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Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Bekannte Spannvorrichtungen dieser Art dienen dazu, einen Stator- oder Rotorkern elektrischer Maschinen einzuspannen, um in ihn die elektrische Wicklung manuell einzubringen, insbesondere einzuträufeln. Zu diesem Zweck sind die Spannelemente an einem Ring angeordnet, der drehbar in einem Lagerrahmen gelagert ist, der ebenfalls ringförmige Gestalt hat, und oft um eine zur Längsachse des Ringes senkrechte Drehachse drehbar gelagert ist, so daß man den eingespannten Kern sowohl um seine Längsachse als auch um eine hierzu senkrechte Drehachse drehen kann.
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Bei einer bekannten Spannvorrichtung dieser Art ist in den Ring ein auswechselbarer Quersteg eingesetzt, auf den der Kern aufgesetzt wird und es sind ferner zwei unabhängig voneinander radial verstellbare Spannelemente zum Aufspannen des Kerns auf dem Quersteg angeordnet. Die manuelle Einzeleinstellung der beiden radial verstellbaren Spannelemente ist jedoch zeitraubend. Auch ist es schwierig, den Kern konzentrisch zur Drehachse des Ringes einzuspannen. Ferner muß für Kerne unterschiedlicher Baugrößen und äußerer Gestalt der Quersteg ausgewechselt werden, um ein einigermaßen konzentrisches Einspannen des Kerns erreichen zu können. Dies macht für jeden unterschiedlich dimensionierten Kern einen unterschiedlichen Quersteg und entsprechendes Auswechseln des Quersteges erforderlich.
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Es ist ferner bekannt, in einen drehbar gelagerten Ring zwei zueinander winkelversetzte Auflager radial fest anzuordnen und einen zu diesen Auflagern winkelversetzten Stab anzuordnen, an welchem ein dem Andrücken des Kerns an die beiden Auflager dienender Exzenter angeordnet ist. Dies macht Auswechseln der Auflager und des Stabes mit Exzenter für jeden aufzuspannenden Kern unterschiedlicher Dimensionierung erforderlich, was ebenfalls unerwünscht ist.
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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Spannvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche sich zum Einspannen von Stator- und ggfs. auch von Rotorkernen erheblich unterschiedlicher Dimensionierungen gleicherweise eignet, wobei die Spannvorrichtung ferner so ausgebildet sein soll, daß sie mit geringem Zeitaufwand betätigt werden kann und zumindest ein ungefähr zentrisches Einspannen des betreffenden Kerns von selbst sicherstellen kann.
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Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
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Diese erfindungsgemäße Spannvorrichtung ermöglicht bei einfacher baulicher Ausbildung das Einspannen von Stator- und auch von Rotorkernen unterschiedlicher äußerer Gestalt und Abmessungen zwecks Einbringens der elektrischen Wicklung, wobei durch die bewegungsgekoppelte Verstellung der Spannelemente, die am alleinigen Halten des Stators oder Rotors dienen, nur minimaler Zeitaufwand für das Einspannen und wieder Lösen des Kernes erforderlich ist. Auch ist diese Vorrichtung verschmutzungsunempfindlich und läßt von selbst zentrisches Einspannen des Kernes erreichen, da hierzu nur erforderlich ist, daß die Spannbacken der Spannelemente so verstellt werden, daß sie in jeder Stellung unter sich gleich große radiale Abstände von der Längsmittelachse der Spannvorrichtung haben. Durch die Rollenkette läßt sich das die Spannelemente tragende Tragelement raumsparend ausbilden.
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Es ist bei einer Rohrbearbeitungsmaschine bekannt (DE-OS 22 42 883), zum Halten eines Rohres zwei Spannbacken vorzusehen, die an einer gemeinsamen Gewindestange auf zueinander gegenläufigen Gewinden angeordnet sind, mit denen sie kämmen. Parallel zu dieser einzigen Gewindespindel wird noch eine Geradführungsstange benötigt, die Gleitbohrungen der Spannbacken zu deren Geradführung und zu deren Sicherung gegen Drehen durchdringt. Es werden hier also beide insgesamt vorhandenen Spannbacken durch dieselbe Gewindespindel parallel zu ihr gegensinnig bewegt. Diese Vorrichtung ist ausschließlich für zwei Spannbacken geeignet, die auch dazu neigen, sich durch die Spannkräfte auf der Gewindespindel und der Geradführungsstange unter Schwergängigwerden zu verschränken.
