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Elektrische Axialluftspaltmaschine mit scheibenförmigem Anker Die
Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Axialluftspaltmaschine mit scheibenförmigem
Anker, dessen Wicklung durch doppelseitiges Bedrucken eines dünnen, isolierenden
Trägers gebildet ist, und mit einer Erregeranordnung mit zwei Polringen oder einem
Polring und einem Jochring, die unter Bildung eines schmalen, ringförmigen Luftspalts
zu beiden Seiten des Ankers angeordnet sind.
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Es sind elektrische Radialluftspaltmaschinen bekannt, bei denen sowohl
der Anker als auch die Erregeranordnung relativ zu dem Gestell der Maschine drehbar
gelagert sind. So ist bei einer bekannten Maschine dieser Art das Polrad drehfest
mit der Welle der Maschine verbunden, während der Anker frei drehbar auf zwei Kugellagern
gelagert ist, von denen das eine vom Gestell der Maschine und das andere von der
Polradbuchse getragen wird. Polrad und Anker sind miteinander über ein Planetengetriebe
gekoppelt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine entsprechende Anordnung
für eine Axialluftspaltmaschine mit gedruckter Wicklung zu schaffen, die eine außerordentliche
Vielseitigkeit der Anwendungsmöglichkeiten ohne wesentliche konstruktive Abänderungen
ergibt.
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Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß sowohl die Ankerscheibe
als auch das die Erregerteile tragende Gehäuse auf je einer Buchse von einander
gleichem Innendurchmesser angeordnet sind und daß das Erregergehäuse auf einem von
einem Ende der Ankerbuchse getragenen Wälzlager derart gelagert ist, daß eine in
sich abgeschlossene Baugruppe gebildet ist, in welcher der Anker und die Erregeranordnung
die richtige gegenseitige Lage zueinander einnehmen und die beiden Buchsen gleichachsig
zueinander liegen, so daß eine Welle durch sie hindurchgesteckt und wahlweise mit
der einen oder anderen Buchse drehfest verbunden werden kann.
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Der wesentliche Erfindungsgedanke beruht also darin, daß der scheibenförmige
Anker und die Erregeranordnung eine in sich abgeschlossene Baugruppe bilden, in
der die beiden Teile zueinander drehbar so verbunden sind, daß Erreger und Anker
die richtige gegenseitige Lage einnehmen und die beiden Buchsen koaxial zueinander
liegen. Diese fertige Baugruppe kann nun praktisch unverändert für alle denkbaren
Anwendungsfälle herangezogen werden. Es ist nämlich möglich, in die fertige Baugruppe
eine Welle einzustecken und wahlweise mit der Ankerbuchse oder mit der Erregerbuchse
drehfest zu verbinden. Wenn der Anker drehfest mit der Welle verbunden ist, kann
die Erregeranordnung fest mit dem Gestell der Maschine verbunden werden; ist dagegen
die Erregeranordnung drehfest mit der Welle verbunden, kann der Anker fest mit dem
Gestell der Maschine verbunden werden. In beiden Fällen ist es schließlich möglich,
die beiden Teile der Baugruppe miteinander über ein Planetengetriebe zu koppeln.
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Maschinen mit gedruckten Wicklungen eignen sich bekanntlich besonders
gut für eine industrielle Massenfertigeng. Die erfindungsgemäße Ausbildung der fertigen
Baugruppe ermöglicht es, die beiden Teile der Maschine, nämlich Anker und Erregeranordnung,
bereits bei der Fertigung sehr genau zu justieren und in der richtigen axialen und
radialen Lage festzulegen. Der Benutzer kann dann nach Wahl die Maschine in einer
der vorgenannten Betriebsarten verwenden, ohne sich um die Justierung des Ankers
in der Erregeranordnung kümmern zu müssen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Maschine sind die Bürsten
an dem Magnetjochring derart fest angebracht, daß sie nach dem Zusammenbau der Baugruppe
auf der Ankerwicklung schleifen. Diese Ausführung ermöglicht es, die Bürsten gleichfalls
bei der Fertigung endgültig zu justieren. Je nach dem Einsatz der Maschine ist es
dann möglich, die Bürsten entweder direkt an die Stromzuführungsleiter anzuschließen
oder mit Schleifringen zu verbinden, die ihrerseits mit Schleifkontakten zusammenwirken,
welche von dem Gestell der Maschine getragen werden.
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt Fig.l eine Schnittansicht
der Grundanordnung einer gemäß der Erfindung ausgeführten Maschine, Fig. 2 eine
Montage der Anordnung von Fig. 1, bei der der Anker der rotierende Teil der. Maschine
ist, Fig. 3 eine Montage der Maschine von Fig. 1, bei der der Erreger der rotierende
Teil ist, Fig. 4 eine Ausführungsform der Maschine, bei der ein Übertragungsgetriebe
für die Übertragung der relativen Bewegung zwischen dem Anker und dem Erreger angeordnet
ist, Fig. 5 eine andere Ausführungsform des Prinzips von Fig. 4 und Fig.6 eine schematische
Darstellung des Übertragungsgetriebes.
