AT520716A4

AT520716A4 - Vorrichtung und verfahren zum vermessen von elektrischen maschinen

Info

Publication number: AT520716A4
Application number: ATA50198/2018A
Authority: AT
Inventors: Gruhler Thomas; Riesenfeld Kurt
Original assignee: Minebea Mitsumi Inc
Priority date: 2018-03-08
Filing date: 2018-03-08
Publication date: 2019-07-15
Also published as: AT520716B1

Abstract

Die Vorrichtung zur Vermessung einer elektrischen Maschine umfasst ein Unterteil (1) mit Auflageelementen (3) zur Auflage einer Basisplatte (10) der elektrischen Maschine, ein Oberteil (2) mit Auflageelementen (4) zur Auflage auf der Basisplatte (10) der elektrischen Maschine und mindestens einen elektrischen Kontaktstift (5) zur elektrischen Kontaktierung einer Kontaktfläche (50) an einer Seite der Basisplatte (10) der elektrischen Maschine, wobei der elektrische Kontaktstift (5) mit einer vorgegebenen Andruckkraft (F) an der Kontaktfläche anliegt. Es ist mindestens ein Abstandssensor (7) zur Erfassung eines Abstandswertes zwischen dem Abstandssensor (7) und einer Oberfläche des Rotorbauteils (12) der elektrischen Maschine vorgesehen. Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung einen Druckstift (6), der an der dem elektrischen Kontaktstift (5) gegenüberliegenden Seite der Basisplatte (10) mit einer vorgegebenen Andruckkraft (F') anliegt, die etwa der Andruckkraft (F) des Kontaktstifts (5) entspricht.

Description

Zusammenfassung

Die Vorrichtung zur Vermessung einer elektrischen Maschine umfasst ein Unterteil (1) mit Auflageelementen (2) zur Auflage einer Basisplatte (10) der elektrischen Maschine, ein Oberteil (3) mit Auflageelementen (4) zur Auflage auf der Basisplatte (10) der elektrischen Maschine und mindestens einen elektrischen Kontaktstift (5) zur elektrischen Kontaktierung einer Kontaktfläche (50) an einer Seite der Basisplatte (10) der elektrischen Maschine, wobei der elektrische Kontaktstift (5) mit einer vorgegebenen Andruckkraft (F) an der Kontaktfläche anliegt. Es ist mindestens ein Abstandssensor (7) zur Erfassung eines Abstandswertes zwischen dem Abstandssensor (7) und einer Oberfläche des Rotorbauteils (12) der elektrischen Maschine vorgesehen. Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung einen Druckstift (6), der an der dem elektrischen Kontaktstift (5) gegenüberliegenden Seite der Basisplatte (10) mit einer vorgegebenen Andruckkraft (F‘) anliegt, die etwa der Andruckkraft (F) des Kontaktstifts (5) entspricht.

(Fig. 1)

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Vorrichtung und Verfahren zum Vermessen von elektrischen Maschinen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vermessen von elektrischen Maschinen gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.

Elektrische Maschinen, insbesondere Spindelmotoren mit fluiddynamischem Lagersystem, werden für Antriebszwecke verwendet, bei denen es auf eine hohe Laufgenauigkeit ankommt. Beispielsweise werden solche Spindelmotoren mit fluiddynamischem Lagersystem zum Antrieb von Festplattenlaufwerken, Laserscannern oder ähnlichen Systemen verwendet.

Bei der Herstellung solcher Spindelmotoren mit fluiddynamischem Lagersystem wird der fertig aufgebaute Motor in einer speziellen Messvorrichtung vermessen, insbesondere im Hinblick auf den axialen und radialen Schlag des Rotorsystems, die Flughöhe des fluiddynamischen Axiallagers und weitere für die Anwendung wichtige Messwerte.

Diese Vorrichtung zum Vermessen von elektrischen Maschinen weist in der Regel ein Unterteil und ein Oberteil mit jeweils Auflageflächen auf, zwischen welchen die Basisplatte der elektrischen Maschine eingespannt wird. Ferner weist die Messvorrichtung einen oder mehrere elektrische Kontaktstifte auf, mit welchen ein elektrischer Kontakt zu entsprechenden Kontaktflächen der elektrischen Maschine hergestellt wird. Über diese Kontaktstifte wird die elektrische Maschine mit Strom versorgt, sodass sie in Drehung versetzt werden kann. Die Erfassung der Messparameter erfolgt vorzugsweise mittels berührungslosen, beispielsweise kapazitiven, induktiven oder optischen Messsensoren oder alternativ bei statischen Messungen oder bei vergleichsweise kleinen Drehzahlen mittels taktilen Messsensoren, welche den Abstand zu einer oder mehreren Oberflächen auf dem Rotorbauteil der elektrischen Maschine vermessen.

