DE2838405A1

DE2838405A1 - Anker fuer motoren und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2838405A1
Application number: DE19782838405
Authority: DE
Inventors: Shigeru Kajiwara; Tomiaki Sakano; Hiromichi Yamamoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1977-09-05
Filing date: 1978-09-02
Publication date: 1979-03-08
Anticipated expiration: 1998-09-03
Also published as: GB2003674B; JPS5439801A; GB2003674A; DE2838405C3; DE2838405C2; US4263711A

Description

Anmelderin:
Matsushita Electric
Industrial Co.,Ltd.
Osaka/Japan

Anker für Motoren und Verfahren zu dessen Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Anker für Kommutatorinctaren der mit Schleifring-Läufer arbeitenden Bauart und betrifft insbesondere einen Anker mit Doppelisolierung, bei Deicher ein Isolator zwischen einem Eisenkern und den darauf angebrachten Uicklungen vorgesehen ist und auSerden der Eisenkern und der Stromwender gegenüber der Achsmeile isoliert sind. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein !/erfahren zur Herstellung eines derartigen Ankers.

Herkömmliche Anker mit Doppelisolierung werden in der -Jeise hergestellt, daß eine Achswelle mit isolierter Mantelfläche, ein Eisenkern und eine Stromiuendereinheit mit einzeln isolierten Segmenten vorbereitet und der Kern und der Stromwender bei der Endmontage der Ankereinheit mit Preßsitz

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auf die Achswelle aufgebracht werden. Die Herstellung solcher rinker erfordert eine ganze Reihe von Bearbeitungsschritten, und es treten daher hinsichtlich der notwendigen Genauigkeit unvermeidlich Probleme auf, die nur durch eine erhöhte Anzahl umständlicher und kostspieliger Arbeitsschritte überwunden werden können.

Die Erfindung bezweckt daher hauptsächlich, unter Ausschaltung der bekannten Probleme und Schwierigkeiten und mit möglichst geringem technischen und finanziellen Aufwand einen durch einfacheren Aufbau verbesserten Anker sowie ein wirtschaftliches Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, mit welchem bei vereinfachtem Arbeitsablauf eine höhere Fertigungsgenauigkeit leichter eingehalten warden kann.

Bei einem Anker einer elektrischen Maschine wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Isolierung der Achswelle gegen den Eisenkern und den Stromwender sowie des Eisenkerns gegen die Ankerwicklungen einteilig ausgebildet ist und gleichzeitig eine Verbindung bildet, welche die vorgenannten, gegeneinander isolierten Ankerteile zu einem festen Dauteil vereinigt.

Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen aus einer fest verbundenen Baueinheit bestehenden Ankers umfaßt folgende Schritte: In eine Gießform werden zunächst die vorgesehene Anzahl der Stromwendersegmente in kreisförmiger bzw. zylindrischer Anordnung sowie ein Kern aus übereinander gelegten Eisenblechscheiben eingesetzt, bevor eine Achswelle in die iilitte der Gießform eingeführt und mit einem bestimmten Spielraum zum Eisenkern und den Stromwendersegmanten zentriert wird. Nach dam Schließen der Form wird dann ein Isolierwerkstoff in den Formhohlraum eingegossen, um die Zwischenräume zwischen den in die Form eingesetzten Teilen auszufüllen.

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Nach dem Aushärten des Isolier materials ujird die Form geöffnet und der fertige Ankerkörper entnommen, auf dessen Eisenkern dann die Ankerwicklung gewickelt wird.

Bei einem erfindungsgemäßen Anker für elektrische Maschinen, insbesondere für Kommutatormotoren ist also nur eine gemeinsame, zusammenhängende Isolierung vorgesehen, die sämtliche gegeneinander zu isolierenden Bestandteile des Ankers einwandfrei isoliert und gleichzeitig zu einer fortnstabilen Baueinheit verbindet.

Dieser Anker kann erfindungsgemäß besonders vorteilhaft in einem gegenüber dem Stand der Technik vereinfachten Verfahren mit hoher Präzision hergestellt werden, wobei die erforderliche maßhaltigkeit und - genauigkeit ohne bisher unumgängliche zusätzliche filaßnahmen gewährleistet ist, so daß der damit verbundene Zeit- und UJerkzeugaufwand vermieden wird.

