DE3930940C2 - Dynamoelektrische maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine dynamoelektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Fig. 1 zeigt einen herkömmlichen Induktionsmotor unter Verwendung eines Stahlblechrahmens als Beispiel einer dynamoelektrischen Maschine. Diese herkömmliche dynamo­ elektrische Maschine 1 weist folgendes auf: Einen Läufer 2 mit einer Läuferwelle 3, Lager 4 und 5, die an der Rotor­ welle 3 angebracht sind, einen Ständer 6, der um den Läufer 2 herum angeordnet ist, und einen Rahmen 7 aus einem Metall­ blechmaterial, das sich durch Pressen verformen läßt, um die Lager 4 und 5 sowie den Ständer 6 zu haltern.

Der Rahmen 7 hat ein Paar von preßgeformten, im wesentlichen schalenförmigen Teilen 8 und 9, die jeweils ein offenes Ende 8a bzw. 9a mit Flansch und ein geschlossenes Ende 8b bzw. 9b aufweisen. Die schalenförmigen Teile 8 und 9 weisen jeweils folgendes auf: Ein im wesentlichen zylindrisches rohrförmiges Hauptrahmenteil 10, um darin den Ständer 6 zu lagern; ein Paar von im wesentlichen zylindrischen rohrförmigen Buchsenteilen 11 und 12 zur Halterung der Lager 4 bzw. 5; sowie radiale Wandteile 13 und 14, die sich im wesentlichen in radialer Richtung zwischen den Hauptrahmen­ teilen 10 und den jeweiligen Buchsenteilen 11 und 12 er­ strecken und diese verbinden. Die Buchsenteile 11 und 12 des Rahmens 7 haben kleinere Durchmesser als die Hauptrahmen­ teile 10.

Die schalenförmigen Teile 8 und 9 werden mit nicht-darge­ stellten Schrauben an ihren offenen Enden 8a und 9a mit ihren Flanschen in einer aneinander anliegenden Anordnung zu einem Stück zusammengebaut, so daß der Ständer 6 durch die Innenumfangsfläche der zylindrischen Hauptrahmenteile 10 festgelegt und gesichert ist, welche an den offenen Enden 8a und 9a mit den Flanschen verbunden sind.

Man erkennt, daß das vordere Buchsenteil 11 auf der linken Seite bei der Darstellung in Fig. 1 eine Öffnung 15 hat, durch die sich die Läuferwelle 3 hindurch erstrecken kann. Eine Wellenscheibe 16 ist zwischen einer geschlossenen Stirnwand 17 des hinteren Buchsenteiles 12 (auf der rechten Seite in der Darstellung gemäß Fig. 1) und dem hinteren Lager 5 auf dieser rechten Seite angebracht, um eine Axial­ belastung auf den Läufer 2 auszuüben.

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Bereiches, der in Fig. 1 mit einem Kreis A angedeutet ist. Fig. 2 zeigt dabei den Zusammenhang zwischen dem hinteren Buchsen­ teil 12 und dem hinteren Lager 5, das von dem Buchsenteil 12 gehalten ist. Im allgemeinen sollte der gebogene Bereich eines gepreßten Stahlbleches einen Biegungs-Krümmungsradius R haben, der mindestens gleich der Dicke t des Blechmaterials für ein 1,0 mm bis 3,2 mm dickes Material ist, um zu gewähr­ leisten, daß das Material leicht gebogen werden kann, und um die Bildung von Rissen oder Sprüngen zu verhindern.

Wie sich aus Fig. 2 ergibt, ist somit der axiale Abstand L zwischen der Innenoberfläche der radialen Wand 14 und der Übergangsstelle 14b zwischen einem gebogenen Bereich 14c und einer zylindrischen Innenoberfläche 12a des Buchsenteiles 12 gegeben durch die Summe aus der Dicke t und dem Krümmungs­ radius R, der gleich dem Wert von t oder größer als dieser ist. Damit ergibt sich die Beziehung:

L = R + t ≧ 2t.

Da das hintere (Kugel-)Lager 5 von der zylindrischen Innen­ oberfläche 12a des Buchsenteiles 12 gehalten werden muß, befindet sich die Innenoberfläche 5a des Lagers 5 an derselben axialen Position wie die Übergangsstelle 14b; damit ist der obenerwähnte axiale Abstand L auch der Abstand zwischen der Innenoberfläche 14a der radialen Wand 14 und der Innen­ oberfläche 5a des Lagers 5.

