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Asynchronmaschine mit Kurzschlussläufer
Wegen seiner einfachen Herstellung und vor allem auch wegen seiner grossen mechanischen und elektrischen Betriebssicherheit ist der Asynchronmotor die am häufigsten verwendete elektrische Maschine. Zweipolige, bei 50 Hz also mit etwa 3000 U/min laufende Maschinen werden bis zu einigen MW Leistung gebaut. Bei Maschinen mit solchen Leistungen tritt das nachstehend geschilderte Problem auf. Die Enden der in den Läufernuten liegenden Stäbe werden beiderseits des Läuferpaketes durch Kurzschlussringe elektrisch und mechanisch miteinander verbunden. Diese Ringe dienen also einerseits der Stromführung, müssen aber anderseits gegen die Welle abgestützt und vor allem auch auf der Welle genauestens zentriert werden.
Aus Festigkeitsgründen ist eine isolierte Abstützung der Kurzschlussringe unmittelbar an der Welle oder an einem eigenen Zentrierring nur sehr schwach und mit einigem Aufwand möglich. Eine isolierte Abstützung wäre aber aus nachstehenden Gründen vielfach erforderlich.
Zwar treten am Umfang der Kurzschlussringe nur geringe Spannungsdifferenzen auf, doch genügen diese, um die oft sehr hohen Ströme (im Anlauf 50 kA und mehr) im ungewollten Nebenschluss über die Zentrierung und die Welle zu führen. Es findet dann also an den mechanisch tragenden Punkten der im übrigen Schiebesitz aufweisenden Zentrierpassung ein Stromübergang statt, der an diesen Stellen zu gefährlichen lokalen Erwärmungen, beim Hochfahren geradezu zu einem Aufglühen, führen kann. Als Folge davon können diese Stellen verschweissen und der Ring kann dann späteren Wärmedehnungen der Stäbe nicht mehr folgen, was bei wiederholten Wärmespielen die Ursache für gefährliche Brüche sein kann.
Oder aber die Zentrierstellen verzundern und brennen aus, womit eine exakte Ringzentrierung verlorengeht und der Kurzschlussring, nunmehr exzentrisch laufend, durch gefährliche Laufunruhe die Maschine selbst und ihre Umgebung gefährdet. Das Aufglühen des Zentriersitzes ist insbesondere beim Hochfahren zweipoliger Maschinen im allgemeinen schon rein visuell gut zu beobachten. Ziel der Erfindung ist es, hier Abhilfe zu schaffen, ohne zu der wie schon erwähnt komplizierten isolierten Abstützung der Kurzschlussringe greifen zu müssen.
Gegenstand der Erfindung ist eine Asynchronmaschine mit Kurzschlussläufer, dessen Kurzschlussringe profiliert sind und ohne Isolierung auf der Maschinenwelle unmittelbar oder über einen Zentrierring abgestützt werden, wobei in erfindungsgemässer Weise durch der Welle benachbart und konzentrisch zu ihr liegende Ausnehmungen in den vorzugsweise aus Messing hergestellten Kurzschlussringen ein galvanischer Isthmus gebildet ist und ein zur Welle koaxialer Ring aus galvanisch gut leitendem Material, vorzugsweise Kupfer, an dem Isthmus anliegt.
An Hand der Zeichnungen soll das in Rede stehende Problem näher erörtert und die erfindungsgemässe Lösung beschrieben werden. Die Fig. 1 und 2 zeigen in zwei Ansichten die nicht isolierte Abstützung eines Kurzschlussringes --2-- über einen Zentrierring --4-- auf der Maschinenwelle --1--, Mit --3-- sind die Kurzschlussläuferstäbe angedeutet.
Der Zentrierring - ist in Form eines auf die Welle aufgekeilten Tragsternes ausgebildet und die zentrierenden Flächen sind mit--5--positioniert. In Fig. 3 sind in einem Schema für eine zweipolige Maschine zwei Stromlinien --S1 und S2-- eingezeichnet, von denen die eine --S1-- eine mittlere Strombahn im Kurzschlussring und die andere --S2 -- eine auf kürzestem Weg über die Zentrierung des
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Kurzschlussringes und die Welle führende Strombahn repräsentiert. Für die galvanische Verbindung der diametral (und damit für einen zweipoligen Motor räumlich um 1800 versetzt) liegenden Stäbe-S'
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ein.
