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Verfahren zum Verschließen der Nuten eines Ankers
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sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Verschließen der die Wicklungsdrähte aufnehmenden Nuten eines
Ankers gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
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Bei der bisherigen Ankerherstellung wurde ein Ankerblechpaket auf
einer Welle angeordnet, auf die ebenfalls ein ollektorring als Stromwender koaxial
aufgesetzt war. Das Ankerblechpaket hat in Längsrichtung angeordnete, durchgehende
Nuten, die über den Umfang mit gleichem Abstand verteilt angeordnet sind. In die
Nuten wird nach bekannten Verfahren eine Nutisolation und danach die Wicklung aus
Kupferleitungen eingebracht, die in bekannter Weise mit den Lamellen des Kollektorrings
verbunden werden. Zum -Verschließen der Nuten wurden nunmehr Nutkeile in Längsrichtung
in die Nuten eingeschlagen und danach wurden zur Verfestigung der Ankerwicklung
insbesondere die an den Nutenden liegenden Wicklungsköpfe geträufelt, so wird z.
B. Epoxydharz auf die Wicklungsköpfe aufgeträufelt.
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Eine derartige Ankerherstellung ist sehr arbeitsaufwendig und zeitintensiv
(ca. 10 Minuten), so daß ein derart hergestellter Anker relativ teuer ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren
zum Verschließen der Nuten und Verfestigen der Wicklungen anzugeben sowie eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens aufzuzeigen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kennzeichen des Anspruches
1 gelöst.
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Das Isoliermaterial tritt mit hohem Druck mittig in die Nuten ein
und fließt beidseitig zu den Stirnseiten der Nuten, so daß die einliegenden Kupferdrähte
ausgehend von der Einspritzstelle fest gegen den Nutgrund gedrückt werden, wobei
sich die Andruckkräfte zu den stirnseitigen Enden der Nut bügelartig fortpflanzen.
Auf diese Weise wird der Füllfaktor einer Nut erheblich verbessert, da weniger Luft
zwischen den Einzeldrähten liegt und daher geringere magnetische Verluste und eine
geringere innere Erwärmung erfolgt. Mit gleichen Bauabmessungen wie beim Stand der
Technik lassen sich aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens erheblich höhere Leistunyen
mit einem z. B. als Läufer ausgebildeten Anker erzielen. Bei gleicher Leistung wie
im Stand der Technik kann daher die Bauhöhe erheblich verringert werden. Aufgrund
des festen Andrückens liegen die Kupferdrähte absolut fest in den Nuten, so daß
sie sich relativ zueinander nicht bewegen können und ein Durchscheuern der Lack
isolation der Windungsdrähte bei rauhem Betrieb des Motors. vermieden ist. Insbesondere
bei schnell fahrenden Kettenfahrzeugen, wo auf die Windungsdrähte Beschleunigungen
von bis zu 9 g bei Frequenzen zwischen 25 - 100 Hz wirken, sind Windungsschlüsse
aufgrund brüchiger Lackisolationen weitgehend vermieden.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung werden gleiciizeitig
die außerhalb der Nuten liegenden Wicklungsköpfe des Ankers vom Isolationsmaterial
ummantelt, d. h. weitgehend
vollständig umspritzt, so daß eine totale
Abkapselung der Windungen erzielt wird. Hierdurch sind die Windungsdrähte gegen
Beschädigungen von außen, wie durch heiße Kohlestaubpartikel und gegen schädliche
Kohlestaubablagerungen zwischen einzelnen Wicklungsdrähten, geschützt.
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Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, eine
Spritzgußform, ist in Anspruch 9 angegeben.
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Mit einer derartigen Spritzgußform ist bei einfacher Ausbildung das
erfindungsgemäße Verfahren schnell und einfach durchführbar.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der
Beschreibung und den Zeichnungen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht auf einen
Anker, dessen Nuten mit Isolationsmaterial ausgespritzt sind, Fig. 2 einen Schnitt
gemäß der Linie II-II aus Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt durch eine Spritzform mit
eingesetztem Anker.
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Der in den Fig. 1 ünd 2 dargestellte Ankeribesteht aus einem Ankerblechpaket
12 aus geschichteten, einseitig isolierten Blechen, wobei das Ankerblechpaket in
seiner Längsrichtung über den Umfang verteilt mehrere Nuten 2 aufweist, die zur
Aufnahme der das Wechselfeld erzeugenden Wicklungen aus elektrischen Leitern 4 dienen.
