DE4239754A1 - Läufer für eine elektrische Maschine - Google Patents
Läufer für eine elektrische MaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, die ein
Wicklungspaket und eine das Wicklungspaket tragende Welle
aufweist, welche einander koaxial umgebend oder umhüllend
angeordnet sind.
Läufer, auch Rotor oder Anker genannt, bilden den
rotierenden Teil einer elektrischen Maschine, der mit Hilfe
eines Stroms in senkrecht zur Läuferachse angebrachten
Wicklungen ein umlaufendes Magnetfeld erzeugt, auf das das
Magnetfeld des Ständers, auch Stator genannt, ein
Drehmoment ausüben kann (Motorbetrieb) oder das in den
Ständerwicklungen eine Spannung induziert (Generator
betrieb). Unter "Wicklungspaket" bzw. "Rotorpaket" werden
nachstehend nicht nur gewickelte und gegeneinander durch
Lackschichten isolierte Kupferdrähte verstanden; vielmehr
sind damit auch vom Magnetfeld durchsetzte Läufer-
Eisenteile gemeint, die aus Paketen gegeneinander durch
Lackschichten oder Kunststoff-Folien isolierter dünner
(Elektro-)Bleche oder, wie bei Kurzschlußläufern üblich,
aus starken achsparallelen Leiterstäben bestehen, die in
das Läufereisen eingelassen sind und an den Enden durch
Leiterringe miteinander verbunden werden, so daß ein
sogenannter Käfigläufer entsteht.
Bisher ist es bekannt, ein Rotorpaket beispielsweise auf
eine konisch geformte Welle eines Elektromotors
aufzupressen, die sich in ihrer Längsrichtung in ihrem
Durchmesser erweitert. Damit wird der Nachteil in Kauf
genommen, daß eine sehr schwer trennbare Verbindung
zwischen Wicklungs- bzw. Rotorpaket und Welle geschaffen
wird: nur mit enormen Kräften, die zur Verformung des
Rotorpakets und/oder der Welle führen, können Rotorpaket
und Welle wieder voneinander gelöst werden.
Ferner ist es bekannt, die Außenfläche oder den Außenmantel
der Elektromotor-Welle mit einer Riffelung und dadurch mit
einem Übermaß zu versehen. Das Wicklungspaket wird dann auf
diese Riffelung aufgeschoben und aufgepreßt, wobei eine Art
Verzahnung oder formschlüssiger Eingriff zustandekommt.
Ferner ist eine "Schrumpfmethode" zum Aufbringen des
Wicklungspakets bekannt: In die zylindrische Innenbohrung
eines Wicklungspakets ist eine Stahlbüchse eingeklemmt, die
einen hohlzylindrischen Innenraum aufweist. Mit diesem
hohlzylindrischen Innenraum wird die Stahlbüchse auf die
Welle des Elektromotors aufgeschrumpft, nachdem zuerst das
Läuferpaket samt darin eingeklemmter Stahlbüchse erwärmt
und dann wieder abgekühlt worden ist. Durch die Abkühlung
verliert die Stahlbüchse an Innendurchmesser und sitzt so
fest auf die Elektromotor-Welle auf. Das Lösen des so
aufgeschrumpften Wicklungspakets ist äußerst aufwendig:
Über einen Hydraulikkanal für Ölzufuhr wird Fluid in einen
Spalt zwischen Welle und Büchse eingebracht. Der Öldruck
trifft auf einen radial gerichteten Ansatz bzw. eine
Axialschulter, wodurch die Stahlbüchse in Achsrichtung
herausgedrückt wird. Dieses Verfahren ist unter dem
Stichwort "Ölpreßverfahren" im Maschinenbau allgemein
bekannt.
