DE4111411A1 - Rotor mit einem schutzmantel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt Rotoren, die bruchgefährdete Bauelemente ent­ halten, mittels eines Schutzmantels gegen Beschädigungen zu schützen. Solche Beschädigungen können verursacht werden durch radiale Fliehkräfte als Folge hoher Umfangsgeschwin­ digkeiten, magnetische Anzugskräfte, Erschütterungen, Fall­ kräfte, thermische Ausdehnungskräfte usw.

Als Schutzmantel sind dünnwandige Rohre aus Metall oder Glas­ faser- bzw. Kohlefasergeflechten bekannt, die über den Rotor geschoben und verklebt werden. Solche Rohre müssen paßgenau ausgeführt werden und verursachen dadurch hohe Kosten.

Aus der US-PS 49 18 802 ist es bekannt, die Permanentmagnet- Segmente eines Rotors mittels eines dünnwandigen Metallzylin­ ders von außen her in radialer Richtung zu haltern. Dabei ist der Innendurchmesser des Metallzylinders etwas kleiner als der Außendurchmesser der zu halternden Permanentmagnete. Beim Aufpressen des Metallzylinders wird dieser elastisch gedehnt. Die Magnete werden auf diese Weise sicher gehalten. Hierbei muß insbesondere der Innendurchmesser des Metallzylinders eine hohe Paßgenauigkeit aufweisen.

Es ist auch bekannt bei Rotoren von Elektromotoren, die Per­ manentmagnete mittels eines Schutzmantels gegen Beschädigungen zu schützen. Dieser Schutzmantel wird durch Umwickeln und Ver­ kleben der Rotoren mit Drähten, Bändern oder Geflechten aus Metall-, Kohle- oder Glasfasern erzeugt. Zur Erzielung gleich­ mäßiger dünner Schichten ist ein aufwendiger Wickelprozeß sowie eine Nachbehandlung der Oberfläche erforderlich. Zudem können Risse an den Nahtstellen auftreten und bei der Nachbearbeitung die Fasern verletzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die hier in Rede stehenden Ro­ toren so zu verbessern, daß bei gleichzeitiger Erhöhung der Sicherheit die Kosten bei der Herstellung solcher Rotoren ge­ senkt werden.

Die Lösung der Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des An­ spruchs 1 angegeben.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Er­ findung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Rotors gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines erfin­ dungsgemäßen Rotors;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III des Rotors gemäß Fig. 2 und

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Schutz­ mantels gemäß Fig. 2 und 3.

Fig. 1 zeigt einen Rotor 1 wie er beispielsweise in schnellaufenden Elektromotoren Verwendung findet. Der Rotor 1 be­ steht aus einer Welle 2, auf der eine ferromagnetische Hülse 3 befestigt ist. Auf dem Außenmantel der Hülse 3 sind permanent­ magnetische Rotorpole 4 angebracht. Um bei sehr hohen Umfangs­ geschwindigkeiten oder anderen hohen Belastungen zu verhin­ dern, daß sich die Rotorpole 4 lösen, ist ein Schutzmantel 5 um diese Rotorpole 4 herum angeordnet.

In Fig. 2 und 3 ist ein erfindungsgemäßer Rotor dargestellt, der im wesentlichen dem in Fig. 1 entspricht. Der Schutzmantel 5 besteht hier aber nicht aus einer Hülse oder einem Geflecht sondern aus einer Schraubenfeder 51 mit Windungen 52. Die Win­ dungen 52 sind gleichmäßig, vorzugsweise aneinanderliegend, auf die gesamte axiale Länge der Rotormantels verteilt angeordnet. Die Schraubenfeder 51 ist als Zugfeder ausgebildet, deren Win­ dungen 52 mit leichter Vorspannung aufeinander liegen, wobei der Innendurchmesser d der entspannten Feder 51 gleich oder kleiner ist als der Durchmesser des Rotors.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Schutzmantels 5 für den Rotor 1 wird im folgenden beschrieben. Die Rotorober­ fläche wird mit einer Kleberschicht versehen. Zum Beispiel durch Aufdrehen der Feder 51 wird der Innendurchmesser der Feder ver­ größert. Die Feder läßt sich so leicht über den Rotor 1 ziehen oder schieben. Nach dem Aufschieben schlingen sich die Draht­ windungen 52 paßgenau um die Rotoroberfläche, wobei die Zugfeder entlastet wird. Der auf der Rotoroberfläche aufgebrachte Kle­ ber härtet ohne zusätzliche Vorrichtungen aus. Vorteilhafter­ weise wird der Innendurchmesser der entspannten Feder 51 klei­ ner gewählt als der Durchmesser des Rotors, um eine straffere bzw. enge Umschlingung zu erreichen. Dadurch wird ein Tole­ ranzausgleich sowie auch eine hohe Rundlaufgenauigkeit am Außendurchmesser des Schutzmantels gewährleistet. Eine Nachbe­ arbeitung ist nicht erforderlich.

