Axiale Klemmung für die rahmenlose Motormontage: Prinzipien und Praxis

Die axiale Klemmung ist eine mechanische Haltemethode, bei der ein Motorstator oder -rotor befestigt wird, indem er entlang der Motorachse zwischen zwei starren Teilen zusammengedrückt wird. In der Praxis bildet ein Gehäusebauteil eine Schulter (oder eine „Schrägfläche“), an der der Stator anliegt. Anschließend wird ein separater Klemmring oder eine separate Endglocke an der Oberseite angeschraubt. Durch Anziehen der Befestigungselemente werden die beiden Teile zusammengezogen, wodurch ein Reibungskontakt entsteht, der das Statorpaket fixiert. Die korrekte radiale Ausrichtung wird durch eine präzise Passung des Außendurchmessers des Stators im Gehäuse (oder des Innendurchmessers des Rotors auf der Welle) gewährleistet, während die axiale Position durch die Schulter- und Klammergeometrie gesteuert wird. Mit anderen Worten, der Stator ist axial „eingeklemmt“: Er stützt sich auf einer Seite an eine feste Schulter, und auf der anderen Seite übt ein Klemmring (oft ein vollständiger 360°-Ring oder mehrere gleichmäßig verteilte Klemmen) auf der anderen Seite einen gleichmäßigen axialen Druck aus.

Vorteile des Klemmens gegenüber dem Kleben

‍
Die Verwendung von axialer Klemmung statt Verklebung bietet mehrere praktische Vorteile bei der Motormontage. Es sind weder Aushärtungszeiten noch Chemikalien erforderlich, was den Montageprozess erheblich beschleunigen kann. Beim Klemmen müssen Sie keinen Epoxidkleber oder anaeroben Klebstoff auftragen und warten, bis er ausgehärtet ist, wodurch mögliche Verzögerungen und die Komplexität der Handhabung von Chemikalien vermieden werden. Darüber hinaus kann eine axial geklemmte Baugruppe bei Bedarf auseinandergenommen werden: Im Gegensatz zu einer dauerhaften Klebeverbindung können Stator und Rotor zu Inspektions- oder Wartungszwecken demontiert werden. Diese einfache Demontage wird in der Praxis ausdrücklich hervorgehoben — Axialklemmen „sorgen für eine zuverlässige Positionierung des Stators“ und ermöglichen gleichzeitig „eine einfache Demontage zu Wartungszwecken“. Schließlich wird durch das Klemmen das Risiko vermieden, dass sich der Klebstoff im Laufe der Zeit abbaut oder ausgast, und es wird vermieden, dass die Gehäusematerialien an die Wärmeausdehnungen angepasst werden müssen (ein Problem bei der Verwendung von Einpress- oder Schrumpfkonstruktionen). Kurz gesagt, die axiale Klemmung sorgt für eine robuste, wartungsfreundliche Verbindung ohne chemische Verbindungsschritte.

Wichtige Überlegungen: Ausrichtung, Retention und Wärmeleistung

‍
Bei der Verwendung einer axialen Klemmung müssen mehrere Faktoren sorgfältig berücksichtigt werden:

• Radiale und axiale Ausrichtung: Eine präzise Ausrichtung ist entscheidend. Die radiale Ausrichtung erfolgt durch eine enge Passung (eine Linie zu Linie oder eine Übergangspassung) zwischen dem Außendurchmesser des Stators und der Gehäusebohrung oder zwischen dem Rotor-Innendurchmesser und der Welle. Die axiale Ausrichtung wird durch harte Anschläge oder Schultern im Gehäuse oder in der Welle festgelegt. Beispielsweise kann eine gefräste Schulter an einer Gehäusehälfte die axiale Position des Stators definieren, während der Klemmring auf der anderen Seite das Sandwich vervollständigt. Um Beschädigungen zu vermeiden, ist es wichtig, dass alle harten Anschläge oder Schultern nur den Aluminiumstützring des Motors berühren (nicht die Spulen oder Magnete).
  
  
• Retentionsflächen: Die Klammer muss auf den richtigen Oberflächen aufliegen. Bei Statoren haben die meisten Ausführungen ohne Schlitz einen dünnen Stahlring auf der Rückseite, der von Endringen aus Aluminium umgeben ist. Die Klemme sollte in den starren hinteren Eisen- oder Aluminiumring eingreifen, nicht in die isolierten Wicklungen. Bei Rotoren mit Halbach-Magnetanordnungen muss die Klemme am Tragring des Rotors anliegen und nicht an den spröden Magneten selbst. Verwenden Sie einen kreisförmigen Klemmring oder mehrere Klemmen mit gleichmäßigem Abstand, um die Kraft gleichmäßig auf den Stapel zu verteilen. Die Befestigungsschrauben (4—12 Schrauben mit gleichem Abstand sind üblich) sollten auf das angegebene Drehmoment eingestellt werden, damit die Klemme ausreichend Druck ausübt, ohne die Teile zu verformen.
  
