DE3123463C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Startorjochs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Verfahren dieser Art ist aus der DE-AS 10 18 524 bekannt, wobei zunächst durch Ziehen eine Schale hergestellt wird, worauf durch Ausstanzen dieses schalenförmigen Vorformlings Polschuhe ausgebildet werden, welche durch mehrfaches Ziehen so geformt werden, daß sie weit über den unteren Rand der Wicklungsschale hinausragen. Die Polschuhe haben am freien Ende eine abgerundete Form, die durch Ausstanzen hergestellt wurde. Insbesondere in Verbindung mit dem mehrfachen Ziehen ist die Art der Herstellung bei diesem bekannten Verfahren relativ aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß bei einfachem Herstellungsvorgang präzise geformte Startorjoche gefertigt werden.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zum Unterschied gegenüber der bekannten Herstellungsweise wird zunächst der schalenförmige Vorformling durch Pressen und Stanzen zu einem Ringkörper verformt, an dessen Innenumfang durch Schneiden in Achsrichtung des Ringkörpers die Polzähne ausgebildet werden, worauf zwischen den Fußteilen benachbarter Polzähne eine Ausnehmung ausgestanzt wird.

Außer der US-PS 25 43 816 ist zwar ein Ringkörper mit U- förmigem Ringquerschnitt und daran in Achsrichtung ausgebildeten Polzähnen bekannt, jedoch können diese Polzähne nicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, weil diese Polzähne in Achsrichtung unmittelbar am Rand der Schenkel des U-Querschnitts abstehen, also nicht in Achsrichtung ausgeschnitten werden können. Auf diese Weise wird der Herstellungsvorgang vereinfacht, wobei durch den Schneidvorgang eine exaktere Ausbildung der Polschuhe möglich ist als bei dem bekannten Verfahren.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können Polzähne von großer Länge bei einem gegebenen Motordurchmesser ausgebildet werden, so daß man ein hohes Drehmoment des Motors erhält. Auch kann auf diese Weise eine große Anzahl von Polzähnen bei gegebenem Motordurchmesser ausgebildet werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung wird beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Elektromotors, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar ist,

Fig. 2A bis 2F durch Schnittansichten eines Vorformlings einzelne Verfahrensschritte,

Fig. 3 in perspektivischer und teilweise geschnittener Ansicht eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Unterseite des in Fig. 3 dargestellten Schlagstempels,

Fig. 5 eine vergrößerte Schnittansicht des Schlagstempels und der Matrize beim Ab­ scheren des Vorformlings bzw. Ringkörpers,

Fig. 6A und 6B in perspektivischen Ansichten den Ring­ körper nach dem Abscheren und nach dem Preßformen,

Fig. 7 in einer Schnittansicht ein Beispiel ei­ ner Preßformeinrichtung, die an einer Preßmaschine angebracht ist,

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer abge­ wandelten Form der Preßmatrize, und

Fig. 9A und 9B Schnittansichten der unteren Preßformein­ richtung für die Ausbildung des äußeren und inneren Joches.

Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, wird der Statorteil hauptsächlich von einem äußeren Joch 1, einem inneren Joch 2 und einer dazwischen angeordneten Wick­ lung 3 gebildet. Zwei aus einem äußeren Joch 1, einem inneren Joch 2 und der Wicklung 3 bestehende Baueinheiten werden zum Statorteil zusammengesetzt. Das äußere Joch 1 weist eine Viel­ zahl von Polzähnen auf, die in axialer Richtung von der in­ neren Umfangsfläche mit einer konstanten Teilung vorstehen. Das innere Joch 2 hat einen im wesentlichen dem äußeren Joch 1 ähnlichen Aufbau. Das äußere Joch 1 und das innere Joch 2 mit der dazwischen angeordneten Wicklung 3 werden so zusam­ mengesetzt, daß die Polzähne des äußeren und des inneren Joches 1, 2 versetzt zueinander angeordnet sind. Zwei Bauein­ heiten jeweils mit einem inneren und einem äußeren Joch wer­ den mit ihren inneren Jochen 2 so zusammengesetzt, daß diese Rückseite an Rückseite und winkelversetzt so zueinander ange­ ordnet sind, daß die Polzähne der inneren Joche 2 unter ei­ nem Winkel versetzt oder asymmetrisch angeordnet sind, der ein Viertel der Winkelteilung dieser Zähne beträgt. Die inneren Joche 2 sind nämlich entgegengesetzt zueinander angeordnet, wo­ bei die Polzähne des einen inneren Joches um ein Viertel des Winkelabstandes der Polzähne des anderen Joches versetzt sind. In dieser Anordnung ist ein Rotorteil aufgenommen, der mit Hil­ fe von Lagern 4 drehbar angebracht ist. Der Rotorteil umfaßt eine Welle 5 und einen Ringpermanentenmagneten 6 mit einer Viel­ zahl von magnetisierten Polen, der an der Welle 5 befestigt ist. Wenn ein elektrischer Strom in Form von Impulsen zugeführt wird, führt der Rotor periodische Drehungen schrittweise über eine magnetomotrische Kraft aus.

