DE2321703B2 - Verfahren zum Herstellen eines trägheitsarmen Ankers für rotierende elektrische Maschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines trägheitsarmen, kernlosen Ankers für rotierende elektrische Maschinen, bei welchem zwei, aus einer Isolierschicht mi', darauf aufgebrachten Leitungszügen bestehende .Schaltungskarten unter Zwischenlage eines Klebstoffes mit der Isolierschichtseite gegeneinander gelegt, über einen zylindrischen Dorn zu einem Hohlzylinder geformt, durch eine Wärmebehandli., g zusammengebacken und nach dem Abkühlen von dem Dorn abgezogen werden.

Bei einem durch die US-Patentschrift 36 50 021 bekannten Verfahren dieser Art werden die Karten um einen Dorn gelegt, der einen sehr hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist und der bewirkt, daß die Karten nach außen gegen die Innenwand eines rohrförmigen Gehäuses gepreßt werden. Der Außendurchmesser des Ankers wird dadurch sehr genau durch den Innendurchmesser des Rohres bestimmt. Dieses Verfahren birgt jedoch die Schwierigkeit in sich, daß Druck und Temperatur nicht unabhängig voneinander gesteuert werden können. Deshalb muß jede Vorrichtung, die für dieses Verfahren verwendet wird, für einen bestimmten Druck und eine bestimmte Temperatur ausgelegt sein. Da das äußere Rohr den einzigen stabilen Referenzwert bildet, wirken sich alle Herstellungstoleranzen, z. B. in der Dicke der Karten, auf den Innendurchmesser des Ankers aus.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zum Herstellen eines trägheitsarmen Ankers für rotierende elektrische Maschinen anzugeben, bei welchem Druck und Temperatur unabhängig voneinander gesteuert und variiert werden können. Außerdem sollen bei diesem Verfahren die Weite des Innendurchmessers des Ankers sehr genau eingehalten werden können.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Schaltungskarten um einen Dorn aus einem Material mit sehr geringem thermischen Ausdehnungskoeffizienten gelegt und sodann mit einer elastischen Manschette umgeben werden, auf die während der darauffolgenden Wärmebehandlung von außen ein Druck ausgeübt wird.

Eine vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die elastische Manschette für die Wärmebehandlung erforderliche, steuerbare Heizelemente aufnimmt. Vorteilhaft ist es dabei, daß die elastische Manschette in einer Druckkammer untergebracht und mit Flanschen an den Stirnseiten der Druckkammer befestigt ist, und daß dem Raum zwischen der Außenseite der Manschette und der Innenwand der Kammer steuerbar Druckluft zugeführt wird, während gleichzeitig den Heizelementen der Manschette steuerbar Strom zugeführt wird.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß zwischen der Außenfläche der oberen Schaltungskarte und der Manschette eine Kupferfolie eingelegt wird. Dadurch ivird ein sehr guter Wärmeübergang von den Heizelementen der Manschette auf die Schaltungskarte ermöglicht.

Vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es ferner, daß die Schaltungskarten mit gegeneinander versetzten Nahtkanten um den Dorn gelegt werden.

Eine vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß ein Dorn aus keramischem Material verwendet wird, wobei vorteilhafterweise ein hohlzylindrischer Dorn verwendet wird, durch dessen Hohlraum eine erhitzende oder kühlende Flüssigkeit geleitet wird.

Vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es ferner, daß die axiale Länge der Manschette derart auf die Länge der Schaltungskarten abgestimmt wird, daß die axialen Borten der Schaltungskarten, die zu verschaltende Leitungsstreifen aufnehmen, während des Erwärmungsvorganges aus der Kammer herausragen.

Die Erfindung wird anhand eines durch die Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispiels beschrieben.

Ls zeigt, jeweils in schaubildlicher Ansicht

F i g. 1 zwei Schaltungskarten, die zur Herstellung des

Ankers verwendet werden,

Fig.2 eine andere Form einer Schaltungskarte zur Herstellung des Ankers,

F i g. 3 die um einen Dorn gelegten Schaltungskarten entsprechend der Ausführung in F i g. 2, und

F i g. 4 die um den Dom gelegten und in eine heizbare Druckkammer eingebrachten Schaltungskarten.