Der Drahtquerschnitt der Feder 51 kann rechteckig oder rund sein. Wichtig ist, daß er in seiner gesamten Länge möglichst geringe Toleranz in der Dicke aufweist.

Parameter zur Beeinflussung der Wirksamkeit des erfindungsge­ mäßen Schutzmantels 5 sind im wesentlichen der Drahtdurchmes­ ser, der Windungsdurchmesser, die Steigung der Windungen und das Material der Feder.

Der als Schraubenfeder 51 ausgeführte Schutzmantel 5 ist in Fig. 3 auf einem im Schnitt dargestellten Rotor und in Fig. 4 separat in Perspektive gezeigt, worin der Innendurchmesser d und der Außendurchmesser D mittels Doppelpfeil dargestellt sind.

Für die Ummantelung (Schutzmantel 5) von Rotoren in Elektromo­ toren, insbesondere permanentmagnetischen Rotoren, kann es von Vorteil sein, die Feder 51 in magnetisch leitendem Material (z. B. Stahl) auszuführen. Es entsteht durch die Ummantelung somit kein wesentlicher magnetischer Abfall bzw. keine nen­ nenswerte Vergrößerung des magnetischen Luftspaltes. Bei dün­ nem Federdrahtquerschnitt kann der Nachteil des magnetischen Kurzschlusses zwischen den Magnetpolen vernachlässigt werden, da das Federmaterial sehr früh in magnetische Sättigung ge­ langt. Ist dieser Nebeneffekt unerwünscht, sollte nicht-ferro­ magnetisches Federmaterial verwendet werden.

Die Hauptbelastung des Rotors durch die Fliehkräfte erfolgt in radialer Richtung. Dies ist sehr ungünstig für Klebeverbin­ dungen, die nur kleine Zugkräfte aufnehmen können.

Durch die Federummantelung ergibt sich hier ein sehr positiver Effekt: Radiale Fliehkräfte versuchen die Feder aufzudrehen, d. h. es entstehen zwischen den Federwindungen und dem Kleber Scher­ kräfte, die der Kleber im Gegensatz zu Zugkräften sehr leicht aufnehmen kann.

Permanentmagnetbestückte Rotoren können auf verschiedenen We­ gen fertigungstechnisch realisiert werden. Fortschrittliche Methoden sind, Permanentmagnetringe durch Spritzguß-, Preß- und Sinterprozesse herzustellen. Hierbei kann die komplette Rotor­ welle 2 oder der als Hülse 3 ausgebildete Magneträger ein Ein­ legeteil sein, so daß der Fügevorgang Magnetring-Rotor ent­ fällt.

Es wird vorgeschlagen, die Schraubenfeder 51 ebenfalls als Einlegeteil zu verwenden. Somit würde der komplette Rotor 1 in einem Arbeitsgang hergestellt.

Im Gegensatz zu starren Hülsen aus Metall, Glasfaser- oder Koh­ lefasergeflecht entstehen keine Passungstoleranzen, da sich die (evtl. vorgespannte) Feder 51 an die Wand des Preß- oder Spritzwerkzeuges anschmiegt.

Zudem ist bei starren Hülsen, die nicht maßgenau sind, eine Deformierung und Zerstörung durch hohe Preßdrücke zu erwarten. Die Feder 51 weicht den Preßdrücken aus, indem sie sich noch stärker an die Wandfläche des Werkzeuges anlegt.

Durch die Rillenkontur der Federhülse wird zusätzlich ein Formschluß erreicht.