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In der Regel wird ein relatives Messsystem verwendet, das heißt, die Nullposition des Abstandssensors der Messvorrichtung wird in Bezug auf eine Referenzfläche der Basisplatte festgelegt. Bei der Einrichtung der Messvorrichtung wird eine MasterBasisplatte verwendet, die hochgenau bearbeitet ist und deren Maße genau bekannt sind. Die Master-Basisplatte wird in die Messvorrichtung eingespannt. Mit den bekannten Dimensionen der Master-Basisplatte kann dann die Messvorrichtung entsprechend angelernt und justiert werden, wobei die Nullposition des oder der Abstandssensoren festgelegt wird.

Die Basisplatte eines solchen Spindelmotors ist in vielen Fällen aus Aluminium gefertigt und relativ dünn, da die Gesamthöhe eines derartigen Spindelmotors typischerweise 7 mm oder weniger beträgt. Anfangs wurden die Master-Basisplatten ebenfalls aus Aluminium gefertigt, wobei man festgestellt hat, dass diese AluminiumMaster-Basisplatten eine zu geringe Standfestigkeit und Lebensdauer haben, da sie sehr empfindlich gegenüber äußeren Einflüssen sind, sodass die Handhabung in der Fertigungsanlage schwierig ist.

Um die Einsatzdauer der Master-Basisplatten zu verlängern, ist man dazu übergegangen, diese Master-Basisplatten aus Stahl zu fertigen, sodass die Empfindlichkeit gegenüber äußeren Einflüssen, wie Stoß und Schlag, verringert wird. Beim Einrichten der Messvorrichtung wird dann diese Master-Basisplatte in die Messvorrichtung eingespannt, wobei anhand der genau bekannten Dimensionen der Master-Basisplatte eine Eichung der Messvorrichtung erfolgt.

Bei der Vermessung von Motoren aus der Fertigung hat sich herausgestellt, dass es zu Messfehlern oder Messabweichungen kommt, die dadurch hervorgerufen werden, dass der elektrische Kontaktstift zur elektrischen Kontaktierung der zu vermessenden Motoren mit einer gewissen Andruckkraft (F) auf die Kontaktfläche des Spindelmotors drückt, sodass sich die Basisplatte des Spindelmotors, die aus Aluminium besteht, durch diesen Anpressdruck verbiegt. Diese Verbiegung der Basisplatte kann einige Mikrometer bis einige 10 Mikrometer betragen.

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Bei jeder Einrichtung der Messvorrichtung wird die stählerne Master-Basisplatte exakt in gleicher Weise eingespannt wie die Basisplatten aus Aluminium der Motoren im Produktionsprozess, und es wird auch derselbe elektrische Kontaktstift an die Master-Basisplatte angelegt. Da die Master-Basisplatte aus Stahl besteht, erfolgt nur eine sehr geringe Durchbiegung der Master-Basisplatte durch die Kraft des elektrischen Kontaktstifts, während bei den Basisplatten der zu vermessenden elektrischen Maschinen, die aus Aluminium bestehen, eine größere Durchbiegung durch die Kraft des elektrischen Kontaktstifts erfolgt. Daher ergeben sich aufgrund der Durchbiegung der Basisplatten aus Aluminium falsche Messwerte. Die zu erfassenden Messwerte liegen in der Größenordnung der Durchbiegung der Basisplatte, sodass kein genaues Messen mehr möglich ist.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Messgenauigkeit des Messaufbaus zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung und weitere bevorzugte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Vorrichtung zur Vermessung einer elektrischen Maschine umfasst ein Unterteil mit Auflageelementen zur Auflage einer Basisplatte der elektrischen Maschine, ein Oberteil mit Auflageelementen zur Auflage auf der Basisplatte der elektrischen Maschine und mindestens einen elektrischen Kontaktstift zur elektrischen Kontaktierung einer Kontaktfläche an einer Seite der Basisplatte der elektrischen Maschine, wobei der elektrische Kontaktstift mit einer vorgegebenen Andruckkraft (F) an der Kontaktfläche anliegt. Es ist mindestens ein Abstandssensor zur Erfassung eines Abstandswerts zwischen dem Abstandssensor und einer Oberfläche des Rotorbauteils der elektrischen Maschine vorgesehen.

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Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung einen Druckstift, der an der dem elektrischen Kontaktstift gegenüberliegenden Seite der Basisplatte mit einer vorgegebenen Andruckkraft (F‘) anliegt, die etwa der Andruckkraft (F) des Kontaktstifts entspricht.

