DE2321494C3

DE2321494C3 - Anordnung zur Erhöhung der Axialkraft bei einem Verschiebeanker-Motor mit Käfigläufer

Info

Publication number: DE2321494C3
Application number: DE19732321494
Authority: DE
Inventors: Erhard Dipl.-Ing. 8701 Eibelstadt Gloeckner; Jaroslav Prof. Dr.-Ing. 6750 Kaiserslautern Stepina; Bodo Dipl.-Ing. Dr. 8702 Lengfeld Ulrich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-04-27
Filing date: 1973-04-27
Publication date: 1978-11-16
Also published as: BE814237A; FR2227667B1; AT343754B; JPS5822937B2; JPS5013810A; FR2227667A1; DE2321494A1; IT1010056B; ATA343874A; DE2321494B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebene Anordnung zur Erhöhung der Axialkraft bei einem Verschiebeanker-Motor mit Käfigläufer. Eine derartige Anordnung ist bekannt (US-PS 32 33 135,Fig. 1).

Im bekannten Fall wird durch Erhöhung des Erregerstroms im Ständer des Motors der drehende Rotor entgegen einer sich verstärkenden Federkraft weiter in die Rotorbohrung bewegt, derart, daß ein auf der Rotorwelle aufgepreßtes Ritzel in Getrieberäder mit verschiedener Übersetzung in der einen oder anderen Lage des Rotors eingreift. Der Motor soll dabei derart aufgebaut bzw. ausgelegt sein, daß der entgegen der Federkraft verschobene Rotor eine Verschiebekraft erfährt, die über den gesamten Verschiebeweg annähernd gleich groß bleibt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorausgesetzte Anordnung zwecks Anwendung bei einem Bremsmotor dahingehend zu verbessern, daß die Axialkraft unmittelbar nach dem Einschalten des Motors weiter erhöht werden kann; das ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale möglich. Durch die erfindungsgemäße Verringerung des LuftspaUmaßes im Bereich des kürzeren Läuferblechpaketabschnittes wird mit einfachsten Mitteln eine wesentliche Steigerung der Axialkraft im ersten Augenblick nach dem Einschalten des zuvor abgebremsten Rotors erreicht.

ίο Zur Erzielung eines bestimmten, insbesondere gestuften Verlaufs der Axialkraft des axial verschiebbaren Läufers ist es zweckmäßig, daß eine stufenweise Vergrößerung des Außendurchmessers des in die Rotorbohrung eintauchenden kürzeren Läuferblechpa ketabschnittes vorgesehen ist, die vorzugsweise vom Zwischenring zur Außenkante hin zunimmt Damit kann beim Eintauchen des Läufers in die Ständerbohrung die Axialkraft gleichsam sprunghaft an einer bestimmten Stelle erhöht und dadurch z. B. ein Lösen einer Reibbremse sicher erreicht werden; diese Maßnahme ist unter anderem dann besonders sinnvoll, wenn z. B. zum Zwecke der Kostensenkung größere Toleranzen der Bremsfederkraft und der Einbaumaße zugelassen werden.

In fertigungstechnisch vorteilhafter Weise ist nach einer Ausgestaltung der kürzere Läuferblechpaketabschnitt aus ungenuteten Blechronden gebildet; dabei ergibt sich nebea der einfachen Herstellung derartiger Bleche auch noch der Vorteil, daß die Axiaikraft dadurch weiter erhöht wird, daß die Aussparungen der

Nuten bei derartigen Blechen entfallen, was einer

weiteren Verminderung des effektiven Luftspaltes im

Bereich des kürzeren Blechpaketabschnittes entspricht. In vorteilhafter Weise ist der kürzere Läuferblechpa-

ketabschnitt als gesondertes Zusatzpakel ausgebildet; die Einzelbleche sind zu einem Zusatzblechpaket zusammengenietet, und dieses ist auf das entsprechend verlängerte Wellenende des mit einem Läuferkäfig versehenen längeren Läuferblechpaketabschnittes auf gebracht

Um einerseits eine hohe Axialkraft im ersten Augenblick des Einschaltens des Verschiebeanker-Motors als auch andererseits anschließend eine hohe Leistungs- und Drehmomentenabgabe des Motors zu erreichen, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die gesamte Länge des Läuferblechpaketes größer als die Länge des Ständerblechpaketes.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden im folgenden anhand von Ausführungs- beispielen in einigen Figuren der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt in schematischer Darstellung

F i g. 1 eine bereits vorgeschlagene Anordnung zur Erhöhung der Axialkraft bei einem Käfigläufer mit konstantem Luftspalt und mit je einem stirnseitigen

Ring und einem Kurzschluß-Zwischenring,

Fig.2 einen Käfigläufer nach Fig. I, dessen einer stirnseitiger Kurzschlußring in der Nähe des Kurzschlußzwischenringes nachträglich abgedreht worden ist,

F i g. 3 einen hiervon abgewandelten Käfigläufer,

F i g. 4, 5 erfindungsgemäß aufgebaute Ausführungsformen des Käfigläufers nach F i g. 3,

F i g. 6, 7 den Verlauf der Axialkraft (F₁₁) des Läufers als Funktion der axialen Läuferverstellung bei verschie-

^hr> denen Käfigläuferausführungen.