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In der Zeichnung ist der Fall angenommen, daß der Erreger nur einen
Kranz von Magnetpolen auf einer Seite der Ankerscheibe und einen Jochring auf der
anderen Seite des Ankers aufweist. Ferner sind die Erregerpole als ausgeprägte Pole
dargestellt. Die Erfindung eignet sich natürlich auch für alle anderen Fälle, die
sich daraus direkt ableiten lassen: 1. daß zwei Kränze von Erregerpolen einander
auf beiden Seiten des Ankers gegenüberliegen, 2. daß ein Magnetjoch mechanisch fest
mit der Ankerscheibe verbunden ist, so daß nur der Polkranz davon mechanisch getrennt
ist, 3. daß der Kranz der ausgeprägten Erregerpole durch einen Kranz von glatten
Magnetpolen ersetzt ist, d. h. von Polen, die durch die wahlweise Magnetisierung
eines Ringes aus einem koerzitiven Material, beispielsweise einem harten Ferrit,
gebildet sind.
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Der Fall einer Lagerung des Erregerkäfigs auf zwei Endlagern läßt
sich gleichfalls direkt aus den dargestellten Beispielen ableiten.
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Bei der Anordnung nach Fig. 1 wird die Ankerscheibe 1 von einer Buchse
2 getragen. Die Scheibe liegt beispielsweise an einem Bundring 3 der Buchse an und
wird gegen diesen durch eine Hülse 4 gepreßt, die mittels eines Gewinderinges 5
auf der Buchse 2 festgeklemmt ist.
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Der Erreger besitzt auf einer entsprechend geformten Platte 6 eine
Anzahl von Magnetpolen 7, deren Polung in dem Kranz der Reihe nach abwechselt, und
einen Magnetjochring 8, der über Zwischenstücke 9 fest mit der Platte
6 verbunden ist. Die Bürsten 13
werden von dem Ring 8 getragen und
liegen an der Ankerwicklung an einer Stelle an, an der die andere Seite der Ankerscheibe
gegen den Bundring 3 der Buchse 2 abgestützt ist. Natürlich könnten diese Bürsten
ebensogut von der Platte 6 zwischen den Erregerpolen getragen werden; sie könnten
auch an jeder anderen Stelle der Ankerscheibe anliegen, doch wäre es dann erforderlich
(und aufwendiger), Stützglieder vorzusehen, die auf der anderen Seite der Ankerscheibe
gleiten, damit die auf die Scheibe ausgeübten Kräfte ausgeglichen werden. Dies ist
natürlich nur dann möglich, wenn der Ring 8 nicht von dem Erregerkranz gelöst und
fest mit der Ankerscheibe verbunden ist.
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Der so gebildete Erregerkäfig ist auf der Buchse 2 mittels Lagern,
beispielsweise Kugellagern 11, gelagert, wobei der eine Laufring 12 fest mit der
Platte 6 verbunden ist, während der andere Laufring beispielsweise durch das Ende
der Buchse 2 gebildet ist. Ferner läuft die Platte 6 in eine Buchse 10 aus, die
in Verlängerung der Ankerbuchse 2 gleichachsig zu dieser liegt und den gleichen
Durchmesser wie diese besitzt.
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Bei einer derartigen relativen Lagerung zwischen dem Anker und dem
Erreger ist es offensichtlich, daß es keine definierte relative Einstellung einer
derartigen Baugruppe der Maschine gibt, solange nicht eines der. Elemente fest mit
einer Welle oder einem Gehäuse verbunden ist.
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Dann kann eine Welle 14 in das von der Ankerbuchse 2 und der Erregerbuchse
10 gebildete Futter eingesteckt werden, worauf die Buchse 2 durch einen Keil 15
mit der Welle 14 verbunden wird (Fig:2), während der Erregerkäfig an einer Trägerplatte
16 mit der gewünschten Winkelstellung der Bürsten 13 in bezug auf diese Trägerplatte
befestigt wird. Durch die Trägerplatte verlaufen Durchführungen 18 für die Bürstendrähte,
welche die Winkelstellung definieren: Vorzugsweise werden Wälz- oder Gleitlager
17 zwischen der festen Trägerplatte 16 und dem Ende der Buchse 2 anstatt zwischen
der Platte und der Welle 14 angeordnet.
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Es kann jedoch auch vorgesehen werden, daß sich der Erreger dreht,
während der Anker feststeht (Fig. 3). In diesem Fall ist die Buchse 10 bei 19 drehfest
mit der Welle 14 verbunden, während der Anker in der gewünschten Winkelstellung
an der feststehenden Trägerplatte 20 fest angebracht ist.
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In diesem Fall wird die Welle durch Gleit- oder Wälzlager
21 direkt von der Trägerplatte getragen. Dabei drehen sich aber die Bürsten
13 mit dem Erreger, und es ist erforderlich, von diesen Bürsten Verbindungen zu
feststehenden Bürsten 22 zu führen, die von der Trägerplatte 20 getragen werden.
