DE2248897A1

DE2248897A1 - Verfahren zur herstellung einer lamellierten baueinheit

Info

Publication number: DE2248897A1
Application number: DE19722248897
Authority: DE
Inventors: Hugh Bernard Reynolds
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-10-05
Filing date: 1972-10-05
Publication date: 1974-04-11
Also published as: DE2248897C2

Description

Verfahren zur Herstellung einer lamellierten Baueinheit Die -Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung lamellierter Produkte und insbesondere auf ein neues und verbessertes Verfahren zur Herstellung lamellierter Baueinheiten von dynamoelektrischen Maschinen, die für eine Verwendung als Motorteil besonders geeignet sind.
Bei der Herstellung dynamoelektrischer Maschinen und deren Teile ist es allgemein üblich, eine lamellierte Baueinheit zu bilden, die zahlreiche Lamellen oder Bleche aufweist, in denen jeweils Durchgänge zur Aufnahme elektrischer Leiter und eine Mittelbohrung ausgebildet sind. Im Falle eines bewegbaren Teiles einer dynamoelektrischen Maschine, wie z.B. einem Rotor, können die elektrischen Leiter in der Form von Wicklungen vorliegen, die manuell oder maschinell in den die Wicklungen aufnehmenden Durchgängen angeordnet sind. Alternativ können die elektrischen Leiter unter Verwendung üblicher Kokillengußverfahren hergestellt werden, um die gegossenen Rotorleiterstäbe und (auf Wunsch) die Stirnringe zu bilden. Diese können wie in der US-Patentschrift 3 075 106 ausgebildet sein. Bei den meisten Typen von Rotorkonstruktionen ist die Mittelbohrung eines lamellierten Rotorkörpers derart ausgebildet, daß sie eine Welle aufnimmt. Diese Welle rotiert erzwungenermaßen mit dem Rotor.
Im Falle von Statorkernen sind zahlreiche Bleche oder Lamellen aneinander befestigt, und die die Wicklungen aufnehmenden Nuten nehmen normalerweise Windungen aus Kupfer- oder Aluminiumleitern auf. In vielen Fällen ist die Bohrung eines Stators so gestaltet, daß sie einen Rotor mit einem vorbestimmten und wünschenswerterweise minimalen, aber gleichförmigen Luftspalt aufnimmt, der die äußere Umfangsfläche des Rotors gegenüber der Innenbohrung des Stators trennt. Die Relation zwischen den Rotor- und den Statorteilen kann jedoch auch umgekehrt werden, wie es bei Motoren der Fall ist, deren "Innenseite außen" ist, Die Lamellen oder Bleche, die den Magnetkern entweder vom Rotor oder vom Stator bilden, können, durch eine oder mehrere Schweißraupen aneinander befestigt sein, Ein Beispiel für diesen Konstruktionstyp ist in der US-Patentschrift 3 012 162 beschrieben.
Andererseits können die Lamellen oder Bleche auch in der Weise zusammengehalten werden, wie es in den US-Patentschriften 3 490 143 und Re. 26 788 beschrieben ist. Wie in den vorgenannten Patentschriften unter anderem beschrieben ist, können die Bleche oder Lamellen für einen Magnetkern durch die Verwendung eines Klebematerials zwischen den Lamellen oder Blechen miteinander verbunden werden. Zusätzlich können auf Wunsch Verschweißungen angewendet werden.
Ob nun die- lamellierte Baueinheit als ein innerer Motorteil, wie z.B. ein Rotor, oder als ein äußerer Motorteil, wie-z,B, ein Stator, verwendet werden soll, immer ist es höchst erstrebenswert, daß die Innenbohrung davon um eine durch die Bohrung hindurchführende Mittelachse herum gleichmäßig konzentrisch ist.
Im Falle von inneren Rotoren ist eine richtig bemessene, gleichförmige und konzentrische Bohrung wünschenswert, um einen zufriedenstellenden Zusammenbau des Rotors mit einer Mittelwelle zu gestatten, wobei es unerheblich ist, ob diese Welle im Querschnitt nun eine runde oder nicht-runde (beispielsweise quadratische oder rechtwinklige) Form hat. Wenn die Mittelbohrung unterdimensioniert istJ relativ zu der damit zusammenbauenden Welle, müssen erhöhte Herstellungskosten in Kauf genommen werden, indem die Rotorbohrung auf eine spezifizierte Abmessung gearbeitet wird. Andererseits werden lamellierte Rotorkörper mit zu großen Bohrungen häufig zum Ausschuß geworfen, um die Herstellung von Wellen zu vermeiden, die ebenfalls überdimensioniert, damit sie in die Rotorbohrung passen, und an einem oder mehreren ihrer Enden bearbeitet sind, um mit einem bestimmten Lager- zusammenzuarbeiten.
Im Falle von Rotorkörpern, die für eine Verwendung von Kompressorherstellern hergestellt werden, werden Rotorkörper mit zu groß bemessenen oder "krummen" Bohrungen, die zu groß werden würden, wenn sie so bearbeitet werden, daß sie gerade und konzentrisch sind, häufig ebenfalls zum Ausschuß geworfen, da die Bohrungen in diesen Teilen mit denjenigen Wellen gut zusammenpassen müssen, die gewöhnlich von dem Kompressorhersteller vorgesehen werden.
Obwohl einige der mit der Herstellung von Rotoren verbundenen Probleme am Anfang beschrieben worden sind, so sind diese Probleme normalerweise sogar noch schwieriger zu lösen bei der Herstellung von bewickelten oder unbewickelten lamellierten Baueinheiten, die als Statoren verwendet werden sollen. Im Falle von Statoren müssen eine Vielzahl aneinander befestigter Bleche oder Lamellen die Bohrung bildende Oberflächen haben, die einen Rotor konzentrisch aufnehmen und mit diesem einen gleichförmigen Luftspalt ausbilden. Aus Gründen der Betriebsleistung ist dieser Luftspalt wünschenswerterweise so klein, wie er durchweg mit verfügbaren Herstellungstechniken, -verfahren und -geräten erhalten werden kann.
Bisher ist es bei der Herstellung von lamellierten Statorkernen übliche Praxis gewesen (und insbesondere für Statoren, die für Kompressor- und andere Anwendungen harter Beanspruchung vorgesehen sind), die Qualität der Statorbohrung während verschiedener unterschiedlicher erstellungsstufen zu inspizieren und zu überwachen.
Bei der Herstellung einiger hermetsch abgeschlossener Statoren ist es beispielsweise übliche Praxis gewesen, eine vorgewählte Anzahl von Blechen oder Lamellen auf einem geeigneten Werkzeug, wie z.B. einem Dorn, zu stapeln und zu halten und die Lamellen dann miteinander zu verschweißen oder auf andere Weise aneinander zu befestigen. Bei diesem Verfahren können die Lamellen in der Weise auf dem geeigneten Werkzeug gehalten werden, wie es in der US-Patentschrift 2 838 703 beschrieben ist. Wenn es dann durch eine Inspektion als notwendig angezeigt wird, kann ein Bearbeitungsschritt auf den die Bohrung umgrenzenden Innenflächen des Kernes durchgeführt werden, um eine gerade und gleichförmig konzentrische Bohrung entlang der Längsachse des Kernes auszubilden.
Anschließend kann ein wärmeempfindliches Klebematerial auf dem Blechstapel aufgebracht und ausgehärtet werden, um eine zwischen den Lamellen befindliche Klebeschicht zu bilden, und zwar entweder während sich die Lamellen in einem "freien Zustand" oder in einem "eingeschränkten Zustand" befinden. Ein "eingeschränkter Zustand" existiert beispielsweise, wenn sich die Lamellen in einem zusammengepreßten Zustand an beabstandeten Stellen befinden, während das temperaturempfindliche Material aushärtet. Die Bohrung des Stators wird dann hinsichtlich Gleichförmigkeit und Konzentrizität untersucht. Eine ähnliche Untersuchung kann in bezug auf die äußere Oberfläche des Statorkernes durchgeführt werden.
