DE2103928A1

DE2103928A1 - Dynamoelektrische Maschine und Ver fahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE2103928A1
Application number: DE19712103928
Authority: DE
Inventors: Richard Wayne Fort Wayne Ind Wendt Michael Eric Tyler Tex Dochterman, (V St A)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1970-01-29
Filing date: 1971-01-28
Publication date: 1971-08-05
Also published as: DK134880C; DK134880B; BR7100729D0; FR2077160A5; JPS5453202A; CA938331A; NL7101124A; JPS5378003A; JPS542365B1; GB1351769A; SE388982B; JPS6012857B2; BE762089A; CH523617A; JPS6018180B2; SE388980B; DE2103928C2; JPS5416603A; JPS57132742A; TR17695A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein dynamoelektrische Maschinen und zusammengesetzte Strukturen, insbesondere zur Verwendung in solchen Maschinen, und insbesondere dynamoelektrische Maschinen mit verbesserter integraler Struktur und Betriebscharakteristik sowie Verfahren zur Herstellung derselben.

Man hat bereits seit einiger Zeit erkannt, daß von dynamoelektrischen Maschinen die verschiedensten und zum Teil widersprechenden Bedingungen erfüllt werden müssen, wenn diese Maschinen im Betrieb zuverlässig sein sollen und einen hohen Wirkungsgrad aufweisen sollen und trotzdem auf wirtschaftliche Weise herstellbar

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sein sollen. Beispielsweise muß die stationäre Struktur, die normalerweise als Statorrahmen oder Statorgehäuse bezeichnet wird, eine hinreichende strukturelle Integrität besitzen, um die auf dem Statorkern gehaltenen Wicklungen während der Herstellung, dem Transport oder der Verwendung der fertigen Maschine vor einer Beschädigung zu schützen.

Um Verwechslungen zu vermeiden, wird im Rahmen dieser Beschreibung der Ausdruck "stationäre zusammengesetzte Struktur" (stationary composite structure) in dem Sinne verwendet, daß er einen Träger für die Wicklung (d. h. einen Statorkern), eine oder mehrere Wicklungen auf diesem Träger und V Vorrichtungen, beispielsweise ein Gehäuse, umfaßt, welche die Wicklungen und/oder den Wicklungsträger umgeben und S(Hi t ze η.

Es ist erwünscht, daß eine stationäre zusammengesetzte Struktur, welche einen Rotor umgibt (dieser ist ebenfalls eine zusammengesetzte Struktur), eine den Schall isolierende Wirkung besitzt, d. h. das während des Betriebes der Maschine erzeugte Geräusch unterdrückt. Zusätzlich dazu muß die stationäre zusammengesetzte Struktur noch in zuverlässiger Weise eine Halterung eines Lagersystems ermöglichen, so daß ein vorgegebener Luftspalt ohne Hindernisse zwischen einer ausgewählten Oberfläche der stationären zusammengesetzten Struktur und einer ausgewählten Oberfläche der zusammengesetzten Struktur oder des Rotors aufrechterhalten wird, welcher im Betrieb relativ zur stationären zusammengesetzten Struktur beweglich ist.

Dynamoelektrische Maschinen werden oft zyklischen Beanspruchungen unterworfen, wie sie beispielsweise durch thermische Zyklen oder pulsierende Drehmomentkräfte verursacht werden, welche beim Betrieb von Wechselstrominduktionsmotoren inhärent sind. Es ist daher erwünscht, daß die stationäre zusammengesetzte Struktur geeignet ist, solchen Belastungen erfolgreich zu widerstehen. Es ist außerdem erwünscht, daß Mittel vorhanden sind, um in zuverlässiger Weise und positiv die Wicklungen und die

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Anschlußverbindungen an den Wicklungen vor Schäden, verursacht durch mechanische Stöße, hohe Luftfeuchtigkeit oder andere Umgebungsbedingungen oder durch korrodierende Mittel, die im Betrieb vorhanden sein können, zu schützen.

Neben den vorstehenden Forderungen ist es jedoch besonders erwünscht, daß die schnelle und wirksame Abführung der Wärme von den Wicklungen, dem Lagersystem und dem Rotor mindestens durch den Gehäuseteil der stationären zusammengesetzten Struktur gefördert wird. Außerdem sollen die Materialien und Herstellungsverfahren für den Zusammenbau und die Herstellung dynamoelektrischer Maschinen wirtschaftlich und reproduzierbar sein, um ein Produkt von beständig gleichmäßiger und hoher Qualität zu liefern. Es ist erwünscht, daß in der Praxis solche Verfahren ein Mindestmaß an Verfahrensschritten erfordern.

über viele Jahre hat die Entwicklungsarbeit und die Erfahrung zu der Feststellung geführt, daß es relativ wenige verschiedene Lösungswege gibt, die einigermaßen zufriedenstellende Lösungen für die oben erwähnten und weitere Probleme ergeben. Der allgemeine, in der Praxis verwendete Lösungsweg bestand in der Verwendung von verformten oder gegossenen Metallteilen. Diese werden jeweils mit einer festgelegten Toleranz der Abmessungen hergestellt, um mit bestimmten Statorkernen zusammengefügt zu werden und sind in überraschender Weise anfällig für eine Beschädigung durch falsche Handhabung.

Erfindungsgemäß erhält man eine dynamoelektrische Maschine mit einer stationären zusammengesetzten Struktur, welche eine Statoranordnung mit einem Wicklungsträger umfaßt, der aus einem paket von Lamellen mit einer Bohrung, einer Vielzahl von Nuten zur Aufnahme der Wicklung und einer Vielzahl von in den Nuten des Wicklungsträgers untergebrachten Wicklungen besteht. Die stationäre zusammengesetzte Struktur umfaßt weiterhin ein Gehäuse in Form einer im wesentlichen festen

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Masse von teilchenförmigen! Material, das beispielsweise zur Veranschaulichung hier als eine Masse von gewöhnlichen Sandteilchen dargestellt ist, welche durch ein wärmehärtendes Klebematerial miteinander und mit der Statoranordnung fest verbunden sind. Die Sandteilchen sind gegen die Wicklungen, den Wicklungskern und gegeneinander verdichtet und formen eine im wesentlichen starre Zwischenräume aufweisende (interstitial) Masse, wobei das Klebermaterial die Zwischenräume dieser Masse einnimmt. Diese beispielhafte stationäre zusammengesetzte Struktur beseitigt die Notwendigkeit für mehrere kritische Toleranzen der Abmessungen, welche bisher zwischen dem Gehäuse und der Statoranordnung eingehalten werden mußten. Außerdem zeigt sie eine strukturelle Integrität oder Geschlossenheit, welche diejenige konventioneller Anordnungen unter Verwendung von Gehäuseteilen aus verformtem Stahl oder Gußeisen übertrifft und außerdem eine gute Beständigkeit gegen Korrosion besitzt. Diese und andere Eigenschaften werden verbessert, während gleichzeitig die Eigenschaften bezüglich der Geräuschunterdrückung beibehalten und in einigen Fällen verbessert werden im Vergleich mit dem Verhalten bezüglich der Geräuschunterdrückung bei konventionellen Strukturen aus Stahl und Gußeisen.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung werden die Enden der Wicklungen und die mit ihnen verbundenen Wicklungsanschlußvorrichtungen ebenfalls durch die Zwischenräume aufweisende Masse von Teilchen umgeben und starr gehaltert. Durch diese Anordnung ist die Verbindungsstelle der Wicklung mit der Anschlußvorrichtung praktisch unzerstörbar. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eine Lagerhalterung durch ein im wesentlichen nicht-schrumpfendes, wärmehärtbares Klebematerial an einer zusammengesetzten Struktur der dynamoelektrischen Maschine befestigt. Dies gestattet eine wünschenswerte, im wesentlichen spannungsfreie Befestigung der Halterung für das Lager an der zusammengesetzten Struktur.

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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung erhält .man ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer zusammengesetzten Struktur und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer dynamoelektrischen Maschine. In einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Wicklungsträger mit aufgebrachten Wicklungen in eine Form eingesetzt. Dann wird um den Wicklungsträger und die Wicklungen herum eine Zwischenräume aufweisende Masse aus teilchenförmigen! Material eingeformt, deren Zwischenräume im wesentlichen durch ein Klebemittel für eine feste Verbindung ausgefüllt werden. Danach wird das Klebematerial verfestigt und die zusammengesetzte Struktur wird aus der Form herausgenommen.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Rotor in vorgegebener Lage in die Bohrung einer stationären zusammengesetzten Struktur eingesetzt, welche eine verfestigte Masse aus teilchenförmigen! Material und Klebermaterial enthält. Ein Lagersystem wird lose ohne Spannungsbelastung mit dem Rotor und der stationären zusammengesetzten Struktur zusammengebaut. Dabei wird ein im wesentlichen nicht-schrumpfendes, durch Wärme aushärtbares und für die Herstellung einer festen Struktur geeignetes Klebermaterial in verformbarem Zustand zwischen aneinandergrenzende Teile der teilchenförmigen Masse und einem Lagerhalterungsteil des Lagersystems eingefügt. Danach wird das Klebermaterial verfestigt, um die Lagerhalterung und die zusammengesetzte stationäre Struktur miteinander fest zu verbinden.