Durch den Druckstift, der dem elektrischen Kontaktstift gegenüberliegt und eine etwa gleich große Andruckkraft (F‘) auf die Basisplatte ausübt wie der elektrische Kontaktstift, wird die durch den elektrischen Kontaktstift verursachte Durchbiegung der Basisplatte kompensiert bzw. minimiert, sodass im günstigsten Fall keine Verformung der Basisplatte erfolgt. Vorzugsweise ist eine „etwa gleich große Andruckkraft“ dann gegeben, wenn der Betrag der Differenz beider Kräfte (F) und (F‘) kleiner ist als (F)/2.

Somit werden die Messergebnisse der Sensoren nicht durch eine Verformung der Basisplatte verfälscht, umfassen weniger Fehlmessungen und führen zu einer optimierten Messgenauigkeit. Dies führt zu weniger Ausschuss im Produktionsprozess.

Die Erfindung verhindert demnach eine Verbiegung der Basisplatte und folglich Messfehler, die durch eine Verformung der Basisplatte hervorgerufen werden.

Die Durchbiegung der Basisplatte hängt zum einen stark vom Material und der Materialdicke der Basisplatte ab. Somit unterscheidet sich die Durchbiegung je nach Art der zu untersuchenden elektrischen Maschine.

Zum anderen kommt es auf die Art und Anzahl der verwendeten elektrischen Kontaktstifte an, insbesondere welche Andruckkraft (F) die Kontaktstifte auf die Kontaktflächen der Leiterplatte und damit auf die Basisplatte ausüben. Häufig werden 3 oder 4 elektrische Kontaktstifte verwendet, um die elektrische Maschine anzutreiben. Dementsprechend steigt die Anzahl der Druckstifte an.

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Der Druckstift ist derart ausgestaltet, dass er im Wesentlichen dieselben Eigenschaften aufweist wie der elektrische Kontaktstift und auch vorzugsweise dieselbe Andruckkraft (F‘) auf die Basisplatte ausübt wie der elektrische Kontaktstift. Damit wird eine Verformung und Durchbiegung der Basisplatte verhindert.

Durch die Andruckkraft (F) des elektrischen Kontaktstifts ergibt sich bei Basisplatten aus Aluminium eine Verformung bzw. Durchbiegung im Bereich des elektrischen Kontaktstifts von etwa 2 bis 10 Mikrometer. Bei einer Spezifikation der Parallelität des Rotorsystems von beispielsweise 20 bis 40 Mikrometer würde eine solche Durchbiegung von 2 bis 10 Mikrometern das Messergebnis deutlich verfälschen. Mit dem erfindungsgemäßen Druckstift kann die durch die Andruckkraft des elektrischen Kontaktstifts hervorgerufene Verformung der Basisplatte kompensiert werden.

Als Abstandssensor kann vorzugsweise ein berührungsloser Abstandssensor, beispielsweise ein kapazitiver, induktiver oder optischer Abstandssensor oder alternativ ein taktiler Abstandssensor verwendet werden. Je nach Messaufgabe können auch mehrere Abstandssensoren sowohl in kapazitiver als auch taktiler Ausgestaltung verwendet werden.

In gleicherweise können mehrere elektrische Kontaktstifte vorgesehen sein, wobei in diesem Fall ein oder mehrere Druckstifte vorhanden sind, die jeweils diesen Kontaktstiften gegenüberliegend angeordnet sind und dieselbe Andruckkraft auf die Basisplatte ausüben wie die elektrischen Kontaktstifte.

Die Nullposition des Abstandssensors ist in Bezug auf eine Referenzfläche einer Master-Basisplatte festgelegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Vermessung einer elektrischen Maschine mittels einer Messvorrichtung umfasst die Schritte:

Einspannen der Basisplatte zwischen Auflageelementen eines Unterteils und Auflageelementen eines Oberteils der Messvorrichtung, Anlegen eines elektrischen Kontaktstifts mit einer Andruckkraft (F) an einer elektrischen Kontaktfläche, die an

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36892 einer Seite der Basisplatte zur elektrischen Kontaktierung der elektrischen Maschine angeordnet ist, Anlegen eines Druckstifts an der dem elektrischen Kontaktstift gegenüberliegenden Seite der Basisplatte mit einer Andruckkraft (F’), die etwa der Andruckkraft (F) des Kontaktstifts entspricht, und Erfassen mindestens eines Abstandswerts zwischen dem Abstandssensor und einer Oberfläche des Rotorbauteils der elektrischen Maschine.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch die Messvorrichtung und einen zu vermessenden Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem.