Wenn die~Inspektion vor der Anordnung der Wicklungen auf dem Kern deutlich macht, daß die Statorbohrung zu klein ist oder einen gewünschten Durchmesser oder kleiner, aber auch "gekrümmt" ist, d.h. bogenförmig und ungleichf-örmig von der einen Stirnfläche des Kernes zu anderen, werden abhelfende Herstellungsschritte durchgeführt, um diese Zustände einer "strammen Bohrung" zu korrigieren. Einer der üblicheren "Nachbearbeitungs-" oder Hilfsschritte beinhaltet, daß die Bohrungen veigrößert und begradigt werden, wobei darauf geachtet werden muß, daß der Kern nicht dadurch zerstört wird, daß eine "Übergrößenbohrung" hergestellt wird. An dieser Stelle sei nochmals darauf hingewiesen, daß, wenn bei irgendeiner Inspektion eine " "Übergrößenbohrung"in einer lamellierten Baueinheit festgestellt wird, eine derartige Baueinheit zum Ausschuß kommt.
Anschließend werden in den Kernnuten die Wicklungen angeordnet.
Die Baueinheit kann dann weiter behandelt werden, beispielsweise durch Imprägnierung aller oder einem Teil der Windungen mit einem Isoliermaterial, das häufig als "Lack" bezeichnet wird. Die Baueinheit wird dann bei erhöhten' Temperaturen gebrannt, bis das Isoliermaterial ausgehärtet ist. Anschließend können die Statorbohrungen wieder bearbeitet werden, falls eine Inspektion anzeigt, daß seit der letzten vorangegangenen Bohrungsinspektion die Bohrung zu klein oder ungleichförmig geworden ist. Bei den oben angegebenen Bohrungsbearbeitungsoperationen besteht eine der üblicheren Praktiken darin, die Bohrungsoberflächen mit einem Rollenpolierwerkzeug des Typs zu polieren, wie er von der Gustaf Wiedeke Company of Dayton, Ohio, vertrieben wird.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß, auch wenn eine oder mehrere Inspektionen zufriedenstellende Bohrungszustände zeigen können, die Bohrungszustände sich während nachfolwender Statorbearbeitungsvorgänge verändern können. In der Tat ist jetzt beobachtet worden, daß die Bohrungen von vorher akzeptablen Statoren nach einer Lagerung im Warenlager von 2 Wochen oder weniger verbogen oder gekrümmt werden können.
Die Gründe für diese Veränderungen in den lamellierten Kernkonfigurationen sind noch nicht vollständig geklärt. Es würde jedoch höchst erstrebenswert sein, Mittel und Verfahren zu schaffen, die gekrümmte und nicht-konzentrische Bohrungszustände zuverlässig korrigieren, ohne daß teure Bearbeitungsvorgänge notwendig sind. Es wäre sogar noch wünschenswerter, Mittel und Verfahren zu schaffen, durch die feste bzw. stramme Bohrungszustände, beispielsweise gekrümmte und/oder nicht-konzentrische Bohrungen, zuverlässig und dauerhaft verhindert oder eliminiert werden könnten. Neben der Einsparung von Bearbeitungs- und Aussch,ußkosten würde eine Lösung für die vorstehend genannten Probleme auch die zeitraubenden und kostspieligen wiederholten Bohrungsinspektionen, die oben erläutert wurden, wünschenswert reduzieren, wenn nicht sogar eliminieren.
Es wäre demzufolge wünschenswert, ein neues und verbessertes Verfahren zu schaffen, das die Häufigkeit, wenn nicht sogar das Erfordernis überhaupt, der Inspektion und der Nachbearteitung von lamellierten Baueinheiten verkleinert. Die Größe der möglichen Einsparungen wird durch den Hinweis deutlich, daß bei der Herstellung von einigen Modellen von Motorstatoren ein Bohrungsbearbeitungsvorgang einmal oder mehrere Male bei 12 bis 50% der zusammengebauten Kerne nach>Zusammenbau des Lamellenstapels durchgeführt wurde.
Ein weiteres Problem, das bisher nicht zufriedenstellend gelöst worden ist, ist mit der Beibehaltung von gewünschten gleichförmigen und glatten Oberflächen entlang den begrenzten Nuteingängen einer lamellierten-Kerneinheit verbunden. Unebene Nuteingänge können beispielsweise durch Fehlausrichtung von einer Lamelle zur anderen in dem Stapel hervorgerufen werden. Wenn dieser Zustand besteht, wird die in den Kernnuten angerdnete Isolation auf den Wicklungen leichter beschädigt. Dies kann unabhängig davon passieren, ob die Wicklungen nun durch einen kanonenartigen Wickler oder durch eine die Spulenwindung entwickelnde und/ oder anordnende Vorrichtung angeordnet werden, wie es beispielsweise in den US-Patentschriften 3 510 939, 3 514 837, 3 522 650, 2 432 267 oder der deutschen Offenlegungsschrift -P 20 11 204.3 beschrieben ist. Somit wird klar, daß es wünschenwert sein würde, die oben genannten und andere Probleme zu lösen, die aus der folgenden Beschreibung deutlich werden.
Es ist deshalb eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes Verfahren zur Herstellung bzw. Einrichtung vorbestimmter Größenrelationen entlang gewählter Oberflächenabschnitte einer lamellierten Struktur zu schaffen.
Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung; ein neues und verbessertes Verfahren zur Herstellung gleichförmig konzentrischer Bohrungen in einer lamellierten Baueinheit zu schaffen und dadurch wiederholte Inspektionen und abhelfende Bearbeitungsverfahren zu reduzieren, wenn nicht sogar zu eliminieren.
Insbesondere sol-l auch ein neues und verbessert es Verfahren zur Bearbeitung einer lamellierten Baueinheit geschaffen werden,- wobei unt-erschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten angewendet werden, um gewünschte Größenrelationen in der Baueinheit festzulegen.
Erfindungsgemäß wird in einem Ausführungsbeispiel ein Verfahren zur Herstellung lamellierter Baueinheiten und zur Herstellung bzw. Festlegung vorgewählter Größenrelationen entlang gewählten Oberflächenabschnitten der Baueinheiten geschaffen. Ein bevorzugtes Verfahren beinhaltet in einem Ausführungsbeispiel, daß solche die Größenrelationen festlegenden Mittel (die hier der Kürze halber gelegentlich als "Dimensionierungsvorrichtung" bezeichnet werden ausgewählt werden, die einen Koeffizienten der thermischen Expansion und Kontraktion aufweisen, der von dem Koeffizienten der thermischen Expansion und Kontraktion desjenigen Materials unterschiedlich ist, aus dem die gewählten Oberflächenabschnitte hergestellt sind; die die Größenrelation festlegenden Mittel werden in der Nähe der vorgewählten Oberfläche der Baueinheit angeordnet; der thermische Zustand des gewählten Oberflächenmaterials und der die Größenrelation fest legenden Mittel wird von einem thermischen Ausgangszustand in einen zweiten thermischen Zustand verändert, indem Wärme relativ zu diesen übertragen wird; und dann werden das Oberflächenmaterial und das Tei in ihren thermischen Ausgangszustand zurückgebracht, indem Wäre relativ zu diesen übertragen wird und dadurch die vorgewählten Größenrelationen durch die unterschiedliche Expansion oder Kontraktion des gewählten Oberflächenmaterials und der die Größenrelation festlegenden Vorrichtung festgelegt werden.
Anschließend wird die die Größenrelation festlegende Vorrichtung von der lamellierten Baueinheit entfernt, wobei die Baueinheit die gewünschten vorgewählten Größenrelationen entlang ihren gewählten Oberflächenabschnitten aufweist.
Bei einem Anwendungsbeispiel kann die vorgewählte Oberfläche die die Bohrung umgrenzende Oberfläche eines Rotor- oder Statorkernes sein. In diesem Falle ist die die vorgewählte Größenrelation festlegende Vorrichtung ein im allgemeinen zylinderförmiger Stopfen und kann axial verlaufende Rippen zur Anordnung innerhalb der begrenzten Nuteingänge des Kernes aufweisen. Vorzugsweise sind die Abmessungsspielräume zwischen den Stöpfenoberflächen und der Bohrung des lamellierten Kernes (und, falls anwendbar, der Nuteingänge) so gewählt, daß der Stopfen mit der Hand sehr nahe an den gewählten Oberflächenabschnitten des Kernes angeordnet oder leicht gedrückt werden kann, wie beispielsweise mit einem einen weichen Kopf aufweisenden Hammer. Weiterhin wird der Stopfen vorteilhafterweise aus einem so ausgewählten Material hergestellt, daß er einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der genügend größer als derjenige des Kernes ist, so daß bei Erhitzung des Kernes und des Stopfens die für die Bohrungsoberflächen vorgewähltenGrößenrelationen ausgebildet werden.
