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Elektrische Maschine in Scheibenbauform Die Erfindung bezieht sich
auf eine elektrische Maschine in Scheibenbauform mit vorwiegend radial verlaufenden,
in axialer Richtung offenen Nuten im Ständer und Läufer, in die die Wicklungen ohne
Deformation eingelegt werden können. Diese Maschine hat gegenüber anderen bekannten
Maschinen mit scheibenförmigen Läufern, bei denen die Nuten in axialer Richtung
nicht oder nicht vollkommen offen sind, den Vorteil, daß die Wicklungen auf einfache
Weise auch durch einen Nichtfachmann ausgetauscht werden können. Dieser Vorteil
kommt aber nur dann in vollem Maße zur Wirkung, wenn auch der Läufer der Maschine
leicht ausgebaut werden kann. Diese Forderung erfüllen aber alle bisher bekanntgewordenen
Maschinen mit scheibenförmigen Läufern nicht. Diese Erfindung beseitigt diesen Nachteil.
Erfindungsgemäß ist der Läufer mittels eines Tragkörpers auf einer im Ständer unverdrehbar
gelagerten, aber aus diesem herausnehmbaren Achse verschiebbar gelagert.
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Diese Ausführung ermöglicht, den Läufer mit Lager und Steckachse als
Einheit auszubauen, ohne das Lager selbst zerlegen zu müssen.
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Die Erfindung soll an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert werden.
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Fig. I und 2 zeigen eine elektrische Maschine in Scheibenbauform mit
Riemenscheibe im Längs-und Querschnitt, Fig. 3 eine Maschine wie Fig. I bzw. 2,
jedoch mit Verstellmittel für den Läufer,
Fig. 4 im Längsschnitt
eine elektrische Maschine in Scheibenbauform mit eingebauter Bremse.
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In den Fig. I und 2 ist in dem Ständer I mit dem Ständerblechpaket
2 und der Ständerwicklung 3 die Achse 4 befestigt, auf der der Läufer 5 mit dem
Tragkörper 6, dem Läuferblechpaket 7 und der Riemenscheibe 8 drehbar gelagert ist.
Nach Lösung der Muttern 9 kann der Läufer 5 aus dem Ständer herausgezogen werden.
IO ist eine Schutzhaube. Der Tragkörper 6 und die Riemenscheibe 8 bestehen aus einem
Stück, wodurch sich eine besonders vorteilhafte Konstruktion ergibt. An Stelle der
Riemenscheibe kann auch ein anderes der Abnahme des erzeugten Drehmoments dienendes
Trieborgan, z. B. eine Seilscheibe oder ein Kupplungsflansch, mit dem Tragkörper
für den Läufer aus einem Stück bestehen, insbesondere gegossen sein.
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Die magnetischen Feldlinien überqueren den Luftspalt und die Nutzähneschichten
in axialer Richtung. Der Aufbau der aktiven Eisenkörper erfolgt am besten aus spiralig
aufgewundenen Blechstreifen. In die offenen Nuten der ebenen Polflächen können die
Wicklungen in bekannter Weise als fertige Bauelemente eingelegt und nach Bedarf
ausgewechselt werden.
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Die aus Kupfer bestehende Kurzschlußwicklung kann beispielsweise zunächst
für sich allein, d. h. losgelöst vom Eisenkörper des Läufers, hergestellt und sodann
durch Einpressen in die Nuten reibungsschlüssig mit dem genuteten Läuferblechpaket
verbunden werden. Die Wicklung erhält etwas Übermaß und hält dadurch reibungsschlüssig
mit praktisch voll ausreichender Sicherheit im Läufer. Die Wicklung wird zweckmäßig
im Wege des Kokillengusses ausgeführt, wodurch auch ohne Nacharbeit eine den praktischen
Erfordernissen vollkommen genügende Maßhaltigkeit gegeben ist. Zwischen dem Kupferleiter
und dem Blechpaket können Zwischenlagen aus Isoliermaterial od. dgl. mit eingepreßt
werden. Der Nachteil, der sich durch die offenen Nuten und die damit verbundene
unerwünschte Vergrößerung des magnetischen Widerstandes ergibt, kann zum Teil dadurch
aufgehoben werden, daß man durch entsprechende Ausführung der Wellenbefestigung
oder Lagerung den Luftspalt einstellbar macht. Der starke einseitige magnetische
Zug kann durch ein Drucklager aufgefangen werden.
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Es ist zwar bekannt, für elektrische Kleinmotoren mit radial genutetem,
scheibenförmigem Läufer eine Möglichkeit der Drehzahlregelung dadurch zu schaffen,
daß der Läufer gegenüber dem festen Motorteil verschiebbar angeordnet wird, wodurch
je nach der Breite des Luftspaltes verschiedene Drehzahlen erreicht werden sollen.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung nicht in einer Drahlzahlregelung,
sondern in einer Möglichkeit, die Abnutzung auszugleichen und den Luftspalt je nach
den besonderen Erfordernissen so einzustellen, daß die Maschine mit dem bestmöglichen
Wirkungsgrad arbeitet. Insbesondere wird aber eine bisher nicht erreichte Betriebssicherheit
bei gleichzeitig einfachster Reparaturmöglichkeit angestrebt.