Die Leiter 4 sind aus lackisoliertem Kupferdraht gebildet, wobei in bekannter Weise
jeweils mehrere Leiter 4 in Längsrichtung der Ankerbleche in
einer
Nut 2 angeordnet sind In die Nut ist vor Einlegen der Leiter 4 eine Nutisolation
5 eingebracht worden, um eine elektrisch leitende Verbindung mit dem Blechpaket
nach Durchscheuern der Lackisolation zu vermeiden. Die Wicklungsköpfe 19 (nur umspritzt
dargestellt) der Leiter 4 liegen jeweils außerhalb der Ankerbleche auf der Stirnseite
des Blechpaketes 12.
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Die Nuten 2 können selbstverständlich mit unterschiedlichsten Nutquerschnitten
ausgebildet sein.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Anker 1 als Läufer ausgebildet.
Das Ankerblechpaket 12 ist rotationsfest auf einer Welle 3 ang-eordnet, die gleichzeitig
mit Abstand vom Blechpaket bzw. den Wicklungsköpfen 19 an den Enden der Nuten 2
einen Kollektor 6 als Stromwendeeinheit trägt, der ebenfalls rotationsfest mit der
Welle 3 verbunden ist. Die Enden der einzelnen Windungen sind-mit den Lamellen des
Kollektors in der üblichen Art und Weise verbunden.
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Ein derart zusammengefügter Anker 1 wird in eine Form 7 eingebracht,
wie sie mit eingesetztem Anker 1 in Fig. 3 gezeigt ist. Der zylindrische Innenraum
der Form 7 ist dem Durchmesser des Ankers 1 entsprechend so angepaßt, daß dessen
Außenmantelan der Innenwand der Form 7 weitgehend spielfrei anliegt.
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Die Form 7 besteht im wesentlichen aus zwei Hälften, deren Trennungsebene
13 in Längsrichtung des Ankerblechpaketes etwa auf dessen halber Höhe vorgesehen
ist.
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In jeder Trennungsebene 13 ist, jeweils mit halbem Querschnitt, ein
Angußkanal 14 vorgesehen. Bei zusammengesetzter Form liegen die Querschnitte deckungsgleich
aufeinander, so daß ein Angußkanal 14 mit entsprechendem Durchtrittsquerschnitt
entsteht.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Angußkanal 14 aus einem
mit radialem Abstand vom Anker 1 angeordneten Ringkanal 9 gebildet, von dem sternförmig
zum Innenraum der Form 7 Radialkanäle 10 verlaufen, deren Mündungen 11 jeweils vor
einer Nut 2 des im Innenraum eingesetzten Ankers 1 liegen, und zwar in Längsrichtung
der Nut etwa genau in deren Mitte. Die Anzahl der Radialkanäle 10 entspricht somit
der Anzahl der Längsnuten 2 im Anker 1.
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Der Ringkanal 9 ist mit einer nicht näher gezeigten Vorrichtung verbunden,
die das verwendete spritzfäh ige Isolationsmaterial unter hohem Druck und mit hoher
Geschwindigkeit in den Ringkanal 9 durch die Radialkanäle 10 in die Nuten 2 preßt.
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Um eine gute Materialverteilung mit möglichst gleichmäßiger Füllung
aller Nuten zu erhalten, ist der Ringkanal 9 im Durchtrittsquerschnitt größer ausgebildet
als die Radialkanäle 10.
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Die quer zur Längsrichtung des Ankers 1 liegenden Stirnflächen der
nicht näher dargestellten Form 7 sind vorzugsweise eben und weisen eine zentrische
Bohrung zur Aufnahme der das Ankerblechpaket tragenden Welle 3 bzw. des auf der
Welle 3 angeordneten Kollektors 6 auf. Die Innenwandung der Form verjüngt sich auf
der dem Kollektor zugewandten Stirnseite der Form 7 bis etwa auf den Außenumfang
des Kollektors konisch, und zwar etwa ausgehend von der benachbarten Axialkante
15 des Ankerblechpaketes 12. Ähnlich verläuft die Innenwandung auf der gegenüberliegenden
Stirnseite der/Form 7. Vorzugsweise verjüngt sie sich bis auf die WeLle c'der bis
auf eine zur WelLe 3 rcchtwinklige Stirnfläche der Form 7. Die Verjüngung ist kurvenförmig,
vorzugsweise kreisförmig ausgebildet.
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Die stirnseitigen Verjüngungen der Form 7 sind so vorgesehen, daß
die Wicklungsköpfe an der Innenwandung der Form nicht zur Anlage kommen.
