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Verfahren zur Herstellung des Stators
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einer elektrischen Maschine Die Erfindung betrifft ein Verfahren
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen nach diesem Verfahren hergestellten
Stator.
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Es ist bekannt, die Wicklung eines Stators in die Nuten des Blechpaketes
mittels einer Nadelwickelmaschine einzufädeln. Es ist dabei bekannt, um die Lage
der Wickelköpfe
der Wicklung zu sichern, in die Blechpakete vor
dem Wickeln Wickelstifte aus Kunststoff oder Metall einzusetzen.
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Die Nuten solcher Blechpakete hat man bisher durch eingesetzte Nutisolationshülsen
aus Isolationspapier oder dergl.
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elektrisch isoliert. Diese Isolationshülsen haben jedoch u. a. den
Nachteil, daß sie beidseits über die Nuten normalerweise ungefähr 5 mm übersetzen
und dadurch die Höhe der Wickelköpfe, d. h. die Höhe der über die Nuten des Blechpaketes
des Stators beidseits überstehenden Bereiche der Spulen der Wicklung vergrößert
wird und für das Wickeln auf der Nadelwickelmaschine Schutzeinsätze am Blechpaket
zum Schutz der überstehenden Bereiche der Isolationshülsen aufgebracht werden müssen.
Dies macht auch entsprechend weit über das Blechpaket überstehende Wickelstifte
erforderlich, so daß u. a. ihre Verankerung im Blechpaket stärker beansprucht ist
und die angewendete Drahtspannung beim Wickeln der Spulen nicht besonders hoch sein
darf, damit sich die Wickelstifte nicht störend verbiegen. Damit ist aber keine
besonders hohe Formstabilität der Wickelköpfe erreichbar.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, das Verfahren nach dem
Oberbegriff des Anspruches 1 so zu verbessern, daß höhere Formstabilität der Wickelköpfe
beim Wickeln mittels einer Nadelwickelmaschine erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das in Anspruch 1 angegebene
Verfahren gelöst.
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Da bei diesem Verfahren keine Isolationshülsen in die Nuten eingesetzt
werden, ergibt sich geringere Höhe der über das Blechpaket beidseits überstehenden
Wickelköpfe und damit können auch die Wickelstifte entsprechend
weniger
weit über das Blechpaket überstehen, so daß sie stärkere Querbelastung durch die
Drähte beim Einfädeln der Wicklung ohne störendes Verbiegen aushalten und entsprechend
größere Drahtspannungen beim Einfädeln der Drähte der Spulen der Wicklung angewendet
werden können, wodurch sich erheblich verbesserte Formstabilität der Wickelköpfe
ergibt. Da die Wickelstifte im Blechpaket nach dem Wickeln verbleiben, sichern sie
auch die Lage der Wickelköpfe ständig, also auch in der mit dem Stator hergestellten
elektrischen Maschine. Auch kann die Länge des in die Durchgangslöcher eingesetzten
Bereiches der Wicklungsstifte, wenn, wie bevorzugt vorgesehen, in jedes Durchgangs
loch von beiden Seiten je ein Wickelstift eingesetzt wird, relativ klein sein, so
daß die BLechpakete auch kürzere axiale Baulängen haben können. Auch das Einfädeln
der Wicklung auf der Nadelwickelmaschine ist einfacher und schneller durchzuführen
infolge des geringeren Hubes der die Drähte einziehenden Nadeln und der nicht mehr
erforderlichen Schutzeinsätze. Ferner können auch die Lagerdeckel oder Lagerschilder
der mit Statoren nach dem erfindungsgemäßen Verfahren versehenen elektrischen Maschinen
geringere Tiere haben infolge der geringeren freien Länge der Wickelstifte, so daß
die betreffende elektrische Maschine bei unveränderter Leistung geringere axiale
Länge als bisher haben kann.
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Die Bildung der Nutisolation durch Aufs intern von Kunstharzpulver
macht es natürlich erforderlich, daß die Nuten des Stators ausreichend große lichte
Querschnitte haben, um auch in den Nutenlängsmitten noch die erforderliche, im allgemeinen
einige zehntel Millimeter dicke Beschichtung mit aufgesintertem Kunstharzpulver
zu erhalten. Dieses Verfahren eignet sich deshalb besonders für die Herstellung
von Statoren für Spaltpolmotoren, weil hier die Nuten
bei vorzugsweise
geringer axialer Länge besonders große lichte Querschnitte haben. Doch kann die
Erfindung auch in vielen Fällen bei Statoren für andere elektrische Maschinen, wie
Kondensatormotoren, Synchronmotoren usw.
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angewendet werden, falls die Nutenquerschnitte und Nutenlängen so
sind, daß die Herstellung der Nutisolation durch Aufsintern von Kunstharzpulver
gelingt. Vorzugsweise kann die Erfindung für 2- und 4-polige Statoren und Maschinen
mit 10 bis 250 Watt vorgesehen sein.