Fig. 1 ist eine Rückansicht einer dynamoelektrischen Maschine als beispielhafte Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 ist eine Ansicht der Anordnung nach Fig. 1 mit einem Teilschnitt längs der Schnittlinie 2-2 der Fig. 1.

Fig. 3 ist eine stark vergrößerte Darstellung einer mikroskopischen Aufnahme der Oberfläche der stationären zusammengesetzten Struktur einer dynamoelektrischen Maschine gemäß Fig. 1.

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Die Pig. 4, 5, 6 und 7 stellen schematisch die Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einer Ausführungsform der Erfindung dar, welches zur Herstellung einer dynamoelektrischen Maschine nach Pig. I verwendet werden kann.

Fig. 8 ist eine perspektivische Darstellung der stationären zusammengesetzten Struktur, welche nach dem Verfahren entsprechend Fig. 4 bis Fig. 7 hergestellt wurde.

Fig. 9 ist eine grafische Darstellung eines weiteren Verfahrens als beispielhafte Ausführungsform der Erfindung.

Fig.10 ist eine rückwärtige Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Fig.11 ist ein Schnitt längs der Linie 11-11 der Fig. 10.

Fig.12 ist eine Vorderansicht der Ausführungsform nach Fig.

Fig.13 ist ein Schnitt längs der Linie 13-13 der Fig. 12.

Fig.l4 ist eine Rückansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Fig.15 ist eine Ansicht, teilweise im Schnitt, längs der Linie 15-15 der Fig. 14.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Motortyp 20 mit einer Lagereinheit (unit-bearing type motor). Er enthält eine stationäre zusammengesetzte Struktur 22 und ein Lagersystem 23, das eine Lagerhalterung 24, die an der stationären zusammengesetzten Struktur 22 befestigt ist, eine in die Lagerhalterung 24 eingepreßte oder auf andere Weise mit ihr verbundene Lagerbuchse 26 sowie eine Schmiervorrichtung einschließlich einem Schmierdocht 27 und einem öldeckel 28 umfaßt. Der Motor 20 enthält auch noch eine drehbare Anordnung bestehend aus einem Rotor

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und einer Welle 30. Der Rotor 29 ist aus Lamellen aus einem Magnetmaterial aufgebaut und mit einer Sekundärwicklung in Form eines Käfigläufers mit konventioneller Konstruktion versehen. Der Rotor 29 weist einen üblichen Aufbau auf und kann im wesentlichen gleich dem in dem obigen USA-Patent beschriebenen Rotor sein. An der Lagerhalterung sind beispielsweise durch Punktschweißung Halterungsvorrichtungen befestigt, welche hier aus Gewindezapfen 31, 32 und 33 dargestellt sind und zur Halterung des Motors auf einem geeigneten Sockel während des Betriebes verwendet werden können.

Die Schmiervorrichtung enthält konventionelle Materialien (beispielsweise einen Wollfilz), die in einem Behälter angeordnet sind, welcher durch den Deckel 28 gebildet wird und liefert ein Schmiermittel, d. h. Motoröl, an die Welle und die Lagerstruktur des Motors über einen Filzdocht 27.

Der Deckel 2δ ist an der Lagerhalteplatte 2¹I durch eine neuartige Verriegelungsanordnung zwischen den öffnungen 3¹J auf der Lagerhalterung 2k und dehnbaren Befestigungsmitteln 36 auf dem Deckel befestigt.

Die stationäre zusammengesetzte Struktur schließt eine Statoranordnung ein, welche mit Wicklungen und einem Träger für die Wicklung in Form eines Statorkerns 37 aus einer Vielzahl von aufeinander gestapelten Lamellen dargestellt ist. Der Statorkern 37 ist ein Kern von dem Typ eines Spaltpolmotors (shaded pie) und besitzt einen ringförmigen Jochteil und im Winkelabstand voneinander angeordnete integrale Zähne oder Polansatzstücke mit an den Polkanten erweiterten Luftspalt (salient pole), die innen in dem Jochteil angeordnet sind. Diese definieren entsprechend vergrößerte Nuten für die Aufnahme der Wicklungen ¹Il zwischen benachbarten Polen 38. Die vorderen Enden der Pole besitzen zylindrisch gekrümmte Oberflächen und bilden eine Bohrung 39 zur Aufnahme des Rotors.

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Die Wicklungsnuten erstrecken sich in der ganzen Länge durch den Stapel der Lamellen und nehmen die Seiten der Wicklungen auf, welche in Form von Spulen 41 um die Endteile der Polansatzstücke gewickelt sind. Die Spulen können aus einem kontinuierlichen Stück eines geeigneten isolierten Drahtes gewickelt werden. Dabei bilden die Spulen in der dargestellten Ausführungsform eine Erregerwicklung für vier Pole, wobei um jeden Polvorsprung eine vorgegebene Anzahl von Windungen angebracht ist und die freien Enden mit der Anschlußvorrichtung 42 verbunden sind. Durch den Kern 37 hindurch erstrecken sich längliche Wicklungsstifte 40 aus geformtem Kunststoff oder einem anderen Material und ragen in axialer Richtung über jeden Polvorsprung in den an die Bohrung angrenzenden Bereich hinaus. Sie dienen dazu, die Endwicklungen der einzelnen Spulen von der Bohrung 39 wegzuhalten.

Die Anschlußvorrichtung 42 ist fest und unlösbar in die stationäre zusammengesetzte Struktur 22 eingebettet. Insbesondere sind die leitenden Anschlußelemente 43, 44 mit einem allgemein plattenförmigen isolierenden Tragteil 46 verbunden, der aus einer Platte eines elektrisch isolierenden Materials, beispielsweise einer Paserplatte oder einem anderen geeigneten Material, wie wärmehärtendes Kunststoffmaterial oder Glimmer, hergestellt ist. Ein Teil der Anschlußelemente 43, 44 ist jeweils durch geeignete Mittel mit dem Tragteil 46 verbunden, * beispielsweise durch Nieten. Außerdem weist jedes Anschlußelement 43, 44 Teile auf, die sich nach außen über die stationäre zusammengesetzte Struktur hinaus erstrecken. Daher bilden die Anschlußelemente freiliegende Teile für einen schnellen Anschluß an eine Stromversorgung.

Da die Anschlußvorrichtungen 42 fest mit der stationären zusammengesetzten Struktur verbunden sind, ist es schwierig, wenn nicht unmöglich, die Anschlußelemente 43, 44 von der Struktur zu lösen. Noch wichtiger ist jedoch, daß es fast unmöglich ist, die elektrische Verbindung zwischen den Wicklungen 41 und den Anschlußelementen 43, 44 zu unterbrechen. Es ist daher verständlich, daß die dargestellte Anordnung einen beträchtlichen Vor-

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teil gegenüber konventionellen Konstruktionen bietet. In der Tat wurde bei einer überprüfung der beim Betrieb als defekt befundenen Motoren eines konventionellen Motortyps gefunden, daß über 50 % der Defekte sich aus Defekten im Anschlußteil ergaben. D. h. die Anschlüsse haben sich gelockert oder die elektrische Verbindung zwischen den Anschlüssen und den Wicklungen war unterbrochen.

Während des Betriebes eines Motors wird ein Geräusch infolge der mechanischen Bewegung des Rotors in der Bohrung erzeugt. Außerdem haben die Wicklungen und die Lamellenstapel bei Motoren konventioneller Konstruktion eine Neigung zur Vibration und zu einem Brummen infolge des Erregerstroms in den Wicklungen. Weiterhin wird während des Betriebs im Innern der stationären zusammengesetzten Struktur und in dem Lagersystem eines Motors Wärme erzeugt. Die dargestellte Ausführungsform trägt entscheidend zur Lösung dieser beiden öobleme bei und arbeitet mit verbesserter Wärmeabfuhrcharakteristik ohne Verschlechterung der Geräuschunterdrückungscharakteristik.

Die stationäre zusammengesetzte Struktur 22 enthält eine Gehäusevorrichtung in Form einer Zwischenräume aufweisenden Masse von inertem teilchenförmigen! Material, das dicht um die Halterung für die Wicklung, die Wicklungen und die Anschlußvorrichtung herumgepackt ist. In den Zwischenräumen der Masse ist ein Klebermaterial angeordnet und verbindet die inerten Teilchen zu einer praktisch starren Masse, so daß diese Masse ein selbsttragendes primäres Strukturelement der stationären zusammengesetzten Struktur 22 ist. Das Klebermaterial verbindet auch diese praktisch kompakte Masse fest mit der Halterung für die Wicklung, den Wicklungen und der Anschlußvorrichtung.

