Käfigwicklung für Läufer elektrischer Maschinen Die vorliegende Erfindung betrifft eine Käfigwick- lung für Läufer von elektrischen Maschinen, z. B. für harten Betrieb, @d. h. für Betriebsarten, bei denen in er- heblichem Masse Wärme frei wird wie beispielsweise bei Schlupfbetrieb oder während des Anlaufs.
Es kommt bei diesen Wicklungen insbesondere auf eine elastische Ausführung der äusseren kreis- oder kreisbogenförmi gen Verbindungen sowie auf deren Unterteilung an, wobei eine Wicklungsverformung infolge Fliehkraft mit Hilfe von Schrumpfkappen vermeidbar ist.
Es ist in der Tat bekannt, dass solche Wicklungen, wenn sie nach klassischer Art als starrer Verband aus geführt werden, bedeutenden - statischen wie dynami schen - Kräften ausgesetzt sind, die sowohl den Bruch als auch Rissbildungen bei Stäben als Auswirkung von Ermüdungserscheinungen hervorrufen können.
Als Abhilfe sind schon verschiedene Massnahmen vorgeschlagen worden, um sowohl die Stäbe als auch die Ringe zwecks Verminderung der Beanspruchungen ela stisch und verformbar zu machen, mit gegebenenfalls zustäzlicher, elastischer Verbindung zwischen Stäben und Ringen.
Gleichfalls sind verschiedene Vorrichtungen vorge schlagen worden, um Schwingungen zu vermeiden, die von Verformungen der Ringe wegen ihrer freifliegenden Anbringung an den Stabenden herrühren.
Einer der Vorteile einer solchen Vorrichtung besteht darin, dass diese unmittelbar aus der klassischen Lösung hervorgeht, nämlich der Verwendung von Ringen und deren Verbindungen mit den Stabenden, wobei nur die Gestaltung eine Änderung erfährt, um die gesuchte ela stische Wirkung zu erzielen, ohne jedoch den Herstel lungsgang an sich zu ändern.
Das Verfahren besteht beispielsweise in der Unter teilung eines Ringes in mehrere Segmente und in der Schaffung eines ausreichend grossen Spieles zwischen den letzteren, damit sich die Ausdehnungen bei Erwär mung, insbesondere während Anläufen, frei vollziehen können.
In lochen Augenblicken erfährt der Ring, während die Schrumpfkappe noch kalt ist, bekanntlich sehr rasch ansteigende Übertemperaturen, die in gewissen Fällen zwischen 200 bis 300 C liegen können.
Bei solchen Temperaturanstiegen und mit den gege benen Unterschieden im Ausdehnungskoeffizienten der als Füllung gebrauchten Kupferlegierungen einerseits und der bei Schrumpfringen ,gebrauchten Stähle ande rerseits wird die Elastizitätsgrenze des einen oder ande ren Teils sehr rasch erreicht oder gar sehr weit über schritten.
Zur Vermeidung .solcher Erscheinungen genügt es, die mechanischen Beanspruchungen zu beseitigen. Nun aber sind :die spezifischen Kräfte in einem Ring oder einem Ringteil proportional zur Bogenlänge; bei Auftei lung in Segmente betragen daher ,die Beanspruchungen, weil sie zur Länge .des entsprechenden Bogens propor tional sind, nur mehr einen Bruchteil des bei ursprüng licher Ausführung vorhandenen Wertes.
Zur Sicherstellung des Stromdurchgangs trotz der Ringauftrennung wird z. B. zu einer Unterteilung der Ringstücke senkrecht zur Achse geschritten, zu einer Aufteilung in mehrere koaxiale, scheibenförmige Teile, zwischen denen ein angemessener Abstand vorzusehen ist;
nach einer Verschiebung der Segment-Trennstellen von :einer Ebene zur anderen, erzielt man zweckmässig Neugruppierung der Segmente dadurch, dass geradläufig zu jedem Gitterstab und parallel zu diesem ein zuvor genuteter Verbindungsstab oder ein Kammstück ange bracht wird, wobei die Nuten zur Aufnahme und elektri schen Verbindung der besagten geschichteten Segmente bestimmt sind.
Weil der so wiederhergestellte leitende Ring verhält- nismässig biegsam und in radialer Richtung verformbar ist, bietet er den Fliehkräften keinen ausreichenden Widerstand. Um radiale Verformungen zu unterbinden, umgibt man den Ring daher mit einer Schrumpfkappe, während die von :den Längsdehnungen der Segmente herrührenden Tangentialverschiebungen möglich blei ben.
Diese Bewegung wird zudem erleichtert, indem man z: B. zwischen Schrumpfkappe und Wicklungsring einen Isolierstoff mit geringem Reibungskoeffizienten an bringt.
Ein weiterer Vorteil dieser doppelt unterteilten Vor richtung im Vergleich zur massiven Ausführung ist die Vermehrung .der wärmeabgebenden Oberflächen, die eine sehr wirksame Wärmeabfuhr durch Konvektion erlauben. Für eine gleich grosse Übertemperatur der Ringe kann man daher drei- bis viermal höhere Verluste zulassen, und dies bietet eine grosse Freiheit in der Wahl der Verlustaufteilung zwischen Stäben und Ringen.
