DE2652769C2 - Rotor einer elektrischen Maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotor einer r> elektrischen Maschine, bei welchem die Rotornabe mittels einer für die Betriebsdrehmomente ausgelegten starren Verbindung auf der Welle befestigt ist. Eine derartige Befestigung ist allgemeiner Stand der Technik und erfolgt meist mit einem Schrumpfsitz. Eine reibschlüssige andere Befestigungsart ist aus der DE-PS 6 01 970 für einen elektrischen Kleinmotor mit sehr dünner Welle bekannt. Um trotz der dünnen Welle eine zuverlässige Verbindung zwischen dem Rotor und der Welle zu erhalten, ist als Befestigungselement eine ■»> Schraubenfeder verwendet, welche die Welle fest umgreift, d. h. mit geringer Vorspannung auf diese aufgezogen ist und die mit ihren Enden mit dem auf der Welle zu befestigenden Teil verbunden ist. Diese Schraubenfeder wirkt als Klemmelement für die >o Realisierung der reibschlüssigen Verbindung.

Es ist ferner aus dem DE-GM 19 46 781 bekannt, den Rotor eines Antriebsmotors für eine Laugenpumpe drehbar über Lagerbuchsen auf der Welle zu lagern. Eine Reibverbindung zwischen Rotor und Welle liegt somit nicht vor. Das Drehmoment wird vielmehr mittels des Ineinandergreifens formschlüssiger Elemente, die zum einen auf der Welle und zum anderen am Rotor befestigt sind, vorgenommen. Die besondere konstruktive Bestaltung dieser formschlüssigen Elemente ermög- t>o licht es, beim Anlauf des Motors einen gewissen Winkel zu durchlaufen, ehe der Formschluß hergestellt und somit das Drehmoment übertragen wird. Damit dies bei jedem Anlauf des nur in einer Drehrichtung laufenden Motors möglich ist, muß bei Stillstand der Maschine der n> Formschluß gelöst werden, was mit Hilfe einer zwischen Welle und dem Rotor angeordneten Feder geschieht, die einer Drehung des Motors in Betriebsdrehrichtung entgegenwirkt, so daß sie bei Stillstand des Motors den mit dem Rotor verbundenen Teil der formschlüssigen Verbindung von dem mit der Welle verbundenen Teil wegdreht, bis diese wieder entgegen der Drehrichtung aneinander zur Anlage gelangen. Dadurch ist sichergestellt, daß jeweils der volle Anlaufwinkel zur Verfügung steht. Die Feder dient also zur Fixierung der Rotorlage gegenüber der Welle nur bei Stillstand der Maschine. Sie ist nicht im Hinblick auf eine Drehmomentübertragung bemessen. Das gleichzeitige Vorsehen einer starren formschlüsssigen Verbindung und einer dreheiastischen Verbindung zwischen Rotor und Welle der bekannten elektrischen Maschine wirkt also als reine Starthilfe.

In den Anlagen, in welchen elektrische Maschinen eingesetzt werden, können infolge von Fehlschaltungen gegenüber den normalen betriebsmäßigen Drehmomenten extrem hohe Störmomente auftreten. Etei Wechselstrommaschinen sind diese Störmomente zudem noch periodisch pulsierend, so daß auch mit Resonanzverstärkungen gerechnet werden muß. Die Anregungsfrequenzen sind dabei jeweils die einfache und die doppelte Speisefrequenz der elektrischen Maschine. Während bei Anlagen mit stationärer Drehzahl die anregenden Frequenzen gleichbleibend sind, ist bei Anlagen mit variabler Drehzahl, z. B. bei über Stromrichter mit variabler Frequenz gespeisten Drehfeldmaschinen oder auch bei Asynchronmaschinen mit untersynchroner Stromrichterkaskade, ein breites Frequenzband der Störfallanregungen möglich.

