DE3931442A1 - Laeufer fuer elektrische maschinen und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Läufer für elektrische Maschinen, insbesondere Drehstromgeneratoren für Kraft­ fahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie von einem Verfahren zur Herstellung eines solchen Läu­ fers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 13.

Um den mehrteiligen Anker einer elektrischen Maschine auf der Läuferwelle festzulegen, ist es in vielfachen Ausführungsformen bekannt, die einzelnen Ankerteile da­ durch mit der Läuferwelle zu verbinden, daß durch eine Kaltverformung Material der Ankerteile in eine Ringnut bzw. in Riffelungsabschnitte der Läuferwelle eingepreßt bzw. verstemmt wird.

Hierzu kann so vorgegangen werden, daß Teile eines axial geteilten Ankers, beispielsweise bestehend aus einem zentralen Polkern und beidseitigen Polrädern in der bekannten Aufbauform eines Klauenpolläufers, auf die im Befestigungsabschnitt gerändelte Läuferwelle aufgeschoben werden, wobei die Rändelung in ihren End­ bereichen jeweils in Ringnuten der Läuferwelle übergeht. Der Polkern wird auf den gerändelten Abschnitt der Läu­ ferwelle aufgedrückt und anschließend durch entspre­ chende Preßwerkzeuge Ringkerben in die äußeren Stirn­ flächen der Ankerteile eingedrückt, und zwar unmittel­ bar neben dem Bereich der Ringnuten in der Läuferwelle, wodurch verdrängtes Material teilweise in diese ein­ fließt. Eine solche Verbindung, die im übrigen in der DE-PS 30 08 454 im einzelnen beschrieben ist unter spezieller Ausbildung von Art und Form der Ringnuten und der Rändelungen,kann deshalb zu Problemen führen, weil durch das Verstemmen in die Läuferwellenrillen ein Verzug der Läuferwelle nicht ausgeschlossen werden kann; ferner ist der Bearbeitungsaufwand erheblich, denn zu­ sätzlich zu dem Aufpreßvorgang ist mindestens ein beid­ seitiger Verstemmvorgang notwendig, der spezieller Werk­ zeuge bedarf, damit das Material der beiden Polräder angrenzend an die Läuferwelle wirksam in deren angren­ zende Rillen einfließt.

Es ist auch nicht ausgeschlossen, daß beim Aufpressen der Polräder eine unerwünschte Verschiebung des Kerns resultiert, was die Axialtoleranz des Läuferverbands nachteilig beeinflussen kann.

Es ist ferner bekannt (FR-PS 20 73 622), einen aus einem Blechpaket bestehenden Anker auf die Läuferwelle aufzuschieben und durch zonale Kaltverformung äußerer Bleche unter Ausbildung stirnseitiger Ringkerben den Anker auf der Läuferwelle zu befestigen. Die Kaltver­ formung und die Ausbildung der Ringkerben erfolgt hier­ bei unter der Wirkung eines ringförmigen Hohlstempels, der gegen die Stirnseiten der äußeren Blechlamellen gedrückt wird und eine radial nach innen gerichtete plastische Verformung der Bleche bewirkt, so daß sich ein enger Druckkontakt auf die Wellenumfangsfläche er­ gibt, allerdings unter Inkaufnahme einer geringfügigen radialen Verformung auch des Wellenwerkstoffs. Wegen der glatten Oberfläche der Läuferwelle bestimmt sich die Festigkeit in Umfangsrichtung durch den durch die Verstemmung erzielten Reibungsschluß.

Bekannt ist schließlich (DD-PS 1 02 872) die Befestigung des Blechpakets elektrischer Kleinstmaschinen auf der Welle eines Kurzschlußläufers für Asynchronmotoren, wobei Buchsen aus einem Thermoplasten an den Stirn­ seiten des Läuferbleches in profilierte Ausnehmungen eingebracht und durch Ultraschall verformt werden, wo­ durch eine formschlüssige Verbindung zwischen der Welle und dem Läuferblechpaket entsteht. Die Festigkeit die­ ser Verbindung ist in Axial- und Umfangsrichtung wegen der geringen Festigkeiten der verwendeten Kunststoffe ebenfalls gering und reduziert sich noch bei höheren Temperaturen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einerseits die Sicherheit des Läuferverbands zu erhöhen und andererseits den Herstellungsaufwand und damit auch die Kosten entscheidend zu verringern, bei grund­ sätzlicher Beibehaltung des Prinzips der Verstemmung von Ankerteilen.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Hauptanspruchs und hat den Vorteil, daß auf die Stoffverdrängung an den äußeren Seiten der Ankerteile bildenden Polräder vollständig verzichtet und durch Verlegung der Verstemmstellen von den Außen- auf die Innenseiten, also zum Polkern als zentralem Ankerteil hin,beidseitig sowohl der Kern als auch die Polräder verstemmt werden können, und zwar mit besonde­ rem weiteren Vorteil sofort in einem Arbeitsgang beim Aufpressen der Polräder. Hierdurch wird nicht nur ein zusätzlicher Arbeitsgang vollständig entbehrlich, näm­ lich die gesonderte Verstemmung, sondern im Vergleich zu der bisherigen Verstemmung in einer Rille wird durch das Aufpressen in gegenseitiger Wirkung vierfach ver­ stemmt.