In einem anderen Anwendungsbeispiel werden vorgewählte Größenrelationen entlang gewählter Oberflächenabschnitte von Wicklungen festgelegt. Ferner werden vorgewählte Größenrelationen auch entlang der Oberflächen von begrenzten Nuteingängen festgelegt. in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Erfindung sowohl wirkungsvoll als auch ökonomisch durchzuführen und hat sich bei der Herstellung der gewünschten Ergebnisse, wie sie vorstehend angegeben wurden, als durchweg zuverlässig erwiesen.
Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen verschiedener Ausführungsbeispielesnäher beschrieben.
Figuren 1 bis 5 zeigen schematisch Schritte, die bei der Durchführung der Erfindung in einem bevorzugten AusfGhrungsbeispiel ausgeführt werden können. Darin ist: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht von. einer lamellierten Statorbaueinheit und einem zylinderförmigen Stopfen, der gemäß einem Ausführungsbeisp'iel der Erfindung verwendet werden kann; Fig. 2 eine Ansicht von der Baueinheit und dem Stopfen gemäß Figur 1, wobei der Stopfen in der Bohrung der Baueinheit angeordnet ist; Fig. 3 eine schematische Darstellung der Kernbaueinheit und des Stopfens während der Änderung von einem thermischen Ausgangs- oder Umgebungszustand; Fig. 4 eine Ansicht der Kernbaueinheit und des Stopfens gemäß den Figuren 1 bis 3 während einer nachfolgenden Änderung des thermischen Zustandes, wie sie durch Kühlung des Stopfens und der Baueinheit nach der Herausnahme aus einem Ofen auftreten könnte; Fig. 5 eine Ansicht, die schematisch die Entfernung des Stopfens aus der Baueinheit darstellt, nachdem vorgewählte Größenrelationen entlang der Bohrungsflächen der Baueinheit festgelegt worden sind; Fig. 6 ist eine übertriebene und vergrößerte, etwas schematische Darstellung von einer Querschnittsansicht durch den Stopfen und den lamellierten Kern gemäß den Figuren 1 bis 5, wobei die ausgezogenen und gestrichelten Linien die verschiedenen Größenrelationen der Teile in verschiedenen thermischen Zuständen darstellen.
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht nach einem Schnitt entlang der Linie 7 - 7 in Figur 5.
Fig. 8 ist eine Kurvendarstellung des Durchmessers (in Zoll bzw.
x 2,54 cm) über der Temperatur (in OC) sowohl für Bohrungsdurchmesser der Baueinheiten als auch der Stopfen, die den in Figur 1 dargestellten im allgemeinen entsprechen.
Fig. 9 ist eine Ansicht, in der einige Teile weggelassen und andere Teile im Schnitt gezeigt sind, von-eineranderen lamellierten Baueinheit und einem anderen Stopfen, um die Beschreibung der Durchführung der Erfindung in einem anderen Ausführungsbeispiel zu erleichtern.
Fig.10 ist ein vergrößertes Segment von der in Fig, 9- gezeigten Struktur.
Fig.11 ist eine perspektivische Ansicht von dem in Figur 9 gezeigten Stopfen.
Fig.12. ist eine Schnittansicht nach einem Schnitt entlang der Linien 12 - 12 in Figur 10.
Fig.13 ist eine vergrößerte und übertriebene Ansicht, in der Teile entfernt und Teile aufgebrochen dargestellt sind, von Abschnitten der in Figur 12 gezeigten Struktur.
Fig.14 ist eine Ansicht, in der einige Teile aufgebrochen und andere Teile im Schnitt dargestellt sind, die die Durchführung der Erfindung noch in einem weiteren Ausführungsbeispiel darstellt.
Es werden nun die Zeichnungen im allgemeinen -und die Figuren 1 bis 8 im besonderen beschrieben. Eine lamellierte Baueinheit 20 weist einen Stapel 21 aus Komponenten auf, die als Magnetbieche 22 dargestellt sind. Diese Magnetbieche sind aus üblichem magnetischem Stahlblech des Typs gestanzt, der üblicherweise bei der Herstellung von Kernen dynamoelektrischer Maschinen verwendet wird, wie es allgemein bekannt ist. Die einzelnen Lamellen des in Figur 1 gezeigten Stapels werden sowohl durch Schweißraupen 23 an beabstandeten Stellen als auch durch eine zwischen den Lamellen angeordnete Schicht aus Klebematerial des Typs miteinander verbunden, der beispielsweise in den US-Patentschriften 3 490 143 und Re. 26 788 beschrieben ist.
Der Kern 20 weist weiterhin andere Komponenten in der Form von Wicklungen 24 auf, die in der Weise dargestellt sind, daß sie eine Hilfswicklung 26 und eine Haupt- oder Betriebswicklung 27 umfassen. Diese Wicklungen sind in Nuten 28 aufgenommen, die jeweils einen verengten Nuteingang 29 aufweisen. Ferner sind übliche Keile 31 gezeigt, die über den Nuteingängen liegen und die Nuten verschließen.
Aus der Figur 6 und dem Umriß eines lamellierten Kernes 32, der durch die mit der Bezugszahl 33 bezeichnet8 gestrichelt-doppeltpunktierte Linie dargestellt ist, wird deutlich, daß es für die Bohrung der Baueinheit wünschenswert ist, daß sie über der Länge des Blechstapels gleichförmig und konzentrisch ist. Ein übliches Verfahren zur Messung der Gleichförmigkeit und Konzentrizität einer Bohrung in einer Kernbaueinheit besteht darin, die Größenrelationen zu messen, die zwischen verschiedenen Punkten existieren, die in den die Bohrung umgrenzenden Oberflächen der Kernbaueinheit liegen.
In bezug auf die zentral angeordnete Achse 34 für den Kern 32 können somit üblicherweise angewendete industrielle Meßgeräte zu der Bestimmung benutzt werden, daß alle die Bohrung umgrenzenden Oberflächen des Kernes im gleichen Abstand zur Mittelachse angeordnet sind. Diese Messungen werden in einer Ebene senkrecht zur Achse 34 vorgenommen. Falls ein "unrunder" Bohrungszustand besteht, wird dies durch eine Variierung oder Veränderung der radialen Ausdehnung zwischen der zentralen Kernachse 34 und der die Bohrung bildenden Oberfläche angezeigt.
Wenn andererseits die Bohrung gekrümmt oder gebogen ist, wie es durch die Kernoberfläche 36 dargestellt ist, die in Figur 6 durch die ausgezogene Linie 37 gezeigt ist, wird dieser Zustand durch das Meßgerät angezeigt, wenn es sich an der Achse 34 des Kernes entlang bewegt und den radialen Abstand zwischen der Kernachse und der die Bohrung umgrenzenden Oberfläche des Kernes mißt.
Wenn beispielsweise ein krummer oder gebogener Kernzustand auftritt, würde das Meßgerät eine andere Radialmessung zwischen den Punkten A und B.'als zwischen den Punkten C und D anzeigen, die in Figur 6 eingezeichnet sind.
Wie einleitend bereits ausgeführt wurde, hat die Erfahrung jetzt gezeigt, daß die vorbestimmten Größenrelationen der Bohrungsoberflächen in einer Kernbaueinheit Veränderungen durchlaufen können während der verschiedenen Bearbeitungsverfahren. Dies kann selbst während der Lagerung geschehen, nachdem alle Bearbeitungsverfahren abgeschlossen worden sind. Das Querschnittsbild einer akzeptablen Bohrung würde im wesentlichen so sein, wie es in Figur 6 durch die strichpunktierte Umrißlinie 33 angegeben ist. Ein nicht akzeptabler krumme oder gewölbter Bohrungszustand ist durch die ausgezogene Umrißlinie 37 angegeben und dieser wird im allgemeinen einfach als ein "strammer Bohrungs-" zustand bezeichnet, da die minimale radiale Ausdehnung der Bohrung (in Figur 6 zwischen den Punkten C und D) gewöhnlich kleiner ist als ein nominelles Minimum, das für die Kernbaueinheit spezifiziert ist.
Bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung Werden wünschenswerte vorgewählte Größenrelationen entlang den die Bohrung umgrenzenden Oberflächen einer lamellierten Baueinheit festgelegt, und überraschenderweise erweisen sich diese vorgewählten Relationen anschließend als stabil, wenn sie einmal gemäß den hier gegebenen Lehren festgelegt sind.
Es wird nun wieder auf Figur 1 eingegangen. Ein Ausführungsbeispiel der die Größenrelationen festlegenden Vorrichtung ist als ein im allgemeinen zylinderförmiger Stopfen 38 dargestellt. Der Stopfen 38 ist aus einem so ausgewählten Material hergestellt, daß er geeignete ilärteeigenschaften und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten einer vorher gewählten allgemeinen Größe hat. In bezug auf die Ilärteeigenschaften ist es vorteilhaft, daß das für den Stopfen 38 verwendete Material genügend hart ist, damit eine tägliche Verwendung des Stopfens bei Bearbeitungsoperationen gestattet ist, ohne daß die Stopfenoberfläche 39 so abgenutzt wird, daß sie bei der Ausführung der Erfindung nicht länger verwendbar ist. Ein geeignetes Material, das verwendet worden ist, ist ein übliches mechanisches Aluminiumrohr, das von der ALCOA unter der Materialnummer 6061-T6 vertrieben wird.
Die veröffentlichten Spezifikationen für diese spezielle Rohrart zeigt, daß es etwa 0,2fix Kupfer, 0,6% Silizium, 1,0% Magnesium, 0,20% Chrom und den Rest Aluminium und normale Verunreinigungen enthält.
In einem speziellen Ausführungsbeispiel zur Verwendung mit Kernen, die einen Bohrungsdurchmesser von 79,3877 mm + 0,0508 mm (3,125 + 0,0020 Zoll) aufweisen, wurde ein Rohr mit einem Außendurchmesser von 82,55 mm (3 1/4 Zoll) und einer Wanddicke von 9,525 mm (3/8 Zoll) verwendet, dessen Enddurchmesser 79,3115 mm + 0,0127 mm (3,1225 + 0,0005 Zoll) betrug. Diese Stopfen waren zufriedenstellend, wenn sie auf den Enddurchmesser und auch wenn sie auf 79,2607 t 0,0127 mm (3,1205 + 0,0005 Zoll) gedreht waren und dann zur Ausbildung eines harten Überzuges anodisiert wurden, um eine gehärtete Oberfläche mit dem erwähnten Enddurchmesser zu schaffen.
Wie bereits ausgeführt wurde, sollte das Material, aus dem der Stopfen 38 hergestellt ist, einen solchen Koeffizienten der thermischen Expansion und Kontraktion haben, wenn er mit der Baueinheit 20 in der zu beschreibenden Weise verwendet wird, daß sich beim Erhitzen des Stopfens 38 und der Baueinheit 20 auf eine vorgewählte, erhöhte Temperatur der Stopfen fest gegen die die Bohrung umgrenzende Oberfläche oder Oberflächen der-Baueinhait ausdehnt. Wenn die Raumtemperatur etwa 2500 beträgt, beläuft sich die vorgewählte erhöhte Temperatur vorzugsweise auf etwa 160°C, was für die vorstehend genannten Abmessungen und Toleranzen des Stopfens und der Baueinheit gilt. Unter diesen Umständen beträgt der thermische Ausdehnungskoeffizient des Stopfens 38 vorzugsweise wenigstens etwa das 1,5-fache desjenigen der Materials, aus dem/lamellierte Kern hergestellt ist.
Wenn eine Betriebsfolge zu verfolgen ist, in der der Stopfen und die Baueinheit bis unter die Raumumgebungstemperaturen abgekühlt werden müssen (oder wenn ein Außendurchmesser oder eine andere Umfangsfläche durch einen Ring oder ein anderes geeignet geformtes Dimensionierungsmittel so bemessen und geformt sein muß ), würde das Material für den Stopfen 38 selbstverständlich so ausgewählt werden, daß es einen kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Kernmaterial besitzt.
Das Aluminiummaterial, aus dem der dargestellte Stopfen 38 hergestellt wurde, hatte einen thermischen Koeffizienten der Expansion und Kontraktion von etwa 0,224 . 10 4 cm pro cm pro -4 (0,224.10 4 Zoll/Zoll/°C) und derjenige des Stahlkernes betrug etwa 0,114 10 4 4, Zusätzlich wurde gefunden, daß für lamellierte Stahlkerne praktisch jedes Nichteisenmetall mit geeigneten Oberflächenhärteeigenschaften in dem Stopfen 38 verwendet werden kann. Tatsächlich würden sogar einige Eisenbasis-Legierungen einschließlich rostfreier Stähle zur Herstellung des Stopfens 38 verwendbar sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Durchführung der vorliegenden -Erfindungwird der Stopfen 38 manue-ll in die Bohrung 39 der Baueinheit 20 unter Raumbedingungen eingesetzt, wobei zu bemerken ist, daß die exakte Raumtemperatur nicht kritisch ist. Dann wird der thermische Zustand der Baueinheit 20 und des Stopfens 38 von dem thermischen Ausgangszustand in einen zweiten vorgewählten thermischen Zustand umgewandelt, indem dem Stopfen und der Vorrichtung Wärme zugeführt und die Temperatur sowohl der Baueinheit als auch des Stopfens erhöht wird. Wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, ist die äußere Oberfläche 39 des Stopfens während des thermischen Anfangszustandes genau dimensioniert, gleichförmig konzentrisch und sie liegt in großer Nähe zu den die Bohrung umgrenzenden Oberflächen der Baueinheit 20.
Während der Erhitzung auf etwa 160° C dehnt sich dann der Stopfen 38 schneller aus als die Bohrung der Baueinheit 20 und der Stopfen drückt die die Bohrung umschließenden Oberflächen der Baueinheit in der Weise, daß sie in Größe und Form mit der äußeren Oberfläche des Stopfens übereinstimmen. Anschließend, bei der Abfuhr von Wärme aus dem Stopfen und der Baueinheit, wobei die Teile beispielsweise gekühlt werden, schrumpfen sowohl der Stopfen als auch die Baueinheit, bis die thermischen Zustände des Stopfens und der Baueinheit in ihre Ausgangszustände zurückgekehrt sind. Da sich der Stopfen schneller zusammenzieht als die Baueinheit, kann der Stopfen 38 von Hand aus der Bohrung der Baueinheit herausgenommen werden. Zu dieser Zeit weist die Bohrung des Kernes die vorgewählten Größenrelationen auf, die durch die Oberflächenkonfiguration des Stopfens bestimmt worden sind.
Ein Ofen, wie er in Figur 3 bei 40 dargestellt ist, kann zur Wärmeübertragung verwendet werden. Diese Wärmeübertragung auf den Stopfen und die Baueinheit ist durch das Symbol Q dargestellt.
Eine Luftkühlung des Stopfens und der Baueinheit, wie es in Figur 4 dargestellt ist, ist zulässig, um die Wärme von dem Stopfen und der Baueinheit abzuziehen. Diese Wärmeabfuhr ist wiederum durch das Symbol Q dargestellt. Die Herausnahme des Stopfens 38 aus der gerichteten und gleichförmig konzentrischen Bohrung der Baueinheit 20 ist in Figur 5 gezeigt.
Es wird nun der Arbeitsablauf des eben beschriebenen Verfahrens anhand der Figuren 6 und 8 analysiert. Es wird jedoch nochmals betont, daß die Darstellung in Figur 6 zu Beschreibungszwecken übertrieben worden ist.
In Figur 6 bezeichnet die ausgezogene Umrißlinie des Stopfens 38, der durch die ausgezogene Linie 41 dargestellt ist, die Oberflächenkonfiguration des Stopfens 38 während eines thermischen Anfangs- oder Ausgangszustandes sowohl vor als auch nach Abschluß' der vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte. Die Kernstruktur 32 jedoch hat während eines thermischen Anfangs- oder Ausgangszustandes eine Anfangskonfiguration, wie sie durch die ausgezogene Linie 37 dargestellt ist. Die strichpunktierte Linie 43 stellt die äußere Oberfläche des Kernes dar, während dieser sich auf der erhöhten Temperatur befindet, und die strichpunktierte Linie 44 gibt sowohl die äußere Oberfläche des Stopfens 38 als auch die Bohrungsoberfläche des Kernes 32 an, während diese auf der erhöhten Temperatur gehalten werden. Die Form und die vorgewählten Größenrelationen der Bohrungsoberflächen des Kernes 32, nachdem der Kern in seinen thermischen Anfangszustand zurückgekehrt ist, sind durch die unterbrochene Umrißlinie 46 dargestellt, Die Endform der Baueinheit 20 ist deutlicher in Figur 7 dargestellt.
