DE69211411T2

DE69211411T2 - Vorrichtung und Verfahren um gestapelte Lamellen einer dynamo-elektrischen Maschine auszurichten

Info

Publication number: DE69211411T2
Application number: DE69211411T
Authority: DE
Inventors: Daryl Busch; Gerald Griffiths Kloster; John Job Tong
Original assignee: Emerson Electric Co
Current assignee: Emerson Electric Co
Priority date: 1991-04-12
Filing date: 1992-04-02
Publication date: 1996-10-24
Anticipated expiration: 2012-04-03
Also published as: JPH05300678A; CA2058479C; KR920020807A; EP0508937B1; EP0508937A1; MX9201693A; CA2058479A1; DE69211411D1; US5142178A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf dynamoelektrische Maschinen und, mehr insbesondere, auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausrichten von gestapelten Blechlamellen einer dynamoelektrischen Maschine zur Verwendung im Ständer und/oder Läufer einer solchen Maschine.
Es ist im Stand der Technik bei dynamoelektrischen Maschinen bei dem Zusammenfügen der Blechlamellen, üblicherweise zwischen etwa vierzig und sechzig Stahlblechen pro Zoll, für Ständer- und Läuferblechpakete von solchen Maschinen bekannt, die zusammengefügten, gestapelten Blechlamellen längs der axialen Abmessung durch Schweißen und/oder Klemmen zusammenzuhalten. Es ist auch seit langem im Stand der Technik bekannt, allgemein verlagerte Segmente bei den üblichen Stahlblechlamellen zu benutzen, wobei diese Segmente so angeordnet sind, daß sie in komplementäre Öffnungen in benachbarten Blechlamellen verschachtelnd einfassen, wenn die Blechlamellen in gestapelter Beziehung zusammengefügt werden. Dieser allgemeine Typ von Anordnung für Ständerblechpakete ist in dem seit langem erloschenen US-Patent Nr. 3 202 851 beschrieben, das W.J. Zimmerle et al am 24. August 1965 erteilt worden ist. In diesem Patent sind Ausschnitte oder Schlitze in jeder Blechlamelle vorgesehen, und ein bogenförmiger Verriegelungsbrückenteil wird dazwischen gestanzt, so daß ein abgeflachter Teil erhöht über der planaren Oberfläche der Blechlamelle vorhanden und mit derselben durch entgegengesetzte, gedehnte metallische, abgewinkelt angeordnete Schultern verbunden ist. Der Brückenteil wird dann in engem Eingriff mit einer kompatiblen Öffnung einer benachbart gestapelten Blechlamelle verkeilt, bevor eine Glühbehandlung des Blechpakets erfolgt. In den späteren US-Patenten Nr. 4 149 309 vom 17. April 1979, Nr. 4 160 182 vom 3. Juli 1979, Nr. 4 280 275 vom 28. Juli 1981 und Nr. 4 438 558 vom 27. März 1984, alle von Yoshiaki Mitsui, zeigt Fig. 4 jedes dieser Patente einen ähnlichen bogenförmigen Verriegelungsbrückenteil, der in jeder Blechlamelle gebildet ist, wobei wie bei dem Zimmerle-Patent - der Brückenteil in engen Eingriff mit einer kompatiblen Öffnung einer benachbarten Blechlamelle gebracht wird. Das noch spätere US-Patent Nr. 4 538 345, das Arthur Dieterichs am 3. September 1985 erteilt worden ist, zeigt konisch verjüngte oder abgewinkelte, verlagerte Blechlamellensegmente, die mit Preßsitz mit kompatiblen Öffnungen in benachbarten Blechlamellen verschachtelt sind. In diesem Patent werden gebogene Lappen längs der Blechlamellenumfänge benutzt, um eine minimale axiale Trennung zu gewährleisten, bevor das Blechpaket geglüht wird, wobei ein abschließender axialer Preßschritt benutzt wird, um die Lappen nach dem Glühen zurückzubiegen. Schließlich werden wieder in dem US-Patent Nr. 4 979 285, das Benson D. Martin am 25. Dezember 1990 erteilt worden ist, abgewinkelt verlagerte Segmente erneut benutzt, um durch Druckausübung in Reibungseingriff mit kompatiblen Ausnehmungen von benachbarten Blechlamellen gebracht zu werden.