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Um den Luftspalt nachstellen zu können, wird nach Fig. 3 auf der Antriebsseite
eine Spindel angeordnet, durch deren Betätigung der Läufer verschoben werden kann.
In dem beispielsweise aus Leichtmetallguß bestehendem Ständer I I ist eine Stahlbuchse
I2 eingegossen und gegebenenfalls zusätzlich, z. B. durch Vorsprünge I3, gegen Lockerung
gesichert. In dieser Buchse sitzt die Achse I4, festgehalten durch Mutter und Gegenmutter
I5. Die Radiallager, ausgeführt als Wälzlager, sitzen auf entsprechenden Absetzungen
der Achse. Das innere Lager 16 wird vor Aufsetzen des Läufers auf die Achse durch
einen Stellring 17 gegen die Schulter I8, das äußere Lager I9 durch das Axiallager
2O gegen die Schulter 2I gepreßt. Der die Riemenscheibe 22 bildende Teil des Läufers
23, an dessen Stelle auch ein Zahnrad, eine Kupplungshälfte od. dgl. angeordnet
sein kann, und mithin der Läufer als Ganzes ist in Richtung der Achse relativ zu
dieser verstellbar, zu welchem Zweck der Läufer, insbesondere die Riemenscheibe
22, über die äußeren Lagerringe der Lager gleiten kann. Diese Gleitbewegung wird
durch Verdrehen der gegen ein scheibenförmiges Widerlager 30 drückenden Verstellschraube
24 in der im Teil 22 festsitzenden Mutter 25 nach Lösen der Gegenmutter 26 und nach
Entfernen der Schutzkappe 27 ermöglicht, indem die Schraube 24 entweder gegen das
Widerlager 3o drückt (Verschiebung des Läufers vom Ständer weg) oder aber sich diese
Schraube vom Widerlager entfernt, in welchem Fall der Läufer durch Hammerschläge
zum Ständer hin verschöben werden kann. Diese durch die letztgenannte Verschiebung
bewirkte Luftspaltverkleinerung kommt in der Praxis selten vor. Um die bei der Verschiebung
des Läufers auftretenden Abnutzungen zu vermeiden, die bei Verwendung von Läufern
aus Leichtmetall denkbar sind, können die Flächen, längs welcher der Läufer bei
der Durchführung einer Nachstellbewegung verschiebbar ist, mit Stahlbuchsen 28 ausgefüttert
werden, die beispielsweise durch Auftragen eines Überzuges im Wege des Schoopschen
Metallspritzverfahrens erhalten und nachträglich geschliffen werden. Auf die gleiche
Weise kann auch ein abriebfester Überzug 29 am Außenumfang der Riemenscheibe 22
aufgebracht werden.
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Aus der Fig. 3 ist noch ein Abstandhalter zweckmäßig in Form eines
mit dem Ständer i i bei 32 verbundenen zylindrischen Blechhohlkörpers 33 e@rsichtlich,
der die Wickelköpfe 34 beim Einschieben der Welle 14 nach erfolgtem Wicklungsaustausch
vor Beschädigung schützt.
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Eine andere Ausführung, um bei schadhaft gewordenen Wicklungen den
Läufer auch durch ungeübte Personen rasch aus- und einbauen zu können, zeigt die
Fig. 4. Hier ist die Achse der Maschine im Gehäuse drehbar gelagert und weist an
ihrem läuferseitigen Ende Paßmittel zum Zentrieren des abnehmbar am Wellenende befestigten
Läufers auf. Die Maschinenwelle 41 wird von den
Lagern 42 und 43
getragen, die im Ständergehäuse 44 sitzen. Das Ständerblechpaket ist mit 45 bezeichnet,
die zugehörige Wicklung mit 46. Der Läufer besteht aus einem auf einem Armstern
47 angeschweißten oder sonstwie befestigten Läuferblechpaket 48. Der Armstern 47
weist einen Ring 49 und eine mittlere Scheibe 5o auf,. welche Teile durch mehrere
Speichen 5I verbunden sind. Die Welle 4I trägt läuferseitig einen Paßbolzen 52,
welcher in eine entsprechende Bohrung 53 der den Mittelteil des Armsterns 47 bildenden
Scheibe 50 so hineinragt, daß auf diese Weise ein den Läufer zentrierender Sitz
entsteht. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist das läuferseitige Ende der
Welle mit einem Flansch 54 versehen, in welchem nicht zentrierte und daher ohne
besondere Genauigkeit gesetzte Halteschrauben 55 sitzen, welche die Scheibe durchsetzen
und dadurch den Läufer fixieren. Die Schrauben 55 sind auf irgendeine nicht dargestellte
Weise, etwa durch Springringe, gegen ungewolltes Lösen gesichert. Der Flansch 54
besteht mit der Welle 41 zweckmäßig aus einem Stück und bildet ein Widerlager für
die Mittelscheibe 5o des Armsterns 47. Diese Art der Läuferbefestigung hat gegenüber
der üblichen und auch für elektrische Maschinen der vorliegenden Art bereits durchgeführten
Befestigung mittels Radialkeil den Vorteil, daß der genaue zentrische Sitz des Läufers
auf der zugehörigen Welle auch nach oftmaligem Abnehmen des Läufers gewährleistet
ist, was jedoch für die bekannten, nur einseitig in der Welle sitzenden Keilverbindungen
nicht zutrifft. Um den Läufer auszubauen, wird zunächst der Gehäusedeckel 56 nach
Entfernen der Schrauben 57 abgenommen, worauf nach Entfernen der Schrauben55 der
Läufer abgenommen werden kann, wodurch die Ständernuten zugänglich werden. Es können
Mittel vorgesehen sein, um den Luftspalt zwischen Ständer und Läufer zu verändern,
etwa in Form von geeigneten Zwischenlagen entsprechender Dicke, welche zwischen
den Flansch 54 und die Scheibe 5o eingelegt werden.