Der Spindelmotor ist auf einer Basisplatte 10 aufgebaut, mit welcher er in die Messvorrichtung eingespannt wird. Die Basisplatte ist ein Teil des feststehenden Motorbauteils, während das rotierende Motorbauteil unter anderem ein Rotorbauteil 12 umfasst. Die Messvorrichtung dient beispielsweise zur Messung des radialen und axialen Schlags und der Parallelität des Rotorbauteils 12 der elektrischen Maschine oder zur Messung der sogenannten „Flughöhe“ eines fluiddynamischen Axiallagers 26 der elektrischen Maschine.

Hierzu weist die Messvorrichtung ein Unterteil 1 auf, an welchem Auflageelemente 3 angeordnet sind. Die Basisplatte 10 des zu vermessenden Motors wird derart auf dem Unterteil 1 positioniert, dass die Unterseite der Basisplatte 10 auf den Auflageelementen 3 des Unterteils 1 aufliegt. Das Unterteil 1 ist relativ zum Oberteil 2 beweglich angeordnet und in Richtung des Oberteils 2 zustellbar bzw. wegstellbar.

Das Oberteil 2 weist ebenfalls Auflageelemente 4 auf, die sich an der Oberseite der auf dem Unterteil angeordneten Basisplatte 10 des Spindelmotors anlegen. Der Spindelmotor wird durch die Auflageelemente 3, 4 des Unterteils 1 und des Oberteils 2 in der Messvorrichtung eingespannt.

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Zur Vermessung des radialen bzw. axialen Schlags sowie der Parallelität des Rotorbauteils 12 bzw. der Flughöhe des fluiddynamischen Axiallagers 26 muss das Rotorbauteil 12 des Spindelmotors während des Messvorgangs in Rotation versetzt werden. Hierzu weist die Messvorrichtung — vorzugsweise am Unterteil 1 — mindestens einen elektrischen Kontaktstift 5 auf, der einen elektrischen Kontakt zu einer elektrischen Kontaktfläche 50 des Spindelmotors herstellt. Der Spindelmotor wird dann über den elektrischen Kontaktstift mit Strom versorgt und in Drehung versetzt.

Die Kontaktfläche 50 befindet sich vorzugsweise auf einer Leiterplatte 48 des Spindelmotors. Die Leiterplatte 48 ist vorzugsweise auf der Unterseite der Basisplatte 10 angeordnet. Der elektrische Kontaktstift 5 wird vorzugsweise mittels Federkraft gegen die Kontaktfläche 50 gedrückt, und zwar mit einer Andruckkraft (F), die sich ebenfalls auf die Basisplatte 10 überträgt. Durch diese Andruckkraft (F) kommt es an der Stelle der elektrischen Kontaktfläche 50 zu einer Durchbiegung der Basisplatte von einigen Mikrometern in Richtung des Oberteils 3 der Messvorrichtung.

Um diese Durchbiegung der Basisplatte 10 zu verhindern, weist die Messvorrichtung mindestens einen Druckstift 6 auf, der mechanisch in ähnlicher Weise und zumindest dessen Feder-Komponente vorzugsweise gleich ausgebildet ist wie der elektrische Kontaktstift 5. Der Druckstift 6 ist vorzugsweise am Oberteil 2 der Messvorrichtung derart angeordnet, dass er sich an der anderen Seite der Basisplatte 10 gegenüberliegend des elektrischen Kontaktstifts 5 befindet. Der Druckstift 6 drückt mit einer Andruckkraft (F‘) auf die Oberseite der Basisplatte 10, und zwar genau gegenüberliegend der Stelle, an welcher der Druckstift 5 mit einer Kraft (F) auf die Kontaktfläche 50 an der Unterseite der Basisplatte drückt.

Erfindungsgemäß ist die Andruckkraft (F’), die der Druckstift 6 auf die eine Seite der Basisplatte 10 ausübt, etwa gleich groß wie die Andruckkraft (F), die der elektrische Kontaktstift 5 auf die andere Seite der Basisplatte 10 ausübt, sodass sich die Kräfte (F), (F‘) aufheben und eine Durchbiegung der Basisplatte 10 an dieser Stelle

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36892 verhindert wird. Vorzugsweise ist der Druckstift 6 ebenfalls federbelastet und erzeugt so die Andruckkraft (F’).