Bei der praktischen Ausführung der Erfindung kann ein weiter Bereich von Materialien für die inerten Teilchen verwendet' werden. Es ist erwünscht, daß das gewählte Material den während der Herstellung auftretenden Temperaturen widersteht und die Wicklungshalterung, die Wicklungen, die Anschlußverbindungen oder die Isolation auf den Wicklungen oder der Wicklungshalte-

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rung nicht nachteilig beeinflußt. Außerdem darf das inerte Material nicht elektrisch leitend oder magnetisch sein. Im allgemeinen gelten die gleichen Kriterien für die Auswahl des im einzelnen als Bindemittel für das teilchenförmige Material verwendeten Klebermaterials. Eine Art eines billigen teilchenförmigen Materials, welches in größeren Mengen leicht erhältlich und besonders geeignet ist, ist granulatßrmiges Peuerfestmaterial. Beispiele für diese Art Material sind Mineralien, verschiedenste Arten von Gesteinsmaterial und Sand.

Fig. 3 zeigt die physikalische Struktur einer bevorzugten Anordnung, bei der Teilchen aus gewöhnlichem Sand miteinander W verbunden wurden. Die Fig. 3 wurde als Zeichnung von einer fotografischen Mikroskopaufnahme der Oberfläche des Gehäuseteils der stationären zusammengesetzten Struktur 22 entsprechend Fig. 1 angefertigt. Das in den Zwischenräumen der Sandmasse angeordnete Klebermaterial war praktisch transparent.

Selbstverständlich sind jedoch die Zwischenräume zwischen benachbarten Teilchen von Sand, beispielsweise den Teilchen 47, 48, 49, 50 entsprechend Fig. 3 von Klebermaterial ausgefüllt, das sowohl an den Sandteilchen als auch an dem Statorkern 37 und den Wicklungsspulen 41 der Fig. 2 haftet. Die Anwesenheit von kleinen Teilchen 51 in der Struktur wurde ebenfalls beobachtet, und es wurde angenommen, daß es sich hier möglicherweise um äußerst feine Sandteilchen oder Verunreinigungen in der Sandmasse handelt.

Die Darstellung der Fig. 3 entspricht einer 70-fachen Vergrößerung der Masse, und man erkennt, daß die gegenseitige Lage der Teilchen, beispielsweise der Teilchen 47, 48, 49, 50 mit dem bloßen Auge nicht unmittelbar zu erkennen ist. Die Teilchen liegen jedoch, wie abgebildet, dicht aneinander und der Kleber füllt die Zwischenräume der Struktur aus.

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Im allgemeinen kann der Sand oder anderes verwendetes teilchenförmiges Material einen großen Bereich der Teilchengrößen und der Teilchengrößenverteilung aufweisen. Es ist jedoch erwünscht, teilchenförmiges Material zu verwenden, in dem mindestens 50 Gew.% der Teilchen eine Größe zwischen etwa 0,^2 und 0,06 mm (entsprechend einer Maschenweite des Siebes von ¹IO bis 100 Maschen pro Zoll) besitzen. Es wird dabei bevorzugt, daß das Material eine Feinheit (A.F.S.) (American Foundrymen's Society) zwischen 45 und 55 besitzt, da die Oberflächentextur von Strukturen, welche ein teilchenförmiges Material mit einer Kornfeinheit in diesem Bereich besitzen, nur schwer von der Oberflächenstruktur von Gußeisen unterschieden werden kann.

In der Ausführungsform nach Fig. 1 wurde teilchenförmiges Material in Form unvermahlenen Flußsandes mit einem Siliziumdioxidgehalt (SiOp) zwischen 90 und 98 Gew.% verwendet, der außerdem praktisch keine metallischen Salze oder Kupfer, bis zu 2 Gew.? Ton und Spuren verschiedenster Elemente und Verbindungen enthielt. Bei der Aufbereitung des Sandes wurde es als vorteilhaft gefunden, den Sand zu trocknen und dann die sehr groben Teilchen auszusondern. Auf diese Weise wurden die von den großen Teilchen verursachten Schwankungen der Oberflächentextur beseitigt. Außerdem wurde nur das Trockengewicht des verwendeten Sandes ermittelt. Der Sand wurde daher bei etwa 200° C (*J00° F) in einer konventionellen Trockentrommel (Ferris wheel dryer) mit Luftgebläse getrocknet. Nach dieser Behandlung betrug der Feuchtigkeitsgehalt des Sandes etwa 0,03 Gew.% und der Staubanteil betrug etwa 0,3 Gew. JS. Danach wurden die auf einem Sieb mit einer MaschenwetJte von etwa 0,58 mm (entsprechend 30 Maschen pro Zoll) zurückgehaltenen Sandteilchen ausgeschieden und der restliche Sand verwendet. Eine Siebana-■.lyse einer Probe der verwendeten Sandteilchen ist zur Veranschaulichung in Tabelle I wiedergegeben. Bei der Durchführung der Siebanalyse wurdaidie üblichen Analyseverfahren verwendet. Da Teilchen mit einer Größe von etwa 0,58 mm (entsprechend einer Maschenweite von 30 Maschen pro Zoll) und größere Teilchen vor der Analyse ausgeschieden wurden, ging die gesamte

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Probe durch ein Sieb mit dieser Maschenweite. Es sind Meßwerte für zwei Proben in Tabelle I wiedergegeben und die letzten beiden Spalten in Tabelle I stellen einen Mittelwert der ermittelten Werte für die beiden Proben dar.

Tabelle I

Sieb Maschenwei te in mm (Maschen/ Zoll)	% der zurückg Probe A	Probe ehalten Probe B	% durch lassen Probe A	ge Probe B _,	Mitte % zurück gehalten	lwerte % durch gelassen
0,58 (30)	0	0	100	100	0	100
0,42 (40)	16	18	84	82	17	83
0,12 (50)	26	24	58	58	25	58
0,09 (70)	32	34	26	24	33	25
0,06 (100)	20	20	6	4	20	VJI
Pfanne	6	4	-		5	-

Obwohl in der dargestellten Ausführungsform der Erfindung Sand verwendet wurde, können selbstverständlich auch andere inerte teilchenförmige Materialien verwendet werden, wenn sie auch nicht gleich wirtschaftlich sind. Es sind keine Gründe dafür bekannt geworden, warum Materialien, wie Schiefer, Kalk, Zirkondioxid, Aluminiumdioxid, Kalziumkarbonat, Glimmer, Berylliumoxid, Magnesiumoxid oder Kombinationen dieser Materialien oder in der Natur vorkommende Kombinationen von Mineralien, beispielsweise Erze, nicht verwendet werden könnten. Beispielsweise wurde Chromiterz anstelle von Sand verwendet, um Strukturen mit schwarzer Farbe herzustä-len, weiche Oberflächentexturen sehr ähnlich dem in Metallformen abgegossenen Gußeisen besaßen. Die Eigenschaften dieser Strukturen waren vergleichbar mit den Eigenschaften der bevorzugten Ausführungsform.

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Aus wirtschaftlichen Gründen wurde für die oben beschriebene 'Ausführungsform Sand mit der beschriebenen Größenverteilung verwendet. Es wurde jedoch gefunden, daß auch zufriedenstellende Ergebnisse erzielt werden können, wenn die Teilchen des teilchenförmigen Materials im wesentlichen die gleiche Größe aufweisen. Das Hauptkriterium für die Wahl des Materials ist neben wirtschaftlichen Faktoren die strukturelle Integrität und das Aussehen der fertigen zusammengesetzten Strukturen. Es wird angenommen, daß bei ausschließlicher Verwendung von Teilchen größer als etwa 0,58 mm (entsprechend einer Maschenweite von 30 Maschen pro Zoll) die Oberflächentextur der Struktur normalerweise eine unzulässige Grobheit und Rauhigkeit aufweist, wenn man nicht übermäßig große Anteile von Klebermaterial verwendet, um sowohl die Teilchen zu einer im wesentlichen kompakten Masse zu verbinden als auch die "Furchen" arischen benachbarten Teilchen in der Nähe der Oberfläche der Masse zu glätten. Dies ist wiederum unwirtschaftlich und führt zu einer sogenannten "kunstharzreichen" Oberfläche, welche nachstehend im einzelnen im Zusammenhang mit den Klebermaterialien näher erörtert wird.