Unter nochmaliger Bezugnahme auf Figur 6 wird darauf hingewiesen, daß der Luftspalt 47 (der bei einer tatsächlichen Ausführung für den speziellen gezeigten Kern und den Stopfen maximal nur etwa 0,14 mm (0,00 Zoll) beträgt) zwischen dem Außendurchmesser des Stopfens 38 und den die Bohrung umgrenzenden Oberflächen des Kernes 32 abnimmt und verschwindet, wenn der Stopfen und die Kernbaueinheit eine Änderung von einem thermischen Anfangszustand zu dem zweiten vorgewählten thermischen Zustand durchlaufen. Während der Expansion des Stopfens und des Kernes greift der Stopfen zunächst an den Oberflächenbereichen 48 des Kernes an; Dann werden bei fortgesetzter Ausdehnung des Stopfens mit einer größeren Geschwindigkeit als derjenigen, mit der sich dcr Kern ausdehnt, die die Innenbohrung umgrenzenden Oberflächen des Kernes gleichförmig von dem Stopfen ergriffen, wie es durch die strichpunktierte Umrißlinie 44 angegeben ist.
Bezüglich der Gründe, warum die gewünschten vorgewählten Größenrelationen während des oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet werden, wird zur Zeit angenommen, daß zurückgebliebenen interlaminaren Beanspruchungen, die vorher in dem Kern 32 aufgrund der Bearbeitungsverfahren und -schritte entwickelt worden sind, wozu die Bildung der Schweißraupen 23 und die Anordnung der Windungen in den Kernnuten gehört, während der vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte irgendwie entgegengewirkt wird.
Figur 8 zeigt graphisch die unterschiedliche Expansion und Kontraktion des Stopfens 38 und der Innenbohrung der Baueinheit 20 während der Ausführung des Verfahrens, das in Verbindung mit den Figuren 1 bis 7 beschrieben wurde. In Figur 8 stellen die Kurven 51 und 52 bei verschiedenen Temperaturen den Durchmesser des Kernes 32 mit einer nominellen Ausdehnung von 79,3750 mm (3,1250 Zoll) dar. Die Kurve 51 stellt in diesem Falle eine maximale nominelle Bohrungsgröße von 79,4385 mm (3,1275 Zoll) bei Raumtemperatur von etwa 25° C dar, während die Kurve 52 einen minimalen nominellen Durchmesser von etwa 79,3369 mm (3,1235 Zoll) bei etwa 250C angibt. Die Kurve 53 andererseits stellt den nominellen Außendurchmesser des Stopfens 38 dar, der, wie es bereits beschrieben wurde, etwa 79,3115 + 0,0127 mm (3,1225 + 0,0005 Zoll) bei etwa 250C beträgt. Aus Figur 8 wird deutlich, daß bei Umgebungsbedingungen von etwa 400C (etwa 105 OF) oder mehr die Stopfen 38 einen kleineren Durchmesser haben als die Bohrung des Kernes 32 und von Hand in die Bohrung eingesetzt werden können. Während der Erhitzung des Kernes und des Stopfens dehnt sich dann ein nominell bemessener Stopfen gegen die Bohrungsoberfläche eines Kernes mit minimaler Größe bei etwa 52 0C aus. Das gleiche gilt für die Bohrungsoberfläche eines Kernes maximaler Größe bei etwa 152 oC. Indem somit die Temperaturen des Stopfens 38 und des Kernes 32 auf eine Temperatur oberhalb 1520C erhöht werden, richtet und formt der Stopfen die die Bohrung bildenden Oberflächen selbst von maximal bemessenen Kernen.
Während des Erhitzens, das zweckmäßigerweise während der Aushärtung eines Lackes oder eines Epoxidmaterials durchgeführt werdenkann, nachdem der Lack oder das Epoxidmaterial auf alle oder einen Teil der Windungen und/oder die lamellierte Struktur aufgetragen worden ist, liegen die Oberflächen des expandierenden Stopfens 38 gegen die die Bohrung ungBbenden Oberflächen der Baueinheit 20 an. Die unterschiedliche Ausdehnung des Stopfens und der Baueinheit führt dazu, daß die Bohrung der Baueinheit 20 in der Größe und Form mit dem verwendeten Werkzeug, wie z.B, dem Stopfen 38, übereinstimmt. Wenn dann der Stopfen und die Baueinheit in ihre thermischen Ausgangszustände zurückgeführt werden, indem sie auf Raumumgebungsbedingungen abgekühlt werden, kehrt der Außendurchmesser des Stopfens in seine nominelle Ausdehnung zurück.
Das Verfahren in seiner bevorzugten Form ist vorteilhaft zum Richten und somit, in der Wirkung, zur Reparatur ansonsten nicht akzeptabler Statorkerne und um weiterhin zu verhindern, daß vorher akzeptable lamellierte Baueinheiten während einer Endbehandlung oder eines Bearbeitungsvorganges beschädigt werden.
Wenn beispielsweise die Wicklungen 24 einem abschließenden Lacktauch- und Aushärtzyklus unterworfen werden, ist es ökonomisch, von Bohrungsbearbeitungs- und Inspektionsschritten vor der endgültigen Tauchbehandlung abzusehen, und dann unmittelbar nach der Lackaufbringung den Stopfen 38 in die Bohrung der Baueinheit 20 einzusetzen und die Aushärtung bei der erhöhten Temperatur für den bestimmten verwendeten Lack oder das lackartige Material folgen zu lassen. Da bei den üblichsten Materialien für die Wicklungsbehandlung die Aushärtung bei- Temperaturen von, 1650C oder mehr erfolgt, sollte kein Problem bestehen, um sicherzustellen, daß der Stopfen 38 für dem Kern 32 ähnliche Kerne alle strammen Bohrungszustände entspannt.
Die Anordnung des Stopfens in dem Kern erfordert keinerlei Mehrarbeit als der bisher angewendete Endinspektionsschritt, der nunmehr unter anderem eliminiert werden kann Die folgende Tabelle I stellt die verbesserten und überraschenden Ergebnisse dar, die durch Ausführung der vorliegenden Erfindung erhalten worden sind.
Zur erstellung der Vergleichsprüfung, aus der die Ergebnisse in Tabelle I entnommen wurden, wurden sieben verschiedene Modelle von bewickelten, lamellierten Baueinheiten, Modelle F-L, betrachtet. Proben von entweder 40 oder R0 von jedem der Modelle wurden gemäß dem vorstehend als Beispiel beschriebenen Verfahren bearbeitet, wogegen das bekannte Verfahren nur mit den Modellen A bis E angewendet wurde.
Von den Modellen F-L wurden einige mit dem LECTON-Material von E.I. Du Pont de Nemours and Co. getränkt, während andere mit Epoxidmaterial getränkt wurden. Zusätzlich wurden einige der Modelle an den Wickelköpfen mit Lack behandelt, während andere "vollständig getaucht" waren. Nach der Aushärtung (beispielsweise durch Brennen) des LECTON-Materials und des Epoxidmaterials in diesen Versuchseinheiten bei einer Temperatur von etwa 1600C oder mehr für etwa eine Stunde für die mit LECTON-Material behandelten Baueinheiten und etwa 5 Stunden für die mit Epoxid-Material behandelten Baueinheiten wurden alle Einheiten untersucht, um den Bohrungszustand der Baueinheiten zu bestimmen und um ferner zu bestimmen, ob die Strukturen als Ausschuß ausscheiden sollten wegen eines strammen Bohrungszustandes (TB), da die Bohrung einen freien Zutritt eines Stopfens mit einem Durchmesser von 79,3369 mm (3,31235 Zoll) nicht über die volle Bohrungslänge zulassen würde, oder wegen eines zu großen Bohrungszustandes (OSB), da die Bohrung einen Stopfen mit einem Durchmesser von 79,4385 mm (3,1275 Zoll) zulassen würde.
In Tabelle I sind die Gesamtzahl von jedem Modell, die nach den folgenden konventionellen Herstellungsverfahren behandelt sind, und das als Beispiel angegebene erfindungsgemäße Verfahren zusammengestellt. Ferner ist die Gesamtzahl der Kerne eingetragen, die nach Abschluß von jedem Verfahren (und der Prozentsatz Ausschuß) wegen der strammen (TB) oder der übergroßen (OSB) Bohrungszustände als Ausschuß ausgeschieden wurden.