Gleiche Teile sind in den Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Zeichnung zeigt in den Fig. 1 bis 3 als

Ausgangspunkt der Erfindung in schematischer Darstellung den Schnitt durch einen Käfigläufer mit einem auf einer Motorwelle 6 befestigten Läuferblechpaket 2 in der Ausgangsstellung bei nicht erregtem Ständer und Läufer; die dem Kurzschluß-Zwischenring 1 zugewandte Innenkante des kürzeren Läuferblechpaketabschnittes 21 fluchtet gerade mit der zugehörigen Außenkante des Ständerblechpaketes 7. Wird der Verschiebeankermotor ans Netz geschaltet, wird der Läufer bis zu einer Gleichgewichtslage entgegen der axialen Federkraft einer hier nicht dargestellten Axialfeder nach rechts bewegt und lüftet dabei eine hier ebenfalls nicht dargestellte Bremsscheibe von einem Gegenbremsbelag; gleichzeitig wird in iiblicher Weise der Läufer aufgrund des sich entwickelnden Drehmomentes in Umfangsrichtung beschleunigt

In F i g. 1 sind an beiden stirnseitigen Enden des Läuferblechpaketes 2 Kurzschlußringe 4,5 angebracht, die die in geraden oder schrägen Nuten verlaufenden, gleichzeitig mit den Kurzschlußringen 4, 5 gegossenen Läuferstäbe 8 des Käfigläufers stirnseitig jeweils untereinander verbinden. Zusätzlich ist, wie auch aus den Ausführungen nach F i g. 2 bis 5 ersichtlich, in der Nähe des bei einer axialen Verschiebung des Käfigläufers gegenüber der Außenkante der linken Stirnseite des Ständerblechpaketes 7 nach außen heraustretenden einen Endes des Läuferblechpaketes 2 ein Kurzschluß-Zwischenring 1 vorgesehen. Durch diesen Kurzschliaß-Zwischenring 1 wird das Läuferblechpaket 2 in einen längeren Läuferblechpaketabschnitt 22 der axialen jo Länge b sowie einen kürzeren Läuferblechpaketab- ' schnitt 21 der Länge a unterteilt. Das Verhältnis des Querschnitts des linken stirnseitigen Kurzschlußringes 5 zu dem des Kurzschluß-Zwischenringes 1 kann beliebig gewählt werden, je nachdem welche Luftspaltinduktion « über dem kürzeren Läuferblechpaketabschnitt 21 gewünscht wird. Der Gesamtwiderstand dieser beiden Kurzschlußringe 1, 5 sollte gleich dem des rechten stirnseitigen Kurzschlußringes 4 an dem anderen Ende des Läuferblechpaketes 2 sein.

Der Kurzschluß-Zwischenring 1 ist gleichzeitig mit den übrigen Läuferstäben 8 und den Kurzschlußringen 4,5 des Käfigläufers im Spritzgußverfahren hergestellt. Dazu wird zweckmäßigerweise vor dem Spritzgießen beim Schichten des Läuferblechpaketes 2 ein Distanzstück 3 zwischengelegt derart, daß nach dem Spritzgießen zwischen dem äußeren Umfang des Distanzstückes 9 und dem des Gesamtläufers das gewünschte radiale Maß und zwischen den dem Distanzstück 9 beiderseits benachbarten Läuferblechen das gewünschte axiale to Maß und damit der gewünschte Widerstand des Kurzschluß-Zwischenringes 1 erreicht wird. In üblicher Weise wird ein derartiger Käfigläufer nach dem Gießen der Nachbearbeitung eines Überdrehens unterzogen.

Über den Kurzschluß-Zwischenring 1 schließt sich ein Teil der in den Läuferstäben 8 fließenden Läuferströme, so daß über dem kürzeren Läuferblechpaketabschnitt 21 die dämpfende Wirkung der Läuferströme auf das Luftspaltfeld geschwächt wird. Der linke stirnseitige Kurzschlußring 5 kann ganz entfallen für den Fall, daß mi eine weitere Verstärkung der Axialkraft des Läufers erreicht werden soll. Eine derartige Ausführung ist in F i g. 2 dargestellt.