Die in F i g. 1 dargestellten Schaltungskarten, aus denen der Anker hergestellt werden soll, bestehen aus einer leitenden Metallschicht 10, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium, die auf eine Isolierschicht 11 aufgebracht ist, die beispielsweise aus voll ausgehärtetem Epoxyd-Fiberglas besteht. Beispielsweise kann die Metall- oder Kupferschicht 10 eine Dicke von etwa 12,7 χ !0~² mm haben und die Isolierschicht 11 kann beispielsweise 10,16x 10~² mm dick sein. Im Bereich der Streifen 17 und 18 der auf die Karte aufgebrachten Leitungszüge, die schließlich die Verbindungsstücke für die inneren und äußeren Windungsteile bilden, ist die Fiberglasschicht entfernt, so daß zwei in einem bestimmten Abstand voneinander befindliche Kupferflächen 10 auf den beiden Außenseiten der Karte freiliegen. In F i g. 1 sind zwei Karten dargestellt, aus denen die inneren und äußeren Leiterflächen eines Ankers hergestellt werden. Als Alternative können die beiden Karten auch die in Fig.2 dargestellte Form haben. Die in Fig. 2 dargestellte Karte entsiricht der oberen Karte der Fig. 1. In Verbindung ;nit einer zweiten Karte, die der unteren Karte in F i g. 1 entspricht, ermöglicht sie die Herstellung von zwei Ankern mit einem einzigen Verfahrenszyklus.

Jede der in den F i g. 1 oder 2 dargestellten Karten ist mit einer Photolackschicht überzogen worden, um die Leitungszüge für die äußere und innere Fläche in der Photoätztechnik herzustellen. Ein einzelner Leitungszug besteht aus dem relativ langgestreckten axialen Teil 14, an den sich nach außen die schrägen Teile 15 und 16 anschließen. Die Leitungszüge enden in den kurzen Anschlußstreifen 17 und 18, die sich in axialer Richtung erstrecken und in der Kupferborte 19 enden.

Die Karten werden nunmehr auf der Fiberglasseite maskiert, um die Borten 19 einschließlich der Anschlußstreifen 17 und 18 abzudecken. Die unmaskierte Fiberglasschicht einer oder beider Karten wird dann mit einem thermisch aktivierbaren Klebstoff überzogen, der dazu dient, die Karten bei erhöhter Temperatur zusammenzubacken. Beispielsweise kann ein thermoplastischer Klebstoff benutzt werden, der bei Erwärmung flüssig wird.

Die Karten werden dann geschnitten, wie aus Fig. I zu ersehen, derart, daß die sich in axialer Richtung erstreckende Kante an einen Leitungszug 17, 15, 14, 16, 18 angrenzt. Die beiden Enden der Karten (Fig. 1) und die beiden Enden und die Mitte der Karten (Fig. 2) weisen die Anschlußstreifen 17, 18 auf. Diese Streifen enden im Bereich der Borte 19, die schließlich entfernt wird. Im Bereich dieser Borte sind ferner Positionierungslöcher 20 angebracht, die durch die ganze Karte hindurchgehen. Diese Löcher werden dazu benutzt, zwei Karten in der richtigen Lage auf dem Dorn (F i g. 3) festzuhalten, nachdem sie in die Form eines offenen Rohres gebracht worden sind.

Die beiden vorgeformten Karten werden lose auf dem zylindrischen Dorn 21 angeordnet. Dieser Dorn besteht vorzugsweise aus einem Material, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient praktisch gleich Null ist, ■/.. V>. aus Keramik. Die Karten werden so positioniert, daß die mit Klebstoff überzogenen Fiberglasflächen aneinanderstoßen.

Durch die Benutzung des Doms mit sich nicht verändernder Dimension erhält man für den Innendurchmesser des Ankers einen sehr genauen Wert. Dies ist von großem Vorteil, da der Luftspalt zwischen der Innenfläche des Ankers und dem gegenüberliegenden stationären Teil möglichst klein sein soll.