TABELLE 1

bekanntes Verfahren Erfindungsgemäßes Verfahren

Ausschuß Ausschuß

Modell gesamt Anzahl (TB) % unzahl (TB) % (OSB) %

F 590 510 64 12,5 SO O 0 1 1X25

G 934 854 167 19,5 80 1 1X25 10 13,75

H 608 528 3F4 6710 80 0 0 0 0

1 669 629 99 15,7 40 0 0 7 17Z5

J 920 840 329 39,3 80 0 0 0 0

K 40 40 0 0 0 0

L 40 40 0 0 0 0

Gesamt: 3361 1013 30}2 440 1 0,23 18 4,3

Zur weiteren Erläuterung der Ergebnisse in Tabelle I wurden alle untersuchten Kerne inspiziert hinsichtlich strammer und übergroßer Bohrungszustände vor der Lackbehandlung; es wurde aber keine Sortierung hinsichtlich des Bohrungszustandes vorgenommen.

Weiterhin hatten alle Baueinheiten, die anschließend wegen übergroßer Bohrungszustände ausgeschieden wurden, übergroße Bohrungen vor der Aufbringung von Lack. Somit hatte nicht die Ausführung des als Beispiel erläuterten Verfahrens die Wirkung, daß irgendeine Baueinheit zu groß wurde. Ferner zeigte die Inspektion der einzelnen Baueinheit, die wegen eines strammen Bohrungszustandes nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeschieden wurde, daß eine oder mehrere der Schweißnähte 23 in dieser Baueinheit offensichtlich gebrochen und dann vor der Aufbringung von Lack ausgebessert bzw. geheilt war.
Somit wird deutlich, daß, wenn nur diejenigen Baueinheiten betrachtet werden, die wegen strammer Bohrungszustände ausgeschieden wurden, das als Beispiel erläuterte erfindungsgemäße Verfahren dazu führt, daß nur ein einziger Kern (0,23 % der Gesamtzahl) ausgeschieden wurde, wogegen mit der Befolgung des konventionellen Verfahrens eine Ausschußrate von über 30% verbunden war. Als ein zusätzlicher Informationspunkt sei gesagt, daß für diejenigen Modelle, bei denen Epoxidmaterial verwendet wurde, ein leichter Film aus Silikonfett auf die Stopfen 38 aufgebracht wurde, um sicherzustellen, daß die Stopfen nicht an den die Bohrung bildenden Oberflächen der behandelten Baueinheiten anhaften.
Auf der Grundlage der oben beschriebenen Prüfungen wurde festgestellt, daß bei Befolgung des als Beispiel erläuterten erfindungsgemäßen Verfahrens die Bohrung einer Struktur, wie z.B. der Struktur 20, mit einem nominellen Bohrungsdurchmesser von 79,3877 mm (3,12 Zoll) dazu neigt, bis zu 0,01778 mm (0,0007 Zoll) zu schrumpfen (bei einer Erhitzung auf etwa 16O0C und einer anschliessenden Abkühlung auf Raumtemperatur). Weiterhin wird auch die Unrundheit derartiger Bohrungen auf etwa 0,02286 mm (0,0009 Zoll) reduziert, nachdem sie in dieser Weise erhitzt und abgekühlt worden sind. Mit anderen Worten hat eine "unrunde" Bohrung die Neigung, weniger unrund zu werden. Weiterhin richtet und glättet bzw. schlichtet das erfindungsgemäße Verfahren die Bohrungen der Strukturen tatsächlich auf die spezifizierten Bearbeitungstoleranzen.
Um die überraschenden Ergebnisse noch zu verstärken, die durch Verwendung der vorliegenden Erfindung erzielbar sind, und um einen Hinweis auf den Erfolg zu geben, der zu erwarten sein würde, wenn die Erfindung kommerziell ausgeführt wird, werden die Ergebnisse in der folgenden Tabelle II gegeben.
Die Ergebnisse der Tabelle II sind aus Aufzeichnungen von bekannten kommerziellen Herstellungserfahrungen für verschiedene Modelle oder Typen von Motoren und aus Informationen entnommen worden, die zum Zwecke der Auswertung des Wertes des hier als Beispiel beschriebenen Verfahrens gesammelt wurden.
In der folgenden Tabelle wurden die bewickelten Statorkerne Type M besonders für einphasige Leistungseinspeisungen angepaßt, wo der Stator durch Preßpassung in ein Gehäuse eingebaut wird.
Die bewickelten Kerne Type N waren verbundene Kerne und insbesondere für eine Befestigung des Kernes durch Bolzen angepaßt; dagegen waren bei den bewickelten Kernen Type O die Wicklungen von Hand eingebracht und sie waren besonders für dreiphasige Leistungseinspeisungen angepaßt, Wie im Falle der Ergebnisse in Tabelle I entspricht das in Tabelle II bezeichnete Verfahrensbeispiel dem bevorzugten Verfahren, das in den Figuren 1 bis 7 und der zugehörigen Beschreibung angegeben ist.
Wo Ergebnisse für irgendeinen gegebenen Typ einer Baueinheit von mehr als einem Herstellungs- oder Versuchsdurchlauf verfügbar waren, wurden jeder Durchlauf bzw. Versuch und die Ergebnisse dafür getrennt dargestellt. Die Ergebnisse selbst geben den Prozentsatz von Baueinheiten an, der wegen "strammer Bohrungen" (TB) bei einer Endinspektionsstation als Ausschuß ausgeschieden wurden und deren Bohrungen erneut bearbeitet oder auf andere Weise "nachbearbeitet" werden mußten.
TABELLE II