In F i g. 3 ist eine weitere, konstruktiv, fertigungstechnisch und hinsichtlich der Erzielung einer bestimmten in und dabei sehr hohen Axialkraft besonders vorteilhafte Lösung angegeben. Der kürzere Läuferblechpaketabschnitt 21 besteht dabei lediglich aus Einzelblechen ohne zusätzliche Läuferstäbe, die nur in dem längeren Läuferblechpaketabschnitt 22 vorgesehen sind. Die Einzelbleche des kürzeren Läuferblechpaketabschnittes 21 können entweder nach dem Spritzen des Käfigs des längeren Läuferblechpaketabschnittes 22 einzeln auf die Läuferweile 6 aufgedrückt oder, nachdem sie vorher zu einem Zusatzblechpaket zusammengenietet worden sind, als Gesamtheit aufgezogen werden. Als Einzelbleche werden zweckmäßigerweise entweder bei einem sogenannten Komplettschnitt anfallende normal genutete Läuferbleche oder nach einem Billigrondenschnitt herzustellende Ronden ohne Nutung verwendet.

Gemäß F i g. 4 und 5 ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das eigentliche Luftspaltmaß d\ zwischen dem Käfigläufer und der Ständerbohrung im Bereich des kürzeren Läuferblechpaketabschnittes 21 auf das fertigungstechnisch jeweils mögliche Minimalmaß di vermindert wird. Ein derartiger Läufer läßt sich bei der erfindungsgemäß ausgeführten Anordnung zur Erhöhung der Axialkraft ohne größere Zentrierungsprobleme fluchtend in der Ständerbohrung lagern, da der verringerte Luftspalt nur auf einem kurzen Endabschnitt des Läufers und außerdem in der Nähe des den Läufer aufnehmenden Lagers vorzusehen ist.

Die Maßhaltigkeit der für den Bereich des verringerten Luftspaltes herzustellenden Läuferblechpaketabschnittes 21 selbst stellt ebenfalls keine besonderen Probleme, da bei Verwendung von einfachen Ronden der Stanzvorgang mit geringer Toleranz behaftet ist und bei Verwendung von nach dem Komplettschnittverfahren hergestellten Läuferblechen der gesamte Läufer unter anderem wegen des geringen Übermaßes der Läuferbleche (Stanzgrat) ohnehin durch Abdrehen nachzubearbeiten ist und dabei nach dem Abspritzen des längeren Läuferblechpaketabschnittes 22 und dem Aufbringen des kürzeren Läuferblechpaketabschnittes 21 (Zusatzblechpaket) der Läufer mit Hilfe von entsprechenden Kopierlinealen auf die unterschiedlichen Durchmessermaße auf einfache Weise abgedreht werden kann. Es dürfte ersichtlich sein, daß auf diese Art und Weise auch die in F i g. 4a und F i g. 5a dargestellte, hinsichtlich der Einstellung eines bestimmten Axialkraftverlaufes in Abhängigkeit von dem Hubweg des Läufers besonders vorteilhafte Stufung der Außenkontur des kurzen Läuferblechpaketabschnittes mit einfachen fertigungstechnischen Mitteln (entsprechend unterschiedliches Stanzen für die Ronden bzw. entsprechend unterschiedliches Abdrehen des Läufers) herstellbar ist.

In den F i g. 4 und 4a ist jeweils die Lage des Läufers bei unerregtem Ständer und Läufer und somit bei unter der Wirkung einer Federkraft (Fq anliegender Bremse eines Verschiebeanker-Bremsmotors dargestellt; diese Lage entspricht somit gleichzeitig dem Kurzschlußbetrieb des Käfigläufermotors im Moment des Einschaltens, in dem dann die Axiälkraft (F₁) wirksam wird, die den Läufer entgegen der Federkraft Ff in Achsrichtung nach rechts in die Ständerbohrung hinein zu ziehen bestrebt ist. Im Sinne einer großen Axialkraft im ersten Moment des Einschaltens ist die Ausgangsstellung des heraustretenden einen Endes des Läuferblechpaketes 2 vorteilhafterweise derart gewählt, daß die Innenkante des kürzeren Läuferblechpaketabschnittes 21 mit der zugehörigen Außenkante des Ständerblechpaketes 7 gerade fluchtet. In den Fig.5 und 5a ist jeweils eine stabile Gleichgewichtslage des rotierenden Läufers dargestellt, in der sich in axialer Richtung ein Kräftegleichgewicht zwischen der axialen Druckfeder-

kraft (Ff) und der entgegenwirkenden Axialkraft (F_a)be\ erregtem Ständer und Läufer einstellt.