Hierdurch erhält der Läuferverbund eine erhebliche Stabi­ lität zueinander und mit Bezug auf seinen unverrückbaren Sitz auf der Läuferwelle, wobei trotz erhöhter Ver­ schiebekraft beim Aufpressen speziell der Polräder die Welle weniger verformt wird, so daß sich deren Rundlauf­ abweichung entscheidend verbessern läßt.

Ein weiterer besonderer Vorteil ergibt sich auch daraus, daß die planen Außenflächen auf beiden Seiten der Pol­ räder in keiner Weise mehr gestört sind, so daß bei­ spielsweise auf der Antriebsseite die Plananlage eines Distanzrings problemlos möglich ist.

Ferner ist vorteilhaft, daß durch die durch die Erfin­ dung gebotene Möglichkeit der Verstemmung in Verbindung mit dem Aufpressen der beiden Polräder eine Verschie­ bung des Polkerns ausgeschlossen ist, so daß die Axial­ toleranz im Läuferverband wesentlich verbessert wird.

Schließlich ist vorteilhaft, daß infolge der Verlegung des Verstemmungsbereichs im Bereich des Stoßes jeweils von Polrad zu Polkern die auf die Läuferwelle ausgeübte Kerbwirkung reduziert wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnah­ men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserun­ gen der Erfindung möglich.

Besonders vorteilhaft ist der Aufbau des Ankers aus einem zentralen Polkern mit beidseitigen, üblicher­ weise in aufeinander zugerichtete Klauen radial verlau­ fenden Polrädern, die den Polkern umfassen und wobei durch die gegenseitige Verstemmwirkung von erstem Pol­ rad/Polkern/zweitem Polrad der Läuferverband in sich und zur Läuferwelle fest und stabil gehalten wird. Da­ bei kann entweder ein umlaufender beidseitiger Wulst am Polkern oder jeweils auf den Polkern gerichtete innere Wülste an den Polrädern vorgesehen sein, wodurch sich die Verstemmwirkung ergibt. Es ist schließlich möglich, für das Verstemmen während des Aufpressens der Polräder zusätzliche Ringe in den Stoßbereichen Polrad/Polkern/ Polrad einzulegen oder an die Polräder den dann jeweils hälftig geteilten Kern im einstückigen Übergang anzu­ setzen, so daß lediglich ein zentraler innenliegender Verstemmbereich übrigbleibt.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich­ nung dargestellt und werden in der nachfolgenden Be­ schreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in perspektivisch-explodierter Darstellung le­ diglich Teile einer speziellen Ausführungsform eines Läuferverbands in Form eines Klauenpol­ läufers - auf die Darstellung der gesamten Wechselstrom- oder Drehstrommaschine, zu der ein solcher Klauenpolläufer gehört, wird ver­ zichtet, da diese nicht Gegenstand der Erfin­ dung ist;

Fig. 2 in einer Teilschnittdarstellung eine Seite eines auf einer Läuferwelle sitzenden Polkerns mit an­ grenzendem Polrad, wobei alle Teile nur teil­ weise dargestellt sind und ein der Verstemmung dienender Ringwulst vom Polkern (beidseitig) aus­ geht;

Fig. 3 die gleiche Darstellung der Fig. 2, wobei zum Unterschied der Ringwulst von dem angrenzenden Polrad ausgeht;

Fig. 4 eine der Darstellung der Fig. 2 vergleichbare Darstellung mit einem gesonderten, zwischen den beiden Teilen Polrad und Polkern eingelegten Ver­ stemmring als separates Bauteil in verschiedenen Ausführungsformen und