Es wird das der Erfindung zugrundeliegende Problem
aufgeworfen, bei einem Läufer eine Wicklungspaket-Wellen
verbindung zu schaffen, die eine leichte und schnelle
Montage und Demontage des Wicklungspakets auf bzw. von der
Läuferwelle ermöglicht, so daß insgesamt die Wartbarkeit
der elektrischen Maschine erhöht wird. Gleichzeitig soll
eine zuverlässige Übertragung der Drehmomente über die
Wicklungspaket/-Wellen-Anordnung trotz der angestrebten,
leicht lösbaren Verbindung zwischen Wicklungspaket und
Läuferwelle gewährleistet sein.
Zur Lösung wird bei einem Läufer mit den eingangs genannten
Merkmalen erfindungsgemäß ein Ringhohlraum vorgeschlagen,
der von gegenüberliegenden Abschnitten des Wicklungspakets
und der Welle gebildet bzw. definiert ist und sich zum Ende
der Welle und/oder zur Stirnfläche bzw. Stirnkante des
Wicklungspakets hin kontinuierlich zunehmend bzw.
keilförmig erweitert; zudem wird als weitere Maßnahme das
Einschieben einer Hülse oder sonstigen rohrartig
länglichen, festen Hülle mit zum Ringhohlraum
komplementären Querschnittsprofil vorgeschlagen, so daß die
Hülse darin einschiebbar ist, wobei sie die Welle oder das
Wicklungspaket fest umschließt.
In Konkretisierung dieses Lösungsgedankens ist vorgesehen,
daß das Wicklungspaket einen beispielsweise durch
mittelaxiale Bohrung gebildeten Innen-Hohlraum aufweist,
der sich wenigstens längs eines Teilabschnitts in seinem
Durchmesser keilartig zur End- bzw. Stirnkante des
Wicklungspakets hin erweitert, wobei in diesen Hohlraum die
zumindest teilweise mit konstantem Außendurchmesser
ausgeführte Welle einführbar ist und zwischen Welle und
Wicklungspaket die Hülse eingeschoben werden kann, die mit
einem zum keilförmigen oder konusartigen Durchmesser des
Wicklungspaket- Innenhohlraums komplementären Außen
durchmesser versehen ist. Es wird also eine Welle,
beispielsweise eines Elektromotors, mit gleichmäßigem
Außendurchmesser verwendet, auf die die Hülse mit ihrem
sich konisch veränderndem (in Richtung zum Wicklungspaket
sich verjüngenden) Durchmesser aufgeschoben werden kann.
Diese Hülse ist auf dem Außenmantel der Welle in
Achsrichtung verschiebbar, insbesondere gleitbar, gelagert.
Ferner wird ein Wicklungspaket mit Hohlachse verwendet,
dessen Innendurchmesser zumindest teilweise entsprechend
konisch verläuft. Dadurch entsteht ein hohler Ringraum
zwischen Welle und Wicklungspaket, der sich konisch bzw.
keilförmig zum Ende des Wicklungspakets hin erweitert. In
diesen Ringraum bzw. Ringspalt kann die axial verschiebbar
gelagerte, außen konische Hülse mit diversen
Antriebsmitteln, z. B. Schraubverbindungen, hineingedrückt
werden. Je fester die Hülse hineingedrückt wird, desto
stabiler wird sie mit Kraftschluß im Ringspalt fixiert. Zum
Lösen ist der umgekehrte Vorgang durchzuführen.
Im Rahmen der Erfindung kann anstelle der Innenwandung bzw.
des Innenmantels der Wicklungspaket-Innenbohrung die Welle
mit einem sich in Wellen-Endrichtung keilförmig
vermindernden Außendurchmesser bzw. -mantel versehen sein,
worauf das Wicklungspaket über seine Innenbohrung mit
konstantem Durchmesser auf schiebbar ist; zwischen der Welle
mit dem genannten konusförmigen Verlauf und dem Wicklungs
paket ist die Hülse mit einem Innendurchmesser
einschiebbar, der komplementär zum konusartigen Außen
durchmesser der Welle gestaltet ist.
