-
Verfahren zur Herstellung von Lagerträgern für elektrische Motoren
oder andere rotierende elektrische Maschinen Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Präzisionsherstellung von Lagerträgern für Elektromotoren und
andere rotierende elektrische Maschinen, die aus einem kappenartigen Gehäuse bestehen,
das an seinem Außenrand so ausgebildet ist, daß es vorzugsweise durch Eingießen,
Einkleben od. dgl. mit dem Statorkern innerhalb der Wicklungsköpfe befestigt werden
karn,und das in seiner Bohrung ein Rotorlager aufnimmt.
-
Eine starre, konzentrische und koaxiale Befestigung der Lagerträger
- in bezug zueinander ebenso wie in bezug auf die Statorbohrung - ist bei Elektromotoren
gewöhnlich von größter Bedeutung. Die genaue konzentrische und fluchtende Fixierung
des Rotors in der Statorbohrung sowie ein optimaler Luftspalt zwischen Rotor und
Stator ergibt einen hohen Wirkungsgrad, geringe Wärmeverluste sowie einen ruhigen
und sanften Lauf des Motors. Selbst so geringe Exzentrizitäten in der Größenordnung
von wenigen jun können einen fühlbar ungünstigen Einfluß auf die Leistung und den
ruhigen Lauf des Motors ausüben. Aus diesen Gründen werden hohe Anforderungen an
die Zentrier- und Anlageflächen des Stators, die für die Festlegung der Lagerträger
am Stator dienen, gestellt. Es werden auch hohe Anforderungen an die konstruktive
Gestaltung und die Herstellung der Lagerträger selbst gestellt, weil Konzentrizität
zwischen einer Zentrierfläche und der das Lager aufnehmender Bohrung sowie Parallelität
zwischen einer axialen Anlagefläche und der Mittelebene des Rotorlagers erforderlich
ist. Weiterhin werden genaue maßliche Ubereinstimmungen zwischen den Führungsflächen
- hierunter sind die Zentrier- und Anlageflächen zu verstehen - der verschiedenen
Lagerträger gefordert, um in der Serienproduktion beim Anbau an die Zentrier- und
Anlageflächen des Stators eine genau bestimmte Lage zu erhalten. Ohne eine stabile
Konstruktion des Lagerträgers kann eine zufriedenstellende Abstützung des Rotors
nicht erhalten werden.
-
Die Befestiglmgsart des Lagerträgers am Stator beeinflußt auch die
Konstruktion des Lagerträgers selbst. Bei Lagerträgern, die durch Einkleben oder
Eingießen befestigt werden, ist eine dünne Schicht des Klebemittels oder des Lackes
auf den Zentrierflächen ausreichend, um die geometrische Genauigkeit negativ zu
beeinflussen, was sich in einer verminderten Motorleistung niederschlägt. Deshalb
sollten Zentrierflächen nicht gleichzeitig als Befestigungsflächen für den Lagerträger
am Stator dienen. Es ist also erforderlich, für diesen Zweck eine andere Fläche
vorzusehen.
-
Die Anordnung der Lagerträger am Stator innerhalb der Wicklungsenden
- insbesondere auf solche Lagerträger bezieht sich die vorliegende Erfindung - hat
verschiedene Vorteile in Hinblick auf die Konstruktion und die Funktion. Bei einer
solchen Befestigungsart sind jedoch gleichzeitig die engen Platzverhältnisse im
Raum zwischen den Enden des Statorkernes, der Innenseite der Wicklungsköpfe und
dem Rotor zu berücksichtigen, der z. B. bei kleinen Motoren im allgemeinen nicht
mehr als 1 bis 2 mm in radialer Richtung beträgt.
-
Die Befestigungsflächen für den Lagerträger müssen deshalb mit so
extrem kleinen Abmessungen ausgeführt werden, daß die genaue Bearbeitung der Zentrierflächen
in diesem Bereich sehr erschwert wird.
-
Wenn der Lagerträger in nicht lösbarer Weise am Stator befestigt wird,
z. B.
-
durch Kleben, Eingießen oder ähnliches, ist es besonders wichtig,
daß die Herstellungskosten niedrig sind, weil solche Motoren im allgemeinen nicht
mehr repariert werden, wenn Fehler auftreten.