  
• Drehmoment- und Lastanforderungen: Beurteilen Sie die Drehmoment- und Stoßanforderungen des Motors. Vielen Richtlinien zufolge eignet sich die axiale Klemmung gut für Anwendungen mit niedrigen bis mittleren Drehmomenten, bei denen eine regelmäßige Demontage erforderlich sein könnte. Bei sehr hohen Drehmomenten oder starken Vibrationen können zusätzliche Verfahren (Kleben, Schrumpffassung oder zusätzliche Klemmen) ratsam sein. Wenn eine hohe Spannkraft erforderlich ist, können Sie die Oberfläche der Klemme oder die Anzahl der Schrauben vergrößern, um die Gesamthaltekraft zu erhöhen.
  
  
• Thermische Leistung: Das Wärmemanagement sollte nicht übersehen werden. Jeder Luftspalt zwischen Stator und Gehäuse erhöht den Wärmewiderstand. Es ist üblich, den kleinen Zwischenraum zwischen dem Außendurchmesser des Stators und der Gehäusebohrung mit einem wärmeleitenden Grenzflächenmaterial auszufüllen, beispielsweise mit Wärmeleitpaste auf Silikonbasis oder einem dünnen Schichtkleber, um die Wärmeübertragung zu verbessern. Stellen Sie außerdem sicher, dass die Kontaktflächen des Klemmrings sauber und flach sind, um eine gute Wärmeübertragung zu gewährleisten. Insgesamt kann durch die Bereitstellung guter Wärmepfade (mit Fett oder wärmeleitendem Klebstoff im Spalt) die Motorkühlung erheblich verbessert werden.
  
  
• Schutz der Komponenten: Die Klammer darf empfindliche Teile nicht beschädigen. Wenden Sie die Spannkräfte nur durch die robusten Aluminium-/Stahlringe an. Tragen Sie die Klammer insbesondere nicht an Magneten oder Wicklungen. Achten Sie darauf, dass zwischen den Klemmenelementen und den Wicklungsenden ein ausreichender Abstand besteht, sodass die gesamte axiale Belastung durch die vorgesehenen Oberflächen geleitet wird.
  
  

Bewährte Methoden für die sichere Anwendung der Spannkraft

So wenden Sie eine axiale Klemmkraft an, ohne den Motor zu beschädigen:

• Kraftpfad: Leiten Sie alle Klemmkräfte durch die dafür vorgesehenen Konstruktionsringe. Jeder harte Anschlag- oder Klemmkontakt darf nur den Aluminiumstützring des Motors berühren, nicht den Spulenguss oder die Magnetflächen. Dadurch wird verhindert, dass die Wicklungen und Magnete gequetscht oder verformt werden.
  
  
• Verschluss: Verwenden Sie mehrere Schrauben oder Klemmen, die gleichmäßig um den Ring verteilt sind. Ziehen Sie die Schrauben abwechselnd an, um einen gleichmäßigen Druck auszuüben. Beachten Sie die Drehmomentangaben des Herstellers. In einem Beispiel für einen Rahmen mit geringem Drehmoment wurden beispielsweise vier M3-Schrauben mit einem Drehmoment von etwa 1 N·m verwendet (stellen Sie sicher, dass die Schrauben und das Drehmoment Ihrer Konstruktion der Größe und dem Drehmoment des Motors entsprechen).
  
  
• Schützt vor Lockerung: Verwenden Sie die Verriegelungsfunktionen an den Klemmschrauben. Eine Sicherungsscheibe, ein Gewindeschutz oder ein anaerober Klebstoff auf den Schrauben können verhindern, dass sie bei Vibrationen herausspringen. Zum Beispiel kann eine Sicherungsscheibe oder ein Klebstoff aufgetragen werden, um zu verhindern, dass sich die Klemmschrauben lösen.
  
  
• Sauberkeit der Oberfläche: Halten Sie die Spannflächen sauber und trocken. Öl, Fett oder Staub auf den Kontaktflächen können die Reibung und die effektive Spannkraft verringern. Vermeiden Sie insbesondere, die Klemmflächen mit Schmiermittel zu verunreinigen: Achten Sie bei der Konstruktion auf einen Freiraum, damit kein Fett in die Spannflächen gelangen kann.
  
  
• Konstruktionsabstände: Die mechanische Konstruktion sollte einen axialen Spalt (Freiraum) hinter dem Klemmring aufweisen, wenn der Stator eingebaut ist. Durch diesen Abstand wird sichergestellt, dass der Klemmring beim Anziehen der Schrauben nur den Stator (und nicht eine andere Schulter) berührt. Wenn der Klemmring vor dem Festziehen gegen das Gehäuse stoßen könnte, würde der Stator nicht richtig zusammengedrückt werden.
  