Wie sich aus den obigen Darlegungen im Zusammenhang mit dem herkömmlichen Rahmenaufbau ergibt, muß das Lager 5 sich an einer Position befinden, die sich axial außerhalb der Innen­ oberfläche 14a der radialen Wand 14 befindet, und zwar um den oben beschriebenen axialen Abstand L. Dies gilt auch für das vordere Lager 4, das von dem vorderen Buchsen­ teil 11 gehaltert ist.

Somit befinden sich beide als Kugellager oder Wälzlager ausge­ bildeten Lager 4 und 5 außerhalb der Innenoberflächen der radialen Wände 13 und 14, und zwar um eine Strecke, die durch den Krümmungsradius R des gebogenen Bereiches zwischen den Buchsenteilen 11 und 12 sowie den radialen Wänden 13 und 14 bestimmt ist. Dies stellt bislang ein wesentliches Hindernis dar bei der Verringerung des axialen Abstandes zwischen den Lagern und der Miniaturisierung von solchen dynamoelektrischen Maschinen.

Eine dynamoelektrische Maschine der eingangs genannten Art ist aus der DE-PS 4 16 740 bekannt, in der eine Wellenlagerung für dünnwandige, zylindrische Gehäuse beschrieben ist. Das Gehäuse hat dabei einen Boden, dessen Fläche tiegelförmig eingezogen ist und innen einen zylindrischen Ansatz trägt, der ein Lager aufnimmt. Auf der gegenüberliegenden Seite ist ein Deckel vorgesehen, der ebenfalls tiegelförmigen Quer­ schnitt hat und an seinem äußeren Ende mit einem zylindrischen Ansatz versehen ist, der in das Gehäuse eingesteckt wird. Die Festigkeit des Gehäuses wird dadurch zwar verbessert, jedoch finden sich keine Darlegungen in dieser Druck­ schrift, wie eine besonders kompakte Bauform des Gehäuses realisierbar ist. Dort ist die Formgebung der kegelförmigen Bauteile nur schematisch angedeutet, ohne daß sich Erklärungen finden, wie etwa Risse oder Sprünge im Material an denje­ nigen Stellen zu vermeiden sind, an denen das Blechmaterial gebogen wird. Da die Formgebung der Gehäuseteile bei dieser herkömmlichen Anordnung sehr scharfe Knicke besitzt, sind insofern in der Praxis Probleme unvermeidlich.

Die weiteren Bauformen der Wellanlagerung gemäß der DE-PS 4 16 740 in den dortigen Abbildungen 2 und 3 sind noch kompli­ zierter in ihrem Aufbau als die oben behandelte erste Ausfüh­ rungsform gemäß der dortigen Abbildung 1. Wenn nämlich mit besonders dünnwandigen Blechen gearbeitet wird, dann ist zusätzlich zu den Lagerteilen die Anwesenheit des Gehäuses unbedingt erforderlich, das eine radial äußere Abstützung bildet, um die erforderliche Festigkeit zu gewährleisten. Außerdem müssen geeignete Verbindungen zwischen dem Gehäuse einerseits und den Lagertellern und den Drucktellern anderer­ seits vorgesehen sein, um eine einwandfreie Justierung sicherzustellen.

In der DE-AS 15 63 027 ist eine Lagerhalterung für einen Elektromotor beschrieben, der mit einem speziellen Verfahren hergestellt wird. Die Motorwelle ist von zwei Lagern getragen, die in hülsenförmigen Zwischenelementen eingepreßt sind. Diese hülsenförmigen Zwischenelemente können aus Aluminium bestehen und durch Ziehen hergestellt sein. Allerdings bilden die hülsenförmigen Zwischenelemente dabei nicht den Rahmen selbst, sie sind vielmehr jeweils in einem hohlzylin­ derförmigen Ansatz befestigt, die als Teile von Lagerschilden ausgebildet sind. Für einen festen Sitz der Zwischenelemente sind die hohlzylinderförmigen Ansätze mit ringförmigen Erhe­ bungen versehen. Zur endgültigen Montage der Anordnung erfolgt ein Verformungsvorgang, bei dem die ringförmigen Vorsprünge in das Material der Zwischenelemente eingepreßt werden.

Die in der DE-AS 15 63 027 beschriebene Lagerhalterung ist vorgesehen für Elektromotoren großer Leistung, bei denen das Motorgehäuse selbst große Abmessungen hat. Zu diesem Zweck werden die Lagerschilde aus Druckguß hergestellt, damit sich auch komplizierte Formen realisieren lassen, die einstückig in eine Halterung übergehen. Dabei ist eine Montage ange­ strebt, bei der nur grob vorgearbeitete Einzelteile zusammen­ gefügt werden, ohne daß eine Nachbearbeitung erforderlich sein soll. Das Gehäuse selbst hat dort einen aufwendigen Aufbau und besteht aus mehreren Teilen, die in zahlreichen Montageabschnitten zusammengesetzt werden, wobei die Herstellung von kleinen und kompakten Elektromotoren nicht angesprochen ist.

Aus der GB-PS 3 82 616 ist eine Abdeckplatte für Lager von elektrischen Maschinen bekannt, wobei es sich um relativ große Elektromotoren handelt, beispielsweise für einen Kran. Die Abdeckplatten sollten dabei Abdeckungen für verschiedene Bauformen von Lagergehäusen bilden, die entweder aus Gußeisen oder aus Metallblechen bestehen können. Zusätzlich zu den jeweiligen Abdeckplatten, welche den jeweiligen Elektromotor aufnehmen, sind in sich geschlossene Lagergehäuse vorgesehen, die in ihrem Innenraum ein Kugellager oder ein Gleitlager aufnehmen. Ausführungen über eine raumsparende Anordnung oder eine besonders kompakte Bauform lassen sich der GB-PS 3 82 616 nicht entnehmen. Vielmehr geht es dort lediglich um eine Abdeckplatte, die für unterschiedliche Bauformen von Lagerge­ häusen geeignet ist, um die erforderliche zusätzliche Schutz­ funktion zu bieten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine dynamoelektrische Maschine der eingangs genannten Art anzugeben, die sich unter Verwen­ dung eines gepreßten Rahmens mit geringer Größe und kleinen Abmessungen herstellen läßt, ohne die Funktionstüchtigkeit der Maschine oder die Lebensdauer des Gehäuses zu beeinträch­ tigen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Dabei besteht der gesamte Rahmen, der das Gehäuse für die Maschine bildet, nur aus zwei komplementären Teilen, die sowohl die elektrischen Komponenten als auch die mechanischen Lagerteile aufnehmen und haltern. Dabei wird durch die spezielle Konfi­ guration der schalenförmigen Teile eine besonders kompakte Bauform mit hoher Festigkeit erreicht, die die Realisierung von besonders kleinen Abmessungen ermöglicht. Trotz der Ver­ wendung von gebogenen Blechen besteht bei der erfindungsgemäßen Bauform keine Gefahr von Rissen oder Sprüngen im Bie­ gungsbereich, so daß eine gute Zuverlässigkeit im Betrieb gewährleistet ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungs­ beispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine Schnittansicht einer herkömmlichen dynamoelektrischen Maschine mit einem gepreßten Rahmen;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des umkreisten Bereiches A in Fig. 1; und in

Fig. 3 eine Schnittansicht einer dynamoelektrischen Maschine mit einem gepreßten Rahmen gemäß der Erfindung.

Fig. 3 zeigt einen Induktionsmotor unter Verwendung eines Stahlblechrahmens als eine Ausführungsform einer dynamo­ elektrischen Maschine gemäß der Erfindung. Die dynamoelek­ trische Maschine 20 weist folgendes auf: Einen Läufer 2 mit einer Läuferwelle 3, Lager 4 und 5, die an der Läuferwelle 3 angebracht sind, einen Ständer 6, der um den Läufer 2 herum angeordnet ist, sowie einen gepreßten Rahmen 22 aus einem Metallblechmaterial, der sich durch Preßverformung in die gewünschte Form bringen läßt, um die Lager 4 und 5 sowie den Ständer 6 zu haltern.