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Bevorzugt können metallische Wickelstifte, zweckmäßig aus Stahl'verwendet
werden, sowohl wegen ihrer hohen Eigenfe,stigkeit als auch wegen der für das Aufs
intern des Kunstharzpulvers erforderlichen hohen Temperaturen, die bei bevorzugt
anwendbaren Kunstharzpulvern aus Epoxidharz, Polyesterharz oder dergleichen etwa
220 - 2600 betragen können. Auch können die überstehenden, mit den Wickelköpfen
in Berührung stehenden Bereiche der Wickelstifte vor dem Wickeln durch Aufs intern
von Kunstharzpulver ebenfalls elektrisch isoliert werden, so daß sie keine gesonderte
Isolation mehr benötigen und auch in dieser Hinsicht metallische Wickelstifte mit
Vorteil verwendet werden können. Es kann jedoch erfindungsgemäß auch vorgesehen
sein, daß auf die Wickelstifte auch bei durch Kunstharzbeschichtung erfolgten elektrischen
Isolation vor dem Wickeln noch Isolationsschläuche aufgesteckt werden, die aus relativ
weichem Material bestehen, vorzugsweise aus mit Silikonkautschuk gummiertem Glasseidenschlauch
oder dergleichen, wodurch sich die Drähte beim Wickeln der Wicklung in diese Isolationsschläuche
eindrücken und hierdurch formschlüssigen Halt gegen axiales Verschieben auf den
Isolationsschläuchen erhalten, so daß hierdurch die Formhaltung der Wickelköpfe
zusätzlich erheblich verbessert werden kann.
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Es war bisher meist üblich, die Drähte der Wicklung mit einer sogenannten
Backlackbeschichtung zu versehen, d. h. sie mittels thermoplastischem Kunststoff
auf der Grundisolationsschicht der Drähte zu beschichten und nach dem Einfädeln
der Wicklung den Backlack durch Erwärmung der Drähte mittels elektrischem Strom
oder auf sonstige Weise so stark zu erwärmen, daß Verbacken der Backlackisolation
der Drähte miteinander eintritt, um die Spulen der Wicklung zu verfestigen. Durch
das erfindungsgemäße Verfahren gelingt es jedoch zumindest in vielen Fällen, die
Spulen der Wicklung durch die infolge der kürzeren Wickelstifte anwendbaren höheren
Drahtspannungen beim Einfädeln der Drähte so fest zu wickeln, daß auf ein solches
Verbacken der Backlackisolation der Drähte verzichtet werden und so ein Arbeitsgang
eingespart werden kann bzw. kann ggf. die über der Drahtgrundisolationslackschicht
bisher aufgebrachte Backlackschicht weggelassen werden, wodurch auch mehr Drahtquerschnitt
pro Nut untergebracht werden kann, d. h. der Füllfaktor der Nuten erhöht werden
kann und auch das Wickeln mittels der Nadelwickelmaschine noch weiter erleichtert
wird.
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Bevorzugt können als Wickelstifte Kerbstifte verwendet werden, die
mit einem vorbestimmten Teil ihrer Länge in die Durchgangs löcher des Blechpaketes
von beiden Seiten zweckmäßig maschinell eingepreßt werden. über raschenderweise
ergeben diese Kerbstifte, die zweckmäßig metallische Kerbstifte sein können, vollständig
ausreichenden Halt im Blechpaket. Durch die Kerben der Kerbstifte werden auch die
von ihnen durchdrungenen jeweils oberen Statorbleche satt und stark auf die unteren
Bleche gepreßt und in dieser Relativlage zu den unteren Blechen festgehalten, so
daß sich die
oberen Statorbleche nicht mehr leicht vom übrigen
Blechpaket abheben bzw. aufwölben können, was bisher oft ein Problem wegen des erheblichen
Fertigungsausschusses war, besonders bei geschweißten Blechpaketen. Geschweißte
Blechpakete sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafter als genetete
Blechpakete wegen der aufgesinterten spröden Kunstharzbeschichtung. Indem diese
oberen Bleche des Blechpaketes sich auf beiden Seiten des Blechpaketes nicht mehr
abheben oder aufwölben, wird auch der Gefahr des Einreißens der Kunstharzbeschichtung
entgegengewirkt.
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Die Wickelstifte haben auch den Vorteil, daß sie beim Zuführen des
noch nackten Blechpaketes zu der Einrichtung, mittels der das Kunstharzpulver aufgebracht
und auf gesintert wird sowie beim Abnehmen von dieser Einrichtung der Positionierung
der Blechpakete an den sie tragenden Haltern der Einrichtung dienen können. Auch
ermöglichen diese Wickelstifte es, die frisch mit Kunstharzpulver beschichteten
Statoren nach der Beschichtung auf den Wickelstiften abzusetzen, so daß die Beszhichtung
des Blechpaketes nicht mechanisch beschädigt werden kann.