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Bei geschlossener Form wird über den Anschlußstutzen 8 spritzfähiges
Isolationsmaterial, vorzugsweise Thermoplast, in den Ringkanal 9 unter hohem Druck
gepreßt, von wo aus das Thermoplast durch die Radialkanäle 10 mittig mit etwa 1.200
bar in die Nuten 2 eintritt. Dies geschieht unter hoher Geschwindigkeit, so daß
trotz nur eines Anschlußstutzens 8 in allen Nuten 2 etwa gleichzeitig eingespritzt
wird. Aufgrund des in die Nut herein schießen den Materials werden die Kupferleitungen
4 auf den Nutgrund gepreßt und bügelförmig aufgrund des sich auf die offenen Nutenden
zufließenden Spritzmaterials in die Nut gedrückt. Hierdurch wird ein sehr hoher
Kupferfüllfaktor für die Nuten erreicht, zwischen den einzelnen Wicklungsdrähten
ist fast keine Luft mehr vorhanden. Das aus den stirnseitigen Enden der Nuten 2
austretende Spritzmaterial füllt den Freiraum zwischen denjstirnseitigen Enden der
Form 7 aus und umhüllt so vollständig die Wicklungsköpfe 19 des Ankers 1. Dieser
gesamte Einspritzvorgang erfolgt mit sehr hoher Einspritzgeschwindigkeit, wobei
der Einspritzvorgang in ca. eins bisfünf Sekunden abgeschlossen ist. Hierdurch wird
verhindert, daß die Lackisolation der Kupferleitungen 4 anschmelzen und ggf. einen
elektrischen Kurzschluß verursachen, wodurch die Leistung des Ankers erheblich vermindert
ist, ggf. der Anker unbrauchbar wird. Die Abkühlzeit der Form beginnt sofort nach
dem Beenden des Einspritzens unseträgt ca. 20 Sekunden. Nach dieser Abkühlzeit liegt
die Temperatur des eingespritzten Materials unter derßchmelztemperatur des Isolierlacks
der Kupferleitungen 4, der Thermoplast ist so weit verfestigt, daß entformt werden
kann.
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Die Gesamtarbeitszeit für einen derartigen Anker 1 in der Größenordnung
von ca. 1.000 Watt beträgt vom Einlegen in die Form bis zum Herausnehmen aus der
Form ca. 40 bis 50 Sekunden.
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Hervorzuheben ist, daß bei dem erfindungsgemäßen Spritzverfahren die
Kupferleitungen 4 in den Nuten keinerlei Zugspannungen unterworfen
werden,
so daß auch keine an den Kollektor angeschweißten Wicklungsenden abgerissen werden.
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Der Kupferfüllfaktor für eine Nut kann mit einem derartigen Verfahren
um bis, zu 25 % verbessert werden, so daß weniger magnetische Verluste undlbine
geringere innere Erwärmung auf tritt.
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Durch den höheren Füllfaktor ist aus demselben Ankerblechpaketquerschnitt
eines Motorankers mehr Leistung erzielbar als beim herkömmlichen Stand der Technik.
Dies bedeutet, daß bei gleicher Leistung aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens
kleinere Anker und Statorbleche verwendet werden können, so daß die Bauhöhe verringert
werden kann.
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Aufgrund der-eny aneinander gepreßten Kupferleitungen in den Nuten
ist auch eine Bewegung derselben relativ zueinander nicht möglich, so daß die Lackisolation
nicht durchgescheuert werden kann. Die Gefahr eines Windungsschlusses, besonders
bei rauhem Betrieb, ist erheblich verringert, was insbesondere bei schnell fahrenden
Kettenfahrzeugen von Vorteil ist, wo Beschleunigungen von 9 g mit einer Frequenz
zwischen 25 - 100 auftreten.
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Die umspritzten Wicklungsköpfe schützen die Kupferdrähte vor äußeren
Beschädigungen durch heiße Kohlstaubpartikel und gegen schädliche Kohiestaubablagerungen
zwischen dn einzelnen Wicklungsdrähten. Wt i tnrh.ln wird der mechan tche iialt
der elnzelnen Drähte gegen Losbrechen aufgrund auftretender Fliehkräfte vergrößert.
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Vorteilhafterweise sind im Bereich dergonischen Verjüngung der Form
Vertiefungen in der Innenwandung vorgesehen, die radial zur Welle 3 ausgerichtet
sind und einen'im wesentlichen rechteckigen
Querschnitt haben.
Aufgrund derartiger Vertiefungen werden beim Ausspritzen des Ankers Lüfterflügel
16 mit angespritzt, so daß ohne Mehraufwand eine bessere Kühlung des Ankers bei
Betrieb als Läufer möglich ist. Insbesondere dem Kollektor 6 wird durch die l.iiEterElügel16
vermehrt Luft zugeführt, wodurch' dieser besser gekühlt wird. Die Temperaturverteilung
eines derartigen Ankers ist sehr günstig, so daß ein derartiger Anker z.B.beim Einsatz
in druckgekapselten Motoren besonders vorteilhaft einsetzbar ist.
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Die Lüfterflügel 16 sind so ausgebildet, daß sie innerhalb einer den
Anker spielfrei umhüllenden Mantelfläche liegen.
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Als Spritzmaterial kann vorteilhafterweise auch ein Duroplast verwendet
werden.
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