Fig. 5 eine letzte Ausführungsform in einer vervoll­ ständigten Darstellung, wobei die beiden Polräder jeweils einstückig Teile des Polkerns mitbilden, ebenfalls mit innenliegendem Verstemmbereich.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht darin, bei einem axial geteilten Anker einer elektrischen Maschine den Verstemmbereich der Ankerteile mit der Läuferwelle nach innen zu verlegen, also in den Stoß­ bereich zwischen den einzelnen Ankerteilen, die bei­ spielsweise gebildet sein können aus der axialen Schich­ tung Polrad/Polkern/Polrad, wobei dann gleichzeitig die Verstemmung und die Stoffverdrängung in Ringnuten oder Riefelungen der Läuferwelle beim Aufpressen der Pol­ räder unter Verzicht auf einen zusätzlichen Verstemm­ Arbeitsgang erfolgt.

In Fig. 1 ist lediglich der Bereich des Läuferverbands einer elektrischen Maschine speziell eines Drehstrom­ generators für Kraftfahrzeuge u.dgl. dargestellt, und zwar in explodierter Darstellung des der Läuferwelle zu­ geordneten Ankeraufbaus, im vorliegenden Fall gebildet von einem Klauenpolläufer.

Der Läuferverband 10 umfaßt einschließlich der Läufer­ welle 11 einen (mittleren) Polkern 12 mit beidseitigen Polrädern 13a, 13b, die den Polkern 12 mit der auf die­ sem befindlichen Erregerwicklung 12a zwischen sich ein­ schließen.

Die getroffene Darstellung eines Läuferverbandes für eine elektrische Maschine dient dem besseren Verständ­ nis der Erfindung und ist nicht einschränkend zu ver­ stehen; die Erfindung kann auf jede beliebige Art eines mehrteiligen Ankers angewendet werden, bei dem Anker­ teile mit der Läuferwelle zu verbinden sind.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Verstemmstellen der Polräder mit der Ankerwelle min­ destens von einer Außenseite, vorzugsweise von beiden Außenseiten der Polräder auf deren Innenseiten, also zum Polkern 12 gerichtet beidseitig verlegt, wodurch dann sowohl der Polkern als auch das jeweilige Polrad gleichzeitig verstemmt werden können.

Zu diesem Zweck weist bei einem ersten, in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Polkern 12 beid­ seitig an seinen Außenflächen angrenzend zur Läuferwelle 11 Ringwülste 14 auf (es ist nur der in der Zeichenebene linke, auf das Polrad 13a gezeigte Ringwulst erkennbar).

Diese Ringwülste 14 pressen sich dann bei dem sich an das Aufschieben oder Aufpressen des Polrades anschlie­ ßenden Arbeitsgang des Aufpressens der Polräder in die angrenzenden, also gegenüberliegenden Polrad-Material­ ringflächen ein, so wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, so daß sich hierdurch nicht nur eine Ring-Verstemmverbindung zwischen dem mittleren Polkern und den beiden angren­ zenden Polrädern 13a, 13b ergibt, sondern natürlich auch Material von beiden einander zugewandten Ringbe­ reichen von entsprechendem Polrad und Polkern angren­ zend um die Läuferwelle in den Läuferwellenbereich ein­ dringt und effektiv mit diesen verstemmt wird. Hierzu verfügt die Läuferwelle in dem gegenseitigen Verstemm­ bereich von Polkern 12 und zugewandter Polradfläche, wie in den Fig. 2 bis 5 gezeigt, über mindestens eine, vorzugsweise mehrere radiale Ringnuten 15 in beliebiger Ausführung, in die Polrad- und Polkernmaterial durch die hierdurch bewirkte Kaltverformung einfließen.

Da bei dieser Kaltverformungsarbeit, die sich im Arbeits­ gang des Aufpressens der Polräder realisiert, keine Druckwirkung auf die Läuferwelle ausgeübt zu werden braucht, sondern lediglich von beiden Seiten die Pol­ räder gefaßt und zusammengepreßt werden müssen, mit ent­ sprechend erhöhter Verschiebekraft in einer geeigneten Form, bleibt die Läuferwelle von Krafteinwirkungen grund­ sätzlich verschont oder erleidet nur geringe periphere Einwirkungskräfte, die diese nicht verformen können.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen der Fig. 2, 3 und 4 schließt sich an den jeweiligen peripheren Ringnutabschnitt 15 ein Läuferwellenabschnitt 16 an, der eine axial verlaufende Riffelung oder eine sonstige Zahnung in vorzugsweise axialer Richtung aufweist, und auf welchen Abschnitt 16 der Polkern mit seiner inneren Bohrung aufgepreßt ist, so daß sich hierdurch und durch die sichere Ringverankerung beim gegenseitigen Verstem­ men auch eine einwandfreie Sicherung der beidseitigen Polräder gegen Relativverdrehung zur Läuferwelle er­ gibt. Tatsächlich liegt im Bereich der radialen Ringnut­ konfiguration 15 der Läuferwelle dort, wo innen Polkern­ und Polradflächen aneinanderstoßen, nunmehr eine aus drei Materialien sich zusammensetzende Grenzschichtkon­ figuration vor, in welcher der Verstemmvorgang abläuft, im Gegensatz zu den bisherigen Verstemmöglichkeiten, an denen lediglich die äußeren Polradflächen in Verbindung mit der angrenzenden Läuferwellen-Ringstruktur beteiligt gewesen sind.

