Beschreibung
Rotor mit Klemmeinrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Permanentmagnetrotor oder einen Asynchron-Kurzschlussläufer mit einer hohlzylind- rischen Magneteinrichtung, die Permanentmagnete aufweist und die auf eine Welle wieder lösbar montierbar ist.
Hülsenlose Permanentmagnetrotoren werden zur spielfreien
Drehmomentübertragung in der Regel mittels thermischen Fügens reibschlüssig auf eine Spindelwelle montiert. Durch den reib- bzw. kraftschlüssigen Verbund ist ein Lösen nicht bzw. nur unter der Störung des Läufers möglich. Lösbare Einheiten er- fordern Hülsenausführungen, bei denen das Läuferblechpaket einschließlich der Permanentmagnete oder des Kurzschlusskä¬ figs auf eine Hülse montiert sind. Ein derartiger Rotor ist in FIG 1 wiedergegeben. Das Läuferblechpaket 1 einschließlich der Permanentmagnete ist radial über der Läuferhülse 2 ange- ordnet. Die Läuferhülse 2 ist als Ölpressverband ausgeführt, um mit Öldruck den Rotor wieder von der Spindelwelle lösen zu können. Hierzu weist die Hülse entsprechende Öleinfüllbohrun- gen 3 auf. Durch eine derartige Läuferhülse 2 wird der Achs¬ lochdurchmesser des Läuferblechpakets auf den Innendurchmes- ser D der Läuferhülse 2 reduziert. Damit verringert sich die statische und dynamische Steifigkeit der Motorspindel durch Begrenzung des Wellenaußendurchmessers und begrenzt den maxi¬ mal erreichbaren Stangendurchlass. Weiterhin ist zur Drehmo¬ mentübertragung ein Mindestfugendruck erforderlich, denn es soll ein gewisses Mindestdrehmoment über die kraftschlüssige Verbindung zwischen Läuferhülse 2 und Spindelwelle übertragen werden. Das übertragbare Drehmoment ergibt sich aus der Fu¬ genkraft multipliziert mit der Anpressfläche. Folglich kann der Fugendruck bei größerer Anpressfläche, d. h. bei größerem Achslochdurchmesser, reduziert werden bzw. der durch Ferti¬ gungstoleranzen maximale, resultierende Fugendruck durch ein¬ stellbare Klemmung reduziert werden.
Durch die Pressung bzw. den Fugendruck kann es zu einer Ver¬ formung der Welle bzw. Arbeitsspindel kommen, die mit einer aufwändigen Bearbeitung egalisiert werden muss. Aus ferti¬ gungstechnischen Gründen ergibt sich der Istfugendruck aus dem Mindestfugendruck und dem Druck, der zusätzlich durch die Bearbeitungstoleranz der Welle und die Bearbeitungstoleranz der Hülse entsteht. Somit ist der Fugendruck sehr großen und folglich die Verformung der Welle nur mit hohem Aufwand be¬ herrschbaren Schwankungen unterworfen.
Um die Verformungen der Welle besser beherrschen zu können sowie den Fertigungs- und Montageaufwand zu reduzieren, wird häufig zwischen Läuferhülse 2 und Welle eine Stufenpressung verwendet, wie sie in FIG 1 durch die Formgebung des Innen- mantels der Läuferhülse 2 angedeutet ist. Dabei ist in beiden axialen Endbereichen jeweils ein Pressbereich 4, 5 vorgese¬ hen, der die strengen Maßtoleranzen für die Pressung aufwei¬ sen muss. Es ist ohne weiteres zu erkennen, dass ein derarti¬ ger von der Welle lösbarer Rotor nur mit einem sehr hohen Herstellungsaufwand gefertigt werden kann und die Hülse den Wellenaußendurchmesser begrenzt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen Permanentmagnetrotor oder Asynchronrotor vorzuschlagen, der auf eine Welle lösbar montiert werden kann und dessen
Herstellungskosten verringert sind und der im Bereich des Pa¬ ketsitzes einen größtmöglichen Wellenaußendurchmesser und/oder Welleninnendurchmesser zulässt, sowie durch mini¬ mierte Fugendrücke die Rundlaufgute der Welle verbessert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Rotor mit einer hohlzylindrischen Magneteinrichtung, die Permanent¬ magnete oder Kurzschlussstäbe aufweist und die auf eine Welle lösbar montierbar ist, sowie mindestens einer ringförmigen Befestigungseinrichtung zur drehfesten Befestigung an eine der Stirnseiten der Magneteinrichtung bzw. des Rotors und zum form- oder kraftschlüssigen Verbinden mit der Welle.