-
Die bekannten Lagerträger werden im allgemeinen durch Gießen oder
Pressen hergestellt, wobei die Zentrier- und Anlageflächen auf konventionellen Maschinen
bearbeitet werden. Dabei ist es oft schwierig, eine genaue Fluchtung zu erzielen,
weil es aus Kostengründen - außer in Spezialfällen - unmöglich ist, eine solche
Bearbeitung bis zum gewünschten Toleranzgrad auszuführen.
-
Es ist bekannt, Lagerträger aus Blech durch Pressen herzustellen und
diese für Elektromotoren vorzusehen, bei denen keine hohen Anforderungen an die
Präzision gestellt werden oder bei denen die Anforderungen an die Präzision durch
eine spanabhebende Nachbearbeitung der gepreßten Lagerträger erfülLt werden oder
in Fällen, in denen die Präzision des Lagerträgers nicht erforderlich ist, z. B.
wenn selbst-einstellende, d. h. winkelbewegliche, Lager eingebaut werden.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches und billiges
Verfahren zur Ilerstellung von kappenartigen Lagerträgern aus Blech oder ähnlichem
zu schaffen, mit dessen Hilfe es möglich ist, ohne zusätzliche spanabhebende Bearbeitung
eine genaue Konzentrizität bzw. Parallelität der in Abhängigkeit zueinander stehenden
Zentrier- bzw. Anlageflächen zu erreichen.
-
Dieses Ziel wird nach der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren
erreicht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Lagerträger aus Blech unter Verwendung
eines Foigesciirittwerkzeuges oder Stufenwerkzeuges, vorzugsweise in einer automatischen
Stufenpresse, so gepreßt wird, daß der Außenrand des Lagerträgers in einer Arbeitsstufe
zunächst mit einer Anlagefläche parallel zur I;tgermittellebene, welche bestimmt
ist durch eine in dem nabenförmig ausgebildeten Ende, vorzugsweise im gleichen Arbeitsgang
erzeugte Fläche, in einer folgenden Arbeitsstufe mit einer Zentrierfläche konzentrisch
zur Mantelfläce des Rotorlagers und in einer weiteren Arbeitsstufe mit mindestens
eincr von diesen Flächen unabllängigen Befestigungsfläche versetzen wird.
-
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die Anlagefläche
durch Anforllell eines Flanselles am Außenrand des Lagerträgers und die Zentrierfläche
durch eine in einer darauffolgenden Arbeitsstufe durchgefiiilrten Stan-- oder Schneideoperation
erzeugt.
-
Der Außenrand des Lagerträgers kann nach einem weiteren llerkmal der
Erfind'inr mit husne}wlalgen versehen werden, die den Lagerträger nach der Befestigung
an: Stator zeigen Verdrehung sichern. Diese Ausnehmungen können in einer der Arbeitsstufen
zur Erzeugung der Anlage- oder Zentrierflächen gebildet werden.
-
Schließlich ist es nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorteilhaft,
den Lagerträger in dem nabenförmig ausgebildeten kleinen Ende mit einer Laufbahn
für Wälzkörper zu versehen, die zweckmäßig in einem Arbeitsgang mit den Anlage-
und/oder Zentrierflächen angeformt wird.
-
Die Herstellung des Lagerträgers kann beispielsweise mit einem sogenannten
Kombinationswerkzeug durchgeführt werden, in dem Schneide-, Zieh- und Preßoperationen
nach einem bestimmten Schema ablaufen, bis der fertigbearbeitete Lagerträger vorliegt.
Die Zahl der für die Herstellung des Lagerträgers erforderlichen Einzelstufen kann
verhältnismäßig groß sein, so daß ein Kombinationswerkzeug nicht ausreicht. In der
folgenden Beschreibung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird deshalb in erster
Linie eine automaische Mehrstufen-Transferpresse erwähnt, was Jedoch nicht bedeuten
soll, daß andere Pressentypen nicht verwendet werden können.
-
Ausgangsmaterial für den Lagerträger kann vergleichsweise billiges
Blech oder Blechstreifen aus Eisen oder Nichteisenwerkstoffen, wie z. B. Aluminium,
sein.
-
Preßverfahren erbringen im allgemeinen eine große Genauigkeit. Beim
Mehrstufen-Transferpressen ist es Jedoch nicht ohne weiteres möglich, Jede Anlagefläche
unabhängig von der anderen mit der geforderten hohen Genauigkeit zu fertigen, wie
es z. B. bei spanabhebender Bearbeitung durch Drehen der Fall ist. Das Pressen der
verschiedenen Anlage- und Zentrierflächen des Lagerträgers - diese Flächen sind
im wesentlichen rechtwinklig zueinander -ebenso wie der Befestigungsflächen erfordert
deshalb die Einhaltung besonderer Regeln beim Konstruieren und Anordnen der axialen
Anlageflächen ebenso wie der Befestigungsflächen und der zylindrischen Flächen für
die genaue Zentrierung. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind alle diese Flächen
so ausgebildet und angeordnet, daß der gewünschte Erfolg erreicht werden kann.