Die bei derartigen Störfällen entstehenden sehr großen Wellendrehmomente erfordern zu ihrer Beherrschung eine entsprechende Auslegung des Rotorwellenstranges oder besondere Sicherheitsvorkehrungen. Dazu ist es bekannt, in Rotorwellensträngen Sicherheitskupplungen vorzusehen, die bei Überschreiten eines bestimmten Drehmomentes den Wellenstrang dadurch schützen, daß eine bisherige Reibverbindung in eine Gleitverbindung übergeht (DE-AS 12 29 791) oder durch die z. B. durch Abscheren von Brechbolzen die Verbindung unterbrochen wird (US-PS 27 39 463). Derartige Sicherheitskupplungen erfordern aber häufig zusätzliche Lager innerhalb des Rotorwellenstranges.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer elektrischen Maschine bereits die Verbindung der Rotornabe mit der Welle so auszubilden, daß oberhalb des Betriebsdrehmomentes liegende Stördrehmomente keinen Schaden am Rotor bzw. am Wellenstrang hervorrufen können. Derartige Stördrehmomente, z. B. hervorgerufen durch einen Klemmenkurzschluß, können zu sehr großen Beanspruchungen der elektrischen Maschine führen, da sie Resonanzverstärkungen unterliegen und auch periodisch pulsierend sind. Das heißt, bei diesen Störmomenten können außerdem Drehrichtungswechsel auftreten.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Rotor einer elektrischen Maschine, bei welchem die Rotornabe mittels einer für die Betriebsdrehmomente ausgelegten starren Verbindung auf der Welle befestigt ist, gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß die starre Verbindung durch Brechbolzen gebildet ist, die eine drehelastische Verbindung zwischen Rotornabe und Welle überbrükken und bei einem bestimmten, oberhalb des Betriebsdrehmomentes liegenden Drehmoment zerbrechen. Der Rotor der elektrischen Maschine verhält sich also bei normalem Betriebsdrehmoment so, als wäre er in bisher üblicher Weise mit einer starren Verbindung zwischen Rotor und Weiie versehen. Treten dagegen so große

Stormomente auf, daß die Brechbolzen der starren Verbindung abgeschert werden, so wird die drehelastische Verbindung zwischen Rotor und Welle wirksam, bei der aber die Zentrierung und Führung des Rotors erhalten bleiben. Da die drehelastische Verbindung jedoch eine andere Eigenfrequenz für das durch den Rotor und Wellenstrang gegebene System hervorruft, wird durch den Übergang auf die andere Befestigungsart ein wirkungsvoller Abbau der übergroßen, meist auf Resonanz beruhenden Beanspruchungeil durch die Stördrehmomente erzielt. Ein Schaden an der Maschine oder dem Wellenstrang wird somit vermieden. Allerdings ist vor der Wiederinbetriebnahme der Maschine die starre Verbindung durch Auswechseln der beschädigten Brechbolzen wieder herzustellen. Es ist somit eine Sicherheitsverbindung zwischen dem Rotor einer elektrischen Maschine und der Welle gegeben, die hauptsächlich für Maschinen größerer Leistung geeignet ist. Da Reibungsvorgänge fast vollkommen vermieden werden und das Bruchmoment der B echbolzenverbindung recht genau festgelegt werden kann, ist eine ziemlich genaue Einstellung des Grenzmomentes möglich.

Im folgenden sei die Erfindung noch anhand der in den Fig. 1 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Ausführungsbeispiele sind jeweils in den F i g. 2,3 und 6 in Seitenansicht dargestellt, während die Fig. 1, 4, 5, 7 und 8 Schnitte entlang der in den Seitenansichten entsprechend gekennzeichneten Linien zeigen. Für gleiche Teile sind jeweils die gleichen Bezugszeichen beibehalten.

Zur Befestigung der Rotornabe 1 einer elektrischen Maschine auf der Welle 2 dienen Elastomerhülsenfedern 3, deren auf gleichem Durchmesser liegende Mittelbolzen 4 an den Seitenwänden 5 der Rotornabe 1 befestigt sind. Die äußeren Mantelflächen der Elastomerhülsenfedern 3 sind ihrerseits in Bohrungen 6 eines Wellenflansches 7 befestigt. Dieser Wellenflansch 7 ist auf der einen Seite der Rotornabe einteilig zu der Welle 2 ausgebildet, während er auf der anderen Seite auf die Welle 2 aufgeschrumpft ist und zusammen mit einem gegenüberstehenden Flansch 8 eine durch Bolzen 9 zusammengehaltene Kupplung 10 zum restlichen Wellenstrang 11 bildet. Die Elastomerhülsenfedern 3 stellen somit eine drehelastische Verbindung zwischen der Rotornabe 1 und der Welle 2 dar. Der Sitz der Innenbohrung 12 der Rotornabe 1 auf der Welle 2 ist je nach gewünschter radialer Steifigkeit als Übergangsoder leichter Schrumpfsitz ausgeführt.