Mit Vorteil ist die Auflage der Hülse auf der Welle oder
auf der Innenwandung (der Bohrung) des Wicklungspakets
derart ausgeführt, daß eine gleitend verschiebbare Lagerung
resultiert.
Die oben bereits angesprochenen diversen Hülsen-
Antriebsmittel können in Ausbildung der Erfindung durch
eine oder mehrere Schiebeeinrichtungen realisiert sein, die
gegen die Welle und/oder das Wicklungspaket abgestützt sind
und an der Hülse angreifen. In Konkretisierung dieses
Gedankens ist das aus dem Ringhohlraum vorstehende
Hülsenende mit einem Gewindeansatz versehen, auf dessen
Außenseite ein Außengewinde eingeformt ist, so daß eine in
das Außengewinde mit ihrem Innengewinde eingreifende,
drehbare Abziehmutter in Anlage an die Stirnseite des
Wicklungspakets und/oder der Welle schraubbar ist. Dann ist
bei Weiterschrauben in die gleiche Drehrichtung eine
weitere Axialbewegung der Abziehmutter blockiert;
statt dessen wird die Hülse beim Weiterschrauben zunehmend
von der axial festgelegten Abziehmutter aus dem Ring
hohlraum herausgezogen, weil ihr durch die Abziehmutter-
Schraubbewegung eine korrespondierende Axialbewegung, vom
Wicklungspaket weggerichtet, erteilt wird. Mit dieser
Erfindungsausbildung wird das Lösen der Wellen/Wicklungs
paketverbindung sowie der zugehörigen Hülse in besonders
leicht handhabbarer und komfortabler Weise gefördert.
Damit auch ein bequemes Einschieben bzw. Einrücken der
Hülse in den Ringhohlraum ohne störenden manuellen
Kraftaufwand, jedoch unter Gewährleistung des für die
Drehmomentübertragung notwendigen Kraftschlusses ohne
weiteres ermöglicht ist, wird nach einer anderen
Konkretisierung der Hülsen-Antriebsmittel bzw. -Schiebe
einrichtungen vorgeschlagen, auf dem Außenmantel der Welle
oder auf der Innenwandung der Bohrung oder des sonstigen
Innenhohlraums des Wicklungspakets ein Außen- bzw.
Innengewinde einzuformen, so daß mittels einer
Anstellmutter, die mit dem Außen- bzw. Innengewinde über
ein jeweils komplementäres Gewinde drehbar in Eingriff
steht, mit deren Stirnseite ein (Schiebe-)Druck auf das
gegenüberliegende Hülsen-Stirnende ausübbar ist, wobei der
Hülse die Bewegung in den Ringhohlraum erteilt wird.
Die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Drehmomente-
Übertragung durch die Wicklungspaket/Wellenverbindung wird
durch eine auf die Anstellmutter einwirkende Verdreh-
Sicherungseinrichtung gefördert, die form- und/oder
kraftschlüssig in Eingriff stellbar ist, einerseits mit der
Welle und/oder dem Wicklungspaket und andererseits mit der
Anstellmutter.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile auf der Basis
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der
nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungs
beispiels der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.
Diese zeigen in
Fig. 1 einen axialen (Längs-)Schnitt eines Elektromotors
mit Ständer und Läufer-Wicklungspaket/Wellen
verbindung, und
Fig. 2 eine perspektivisch vergrößerte und explosions
artig auseinandergezogene Darstellung der
Anstellmutter-Verdrehsicherung des Elektromotors
gemäß Fig. 1.