-
Durch die erfindungsgemäße Herstellung der Zentrier- und Befestigungsflächen
durch Pressen wird es möglich, die Anlage- und Zentrierflächen mit sehr engen Toleranzen
zu erzeugen, und zwar entweder nur in bezug auf einige oder auf alle Flächen. Es
besteht die Möglichkeit, die Zentrierflächen und die notwendigen ahfestigungsflächen,
welche von den erstgenannten Flächen unabgängig sind, in höchstens zwei oder sogar
nur einer Preßstufe zu erzeugen.
-
Eine beachtenswerte Verbesserung der Eigenschaften des Materials kann
dadurch erreicht werden, daß in einer der Preßoperationen eine plastische Verformung
des
Werkstoffes erfolgt. Die gewünschte Starrheit des Lagerträgers kann dadurch erzielt
werden, daß der Mittelabschnitt des Lagerträgers im wesentlichen konisch ausgebildet
wird, was in Hinblick auf eine Bearbeitung in einer automatischen Stufenpresse besonders
vorteilhaft ist. Das Preßverfahren nach der Erfindung macht es außerdem möglich,
die Abmessungen in einer Großserienproduktion bis zu einem Maße reproduzierbar zu
machen, das bei einer konventionellen Fertigung, z. B. durch Drehen und/oder Schleifen
oder Gießen, praktisch unmöglich ist. Dadurch werden die Herstellkosten äußerst
gering gehalten.
-
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus der nachstehenden auf
die Zeichnungen bezugnehmenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
für Lagerträger zu ersehen.
-
Es zeigen: Figur 1 einen Langsschnitt durch einen gepreßten Lagerträger,
Figur 2 einen ähnlichen Längsschnitt durch eine andere Konstruktion eines Lagerträgers,
Figur 3 in einem vergrößerten Maßstab ein Ausschnitt aus dem Lagerträger und seine
Befestigung am Stator und Figur 4 einen mit erfindungsgemäß hergestellten Lagerträgern
versehenen Elektromotor im Schnitt.
-
Figur 1 ist ein Längsschnitt durch einen kappenartigen Lagerträger
l, der nach der Erfindung hergestellt ist und einen kegeligen Mittelabschnittß2
aufweist, dessen Außenrand 3 so ausgebildet ist, daß der Lagerträger 1 an einem
Ende des Stators eines Elektromotors innerhalb der Wicklungsköpfe befestigt werden
kann, während das innere, nabenförmig ausgebildete Ende 4 das schematisch dargestellte
Lager 5 aufnehmen kann. Der Lagerträger 1 ist an dem für die Befestigung vorgesehenen
Außenrand m't einer Anlagefläche A'
versehen, die parallel zur radialen
Mittenebene A" des Lagers verläuft. Der zur Befestigung vorgesehene Außenrand 3
des Lagerträgers 1 ist außerdem mit einer Zentrierfläche D' versehen, die konzentrisch
zu der das Lager 5 aufnehmenden Bohrung Dt 1 ist. Die Zentrierfläche D " bestimmt
im allgemeinen auch den Winkel der Mittenebene A''.
-
Um Parallelität und genaue Konzentrizität zwischen den Anlage- und
Zentrierflächen zu erzeugen, wird das Pressen des Lagerträgers nach der Erfindung
so ausgeiWhrt, daß in der ersten Stufe (oder Schritt) eine Ronde aus einem Blechstreifen
ausgestanzt und anschließend in einer oder mehreren Stufen die Grundform des Lagerträgers
erzeugt wird, wobei ein Flansch 6 am großen Ende des Lagerträgers stehen bleibt.