  
• Schutz der Komponenten: Gehen Sie bei der Montage vorsichtig mit Stator und Rotor um. Reinigen Sie beispielsweise die Bauteile (Stator-Außendurchmesser, Rotor-Innendurchmesser, Gehäusebohrungen und Klemmflächen) vor der Montage stets mit Isopropylalkohol auf einem fusselfreien Tuch. Dadurch werden Öle entfernt, die den Kontakt oder die Wärmeübertragung beeinträchtigen könnten.
  
  

Schrittweise Montage des ST-130-27-Max-Motors

‍
Im Folgenden wird eine Möglichkeit beschrieben, den Alva ST-130-27-Max-Rahmenmotor mithilfe einer axialen Klemmung zu montieren. (Die genauen Artikelnummern und Drehmomentwerte entnehmen Sie bitte den jeweiligen mechanischen Zeichnungen.)

1. Bereite die Gehäusehälften vor. Setzen Sie die entsprechenden Lager in jede der beiden Gehäuseendkappen oder -rahmen ein. Reinigen Sie alle Kontaktflächen (den Außendurchmesser des Stators, die Gehäusebohrungen und die Klemmflächen) mit Isopropylalkohol und einem fusselfreien Tuch.
   
   
2. Retention Compound auftragen (optional). Auf einer Gehäusehälfte (der Seite, auf der der Statorklemmenblock sitzen wird) eine dünne Schicht einer anaeroben Haftmasse (z. B. Loctite 638) oder Wärmeleitpaste auf die Bohrungsfläche auftragen. Dadurch können die Reibung und der Wärmekontakt verbessert werden. Falls gewünscht, kann stattdessen eine kleine Menge Silikon-Wärmeleitpaste verwendet werden.
   
   
3. Stecken Sie den Stator ein. Legen Sie den Statorstapel in die vorbereitete Gehäusehälfte und drücken Sie ihn axial, bis er an der Innenschulter des Gehäuses anliegt. Der äußere Aluminiumring des Stators wird auf dieser Schulter abstützen. Stellen Sie sicher, dass der Stator so ausgerichtet ist, dass seine Wicklungen und Anschlüsse korrekt ausgerichtet sind (z. B. der Klemmenblock zur vorgesehenen Seite zeigt).
   
   
4. Rotor und gegenüberliegendes Gehäuse anbringen. Setzen Sie den Rotor (auf seiner Welle) in die andere Gehäusehälfte ein (in der auch das Lager eingebaut ist). Dann fügen Sie die beiden Hälften zusammen: Drücken Sie die zweite Gehäusehälfte (mit Rotor) auf die Welle, bis sie sich dem Stator nähert. In diesem Schritt wird der Rotor in den Stator eingeführt und die zweite Gehäusehälfte wird mit der ersten zusammengefügt. Der Spannspalt zwischen Stator und zweitem Gehäuse wird sich leicht schließen, wenn sie sich treffen. Vergewissern Sie sich, dass die axiale Ausrichtung von Rotor und Stator korrekt ist. Dafür sorgen häufig gefräste Schultern oder ein Flansch an der Welle.
   
   
5. Klemmbolzen einbauen. Stecken Sie mit dem Stator zwischen den beiden Gehäusehälften ringsum Spannschrauben durch das zweite Gehäuse in das erste Gehäuse (oder den Klemmring). Beispielsweise können vier M3-Schrauben (mit gleichmäßigem Abstand von 90°) verwendet werden. Ziehen Sie die Schrauben schrittweise und gleichmäßig in einem Kreuzmuster an, bis etwa das angegebene Drehmoment erreicht ist (in der Beispielbaugruppe wurden ~1 N·m für M3-Schrauben verwendet). Dadurch werden die beiden Gehäusehälften zusammengezogen und der Stator wird axial gegen die Schulter gedrückt. Nicht zu fest anziehen und sicherstellen, dass die Spannkraft gleichmäßig über den Stützring des Stators aufgebracht wird.
   
   
6. Letzte Überprüfungen und Installation des Encoders. Stellen Sie nach dem Verschrauben sicher, dass die Montage spielfrei ist und dass der Stator fest sitzt. Vergewissern Sie sich, dass der Klemmring nicht vorzeitig nach unten gewälzt ist (stellen Sie sicher, dass ein vorsätzlicher Spalt zurückgeblieben ist) und dass sich der Stator nicht verschoben hat. Installieren Sie abschließend je nach Bedarf den Encoder oder die Endglocke des Motors. Der Motor ist jetzt mit einem axialen Klemmmechanismus zusammengebaut, der den Stator sichert.
   
   

Stellen Sie bei der Montage sicher, dass alle Kräfte durch die dafür vorgesehenen Konstruktionsringe (das Aluminium-/Stahl-Hintereisen) geleitet werden. Dadurch werden die Spulen und Magnete vor Stress geschützt. Bei der axialen Klemmung wird sorgfältig auf Ausrichtung, Sauberkeit und gleichmäßige Spannkraft geachtet, eine zuverlässige, klebstofffreie Motorbaugruppe, die wartungsfreundlich und thermisch effizient ist.

‍