Wenn die Feder 51 als Einlegeteil in einer Spritz- oder Preß­ form zur Herstellung des Rotors 1 verwendet wird, gibt es be­ züglich des Durchmessers der Feder 51 als Zugfeder bzw. Druck­ feder grundsätzlich zwei Methoden:
1. Federdurchmesser (entspannt) ≦ Preßformdurchmesser. Die Feder 51 paßt sich infolge des Einpreßdruckes der Guß­ masse an die Kontur der Preßform an. Im Regelfall ist eine Aushebeschräge erforderlich (leicht konische Zylinderform).
2. Federdurchmesser ≧ Preßformdurchmesser. Die Feder 51 wird so vorgespannt, daß sich der Federdurch­ messer verkleinert und in die Preßform eingesetzt wird. Die Feder 51 fügt sich an die Werkzeugform an. Auch hier ist normalerweise eine Aushebeschräge erforderlich. Die einge­ brachte Vergußmasse hält die Feder form- und stoffschlüssig fest. Nach dem Entformen werden die geringen Federkräfte zur Entspannung durch die form- und stoffschlüssigen Scherkräfte der Vergußmasse aufgenommen.

Die Einbringung der Feder gemäß der Methode 1. hat den Vorteil des problemlosen Einlegens, aber den Nachteil einer gewissen Ungenauigkeit. Schon ein geringes Spiel am Außendurchmesser kann nach Einpressen der Vergußmasse (beispielsweise magneti­ sches Material für die Rotorpole) dazu führen, daß der Außen­ durchmesser an einer Stelle des Innendurchmessers der Werkzeug­ form anliegt und damit eine Unwucht erzeugt.

Die Einbringung der Feder gemäß der Methode 2. erfordert einen höheren Aufwand beim Einlegen. Der größere Außendurchmesser gegenüber der Werkzeugform wird mittels Verdrehen der Feder verringert und dann in die Werkzeugform eingelegt. Dadurch liegen die Windungen der Feder mit ihrem Außendurchmesser bündig am Innendurchmesser der Werkzeugform an. Nach Einpressen der Vergußmasse und Entnahme aus dem Werkzeug ist hier eine Nachbearbeitung am Außendurchmesser des Rotors nicht mehr notwendig.

Claims (14)

1. Rotor mit zylindrischer Außenfläche, insbesondere für Elektromotoren, der in radialer Richtung aus einem oder mehreren Teilbereichen besteht, die hohen Belastungen aus­ gesetzt sind, mit einem Schutzmantel, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzmantel (5) ein federndes Bauteil ist.

2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das federnde Bauteil als Schrauben­ feder (51) mit Windungen (52) ausgeführt ist.

3. Rotor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (51) eine Zugfeder ist.

4. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Windungen (52) der Feder (51) im entspannten Zustand aneinander lie­ gen.

5. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Windungen (52) der Feder (51) im entspannten Zustand einen Abstand zueinander aufweisen.

6. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der am Rotor (1) anliegende Innendurchmesser der Feder (51) im nicht montierten, entspannten Zustand der Feder kleiner oder gleich dem Rotordurchmesser ist.

7. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der am Rotor (1) anliegende Innendurchmesser der Feder (51) im nicht montierten, entspannten Zustand der Feder größer als der Rotordurchmesser ist.

8. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Feder (51) durch einen Kleber auf dem Rotor fixiert ist.

9. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Feder (51) aus ferromagnetischem Material besteht.

10. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (51) aus nicht oder geringfügig magnetischem Material besteht.

11. Verfahren zur Herstellung eines Rotors nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Feder (51) als Einlegeteil in ei­ nem Spritz-, Sinter-, Guß- oder Preßverfahren am Rotor (1) fixiert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der gesamte Rotor (1), bestehend aus Welle (2), Hülse (3), Permanentmagnete (4) und Feder (51) als Einlegeteile in eine Form gebracht werden und in einem Ar­ beitsgang hergestellt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, da­ durch gekennzeichnet, daß der Außen­ durchmesser der Feder (51) im entspannten Zustand kleiner oder gleich dem Formdurchmesser ist.

14. Verfahren nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, da­ durch gekennzeichnet, daß der Außen­ durchmesser der Feder (51) im entspannten Zustand größer als der Formdurchmesser ist und somit die Feder (51) vorgespannt in die Form eingelegt oder eingepreßt und durch eine Vergußmasse gehalten wird.