Zu diesem Zweck werden zusätzlich zu der Anordnung nach Fig. 1 auf der freien Seite
des Jochringes 8 zwei Kollektorringe 23 und 24 für die feststehenden Bürsten oder
Schleifer 22 angebracht. Die Kollektorringe sind von dem Jochring 8 isoliert, wenn
dessen Material nicht isolierend ist, was bei einer entsprechenden Wahl des magnetisierbaren
Materials der Fall sein kann. Jeder Kollektorring ist mit einer der Bürsten der
Maschine oder mit einem der Bürstensätze der Maschine verbunden, je nachdem, ob
die Ankerwicklung eine Wellenwicklung ist (mit nur zwei Bürsten, die um einen Polschritt
oder ein ungeradzahliges Vielfaches dieses Polschrittes voneinander entfernt liegen)
oder eine Schleifenwicklung (nüt ebenso vielen Bürsten, wie Pole in der Maschine
vorhanden sind, wobei die Bürsten abwechselnd elektrisch miteinander verbunden sind,
so daß auch hier nur zwei Kollektorringe erforderlich sind).
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Die durch derartige Kollektorringe vervollständigte Anordnung nach
Fig: 1 kann auch zur Herstellung von rotierenden Maschinen dienen, bei denen sich
sowohl der Anker als auch der Erreger drehen, beispielsweise von Differentialmotoren.
Zu diesem Zweck ist (Fig. 4 bis 6) ein Zahnrad 26 fest mit der Buchse 2 verbunden;
und ein innenverzahnter Zahnkranz 27 ist an dem Erregerkäfig befestigt, beispielsweise
mittels der Zwischenstücke 9 (oder mittels einer an die Stelle dieser Zwischenstücke
tretenden Buchse): Ferner sind Satellitenräder 28 auf Zapfen 29 gelagert, die fest
init der Gehäuseplatte der Maschine verbunden sind: Bei der in Fig. 4 gezeigten
Ausführungsform ist die Buchse 2 durch den Keil 15 fest mit der Welle
14 verbunden. Das Maschinengehäuse besteht aus der Trägerplatte 20
und
der Glocke 32. Die die Bürsten 22 tragende Platte 20 ist mittels Lagern 31 auf der
Buchse 2 gelagert, und die Welle 14 ist mittels des Lagers 21 durch sie hindurchgeführt.
Die Glocke 32 ist mittels des Lagers 30 auf der Buchse 10 des Erregerkäfigs gelagert.
Bei 33 und 34 sind die Muttern dargestellt, welche die Laufringe der Lager 30 und
21 festhalten. In der Platte 20 sind die Zapfen 29 der Planetenräder 28 befestigt,
von denen jedes mit dem auf der Buchse 2 befestigten Zahnrad 26 und mit dem an dem
Erregerkäfig befestigten Zahnkranz 27 kämmt. Bei sämtlichen Darstellungen in Fig.
1 bis 5 ist die Schnittebene der rechten Hälfte von der Schnittebene der linken
Hälfte verschieden, wobei die Schnittebene der linken Hälfte jeweils durch eine
Ankerbürste verläuft.
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Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, die derjenigen in Fig.4 ähnlich
ist, wobei jedoch die Buchse 10 mittels des Keils 19 fest mit der Welle 14 verbunden
ist. Der Rest der Anordnung ist mit derjenigen in Fig. 4 identisch, wobei jedoch
der Anker nicht fest mit der Welle 14 verbunden ist.
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Das wesentliche Interesse an derartigen Anordnungen mit gegenläufiger
Drehung des Erregers und des Ankers beruht auf der Tatsache, daß das Abtriebsmoment
größer als das Motormoment ist. Die Nutzleistung P läßt sich nämlich in zwei Formen
ausdrücken: 1. P = Co - iv'o, 2. P = Cm - (wo .+. w1); daraus ergibt sich
ohne weiteres: 3. Co -wo=Cm-(wo+wl), wenn mit Co das Abtriebsmoment
(an der Welle 14), mit Cm das Motormoment (elektromagnetisches Drehmoment
zwischen dem Erreger und dem Anker), mit wo die Drehzahl der Abtriebswelle und mit
w1 die Drehzahl des nicht mit der Abtriebswelle verbundenen Motorelements bezeichnet
wird. Das Verhältnis (wo + wl)/wo ist offensichtlich größer als 1; sein tatsächlicher
Wert ist durch das Übersetzungsverhältnis des Differentialgetriebes zwischen dem
Anker und dem Erreger bestimmt.
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Da das Drehzahlverhältnis zwischen dem Erreger und dem Anker durch
die Durchmesser der Zahnkränze bestimmt ist, die mit diesen Elementen verbunden
sind, dreht sich offensichtlich die Abtriebswelle bei der Anordnung nach Fig. 5
langsamer als bei der Anordnung nach Fig. 4, wenn die übrigen Bedingungen gleich
sind.
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Die bei den erfindungsgemäßen Maschinen verwendete Ankerscheibe enthält
beispielsweise Wellenwicklungen oder Schleifenwicklungen aus gedruckten oder auf
andere Weise mit inniger Haftung auf einem isolierenden Trägerkranz gebildeten Flachleitern.