Małgorzata Gołąbek, Karolina Dąbrowska, Łukasz Mendalka
1. Wstęp – rola procesu montażu
Proces montażu ma kluczowe znaczenie dla jakości i niezawodności silników elektrycznych. Kluczowe etapy, takie jak montaż stojana, wirnika, łożyskowania, uzwojeń czy kadłuba realizowane są z wykorzystaniem technologii, m.in. klejenia, połączeń wciskowych i spawanych. W artykule zostaną przedstawione i przeanalizowane technologie montażu stosowane w Centrum Napędów i Maszyn Elektrycznych.
2. Technologia połączeń wciskowych w budowie silników
Połączenia wciskowe to trwałe mechaniczne połączenia bazujące na tarciu. Stosowane między innymi do montażu pakietu wirnika, stojana w kadłubie i łożysk. Wymagają precyzyjnego wykonania w wysokich tolerancjach dochodzących do tysięcznych części milimetra. Standardowymi technikami wspomagającymi montaż przy pomocy wcisku są: nagrzewanie części zewnętrznej i chłodzenie części wewnętrznej oraz smarowanie powierzchni pasowanych. Ich zaletami są wysoka sztywność i odporność na wibracje, a wadą jest brak możliwości demontażu bez zniszczenia poszczególnych części składowych.
3. Klejenie w produkcji silników elektrycznych
Technologia klejenia stosowana jest w łączeniu blach stojana i wirnika, mocowaniu magnesów trwałych, mocowaniu czujników i sklejaniu części obudowy. Głównymi zaletami jest równomierny rozkład naprężeń, możliwość łączenia różnych materiałów, redukcja masy i eliminacja elementów mechanicznych. Głównymi ograniczeniami są wysokie wymagania przygotowania powierzchni, niska odporność na wysokie temperatury i czynniki środowiskowe. Istnieje cała paleta klejów wykorzystywanych w połączeniach klejonych takich jak kleje akrylowe, epoksydowe, poliuretanowe i silikonowe, stosuje się je zamiennie zależnie od wymaganych parametrów łączenia, takich jak wysoka temperatura lub odporność na rozpuszczalniki.
4. Technologie lutowania i spawania
Lutowanie i spawanie są procesami trwałego łączenia metali. Lutowanie znajduje szerokie zastosowanie w montażu połączeń elektrycznych w silnikach, zwłaszcza w zakresie łączenia końców uzwojeń z zaciskami, przewodów zasilających, czujników i enkoderów. Wyróżniamy lutowanie miękkie stosowane głównie przy elektronice oraz lutowanie twarde, używane w połączeniach obciążonych termicznie i mechanicznie.
Spawanie w technologii łączenia elementów konstrukcyjnych zwykle wykorzystuje się do spawania kadłubów, łap silnika, osłon czy pierścieni zamykających tarcz i uzwojeń klatkowych. Najczęściej stosuje się spawanie łukowe MIG/MAG przy stalowych i aluminiowych elementach konstrukcyjnych silnika. Metoda TIG zwykle stosowana jest przy precyzyjnym łączeniu elementów z aluminium, miedzi, stali nierdzewnych i ich stopów.
5. Połączenia rozłączne – połączenia wpustowe i śrubowe
Połączenia rozłączne stosuje się głównie w podzespołach wymagających demontażu. Najczęściej stosowanymi połączeniami rozłącznymi są połączenia śrubowe, wykorzystywane np. w tarczach łożyskowych z kadłubem, aby w razie potrzeby móc wymienić zużyte łożyska i inne podzespoły eksploatacyjne. Połączenia śrubowe używane są do mocowania obudów, czujników, podzespołów chłodzenia. Drugim najczęściej stosowanym połączeniem rozłącznym jest połączenie wpustowe. Wpusty przenoszą moment obrotowy między wałem a elementami wirującymi, ale również niejednokrotnie wykorzystuje się je do łączenia wałów z wirnikiem. W nowoczesnych konstrukcjach technologię wpustową często wspomaga się klejeniem oraz wciskiem.
6. Montaż uzwojeń – metody wsuwania i szycia
Najbardziej pracochłonny etap, zajmujący nawet 40% czasu produkcji. Najczęściej stosuje się uzwajanie wykonywane metodami wsuwania lub szycia. W metodzie wsuwanej w pierwszej kolejności szlifuje się i izoluje żłobki, następnie formuje się cewki zgodne z wymaganą geometrią i wsuwa się je w przygotowane wcześniej żłobki. Dociska się je stalowymi klinami po czym instaluje się koszulki izolacyjne i łączy cewki zgodnie z dokumentacją. Alternatywnie używa się metody szycia, w której przygotowane przewody wprowadza się do żłobków w sposób przypominający szycie. Jest to precyzyjna metoda, wykorzystywana w silnikach o złożonej geometrii.
Niezależnie od metody końcowym procesem uzwajania jest wiązanie uzwojeń taśmami i formowanie czół, po czym cewki poddawane są impregnacji lakierem w celu zwiększenia odporności na czynniki zewnętrzne.
7. Podsumowanie
Montaż silnika elektrycznego obejmuje różnorodne technologie łączenia elementów mechanicznych i elektrycznych. Każdy z nich jest wykorzystywany w konkretnych przypadkach i służy do innych celów. Odpowiednio zaprojektowany i zrealizowany montaż decyduje o sprawności, żywotności i niezawodności jednostki napędowej w docelowej aplikacji.
Literatura
- Zbigniew Kornberger: Technologia obróbki skrawaniem i montażu. WNT, Warszawa, 1974.
- Tadeusz Dobrzański: Rysunek techniczny maszynowy. WNT, Warszawa, 2000.
- Tadeusz Puff: Podstawy technologii montażu maszyn i urządzeń. WNT, Warszawa, 1980.
- Małgorzata Gołąbek, Karolina Dąbrowska: Znaczenie i złożoność procesu wykonywania uzwojeń w produkcji silników indukcyjnych. Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Napędów i Maszyn Elektrycznych.
Małgorzata Gołąbek, Karolina Dąbrowska, Łukasz Mendalka
Sieć Badawcza Łukasiewicz – Górnośląski Instytut Technologiczny, Polska