Es versteht sich, daß in Abweichung zu dem Ausführungs­ beispiel der Fig. 2 entsprechende, insbesondere auch spanlos an den beiden Polradinnenflächen gebildete, auf den Polkern vorspringende Wülste 14′ vorgesehen sein können, die sich beim Aufpressen in gleicher Weise mit dem zugewandten Polkern-Ringflächenmaterial verbinden, verzahnen und im Bereich der Ringnuten 15 der Läufer­ welle mit dieser verstemmen.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform vorliegender Er­ findung kann darin bestehen, daß die inneren aneinander­ grenzenden Stoßflächen von Polrad/Polkern wulstfrei bleiben, jedoch im angrenzenden Ringbereich zur Läufer­ welle Verstemmringe 17 eingelegt sind, die sich beim Aufpressen des oder der Polräder dann beidseitig in die angrenzenden Wandflächen von Polrad und Polkern eingra­ ben, verzahnen und gleichzeitig dafür sorgen, daß ent­ sprechende Materialmengen von Polrad und Polkern durch Kaltverformung in die Läuferwellenrillen einfließen, also entsprechend nach innen weggedrückt werden.

Die Verstemmringe 17 üben dabei sozusagen eine Art pas­ sive Verstemmwirkung aus und können in ihren Quer­ schnittsformen so ausgebildet sein, wie auf der rechten Seite der Fig. 4 gezeigt, also entweder, wie bei a) ringförmig oder, wie bei b) gezeigt, im Querschnitt vier­ eckig/rhombusförmig oder, wie bei c) gezeigt im Quer­ schnitt oval oder, wie bei d) gezeigt im Querschnitt unsymmetrisch/rhombusförmig.

In allen Fällen bewirken die aus einem geeigneten festen Material, beispielsweise aus Stahl bestehenden Verstemm­ ringe 17 das Eindringen von Polrad/Polkernmaterial in Läuferwellennuten bzw. -rillen.

Schließlich ist es entsprechend der Ausführungsform der Fig. 5 noch möglich, auf einen gesonderten Polkern völ­ lig zu verzichten und diesen auf einer oder, dann sym­ metrisch geteilt, auf beiden inneren Seiten den Polrä­ dern einstückig zuzuordnen, wodurch sich dann die Variante von jeweils nur zwei Polrädern 18a, 18b mit angeschmiedetem Polteilkern ergibt. Auch hier ergibt sich dann die Verstemmwirkung in der gleichen Weise wie weitern vorn in Verbindung mit den Fig. 1 bis 4 schon erläutert; auf einer der aneinandergrenzenden Flächen der zugewandten, mit dem Polkern einstückigen Polräder 18a, 18b befindet sich ein vorspringender Ringwulst 14′′, der in das Material des gegenüberliegenden Polrads/Pol­ kerns eingreift und dafür sorgt, daß von beiden hier verbleibenden Ankerteilen, also den beiden Polrädern 18a, 18b Material durch Kaltverformung in den radialen Ringrillenbereich 15 der Läuferwelle 11 einfließt. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann sich dann beidseitig zu dem Ringrillenbereich 15 der Läuferwelle jeweils ein axialer Längsrillenbereich 16a, 16b anschließen, so daß auch für die Verdrehsicherheit des gesamten Läuferver­ bands auf der Läuferwelle 11′ gesorgt ist; es kann auch ein gesonderter Verstemmring eingelegt sein.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (14)

1. Läufer für elektrische Maschinen, insbesondere für Wechsel- oder Drehstromgeneratoren für Kraftfahrzeuge, Motorräder, Busse, Bahnen oder sonstige bewegliche Einheiten, mit in Nuten auf der Läuferwelle durch Kaltverformung eingepreßten Ankerteilen (Polkern, beidseitige Polräder), dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kaltverformungsbereiche (Verstemmstellen) mindestens auf einer Seite auf den Ankerteile-Innen­ seiten befinden.

2. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstemmstellen zwischen den Ankerteilen von innenliegenden Ringwülsten (14, 14′, 14′′, 17) an­ grenzend zum Läuferwellenumfang gebildet sind.

3. Läufer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ankerteile einen innenliegenden Polkern (12) und zwei diesen umgebenden und an ihn angren­ zende äußere Polräder (13a, 13b, 13a′, 13a′′) um­ fassen.

4. Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ringwülste jeweils zwischen erstem äußeren Polrad (13a), innenliegendem Pol­ kern und an diesem an der anderen Seite angrenzen­ den Polrad (13b) von beidseitigen, mit dem Material des Polkerns einstückigen Materialringvorsprüngen (14) gebildet sind.

5. Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ringwülste jeweils von inneren einstückigen Materialringvorsprüngen (14′) an den dem inneren Polkern (12′) zugewandten inneren Wand­ flächen der Polräder (13a′, 13b′) gebildet sind.

6. Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ringwülste jeweils von einem separaten Verstemmring (17) gebildet sind, der beid­ seitig zwischen die Übergänge Polrad/Polkern einge­ legt ist.

7. Läufer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstemmring eine runde, viereckige, rombische, ovale bzw. unrund/unsymmetrische Form im Querschnitt aufweist.

8. Läufer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ankerteile aus jeweils einem Polrad (18a, 18b) bestehen, wobei an mindestens einem der Polräder ein Polkernbereich einstückig angesetzt ist.

9. Läufer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden den Läuferverbund bildenden Polräder (18a, 18b) nach innen im Bereich der Läuferwelle aufeinan­ der zuspringend jeweils einstückig in einen (ange­ schmiedeten) Teilpolkern übergehen und daß der ledig­ lich einmal für die Bildung des Verstemmbereichs vor­ handene Ringwulst (14′′) von einer der beiden angren­ zenden und aneinanderliegenden Ringflächen des Pol­ teilkerns vorspringt oder ein Verstemmring ist.

10. Läufer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem durch das Vorhan­ densein eines Ringwulstes gebildeten jeweiligen Verstemm­ bereich im Übergang Polrad/Polkern/Polrad die Läufer­ welle mindestens eine Ringnut aufweist, in die Material von beiden beteiligten Ankerteilen (Polrad/ Polkern) bei der durch das Aufpressen der Polräder hervorgerufenen Verstemmwirkung eindringt.

11. Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferwelle im Bereich der Verstemmstellen eine peripher umlaufende Mehrfach- Ringriffelung aufweist.

12. Läufer nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß angrenzend an die Verstemmstellen- Ringnutbildung der Läuferwelle (11, 11′) axial ver­ laufende Nuten aufweisende Läuferwellenbereiche (16, 16a, 16b) angrenzen, die sich mindestens längs der inneren Bohrung des Polkerns (12, 12′, 12′′) erstrec­ ken.

13. Verfahren zur Herstellung eines Läufers für elek­ trische Maschinen, insbesondere für Wechsel- oder Drehstromgeneratoren bei Kraftfahrzeugen, Motorrä­ dern, Bussen, Bahnen und sonstigen beweglichen Ein­ heiten, bei dem durch Kaltverformung Material von Ankerteilen in Nuten der Läuferwelle verstemmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den aneinander­ grenzenden Ankerteilen Ringwülste angeordnet werden, woraufhin die Ankerteile auf die Welle aufgepreßt und gleichzeitig mit solcher Kraft aufeinandergepreßt werden, daß durch die Wirkung der Ringwülste im an­ grenzenden Materialbereich der beteiligten Ankerteile durch Kaltverformung Materialbereiche ineinandergrei­ fen und gleichzeitig in Nuten der Ankerwelle ein­ fließen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung der Ankerteile in Form eines mitt­ leren Polkerns mit beidseitigen Polrädern zunächst der Polkern auf die Ankerwelle im Bereich eines Längs­ nutenverlaufs der Ankerwelle aufgedrückt und an­ schließend von beiden Seiten die Polräder aufgepreßt werden derart, daß einstückige, im Stoß aufeinander­ zugerichtete vorspringende, die Wulstbildung bewirkende Ringbereiche von Polrad bzw. Polkern oder zwischen beide eingelegte separate Verstemmringe die Kalt­ verformung im jeweiligen Verstemmbereich bewirken.