Auf dem Dorn sind die abnehmbaren Bolzen 22 angebracht. Im Falle der Karten entsprechend der

lü Fig. 1 werden zwei Bolzen benutzt, während für die Karten entsprechend der F i g. 2 drei Bolzen benutzt werden, wobei der mittlere Bolzen flache Enden aufweist, die mit der zylindrischen Oberfläche der äußeren Metallhülse fluchten. Die Karten werden auf

is dem Dorn so angeordnet, daß die Löcher 20 in die Positionierungsbolzen 22 passen.

In einer speziellen Ausführungsform wurde ein als Hohlzylinder ausgebildeter Dorn 21 mit einer zentralen öffnung 23 verwendet. Durch diese öffnung kann

2u während der darauffolgenden Erwärmung eine erhitzende Flüssigkeit und während der sich anschließenden Kühlung eine kühlende Flüssigkeit geleitet werden.

In F i g. 3 sind zwei Karten der in F i g. 2 dargestellten Art auf dem Dorn 21 angeordnet. Diese Karten sind in

2^r> der Zeichnung aufgebrochen, um die innerste Kupferfläche 50 i:u zeigen. Die beiden Seitenkanten dieser inneren Karte stoßen be· 51 zusammen und bilden eine axiale Nahtkante. Die Isolierschicht 52 der inneren Karte stößt an die Isolierschicht 53 der äußeren Karte.

ίο Zwischen diesen beiden Isolierschichten ist, wie bereits erwähnt, der Klebstoff aufgebracht. Die äußere Oberfläche des Ankers besteht aus der Kupferschicht 54. Die Seitenkanten der äußeren Karte stoßen zusammen und bilden die axiale Nahtkante 55. Die j beiden Karten werden durch die (in F i g. 3 nicht dargestellten) Löcher 22 derart ausgerichtet, daß die beiden Nahtkanten 51 und 55 nicht übereinander liegen sondern gegeneinander versetzt sind, so daß sich die Nahtkanten des Ankerrohres stark überlappen.

4i) Die äußerste Schicht der entstandenen zusammengesetzten Struktur entsprechend der F i g. 3 ist die dünne Kupferhülse 56. Diese Hülse hat dieselbe flache Form wie die äußere Karte 53, 54 (Fig. 2) und ihre axiale Nahtkante 57 ist mit der Nahtkante 55 der äußeren

4^ri Karte ausgerichtet. Auch diese Ausrichtung wird erreicht durch Löcher 20 (nicht dargestellt), die in der Hülse 56 enthalten sind. Diese Hülse dient dazu, die Übertragung eines einheitlichen Druckes und einer einheitlichen Wärme auf die darunterliegenden Karten

w sicherzustellen.

Der Dorn und die darauf entsprechend der Darstellung in Fig.3 angeordneten Karten werden sodann entsprechend der Darstellung in Fig. 4 in den pneumatisch elektrischen Ofen 58 gebracht. Der aus

« Metall bestehende Ofen 58 besteht aus der rohrförmigen Kammer 59. Diese Kammer wird gebildet durch die Grundplatte 60, die U-förmige Wand 61 und die beiden stirnseitigen Platten 62 und 63. In jeder der stirnseitigen Platten befindet sich eine axial ausgerichtete öffnung,

W) deren Durchmesser etwas größer ist als der Durchmesser des Doms mit den darauf aufgebrachten Schaltungskarten.

Die Kammer 59 enthält eine flexible, gummiahnliche, rohrförmige Manschette 64 mit einem elektrischen

h5 Heizelement. Der Durchmesser der zentralen öffnung dieses Heizelementes ist etwas größer als der Durchmesser des Dorns mit den darum gelegten Schaltungskarten und ist mit den öffnungen in den

stirnseitigen Platten 62 und 63 ausgerichtet. An jedem Ende des Heizelementes befindet sich ein ringförmiger Flansch 65, der mit den inneren Flächen der stirnseitigen Platten 62 und 63 verbunden ist.