Wie es in den Fig. 2A bis 2F dargestellt ist, wird zunächst ein flaches Blech im ersten Verfahrensschritt hergestellt, das durch gestrichelte Linien in Fig. 2A dargestellt ist und etwa 1,0 mm stark ist und einen Durchmesser von etwa 62 mm hat. Das flache Blech besteht aus einem Material mit einer hohen magne­ tischen Permeabilität, beispielsweise aus magnetisch weichem Eisen. Dieses Blech wird anschließend gezogen, um ein schalen­ förmiges konkaves Element zu bilden, das in Fig. 2A dargestellt ist und einen Durchmesser von etwa 48 mm und eine Höhe von etwa 13 mm hat. Der schalenförmige Vorformling wird weiter napf- oder becherförmig gezogen, wie es in Fig. 2B dargestellt ist, so daß er einen maximalen Durchmesser von etwa 46 mm und eine maximale Tiefe von etwa 21 mm hat. Wie es in den Fig. 2C, 2D und 2E dargestellt ist, wird danach ein Zug nach und nach ange­ legt, um den mittleren Teil des Bodens in zylindrischer Form nach oben zu formen. Nach einer Endbearbeitung des äußeren Um­ fangsrandes wird die mittlere Stirnfläche in der in Fig. 2F dargestellten Weise ausgestanzt, woraufhin das vorstehende En­ de des inneren zylindrischen Teils leicht auseinandergebogen wird. Diese Arbeitsvorgänge erfolgen üblicherweise und in der oben beschriebenen Form, so daß sie nicht näher erläutert wer­ den.

Wie es in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellt ist, wird der in die­ ser Weise hergestellte Ringkörper 10 zwischen einem Schlagstempel 11 und einer Matrize 12 weiterverarbeitet, die in der in Fig. 3 dargestellten Weise zusammenarbeiten, so daß eine Vielzahl von magnetischen Polzähnen am inneren Umfangs­ teil des Ringkörpers 10 ausgebildet wird. Der Schlagstempel 11 besteht aus einem langgestreckten stabförmigen Element mit ei­ nem Querschnitt in Form einer fünfblättrigen Blüte, so daß langgestreckte Rillen 17 zwischen benachbarten Blütenblättern ausgebildet sind, und ist am unteren Endteil mit einer Schlag­ kante 13 versehen, die unter rechtem Winkel bezüglich der Achse des Schlagstempels ausgebildet ist. Der Teil unterhalb der Schlagkante 13 weist einen geringeren Durchmesser auf und ist am unteren Ende mit einer Schneidkante 14 versehen, die unter einem spitzen Winkel R von vorzugsweise etwa 30°, be­ zogen auf die Achse des Schlagstempels 11, verläuft. Das untere Ende des Schlagstempels 11 bildet einen Führungszapfen 15, der einen kleineren Durchmesser aufweist, so daß er mit den Rillen 17 fluchtet, wobei der Durchmesser des Teils 15 zum Durchmes­ ser des Innenzylinders des Ringkörpers 10 paßt. Die Schneidkante 14 hat eine Stärke, die etwas größer als die Stärke des Innenzylinders ist, und eine Höhe, die etwas größer als die des Innenzylinders ist. Die Matrize 12 weist eine Bohrung 18 auf, in der der Schlagstempel 11 mit dem Querschnitt in Form einer fünfblättrigen Blüte dicht aufgenommen wird, und ist mit fünf Vorsprüngen 19 versehen, die den fünf Rillen 17 entsprechen. Jeder Vorsprung 19 weist eine Schulter 16 zur Auf­ nahme des inneren zylindrischen Teils des Ringkörpers 10 auf.

Die Matrize 12 und der Schlagstempel 11 sind an einer üblichen Schlagformpresse befestigt, um die Polzähne zu formen. Wie es am besten in Fig. 5 dargestellt ist, wird der Schlagstempel 11 von der Oberseite des Ringkörpers 10 abgesenkt, der auf der Matrize 12 aufliegt. Folg­ lich wird der Führungszapfen 15 in den inneren zylindrischen Teil des Ringkörpers 10 eingeführt. Wenn der Schlagstem­ pel 11 fortschreitend abgesenkt wird, werden die fünf Polzähne ausgeschnitten und die restlichen Teile über die Schneidkante 14 radial nach außen gedrückt und entfernt, wie es in Fig. 5 und 6A dargestellt ist. Danach kommt die Schlagkante 13 an der Oberseite des Ring­ körpers 10 zum Anliegen, um ein Ausstanzen zu bewirken. Dies hat zur Folge, daß der Teil des Ringkörpers zwischen benachbarten Polzähnen vertieft und eine Ansäumung ausgestanzt wird, wie es in Fig. 6B dargestellt ist. Die Verfahrensschritte nach Fig. 6A und 6B werden durch einen Hub des Schlagstempels 11 ausgeführt.