Weitere Vorzüge und iiierkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in welchen bevorzugte Ausführungsfcroien der Erfindung beispielsweise erläutert und dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine geschnittene Ansicht eines erfindungsgemaßen Ankers ohne Ankerwicklungen,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Ansicht des in einer Gießform befindlichen Ankers zur Veranschaulichung eines Spritzgießverfahrens zu dessen Herstellung,

Fig. 3 einen Teil eines Eisenkerns im Querschnitt,

Fig. 4 einen Teil eines Stromwenders im Querschnitt,

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Fig. 5 a eine Stromwenderlamelle,

Fig. 5 b eine entlang der Linis V - V in Fig. 5 a geschnittene Ansicht einer Stromwenderlamelle,

Fig. 6 die Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung der segmentförmigen Stromwendsrlamellen aus einem Rohr, tiiobei Fig. 6 a in einer Draufsicht und Fig. 6 b in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht einen ersten Verfahrensschritt und Fig. 6 c in einer ebenfalls teilweise geschnittenen Seitenansicht einen zweiten Vsrfahrensschritt verdeutlichen,und

Fig. 7 einen Schnitt durch einen herkömmlich aufgebauten Anker.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer bevorzugten Ausführungsformen wird zunächst anhand der Fig. 7 ein Anker herkömmlicher Bauart beschrieben. Dieser Anker meist eine Achswelle 17 auf, die mit einer Isolierschicht überzogen ist und auf welcher ein Eisenkern 18 und ein Stromwender 19 mit Hilfe einer Preßsitzverbindung befestigt sind. Der Kern 18 ist mit endseitigen Isolatoren 21 und 22 versehen, die beispielsweise aus Preßpappe gestanzt sind, die mit Kunstharz oder Vulkanfaser imprägniert ist. Die geschlitzten Teile des Eisenkerns sind beispielsweise mit einem Polyäthylenterephthalat-Überzug oder einem Epoxydharz-Anstrich isoliert. Die Isolierschicht 20 auf der fflantelfläche der Achswelle 17 besteht beispielsweise aus einer Umwicklung aus Glasgewebe oder Glasgespinst, das mit Epoxyd-

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harz oder Phenolharz imprägniert ist, mobei das Harz durch Erhitzung ausgehärtet und die sich ergebende Schicht bis zu einer bestimmten festgesetzten Maßgröße abgeschnitten oder abgeschliffen wird. Der Stromwender 19 besteht aus Lamellen, die mit Hilfe eines Isolierstoffes, beispielsweise Phenolharz, gegeneinander isoliert fest zusammengehalten sind oder durch eine beispielsweise mit einer Glimmereinlage isolierten inneren Eisenbuchse durch Umbördeln fest zusammengehalten sind.

Bei einem derartigen Anker · entstehen bei;n Imprägnieren des Glasgewebes oder eines ähnlichen Materials mit Harz im Innern der Isolierschicht auf der Mantelflache der Achswelle Löcher oder Poren, die bei der anschließenden Nachbearbeitung durch Schneiden oder Schleifen an der Oberfläche der Isolierschicht zum Vorschein kommen. Die dann in den Eisenkern eingepreßte Isolierschicht führt somit hinsichtlich der Durchschlagfestigkeit gegen Spannungen unvermeidlich zu Schwierigkeiten und Problemen. Außerdem ist die fflaßgenauigkeit der nachbearbeiteten Isolierschicht der Achsmeile nicht immer hoch genug, daß die Konzentrizität des Eisenkerns und des Stromwenders mit der eingepreßten Achswelle ohne weiteres gewährleistet wäre. Deshalb ist es notwendig, auch die äußeren Mantelflächen des auf der Achswelle montierten Kerns und Stromwenders durch Schneiden oder Schleifen nachzubearbeiten. Zusätzlich zu den verschiedenen notwendigen Schritten zur eigentlichen Herstellung der Isolierschicht auf der Achswelle erfordert die beschriebene Anordnung noch besondere Maßnahmen und Arbeitsvorgänge zur spanabhebenden Bearbeitung der Isolierschicht, um diese für einen sicheren Preßsitz vorzubereiten. Außerdem erfordert auch die Isolierung der geschlitzten Teile des Eisenkerns und der Endflächen des Eisenkerns sowie die Isolierung der Stromwendarlamellen und deren Verbindung zu einem vorgefertigten Bau-

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teil besondere Arbsitsschritte und damit einen erhöhten Arbeitsaufwand, der auch das Endprodukt erheblich verteuert. Im übrigen ist auch die Herstellung der Preßsitzv/erbindung der Achswelle mit dem Eisenkern und dem Stromwender und

die Nachbearbeitung der äußeren fflantelflachen des Kerns und des Stromwenders umständlich und kostspielig.

Im folgenden u/ird nun anhand der Fig. 1 bis 5 b eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, welche diese Nachteile herkömmlicher Ankerkonstruktionen vermeidet.