Vernachlässigt man die Übergangswiderstände an den Zentrierflächen und nimmt man als Material für den Kurzschlussring Kupfer, als Wellen-und Zentrierringmaterial Eisen an, so fliessen, natürlich abhängig von den Abmessungen, etwa 25% des Stromes im Kurzschlussring über den ungewollten Nebenschluss. Bei grossen Maschinen mit etwa 50 kA Anlaufstrom im Kurzschlussring wären das also rund 12kA, die über die Zentrierung fliessen. Dieser Wert erhöht sich um ein Vielfaches, wenn der Kurzschlussring, wie das meist der Fall ist, aus Messing hergestellt ist. Daraus wird die Notwendigkeit von Gegenmassnahmen verständlich.
In Fig. 4 wird die erfindungsgemässe Abhilfe an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
In dieser Figur ist in Übereinstimmung mit den Fig. l und 2 mit--l--wieder die Maschinenwelle, mit--2--der Kurzschlussring, mit--3--ein Läuferstab und mit-4--der Zentrierring bezeichnet. In erfindungsgemässer Weise ist der Kurzschlussring --2-- mit einer ringförmigen Ausnehmung (Ausdrehung) versehen, wodurch für Ströme, die ansonsten den in der Fig. 3 mit --S2-- bezeichneten Parallelpfad nehmen würden, ein galvanischer Isthmus entsteht. In die ringförmige
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dem Kurzschlussring --2-- durch Aufschrumpfen, Verschrauben oder Verlöten elektrisch gut leitend verbunden.
Der galvanische Isthmus einerseits und die gute elektrische Leitfähigkeit des Ringes-6- anderseits bewirken, dass der ungewollte Stromfluss über den Zentrierring und die Maschinenwelle in den Kurzschlussring abgeleitet wird.
Physikalisch gesehen ist es so, dass sich jenen Stromfäden, die die Tendenz hätten, den kürzeren Weg zu nehmen, d. h. also, über die Welle zu fliessen, zunächst der Widerstand des Isthmus und dann die Parallelschaltung aus dem Widerstand des Saugringes und dem Widerstand der Welle darbietet. Jene Stromfäden, die also doch noch den Isthmus passiert haben, nehmen zum grössten Teil den bequemeren Weg über den Saugring, so dass also die Welle und die gefährdeten Stromübergangsstellen (Zentriersitze) strommässig entlastet werden. Mit andern Worten, die Ringströme teilen sich im Verhältnis der Impedanzen auf die verschiedenen möglichen Strombahnen auf. Die an sich kürzeste diametrale Strombahn (für zweipolige Maschinen diametral durch die Welle führend) wird jedoch durch den erfindungsgemässen galvanischen Isthmus in ihrem Widerstandswert erhöht.
Der dadurch verminderte Stromanteil, der den Isthmus in Richtung Welle dennoch passiert, wird von einem gut leitenden Teil (Saugring) weitgehend aufgenommen und damit von der Welle ferngehalten. Damit wird den eingangs erwähnten Gefahren vorgebeugt, ohne zur isolierten Abstützung des Kurzschlussringes greifen zu müssen.
Im dargestellten Beispiel wird der galvanische Isthmus durch eine ringförmige Ausdrehung des Kurzschlussringes gebildet. Ein solcher Isthmus könnte aber auch durch nicht zusammenhängende Ausnehmungen in dem Kurzschlussring, also etwa durch Unterbrechungen in Form von axialen Löchern geschaffen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Asynchronmaschine mit Kurzschlussläufer, dessen Kurzschlussringe profiliert sind und ohne Isolierung auf der Maschinenwelle unmittelbar oder über einen Zentrierring abgestützt werden,
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