Anschließend wird der Ringkörper 10 mechanisch weiterbearbeitet, beispielsweise werden Vorsprünge für das Widerstandsschweißen zwischen den Jochen oder zwischen dem Joch und einem Flansch 7 (Fig. 1) ausgebildet, es wird ein nicht dargestelltes Ausrichtungsloch ausgebildet und es werden die Polzähne korri­ giert usw. Um Verarbeitungsspannungen zu beseitigen, die nach diesen Arbeitsvorgängen im Werkstück bleiben können, erfolgt vorzugsweise ein Spannungsfreiglühen im Vakuum bei beispiels­ weise 800-900°C für 3 Stunden.

Die Ausbildung der magnetischen Polzähne erfolgt im Prinzip mittels des Schlagstempels 11 und der Ma­ trize 12. Fig. 7 zeigt einen in der Praxis verwendbaren Ma­ trizenaufbau. Eine Schlagplatte 20 ist um den oberen Teil des Schlagstempels 11 angeordnet. Die Schlagplatte 20 und der Schlag­ stempel 11 sind in Drehrichtung über einen Keil 21 aneinander und über einen Bolzen 23 an einer Gegenplatte 22 befestigt. Ein oberer Abstreifer 24 ist am unteren Teil des Schlagstem­ pels 11 befestigt und wird durch einen Haltebolzen 25 gehal­ ten, der gleitend verschiebbar in die Schlagplatte 20 einge­ paßt ist, so daß der Abstreifer 24 nicht von der Schlagplatte 20 abfällt.

Der obere Abstreifer 24 wird von der Schlagplatte 20 durch eine Feder 27 weggedrückt, die um eine Federführung 26 gepaßt ist, so daß der obere Abstreifer 24 in einer durch den Halte­ bolzen 25 begrenzten Lage, d. h. in einer derartigen Lage ge­ halten wird, in der die untere Endfläche des oberen Abstreifers 24 mit der Verbindungsfläche zwischen dem Schlagstempel 11 und dem Führungszapfen 15 fluchtet.

Eine untere Matrizeneinrichtung umfaßt einen unteren Abstrei­ fer 28 um die Matrize 12, einen Haltebolzen 29 zum Halten des unteren Abstreifers 28 und eine Hebescheibe 30 für den Halte­ bolzen 29.

Wenn die obere Formeinrichtung auf den auf die Matrize 12 aufge­ setzten Ringkörper 10 abgesenkt wird, kommt der obere Abstreifer 24 mit der oberen Außenfläche des Ringkörpers 10 in Kontakt und der Abstreifer 24 drückt den Ringkörper 10 nach unten, um dadurch den unteren Abstreifer 28, den Halte­ bolzen 29 und die Hebescheibe 30 abzusenken, so daß der Ringkörper 10 fest auf die Matrize 12 in der in Fig. 7 dar­ gestellten Weise gepaßt ist. Wenn anschließend die obere Form­ einrichtung weiter abgesenkt wird, hält der obere Abstreifer 24 den Ringkörper 10 fest und der Schlagstempel 11 wird abgesenkt, um den inneren zylindrischen Teil in axialer Rich­ tung in der in Fig. 6A dargestellten Weise auszuschneiden. Dieses Schneiden erfolgt über die schräg verlaufende Scherkan­ te 14 des Schlagstempels 11. Wenn anschließend die obere Form­ einrichtung weiter abgesenkt wird, werden die Teile des Ringkörpers 10 zwischen benachbarten Polzähnen auf eine größere Tiefe und Breite ausgestanzt, um ein fertiges Joch zu bilden, wie es in Fig. 6B dargestellt ist. Die relative Lage der Formwerkzeuge in dieser Phase des Verfahrens ist durch unterbrochene Linien in Fig. 7 dargestellt. Wenn anschließend die obere Formeinrichtung angehoben wird und die Hebescheibe nach oben bewegt wird, wird der untere Abstreifer 28 etwas nach oben bewegt, damit das Joch mit einer Vielzahl von Pol­ zähnen aus der Matrizeneinrichtung herausgenommen werden kann.

Eine Jochanordnung besteht primär aus einem äußeren Joch und einem inneren Joch, das in das äußere Joch gepaßt ist. Die Matrize 12 weist daher eine derartige Form auf, daß in der in Fig. 8 dargestellten Weise der Durchmesser des oberen Teils 12 a um einen Betrag verkleinert ist, der der Stärke des Jochma­ terials entspricht. Die Höhe des Teils 12 a mit verringertem Durchmesser ist kleiner als die Höhe des zu formenden äußeren Joches.