Auf der Grundlage der Prüfungen an Probestücken wird auch angenommen, daß es nicht vorteilhaft ist, wenn das gesamte teilchenförmige Material eine Teilchengröße besitzt, die wesentlich feiner ist als eine Teilchengröße von etwa 0,06 mm (entsprechend einer Maschenweite der verwendeten Siebe von 100 Maschen pro Zoll). Es ergibt sich dann ein unzulässiger Verlust an struktureller Integrität der fertigen Struktur. Eine leicht sichtbare Begleiterscheind ung dieses Strukturverlustes ist das Auftreten von Rissen und feinen Haarrissen in der Oberfläche in der Struktur nach dem Aushärten des Klebermaterials. Es ist jedoch in diesem Zu3%menhang zu bemerken, daß Strukturen mit augenscheinlich zufriedenstellender struktureller Integrität (einschließlich der Textur der Oberfläche) erhalten wurde, wenn im wesentlichen alle Teilchen des teilchenförmigen Materials eine Größe von etwa 0,06 mm (entsprechend einer Maschenweite des Siebes von 100 Maschen pro Zoll) besitzen. Es wird daher angenommen, daß zusätzliche Maßnahmen verwendet werden sollten, wenn ein wesentlicher Teil oder das gesamte

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teilchenförmige Material feiner ist als etwa 0,06 mm, um in diesem Falle das Auftreten von Rissen und feinen Haarrissen in der fertigen Struktur zu verhindern. Zur Veranschaulichung dieses Aspektes wird als brauchbares Material, das dann zugesetzt werden kann, das im US-Patent 2 820 914 beschriebene Glasfasermaterial genannt.

Als Klebermaterial zur Klebverbindung der Teilchen der Masse miteinander sowie mit den Wicklungen und dem Wicklungsträger ■ sind viele Materialien geeignet. Es wurde gefunden, daß das Klebermaterial unabhängig von seiner bestimmten Zusammensetzung nach Möglichkeit die folgenden Eigenschaften besitzen sollte:

" es soll auf wirtschaftliche Weise die Verklebung der inerten Teilchen zu einer im wesentlichen kompakten Masse ermöglichen, es soll die Teilchen fest mit den übrigen Elementen der zusammengesetzten Struktur verbinden, es soll mit anderen Bauelemen der zusammengesetzten Struktur, beispielsweise der elektrischen Isolation, den Bestandteilen der Wicklung, des Kerns und ähnliche, kompatibel sein und diese nicht nachteilig beeinflussen, d. h. es sollte mit solchen anderen Teilen der Struktur nicht reagieren, es sollte in zufriedenstellender Weise beständig sein gegen die Temperaturen, denen es während der Herstellung, der Erprobung und der Verwendung der fertigen Struktur ausgesetzt ist. Zusätzlich dazu sollte die Viskosität des KIebermaterials in einem solchen Bereich liegen, daß es in der mit Zwischenräumen versehenen Masse leicht zurückgehalten und dadurch nach der Aushärtung des Klebermaterials eine praktisch nicht-poröse starre Struktur erhalten wird. Es wurde gefunden, daß aus zwei Teilen bestehende wärmehärtende Klebermaterialien in Form von synthetischen Kunstharzarten diese Eigenschaften ergeben.

Wenn ein zweiteiliges wärmehärtendes Kunstharzmaterial verwendet wird, sind geeignete Basiskunstharze für dieses Material, u. a°n§Sr 1?£thalsäure oder anderer Säuren, Epo*yde

(beispielsweise Bisphenol-A, Novolac, zykloaliphatische), bestimmte Phenolharze, Polybutadien, Epoxy-Aerylharzderivate und Epoxy-

1 ü Ί m 2 / I 2 0 3

Polyesterkunstharze.

Bei den praktischen Versuchen wurde ein wärmehärtendes aus zwei Teilen bestehendes Kunstharzklebermaterial als sehr brauchbar befunden, das neben einem der obengenannten Basiskunstharze eine Komponente, welche die Biegefestigkeit des Klebermaterials nach dem Aushärten erhöhte, einen Katalysator zur Verkürzung der für die Aushärtung des Klebers erforderlichen Zeit und ein Mittel zur Erleichterung des Herausnehmens der zusammengesetzten Struktur aus einer Form enthielt.

Ein bestimmtes bei der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform verwendetes Klebermaterial enthielt 55 Gewichtsteile Polyesterkunstharz als Basiskunstharz im Gemisch mit 45 Gewichtsteilen Styrol (dieses wurde zur Erhöhung der Biegefestigkeit verwendet). 99 Gewichtsteilen dieses Gemisches wurde ein Gewichtsteil eines Katalysationsmittels in Form von tertiärem Butylperbenzoat zugesetzt und dann wurden 99,45 Gewichtsteile dieses aus 3 Komponenten bestehenden Gemisches mit 0,55 Gewichtsteilen eines Mittels zur Erleichterung des Herausnehmens aus der Form vermischt. Ein händelsmäßig erhältliches Mittel zur besseren Herauslösung aus der Form wird von der Fa. E.I. DuPont de Nemours & Co., Organic Chemicals Department\ 7 South Dearborn Street, Chicago, Illinois, unter dem Handelsnamen "Zelec" vertrieben. Es ist jedoch zu beachten, daß zufriedenstellende Strukturen erhalten wurden ohne Verwendung irgendeines Mittels zur Erleichterung des Herausnehmens aus der Form, und zwar sowohl in mit Teflon beschichteten Formen als auch in unbeschichteten Formen.

Ein kommerziell erhältliches Polyesterkunstharz, das verwendet wurde, ist ein Polyester von monobasischen und polybasischen Säuren und polyhydrischen Alkoholen und unter der Bezeichnung "Polyester-Gußmasse Nr. 519-C-lll" von der Fa. Con Chemco, 1401 Severn Street, Baltimore, Maryland, vertrieben wird. Ein anderes geeignetes handelsmäßig erhält-

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liches Basiskunstharz wird unter dem Handelsnamen "Derakane" von der Dow Chemical Co. in Midland, Michigan, vertrieben. Dieses Material wird im einzelnen beschrieben in dem USA-Patent 3 367 992, in dem 2-Hydroxyalkylacrylatester und Methacrylatdicarboxylsäureteilester und oxyalkylierte Derivate dieser Stoffe beschrieben werden.

Das primäre strukturelle Bauteil der stationären zusammengesetzten Struktur 22 wurde unter Verwendung von 71,2 Gew.% und 28,8 Gew.% des Klebermaterials hergestellt. Nachdem die Poren in der Sandmasse durch das Klebermaterial ausgefüllt waren, wurde das Klebermaterial in den Poren oder Zwischenräumen der Sandmasse fesgehalten und dadurch gehärtet, daß die stationäre zusammengesetzte Struktur 25 Minuten lang bei I9O⁰ C ausgeheizt wurde. Selbstverständlich können andere Temperaturen und andere Katalysatoranteile verwendet werden, um gewünschtenfalls die Aushärtezeit zu verkürzen oder zu verlängern.

Die Gewichtsanteile des teilchenförmigen Materials und des Klebermaterials können abgeändert werden und wurden in der beschriebenen beispielhaften Ausführungsform dadurch ermittelt, daß die physikalischen Eigenschaften von Probestücken der stationären zusammengesetzten Struktur ver-P glichen wurden, welche mit verschiedensten Anteilen des Klebermaterials und des teilchenförmigen Materials hergestellt wurden. Da das Klebermaterial, das teilchenförmige Material, der Wicjclungsträger und die Wicklungen miteinander verträglich sind, können die günstigeren erwünschten Anteile der Materialien durch physikalische Prüfung und Erprobung der Struktur ermittelt werden. Im allgemeinen ist anzunehmen, daß die wirtschaftlichste- Verwendung der Materialien, die besseren Wärmeableitungseigenschaften und die bessere strukturelle Integrität, d. h. rißfreie Oberflächen, gleichmäßige und relativ glatte Oberflächentextur, Beständigkeit gegenüber Zerbröckelung, Stoß oder Bruch, sich ergeben,

wenn ein maximaler Anteil von teilchenförmigem Material und

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ein minimaler Anteil von Klebermaterial verwendet werden. In diesem Falle ist dann nur soviel Kunstharzmaterial vorhanden wie zur Ausfüllung der Hohlräume oder Poren (d. h. der Zwischenräume) zwischen benachbarten Teilchen der teilchenförmigen Masse erforderlich ist. Wenn ungenügende Mengen von Klebermaterial verwendet werden, wird die Struktur porös, Sandteilchen können von der Oberfläche abgeschabt werden und in extremen Fällen wird die Struktur bei einem Aufprall zerbrechen.