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Wird die elektrische Maschine nach der Erfindung für den Antrieb von
Aufzügen, Werkzeugmaschinen od. dgl. verwendet, dann kann, wie ebenfalls aus der
Fig.4 hervorgeht, die Maschine so ausgeführt sein, daß der relativ zum Ständer axial
verschiebbare Läufer unter der Wirkung einer den während des Betriebes wirksamen
magnetischem Anziehungskräften entgegenwirkenden Kraft steht, die ihn in eine Stellung
zu drängen sucht, in der er mit einer Bremse zusammenwirken kann. In dieser Ausführung
trägt axial verschiebbar die Welle 4I zwei Lagerbuchsen 58 und 59, ist aber durch
Keile 6o und 6I mit diesen Buchsen auf Drehung gekuppelt. Die Buchsen 58 und 59
tragen die Innenringe der Kugellager 42 und 43, deren Außenringe im Ständergehäuse
44 sitzen. Die Lager 42 und 43 sind zweckmäßig Hochschulterlager und nehmen die
auftretenden Axialschübe auf. Eine Druckfeder 62 trachtet die Welle samt Läufer
in die Bremslage zu verschieben, in welcher der auf dem Läufer befestigte Bremskonus
63 (etwa aus gewöhnlichem Bremsbelag bestehend und mit versenkten Schrauben befestigt)
mit dem Gegenkonus 64, der durch den Gehäusedeckel 58 gebildet ist, in Berührung
kommt.
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Bei Einschalten des Stromes wird der Läufer entgegen der Wirkung der
Feder 62 in seine gezeichnete Arbeitsstellung gezogen, in welcher die Bremse außer
Wirksamkeit ist. Die Feder stützt sich einerseits gegen einen Flansch der Buchse
58, andererseits gegen einen Ring 65, der sich seinerseits gegen eine Absetzung
der Welle 4I legt. Indessen kann jedes andere Federwiderlager, z. B. ein Stellring,
an Stelle des Teiles 65 Verwendung finden. Es ist ersichtlich, daß die Feder nebst
ihren Widerlagern die Drehung der Welle mitmacht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
wird die den Läufer gegen den Bremsteil drückende Kraft durch die Schraubenfeder
62 ausgeübt, doch versteht es sich, daß dieser Druck auch auf andere Weise, z. B:
durch eine Gewichtsbelastung des Läufers (etwa über eine Art Kammlager), hervorgerufen
werden könnte, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
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Dadurch, daß die Polflächen senkrecht zur Maschinenachse stehen, verlaufen
die elektrischen Kräfte, welche die Federkraft während des Laufs der Maschine überwinden,
parallel zur Verschiebungsrichtung des Läufers und werden im vollen Umfang wirksam,
während sie bei der bekannten Ausführung, bei denen der Läufer eine konische Mantelfläche
hat und in einem Ständer mit entsprechender konischer Innenfläche umläuft, nur hinsichtlich
ihrer Komponente wirksam sind, deren Größe vom Scheitelwinkel des den Läuferumfang
bildenden Kegels abhängt. Die bei der vorliegenden Ausführung zur Verfügung stehende
Kraft zur Überwindung der Federspannung ist dadurch wesentlich größer, d. h. daß
die Feder mit größerer Vorspannung in die Maschine eingebaut werden kann. Dies bedeutet,
daß man eine wesentlich größere Bremswirkung hervorbringen kann, welche vollkommen
ausreicht, um auch den größten Anforderungen hinsichtlich der Größe des Bremsmoments
zu entsprechen, welche bisweilen bei Aufzug- oder Kranmotoren beträchtlich sind.