitten ein radialer Abstand zwischen dem Läuferpaket (28) und der Läuferwelle (26b) besteht, der der Läuferwelle (26b) den radialen Freiraum entsprechend der zu erwartenden Biegelinie einräumt.

7. Motorläufer (10b) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der ra­ diale Abstand durch eine Freidrehung der Läuferwelle (26b) gebildet wird.

8. Motorläufer (10b, 10c) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsbereich zwischen Läuferwelle (26b, 26c) und Läuferpaket (28) dadurch definiert ist, daß in diesem Bereich die Läuferwel­ le (26b, 26c) mit einer Rändelung (38b, 38c) versehen und das Läuferpaket (28) auf diese Rändelung (38b, 38c) aufgepreßt ist.

9. Motorläufer (10b, 10c) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferwelle (26) dreifach gelagert ist und zwischen ei­ nem Endlager (12) und einem Zwischenlager (16) eine Unwucht (24) und zwi­ schen einem anderen Endlager (14) und dem Zwischenlager (16) das Läuferpaket (28) trägt.

10. Motorläufer (10b, 10c) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinandergereihten Blechscheiben (30) achsparallele Nuten (32) bilden, in die zur Verfestigung Metall einbringbar ist.