Man erkennt leicht, daß es äußerst wichtig ist, zu verhindern, daß auch nur ein einzelnes Teilchen des teilchenförmigen Materials sich von einer Oberfläche einer solchen Struktur in einem Motor ablösen kann. Dies ergibt sich aus dem Verständnis der Tatsache, daß der Luftspalt oder das Spiel in der Bohrung eines Motors oft eine Nenngröße von etwa 0,279¹J mm (etwa 0,11 Zoll) aufweist. Daher würde die Anwesenheit von teilchenförmigen! Material und insbesondere von feuerfestem Material mit Schmirgeleigenschaften, beispielsweise Sand, in dem Luftspalt während des Betriebes des Motors zu einer ernsthaften Beschädigung, wenn nicht zu einer Zerstörung des Motors führen. Es kann sich beispielsweise ein starkes Geräusch, ein Festfressen der Welle in dem Lager und ein Verklemmen des Rotors ergeben. Wenn ein zu großer Anteil von Klebermaterial verwendet wird, werden die äußeren Oberflächen der zusammengesetzten Struktur "kunstharzreich" sein und werden glatt und glasartig aussehen. Dieser Effekt ist besonders unzulässig, wenn andere strukturelle Bauteile, beispielsweise Lagervorrichtungen, durch Kleber mit der zusammengesetzten Struktur fest verbunden werden sollen.

Das Volumen der feine Hohlräume aufweisenden Masse wird im wesentlichen bestimmt durch das scheinbare Volumen, welches durch das teilchenförmige Material ausgefüllt wird. Daher ist die Dichte oder das spezifische Gewicht der mit Klebermaterial durchdrungenen Masse größer als das spezifische Schutt ge wl_jcht (bulk density) des teilchenförmigen Materials. Beispielsweise betrug das Schüttgewicht des in der beispielhaften Ausführungs-

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form verwendeten trockenen Sandes etwa 1,6 g/cnr. Das spezifische Gewicht eines Probestückes der verklebten Sandmasse in der stationären zusammengesetzten Struktur 22 nach der Aushärtung des Klebers betrug jedoch etwa 1,9 g/cm .

In der losen Form hatte die in der beispielhaften Ausführungsform verwendete Sandmasse ein Porenvolumen oder eine Porosität von etwa 3^ %> Da das Klebermaterial vorteilhafterweise des Hohlvolumen der Sandmasse ausfüllt, würde ein Probestück der starren Masse nach der Aushärtung des Klebematerials etwa 34 Vol.? Klebermaterial und etwa 66 Vol.? Sandteilchen .enthalten.

Ein besseres Verständnis für einige der Vorteile der Erfindung ergibt sich aus einem Vergleich der Eigenschaften von gemäß der beispielhaften Ausführungsform hergestellten Motoren mit entsprechenden Eigenschaften von Motoren mit konventioneller Konstruktion, bei denen die Gehäuse für die Motrren aus Gußeisen und gezogenen Stahlteilen gebildet wurden. Eine von diesen Eigenschaften ist die strukturelle Integrität eines Motors, d. h. die Fähigkeit des Motors, ohne Beschädigung an der Struktur oder den elektrischen Bauteilen einer rauhen Behandlung in Form von Stößen usw. zu widerstehen. Ein Beispiel für eine solche rauhe Behandlung ist die ungeschickte Handhabung der Motoren während der Herstellung oder des Transports, durch Ψ die sie starken Aufprallstößen unterworfen werden können.

Um die Auswirkungen eines solchen Aufpralls größenmäßig zu erfassen und zu vergleichen, ließ man 25 stationäre zusammengesetzte Strukturen gemäß der Erfindung und 25 konventionelle Statoren mit einem Gehäuse aus Gußeisen, welches über einen Wicklungsträger geschoben ist, aus einer Höhe von etwa 1,20 m (4 Fuß) auf einen Eisenblock fallen.

Nach dem 11. Aufprall fielen etwa die Hälfte der konventionellen Statoranordnungen buchstäblich auseinander und die gußeisernen Hüllen lösten sich von den Statorkernen. Außerdem waren alle Wicklungen in den konventionellen Anordnungen unterbrochen.

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In den Wicklungen der erfindungsgemäßen, gegen Aufprall sehr beständigen Anordnungen wurden erst nach dem 70. Aufprall Unterbrechungen festgestellt. Außerdem wurde an diesen erfindungsgemäßen Anordnungen keine Beschädigung der Struktur beobachtet mit Ausnahme von oberflächlichen Druckstellen oder Schälstellen an der äußeren Oberfläche.

Die erfindungsgemäßen Motoren besaßen auch eine Geräuschunterdrückung, die mindestens gleich gut ist wie bei Motoren der konventionellen Bauart. Bei einem Versuch wurden die Motoren einzeln an nachgiebigen Elastikbändern aufgehängt und in einer echofreien Schallkammer geprüft. Während der Prüfung jedes Motors wurde ein Mikrophon in einem Abstand von etwa Ib cm (6 Zoll) von dem lautesten Teil jedes Motors angebracht, während der Motor im Leerlauf betrieben wurde. Dann wurde in Dezibel der Schalldruck des von dem Motor ausgehenden Geräusches aufgezeichnet. Bei diesen Prüfungen wurden 20 erfindungsgemäße Motoren und 15 Motoren des Typs mit gußeisernem Rahmen und konventioneller Bauart geprüft. Auf der Grundlage der bei diesen Prüfungen aufgezeichneten Informationen wurden statistische Berechnungen angefertigt, welche ergeben, daß im Mittel der Geräuschpegel der konventionellen Motoren sowohl größer als auch ungleichmäßiger ist als im Falle der erfindungsgemäßen Motoren.

Die gleichen Motortypen wurden dann miteinander verglichen, um ihre relativen Wärmeableitungseigenschaften zu ermitteln. Trotz der Tatsache, daß das teilchenförmige Material (Sand) in den stationären Strukturen der geprüften erfindungsgemäßen Motoren ein relativ guter Wärmeisolator ist, war der Temperaturanstieg der Wicklungen bei diesen Motoren geringer als der Temperaturanstieg bei Motoren konventioneller Bauart bei einer gegebenen Leistungsaufnahme. Insbesondere wurde festgestellt, daß die Motoren entsprechend der Ausfuhrungsform der Erfindung eine Wärmeableitung von 0,879 Watt/ C Temperaturanstieg in der Wicklung besaßen, während die Motoren konventioneller Bauart eine Wärmeableitung von 0,763 Watt/ C Temperaturanstieg in der Wicklung bei einem Anstieg der Wicklungstemperatur von etwa

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30 C über der Umgebungstemperatur besaßen. Diese Meßwerte wurden dadurch erhalten, daß die dem Motor zugeführte elektrische Dauerleistung ermittelt wurde, bei der sich eine Dauertemperatur der Wicklung einstellte, die 30° über der Umgebungstemperatur von 25° C und 40 C lag. Zusätzlich zur überwachung der Wicklungstemperatur wurde bei Prüfungen mit festgehaltenem Rotor (Bremsversuch) als Dauertemperatur für die äußere Oberfläche der stationären zusammengesetzten Struktur gemäß der Erfindung ein Wert von 150° C und für die konventionellen Motoren ein Wert von 130° C gefunden. Daher besitzen die Strukturen gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung einen um mehr als 15 % besseren Wirkungsgrad bezüglich " der Abführung der Wärme aus dem Statorkern als die konventionellen Motoren, da für einen gegebenen Anstieg der Wicklungstemperatur den erfindungsgemäßen Motoren eine um 15 % größere Leistung zugeführt werden kann.

Es wird angenommen, daß die verbesserten Wärmeübertragungseigenschaften von Motoren mit einem Aufbau gemäß der Erfindung mindestens zu einem Teil zurückzuführen sind auf den innigen, auf einer größeren Fläche bestehenden Kontakt zwischen der Statoranordnung und der Hohlräume aufweisenden Masse.

Es ist offensichtlich, daß die Toleranzen zwischen den bearbeiteten Teilen und die Anfälligkeit gegenüber Rosten und anderen Formen der Korrosion durch die erfindungsgemäßen Anordnungen verringert oder beseitigt werden.

Die Fig. 4 bis 8 zeigen die einzelnen Schritte eines Verfahrens gemäß der Erfindung mit weiteren Einzelheiten. Das Verfahren beinhaltet die Schritte des Einsetzens einer Statoranordnung mit einem Statorkern 61 und den Wicklungen 62 in den Hohlraum 63 einer Form 64. Die Form 64 ist federnd gelagert durch eine Feder 66, die in einem Lager 67 gehalten wird und einen Bolzen umgibt, welcher durch einen an der Form 64 befestigten Rahmen getragen wird. Um einen Abstand der Wicklungen 62 von dem Boden des Hohlraumes 63 in der Form 64 zu erhalten, liegt der Statorkern 61 auf einem Anschlag, der durch einen Absatz 71 in der

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Form gebildet wird. Dann wird ein Bohrungskern 72 mit einer Kernoberfläche entsprechend der gewünschten Bohrung der zusammengesetzten Struktur nach Fig. 8 in die Bohrung des Statorkerns 6l eingesetzt. An dem Bohrungskern 72 ist eine dreieckige Platte 73 befestigt, welche an der zusammengesetzten Struktur eine nachstehend beschriebene Oberfläche mit bestimmter Form ausbildet. In den Fällen, in denen sich in die Bohrung hinein Wicklungsstifte erstrecken können, kann eine Abschrägung, beispielsweise wie bei 72b dargestellt, auf dem Bohrungskern verwendet werden, um die Stifte aus der Bohrung heraus zu bewegen und von der Bohrung abzuhalten.