Dieser Flansch 6 kann beim Pressen an seiner Außenfläche nicht mit zufriedenstellender
Rundheit und Konzentrizität ausgebildet werden, so daß diese Fläche nicht ohne eine
weitere Bearbeitung als Zentrierfläche D' verwendet werden kann. Dadurch, daß der
Lagerträger mit einem Flansch 6 versehen wird, kann aber eine axiale Anlagefläche
A1 erhalten werden, die notwendig ist, um Parallelität mit der radialen Fläche A"
des Lagers 5 zu erreichen. Darauf folgt nun in der nächsten Stufe eine Stanzoperation,
bei der der Flansch 6 abgetrennt wird. Das Stanzwerkzeug wird dabei koaxial in der
Aufnahmebohuung für das Lager 5 geführt, so daß die Fläche 7 mit dem Durchmesser
D' konzentrisch zur Mantelfläche D" des Rotorlagers 5 wird. Durch diese Fertigungsfolge
ist es weiterhin möglich, ohne besondere Stufen den Lagerträger - zusätzlich zu
den erforderlichen Anlage- und Zentrierflächen - mit den ebenfalls notwendigen,
von diesen Flächen unabhängigen Befestigungsflächen 8 zu versehen.
-
Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen Lagerträger 1, der nach
der Ereindung aus Blech hergestellt ist, das die für ein Wälzlager erforderlichen
Materialeigenschaften aufweist. In diesem Falle ist das napfartige Ende 4 des Lagerträgers
so ausgebildet, daß es eine Laufbahn 9 für das Wälzlager aufweist.
-
Diese Laufbahn 9 - die während des Stufenpressens erzeugt wird und
welche unter Umständen einige weitere Bearbeitungsstufen erfordert, besonders wenn
hohe Anforderungen an das Lager gestellt werden - hat eine radiale Fläche (mit A''
in der Zeichnung bezeichnet), die parallel zur Anlagefläche A' am
Außenrand
des Lagerträgers verläuft. Die Anlagefläche A' und die Zentrierfläche D' ebenso
wie die Befestigungsfläche 8 sind in der gleichen Weise hergestellt, wie in Figur
1 beschrieben. Durch ein Preßverfahren mit Mehrstufenwerkzeugen ist es möglich,
die Laufbahn für das Lager und die Anlage- und Zentrierflächen sowie die Befestigungsflächen
mit einer solchen Präzision herzustellen, daß die Bearbeitung einer der Flächen
keinen negativen Einfluß auf die Genauigkeit der Bearbeitung der anderen Flächen
hat.
-
Figur 3 zeigt im Detail einen Ausschnitt aus dem Lagerträger 1, der
nach der Erfindung hergestellt ist. Der Lagerträger ist mit seinem Außenrand 3 durch
Gießen an der zylindrischen Zentrierfläche 10 und der axialen Anlagefläche 11 des
Stators eines Elektromotors befestigt. Der Außenrand 3 des Lagerträgers ist während
seiner Bearbeitung in der Mehrstufenpresse mit einem Flansch 6 - wie oben bei der
Beschreibung von Figur 1 näher ausgeführt -versehen, der einer späteren Stufe so
weit weggestanzt wird, daß die Zentrierfläche 7 mit dem Durchmesser D' verbleibt.
Diese Zentrierfläche D' ist konzentrisch zum Außenmantel D'' des Rotorlagers, das
am kleinen Ende des Lagerträgers 1 angeordnet ist (siehe Figur 1 oder 2). Durch
die Anformung des Flansches 6 wurde die Anlagefläche A' erhalten, die parallel zur
radialen Mittenebene A'' des Lagers (siehe Figur 1 oder 2) ist. Wenn der Lagerträger
1 an der Zentrierfläche 10 bzw. der Anlagefläche 11 anliegt, wird Klebstoff oder
eine Kunststoffmasse 12 auf die Befestigungsfläche 8 aufgetragen, wodurch verhindert
wird, daß der Klebstoff oder die Kunststoffmasse zwischen die Zentrier- und Anlageflächen
gelangt. Dies darf nicht geschehen, da sonst die Konzentrizität und die Parallelität
leiden. Aus Figur 3 ist weiterhin zu ersehen, daß der Lagerträger 1 beim Wegstanzen
des Flansches 6 gleichzeitig mit besonderen axialen Nuten 13 versehen wird. Dadurch
wird gewährleistet, daß der lagerträger in seiner richtigen Position steht, wenn
Xlebstoff oder die Kunststoffmasse in diese Nuten einfließt.
-
In Figur 4 ist schließlich schematisch ein Elektromotor mit erfindungsgemäß
hergestellten Iggerträgern 1, die in den nabenförmig ausgebildeten Enden 4 je ein
Wälzlager 5 tragen, dargestellt. Diese liagerträger 1, die einen kegeligen Mittelabschnitt
2 aufweisen, sind mit ihrem Außenrand 3 am Statorkern befestigt.