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Auch schätzen die Wickelstifte den mit der Wicklung versehenen Stator
beim Transport zur weiteren Montage vor Beschädigungen, insbesondere auch die Wickelköpfe.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bringt auch kostenmäßig Vorteile.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf einen Stator einer elektrischen
Maschine, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt und dldurch gekennzeichnet
ist, daß sein Blechpaket nahe der Polflächen in der Mitte zwischen je zwei benachbarten
Nuten Durchgangs löcher aufweist, in die über das Blechpaket beidseits überstehende
Wickelstifte
fest eingesetzt sind und daß die Nutenisolation durch auf die Nutenwände aufgesintertes
Kunstharzpulver gebildet ist.
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Ein solcher Stator zeichnet sich durch seine hohe Formstabilität der
Wickelköpfe und geringe Höhe der Wickelköpfe aus. Auch ermöglicht er kürzere axiale
Baulänge der unter seiner Mitverwendung hergestellten elektrischen Maschine infolge
der kürzeren möglichen axialen Lagerdeckel oder Lagerschilder. Auch ermöglicht er,hohe
Füllfaktoren der Nuten zu erreichen und ist baulich einfach und billig. Die Kupferersparnis
für die Wicklung kann sehr erheblich sein und betrug bei Versuchsstatoren 10 - 20
% was sich auch elektrisch vorteilhaft auswirkt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Stators dargestellt. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht eines 4-poligen
Stators eines Spaltmotors, Fig. 2 eine stirnseitige Ansicht des Blechpaketes des
Stators nach Fig. 1 noch ohne eingesetzte Wickelstifte, Fig. 3 einen Schnitt durch
das Blechpaket nach Fig. 2 gesehen entlang der Schnittlinie 3-3, wobei jedoch die
Wickelstifte in die Durchgangslöcher des Blechpaketes eingesetzt und auf sie Isolationsschläuche
aus weichem Material augesetzt sind.
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Der in Fig. 1 dargestellte Stator 9 weist ein Blechpaket 10 auf und
ist für einen Spaltmotor bestimmt. Zu diesem Zweck hat das Blechpaket gemäß Fig.
2 gespaltene
Pole 11, wobei auf je einen Polteil 12 jedes Poles
11 in bekannter Weise ein Kupferring 13 aufgeschoben ist.
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Die vier halboffenen Nuten 14 haben die aus Fig. 2 ersichtlichen großen,
in Umfangsrichtung langgestreckten Querschnitte und relativ kurze axiale Länge,
so daß ihre Nutisolation ohne Schwierigkeiten durch Aufs intern von Kunstharzpulver
auf das vorher auf eine Temperatur 0 von ca. 250 - 260 erwärmte Blechpaket gelingt.
Derartiges Beschichten mit Kunstharzpulver ist für Rotoren elektrischer Maschinen
vielfach üblich und bedarf deshalb keiner ins einzelne gehenden Erläuterung. Das
nackte Blechpaket 10 hat durch in seine Bleche eingestanzte Löcher gebildete zylindrische
Durchgangslöcher 15, in die vor dem Kunstharzbeschichten metallische Kerbstifte
16 als Wickelstifte in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise durch Pressen im Festsitz
eingesetzt wurden, wobei die Kerben der Kerbstifte 16 vorzugsweise gemäß Fig. 3
etwas über das Blechpaket 10 hinausragen können. Für das Beschichten wird dieses
die Wickelstifte 16 aufweisende nackte Blechpaket 10 an einem Träger, vorzugsweise
mittels der Wickel-16 stifteiangeordnet und in einen Ofen gebracht, wo es auf die
für das Aufs intern des Kunstharzpulvers erforderliche Temperatur erhitzt wird und
dann aus dem Ofen genommen und mittels aus einer Mehrzahl von geeignet angeordneten
Düsen ausgeblasenem Kunststoffpulver beaufschlagt wird, das infolge der hohen Temperatur
des Blechpaketes 10 und der Wickelstifte 16 sofort aufschmilzt, d. h. aufsintert.
Die Schichtdicke der Kunstharzschicht kann zweckmäßig einige zehntel Miiimeter betragen.
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An sich ist es ausreichend, nur die Nuten 14 und die Stirnflächen
17 des Blechpaketes 10 mit Kunstharzpulver
zu beschichten, doch
ist es zweckmäßig, auch die Wickelstifte 16 mit zu beschichten und in vielen Fällen
ist es auch vorteilhaft, auch den Außenumfang 18 des Blechpaketes 10 mit Kunstharzpulver
zu beschichten, um u. a.