Nachdem der Kern 6l und die Wicklungen 62 in ihrer Lage in der Form 64 angeordnet sind, wird eine vorgegebene Menge des teilchenförmigen Feuerfestmaterials, welches als Ausfihrungsbeispiel in Form von Sand dargestellt ist, abgemessen und in der Form 64 um den Kern 61 und die Wicklungen 62 herum verteilt. Die Meßvorrichtung enthält eine Schütte 74 und eine Waage, welche durch die Meßskala 76 dargestellt ist und anzeigt, wenn eine vorgegebene Menge Sand in die Schütte 74 zur Überprüfung in eine Verteilerschütte 77 eingebracht worden ist. Während eine vorgegebene Menge Sand 78, die zur Füllung des Hohlraums der Form 64 ausreichend ist, von den drei Füllrohren 79a, 79b und 79c verteilt wird und sich um den Kern 6l herum anhäuft, wird die federnd aufgehängte Form 64 durch die Vibratoren 8O, 8Ob in Schwingungen versetzt, um die erforderliche Zeit zur Verteilung und Verdichtung des Sandes zwischen benachbarten Windungen der Wicklungen und zwischen den Wicklungen 62 und dem Kern 61 zu verringern. Es können hierzu beliebige handelsmäßige erhältliche Vibratoren verwendet werden. Die Form 64 wird, wie gezeigt, sowohl horizontal als auch vertikal in Vibrationsschwingungen gebracht und die vertikalen Vibratoren 8Ob überführen die Schwingungen auf die Form durch kanalförmig gestaltete Platten 8la, 8lb, die an der Form 64 befestigt sind. Die Vibrationen bewirken auch, daß sich eine dünne Sandschicht zwischen den Absatz 71 und den Statorkern 6l schiebt. Dies führt dazu, daß der Statorkern praktisch vollständig von einer Hohlräume aufweisenden Sandmasse umgeben ist.

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Nach der Füllung mit Sand wird die Form 64 entsprechend Fig. 6 in eine Füllstation überführt. Es wird dann eine Verschlußplatte 82 mit einer Lufteinlaßöffnung 83 und einer Einlaßöffnung 84 für das Klebermaterial durch geeignete Verklammerungen an der Form befestigt. Dies kann beispielsweise durch eine Vielzahl von Befestigungsschrauben 86 entsprechend der Abbildung geschehen. Danach wird über ein Filterrohr 87 aus einem Vorratsbehälter 88 eine vorgegebene Menge des Klebermaterials in die Form 64 abgemessen. Das Klebermaterial 89 fließt über die Oberfläche des Sandes und bildet effektiv eine Flüssigkeitsschicht und eine Abdichtung gegenüber der Luft oben über dem Hohlraum der Form.

Obwohl es möglich ist, das Klebermaterial unter der Einwirkung der Schwerkraft zur Durchdringung der Masse in der Form 64 fließen zu lassen, ist es zweckmäßiger, das Fließen des Klebermaterials durch die Sandmasse 78 hindurch zu beschleunigen, indem man die Druckdifferenz über der Sandmasse erhöht. Demgemäß wird nach Ausbildung einer Flüssigkeitsschicht des Klebermaterials 89 in der Form über einen Druckregler 91 Luft mit einem Druck von etwa 0,3 bis 0,4 atü (4 bis 6 psig) in die Form gegeben. Dieser Druck drückt das Klebermaterial in die Zwischenräume der Sandmasse und der Sand und das Klebermaterial werden in die Form durch den Luftdruck verdichtet. Die am Anfang in den Hohlräumen des Sandes enthaltene Luft wird über eine Auslaßvorrichtung abgelassen, welche die Form eines Spaltes 92 zwischen dem Ende 72a des Bohrungskerns 72 und der Form besitzt. Der am Umfang angebrachte Spalt 92 für diesen Zweck ist vorzugsweise genügend eng, um zu verhindern, daß Sand oder übermäßige Mengen des Klebermaterials aus der Form 64 heraus fließen, wenn eine

Druckdifferenz von etwa 0,3 bis 0,4 kg/cm (4 bis 6 psig) zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Form aufrechterhalten wird. Wenn bei diesem Verfahren Sand und Klebermaterial entsprechend der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 1 verwendet werden, besitzt der Spalt 92 eine Abmessung von etwa 0,0635 mm (0,0025 Zoll).

Obwohl es vorzuziehen ist, über der Form eine Druckdifferenz durch Zuführung eines positiven Druckes an der Einlaßseite der

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Form zu erzeugen, könnte eine solche Druckdifferenz selbstverständlich auch durch Zuführung eines negativen Druckes oder eines Vakuums am Auslaß der Form erzeugt werden.

Nachdem das Klebermaterial 89 die Masse in dem Hohlraum der Form durchdrungen hat, wird es verfestigt oder ausgehärtet, so daß eine praktisch selbsttragende, im wesentlichen starre und gegen Stöße beständige zusammengesetzte Struktur, welche eine gute Wärmeableitung bewirkt, entsprechend der Struktur nach Fig. 8, aus der Form 6k herausgenommen werden kann. Hierzu wird die Abdeckplatte 82 entfernt und die Form 6k in einen Ofen 94 entsprechend der schematischen Darstellung der Fig. geschoben, wo die Form 6k und die zusammengesetzte Struktur 25 Minuten lang bei I9O⁰ C erhitzt werden. Nach dieser Zeit wird die zusammengesetzte Struktur aus der Form 6k als starre im wesentlichen kompakte Masse mit einer Gestalt entsprechend Fig. 8 herausgenommen. Selbstverständlich können die Parameter bezüglich der Zeit und der Temperatur in dem Ofen verändert werden und die Angabe der Zeit von 25 Minuten und der Temperatur von I9O⁰ C stellt lediglich eine beispielhafte Angabe dar.

Der vertiefte Bereich 95 auf der Struktur 93 wird gebildet durch die dreieckförmige Platte 73. Selbstverständlich kann diese Platte 73 irgendeine gewünschte Gestalt aufweisen, welche mit der Gestalt einer dort aufzulegenden Lagerhalterung übereinst immt.

Nachdem die zusammengesetzte Struktur 22 hergestellt ist, kann der Zusammenbau eines kompletten Motors 20 erfolgen. Diese Methode ergibt sich am besten aus den Fig. 1 und 2. Nachdem die zusammengesetzte Struktur 22, wie abgebildet, hergestellt ist, in der die mit Hohlräumen versehene Masse ein Gehäuse bildet, wird der Rotor 29 durch Unterlagsscheiben 96, 97 (lock washers) in Relation zu dem Lagersystem 23 befestigt. Ein Epoxy^ material 98 oder ein anderes Klebermaterial wird entweder an der Lagerhalterungsplatte 2k oder der vertieften Oberfläche 99 unter der Halterungsplatte 2k im Statorgehäuse aufgetragen.

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Die Halterungsplatte 24 wird dann auf die Oberfläche 99 aufgesetzt, während der Rotor 29 in der Bohrung 39 durch herausnehmbare Beilagsstücke zentriert ist. Nachdem das Epoxydmaterial 98 ausgehärtet ist, werden die Beilagsstücke durch die öffnungen 34 in der Halterungsplatte 24 für das Lager herausgenommen. Diese öffnungen 34 sind im Abstand entsprechend der axialen Lage des Luftspaltes um den Rotor 29 angeordnet. Dann wird das Schmiersystem zusammengebaut und mit dem Deckel 28 verschlossen, der seinerseits durch die bereits beschriebenen elastischen Verbindungsteile 36 an der Platte 24 befestigt ist.

| Nach dem Zusammenbau können die äußeren Oberflächen des Motors 20 für den Anstrich durch Reinigung oder Ätzung oder einen Voranstrich vorbereitet werden. Danach wird der Anstrich am Motor aufgebracht und getrocknet. Diese Verfahrensschritte können jedoch gewünschtenfalls vollständig weggelassen werden, da es nicht erforderlich ist, auf der Masse, welche das Gehäuse für den Motor 20 bildet, einen Schutzüberzug aufzubringen, da diese Struktur gegenüber Korrosionsmitteln beständig ist und von Masser praktisch nicht beeinflußt wird. Zusätzlich dazu kann feuerfestes Material und/oder Klebermaterial dazu verwendet werden, dem Motor 20 eine erwünschte Endfarbe zu vermitteln. Beispielsweise ergibt das bereits zuvor beschriebene Chromiterz eine Struktur mit schwarzer Farbe. Andererseits ergibt

' weißer Sand eine fast weiße Farbe und brauner Flußbettsand ergibt eine braune oder hellbraune Farbe. Die gewünschten Farben kann man auch dadurch erhalten, daß man dem Klebermaterial einen Farbstoff oder ein Farbpigment zufügt, welche dann die Farbe der Struktur bestimmen.