Das elektrische Heizelement der Manschette 64 ist in ■-, Fig. 4 nicht dargestellt. Derartige Heizelemente, bei denen die Drähte in der flexiblen Oberfläche der Manschette 64 verlaufen, sind an sich bekannt. Die Heizungsmanschette wird bezüglich ihrer Länge und ihres Umfangs so angeordnet, daß einheitliche Wärme- _U1 übertragung auf die darunterliegende Öffnung sichergestellt ist, in welcher der Dorn mit den Schaltungskarten eingebracht wird. Die elektrische Energie wird dem Heizelement über die Leitungen 70 zugeführt und durch den Regler 71 gesteuert. Der Regler 71 erhält Signale eines (nicht dargestellten) Temperatursensors, der in der Wand der Manschette 64 angeordnet ist. Der Regler 71 enthält eine Nachstellvorrichtung 72 für den Regelpunkt und ein Meßinstrument 73, das die tatsächliche Temperatur des Heizelementes anzeigt. In dem Regler wird die tatsächliche Temperatur mit der Solltemperatur verglichen und die Übertragung der elektrischen Energie von der Quelle 74 auf die heizbare Manschette 64 gesteuert.

Der Ofen 58 enthält auch pneumatische Verbindungsmittel, über weiche die Kammer 59 mit der Druckgasquelle 80, beispielsweise einer Druckluftquelle, verbunden ist. Der Druck innerhalb der Kammer 59 wird gesteuert durch den Regler 81. Der Regler 81 enthält Mittel zur Zuführung des gewünschten Druckes zur jo Kammer 59 sowie Mittel, um die Kammer 59 mit dem Atißendruck zu verbinden, um dadurch das Einbringen und Herausnehmen des Dorns zu erleichtern. Auch ein variabler Verlauf des Drucks mit der Zeit kann im Regler81 eingestellt werden.

Wie aus F i g. 4 zu ersehen ist, ist der Ofen 58 kürzer als der in Fig.3 dargestellte Dorn mit den darauf aufgebrachten Schaltungskarten. Am günstigsten wird die Länge des Ofens 58 so gewählt, daß, wenn der Dorn in den Ofen eingebracht ist, alle Kartenteile, mit Ausnahme der Verbindungsstreifen 17 und 18, an den äußersten Enden der Karten unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur stehen.

Der Dorn mit den darauf aufgebrachten Schaltungskarten entsprechend der Darstellung in Fig.3 wird in den in F i g. 4 dargestellten Ofen gebracht und in der Kammer 59 einer Wärmebehandlung bei erhöhtem Druck unterworfen. Der Druck bewirkt, daß die Manschette 64 mit dem Heizelement sich radial nach innen bewegt und die Hülse 56 und die beiden Karten auf die Oberfläche des Doms 21 bringt, wobei die Nahtkanten 51, 55 und 57 geschlossen werden. Der jeweils ausgewählte Druck ist eine Funktion verschiedener Parameter wie Kartenmaterial und Eigenschaften des Klebstoffs. Ein besonderer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß der Druck beliebig variiert werden kann, um den günstigsten Druck für bestimmte Ankermaterialien und Dicken zu bestimmen.

Nachdem der Ofen 58 unter Druck gesetzt worden ist, wird der Regler 71 wirksam, entweder manuell oder mittels eines in der Kammer 59 angebrachten (nicht dargestellten) Drucksensors. Das Heizelement der Manschette 64 erhitzt den Dorn mit den darauf aufgebrachten Schaltungskarten auf die eingestellte Temperatur. Diese Temperatur kann ein zeitabhängiges Profil aufweisen, das entsprechend der bestimmten Materialien ausgewählt worden ist. Die Temperatur ist unabhängig einstellbar und erleichtert die Modifizierung dieses Parameters, um die Auswirkung einer solchen Modifizierung zu untersuchen.

Bei der erhöhten Temperatur wird der Klebstoff zwischen den Isolierschichten 52 und 53 wirksam. Dadurch wird aus den beiden Karten 50, 52 und 53, 54 ein starres Rohr gebildet.