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Korrosionsschutz zu erhalten. Auch wird hierdurch der Zusammenhalt
der Bleche des Blechpaketes 10 noch weiter verbessert. Auch kann diese Beschichtung
der Umfangsfläche 18 des Stators 9 an die Stelle einer Lackierung treten, wenn der
Umfang des Blechpaketes 10 den betreffenden Außenumfangsbereich der elektrischen
Maschine selbst bildet, d. h. nicht von einem Gehäuse überdeckt ist.
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Die zylindrischen Durchgangslöcher 15 für die Kerbstifte 16 können
vorzugsweise Durchmesser von 2,5 - 3,5 mm haben und die Kerbstifte, welche übliche
Bauart haben und aus Stahl bestehen können, haben für die Erreichung des erforderlichen
Festsitzes entsprechendes Übermaß.
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In jedesder vier Durchgangslöcher 15 sind von beiden Seiten Kerbstifte
16 um einen vorbestimmten Betrag ihrer Länge eingepreßt. Sie brauchen sich in den
Durchgangslöchern 15 nicht zu berühren, sondern können im allgemeinen zweckmäßig
stirnseitigen Abstand voneinander haben, wie es Fig. 3 an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
zeigt.
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Nach dem Beschichten des Blechpaketes 10 und der metallischen Kerbstifte
16 durch Aufsintern vqn Kunstharzpulver werden auf die Kerbstifte 16 zweckmäßig
aus weichem Material bestehende Isolierschläuche 19 unter Aufweiten aufgeschoben
und es kann dann die Wicklung 21 mittels einer Nadelwickelmaschine eingefädelt werden.
Da in den Nuten 14 keine Isolationshüllen angeordnet sind, gestaltet sich das Einfädeln
der vier Spulen 22 der Wicklung
21 besonders einfach und es lassen
sich geringe Wickel höhen dr über das Blechpaket 10 überstehenden Wickiköpfe 23
erzielen und es lassen sich auch besonders hohe Drathspannungen beim Einfädeln der
Drähte der Wicklung 21 anwenden, so daß eine sehr steife Wicklung 21 auch ohne Verbacken
des Backlackes der Drähte erreicht wird, falls die Drähte Backlacküberzüge haben.
Man kann deshalb zumindest in vielen Fällen auf den Arbeitsgang des Verbackens des
Backlackes verzichten oder Drähte ohne Backlack verwenden. Da ferner die über das
Blechpaket 10 überstehende Länge der Wickelstifte 16 infolge der geringeren Höhe
der Wickelköpfe entsprechend relativ gering ist, können sie beim Einfädeln der Wicklung
21 durch hohe Drahtspannungen belastet werden, ohne daß nachteilige Verformungen
des Blechpaketes 10 und der Kerbstifte 16 auftreten. Auch verbessern die Kerbstifte
16 den Zusammenhalt des Blechpaketes 10 und verhindern insbesondere, daß die oberen
Bleche des Blechpaketes sich von den darunterliegenden Blechen stellenweise abheben
oder nach oben auswölben können.
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kunstharzbeschichteten Die auf die/Kerbstifte 16 aufgeschobenen Isolationsschläuche
19 dienen nicht der Isolation, sondern dazu, daß sich die Drähte der Wicklung 21
in sie beim Wickeln eindrücken und hierdurch die axiale Lage der an ihnen anliegenden
Drähte sichern und damit die Formstabilität der Wickelköpfe 23 noch zusätzlich verbessern.
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Es sei noch erwähnt, daß es im allgemeinen zweckmäßig ist, nach Einfädeln
der Wicklung 21 zwischen die in den Nuten 14 befindlichen Spulenseiten und die Nutöffnungen
24 pro Nutöffnung je ein Deckblatt in an sich bekannter Weise einzuschieben, welches
verhindert,
daß Drähte dieser Spulenseiten aus den Nuten durch
die Nutöffnungen hindurch herausgelangen können.
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Ferner ist aus Fig. 2 ersichtlich, daß die der Aufnahme der Wickelseite
16 dienende Durchgangslöcher 15 des Blechpaketes 10 sich nahe der Polflächen 20
in der Mitte zwischen je zwei benachbarte Nuten 14 befinden, so daß jeder der achtWickelköpfe
23 an je einem Wickelstift 16 seitlich abgestützt ist.
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Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Stators ist
seine Verwendung für Lüfterantriebsmotoren.
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Bei dem dargestellten Stator befinden sich in jeder Nut 14 zwei SpulenLeiten
in Umfangsrichtung des Stators nebeneinander, so dass die Spulen 23 sich nicht überlappen.
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Die Erfindungbezieht sich vorzugsweise auf solche Wicklungen, kann
jedoch auch bei anderen Wicklungen vorgesehen werden, die mittels Nadelwickelmaschinen
eingefädelt werden und bei denen die Anordnung von Wickelstiften zweckmässig ist.