Modell bekanntes Verfahren erfindungsgemäßes Verfahren

Versuch % Ausschuß % Ausschuß

M 1 26 0226

2 48 0136

3 42

N 1 13,5 O;11

OO 1 62 1,57

Aus den in der vorstehenden Tabelle II dargestellten Ergebnisse sen geht klar hervor, daß aus der Anwendung der Erfindung signifikante Verbesserungen inner Produktqualität und desgleichen signifikante Verkleinerungen in den Produktausschußraten resultieren. Genauer gesagt, wird durch die Ergebnisse der Tabelle II die Ausschußrate um mehr als 2 Größenordnungen gesenkt.
Die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sollten nunmehr völlig klar sein. Es ist nun möglich, verbesserte lamellierte Baueinheiten durch ein praktisches Verfahren herzustellen, das besonders zur Verwendung bei der Massenproduktion geeignet ist.
Das bevorzugte Verfahren, wie es vorstehend beschrieben wurde, kann sowohl bei der Herstellung von Stator- als auch von Rotorkernen für dynamoelektrische Maschinen mit Vorteil angewendet werden.
Es werden nun die Figuren 9 bis 13 beschrieben. In Figur 10 ist der Klarheit halber eine vergrößerte Schnittansicht der in Figur 9 gezeigten Struktur dargestellt. Die Materialien, aus denen die lamellierte Baueinheit 50 und der Stopfen 55 hergestellt sind, würden die gleichen sein, wie sie bereits in Verbindung mit dem Stopfen 38 und der Baueinheit 20 beschrieben wurden. Ein Verfahren in der nun zu beschreibenden Form ist von besonderem Vorteil zur Herstellung einer gleichförmig konzentrischen Bohrung in der Baueinheit 50 und weiterhin zur Herstellung gleichförmiger und glatter verengter Nuteingänge 53, durch die Komponenten, wie z.B. isolierte Windungen, während des Zusammenbaus mit dem lamellierten Kern 4 hindurchgeschoben werden können.
Wenn konventionelle Verfahren angewendet werden, können die veengten Eingänge 53 eines lamellierten Kernes rauhe und/oder unregelmäßige Oberflächen haben, die die Isolation (wie z.B. Magnetdrahtlack oder Emaille) auf den Windungen beschädigen können, die durch die Eingänge hindurch eingesetzt werden.
Figur 12 zeigt einen der Gründe für derartige Unregelmäßigkeiten. In Figur 12 ist dargestellt, daß die Lamellen bzw. Bleche 54, f;G, 57, 58 eine leichte Fehlausrichtung gegenüber den übrigen Lamellen bzw. Blechen 59 aufweisen, so daß die begrenzten Nuteingänge 53, 61 (wenn es stark vergrößert ist) eine Oberfläche haben, die als eine Sägezahnfläche bezeichnet werden könnte.
durch Es wird deutlich, daßd ie fehlausgerichteten Lamellen 54, 56 die Isolation auf den sich ihnen gegenüber verschiebenden Windungen abgemeißelt und abgeschnitten werden kann.
Um dieses Problem zu lösen, werden die Lamellen 54 etc. ausgerichtet oder geebnet in bezug auf die übrigen Lamellen 59. Neben der Entfernung der Verengungen>die durch eine Lamelle wie die Lamelle 54 hervorgerufen werden, können bei Durchführung des nun zu beschreibenden Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Verfahrens auch die Oberflächenunregelmäßigkeiten am verengten Nuteingang beseitigt werden, die durch Grate auf einzelnen Blechstanzungen verursacht werden.
Wenn der Stopfen {5ei in der nun zu beschreibenden Weise verwendet wird, sind die auf dem Stopfen gebildeten Verlängerungen oder Rippen 63 sehr nahe zwischen benachbarten Spitzen der Blechzähne in den verengten Nuteingängen der Baueinheit 0 angeordnet.
Wenn dann die thermischen Zustände der Baueinheit 50 und des Stopfens 55 verändert werden, dehnt sich der Stopfen (einschließ" lich der Rippen 63) .lus und bildet eine gleichförmig konzentrische Bohrung und desgleichen gleichförmige und glatte verengte Nuteingangsoberflächen, die die gewünschten Größenrelationen aufweisen. Nach Abkühlung können der Stopfen 55 und die Baueinheit 50 anschließend in der gleichen Weise getrennt werden, wie der Stopfen 38 von der Baueinheit 20.
Figur 13 ist eine vergrößerte, etwas übertriebene Darstellung von einem Abschnitt der in Figur 12 gezeigten Struktur. Diese Figur hat den Zweck, die Sägezahnoberflächen eines verengten Nuteinganges zu zeigen, die selbst dann vorhanden sind, wenn die falsch ausgerichteten Bleche fehlen, wie z.B. die in Figur 12 gezeigten Bleche =i4, .56, 7, .FR.
Bei der Bildung der Lamellen bzw. Bleche 59, wie sie in Figur 13 gezeigt sind, werden die Lamellen aus einem Blech oder einem Band aus Stahl gepreßt oder gestanzt. Danach sehen die den verengten Eingang bildenden Abschnitte der Lamellenzähne etwa so aus, wie es in Figur 13 gezeigt ist. Es wird angenommen, daß die streifig aussehenden Oberflächen Ps1 der Lamellen aufgrund der Scherung des Lamellenmaterials gebildet wird, wogegen die punktiert aussehenden Oberflächen 82 als eine Folge des Reißens oder Brechens des Materials gebildet werden. Nach der Ausbildung haben die Lamellen Grate entlang ihren Unterkanten, wie es bei 83 gezeigt ist. Die Randabschnitte 84 der Lamellen sind ebenfalls deformiert und leicht gebogen, wie es in Figur 13 gezeigt ist.
Wenn sie ausgerichtet und in der dargestellten Weise aufgestapelt sind, bilden die Enden der Lamellen, wie es in Figur 13 gezeigt ist, einen sägezahnartigen Verlauf, der aus den Zähnen 86 und den Senken bzw. Tälern 87 gebildet wird.
Wenn nun die Rippen 63 gegen die dargestellten Zähne 86 gedrückt werden, haben wenigstens die Spitzen der Zähne die Neigung, in Richtung auf die Senken bzw. Täler 87 abgeflacht und deformiert zu werden. Somit sind die verengten Eingangsoberflächen eines Kernes, der aus Lamellen wie den in Figur 13 gezeigten aufgebaut ist, wünschenswerter geformt, wenn das in Verbindung mit den Figuren 9 bis 13 beschriebene Verfahren angewendet wird.
Der Vollständigkeit halber sei auch bemerkt, daß für die Baueinheit 20 die Lamellenstapelhöhe 12,5 cm (5 Zoll) und der Auß,endurchmesser des Kernes etwa 16 cm ( 6 1/4 Zoll) betrug. Weiterhin betrug die Breite der Nutöffnungen oder verengten Eingänge von jeder Lamelle etwa 2,Ei4 mm (0,100 Zoll), obwohl nach dem Zusammenbau des Kernes diese Ausdehnung bezeichnenderweise etwa 2,21 mm (0,087 Zoll) betrug. Es wird angenommen, daß die Gründe für diese Verkleinerung der Nutöffnung aufgrund der Bedingungen auftrat, wie sie gerade in Verbindung mit den Figuren 12 und 13 beschrieben wurden.
Zur näheren Erläuterung sei bemerkt, daß die aus früheren Versuchen gesammelten Ergebnisse zeigen, daß der prozentuale Anteil der als Ausschuß ausgeschiedenen oder nachbearbeiteten Baueinheiten wegen strammer Bohrungszustände mit zunehmenden Stapelhöhen anzusteigen scheint. Wenn beispielsweise die Nacharbeitungsrate zur Herstellung von Kernen mit einer Stapelhöhe von 6,8 cm (2 3/4 Zoll) etwa 10 bis 12% betrug, würde die Nacharbeitungsrate für Kerne mit Stapelhöhen von 10 cm (4 Zoll) etwa 3 bis 40% sein. Demzufolge wird deutlich, daß die Durchführung der beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung von besonderem Vorteil sind für Kerne mit relativ langer Stapelhöhe, beispielsweise für Kerne mit Stapelhöhen oder -längen von 7,5 cm (3 Zoll) und mehr.
Figur 14 zeigt die Durchführung der Erfindung in noch einem weiteren Ausführungsbeispiel, wie es zur Herstellung vorgewählter Größenrelationen der die Bohrung bildenden Oberflächen der lamellierten Baueinheit 70 und auch derartiger Relationen für die Wickelköpfe 71 der Wicklung 72 verwendet werden kann, die auf dem Kern 73 gehalten ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 14 dehnt sich der Stopfen 74 während der Erhitzung in einem größeren Umfange aus als sowohl der Stahlkern 73 als auch die Kupferwindungen 72. Somit haben die Wickelkopfabschnitte 71 der Wicklung vorgewählte Größenrelationen, die durch die verlängerten Abschnitte 76 des Stopfens 74 bestimmt sind.
In der vorstehenden Beschreibung wurde auf fertige Baueinheiten Bezug genommen, wie beispielsweise Magnetkerne, in denen benachbarte Lamellen bzw. Bleche in einer gestapelten Lage dadurchmechanische Befestigungsmittel zusammengehalten sind, wie z.B.
Schweißnähte oder Keile oder Kombinationen von diesen. Weiterhin wurde Bezug genommen auf bearbeitete Kernbaueinheiten, in denen ein gehärtetes wärmeempfindliches Klebematerial (wie z,B.