Die spezielle Temperatur, der Druck und die Zeit des Prozesses werden durch die jeweiligen Materialien bestimmt. Z. B. wird für einen Anker mit einem Durchmesser von 3,3 cm und einer Länge von 10,15 cm, der mit der oben beschriebenen Dicke gebildet wird, der Druck von der Umgebungstemperatur auf etwa 7 Atmosphären erhöht, die Temperatur wird auf etwa 18O⁰C erhöht und Druck und Temperatur werden für etwa 20 Minuten aufrechterhalten. Der Druck der Manschette 64 nach innen preßt die Karten so zusammen, daß ein guter mechanischer Kontakt zwischen den Karten besteht, während die erhöhte Temperatur des Heizelementes der Manschette 64 den Klebstoff wirksam macht, so daß ein der Struktur nach festes Rohr entsteht. Die Hülse 56 stellt sicher, daß sowohl Druck als auch Temperatur gleichmäßig auf die darunterliegenden Karten verteilt werden. Die axiale Nahtkante 57 der Hülse 56 ist mit der Nshtkante 55 der äußeren Karte ausgerichtet, um sicherzustellen, daß die Hülse 56 nicht mit der Bewegung der darunterliegenden Karte interferriert, wenn die Überlappung der Nahtkanten zwischen den beiden Karten hergestellt wird.

Nach dem Erwärmungsprozeß bei erhöhtem Druck wird der Ofen abgekühlt, entweder auf die Umgebungstemperatur oder auf eine etwas höhere Temperatur, wie z. B. etwa 38°C. Die Kammer 59 wird nun auf den Umgebungsdruck gebracht und der Dorn wird aus dem Ofen genommen. Dann werden die Bolzen 22 und die Hülse 56 entfernt. Danach wird das nunmehr aus den Karten 50, 52 und 53, 54 gebildete Rohr von dem Dorn abgezogen. Dies kann in einer Einspannvorrichtung geschehen, in welcher die äußere Oberfläche 54 des Ankers federnd gehalten wird und ein hydraulischer Stößel langsam den Dorn 21 aus dem Anker herausschiebt.

Anstelle der Photoätztechnik können selbstverständlich die Leitungen auch auf andere Weise auf den Karten aufgebracht sein. Auch kann die innere Karte so angeordnet sein, daß ihre Leitungszüge zwischen der inneren und der äußeren Karte liegen. Im letzteren Fall hat der Anker dann eine Isolierfläche auf der Innenseite.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines trägheitsarmen, kernlosen Ankers für rotierende elektrische Maschinen, bei welchem zwei, aus einer Isolierschicht mit darauf aufgebrachten Leitungszügen bestehende Schaltungskarten unter Zwischenlage eines Klebstoffes mit der Isolierschichtseite gegeneinandergelegt, über einen zylindrischen Dorn zu einem Hohlzylinder geformt, durch eine Wärmebehandlung zusammengebacken und nach dem Abkühlen von dem Dorn abgezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungskarten um einen Dorn aus einem Material mit sehr geringem thermischen Ausdehnungskoeffizienten gelegt und sodann mit einer elastischen Manschette umgeben werden, auf welche während der darauffolgenden Wärmebehandlung von außen ein steuerbarer Druck ausgeübt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Manschette für die Wärmebehandlung erforderliche, steuerbare Heizelemente aufnimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Manschette in einer Druckkammer untergebracht und mit Flanschen an den Stirnseiten der Druckkammer befestigt ist, und daß dem Raum zwischen der Außenseite der Manschette und der Innenwand der Kammer steuerbar Druckluft zugeführt wird, während gleich- jo zeitig den Heizelementen der Manschette steuerbar Strom zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Außenfläche der oberen Schaltungskarte und der Man- r> schelte eine Kupferfolie eingelegt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungskarten mit gegeneinander versetzten Nahtkanten um den Dorn gelegt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dorn aus keramischem Material verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein hohlzylindrischer 4^r> Dorn verwendet wird, durch dessen Hohlraum eine erhitzende oder kühlende Flüssigkeit geleitet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der Manschette derart auf die Länge der Schaltungskar- w ten abgestimmt wird, daß die axialen Borten der Schaltungskarten, die zu verschaltende Leitungsstreifen aufnehmen, während des Erwärmungsvorganges aus der Kammer herausragen.