Diese an den Stirnseiten der Magneteinrichtung bzw. des Ro¬ tors zur Momentenübertragung anbringbare Befestigungseinrich¬ tung ermöglicht einen größeren Achslochdurchmesser und somit einen verminderten Mindestfugendruck. Dadurch kann nicht nur eine Spindel mit größerer statischer und dynamischer Steifig¬ keit verwendet werden, sondern die Verformung der Spindelwel¬ le ist durch den verminderten Fugendruck auch stark redu¬ ziert.
Vorzugsweise umfasst die Befestigungseinrichtung mindestens eine Schraube, mit der eine Klemmkraft aufgebracht wird. Dies bedeutet, dass die Klemmkraft nicht mit aufwändig herzustel¬ lenden Passungen realisiert werden muss.
Die Befestigungseinrichtung kann außerdem eine Klemmhülse zur Befestigung an der Magneteinrichtung und eine Klemmscheibe zum Klemmen der Klemmhülse auf die Welle aufweisen. Damit sind sehr einfache Komponenten für die Klemmung gegeben, so dass der jeweilige Rotor auch durch einen Endkunden auf die jeweilige Spindel montiert werden kann und dies nicht durch den Hersteller erfolgen muss.
Des Weiteren kann die Klemmhülse als Winkelscheibe realisiert sein. Eine derartige Scheibe ist sehr kostengünstig herzu- stellen.
Bei einer speziellen Ausführungsform kann die Klemmhülse fer¬ ner fest mit der Magneteinrichtung verbunden sein. In diesem Fall muss der Anwender lediglich die Klemmscheibe auf der Klemmhülse anbringen, um den Rotor auf der Welle zu fixieren.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung be¬ steht darin, dass die Klemmhülse geschlitzt ausgeführt ist. Dies hat den Vorteil, dass die Klemmkraft durch die Klemm- Scheibe verringert werden kann, da die Komponenten der Hülse leichter an der Welle anliegen.
Bei einer alternativen Ausführungsform umfasst die Befesti¬ gungseinrichtung lediglich einen am Umfang in axialer Rich¬ tung geschlitzten Ring ähnlich der Klemmscheibe, die jedoch fest an das Läuferblechpaket montiert oder montierbar ist. Somit kann auf ein weiteres Teil, nämlich Klemmhülse bzw. Klemmscheibe, verzichtet werden.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform kann die Befesti¬ gungseinrichtung eine Klemmhülse umfassen, die einen konus- förmigen Abschnitt aufweist, der zwischen die Magneteinrich¬ tung und die Welle eindrückbar ist, so dass sich die kraft¬ schlüssige Verbindung zwischen beiden Komponenten ergibt. Hierdurch kann insbesondere axialer Bauraum gewonnen werden.
Die Klemmhülse kann ferner die Funktion einer Tarierscheibe zum Ausgleich von Unwuchten besitzen. Somit kann auch auf ei¬ ne spezielle Tarierscheibe verzichtet werden.
Die vorliegende Erfindung ist anhand der beigefügten Zeich- nungen näher erläutert, in denen zeigen:
FIG 1 einen lösbaren Rotor mit Lagerhülse gemäß dem Stand der Technik;
FIG 2 einen erfindungsgemäßen, hülsenlosen und lösbaren Ro- tor mit fest angebrachter Klemmhülse;
FIG 3 einen erfindungsgemäßen Permanentmagnetrotor mit mon¬ tierbarer Klemmhülse;
FIG 4 eine Seitenansicht einer geschlitzten Klemmhülse;
FIG 5 einen erfindungsgemäßen Permanentmagnetrotor mit ko- nusförmiger Klemmhülse; und
FIG 6 die konusförmige Klemmhülse von FIG 5 in Seitenan¬ sicht.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfin¬ dung dar.