Die US-A-4 728 842 beschreibt ein Blechpaket, bei dem jede Blechlamelle eine verlagerte Segmenteinrichtung aufweist, die Vorsprünge hat, welche längs ihrer äußeren Umfangswand beabstandet sind, und eine Ausnehmung, in die die verlagerte Segmenteinrichtung einer benachbarten Blechlamelle mit Preßsitz einfaßt.
Die US-A-4 053 801 beschreibt ein Läuferblechpaket für einen Elektromotor, mit Blechlamellen, die durch einen Vorsprung auf einer Seite beabstandet sind, der in einer Ausnehmung in der zugewandten anderen Seite einer benachbarten Blechlamelle teilweise aufgenommen ist, aber die Bodenwand der Ausnehmung berührt. Jede Blechlamelle hat eine mit einer Keilnut versehene zentrale Öffnung, die auf der mit einem Keil versehenen Welle des Läufers aufgenommen ist, um eine Relativdrehbewegung der Blechlamellen zu verhindern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist erkannt worden, daß es bei den bisherigen Blechpaketen im Stand der Technik, bei denen das allgemeine Prinzip angewandt worden ist, Blechlamellensegmente in den Blechlamellen zu verlagern, um sie mit kompatiblen Öffnungen in benachbarten Blechlamellen zu verschachteln, nicht gelungen ist, die Eisenverluste in den Verschachtelungsbereichen zu minimieren. Tatsächlich ist es im Stand der Technik nicht erkannt worden, daß das Ausüben von Druck in den Verschachtelungsbereichen Eisenverlustprobleme erzeugt. Weiter, im Stand der Technik sind nicht die Probleme erkannt worden, die sich durch seitliche Verschiebung in gestapelten Blechlamellen durch die Verwendung von abgewinkelt geformten Verschachtelungsbrücken ergeben können. Andererseits erkennt die vorliegende Erfindung nicht nur diese Probleme des Standes der Technik, sondern weiter auch die Wichtigkeit des Maximierens einer engen Blechlamellenausrichtung durch gleichzeitiges Ausführen von gewissen ausgewählten Schritten bei den Fertigungsvorgängen. Mit dem Erkennen und Lösen der Probleme des Standes der Technik schafft die vorliegende Erfindung eine besondere Vorrichtung und ein besonderes Verfahren zum Vermeiden oder zumindest Minimieren der bisherigen Probleme im Stand der Technik.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Blechpaket für eine dynamoelektrische Maschine zu schaffen, das sowohl bei der Herstellung als auch bei der Montage wirtschaftlich, einfach und effizient ist und das die unerwünschten bisherigen Probleme vermeidet oder wenigstens minimiert, die mit dem Schweißen, Klemmen, Nieten und Kleben verbunden sind, durch Eliminieren der Notwendigkeit dieser Arbeitsgänge. Weiter sollte die vorliegende Erfindung die Notwendigkeit eines unerwünschten Durchbohrens der metallischen Blechlamellen vermeiden und nachteilige magnetische Effekte und Eisenverluste in dem Blechpaket wesentlich reduzieren sowie es ermöglichen, eine genaue Ausrichtung der gestapelten Blechlamellen zu erzielen, bei minimaler Metall-Metall-Reibberührung, die den Glüheffekt in dem Blechpaket blockiert und zu hohen Eisenverlusten aufgrund von Blechlamellenhaftung und häufigen Kurzschließens der magnetischen Flußpfade in gestapelten Blechlamellen führt.
Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung erreicht durch ein Blechpaket für eine dynamoelektrische Maschine, mit einer Vielzahl von übereinander gestapelten Blechlamellen, die jeweils ebene Oberflächen haben, wobei sich von jeweils einer dieser Oberflächen aus eine verlagerte Blechlamellensegmenteinrichtung von vorgewählter Abmessung und Konfiguration erstreckt, wobei die verlagerten Segmenteinrichtungen einen Umfangsrand und eine äußere Bodenwandoberfläche haben und wobei in den anderen ebenen Oberflächen Ausnehmungseinrichtungen mit etwas größerer vorgewählt er Abmessung und komplementärer Konfiguration und Position zum verschachtelten Aufnehmen der verlagerten Blechlamellensegmenteinrichtung einer benachbarten Blechlamelle vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsrand der verlagerten Segmenteinrichtungen so bemessen ist, daß er überall von einem komplementären, zugewandten Umfangsrand der Ausnehmungseinrichtung beabstandet sein kann, daß die äußere Bodenwandoberfläche von einer zugewandten komplementären Oberfläche der Ausnehmungseinrichtung beabstandet ist und daß die verlagerte Blechlamellensegmenteinrichtung jeweils relativ zu der ebenen Seite der Blechlamelle, von welcher aus sie verlagert ist, durchgehend und ununterbrochen ausgebildet ist, wodurch eine seitliche Verschiebung von benachbarten Blechlamellen auf die vorgewählte Abmessungsdifferenz zwischen den Umfangswänden der verlagerten Blechlamellensegmenteinrichtungen und der Ausnehmungseinrichtung begrenzt wird und die einander zugewandten ebenen Oberflächen von benachbarten Blechlamellen außerhalb der Ausnehmung miteinander in Kontakt sind.
Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die Erfindung wird nun beispielshalber unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine Draufsicht aufgestapelte neue Ständerblechlamellen ist, die die besonderen Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweisen;
Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittansicht nach der Linie II-II in Fig. 1 ist, die im Detail die Verschachtelungsmerkmale der Verlagerungssegmente eines Teils der gestapelten Blechlamellen mit kompatiblen Öffnungen in benachbarten Blechlamellen zeigt, und zwar insbesondere in vergrößerter Form die Konfiguration der Verlagerungssegmente und deren ausgewählt beabstandete, uneingespannte ausgerichtete Beziehung zu kompatiblen Öffnungen von benachbarten Blechlamellen; und
Fig. 3 eine zusammengesetzte Draufsicht auf einen durchgehenden Teil eines Streifens von Blechlamellenausgangsmaterial ist, die die neuen, progressiven, mit einem Stanzwerkzeug an einem Metallstreifen ausgeführten Stanzschritte zur Herstellung von Läufer- und Ständerteilen einer dynamoelektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Die Fig. 1 und 2 der Zeichnungen, auf die nun besonders Bezug genommen wird, zeigen die äußere Blechlamelle einer Vielzahl von gestapelten Ständerblechlamellen 2. Jede Blechlamelle 2 kann aus irgendeinem von mehreren geeigneten metallischen Stahlstreifen hergestellt sein, die im Stand der Technik zum Herstellen von Ständer- und Läuferblechpaketen bekannt sind, wobei die Streifen eine vorbestimmte Dicke haben, so daß sich ungefähr vierzig bis sechzig Blechlamellen pro Zoll bei einem Blechpaket ergeben. Jede Blechlamelle 2 hat einen zentralen inneren Durchmesser 3 und einen äußeren Durchmesser 4 und ist in der dargestellten Ausführungsform geometrisch so konfiguriert, daß sie eine im wesentlichen rechteckige Form mit abgerundeten Ecken hat. Es ist klar, daß sich die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche geometrische Blechlamellenkonfiguration, wie sie gezeigt ist, beschränken soll, sondern daß andere geometrische Formen benutzt werden können, je nach den verlangten physikalischen Eigenschaften.