Fig. 1 zeigt eine Achswelle 1, einen Eisenkern 2, einen Stromwender 3 und eine Isolierung 4. Der erfindungsgemäße Anker besitzt eine Doppelisolierung und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator der IKlantelflache der Achswelle zur Isolierung des Eisenkerns 2 von der Welle 1 auch den Stromwender 3 von der Welle sowie die einzelnen Lamellen des Stromwenders gegeneinander isoliert und gleichzeitig die Welle, den Eisenkern und den Stromwender zu einer formfesten Baueinheit verbindet, wobei der gleiche Isolator ferner die geschlitzten Teile des Eisenkerns und die Endflächen des Eisenkerns isoliert. Die erfindungsgemäß ausgebildete Isolierung verbindet also die einzelnen Teile des Ankers zu einer einteilig vorgefertigten Baueinheit mit verbesserter Fertigungsgenauigkeit und sorgt gleichzeitig für eine zuverlässige Isolation.

Im folgenden ujird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Ankers in Verbindung mit den dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 2 zeigt eine Gießform 5 mit einem ersten Teil 5 und einem Formeinsatz 6 zur Halterung der in Umfangsrichtung verteilt angeordneten,beispielsweise kraftschlüssig in die innere Umfangsflache eingesetzten Stromwenderlamellen

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Der Formeinsatz 6 und ein Klemmring 7 sind innerhalb des ersten Gießformteiles 5 angeordnet. Ein zweiter Gießformteil 8 ujird dann, wie dargestellt, auf den ersten Teil 5 der Form aufgesetzt, und die UJelle 1 und der Eisenkern 2 werden in den ersten und zweiten Teil 5 und 8 der Gießform eingesetzt. Danach aufgesetzte Teile 9 und 10 vervollständigen die Gießfarm, in welcher die U/sHe 1, der Eisenkern und die Stromiuenderlamellen 30 als Einsätze so angeordnet sind, daß auch zwischen den Endflächen des Eisenkerns und den Formteilen ο und 9 jeweils ein Ringspalt frei bleibt. Ein Isoliermaterial wird dann unter vorgegebenem Druck in die auf einer bestimmten Temperatur gehaltene Form gegossen, UTi die Zwischenräume zwischen der Form und den Einsätzen auszufüllen. Die Form bleibt dann für eine vorgegebene Zeit stehen, um das Isoliermaterial aushärten zu lassen. Das ausgehärtete !riaterial isoliert die einzelnen Einsätze gegeneinander und verbindet sie gleichzeitig zu einer einteiligen, formstabilen und maßhaltigen Baueinheit. Anschließend wird dann die Form geöffnet, um die vergossene Baueinheit zu entnehmen, auf welche dann zur endgültigen Fertigstellung des Ankers die Ankerwicklungen aufgewickelt werden.

Sei der in Fig. 2 gezeigten Form handelt es sich um eine Spritz-Preßform. Das durch einen Spritzkanal 11 eingespritzte Formmaterial 4 fließt über einen ringförmigen Einlauf 12 und eine Einlaufrinne 13 in den Formhohlraum und bildet die Isolierahichten 4 a und 4 c auf der Mantelfläche der lUelle 1 und die Isolierschicht 4 b zwischen der UJelle und dem Eisenkern 2. Gleichzeitig fixiert die Preßmasse die gegeneinander isolierten Kommutatorsegmente 30 mit einer zwischen der lUelle 1 und den Segmenten 30 ausgebildeten Isolierschicht 4 d. Das Isoliermaterial verbindet also die in die Form eingesetzten Teile zu einem einteiligen, forrnfesten Körper. Ferner verbindet das Isoliermaterial die den Kern bildenden Eisenblechscheiben durch die beim Spritzvorgang ausgebildeten Isolierschichten 4 e und 4 f an den Endflächen des Eisenkerns 2 und die Iso-

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lierschichten 4 g in den Karnschlitzen.

Fig. 3 verdeutlicht die Ausgestaltung des UJerkzeugteiles 8 zur Ausbildung der Isolierschichten 4 g an den geschlitzten Teilen des Kerns. Der Eisenkern 2 ist gegen eine vertikale Verschiebung durch Zähne 2 a gesichert, uielche zwischen dem oberen Ende des Formeinsatzes 6 und dem unteren Ende des dritten Uierkzeugteiles 9 gehalten sind. In Umfangsrichtung ist der Eisenkern 2 durch Vorsprünge 8 a abgestützt, die won der inneren Mantelfläche des zweiten UJerkzeugteiles 8 vorstehen und in die Lücken zwischen den Zähnen 2 a des Eisenkernes passen. Von den Vorsprüngen 8 a sich radial nach innen erstreckende Ansätze 14 passen in die Kernschlitze, so daß Isolierschichten 4 g vorbestimmter Dicke zur Isolierung der geschlitzten Kernteile über den Außen flächen der Ansätze ausgebildet werden können. Die Ansätze 14 können am Einsatzteil 6 oder am dritten Ulerkzeugteil 9 vorgesehen sein.