Gemäß Fig. 1 sind innerhalb eines Läufer-Elektromotor-
Gehäuses 1 ein Ständerpaket 2, ein davon umgebenes
Wicklungspaket 3 und eine davon umgebene Hohl-Welle 4 mit
Hohlraum 4a angeordnet. Eine solche Antriebsanordnung
eignet sich zum Einbau in eine Werkzeugmaschine als
Direktantrieb für eine Arbeitsspindel. An den Wellenenden
sind die Kugellager 5 ersichtlich, die die Rotation der
Welle 4 ermöglichen. Auf die Welle 4, die über ihre gesamte
Achslänge einen gleichmäßigen, konstanten Außendurchmesser
aufweist, ist eine Hülse 6 mit konisch verlaufendem
Außendurchmesser aufgeschoben. Wenn das Wicklungspaket 3
nicht im Wege stünde, könnte aufgrund ihrer gleitenden
Lagerung die Hülse 6 über die gesamte Länge der Welle 4
verschoben werden. Der Außendurchmesser der Hülse 6
verjüngt sich zunehmend in Richtung zum Wicklungspaket 3.
Am Hülsenende 6a mit dem breitesten Durchmesser springt ein
Gewindeansatz 7 axial vor, auf dessen Außenwandung ein
Außengewinde 8 eingeformt ist. Dieses dient zum Abziehen
der Hülse 6, indem mit dem Außengewinde 8 eine
Abziehmutter, z. B. an einem separaten Werkzeug (nicht
gezeichnet), in Eingriff gebracht wird.
Im Bereich des aus dem Ringhohlraum 34 zwischen
Wicklungspaket 3 und Welle 4 vorstehenden Endes oder
Gewindeansatzes 7 der Hülse 6 (wo der Außendurchmesser am
breitesten ist) ist in den Außenmantel der Hohl-Welle 4
ebenfalls ein Außengewinde 9 eingeformt, welches zum
Einpressen der konischen Hülse 6 in den Ringspalt zwischen
Wicklungspaket 3 und Hohl-Welle 4 dient. Das Einpressen
oder -schieben wird mit einer Anstellmutter 10 bewerk
stelligt, deren Innengewinde mit dem Außengewinde 9 der
Welle 4 kämmt bzw. in Eingriff steht. Wird der
Anstellmutter 10 mit einem externen Werkzeug, z. B.
Schraubschlüssel, eine Drehung erteilt, setzt sich deren
Drehung in eine Linearbewegung 11 parallel zur Achsrichtung
der Hohl-Welle 4 um. Die Linearbewegung 11 der Anstell
mutter 10 führt dazu, daß deren der Hülse 6 zugewandte
Stirnseite an die direkt gegenüberliegende Stirnseite der
Hülse 6 in Anschlag gebracht wird und darauf drückt.
Dadurch wird die linear verschiebbare, insbesondere auf der
Welle 4 gleitbare Hülse 6 nach und nach in den Ringspalt 34
zwischen der Innenwandung des Wicklungspakets 3 und der
Außenwandung der Welle 4 hineingedrückt und hineingepreßt.
Soll dieser Vorgang - um das Wicklungspaket 3 von der Welle
4 wieder zu lösen - umgekehrt werden, wird zunächst die
Anstellmutter 10 von der Welle 4 entfernt. Dann wird die
weitere (nicht gezeichnete) Abziehmutter in Eingriff mit
dem Außengewinde 8 auf der konischen Hülse 6 gebracht. Beim
Drehen stützt sich die Abziehmutter gegen die
gegenüberliegende Stirnseite 3a des Wicklungspakets 3 ab,
so daß der Hülse 6 eine der Linearbewegung 11
entgegengesetzte Bewegung erteilt wird. Dadurch wird der
kraftschlüssige Zusammenhalt zwischen Hohl-Welle 4,
konischer Hülse 6 und Wicklungspaket 3 nach und nach
gelockert und schließlich aufgelöst.