In der dargestellten Ausführungsform sind geeignet beabstandete und geformte, sich radial erstreckende Nuten 6 vorgesehen, die sich von dem zentralen inneren Durchmesser 3 aus radial nach außen erstrecken. Es ist im Stand der Technik bekannt und hier nicht gezeigt, daß diese Nuten jeweils zur Aufnahme einer Isolierhülle zur Unterbringung der Ständerwicklungen dienen. Gemäß einem der neuen Merkmale der vorliegenden Erfindung schaffen diese Isolierhüllen und die durch sie hindurchführenden Ständerwicklungen ausreichend Struktur zum Zusammenhalten der Ständerblechlamellen in dem fertigen Blechpaket.
Gemäß der Darstellung in Fig. 1 kann jede Ständerblechlamelle an jeder ihrer vier Ecken mit einem von vier beabstandeten Schraubenlöchern 7 versehen sein, wobei die Löcher 7 zur Aufnahme von Durchsteckschrauben (ebenfalls nicht gezeigt) zur Befestigung von äußeren Lagerschilden dienen, was alles Stand der Technik und deshalb nicht gezeigt ist.
Gemäß der Darstellung in den Fig. 1 und 2 der Zeichnungen kann jede Ständerblechlamelle mit einem beabstandeten Paar diametral entgegengesetzter, kreisförmiger, knopfförmiger, extrudierter oder verlagerter Segmente 8 versehen sein, wobei die Segmente 8 eines Paares um 180 Grad gegenseitig und um etwa 30 Grad von einer von zwei Mittellinien, die sich durch das Zentrum einer Blechlamelle normal zueinander und zu den entgegengesetzten Seiten derselben erstrecken, beabstandet sind. Bei der Herstellung dieser verlagerten Segmente 8 in den Ständerblechlamellen 2 wird das verlagerte Metall in den Blechlamellen auf vorgewählte Abmessungen extrudiert und komprimiert, wobei diese Abmessungen infolgedessen etwas kleiner sind als die Abmessungen von Öffnungen 9, welche in den Blechlamellen 2 zurückbleiben und mit den Segmenten 8 von benachbarten Blechlamellen kompatibel sind.
In der gezeigten Ausführungsform hat es sich als vorteilhaft erwiesen, verlagerte zylindrische Knopfsegmente mit einem Durchmesser von etwa 4,70 bis 4,72 mm (0.185 bis 0.186 Zoll) mit etwas größeren Öffnungen mit einem Durchmesser von etwa 4,80 bis 4,85 mm (0.189 bis 0.191 Zoll) vorzusehen. Die Tiefen der Segmente 8, gemessen ab den ebenen Seiten der Blechlamellen nach außen, betragen vorteilhafterweise etwa 0,25 bis 0,28 mm (0.010 bis 0.011 Zoll), und die Tiefen der Öffnungen 8 in den Blechlamellen messen etwa 0,30 bis 0,33 mm (0.012 bis 0.013 Zoll), so daß ein Spiel von etwa 0,025 mm (0.001 Zoll) zwischen ineinander greifenden Segmenten 8 und kompatiblen Öffnungen 9 von benachbarten Blechlamellen verbleibt, um so eine Reibungsberührung von benachbarten Oberflächen von ineinander geschachtelten Teilen während und nach Glühvorgängen zu minimieren.
In der übertrieben groß dargestellten Querschnittansicht in Fig. 2 der Zeichnungen ist zu erkennen, daß jedes verlagerte zylindrische, knopfförmige Segment 8 eine zylindrische Umfangsseitenoberfläche 11 hat, die sich im wesentlichen normal von der ebenen Seite einer Ständerblechlamelle 2 aus erstreckt, aus der sie gebildet ist und von der aus sie vorsteht. Diese sich normal erstreckende Konfiguration dient zum Verhindern jeder möglichen seitlichen Verschiebung von benachbarten Blechlamellen 2 über die vorgewählte geringfügige Abmessungsgrößendifferenz von etwa 0,025 mm (0.001 Zoll) zwischen ineinander geschachtelten Blechlamellenverlagerungssegmenten 8 und den geringfügig größeren komplementären Öffnungen 9 von benachbarten Blechlamellen hinaus. Im folgenden ist noch ausführlicher erläutert, daß die Segmente 8 und die kompatiblen Öffnungen 9 vorteilhafterweise gleichzeitig mit der Herstellung des inneren und äußeren Durchmessers 3 bzw. 4 der Ständerblechlamellen 2 hergestellt werden. Das dient zum Verbessern einer genauen Ausrichtung und Verschachtelung der gestapelten Blechlamellen 2.