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Für die Verbindung der Spannelemente ist es besonders günstig, wenn ein sie tragendes Tragelement ein Ring ist, der besonders zweckmäßig zweiteilig ausgebildet sein kann und an dem sie innenseitig angeordnet sind.
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Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung kann bevorzugt für das Einspannen von Stator- und Rotorkernen vorgesehen sein, in die die elektrische Wicklung manuell eingelegt wird, vorzugsweise eingeträufelt wird, und hierfür kann der genannte Ring zweckmäßig in einem Lagerrahmen bspw. mittels Wälzkörpern drehbar gelagert sein, der um eine zur Längsachse eines ihn tragenden Trägers senkrechte, vorzugsweise um eine horizontale Drehachse gedreht werden kann, oder ggfs. auch fest angeordnet sein kann oder andere Dreh- oder Schwenkmöglichkeiten erhalten kann.
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Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung ist jedoch auch bei Maschinen zum selbsttätigen Einbringen der Wicklung in den Kern anwendbar, insbesondere bei Wicklungseinziehmaschinen. Bei solchen Einziehmaschinen braucht das die Spannelemente tragende Tragelement nicht drehbar gelagert zu sein. Bisher hat man bei Einziehmaschinen den Kern auf einen Zentrierrahmen axial aufgesetzt und mittels eines in Achsrichtung des Kernes verstellbaren Spannelementes auf dem Zentrierrahmen festgehalten. Dies macht jedoch für Kerne unterschiedlicher Abmessungen unterschiedliche Zentrierrahmen erforderlich. Durch die Erfindung entfällt dies. Die Verstellung der Spannelemente kann dabei zweckmäßig motorisch erfolgen, obwohl es auch möglich ist, daß eine Bedienungsperson die Spannelemente manuell verstellt.
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Bevorzugt können dem Halten des Kernes drei Spannelemente dienen, deren Längsmitten besonders zweckmäßig um 120° zueinander versetzt sind. In Sonderfällen kann man auch andere Winkelabstände der drei Spannelemente vorsehen, bspw. bei unrunden, Statoren aufweisende, einzuspannenden Außengehäusen.
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In manchen Fällen können jedoch auch nur zwei Spannelemente oder mehr als drei Spannelemente vorgesehen sein. Im Falle von zwei Spannelementen werden diese diametral zueinander angeordnet. Die Spannbacken sind dann zweckmäßig so auszubilden, daß sie an den Kontaktstellen mit dem zu haltenden Kern V-förmige oder kreisbogenförmige Querschnitte haben. Im Falle von drei oder mehr Spannelementen können die im Kontakt mit dem zu haltenden Kern kommenden Flächen vorzugsweise eben sein, obwohl auch hier prismenförmige oder andere Flächengestaltungen möglich sind.
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Es ist auch ohne nennenswerten Kostenaufwand möglich, den Spannbacken auswechselbare Aufsätze zuzuordnen, die ihre radiale Länge verändern, um den Verstellbereich der Spannvorrichtung noch zu vergrößern bzw. um die Berührungsflächen der Spannelemente mit den zu haltenden Kernen unterschiedlich zu gestalten. Solche Aufsätze können vorzugsweise Haftmagnete aufweisen, mit denen sie sich an den Spannbacken von selbst festhalten, so daß das Auswechseln nur durch manuelles Abziehen und Aufsetzen anderer Aufsätze erfolgt.
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In der Zeichnung ist eine Spannvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen in schematischer Darstellung
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Fig. 1 eine Vorderansicht dieser Spannvorrichtung in teilweise geschnittener Darstellung,
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Fig. 2 einen Schnitt durch Fig. 1 gesehen entlang der Schnittlinie 2-2, wobei jedoch die Spannbacken aus der in Fig. 1 voll zurückgezogenen Stellung radial einwärts etwas verstellt sind und ferner sind die auf der Gewindespindel angeordneten Muttern nicht geschnitten dargestellt.