Fig. 4 zeigt den Formeinsatz 6 und einen Klemmring 7. Die Kommutatorsegmente 30 stehen mit ihren Stegkörpern beispielsweise in Preßpaßverbindung mit der inneren Umfangsflache des Formeinsatzes 6, während ihre Füße 30 a zur Mittelachse gerichtet sind. Der Formeinsatz 6 besteht beispielsweise aus zwei zusammenpassenden Teilen, dia durch den Klemmring 7 fest miteinander verbunden sind. Die elektrische Trennung der Kommutatorsegmente 30 erfolgt beispielsweise wie folgt: Nachdem die zu einem Zylinder zusammengefügten Kommutator segmente 30 in der Form zu einem festen Körper verbunden wurden, wird der Formeinsatz 6 abgenommen und der zylindrische Körper wird beispielsweise durch Schneiden zwischen den einzelnen Segmentkörpern geschlitzt, um die Segmente zu trennen und elektrisch unabhängig voneinander zu machen. In Fig. 5 a und 5 b ist ein bevorzugtes Ausführungsbei-

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spiel eines Kommutatorsegmantes 30 gezeigt. Der obere Teil 30 d des Segmentes ist mit Ausschnitten versehen, die zulassen, daß die Form-oder Preßmasse die Zwischenräume zwischen den Segmenten ausfüllt, so daß die benachbarten Segmente einander an den oberen Teilen nicht berühren, wenn die Enden der Ankerspulen mit dem Kommutator verbunden werden. Eine Nut 3 c kann an der Stirnseite der Segmente vorgesehen werden, bevor diese in die Form eingesetzt werden.

Unter Isoliermaterial ist hier eine zum Spritzpressen oder Spritzgießen etc. geeignete Formmasse oder ein Gießharz zu verstehen. Geeignete Formwerkstoffe sind beispielsweise hitzehärtbare Harze, deren thermische und mechanische Eigenschaften den vorliegenden Anforderungen genügen und die im wesentlichen aus Phenolharz, ungesättigtem Polyesterharz, Epoxydharz oder dergleichen bestehen können. Für Motoren mit mäßigen Belastungen während des Betriebes sind auch thermoplastische Harze wie z. B. gesättigtes Polyssterharz, Polyamidharz oder Polyphenylenoxidharz besonders vorteilhaft, weil diese zum Spritzgießen besser geeignet sind. Brauchbar sind auch Gießharze, die überwiegend aus Epoxydharz bestehen, während Urethanharz, welches verhältnismäßig schnell aushärtet, besonders vorteilhaft ist.

Der Ausdruck Kommutatorsegmente bezieht sich hier allgemein auf Segmente, die für die Herstellung des Kommutators 3 eines fertigen Ankers verwendet werden können, nachdem sie zusammen mit der Achswelle zu einer geschlossenen Einheit verbunden wurden. Sie müssen daher für die Herstellung der vorgefertigten geschlossenen Einheit nicht notwendig in Form einzelner, unabhängiger Kommutatorsegmente 30 ausgebildet sein. In Fig. 6 a bis 6 c sind beispielsweise die Schritte zur Herstellung solcher Kommutatorsegmente aus einem Rohrstück 15 veranschaulicht. An der inneren Mantelfläche des Rohres 15 werden durch Ziehen oder

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Räumen Vorsprünge 16 ausgebildet, siehe Fig. 6 a und 6 b,und beide Enden der Vorsprünge 16 werden zur Bildung der Fußteile abgeschnitten und nach innen angehoben, siehe Fig. 6 c. Dieses Werkstück wird dann mit der Achsu/elle und dem Eisenkern zu einer Baueinheit zusammengefaßt und anschließend durch Schneiden in elektrisch unabhängige Kommutatorsegmente unterteilt. Statt dessen können auch getrennte Kommutatorsegmente unter Einfügung won Glimmerscheiben oder entsprechenden Isolierlamellen zwischen die einzelnen Segmente fest in den Formeinsatz 6 eingepreßt und dann zu einem Zylinderkörper fest verbunden werden.