In Fig. 3 der Zeichnungen sind die neuen Schritte des Verfahrens in Verbindung mit einer zusammengesetzten Draufsicht auf einen Teil eines durchgehenden Streifens von Blechlamellenausgangsmaterial 12 schematisch gezeigt, was dazu dient, progressive Metallstreifenstanzteile zur Bildung von Läufer- und Ständerblechlamellen einer dynamoelektrischen Maschine gemäß dem neuen Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen. Diesbezüglich sei besondere Aufmerksamkeit auf die Stanzmerkmale der gezeigten sechsten der sieben beabstandeten Stanzstationen gerichtet. In der ersten Station werden Läuferkeilnuten 13 durch ein geeignetes Stanzwerkzeug ausgestanzt oder ausgeschnitten. In der zweiten Station stanzt oder schneidet ein geeignetes Stanzwerkzeug einen Läuferkranz 14 aus. In der dritten Station stanzt oder schneidet ein Stanzwerkzeug den inneren Läuferdurchmesser 16 und den äußeren Läuferdurchmesser 17 aus. In der vierten Station wird die hergestellte Läuferblechlamelle 18 (nicht im Detail gezeigt) aus dem Streifen 12 durch ein geeignetes Läuferdurchstanzwerkzeug entfernt, um als ein Teil eines Läuferblechpakets zur anschließenden Behandlung gestapelt zu werden. Die fünfte bis siebente der beabstandeten Stanzwerkzeugstanz- oder -schneidstationen beziehen sich auf die Herstellung der Ständerblechlamellen und beinhalten in der fünften Station die Herstellung der oben erwähnten, sich radial erstreckenden Ständernuten 6 und der beabstandeten Schraubenlöcher 7. In der sechsten Station ist das erfindungsgemäße Merkmal des gleichzeitigen Herstellens des zentralen Durchmessers 3, des äußeren Durchmessers 4 und der verlagerten Segmente und kompatiblen Öffnungen 8 gezeigt. Es ist, wie oben erwähnt, dieses erfinderische Merkmal des gleichzeitigen Herstellens des inneren und äußeren Durchmessers und der Ausrichtungsregister oder -segmente und kompatiblen Öffnungen, das dazu dient, die genaue Ausrichtung der anschließend hergestellten und gestapelten Ständerblechlamellen zu verbessern. In der letzten oder siebenten Station, die in Fig. 3 illustrativ gezeigt ist, wird die hergestellte Ständerblechlamelle 2 (nicht im Detail dargestellt) aus dem Streifen 12 durch ein geeignetes Ständerdurchstanzwerkzeug entfernt, um die sich ineinander schachtelnden, ausgerichteten Segmente als Teil eines Ständerblechpakets zu stapeln. Das Ständerblechpaket wird dann geglüht, wobei die ineinander geschachtelten verlagerten Segmente 8 von den kompatiblen Öffnungen 9 in benachbarten Blechlamellen geringfügig beabstandet sind, so daß ein Reibungsberührungskontakt und damit verbundene Eisenverluste minimiert werden. Nach dem Glühen werden geeignete Isolierhülsen und Wicklungen (nicht gezeigt) in die sich radial erstreckenden Nuten 6 eines Ständerblechpakets eingeführt, und Lagerschilde werden zusammen mit einer Läuferbaugruppe durch die Verwendung von Schrauben montiert, die sich durch die oben beschriebenen Schraubendurchgangslöcher 7 erstrecken.
Es kann somit eine besondere, einfache und wirtschaftlich hergestellte und montierte dynamoelektrische Maschine mit einem Minimum an Teilen und mit einem Minimum an Schritten geschaffen werden.