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Die dargestellte Spannvorrichtung 10 dient dem Einspannen von Statoren oder Rotoren elektrischer Maschinen zwecks manuellen Einlegens, vorzugsweise Einträufelns der elektrischen Wicklung. Sie weist einen kreisringförmigen Lagerrahmen 11 und einen zweiteiligen kreisförmigen Ring 12 auf, der als Tragelement für drei Spannelemente 13 mit radial verstellbaren Spannbacken 14 zum Einspannen eines Stators oder Rotors dient. Dieser Ring 12 ist drehbar im Lagerrahmen 11 gelagert, indem der Lagerrahmen 11 in einer Umfangsnut 15 rechteckförmigen Querschnittes des Ringes 12 mit geringem Spiel angeordnet ist. In die beiden Seitenwände der Umfangsnut 15 ist je eine kreisringförmige, zum Ring 12 konzentrische Nut 16 rechteckförmigen Querschnittes eingelassen, und jeder dieser Nuten 15 liegt im Lagerrahmen 11 eine entsprechende Nut 17 gleichen Querschnittes gegenüber, so daß jedes solche Nutpaar 16, 17 einen kreisförmigen Kanal rechteckförmigen Querschnittes bildet. In die Eckkanten jedes dieser Kanäle 16, 17 ist je ein Draht 19 runden Querschnittes eingelegt, wobei jeder dieser Drähte 19 endlos und kreisförmig ist. Diese vier Drähte 19 in jedem Kanal 16, 17 dienen als Laufbahnen für je eine Reihe von Kugeln 20, die nicht durch Käfige geführt sind, sondern aneinander anliegen. Dies ergibt eine lageunabhängige, besonders leichtgängige und präzise Wälzlagerung für den Ring 12 im Lagerrahmen 11. Zwischen den jeweils beiden obersten Kugeln 20 jeder Kugelreihe kann sich ein geringer Abstand einstellen, um die Leichtgängigkeit der Kugeln sicherzustellen.
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Am Lagerrahmen 11 ist in halber Höhe außenseitig ein horizontaler Drehzapfen 21 angeordnet, der in einem Gestell 22 drehbar gelagert ist, so daß der Lagerrahmen 11 um eine horizontale Drehachse drehbar ist. Eine nicht dargestellte Rastvorrichtung erlaubt stufenweise Rasthalterung des Lagerrahmens 11, so daß er in jeder eingestellten Rastwinkelstellung verbleibt bis er wieder gedreht wird.
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Am Ring 12 sind innenseitig drei Gewindespindeln 23 drehbar gelagert, deren Längsachsen in Umfangsrichtung des Ringes 12 um je 120° zueinander versetzt sind, so daß sie in gleichen Winkelabständen voneinander bezogen auf den Ring 12 angeordnet sind. Diese Gewindespindeln 23 sind mittels Lagerstücken 24 beidseits drehbar gelagert, die an dem Ring 12 mittels Schrauben befestigt sind. Diese Lagerstücke 24 lagern die Gewindespindeln 23 derart, daß deren Längsachsen parallel zur Drehachse des Ringes 12 verlaufen. Jede Gewindespindel 23 trägt in der Mitte ein fest auf ihr angeordnetes und zu ihr koaxiales Kettenzahnrad 25. Das auf der einen Seite des Kettenzahnrades 25 anschließende Gewinde jeder Gewindespindel 23 ist ein Linksgewinde und das auf der anderen Seite anschließende Gewinde ist ein Rechtsgewinde. Auf jedem der beiden Gewinde jeder einzelnen Gewindespindel 23 ist je eine Gewindemutter 26, 27 angeordnet, an die je zwei gerade Spreizarme 29, 30 angelenkt sind, wobei die Drehachsen aller Spreizarme 29, 30 der Spannelemente 13 senkrecht zu den Drehachsen der Gewindespindeln 23 und tangential zu einem durch sie bestimmten, zur Drehachse des Ringes 12 konzentrischen geometrischen Zylinder verlaufen. Jede Gewindemutter 26, 27 ist in rechteckförmigen Ausnehmungen der Lagerstücke 24 und des Ringes 12 axial geradegeführt, so daß diese Gewindemuttern 26, 27 gegen Drehen gesichert und nur axial verstellbar sind, was durch Drehen der Gewindespindel 23 erfolgt. Infolge des Linksgewindes und des Rechtsgewindes jeder Gewindespindel 23 bewegen sich die beiden auf den Gewinden jeder Gewindespindel 23 angeordneten Muttern 26, 27 jeweils aufeinander zu bzw. voneinander weg, wenn die Gewindespindel rotiert und die Steigung aller Gewinde der Gewindespindeln 23 sind gleich groß.