ein wärmeaushärtbarer Acryl- oder Epoxidharzlack) verwendet wurde, um benachbarte Lamellen bzw. Bleche in einem Stapel und/oder Gruppen von Windungen auf dem Kern miteinander zu verbinden bzw.
zu verkleben.
Es wird nun deutlich, daß die Durchführung der Erfindung in ihren bevorzugten Ausführungsbeispielen besonders nützlich ist bei der Herstellung von Baueinheiten, in denen wärmeaushärtbares Klebematerial verwendet ist, wobei es nicht entscheidend ist, ob die gerade beschriebenen mechanischen Befestigungsmittel für den Stapel bzw. den Schichtkörper ebenfalls angewendet werden oder nicht. Wenn wärmeaushärtbare Klebematerialien verwendet werden, kann die Beaufschlagung mit Wärme zur Aushärtung des Klebematerials auch zur unterschiedlichen Ausdehnung eines Stopfens oder anderer die Größenrelation festlegenden -Mittel verwendet werden.
Da weiterhin die gewünschten Größenrelationen entlang gewählten Abschnitten einer Baueinheit erzielt werden, hilft die gleichzeitige oder nachfolgende Aushärtung des wärmeempfindlichen Materials dabei, die Bauteile der Baueinheit in den gewünschten relativen Lagen zusammenzuhalten.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Verfahren zur Herstellung einer Baueinheit, die sich aus einer Vielzahl von Komponenten zusammensetzt, wobei vorgewählte Größenrelationen zwischen gewählten Oberflächenabschnitten der Baueinheit festgelegt werden, die von einem Material mit einem vorbestimmten ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die die Größenrelationen festlegende Vorrichtung (38; ; 74), die eine vorgewählte physikalische Konfiguration in einem ersten thermischen Zustand aufweist und aus einem derart ausgewählten Material gebildet ist, daß sie einen zweiten vom ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, sehr nahe an den gewählten Oberflächenabschnitten der Baueinheit (20; 50; 70) angeordnet werden, so lange sich das die gewählten Oberflächenabschnitte bildende Material und die die Größenrelation fest legende Vorrichtung in einem ersten thermischen Zustand befinden, Wärme relativ zur Vorrichtung und dem die Oberflächenabschnitte bildenden Material übertragen und der thermische Zustand des Materials und der Vorrichtung verändert wird, so daß eine erste Größenänderung in der Vorrichtung und dem Material herbeigeführt wird und die gewählten Oberflächen in Übereinstimmung mit der Konfiguration des nächstgelegenen Teiles der Vorrichtung gedrückt werden,anschließend Wärme relativ zur Vorrichtung und dem die gewählten Oberflächenabschnitte bildenden Material übertragen wird, derart, daß eine zweite Größenänderung in dem Material und der Vorrichtung herbeigeführt und dadurch die Vorrichtung in den ersten thermischen Zustand und ihre vorgewählte physikalische Konfiguration zurückgebracht wird und die vorgewählten Größenrelationen zwischen den gewählten Oberflächenabschnitten der Baueinheit festgelegt werden, und die Vorrichtung und dte Baueinheit voneinander getrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die zahlreichen Komponenten eine Wicklung (24) umfaSSen und die Vorrichtung (38) einen Stopfen umfaßt, der eine Verlängerung zur Anordnung nahe an wenigstens einem Teil der Wicklung aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß bei der Übertragung von Wärme in einer ersten Richtung Wärme auf die Vorrichtung und das die gewählten Oberflächenabschnitte der Baueinheit bildende Material übertragen und dadurch die Temperatur der Vorrichtung und des Materials erhöht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die zahlreichen Komponenten eine Vielzahl von Lamellen bzw. Blechen (22) umfr9an, die jeweils eine zentrale Bohrung und zahlreiche Zähne aufweisen, welche dazwischen Öffnungen zur Aufnahme von Windungen bilden, die Lamellen bzw. Bleche in einem Stapel angeordnet sind, um einen Magnetkern mit einer Mittelbohrung und zahlreichen Zähnen zu bilden, und die Vorrichtung wenigstens ein metalliechtes Teil mit einer vorbestimmten Konfiguration aufweist, wenigstens ein Teil von der Vorrichtung neben den gewählten Oberflächenabschnitten des Kernes angeordnet werden, bei der Übertragung von Wärme die Vorrichtung und der Kern zur Expandierung erhitzt werden, wobei die Vorrichtung in einen drückenden Eingriff mit wenigstens einigen der-Kernoberflächen expandiert, bei der anschließenden Übertragung von Wärme die Vorrichtung und der Kern abgekühlt werden und bei der Trennung die Vorrichtung aus dem Kern herausgenommen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Vorrichtung (55) zahlreiche Verlängerungen (63) aufweist, die zum Einsetzen zwischen benachbarte Zähne (86) des Kernes angeordnet sind, beim Anordnen der Vorrichtung die Verlängerungen zwischen benachbarte Zähne des Kernes eingesetzt werden und beim uebertragen von Wärme die Verlängerungen erhitzt werden und die Verlängerungen dadurch in einen drückenden Eingriff mit wenigstens Abschnitten von wenigstens einigen Kernzähnen expandieren.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine die Größenrelation fest legende Vorrichtung mit einer vorbestimmten Größe und Form sehr nahe an den gewählten Oberflächenabschnitten der Baueinheit angeordnet wird, die Baueinheit auf eine vorgewählte Temperatur erhitzt und eine Größenänderung in der die Größenrelation festlegenden Vorrichtung herbeigeführt wird, wodurch die Vorrichtung und gewählte Oberflächenabschnitte in einen Druckeingriff miteinander kommen, wodurch die gewählten Oberflächenabschnitte derart gedrückt werden, daß sie mit der Vorrichtung übereinstimmen, der Druckeingriff zwischen den gewählten Oberflächenabschnitten und der Vorrichtung entspannt wird und die Baueinheit auf den thermischen Ausgangszustand abgekühlt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Baueinheit eine Vielzahl von Lamellen bzw. Blechen aufweist, die zur Bildung eines Kernes zusammengeschichtet sind, die gewählten Oberflächenabschnitte Oberflächen von wenigstens einer durch den Kern hindurchführenden Öffnung bilden, die Vorrichtung wenigstens ein Teil umfaßt, das in die Öffnung einsetzbar ist, und die die Größenrelation fest legende Vorrichtung in die Öffnung ein gesetzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß weiterhin ein ungehärtetes Klebematerial auf wenigstens einen gewählten Abschnitt von wenigstens einer'der Komponenten aufgetragen und das Klebematerial während der Erhitzung der Baueinheit ausgehärtet wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ungehärtetes Klebematerial auf wenigstens einige der Komponenten aufgetragen wird, die die Größenrelation festlegende Vorrichtung mit einer vorgewählten physikalischen Konfiguration sehr nahe an den gewählten Oberflächenabschnitten angeordnet wird, eine erste Größenänderung in der Vorrichtung herbeigeführt und die gewählten Oberflächenabschnitte derart gedrückt werden, daß sie mit der Konfiguration des nächstgelegenen Abschnittes der Vorrichtung übereinstimmen, das Klebematerial ausgehärtet wird, um dadurch die gewählten Oberflächen in der übereinstimmenden Konfiguration zu halten, eine zweite Größenänderung in der Vorrichtung herbeigeführt wird und die Vorrichtung und die Baueinheit voneinander getrennt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e Re n n -z e i c h n e t , daß das ungehärtete Klebematerial ein wärmehärtbares Material ist, die gewählten Oberflächenabschnitte von der Baueinheit aus einem Material mit einem vorbestimmten ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet werden, die Vorrichtung aus einem derart ausgewählten Material gebildet wird, daß sie einen zweiten, von dem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist und bei der Herbeiführung einer Grössenänderung Wärme auf die Vorrichtung und das die gewählten Oberflächenabschnitte bildende Material übertragen wird, um die ersten Größenänderung zu bewirken und das Klebematerial auszuhärten.

11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die gewählten Oberflächenabschnitte der Baueinheit wenigstens eine Öffnung bilden, die entlang der Baueinheit verläuft, die Vorrichtung wenigstens ein Teil umfaßt, das zum Einsetzen in die Öffnung geeignet ist, und das Teil in die Öffnung eingesetzt wird.

L e e r s e i t e