Der allgemeine Gedanke der Erfindung liegt darin, die Magnet¬ einrichtung eines Läufers, d.h. das Läuferblechpaket ein¬ schließlich der Permanentmagnete, mit einer Befestigungsein¬ richtung ohne Hülse an einer Welle form- oder kraftschlüssig zu montieren. Somit kann mittels einfacher Anbauflansche eine spielfreie Momentenübertragung sowie ohne Sonderwerkzeuge bei Raumtemperatur eine montierbare und demontierbare Läuferein¬ heit realisiert werden.
Entsprechend einer ersten Ausführungsform gemäß FIG 2 ist an dem Läuferblechpaket 21, das entsprechend der SchnittZeich¬ nung C-C an seinem Umfang Permanentmagnete 22 trägt, an den jeweiligen Stirnseiten eine als Blechteil ausgebildete Klemm¬ hülse 23 in Form einer Winkelscheibe angebracht. Diese Klemm- hülse erfüllt, wie FIG 2 in der unteren Hälfte darstellt, auch die Funktion einer Läuferendscheibe.
Eine Außenbandage 24, die die Permanentmagnete 22 umgibt, ist der Einfachheit halber in der Schnittzeichnung C-C nicht dar- gestellt.
Zur Befestigung der beiden Klemmhülsen 23 auf einer Welle 25 sind Klemmscheiben 26 vorgesehen. Diese drücken den axial verlaufenden Abschnitt jeder Klemmhülse 23 auf die Welle 25 und sorgen somit für die notwendige Fugenkraft. Alternativ kann die Klemmhülse 23 auch direkt z. B. mittels Schrauben mit der Welle verbunden werden (kraftschlüssige radiale Ver- schraubung) .
Optional kann die Klemmhülse geschlitzt sein. Dies bedeutet, dass die in axialer Richtung des Läuferblechpakets 21 bzw. der Welle 25 verlaufenden Abschnitte an ihrem Umfang einmal oder mehrmals in axialer Richtung geschlitzt sind. Damit las¬ sen sich die einzelnen Abschnitte der Klemmhülse 23 leichter auf die Welle 25 drücken, so dass die Spannkraft der Klemm¬ scheibe 26 geringer sein kann.
Nachdem somit auf eine Läuferhülse verzichtet werden kann, ist der nutzbare Achslochdurchmesser vergrößert. Weitere Vor¬ teile dieser Konstruktion bestehen darin, dass der Läufer oh¬ ne Geometrieveränderungen auf die Welle montier- und demon- tierbar ist. Ferner erfolgt die Kraftübertragung spielfrei.
Durch die minimierte Klemmwirkung ergibt sich ein günstigeres Verformungsverhältnis, was die Rundlaufgute der Spindelwelle deutlich verbessert.
Die Klemmscheibe 26 kann offen oder geschlossen ausgeführt sein. Eine offene Klemmscheibe ist geschlitzt, und ihre Spannkraft wird beispielsweise durch eine Schraube erzeugt. Für höhere Drehzahlen ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Klemmscheibe geschlossen gestaltet ist.
In FIG 3 ist eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Er¬ findung dargestellt. Hier ist das Läuferblechpaket 31, das die Permanentmagnete 32 am Umfang trägt, an den Stirnseiten durch Läuferendscheiben 33 abgeschlossen. Wiederum ist in der Schnittzeichnung C-C auf die Darstellung der Außenbandage 34 verzichtet. Eine Klemmhülse 35, wie sie in FIG 4 im Detail dargestellt ist, wird mit Hilfe von Schrauben 36 an den Läu¬ ferendscheiben 33 montiert.
Entsprechend FIG 4 ist die Klemmhülse 35, deren Orientierung der der rechten Klemmhülse 35 von FIG 3 entspricht, ge¬ schlitzt ausgeführt. D. h. ihr axialer Abschnitt 351 besitzt mindestens einen Schlitz 352 in axialer Richtung. Dieser Schlitz 352 ist in der oberen Hälfte von FIG 3 auch zu erken¬ nen, während er in der unteren Hälfte nicht sichtbar ist. Auf den geschlitzten Teil 351 der Klemmhülse 35 wird wie bei der ersten Ausführungsform jeweils eine Klemmscheibe 37 aufge¬ bracht. Diese Klemmscheiben 37 lassen sich jeweils durch Schrauben 38 spannen. Dabei drücken sie die geschlitzten Tei¬ le 351 auf die Spindelwelle 39.