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Die vier Spreizarme 29, 30 jedes Spannelementes 13 sind mit ihren von den Muttern 26, 27 abgewendeten Enden auf einem eine gemeinsame Drehachse für sie bildenden, rückseitig des Spannbackens 14 fest angeordneten Lagerstift drehbar gelagert. An den beiden Gewindemuttern 26, 27 sind ferner die einen Enden von vorgespannten Zugfedern 32 befestigt, deren anderen Enden an der Rückseite des Spannbackens 14 zu dessen Mitte symmetrisch angreifen. Diese Zugfedern 32 halten den Spannbacken 14 in einer stabilen Mittelstellung, in der seine in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ebene Spannfläche 14&min; senkrecht zu seiner radialen Verstellrichtung ist. Dieser Spannbacken 14 kann jedoch um die Achse des Stiftes 31 gegen die Wirkung der Federn 32 ausgeschwenkt werden und sich so beispielsweise einem konisch verlaufenden Außengehäuse, das den zu bewickelnden Stator aufweist, selbsttätig anpassen. Falls diese Schwenkmöglichkeit des Spannbackens 14 nicht erwünscht sein sollte, ist es auch ohne weiteres möglich, ihn am Schwenken zu hindern, beispielsweise durch einen an ihm befestigten, zum Ring 12 radial gerichteten Stift, der in einer Durchgangsbohrung des Ringes 12 geradegeführt ist. Oder es können beispielsweise anstelle der dargestellten Spreizarme 29, 30 Parallellenker vorgesehen sein.
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Der Ring 12 besteht aus zwei zu einer Mitteldurchmesserebene symmetrischen Ringen 12&min;, 12&min;&min;, die fest miteinander verbunden sind. In der Mitte des Bodens der Nut 15 ist eine schmale kreisringförmige, zur Drehachse des Ringes 12 konzentrische Nut 35 vorhanden, in der eine endlose Rollenkette 36 angeordnet ist, die mit allen drei, gleiche Zähnezahlen aufweisenden Kettenzahnrädern 25 kämmt, welche Kettenzahnräder 25 durch bodenseitige Durchbrüche dieser schmalen Nut 35 in die Rollenkette 36 eingreifen.
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An einem Ende jeder Gewindespindel 23, das über das betreffende Lagerstück 24 hinausragt, ist je ein Vierkant 37 angefräst, der dem Aufstecken eines Schlüssels oder eines sonstigen Hebels oder Rades zum Drehen der Gewindespindel 23 dient und von Hand gedreht werden kann oder es kann gegebenenfalls auch motorisches Drehen vorgesehen sein. Durch derartiges Drehen einer einzigen Gewindespindel 23werden infolge der formschlüssigen Verbindung mittels der ein Zugmittelgetriebe darstellenden endlosen Rollenkette 36 alle Kettenzahnräder 25 und damit auch die anderen beiden Gewindespindeln 23 gleichzeitig gedreht.
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Die drei Spannelemente 13 sind unter sich gleich ausgebildet, so daß durch manuelles oder motorisches Drehen einer einzigen Gewindespindel 23 jeweils alle drei Spannbacken 14 um jeweils gleich große Beträge in bezug auf den Ring 12 je nach Drehrichtung radial einwärts oder auswärts bewegt werden und hierdurch zur Drehachse des Ringes 12 konzentrisches Einspannen des einzuspannenden Stators oder Rotors sichergestellt ist.