Zur Erzielung einer besonders guten Haftung zwischen der üelle und der aufgebrachten Isolierschicht kann die lUellenoberfläche geriffelt, mit Kerben versehen oder unter Verwendung eines Phosphates durch Parkerisieren beschichtet werden. Zum gleichen Zweck und um eine erhöhte Festigkeit der Welle gegen Belastungen zu erreichen, kann dia UJelle beispielsweise durch Nitrieren gehärtet werden.

Der Eisenkern kann in Form eines Blockes übereinandergelegter Eisenblechlamellen vorbereitet werden, die jedoch nicht mit Bolzen oder durch Schweißen miteinander verbunden uierden müssen. Die Blechlamellen können beispielsweise auf einem Teil mit Kerben und l/orsprüngen ausgebildet werden, die beim passenden Zusammensetzen der Bleche miteinander in Eingriff kommen. Die somit passend zusammengesetzten Eissnblechschsiben werden dann mit dem Isoliermaterial zu einem festen Körper verbunden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann also der Kommutator gleichzeitig mit der Isolierung der stromführenden Teile gegen die Achswelle ausgebildet werden, wobei die fertige Isolierung den Schaft, den Eisenkern und den Kommutator zu einer festen Einheit verbindet.

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Die erfindungsgetnäße Konstruktion ist daher gegenüber herkömmlichen Konstruktionen beständiger gegen die im Betrieb auftretenden Spannungen und besitzt bei einu/andfreier Maßhaltigkeit auch eine bessere Formfestigkeit als herkömmliche Anker. Das erfindungsgemäße Verfahren vereinfacht also die Ankerfertigung bei gleichzeitiger Kosteneinsparung und hoher Fertigungsgenauigkeit, da die üblicherweise erforderlichen Arbeitsschritte zum Schneiden oder Schleifen der liJelle zum Aufpressen des Eisenkerns und des Kommutators auf die Welle und die gesonderte Vorfertigung des Kommutators und der Isolierung des Eisenkerns entfallen,

Ansprüche

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Claims

Ansprüche ;

1. nnker Für elektrische Maschinen, insbesondere für Kommutatormotoren, bei welchem ein Eisenkern und ein Kommutator isoliert auf einer Achswelle angeordnet sind und eine Isolierung zwischen dem Eisenkern und den auf diesen aufgewickelten Ankerspulen v/orgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (4) der Achswelle (1) gegen den Eisenkern (2) und dBn Kommutator (3) einteilig mit der Isolierung des Eisenkerns gegen die Ankerspulen ausgebildet ist und gleichzeitig die gegeneinander isolierten Ankerteile (1, 2, 3) zu einer fest zusammengehaltenen Baueinheit (1, 2, 3, 4) verbindet.

2. V/erfahren zur Herstellung eines Ankers, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere zu einem Kreiszylinder zusammengefügte Kommutatorsegmente und ein Kern aus passend aufeinandergelegten Eisenblechscheiben in eine Hohlform eingesetzt werden, daß eine UIeHe mit vorgegebenem Zwischenraum konzentrisch zum Kern und den Kommutatorsegmenten in die Mitte der Form eingesetzt wird, daß dann zur Ausfüllung der Zwischenräume ein Isoliermaterial in die Form eingegossen oder eingespritzt wird und daß die Form nach dem Aushärten des Isolisrmaterials geöffnet, der fertige Bauteil herausgenommen und schließlich die Ankerspulen auf den Eisenkern gewickelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutatorsegmente kraftschlüssig mit der innsren Mantelfläche eines zweiteiligen, durch einen Klemmring zusammengehaltenen Formeinsatzes zusammengefügt werden, der dann unter Beachtung des einzuhaltenden Zwischenraumes zwischen den Segmenten und der konzentrischen Achswelle

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in die Hohlform eingesetzt wird, in welcher dann die Kommutatorseginsnte durch den eingegossenen Isolierstoff zu einem festen zylindrischen Körper verbunden werdsn.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der mehrteiligen Hohlform Vorspränge aufweist, die τι it vorgegebenem Zu/ischenraum zwischen nach außen weisende Zähne des Eisenkernes paßt, so daß beim Eingießen des Isoliermaterials in jedem durch die Lücken zwischen den Zähnen des Eisenkerns gebildeten Schlitz eine Isolierschicht vorbestimmter Dicke geformt wird, welche den geschlitzten Teil des Eisenkernes isoliert, wobei dessen Lamellen durch das eingegossene Isoliermaterial gleichzeitig fest miteinander verbunden werden,

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern so in die Hohlform eingesetzt wird, daß zwischen seinen oberen und unteren Endflächen und den diesen gegenüberliegenden Flächen der Hohlform jeweils ein vorgegebener Abstand für die Ausbildung endseitiger Isolier- und Halteschichten frei bleibt.

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