Eine andere erfindungsgemäße Methode ist schematisch dargestellt in der Fig. 9· Die Form 121 besteht dabei aus zwei Teilformen 122 und 123, die durch einen Formverschlußteil 124 zusammengehalten werden und auf der Welle 126 eines Motors 127 befestigt ist. Die Form 121 ist abnehmbar an der Welle 126 mit einer Schraube 128 befestigt, so daß sie von dem Motor 127 gedreht werden kann. Am Anfang wird der Statorkern 129 mit den

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Wicklungen 131 und den daran befestigten Anschlußvorrichtungen 132 in die untere Teilform 123 eingesetzt. Dann wird die obere Teilform 122 so auf die untere Teüform 123 aufge- } setzt, daß die Anschlußvorrichtung 132 durch eine Öffnung 133 in der oberen Teilform herausragt. Anschließend wird der Porraverschlußteil 124 so angebracht, daß er die Teilformen 122, 123 fest miteinander verbindet.

Der Motor 127 wird eingeschaltet und während die Form 121 mit einer gewünschten Geschwindigkeit gedreht wird, wird eine abschwenkbare Fülldüse 134 für das teilchenförmige Material nach unten in die Stellung nach Fig. 9 verschoben, so daß eine vorgegebene Menge des teilchenförmigen Materials in die For» 121 eingegeben werden kann. Weiterhin wird ein Füllrohr 136 (das ebenfalls ausgeschwenkt werden kann) für das Klebermaterial entsprechend Fig. 9 so in seine Stellung gebracht, daß das Klebermaterial in den Hohlraum der Form 121 eingeführt werden kann. Die Drehgeschwindigkeit der Form kann geändert werden in Abhängigkeit von dem bestimmten teilchenförmigen Material und ; dem Klebermaterial, welche verwendet werden.

Bei Verwendung der für die Ausfuhrungsform nach Fig. 1 be-' schriebenen Materialien erhält man gute Ergebnisse, wenn die

Form mit einer Geschwindigkeit von I6OO Umdrehungen/Minute gedreht wird. Während der Sand 138 und das Klebermaterial 137 praktisch gleichzeitig in die sich drehende Form 121 eingegeben werden, wird der Form mit Hilfe eines Gebläses 139» welches Heißluft gegen die Form bläst, Wärme zugeführt und der darin befindlichen Struktur vermittelt. Die durch die Dre^f hung der Form 121 auf den Sand I38 und das Klebermaterial 137 ausgeübten Zentrifugalkräfte verdichten den Sand und das KIe- \ bermaterial gegen die Wände der Form 121, den Statorkern 129, > die Wicklungen 131 und die Anschlußvorrichtungen 132. Nachdem

vorgegebene Mengen von Sand und Klebermaterial in die Form ein- \ gegeben worden sind, werden die Füllrohre 134 und 136 von der Form abgezogen, das Klebermaterial wird in den Zwischenräumen der Sandmasse festgehalten und die Drehung der Form wird solange fortgesetzt, bis das Klebermaterial hinreichend ausgehär-

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tet ist, um das Herausnehmen einer starren zusammengesetzten Struktur aus der Form zu gestatten. Die endgültige Form der aus der Form herausgenommenen zusammengesetzten Struktur ist praktisch die gleiche wie die der Struktur 93 nach Fig. 8.

Obwohl in der Darstellung nach Fig. 9 der Sand I38 und der Kleber 137 gleichzeitig in die Form 121 eingegeben werden, ist es auch möglich, zunächst den Sand in die Form einzufüllen und anschließend das Klebermaterial zuzufügen. In jedem Falle kann während des Härtevorgangs des Klebermaterials die Drehgeschwindigkeit der Form auf etwa 600 Umdrehungen/ k Minute verringert werden, nachdem der Sand und das Klebermaterial eingebracht sind, ohne die Struktur in der Form nachteilig zu beeinflussen.

Die Fig. 10 bis 13 zeigen eine weitere Ausfuhrungsform der Erfindung. Der Motor 140 umfaßt hier eine stationäre zusammengesetzte Struktur 141 mit einem Statorkern 142, Wicklungen 143, Anschlußvorrichtungen 144, 146 und eine Gehäusevorrichtung, welche aus einer Masse eines teilchenförmigen Materials gebildet ist. Ein Rotor 147 von konventioneller Konstruktion wird an einer Welle 148 befestigt, die drehbar durch ein Paar Lager l49» 151 gelagert ist. Um den Axialdruck während des Betriebes des Motors aufzunehmen, sind auf der Welle 148 noch ) Druckringe 152, 153 vorhanden und wirken zusammen mit den Lagern 149, 151. Die Vorratsräume für das Schmiermittel für die Lager, beispielsweise öl, sind hier als Filzdochte 154, 156 dargestellt. Diese sind in Kammern 157, 158 enthalten, welche durch die öldeckel 159, 161, die Lagerhalterungen 162, und die inneren öldeckel 164, I66 gebildet werden. Die Deckel 164, 166 enthalten die Nachfülleitungen I67, 168. Um einen Schmiermittelverlust längs der Welle 148 zu verhindern, sind auf der Welle Ölringe I69, 171, 171a befestigt und arbeiten in an sich bekannter Weise.

Aus den Fig. 10 und 12 ist ersichtlich, daß die Lagerhalterungen 162, 163 Platten darstellen, welche mit Hilfe eines wärmehärtenden Kunstharzmaterials, beispielsweise Expoxydharz an den frei-

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liegenden Enden 172, 173 der Masse 17¹J befestigt sind, welche den Hauptbauteil des Motors 1*10 bildet. Diese mit Hohlräumen versehene Masse enthält ein Klebermaterial und ein teilchenförmiges Material, welches mit dem Kern 142 und den Wicklungen 1^3 fest verbunden ist und vorzugsweise nach dem Verfahren und mit den Materialien entsprechend der vorstehenden Beschreibung hergestellt wird.

Wie aus den Fig. 12 und 13 am besten ersichtlich, ist der Vorderteil der stationären zusammengesetzten Struktur so geformt, daß die Lagerhalterungsplatte 163 mit den Vorsprüngen 176 verklebt ist und einen Abstand von den Bereichen 177 der stationären zusammengesetzten Struktur aufweist. Durch diese Anordnung ist ein leichter Zugang zu der ölkammer 158 durch das Füllrohr 168 möglich und es sind Durchlässe für einen Kühlmittelstrom, beispielsweise Luft, durch den Motor vorhanden. Man erkennt, daß diese Gestaltung der Oberflächen jetzt als einfache praktische Alternative verfügbar ist, ohne zusätzliche maschinelle Bearbeitungsgänge an der stationären Struktur zu erfordern.

Um den Strom von Kühlluft durch den Motor weiter zu fördern und das leichte Herausnehmen der Einlegestücke für die Zentrierung des Rotors 178 in dem Luftspalt während des Zusammenbaus zu gestatten, sind in den Halteplatten 162, I63 eine Vielzahl von im Winkelabstand angebrachte Öffnungen 179, I8I ausgespart, welche sich jeweils in axialer Ausrichtung zu dem Luftspalt um den Rotor befinden. Diese Öffnungen sind genügend groß, um das Herausnehmen der Beilegstücke zu gestatten und einen ungehinderten Zugang zu dem Luftspalt zu ergeben,in gleicher Weise wie die Öffnungen 34 in der Ausführungsform nach Fig. 1.

Die Vorderfläche 172 der Struktur 174 hat eine Form entsprechend dem Bereich l82 der Fig. 10 und 11, um einen Zugang zu dem ölfüllrohr I67 zu erhalten. Obwohl an der Platte 162 Gewindebolzen 183 befestigt sind, um ein Beispiel für die Befestigung des Motors während des Betriebes zu geben, können selbstverständlich in dieser und anderen Ausführungsformen andere Befestigungsmittel verwendet werden.