Die Anstellmutter 10 steht in Wirkungsverbindung mit einer
Verdrehsicherung, die mittels einer Ringscheibe 12,
beispielsweise aus Blech, realisiert ist. Diese Ringscheibe
ist (vgl. Fig. 2) an ihrem radial äußersten Rand mit
zackenbildenden Ausnehmungen 13 versehen, die jeweils die
Abstände von radial nach außen vorspringenden, in
Umfangsrichtung aneinandergereihten Lappen 14 zueinander
bilden. Ferner hat die Ringscheibe 12 an ihrem Innenrand
eine radial nach innen vorstehende Nase 15, die zum
Einrücken in die achsparallele, das Außengewinde 9 der
Welle 4 durchsetzende Nut 16 ausgebildet ist. Dadurch läßt
sich eine Arretierung bzw. Drehblockierung der Ringscheibe
12 in Umfangsrichtung herbeiführen. Hierzu wird die
Ringscheibe 12 mit ihrer Nase 15 in der Nut 16 entlang des
zweiten Außengewindes 9 auf der Welle 4 bis an die
gegenüberliegende Stirnseite der Hülse 6 entlanggeschoben.
Dann wird der radial äußerste Abschnitt der Ringscheibe 12
beispielsweise mit einem Hammer in axiale Richtung
umgebogen bzw. umgeklopft. Dabei gerät wenigstens ein durch
Ausnehmungen 13 begrenzter Zacken oder Lappen 14a der
Ringscheibe 12 in Eingriff mit einer gegenüberliegenden Nut
17, die achsparallel verlaufend in der radial äußeren
Umfangsfläche der Anstellmutter 10 ausgebildet ist. Durch
diesen Eingriff kommt auch eine Verdrehsicherung für die
Anstellmutter 10 gegenüber der Welle 4 zustande.
Die Erfindung ist nicht auf das gezeichnete Ausführungs
beispiel beschränkt: so ist es denkbar, die gezeichnete
Wicklungspaket-Hülsen-Hohl-Wellen-Verbindung 3, 4, 6 auch
am entgegengesetzten Ende des Wicklungspakets 3 (wo keine
Hülse gezeichnet ist) zusätzlich vorzusehen.
Ferner ist im Rahmen der Erfindung eine Umkehrung des mit
der Zeichnung konkretisierten Prinzips denkbar: die Welle 4
wird mit einem Außenkonus versehen, der zu einer konischen
Verengung der Welle bzw. Verminderung von deren
Außendurchmesser zum Ausgang bzw. Ende des Wicklungspakets
hin führt. Mit anderen Worten, der vom Wicklungspaket
umgebene Teil der Welle wird mit zunehmender Nähe zum
Stirnende des Wicklungspakets hin immer dünner.
Entsprechend dieser prinzipgetreuen Umkehrung wird dann
eine Hülse vorgesehen, deren Innendurchmesser konisch
verläuft, d. h. sich komplementär zum konischen Abschnitt
des Außenumfangs der Welle mit zunehmender Nähe zur
Stirnendkante des Wicklungspakets hin vermindert, verengt
bzw. verjüngt. Infolgedessen braucht sich beim
Wicklungspaket kein Abschnitt mehr zum Ende hin konisch zu
erweitern, vielmehr kann die Innenbohrung des
Wicklungspakets über die gesamte axiale Länge hin konstant
bleiben - analog zum obigen Ausführungsbeispiel, wonach der
Außendurchmesser der Hohl-Welle über die axiale Länge
konstantgehalten ist.
Claims (11)
1. Läufer (3, 4) für eine elektrische Maschine, mit einem
Rotor- bzw. Wicklungspaket (3) und einer dieses
tragenden Welle (4), wobei diese einander koaxial
umgebend angeordnet sind, gekennzeichnet durch einen
zwischen Welle (4) und Wicklungspaket (3) begrenzten
Ringhohlraum (34), der sich zur stirnseitigen Endkante
bzw. Stirnfläche des Wicklungspakets (3) und/oder der
Welle (4) hin konusartig erweitert, und durch eine
Hülse (6) mit zum Ringhohlraum (34) derart
komplementärem Querschnitt, daß sie in den
Ringhohlraum (34) einschiebbar (11) und darin
kraftschlüssig fixierbar ist.
2. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Wicklungspaket (3) einen Innen-Hohlraum aufweist,
der sich wenigstens teilweise in seinem Durchmesser
konusartig zur End- bzw. Stirnkante oder -seite (3a)
des Wicklungspakets (3) hin erweitert, in den Hohlraum
die Welle (4) mit konstantem Außendurchmesser
einführbar ist, und zwischen Welle (4) und
Wicklungspaket (3) die Hülse (6) mit einem
Außendurchmesser komplementär zum konusartigen
Durchmesser des Wicklungspaket-Innenhohlraums
einschiebbar ist.
3. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Welle wenigstens teilweise einen sich in Wellen-
Endrichtung konusartig vermindernden Außendurchmesser
aufweist, auf die Welle das Wicklungspaket über einen
zugehörigen Innen-Hohlraum mit konstantem Durchmesser
schiebbar ist, und zwischen Welle und Wicklungspaket
die Hülse mit einem Innendurchmesser komplementär zum
konusartigen Außendurchmesser der Welle einschiebbar
ist.
4. Läufer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß Hülse (6) zwischen Welle (4) und
Wicklungspaket (3), gegebenenfalls auf dem
Wellenaußenmantel und/oder Wicklungspaket-Innenmantel,
gleitend verschiebbar (11) gelagert ist.
5. Läufer nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine oder mehrere
Schiebeeinrichtungen (9, 10) für die Hülse (6), die
gegen die Welle (4) und/oder das Wicklungspaket (3)
abgestützt an der Hülse (6) angreifen.
6. Läufer nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch ein aus dem Ringhohlraum (34)
vorstehendes Hülsenende, an dem ein Gewindeansatz (7)
mit einem Außengewinde (8) angeformt ist, so daß eine
darauf kämmend drehbare Abziehmutter in Anlage an die
Stirnseite (3a) des Wicklungspakets (3) und/oder der
Welle (4) bringbar ist.
7. Läufer nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch ein Außen- oder Innengewinde, das
auf dem Außenmantel der Welle beziehungsweise auf der
Innenwandung eines Innenhohlraums des Wicklungspakets
derart angeordnet ist, daß mittels einer darauf mit
ihrem Innen- beziehungsweise Außengewinde kämmend
drehbaren Anstellmutter (10) mit ihrer einen
Stirnseite Druck auf das Hülsen-Stirnende (6a)
ausübbar ist, das deren Einschiebrichtung (11)
entgegengesetzt ist.
8. Läufer nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine
Verdreh-Sicherungseinrichtung (12, 13, 14a, 15, 16,
17), die form- und/oder kraftschlüssig in Eingriff mit
einerseits der Welle (4) und/oder dem Wicklungspaket
(3) und andererseits der Anstellmutter (10) bringbar
ist.
9. Läufer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Sicherungseinrichtung mit einer an der Welle (4)
und/oder dem Wicklungspaket (3) in Umfangsrichtung
arretierten Ringscheibe (12), die zur Anlage an der
Anstellmutter (10) ausgebildet ist und eine oder
mehrere Vorsprünge (14, 14a) aufweist, und mit
wenigstens einer Aussparung, Vertiefung und/oder
vorzugsweise achsparallelen Nut (17) in der
Anstellmutter (10) realisiert ist, in die einer (14a)
der Vorsprünge (14) einrückbar ist.
10. Läufer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die Welle (4) auf ihrem Außenumfang eine etwa
achsparallele Vertiefung oder Nut (16) aufweist, in
die ein komplementärer Arretieransatz (15) am
Innenumfang der Ringscheibe (12) einrückbar ist.
11. Läufer nach Anspruch 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (12) aus bleibend
verformbarem Material, beispielsweise Blech,
hergestellt ist und an seinem Außenumfang einen oder
mehrere der Vorsprünge (14) im Abstand (13)
voneinander aufweist.
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