Die Innenfläche der Klemmhülsen 35 ist fertig bearbeitet. Der Läufer kann vom Werk aus mit diesen Klemmhülsen 35 ausgerüs¬ tet werden, oder nachträglich vom Kunden angebracht werden. Die zentrische Lage des Läufers wird durch die Maß- und Form- toleranz der Klemmhülse 35 und der Achslochbohrung sicherge¬ stellt. Die Momentenübertragung im Läuferblechpaket 31 er¬ folgt wie im vorhergehenden Beispiel über Klebung der Bleche (z. B. Backlack), über Zuganker, über formschlüssige Elemente oder über eine Außenbandage und dergleichen.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den FIG 5 und 6 dargestellt. Die dort wiedergegebenen Kom¬ ponenten entsprechen im Wesentlichen denen von den vorherge¬ henden Ausführungsbeispielen. Daher werden im Folgenden Ie- diglich die unterschiedlich ausgebildeten Komponenten näher beschrieben. Das Läuferblechpaket 51 ist an seinen beiden Stirnseiten einschließlich der Läuferendscheiben 52 konisch ausgebildet. Ebenfalls konisch ausgebildet sind die axial verlaufenden Abschnitte 531 der Klemmhülsen 53. In diesem Ausführungsbeispiel werden diese axial verlaufenden Abschnit¬ te 531 unter das Läuferblechpaket 51 geschoben. Die entspre¬ chende Kraft wird durch Schrauben 54 aufgebracht, die durch die Klemmhülse 53 in die Läuferendscheiben 52 eingeschraubt werden. Je weiter die Klemmhülsen 53 in die Läuferendscheiben 52 eingeschraubt werden, desto mehr pressen sie sich gegen die Welle 55. Auch in diesem Fall ist es günstig, wenn die Klemmhülse 53 geschlitzt ausgeführt ist und entsprechende Schlitze 532 aufweist. Die Klemmhülsen bei den genannten Aus¬ führungsbeispielen können ferner mit Innen- und/oder Außenge- winden ausgeführt sein.
Die Klemmhülse kann mit oder ohne Spiel bzw. ohne oder mit Zwang auf die Spindel fügbar sein. Alternativ kann als Befes¬ tigungseinrichtung anstelle der Klemmhülse auch eine Mitneh- merhülse verwendet werden, die formschlüssig, z. B. durch Einsickungen, PF-Nabennut usw., mit der Spindel verbunden wird.
Des Weiteren können die Klemmhülsen beispielsweise zur leich¬ teren Montage im Verbund mit dem Läuferpaket mit Stufensitzen ausgeführt werden, d. h. Innendurchmesser der ersten Klemm¬ hülse < Innendurchmesser der Läuferbohrung < Innendurchmesser der zweiten Klemmhülse. Der Verbund kann aber auch mit der Geometrie Innendurchmesser der ersten Klemmhülse = Innen¬ durchmesser der Läuferbohrung = Innendurchmesser der zweiten Klemmhülse ausgeführt werden.
Der Kraftfluss vom Stator bis zur Spindel bzw. Welle verläuft über die folgenden Komponenten: Stator, Rotorpaket, ggf. Läu¬ ferendscheiben, Klemmhülsen und Spindel. Im Läuferpaket er¬ folgt der Kraftfluss in Reihe über das Paket mit Zuganker o- der über eine Faserverbundhülse auf die Klemmhülsen. Er kann aber auch parallel über die Zuganker und die Faserverbundhül¬ se oder mittels anderer Paketverfestigungen (z. B. geschwei߬ tes, geklebtes oder ähnlich geformtes Paket) auf die Klemm¬ hülsen weitergeleitet werden. Der Kraftfluss kann weiterhin beispielsweise durch leichten Festsitz des Pakets, z. B. durch Passungsübermaß oder elastische Formelemente wie O-Ringe unter dem Paketsitz, unterstützt werden.