Wie es in den Fig. 9A und 9B dargestellt ist, weist der Ringkörper 10 a für das äußere Joch einen Außenumfang auf, der um einen Betrag größer als der des Ringkörpers 10 b für das innere Joch ist, der der Stärke des Jochmaterials ent­ spricht. Die Bildung der magnetischen Polzähne des äußeren Joches erfolgt in der in Fig. 9A dargestellten Weise dadurch, daß der Ringkörper 10 a auf die Matrize 12 gepaßt wird. Dabei bleibt ein Zwischenraum 32 zwischen dem Außenumfang des oberen Teils 12 a der Matrize 12 und dem Ringkörper 10 a. Aus Fig. 9B ist ersichtlich, daß die Bildung der Polzähne des inneren Joches nach dem Aufsetzen eines Paßstückes 31 erfolgt. Da der Ringkörper 10 b des inneren Joches einen kleineren Durchmesser hat, ergibt sich kein Zwischenraum zwischen dem Ringkörper 10 a und dem oberen Außenumfang der Matrize 12 und es ist die Höhe des Außenumfangs gleichfalls klein. Die obere Formeinrichtung kann identisch sowohl für das innere als das äußere Joch ohne Paßstück verwandt werden. Es ist daher mög­ lich, die magnetischen Polzähne des äußeren und des inneren Joches mit denselben Formeinrichtungen zu bilden, obwohl das Paßstück 31 an der Matrizeneinrichtung zur Bildung des inneren Joches angebracht werden muß. Das äußere und das innere Joch, die in dieser Weise gebildet werden, werden so zusammenge­ setzt, daß ihre zahnartigen Polstücke versetzt sind.

Wie es oben beschrieben wurde, wird eine Vielzahl von zahnartigen magnetischen Polstücken durch ein Ab­ scheren nach dem Formen des Ringkörpers 10 in zylindrische Form gebildet, statt die Polstücke durch Schneiden und Hochziehen zu formen. Es ist daher möglich, eine ausreichend große Länge der magnetischen Polzähne des Stators für einen gegebenen Außendurchmesser des Motors zu erhalten, was wiederum eine effektivere Ausnutzung der magnetischen Felder des Stators und des Rotors erlaubt, so daß sich ein höheres Ausgangsdreh­ moment des Motors ergibt. Darüber hinaus ist es möglich, die Anzahl der Arbeitsschritte des Motors, d. h. die Anzahl der magnetischen Polzähne, zu vergrößern. Das Verfahren macht es möglich, die Endflächen der magnetischen Polzähne längs der äußeren Umfangsfläche des Rotors bogenför­ mig auszubilden. Das magnetische Feld, das vom Stator erzeugt wird, liegt daher wirksam am Rotor, was ein hohes Ausgangs­ drehmoment ergibt und zu einer Einsparung an elektrischer Energie führt. Der Verlust im magnetischen Weg des Motors ist verringert, während der effektive wechselwirkende ma­ gnetische Fluß erhöht ist.

Es werden darüber hinaus die ausgesparten Teile zwischen benachbarten Polzähnen ausgestanzt, um diese Bereiche zu vertiefen, so daß kein magnetischer Polzahn eines Joches einem magnetischen Teil des anderen Joches gegenüberliegt. Folglich ist der magnetische Streufluß in axialer Richtung, so daß das magnetische Feld vom Rotor wirksam ausgenutzt wird und ein hohes Motorausgangsdrehmoment erzielt wird.

Das Verfahren bietet daher insofern Vorteile, als die Arbeit des Motors als Ganzes merklich verbessert werden kann.

Claims (4)

1. Verfahren zum Herstellen eines mit Polzähnen versehenen Statorjochs eines Elektromotors durch Formen eines schalen­ förmigen Vorformlings und Stanzen des Vorformlings, dadurch gekennzeichnet,
daß der schalenförmige Vorformling durch Pressen und Stanzen zu einem Ringkörper mit U-förmigem Ringquerschnitt verformt wird,
daß am Innenumfang des Ringkörpers durch eine Schneidkante, die in einem spitzen Winkel zur Achse des Ringkörpers verläuft, in Achsrichtung des Ringkörpers Polzähne ausgeschnitten werden, und
daß danach zwischen den Fußteilen benachbarter Polzähne jeweils eine Ausnehmung ausgestanzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausstanzen direkt anschließend an das Schneiden durch einen einzigen Hub eines Schlagstempels vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkante unter einem Winkel von etwa 30° relativ zur Achse des Schlagstempels verläuft.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgestanzte Ringkörper im Vakuum bei etwa 800 bis 900°C 3 Stunden lang spannungsfrei geglüht wird.