Der Rahmen 22 umfaßt ein Paar von gepreßten, im wesentlichen schalenförmigen Teilen 23 und 24, die jeweils ein offenes Ende 23a bzw. 24a mit Flansch sowie geschlossene Enden 23b bzw. 24b haben. Die schalenförmigen Teile 23 und 24 weisen folgendes auf: Ein im wesentlichen zylindrisches rohrförmiges Hauptrahmenteil 25, um darin den Ständer 6 zu haltern; ein Paar von im wesentlichen zylindrischen rohrförmigen Buchsen­ teilen 26 und 27 zur Halterung der Lager 4 bzw. 5 in ihrem Innenbereich; und radiale Wandteile 28 und 29, die im wesentlichen in radialer Richtung zwischen den jeweiligen Hauptrahmenteilen 25 und den entsprechenden Buchsenteilen 26 und 27 verlaufen und diese verbinden. Die Buchsenteile 26 und 27 des Rahmens 22 haben Durchmesser, welche kleiner sind als die des jeweiligen Hauptrahmenteiles 25.

Die schalenförmigen Teile 23 und 24 werden mit nicht darge­ stellten Schrauben an ihren offenen Enden 23a und 24a mit ihren Flanschen in einer aneinander anliegenden Anordnung zu einem Stück zusammengebaut, so daß der Ständer 6 an der Innenumfangsfläche der zylindrischen Hauptrahmenteile 25 festgelegt ist, welche an den offenen Enden 23a und 24a mit den Flanschen verbunden sind.

Man erkennt, daß das vordere Buchsenteil 26, bei der Dar­ stellung in Fig. 3 auf der linken Seite, eine Öffnung 30 hat, durch welche sich die Läuferwelle 3 erstreckt. Eine Wellenscheibe 31 ist zwischen einer geschlossenen Stirnwand 32 des rechten Buchsenteiles 27, also auf der rechten Seite bei der Darstellung in Fig. 3, und dem hinteren Lager 5 auf der rechten Seite in Fig. 3 angeordnet, um eine Axial­ belastung auf den Läufer 2 auszuüben.

Gemäß der Erfindung haben die Buchsenteile 26 und 27 des Rahmens 22 Durchmesser, die kleiner sind als die des Haupt­ rahmenteiles 25, und die radialen Wandteile 28 und 29 sind axial nach innen gebogen, wobei sie nach innen gebogene Bereiche 33 und 34 haben, so daß die Buchsenteile 26 und 27 des Rahmens 22 sich zumindest teilweise in axialer Richtung innerhalb der Hauptrahmenteile 25 befinden.

Genauer gesagt, die nach innen gebogenen Bereiche 33 und 34 der radialen Wandteile 28 und 29 sind, wie aus Fig. 3 ersichtlich, sowohl radial als auch axial nach innen gebogen, so daß sie im wesentlichen längs der Spulenenden des Ständers 6 verlaufen; die radial innen liegenden Enden der nach innen gebogenen Bereiche 33 und 34 liegen axial innerhalb des übrigen Teiles der radialen Wandteile 28 und 29.

Die radial inneren Enden der nach innen gebogenen Bereiche 33 und 34 sind mit den axial inneren Enden der Buchsenteile 26 und 27 über gebogene Bereiche verbunden, deren Krümmungs­ radien größer sind als die Wandstärken ihrer Wände. Im übrigen ist die Anordnung in gleicher Weise ausgebildet, wie sie anhand von Fig. 1 erläutert worden ist.

Da gemäß der Erfindung die Buchsenteile 26 und 27 mit den inneren Enden der nach innen gebogenen Bereiche 33 und 34 der radialen Wandteile 28 und 29 verbunden und von diesen abgestützt sind, befinden sich die Innenoberflächen 4a und 5a der als Kugellager oder Wälzlager ausgebildeten Lager 4 und 5 in axialer Richtung nach innen versetzt von den Innenoberflächen 28a und 29a der radialen Wandteile 28 und 29. Dies ist möglich durch die spezielle S-förmige Konfiguration des Rahmens 22, wobei der S-förmige Verlauf gebildet wird vom Hauptrahmenteil 25, vom bogenförmig ausgebildeten radialen Wandteil 28, vom in entgegengesetzter Richtung gekrümmten, nach innen gebogenen Bereich 33 und vom anschließenden Buchsenteil 26. Auf der anderen Seite des Rahmens 22 findet sich eine spiegelbildliche S-förmige Konfiguration, gebildet von den entsprechenden Teilen 25, 29, 34 und 27.