Hinsichtlich der Wahl der Längenverhältnisse der beiden Läuferblechpaketabschnitte 21 bzw. 22 wird zweckmäßigerweise die gesamte Länge a + α des Läuferblechpaketes 2 größer als die Länge c des Ständerblechpaketes gewählt.

Erläuternd sei hinzugefügt, daß man bei nur wenigen Blechen für das Zusatzblechpaket einen großen Anstieg der Axialkraft erhält, während sich bei Verwendung von einer größeren Anzahl von Blechen bei dann kleinerem Anstieg der Axialkraft nach dem Einschalten des Motors der Absolutwert der erreichbaren Axialkraft zunächst erhöht und mit einer zu starken Verlängerung des Zusatzblechpakets die Axialkraft (F,) nicht mehr erhöht werden kann, sondern nur noch ein größerer Hub erreicht wird, was gegebenenfalls zur Kompensierung von größeren Fertigungstoleranzen vorteilhaft sein kann.

In F i g. 6 ist in weiterer Erläuterung des zuvor aufgezeigten Sachverhaltes jeweils der Verlauf der Axialkraft F₃ in Abhängigkeit vom Hubweg χ des kürzeren Läuferblechpaketabschnittes 21 jeweils bei Ronden (Aw ßi) und genuteten Blechen (A₂; B₂) für eine vorgesehene Stückzahl von 4 Einzelblechen (A₁; A₂) und eine Stückzahl von 14 Einzelblechen ('S,; B₂) dargestellt. Fig. 7 veranschaulicht den jeweiligen Gewinn an Axialkraft anhand einer graphischen Gegenüberstellung F_a = f(x) bei hinsichtlich der Axialkrafterhöhung unterschiedlich, jedoch ansonsten gleichartig aufgebauten Verschiebeanker-Bremsmotoren; I zeigt die Abhängigkeit der Axialkraft F_ü vom Hubweg χ bei einem normalen Läufer, Il den Funktionsverlauf bei einer Läuferausführung gemäß F i g. 2, III, IV den Verlauf bei einer Läuferausführung gemäß Fig.4, und zwar bei Verwendung genuteter Bleche gemäß Kurven verlauf 111 und bei Benutzung einfacher, ungenuteter Ronden gemäß Kurvenverlauf IV.

Es ist ersichtlich, daß in konstruktiv und fertigungstechnisch einfacher Weise mit Hilfe des erfindungsgemäß ausgeführten Zusatzblechpaketes eine in bestimmter Weise und bestimmter merklicher Größe auf den Läufer wirkende Axialkraft erzielbar ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Erhöhung der Axialkraft bei einem Verschiebeanker-Motor mit Käfigläufer, dessen Blechpaket in einen längeren, mit Läuferstäben und axial endseitigen Kurzschlußringen versehenen geschichteten Blechpaketabschnitt und einen kürzeren geschichteten Blechpaketabschnitt ohne Stromleiter unterteilt ist, der in einer ersten Verschiebestellung axial außerhalb der zugehörigen Stirnseite des Ständerblechpaketes heraustritt und in einer zweiten Verschiebestellung bei einem bestimmten Erregungszustand der Ständerwicklung zumindest teilweise in die Ständerbohrung eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Bremsmotor der Außendurchmesser des kürzeren Läuferblechpaketabschnittes (21) größer ist als der des längeren Läuferblechpaketabschnittes (22) in dem Maße, daß das Luftspaltmaß (d₂) zwischen dem Außendurchmesser des kürzeren Läuferblechpaketabschnittes (21) innerhalb der Ständerbohrung und deren Innendurchmesser gegenüber dem normalen Luftspaltmaß (d\) des längeren Läuferblechpaketabschnittes (22) vermindert ist

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine stufenweise Vergrößerung des Außendurchmessers des in die Rotorböhrung eintauchenden kürzeren Läuferblechpaketabschnittes (21) vorgesehen ist (F i g. 4a, 4b).

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der kürzere Läuferblechpaketabschnitt aus ungenuteten Blechronden gebildet ist

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kürzere Läuferblechpaketabschnitl (21) als gesondertes Zusatzblechpaket ausgebildet ist, die Einzelbleche zu einem Zusatzblechpaket zusammengenietet sind und diese auf das entsprechend verlängerte Wellenende des mit einem Läuferkäfig versehenen längeren Läuferblechpaketabschnittes (22) aufgebracht ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Länge (a + ty des Läuferblechpaketes (2) größer ist als die Länge (ς) des Ständerbrechpaketes (7).