Der eigentliche Messvorgang erfolgt, nachdem das Rotorbauteil 12 des Spindelmotors in Bewegung versetzt wurde. Die Messung erfolgt mittels Abstandssensoren 7, die den Abstand zu einer oder mehreren Oberflächen des Rotorbauteils 12 messen. Als Abstandssensoren werden vorzugsweise berührungslose, vorzugsweise kapazitive Abstandssensoren 7 als auch taktile Abstandssensoren verwendet. Die Sensoren 7 sind bevorzugt an dem Oberteil 2 der Messvorrichtung angeordnet. Je nach Anordnung und Ausrichtung der Sensoren 7 können der radiale und axiale Schlag des Rotorbauteils 12, die Flughöhe und Parallelität des Rotorbauteils durch die axiale Kraft des fluiddynamischen Axiallagers 26 und andere Messwerte gemessen werden. Bei Verwendung eines kapazitiven Abstandssensors 7 beträgt der typische Messabstand zu der zu vermessenden Oberfläche beispielsweise 100 Mikrometer.

Der in Fig. 1 dargestellte Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem steht stellvertretend für eine Vielzahl von elektrischen Maschinen unterschiedlichen Aufbaus, die mit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung vermessen werden können. Der Spindelmotor hat den folgenden Aufbau:

In einer Öffnung der Basisplatte 10 ist eine Lagerbüchse 16 des Lagersystems befestigt. Die Basisplatte 10 besteht aus einem Metall, zum Beispiel Aluminium. Die Lagerbüchse 16 weist eine zentrale Lagerbohrung auf und bildet zusammen mit der Basisplatte 10 das feststehende Bauteil des Spindelmotors. Die Lagerbüchse 16 besteht vorzugsweise aus Stahl. In die Lagerbohrung der Lagerbüchse 16 ist eine Welle 18 drehbar eingesetzt, deren Durchmesser geringfügig, d. h. nur um einige Mikrometer, kleiner ist als der Durchmesser der Lagerbohrung. Zwischen den Oberflächen der Lagerbüchse 16 und der Welle 18 verbleibt ein Lagerspalt 20 von wenigen Mikrometer Breite. Der Lagerspalt 20 ist mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt.

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Die einander gegenüberliegenden Oberflächen der Welle 18 und der Lagerbüchse 16 bilden entlang eines axial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts 20 vorzugsweise zwei fluiddynamische Radiallager 22, 24 aus. Die beiden fluiddynamischen Radiallager 22, 24 haben einen axialen Abstand voneinander. Die fluiddynamischen Radiallager 22, 24 sind durch Lagerrillenstrukturen gekennzeichnet, die auf einander gegenüberliegenden Lagerflächen der Welle 18 und/oder der Lagerbüchse 16 aufgebracht sind. Sobald sich die Welle 18 in der Lagerbohrung um die Rotationsachse 14 dreht, üben die Lagerrillenstrukturen eine Pumpwirkung auf das im Lagerspalt 20 zwischen der Welle 18 und der Lagerbüchse 16 befindliche Lagerfluid aus, sodass im Lagerspalt 20 ein hydrodynamischer Druck erzeugt wird, der die Radiallager 22, 24 tragfähig macht.

Das obere Radiallager 22 hat vorzugsweise leicht asymmetrisch ausgebildete Lagerrillenstrukturen, die das Lagerfluid überwiegend in Richtung des unteren Radiallagers 24 pumpen. Das untere Radiallager 24 umfasst vorzugsweise symmetrisch ausgebildete Lagerrillenstrukturen, die eine gleichmäßige Pumpwirkung in beide Richtungen des Lagerspalts 20 erzeugen.

Ein freies Ende der Welle 18 ist mit dem Rotorbauteil 12 verbunden, das sich zusammen mit der Welle 18 um die Rotationsachse 14 dreht. Das Rotorbauteil 12 weist einen inneren Rand auf, der die Lagerbüchse 16 teilweise umgibt. Eine untere, ebene Fläche des Rotorbauteils 12 bildet zusammen mit einer gegenüberliegenden Stirnfläche der Lagerbüchse 16 ein fluiddynamisches Axiallager 26, dessen Lagerflächen durch einen radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 20 getrennt sind. Hierbei ist die entsprechende Stirnfläche der Lagerbüchse 16 und/oder die gegenüberliegende ebene Fläche des Rotorbauteils 12 mit vorzugsweise spiralförmigen Lagerrillenstrukturen versehen. Die Lagerrillenstrukturen des Axiallagers 26 üben bei einer Rotation des Rotorbauteils 12 um die Drehachse 14 eine radial nach innen in Richtung des oberen Radiallagers 22 gerichtete Pumpwirkung auf das im radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 20 befindliche Lagerfluid aus. Dadurch entsteht im radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 20 zwischen dem Rotorbauteil 12 und der oberen Stirnseite der

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Lagerbüchse 16 ein hydrodynamischer Druck, der das Axiallager 26 tragfähig macht und das Rotorbauteil 12 in axialer Richtung von der Lagerbüchse 16 abhebt, Der Betrag des Abhebens kann als sogenannte Flughöhe gemessen werden und beträgt beispielsweise zwischen 5 bis 20 Mikrometer.