Somit kann in vorteilhafter Weise der axiale Abstand zwischen den Lagern 4 und 5 der dynamoelektrischen Maschine 20 gemäß der Erfindung gegenüber einer herkömmlichen dynamoelektrischen Maschine 1 gemäß Fig. 1 und 2 wesentlich kleiner gemacht werden, auch wenn die axiale Länge des Ständers 6 gleich groß ist, so daß die axiale Länge der dynamoelektrischen Maschine 20 erheblich verkürzt werden kann. Weiterhin läßt sich eine derartige Anordnung mit geringem Gesamtgewicht herstellen.

Wie sich aus obiger Darstellung ergibt, hat der Rahmen der dynamoelektrischen Maschine gemäß der Erfindung ein im wesentlichen rohrförmiges Hauptrahmenteil zur Halterung des Ständers in seinem Innenraum, ein im wesentlichen rohr­ förmiges Buchsenteil zur Halterung des Lagers sowie ein im wesentlichen radiales Wandteil, welches das Hauptrahmen­ teil und das Buchsenteil verbindet. Das Buchsenteil des Rahmens hat einen kleineren Durchmesser als das Hauptrahmen­ teil, und das radiale Wandteil ist axial nach innen gebogen, um einen nach innen gezogenen Bereich zu bilden, so daß das Buchsenteil des Rahmens sich zumindest teilweise axial innerhalb des Hauptrahmenteiles befindet. Auf diese Weise kann eine dynamoelektrische Maschine mit einem gepreßten Rahmen mit geringer Größe und kleinen axialen Abmessungen sowie geringem Gewicht realisiert werden. Da der Abstand zwischen den Lagern sehr kurz ist, ist die Durchbiegung der Läuferwelle klein, was die Realisierung von hohen Drehzahlen ermöglicht.

Claims (2)

1. Dynamoelektrische Maschine, umfassend

   • - einen Läufer (2) mit einer Läuferwelle (3);
   • - zwei Lager (4, 5), die an der Läuferwelle (3) angebracht sind;
   • - einen um den Läufer (2) herum angeordneten Ständer (6); und
   • - einen gepreßten Rahmen (22) aus einem Metallblechmaterial, umfassend ein im wesentlichen rohrförmiges Hauptrahmenteil (25), das den Ständer (6) in seinem Inneren haltert, ein im wesentlichen rohrförmiges Buchsenteil (26, 27), das in seinem Inneren das jeweilige Lager (4, 5) haltert, und ein im wesent­ lichen radiales Wandteil (28, 29), welches das Hauptrahmenteil (25) und das Buchsenteil (26, 27) verbindet,
2. wobei das Buchsenteil (26, 27) einen kleineren Durchmesser hat als das Hauptrahmenteil (25), das Buchsenteil (26, 27) des Rahmens (22) gegenüber dem Hauptrahmenteil (25) zumindest teilweise axial nach innen versetzt ist und wobei das radiale Wandteil (28, 29) einen axial nach innen weisenden, nach innen gebogenen Bereich (33, 34) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
   daß der Rahmen (22) nur aus einem Paar von im wesentlichen schalenförmigen, spiegelbildlich zueinander geformten Teilen (23, 24) besteht, die jeweils ein mit einem Flansch versehenes, offenes Ende (23a, 24a), welches vom Hauptrahmenteil (25) ge­ bildet ist, und ein geschlossenes Ende (23b, 24b) aufweisen, welches von dem Buchsenteil (26, 27) und dem radialen Wandteil (28, 29) gebildet ist,
   daß die schalenförmigen Teile (23, 24) an ihren mit Flanschen versehenen, offenen Enden (23a, 24a) miteinander verbunden sind,
   daß die schalenförmigen Teile (23, 24) des Rahmens (22) im Axialschnitt jeweils eine S-förmige Konfiguration haben, die gebildet ist durch die aneinander grenzende Verbindung von dem Hauptrahmenteil (25), von dem bogenförmig nach innen, im wesentlichen längs des Ständers (6) verlaufenden radialen Wandteil (28, 29), von dem entgegengesetzt bogenförmig nach außen verlaufenden, nach innen gebogenen Bereich (33, 34) und dem Buchsenteil (26, 27),
   und daß das radial innere Ende des nach innen gebogenen Bereiches (33, 34) mit dem Buchsenteil (26, 27) an seinem axial innen gelegenen Ende durch einen gekrümmten Bereich verbunden ist, dessen Krümmungsradius größer ist als die Wandstärke des nach innen gebogenen Bereiches (33, 34).