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Die zu beiden Längsseiten der Gewindemutter 26 angeordneten beiden Spreizarme 29 haben solchen seitlichen Abstand voneinander, daß die zu beiden Längsseiten der schmaleren Gewindemutter 27 angeordneten beiden Spreizarme 30 zwischen den Spreizarmen 29 auf dem Stift 31 gelagert sind. Alle Spreizarme 29, 30 sind gerade Flachstäbe und ergeben sehr gute, hoch belastbare Führung des Spannbackens 14.
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Indem man eine einzige Gewindespindel 23 von Hand oder motorisch dreht, werden, wie erwähnt, alle drei Spannbacken 14 gleichzeitig radial nach innen bzw. außen bewegt, wobei ihre verstellbaren Abstände von der Drehachse des Ringes 12 jeweils unter sich gleich groß sind. Die radialen Abstände der Spannbacken 14 von der Drehachse des Ringes 12 lassen sich durch Drehen der Gewindemuttern 23 erheblich verstellen, und zwar nahezu entsprechend der Länge der Spreizarme 29, 30. Diese Verstellmöglichkeit ermöglicht rasches zentrisches Einspannen und Ausspannen eines Stators oder Rotors, wobei die einspannbaren Statoren und Rotoren erheblich unterschiedliche äußere Abmessungen und Gestaltungen haben können. Wenn aufeinanderfolgend gleiche Statoren oder Rotoren eingespannt werden, genügt zum Auswechseln nur geringe Verstellung der Spannbacken 14. Wenn auf Einspannen eines Stators oder Rotors einer anderen Dimensionierung übergegangen wird, werden die Spannbacken 14 für das Einspannen des ersten Stators oder Rotors dieser Serie entsprechend verstellt und für das Auswechseln der Statoren oder Rotoren dieser Serie genügt dann wieder jeweils nur geringfügige Verstellung der Spannbacken 14.
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Wenn die Spannbacken 14 dem Einspannen eines Maschinenteiles an einem Umfang dienen sollen, der sehr kleinen Außendurchmesser aufweist, für den die Verstellmöglichkeit der Spannbacken 14 mittels der Gewindespindeln 23 nicht ausreicht, beispielsweise die Welle eines Rotors eingespannt werden soll, kann zu diesem Zweck vorteilhaft vorgesehen sein, daß man die Spannbacken 14 durch Anbringen von Klötzen radial verlängert. Diese Klötze können vorzugsweise Haftmagnete aufweisen, mittels denen sie an den dargestellten Spannbacken 14 magnetisch selbsthaltend haften. Die Spannbacken 14 können deshalb zweckmäßig aus magnetisierbarem Werkstoff, vorzugsweise aus Eisen oder Stahl bestehen.
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Wie ersichtlich, ist der Ring 12 im Lagerrahmen 11 frei drehbar gelagert, so daß er ohne weiteres um 360° und mehr gedreht werden kann. Falls eine solche Drehmöglichkeit nicht erwünscht ist, können am Lagerrahmen 11 und Ring 12zusammenwirkende Anschläge angeordnet sein, die die Drehmöglichkeit auf einen gewünschten Drehwinkel begrenzen. Ferner kann bevorzugt vorgesehen sein, daß man den Ring 12 gegen Drehen im Lagerrahmen 11 hindern kann, bspw. durch die in Fig. 2 dargestellte Rändelmutter 40, die in eine Durchgangsgewindebohrung des Lagerrahmens 11 eingeschraubt ist und den Ring 12 festklemmen kann.
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Unter Stator ist u. a. auch ein Maschinenteil einer elektrischen Maschine verstanden, das den Stator aufweist, also insbesondere auch ein Außengehäuse oder ein Gehäuseteil, welches den Stator enthält.
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Es sind zahlreiche Abwandlungen der dargestellten Spannvorrichtung möglich, von denen nur einige erwähnt seien. Beispielsweise können die Gewindespindeln in manchen Fällen tangential zum Ring 12 angeordnet sein. Oder die Rollenkette kann anders ausgebildete Vorschubgetriebe für die radiale Verstellung der Spannbacken 14 formschlüssig verbinden, bspw. dem Antrieb radial zum Ring 12 angeordneter Gewindespindeln dienen, auf denen mit den Spannbacken fest verbundene Muttern gegen Drehen gesichert geführt sind.