In der Lagerbüchse 16 kann ein Rezirkulationskanal 28 vorgesehen sein, der vorzugsweise schräg von der oberen Stirnseite bis zur unteren Stirnseite der Lagerbüchse 16 verläuft. Der Rezirkulationskanal 28 verbindet den am radial äußeren Rand des Axiallagers 26 befindlichen radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 20 mit einem unterhalb des unteren Radiallagers 24 befindlichen Abschnitt des Lagerspalts 20 und unterstützt dadurch eine Zirkulation des Lagerfluids im Lagersystem.

Die Lagerbüchse 16 weist an ihrem in der Basisplatte 10 befestigten Ende eine zur Lagerbohrung konzentrische Aussparung auf, deren Durchmesser deutlich größer ist als der Durchmesser der Lagerbohrung. Die Lagerbüchse 16 ist an dieser Seite durch eine Abdeckplatte 30 verschlossen. Innerhalb der Aussparung der Lagerbüchse 16 ist ein an einem Ende der Welle 18 befestigter Stopperring 18a angeordnet, der einen vergrößerten Außendurchmesser im Vergleich zum Durchmesser der Welle 18 aufweist. Der Stopperring 18a kann vorzugsweise einteilig mit der Welle 18 ausgebildet sein. Die Aussparung, in welcher der Stopperring 18a angeordnet ist, ist mit dem Lagerspalt 20 sowie dem Rezirkulationskanal 28 verbunden und vollständig mit Lagerfluid gefüllt. Bei einer übermäßigen axialen Bewegung der Welle 18 stößt der Stopperring 18a an einer Stufe der Lagerbüchse 16 an, die durch den Übergang zwischen der Lagerbohrung und der Aussparung gebildet wird. Der Stopperring 18a verhindert dadurch ein Herausfallen der Welle 18 aus der Lagerbüchse 16.

Am radial äußeren Ende seines radialen Abschnitts geht der Lagerspalt 20 in einen Spalt mit größerem Spaltabstand über, welcher als kapillarer Dichtungsspalt 32 wirkt und anteilig mit Lagerfluid gefüllt ist. Der Dichtungsspalt 32 erstreckt sich anfänglich ausgehend vom Lagerspalt 20 radial nach außen und geht in einen axialen Abschnitt

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36892 über, der sich entlang der äußeren Mantelfläche der Lagerbüchse 16 zwischen der Lagerbüchse 16 und einem Rand des Rotorbauteils 12 erstreckt. Die äußere Umfangsfläche der Lagerbüchse 16 sowie die innere Umfangsfläche des Rands des Rotorbauteils 12 sind weitgehend zylindrisch, jedoch vorzugsweise leicht konisch geneigt und bilden die Begrenzung des Dichtungsspalts 32. Dadurch, dass die obere Öffnung des Rezirkulationskanals 28 sehr nahe an der Übergangszone zwischen Lagerfluid und Atmosphäre angeordnet ist, können im Lagerfluid gelöste Luftblasen relativ leicht in die Atmosphäre entweichen.

An der Basisplatte 10 ist radial außerhalb der Position der Lagerbüchse 16 eine Statoranordnung 34 angeordnet. Die Statoranordnung 34 umfasst einen ferromagnetischen Statorkern 36, auf dem mehrere Statorwicklungen 38 angeordnet sind, die aus einzelnen Wicklungsdrähten 40 bestehen. Die Statoranordnung 34 ist von einem äußeren Rand des Rotorbauteils 12 umschlossen, an dessen Innenseite ein ringförmiger Rotormagnet 42 angeordnet ist. Der Rotormagnet 42 umgibt die Statoranordnung 34 in radialer Richtung unter Bildung eines Luftspalts. In Fig. 1 ist ein Außenläufermotor dargestellt. Die Erfindung ist nicht auf einen Außenläufermotor beschränkt, sondern es kann erfindungsgemäß auch ein Innenläufermotor Verwendung finden. Durch entsprechende Versorgung der Statorwicklungen mit Strom wird ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das auf den Rotormagneten 42 wirkt und das Rotorbauteil 12 zusammen mit der Welle 18 um die Rotationsachse 14 drehend antreibt.

Axial unterhalb des Rotormagneten 42 ist vorzugsweise ein ferromagnetischer Ring 44 angeordnet, der den Rotormagneten 42 in axialer Richtung magnetisch anzieht, wodurch sich eine nach unten zur Basisplatte 10 hin gerichtete magnetische Kraft ergibt. Diese magnetische Kraft wirkt der axialen Lagerkraft des fluiddynamischen Axiallagers 26 entgegen und dient der axialen Vorspannung des Lagersystems. Eine axiale Vorspannung kann ebenfalls durch einen leichten axialen Versatz zwischen Statoranordnung 34 und Rotormagnet 42 erzeugt werden.