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Die Fig. l4 und 15 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Lagerhalterungen 201, 202 durch Kleber an den Endflächen 203» 204 des Gehäuseteils der stationären zusammengesetzten Struktur 206 befestigt sind. Die Struktur 206 umfaßt eine Masse von Sandteilchen, die, wie zuvor beschrieben, miteinander fest verbunden sind. Andere Bauteile in dem Motor, wie der Statorkern 208, die Wicklungen 209, der ölbehälter 211, 212 und die öldeckel 213, 214 ergeben die bereits beschriebenen Vorteile.

Wie am besten aus Fig. 15 ersichtlich, ist die Endfläche 204 k der Struktur 206 bei 205 ausgespart, um einen Spielraum für die verformten Köpfe 216 der mit Gewinde versehenen Halterungsbolzen 217 zu ergeben. Diese Bolzen 217 können an der Lagerhalterung 202 angenietet oder angeschweißt sein. Wie in bereits beschriebenen Ausführungsformen sind öffnungen entsprechend den Öffnungen 218 in Fig. 14 vorgesehen, um das leichte Herausnehmen der Beilagsstücke zu gestatten, welche während des Zusammenbaus des Rotors und der stationären zusammengesetzten Struktur zur Zentrierung des Rotors 219 in dem Luftspalt 221 verwendet wurden.

In den abgebildeten und beschriebenen Ausführungsformen war ein Lager an einem Endrahmen oder an einer Lagerhalterung der dargestellten dynamoelektrischen Maschine befestigt.

Selbstverständlich kann der Endrahmen selbst als Lagervorrichtung ohne zusätzliches Lagerelement verwendet werden. Außerdem können bei teilchenförmigen! Material in Form eines Granulats die einzelnen Körner des Granulats allgemein gleichmäßige Gestalt oder eine ungleichmäßige Gestalt aufweisen, wie im Falle der Sandteilchen der beschriebenen Ausführungsform.

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Claims

Ansprüche

Dynamoelektrische Maschine mit einer Statoranordnung und einer beweglichen Anordnung, mindestens einer Lagervorrich-. tung zur Halterung der Anordnungen für eine gegenseitige Relativbewegung und eine Gehäusevorrichtung zur Verbindung der Lagerung und der Statoranordnung miteinander, welche geeignet ist zur Verringerung der Neigung der Statoranordnung zur Beschädigung durch Aufprallstöße auf die dynamoelektrische Maschine und zur Förderung der effektiven Wärme während des Betriebs der dynamoelektrischen Maschine erzeug* ten Wärme von der Statoranordnung, dadurch g e'-kenn zeichnet , daß die Gehäusevorrichtung (22) eine gegen Aufprallstöße beständige, im wesentlichen starre Masse aus einem inerten teilchenförmigen Material enthält, wobei die Teilchen zur Bildung eines im wesentlichen starren Teils miteinander und mit der Statoranordnung (37j 38, 41) verklebt sind, und eine starre Struktur mit wirksamer Wärmeableitung aus einem mit niedrigen Kosten verfügbaren teilchenförmigen Material aufweist.

2. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das im wesentlichen starre Bauteil zwischen 65 und 80 Gew.£ inertes teilehenförmiges Material und zwischen 20 und 35 Gew.? Klebermaterial enthält.

3. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das teilchenförmige Material aus einem granulatförmigen feuerfesten Material mit einer Kornfeinheit A.P.S. von mehr als 45 besteht.

4. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens ein Anteil von 50 Gew.% des teilchenförmigen Materials eine Teilchengröße im Bereich von etwa 0,42 mm bis 0,06 mm (entsprechend einer Maschenweite des Siebes zwischen 40 und 100

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Maschen pro Zoll) besitzt.

5· Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Gehäusevorrichtung eine Vorrichtung (39) zur Leitung eines Kühlmittelstromes durch die dynamoelektrische Maschine zur weiteren Unterstützung der effektiven Ableitung der während des Betriebes der dynamoelektrischen Maschine erzeugten Wärme von der Statoranordnung besitzt.

6. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet , daß die bewegliche Anordnung (29) in einem Abstand zur Statoranordnung (37, 38, 4l) befestigt ist und mit dieser einen sich in axialer Richtung erstreckenden Luftspalt bildet, und die dynamoelektrische Maschine weiterhin einen an der Statoranordnung befestigten Endrahmen (24) aufweist, wobei dieser Endrahmen eine Anzahl von im Abstand angeordneten, in axialer Richtung mit dem Luftspalt zusammenfallenden Öffnungen (34) besitzt, die einen ungehinderten Strömungsweg zwischen dem Luftspalt und den Öffnungen in dem Endrahmen bilden und groß genug sind, um den Zugang zu dem Luftspalt zur Entfernung von Beilegestüeken aus dem Luftspalt während des Zusammenbaus der dynamoelektrischen Maschine zu gestatten.

7. Zusammengesetzte Struktur mit einer Vielzahl von Einzelbauelementen, wobei diese Bauelemente einen magnetischen Kern (37 > 38), mindestens eine elektrisch leitende, auf dem Kern aufgebrachte Wicklung (¹H) und ein Gehäuse (22) zur Aufnahme von mindestens einem Teil dieser Wicklung oder Wicklungen besitzt, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (22) eine Zwischenräume aufweisende Masse von gegeneinander gepackten und miteinander verbundenenTeUcheη umfaßt, die mindestens mit einem Teil mindestens eines der anderen Bauteüe der zusammengesetzten Struktur fest verbunden sind und ein im wesentlichen starres Teil bilden, wobei mindestens 50 Gew.*

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der Teilchen eine Teilchengröße im Bereich von etwa 0,42 bis 0,06 mm (entsprechend einer Maschenweite des Siebes zwischen 40 und 100 Maschen pro Zoll) besitzen, und durch diese Anordnung mindestens ein Teil mindestens eines der anderen Bauteile vor mechanischer Beschädigung geschützt und eine während der Erregung der Wicklung oder Wicklungen (4l) erzeugte Wärme von diesem Teil abführbar ist.

δ. Zusammengesetzte Struktur nach Anspruch 7₄ dadurch gekennzeichnet _s daß die Masse zwischen 65 und 80 Gew.£ Sandteilchen und zwischen 20 und 35 Gew.? Klebermaterial enthält, das die Sandteilchen fest miteinander verbindet.

9. Zusammengesetzte Struktur nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet , daß das teilchenförmige Material Teilchen einer Kornfeinheitszahl A.P.S. im Bereich zwischen 45 und 55 besitzt.

10. Verfahren zur Herstellung einer dynamoelektrischen Maschine, bestehend aus einem Rotor, einer stationären zusammengesetzten Struktur mit einer Statoranordnung, einer Gehäusevorrichtung für mindestens einen Teil der Statoranordnung und mindestens einem Lagersystem zur Halterung und Lagerung der Statoranordnung und des Rotors für gegenseitige Drehung, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

mindestens ein Teil der Statoranordnung (6l, 62) wird in eine Form (64) eingesetzt, eine Hohlräume aufweisende Masse (78) von Teilchen eines teilchenförmigen Materials und ein Klebermaterial (89) in den Zwischenräumen der Masse werden um mindestens diesen Teil der Statoranordnung herum eingebracht, das Klebermaterial wird zur festen Verbindung der Teilchen des teilchenförmigen Materials miteinander und mit mindestens einem Teil der Statoranordnung (6l, 62) ausgehärtet und bildet mindestens einen Teil der Gehäusevorrichtung, die auf diese Weise gebildete stationäre zu-

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sammengesetzte Struktur (22) (93) wird aus der Form herausgenommen, der Rotor (29) wird in die Betriebslage bezüglich der Statoranordnung eingesetzt und mindestens ein Lagersystem (23) wird an der Gehäusevorrichtung befestigt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Verfahrensschritt der Befestigung des Lagersystems (23) an der Gehäusevorrichtung (22) die Einsetzung des Rotors (29) in der richtigen Lage zur Statoranordnung beinhaltet, so daß ein vorgegebener Luft-

fc spalt zwischen dem Rotor und einem ausgewählten Teil der Statoranordnung besteht, und dann der Rotor in einer im wesentlichen festgelegten Relation zu der Statoranordnung in praktisch spannungsfreiem Zustand dadurch festgelegt wird, daß auf mindestens ein Teil der Verbindungsfläche (99) des Teils der Gehäusevorrichtung und des Lagersystems (23) (24) ein nicht-gehärtetes Klebermaterial (98) aufgebracht wird und anschließend das Klebermaterial gehärtet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Verfahrensschritt der Befestigung des Lagersystems (23) (24) an dem Teil der Gehäusevorrichtung die Aufbringung eines ungehärteten durch Wärme

w härtbaren Materials an mindestens einer Oberfläche der gemeinsamen Fläche (99) zwischen dem Lagersystem und dem Teil der Gehäusevorrichtung und anschließendes Härten des wärmehärtenden Materials beinhaltet.

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