Claims

1. Blechpaket für eine dynamoelektrische Maschine, mit einer Vielzahl von übereinander gestapelten Blechlamellen (2), die jeweils ebene Oberflächen haben, wobei sich von jeweils einer dieser Oberflächen aus eine verlagerte Blechlamellensegmenteinrichtung (8) von vorgewählter Abmessung und Konfiguration erstreckt, wobei die verlagerten Segmenteinrichtungen (8) einen Umfangsrand und eine äußere Bodenwandoberfläche haben, und wobei in den anderen ebenen Oberflächen Ausnehmungseinrichtungen (9) mit etwas größerer vorgewählter Abmessung und komplementärer Konfiguration und Position zum verschachtelten Aufnehmen der verlagerten Blechlamellensegmenteinrichtung (8) einer benachbarten Blechlamelle (2) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsrand der verlagerten Segmenteinrichtungen so bemessen ist, daß er überall von einem komplementären, zugewandten Umfangsrand der Ausnehmungseinrichtung beabstandet sein kann, daß die äußere Bodenwandoberfläche von einer zugewandten komplementären Oberfläche der Ausnehmungseinrichtung beabstandet ist und daß die verlagerte Blechlamellensegmenteinrichtung (8) jeweils relativ zu der ebenen Seite der Blechlamelle (2), von welcher aus sie verlagert ist, durchgehend und ununterbrochen ausgebildet ist, wodurch eine seitliche Verschiebung von benachbarten Blechlamellen (2) auf die vorgewählte Abmessungsdifferenz zwischen den Umfangswänden der verlagerten Blechlamellensegmenteinrichtungen (8) und der Ausnehmungseinrichtung (9) begrenzt wird und die einander zugewandten ebenen Oberflächen von benachbarten Blechlamellen (2) außerhalb der Ausnehmung miteinander in Kontakt sind.

2. Blechpaket für eine dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die übereinander gestapelten Blechlamellen (2) Ständerblechlamellen sind.

3. Blechpaket für eine dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die übereinander gestapelten Blechlamellen (2) Läuferblechlamellen sind.

4. Blechpaket für eine dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die Umfangsseitenoberfläche der verlagerten Blechlamellensegmenteinrichtung sich von der ebenen Seite der Blechlamelle (2) aus, von welcher aus sie verlagert ist, im wesentlichen normal erstreckt.

5. Blechpaket für eine dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die verlagerten Blechlamellensegmenteinrichtungen (8) und die komplementären Ausnehmungseinrichtungen (9) in der Größe differieren, um ein Spiel zwischen ihnen von ungefähr 0,025 mm (ein Tausendstel (0.001) Zoll) zu schaffen.

6. Blechpaket für eine dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei jede der übereinander gestapelten Blechlamellen (2) einen inneren und einen äußeren Durchmesser aufweist und wenigstens die verlagerte Blechlamellensegmenteinrichtung (8) oder die komplementäre Ausnehmungseinrichtung (9) gleichzeitig hergestellt wird, um die genaue Ausrichtung der übereinander gestapelten Blechlamellen (2) zu verbessern.

7. Blechpaket für eine dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die Blechlamellenverlagerungseinrichtung (8) ein beabstandetes Paar verlagerter Segmente in jeder Blechlamelle aufweist und die komplementäre Ausnehmungseinrichtung (9) ein Paar ähnlich beabstandeter Ausnehmungen von vorgewählter, etwas größerer Abmessung zum verschachtelten Aufnehmen des Paares verlagerter Blechlamellensegmente (8) einer benachbarten Blechlamelle (2) in ausgewählt unbehinderter, ausgerichteter Beziehung mit derselben aufweist.