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Die Statoranordnung 34 ist auf einer Oberseite der Basisplatte 10 angeordnet, wobei die Wicklungsdrähte 40 der Statorwicklungen 38 als freie Enden aus der Statoranordnung 34 nach unten in Richtung der Basisplatte 10 herausgeführt sind. Unterhalb der Statoranordnung 34 ist eine Isolationsscheibe 35 angeordnet. Die Basisplatte 10 weist mindestens eine Durchgangsöffnung 46 auf, welche die Oberseite der Basisplatte 10 mit einer Unterseite der Basisplatte 10 durchgehend verbindet. Die von der Statoranordnung 34 herausgeführten Wicklungsdrähte 40 werden durch diese Durchgangsöffnung 46 zur Unterseite der Basisplatte 10 geführt. Auf der Unterseite der Basisplatte 10 ist eine elektrische Leiterplatte 48 angeordnet. Die elektrische Leiterplatte 48 ist zumindest teilweise in einer Vertiefung 52 der Basisplatte 10 angeordnet, sodass sie nicht über die untere Oberfläche der Basisplatte 10 hinausragt. Die Durchgangsöffnung 46 der Basisplatte 10 weist bevorzugt eine abgeschrägte Senkung 54 auf, die einen Übergang zwischen der Durchgangsöffnung 46 und der Vertiefung 52 der Basisplatte 10 bildet.

Die Wicklungsdrähte 40 sind ausgehend von der Statoranordnung 34 von der Oberseite der Basisplatte 10 durch die Durchgangsöffnung 46 bis zur Unterseite der Basisplatte 10 und danach in der Vertiefung entlang der Unterseite der Basisplatte 10 bis hin zu jeweils einer Lötfläche 50 auf der Leiterplatte 48 geführt, wo sie verlötet und mit der elektrischen Leiterplatte 48 kontaktiert werden.

Der fertige Aufbau der mit der Leiterplatte 48 verschalteten Wicklungsdrähte wird vorzugsweise mit einer elektrisch isolierenden Vergussmasse 64 vergossen. Insbesondere wird der Bereich der Durchgangsöffnung 46 der Basisplatte 10 mit der Vergussmasse 64 vergossen, sodass die Durchgangsöffnung 46 abgedichtet wird, und weiterhin wird die Vertiefung 52 in der Basisplatte 10 entlang der Leiterplatte 48 bis hin zur Lötfläche 56 mit der Vergussmasse 58 vergossen. Durch die elektrisch isolierende Vergussmasse 58 werden die Leiterplatte 48 und die Wicklungsdrähte 40 fixiert. Hierdurch wird eine gute elektrische Isolation erreicht. Ferner wird die Anordnung vor äußeren Einflüssen geschützt.

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36892 der Bezugszeichen

Unterteil

Oberteil

Auflageelement

Auflageelement elektrischer Kontaktstift Druckstift

Abstandssensor

Basisplatte

Rotorbauteil

Rotationsachse

Lagerbüchse

Welle

Stopperring

Lagerspalt fluiddynamisches Radiallager fluiddynamisches Radiallager fluiddynamisches Axiallager Rezirkulationskanal Abdeckplatte

Dichtungsspalt Statoranordnung Isolationsscheibe

Statorkern

Statorwicklung Wicklungsdraht

Rotormagnet ferromagnetischer Ring

Durchgangsöffnung Leiterplatte

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Kontaktfläche

Vertiefung

Senkung

Lötfläche elektrisch isolierende Vergussmasse

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Vermessung einer elektrischen Maschine, umfassend ein Unterteil (1) mit Auflageelementen (2) zur Auflage einer Basisplatte (10) der elektrischen Maschine, ein Oberteil (3) mit Auflageelementen (4) zur Auflage auf der Basisplatte (10) der elektrischen Maschine, mindestens einen elektrischen Kontaktstift (5) zur elektrischen Kontaktierung einer Kontaktfläche (50) an einer Seite der Basisplatte (10) der elektrischen Maschine, wobei der elektrische Kontaktstift (5) mit einer Andruckkraft (F) an der Kontaktfläche (50) anliegt, mindestens einen Abstandssensor (7) zur Erfassung mindestens eines Abstandswertes zwischen dem Abstandssensor (7) und einer Oberfläche des Rotorbauteils (12) der elektrischen Maschine, gekennzeichnet durch einen Druckstift (6), der an der dem elektrischen Kontaktstift (5) gegenüberliegenden Seite der Basisplatte (10) mit der Andruckkraft (F‘) anliegt, die etwa der Andruckkraft (F) des Kontaktstifts (5) entspricht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der Differenz beider Kräfte (F) und (F‘) kleiner ist als (F)/2.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Abstandssensor (7) ein berührungsloser Abstandssensor ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere elektrische Kontaktstifte (5) und mehrere diesen elektrischen Kontaktstiften (5) gegenüberliegende Druckstifte (6) vorhanden sind.
5. Verfahren zur Vermessung einer elektrischen Maschine mittels einer Messvorrichtung, umfassend die Schritte:

Einspannen der Basisplatte (10) der elektrischen Maschine zwischen Auflageelementen (2) eines Unterteils (1) und Auflageelementen (4) eines

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Oberteils (3) der Messvorrichtung,

Anlegen eines elektrischen Kontaktstifts (5) mit einer Andruckkraft (F) an eine elektrische Kontaktfläche (50), die an einer Seite der Basisplatte (10) angeordnet ist, zur elektrischen Kontaktierung der elektrischen Maschine,

Andrücken eines Druckstifts (6), an der anderen Seite der Basisplatte (10) und gegenüberliegend dem elektrischen Kontaktstift (5) mit einer Andruckkraft (F‘), die etwa der Andruckkraft (F) des elektrischen Kontaktstifts (5) entspricht, und Erfassen mindestens eines Abstandswerts zwischen mindestens einem Abstandssensor (7) und einer Oberfläche des Rotorbauteils (12) der elektrischen Maschine.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der Differenz beider Kräfte (F) und (F‘) kleiner ist als (F)/2
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein berührungsloser Abstandssensor (7) verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere elektrische Kontaktstifte (5) und mehrere diesen gegenüberliegende Druckstifte (6) verwendet werden.

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Neue Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Vermessung einer elektrischen Maschine, umfassend ein Unterteil (1) mit Auflageelementen (3) zur Auflage einer Basisplatte (10) der elektrischen Maschine, ein Oberteil (2) mit Auflageelementen (4) zur Auflage auf der Basisplatte (10) der elektrischen Maschine, mindestens einen elektrischen Kontaktstift (5) zur elektrischen Kontaktierung einer Kontaktfläche (50) an einer Seite der Basisplatte (10) der elektrischen Maschine, wobei der elektrische Kontaktstift (5) mit einer Andruckkraft (F) an der Kontaktfläche (50) anliegt, mindestens einen Abstandssensor (7) zur Erfassung mindestens eines Abstandswertes zwischen dem Abstandssensor (7) und einer Oberfläche des Rotorbauteils (12) der elektrischen Maschine, gekennzeichnet durch einen Druckstift (6), der an der dem elektrischen Kontaktstift (5) gegenüberliegenden Seite der Basisplatte (10) mit der Andruckkraft (F) anliegt, die etwa der Andruckkraft (F) des Kontaktstifts (5) entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der Differenz beider Kräfte (F) und (F‘) kleiner ist als (F)/2.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Abstandssensor (7) ein berührungsloser Abstandssensor ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere elektrische Kontaktstifte (5) und mehrere diesen elektrischen Kontaktstiften (5) gegenüberliegende Druckstifte (6) vorhanden sind.

5. Verfahren zur Vermessung einer elektrischen Maschine mittels einer Messvorrichtung, umfassend die Schritte:

Einspannen der Basisplatte (10) der elektrischen Maschine zwischen Auflageelementen (3) eines Unterteils (1) und Auflageelementen (4) eines

19/20 [ ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE)

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Oberteils (2) der Messvorrichtung,

Anlegen eines elektrischen Kontaktstifts (5) mit einer Andruckkraft (F) an eine elektrische Kontaktfläche (50), die an einer Seite der Basisplatte (10) angeordnet ist, zur elektrischen Kontaktierung der elektrischen Maschine,

Andrücken eines Druckstifts (6), an der anderen Seite der Basisplatte (10) und gegenüberliegend dem elektrischen Kontaktstift (5) mit einer Andruckkraft (F), die etwa der Andruckkraft (F) des elektrischen Kontaktstifts (5) entspricht, und Erfassen mindestens eines Abstandswerts zwischen mindestens einem Abstandssensor (7) und einer Oberfläche des Rotorbauteils (12) der elektrischen Maschine.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der Differenz beider Kräfte (F) und (F‘) kleiner ist als (F)/2

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein berührungsloser Abstandssensor (7) verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere elektrische Kontaktstifte (5) und mehrere diesen gegenüberliegende Druckstifte (6) verwendet werden.

20/20 [ ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE )