DEP0008353DA - Stromwender für elektrische Maschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stromwender mit zahlreichen Stegen und mit diesen Stegen verbundenen Ansätzen die mit Rücksicht auf die bei der Verwendung auftretenden hohen Fliehkraft- und Wärmebeanspruchungen unmittelbar an der Lauffläche gegenüberliegenden Seite angreifend die Stege in einem fließfähig eingebrachten und danach in Gestalt einer ringförmigen Tragnabe erhärtenden Isolierstoff verankern. Es ist an sich bekannt, dass die Herstellung von Stromwendern dadurch vereinfacht werden kann, dass eine Metallbahn von einer dem Stromwenderumfang entsprechende Länge zu einem Hohlzylinder zusammengerollt und zusammen mit einem als Stromwendernabe verwendbaren hohlzylindrischen Metallkern oder mit der Ankerachse in eine Form eingesetzt wird. Der zwischen dem Hohlzylinder und dem Kern befindliche Ringraum wird sodann mit fließfähigem Isolierstoff ausgefüllt, der nach dem Aushärten eine Tragnabe bildet. Schließlich wird der metallische Außenmantel durch spanabnehmende Bearbeitung in einzelne nur durch den Isolierstoff miteinander verbundene Stege aufgeteilt, deren Längskanten in der Regel parallel zu den Mantellinien verlaufen. Um die Stege in der Isolierstoffnabe zu verankern, wurde bisher die für die Herstellung eines solchen Stromwenders bestimmte Metallbahn längs der später entstehenden Trennfugen mit Randeinschnitten versehen, und die hierbei entstehenden Randstreifen wurden vor dem Einbringen des Isolierstoffes hakenförmig nach einwärts gebogen und bildeten nach dem Aushärten der Isolierstoffnabe an den Stirnkanten der Stege angreifende Verankerungen.

Die Stirnverankerungen der Stege ergibt nun aber keine ausreichende Schleuderfestigkeit insbesondere bei Stromwendern mit verhältnismäßig großer Steglänge. Ferner scheiterten bisher alle Bestrebungen, das bekannte Verfahren auch für die Herstellung solcher Stromwender heranzuziehen, die bei vergleichsweise kleinem Durchmesser eine größere Anzahl von beispielsweise 15 und mehr Stegen besitzen. Bei derartigen Stromwendern war man bisher genötigt, einzelne keilförmig gestaltete und daher schwierig herzustellende Lamellen zu verwenden, die jede für sich nacheinander sorgfältig in die Pressform eingesetzt werden mussten. Infolge der Einzelfertigung und -handhabung der Stromwenderstege ist diese Fertigung verhältnismäßig zeitraubend und daher kostspielig.

Diese Schwierigkeiten und Missstände werden beseitigt, wenn bei einem aus einer Metallbahn in an sich bekannter Weise herzustellenden Stromwender erfindungsgemäß bereits vor dem Zusammenrollen der Metallbahn an der der Lauffläche abgekehrten Seite für die Verankerung geeignete Erhebungen angebracht sind, deren Höhe - von der Lauffläche gemessen - mindestens so groß, vorzugsweise etwa doppelt so groß, ist als der Mittelabstand zweier benachbarter Stromwenderstege. Diese Erhebungen können rippenartige Ansätze sein, zwischen denen die die einzelnen Stege trennende Fugen anzuordnen sind. Die Ansätze können in einem vorbereiteten Arbeitsgang entweder als besondere Teile, beispielsweise in der bei der Herstellung von Wärmeaustauschwandungen mit Rippen an sich bekannten Gestalt gestanzten Blechen, an der Metallbahn befestigt oder durch geeignete spanabnehmende oder plastische Verformung des metallischen Werkstoffes erzeugt werden, sofern der Metallbahn nicht von vornherein, beispielsweise durch Gießen oder Strangpressen, die Gestalt einer mit Rippen versehenen Platte gegeben wird. Eine besonders zweckmäßige Herstellungsweise ergibt sich, wenn die Verankerungen in Gestalt hakenförmiger Ansätze aus dem metallischen Werkstoff herausgeschält werden.

Durch den Erfindungsgegenstand ist es erstmalig möglich geworden, vielteilige Stromwender schnelllaufender Maschinen, deren einzelne

Stege wegen der im Betrieb auftretenden hohen Beanspruchungen unmittelbar an ihrer, der Lauffläche entgegengesetzten Seiten verankert werden müssen, aus einer ursprünglich zusammenhängenden Metallbahn herzustellen, die erst in einem abschließenden Arbeitsgang in einzelne Stege zerlegt wird.

Weitere Erfindungsmerkmale sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, die sich auf die in der Zeichnung dargestellten sieben Ausführungsbeispiele bezieht.

Auf der Zeichnung zeigt:

Figur 1 ein Schrägbild des ersten Ausführungsbeispiels,

Figur 2 eine zweite Ausführungsform im Schnitt nach Linie II-II in Figur 3 und

Figur 3 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles III in Figur II.

Figur 4 zeigt eine für die Ausführungsform nach Figur 2 geeignete vorbereitete Metallbahn und

Figur 5 einen Querschnitt eines aus dieser Metallbahn gefertigten Stromwenders.

Figur 6 und 7 veranschaulichen Querschnitte einer für eine dritte und vierte Ausführungsform geeignete Metallbahn.

Figur 8 zeigt ein Schrägbild einer fünften Ausführungsform und

Figur 9 das gleiche Beispiel, teils in Längsschnitt und teils in Ansicht.

Figur 10 zeigt auschnittsweise einen Querschnitt nach der Linie X-X in Figur 9 und

Figur 11 ebenfalls ausschnittsweise einen Querschnitt einer zusätzlichen Ausführungsform, während in

Figur 12 und 13 Längsschnitte durch einen Steg zweier weiterer Ausführungsformen dargestellt sind.

Beim ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind je eine Längskante einer der Zahl der Stege eines Stromwenders entsprechenden Anzahl von Rippen 20 mit einer Metallbahn 15 verbunden, deren Breite der Länge des Stromwenders entspricht. Die Rippen, deren gegenseitiger

Abstand gleich der Stromwenderteilung ist, sind in Quernuten 29 der Metallbahn eingefügt und gegebenenfalls noch durch Einwalzen, Hartlöten oder Schweißen mit dieser vereinigt. Die Rippen bestehen aus einzelnen Metallstreifen, die mit Durchbrechungen 21 versehen sind. Die Metallbahn wird in an sich bekannter und in Verbindung mit den weiteren Ausführungsbeispielen noch näher zu erläuternder Weise zu einem Hohlzylinder zusammengerollt, in dessen Innenraum die Verankerungsrippen 20 radial hineinragen. Dieser Hohlzylinder wird sodann zusammen mit einem konzentrischen Metallkern 24 (siehe Fig. 5) in eine Pressform eingesetzt und darin mit fließfähigem Isolierstoff ausgefüllt. Der Isolierstoff dringt auch in die Durchbrechungen 21 ein und bildet nach dem Aushärten an diesen Stellen zusammenhängende Ringwulste, die wesentlich zur festen Verankerung der Rippen 20 beitragen. Im Bedarfsfalle kann auch durch Verschränkungen der freien Rippenkanten oder durch Erhebung auf der Rippenoberfläche eine ausreichende Verankerung erzielt werden, sofern nicht bereits die natürliche Rauhigkeit der Rippenoberflächen eine genügende Haftfestigkeit gewährleisten sollte. Der Metallmantel des so entstandenen Zylinders wird in nachstehend näher erläuterter Weise in einzelne durch die Rippen 20 fest verankerten Stromwenderstege aufgeteilt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind die durch Schrägkanten begrenzten Aussparungen 21 an den freien Längskanten der Rippen 20 offen, sodass die zusätzlich noch mit Randaussparungen 22 versehenen Verankerungsrippen eine schwalbenschwanzförmige Gestalt erhalten. Diese Formgebung kann auch durch ein spanabnehmendes Werkzeug 23 nach dem Anbringen der Rippen erzielt werden. Gemäß Fig. 4 ist die Metallbahn 15 mit Randeinschnitten 17 versehen, und die zwischen diesen Einschnitten befindlichen Randteile 16 sind derart abgebogen, dass sogenannte Anschlussfahnen entstehen, die in üblicher Weise mit je einem Schlitz 19 (vgl. Fig. 5) zum Einführen und Befestigen der nicht gezeichneten Wicklungsenden benutzt werden können. Nachdem in einer gleichfalls nicht dargestellten Pressform der zwischen einer Nabe 24 und der zusammenge- rollten Metallbahn 15 befindlichen Hohlraum mit Isolierstoff 26 angefüllt ist, wird der Mantel des Zylinders durch strichpunktiert eingezeichnete Einschnitte 18 in elektrisch von einander isolierte Stromwenderstege zerlegt, die durch die Rippen 20 fest im ausgehärtetem Isolierstoff verankert sind. Im Bedarfsfalle können die Einschnitte 18 durch ein vorzugsweise anorganisches Isoliermittel ausgefüllt werden, dessen Oberkante sich zweckmäßigerweise nicht bis zur Mantelfläche erstreckt.

Wie aus dem dritten und vierten Beispiel nach Fig. 6 und 7 hervorgeht, kann eine die Vereinigung der Rippen 20 mit der Metallbahn bewirkende bzw. eine die Erzeugung rippenartiger Verankerungen aus dem Werkstoff der Metallbahn herbeiführende plastische Verformung dazu herangezogen werden, die Metallbahn schon vor dem Zusammenrollen in einzelne durch Nuten 28 begrenzte Stege 25 aufzuteilen, die nur noch durch dünne Metallbrücken 27 zusammenhängen. Die Brücken sind zweckmäßigerweise so anzuordnen, dass sie aus der beim fertigen Stromwender als Lauffläche zu benutzenden Seite der Metallbahn herausragen (Fig. 7). Die Vorteile dieser Anordnung sind in Verbindung mit den weiteren Ausführungsbeispielen nachstehend näher erläutert.

Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 8 bis 13 wird die Metallbahn 15 schrittweise in der Längsrichtung bewegt. Nach jedem Bewegungsschritt prägt ein Werkzeug eine keilförmige Nute 28 quer zur Längsrichtung der Bahn derart tief ein, dass die beiderseits jeder Nut liegenden Stege 25 nur noch durch kurze Brücken 27 miteinander verbunden sind. Aus den Stegen werden durch Schälwerkzeuge, die quer zur Metallbahn paarweise gleichzeitig von den Stirnkanten der Stege her gegen deren Mitte bewegt werden, hakenförmige Ansätze 30 herausgeschält. Da hierbei der Werkstoff stark gestaucht wird, besitzen diese Haken eine große Festigkeit. Aus diesem Grunde, wegen der Einfachheit der Formgebung und wegen der hierbei erzielten restlosen Werkstoffausnutzung ist dieses Schälverfahren mit Vorteil anwendbar bei der Fertigung von Stromwender, die aus einen nachträglich mit einem Isolierstoffträger zu versehenen und danach in elektrisch voneinander isolierte Stege aufzuteilenden metallischen Hohlzylinder hergestellt werden.

Die Nuten 28 erleichtern das Zusammenrollen der Metallbahn zu einem die gewünschte Anzahl von Stegen enthaltenden Hohlzylinder. Die Keilform der Nuten, deren Spitzwinkel zweckmäßigerweise etwa dem Zentriwinkel zwischen den Mittelebenen zweier benachbarter Stege entspricht, begünstigt nicht nur den Prägevorgang, sondern bietet auch eine Gewähr dafür, dass der für die einwandfreie Wirkungsweise des Stromwenders erwünschte geringe Abstand benachbarter Stegkanten an der Lauffläche eingehalten werden kann, ohne das an anderen Querschnittsteilen der zulässige Mindestabstand unterschritten wird. Zwischen die beim Zusammenrollen der Metallbahn sich paarweise etwa parallel einstellenden Nutenflanken dringt der Isolierstoff 26 (Fig. 10) ein, in den auch die Haken 30 durch den Pressvorgang fest eingebettet werden. Falls der verwendete Isolierstoff das für die Einhaltung des gewünschten geringen Stegabstandes erforderliche hohe Isoliervermögen nicht besitzt, können vorher gemäß Fig. 11 in die Nuten 28 Isolierblätter 31 eingesetzt werden, die die geeigneten dielektrischen Eigenschaften aufweisen, durch die beim Zusammenrollen paarweise zangenartig sich einander nähernden Stegflanken festgeklemmt und mit den Stegen in der Isolierstoffnabe 26 verankert werden. Ein weiteres durch die Nuten 28 bewirkender Vorteil besteht darin, dass die die Fertigungsvorgänge abschließende Aufteilung des Hohlzylindermantels in einzelne elektrisch voneinander isolierte Stege keinen zusätzlichen Arbeitsgang erfordert, sondern sich beim Überdrehen der Lauffläche von selbst ergibt. Da hierbei nur eine geringe Werkstoffmenge zerspant werden muss, ergibt sich außerdem eine hohe Werkstoffausnützung, die besonders bei den in Fig. 7 bis 13 dargestellten Nutanordnungen große Ersparnisse bedingt.

Zum Anschluss der Wicklungsdrähte können in den ankerseitigen Stirnenden der Stege 25 Schlitze 33 angebracht werden, die in der Fig. 9 mit strichpunktierten Linien angedeutet sind. Im Bedarfsfalle können für diesen Zweck auch geeignete Anschlussfahnen, beispielsweise durch plastische Verformung der Metallbahn 15, ange- bracht werden. Bereits in Verbindung mit dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 bis 5 sind derartige durch Randeinschnitte 17 der Metallbahn 15 voneinander getrennte und danach in senkrechte Richtung abgebogene Anschlussfahnen 16 beschrieben. Wie aus Fig. 12 und 13 hervorgeht, können solche Anschlussglieder auch aus einem durch Stauchen der Metallbahn erzeugten Randwulst gefertigt werden, der vor dem Zusammenrollen der Metallbahn durch Randschlitze 37 in einzelne verstärkte Endteile 36 aufgespalten wird.

Wie aus den Fig. 12 und 13 weiterhin hervorgeht, können außer den hakenförmigen Verankerungsmittel 35 aus den die Stege 25 bildenden Werkstoff herausgeschält werden.

Um den als Träger der Stege 25 dienenden Isolierstoff 26 auch seinerseits fest mit der Nabe zu verankern, sind gemäß Fig. 9 schmale ringförmige und durch einen Bördelvorgang seitlich abgebogene Randteile 34 am Nabenanfang angebracht.

Claims (8)

1. Stromwender mit zahlreichen Stegen und mit diesen Stegen verbundenen Ansätzen, die unmittelbar an der der Lauffläche gegenüberliegenden Seite angreifend die Stege in fließfähig eingebrachtem Isolierstoff und danach in Gestalt einer ringförmigen Tragnabe erhärtendem Isolierstoff verankern, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einer Metallbahn (15 bzw. 25, 27) mit an einer Seite angebrachten Erhebungen (20, 30, 35) besteht, deren Höhe - von der gegenüberliegenden Seite der Metallbahn aus gemessen - mindestens so groß, vorzugsweise etwa doppelt so groß, ist als der Mittelabstand je zweier benachbarter Stromwenderstege, und dass diese Metallbahn zu einem an der Innenwandfläche die Erhebungen aufweisenden und nach dem Einbringen des Isolierstoffe (26) in einzelne Stege zu zerlegenden Hohlzylinder zusammengerollt ist.

2. Stromwender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anbringung rippenartiger Erhebungen (20) an der Metallbahn (15) diese Rippen mit Aussparungen (21) versehen sind, die zusammen mit den Hohlräumen zwischen benachbarten Verankerungsrippen nach dem Zusammenrollen der Metallbahn mit fließfähigem und erhärtendem Isolierstoff ausgefüllt sind.

3. Verfahren zum Herstellen eines Stromwenders nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungen in Gestalt hakenförmiger Ansätze (30, 35) aus dem den Hohlzylindermantel bildenden Werkstoff herausgeschält werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die hakenförmigen Verankerungen durch paarweise quer zu den Längskanten auf die Metallbahn einwirkende Schälwerkzeuge erzeugt werden.

5. Verfahren zum Herstellen eines Stromwenders nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbahn (15), vorzugsweise vor dem Anbringen der Verankerungen (20, 30, 35), durch Nuten (28) in einzelne Stege (25) derart aufgeteilt wird, dass die Stege nur noch durch dünne Brücken (27) miteinander in Verbindung stehen und dass nach dem Zusammenrollen des Hohlzylinders und nach dem Erhärten der Isolierstoffnabe (26) diese Brücken vorzugsweise durch Überdrehen der Lauffläche des Stromwenders entfernt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung der Metallbahn in einzelne Stege (25) durch keilförmige Nuten (28) geschieht, deren Grund nur so breit ist wie die zwischen je zwei benachbarten Stegflanken gewünschte Isolierschichtdicke und deren Keilflächen mindestens annähernd entsprechend dem Zentriwinkel zwischen den Mittelebenen je zweier benachbarter Stromwenderstege gegeneinander geneigt sind.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (28) durch plastische Verformung der Metallbahn dergestalt erzeugt werden, dass die Brücken (27) zwischen den Stegen aus der den Verankerungen (20, 30, 35) abgewendeten Seite der Metallbahn herausragen.

8. Verfahren zum Herstellen eines Stromwenders mit zwischen den Stegflanken befindlichen Isolierstoffblättchen nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierstoffblättchen (31) in die Nuten (28) eingesetzt, durch die beim Zusammenrollen der Metallbahn (25, 27) paarweise zangenartig gegeneinander schwenkenden Nutenkanten festgeklemmt und zusammen mit den Stegen (27) in der Isolierstoffnabe (26) verankert werden.