Damit die durch die Elastomerhülsenfedern 3 gebildete drehelastische Verbindung während des normalen Betriebs nicht wirksam wird, sind jeweils an einer oder mehreren Stellen der Wellenflansche 7 Brechbolzen 13 mit einer definierten Schwachstelle 14 vorgesehen, die den Wellenflansch 7 mit den Seitenwänden 5 der Rotornabe 1 verbinden. Diese Brechbolzen 13 bilden somit eine starre Verbindung, die für die

■ Betriebsdrehmomente ausgelebt ist Erst bei einem vorher durch die Dimensionierung der Schwachstelle i4 bestimmten, oberhalb des Betriebsdrehmomentes liegenden Drehmoment zerbrechen die Brechbolzen 13 und lassen somit die drehelastische Verbindung durch die Elastomerhülsenfedern 3 wirksam werden, wodurch die Eigenfrequenz des Systems verändert und ein wirkungsvoller Abbau der Beanspruchungen erzielt wird. Auf diese Weise ist vermieden, daß die Stördrehmomente zu Beschädigungen führen können. Bei dem in den Fig.3 bis 5 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind zwischen der Innenbohrung 12 der Rotornabe 1 und dem Flansch 7 der Welle 2 radial ausgerichtete Blattfederplatten 15 angeordnet. Diese Blattfederplatten 15 ergeben eine drehelastische Verbindung zwischen der Rotornabe 1 und der Welle 2. Außerdem sind vor der Stirnwand liegende starre Arme 16 an der Rotornabe 1 befestigt, welche den Raum zwischen der Innenbohrung 12 und dem Wellenflansch 7 überbrücken. Diese Arme 16 sind am Wellenstrang 7 mit Hilfe von Brechbolzen 13 befestigt, die eine definierte Schwachstelle 14 aufweisen. Die Schwachstelle 14 ist so bemessen, daß sie bei einem bestimmten, oberhalb des Betriebsdrehmomentes liegenden Drehmoment abschert. Dadurch geht dann die während der normalen Betriebsdrehmomente durch die starren Arme 16 gegebene starre Verbindung zwischen der Rotornabe 1 und der Welle 2 in eine durch die Blattfederplatten 15 gegebene drehelastische Verbindung über. Die Beanspruchungen durch die Stördrehmomente werden dadurch herabgesetzt.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig.6 bis 8 gezeigt. Hier ist zwischen der Innenbohrung 12 der Rotornabe 1 und der Welle 2 die Elastomerhülsenfeder 3 angeordnet, weiche die Weile 2 konzentrisch umgibt. Ihre Mantelflächen 17 sind jeweils mit der Rotornabe 1 bzw. der Welle 2 verbunden. Diese drehelastische Verbindung zwischen der Rotornabe 1 und der Welle 2 wird an mehreren Stellen durch vor der Stirnfläche liegende starre Arme 16 überbrückt, die einerseits am Wellenflansch 7 und andererseits an der Rotornabe 1 befestigt sind. Zur Befestigung an der Rotornabe 1 dienen Brechbolzen 13 mit einer definierten Schwachstelle 14, die bei einem bestimmten, oberhalb des Betriebsdrehmomentes liegenden Drehmoment zu einem Abscheren der Brechbolzen 13 führt und somit dann die starre, für die Betriebsdrehmomente ausgelegte Verbindung unterbricht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Rotor einer elektrischen Maschine, bei welchem die Rotornabe mittels einer für die Betriebsdrehmomente ausgelegten starren Verbindung auf der Welle befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Verbindung durch Brechbolzen (13) gebildet ist, die eine drehelastische Verbindung zwischen Rotornabe (1) und Welle (2) überbrücken und bei einem bestimmten, oberhalb des Betriebsdrehmomentes liegenden Drehmoment zerbrechen.

2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen mindestens einer Seitenwand (5) der Rotornabe (1) und einem Flansch (7) der Welle (2) Elastomerhülsenfedern (3) sowie Brechbolzen (13) liegen.

3. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Innenbohrung (12) der Rotornabe (1) und der Welle (2) radial ausgerichtete BSattfederplatten (<5) angeordnet sind, die von einem oder mehreren mittels Brechbolzen (13) gehaJfenen starren Armen (16) überbrückt sind.

4. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (2) konzentrisch von einer Elastomerhülsenfeder (3) umgeben ist, deren Mantelflächen (17) einerseits mit der Welle (2) und andererseits mit der Innenbohrung (12) der Rotornabe (1) verbunden sind und daß zusätzlich starre, mittels Brechbolzen (13) gehaltene Arme (16) zwischen Welle (2) und Rotornabe (1) liegen.

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