Die Käfigwicklung gemäss der Erfindung für Läufer elektrischer Maschinen, bestehend aus Gitterstäben, .die in Nuten eingebettet und an beiden Enden des Läufers durch Kurzschlussringe zusammengeschlossen sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass .die Kurzschlussringe in axialer Richtung in koaxiale Ringelemente mit gegensei tigem Abstand unterteilt sind und diese Ringelemente durch radiale Zerlegung in Segmente nochmals unterteilt sind,
.die durch je ein genutetes Verbindungsstück pro Gitterstab unter sich verbunden sind, und :dass die un terteilten Kurzschlussringe von einer Schrumpfkappe umgeben sind, die von der Wicklung isoliert ist, aber mit ihr kraftschlüssig verbunden ist.
Als erläuterndes, aber nicht einschränkendes Aus- führungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeich nung eine Käfigwicklung erläutert.
Fig. 1 zeigt den Längsschnitt durch eine .der beiden Läufer-Endpartien eines Asynchronmotors mit Kurz schlusswicklung.
Fig. 2 enthält eine Draufsicht und einen Teilschnitt der gleichen Endpartie.
Fig. 3 ist eine Aussenansicht des unterteilten Ringes, wobei der Mantel der Schrumpfkappe weggelassen wurde.
In Fig. 4 befindet sich eine ,schematische Ansicht für ,den Fall eines aus 3 Einzelringen zusammengesetzten Ringes.
Fig. 5 bezieht sich auf den Fall eines aus 5 Einzel ringen bestehenden Ringes.
In Fig. 1 trägt die Welle 1, bzw. der Radstern eines Motors mit Kurzschlusswicklung die Bleche 2, welche an ihren Enden durch eine Platte 3 zusammengepresst sind.
Die von ;den gestanzten Blechen gebildeten Nuten enthalten die Gitterstäbe 4, welche unter sich am Ende des Blechkörpers durch einen Kurzschlussring verbun den sind, der aus drei Einzelringen 5 besteht, wobei letz tere unter sich wieder verbunden sind durch genutete Verbindungsstäbe oder Kammstücke 6, die .sich in ge- radläufiger Fortsetzung der Gitterstäbe befinden.
Eine isolierende Zwischenlage 7 zylindrischer Form bedeckt die Mantelfläche des Stabgebildes. Eine weitere und scheibenförmige Isolierschicht 8 ist an den Stirnsei ten der Gitterstäbe angebracht, während eine Schrumpf kappe 9 das -Ganze umgibt und mit dem Kurzschlussring kraftschlüssig ist, elektrisch aber vom Stabverband iso- liert bleibt mit Hilfe von isolierten Bolzen, die in den Aussenring 5a eingeschraubt sind,
wobei die Festigkeit der Schraubverbindung durch Distanzstücke 12 gewähr leistet bleibt.
Die Antriebskraft wird auch auf die Schrumpfkappe übertragen mit Hilfe .des Führungsstückes 13, das mit der Platte 3 durch nicht dargestellte Langschrauben 11 'befestigt ist, zusammen mit den Keilen 14, die zwischen .der Kappe 9 und den am Führungsstück befestigten Gleitstücken 15 angebracht sind.
Unter diesen Bedingungen sind sowohl die Zentrie rung der Schrumpfkappe 9 in Wellennähe als auch deren Axialverschiebung auf den Gleitstücken 15 bei Ausdehnung .der Gitterstäbe 4 gewährleistet, wodurch jede Beanspruchung der Kappe infolge Staberwärmung vermieden ist.
In Fig. 2 erkennt man die Unterteilung der Einzel- ringe 5 in Segmente durch .die Trennfugen 16a, die beim Aussenring als .durchgehende Linien und bei den innen liegenden Ringen als gestrichelte Linien gezeichnet sind; sie erlauben den Segmenten, sich in Längs- und Um fangsrichtung zu dehnen, wodurch jede Beanspruchung infolge der Ringerwärmung beseitigt ist.
An der Beseitigung ,dieser Beanspruchungen sind übrigens auch die Isolationseinlagen 7 und 8 beteiligt. Diese haben einen niedrigen Reibungskoeffizienten an den Mantel- und Seitenflächen, dort wo sie mit der Käfigwicklung, die Dehnungen unterworfen ist, in Be rührung stehen. Dadurch werden .die entsprechenden Bewegungen in Umfangsrichtung erleichtert.
Im Kappenboden sind .die Löcher 17 für den Eintritt der Kühlluft angebracht, während sich im Kappenring die Löcher 18 (Fig. 1) für den Auslass der Warmluft be finden.
In Fig. 3 ist jeder Einzelring 5 mit seinem System von Trennstellen 16 und 16a dargestellt, wobei dieses zum System des benachbarten Ringes jeweils um eine Nutteilung verschoben ist. Jedes Segment hat hierbei eine Bogenlänge, die ;drei Nutteilungen entspricht.
Infolge dieser Anordnung befindet sich zwischen zwei Gitterstäben 4 und zwischen zwei Segmenten eine einzige Trennstelle 16. Elektrisch gesehen ist oder nutz bare gleichwertige Ringquerschnitt an jeder Stelle gleich dem ,doppelten Querschnitt eines Einzelringes. Der Ge samtstrom verteilt sich auf zwei Wege, die vom halbierten Strom durchflossen werden und die symbolisch als 19 und 20 in Fig. 4 .dargestellt sind, worin 4 die Gitterstäbe und 6 .die kammförmigen Verbinder bedeuten.
Die Scheiben 5 sind auf den Gitterstäben 4 angelötet oder angeschweisst, gleich wie die Kammverbinder 6 an den Scheiben 5.
Die Rolleder Kämme 6 besteht einerseits darin, den Stromtransport zwischen zwei Einzelringen zu erleich tern, deren Trennstellen in .der angrenzenden Zwischen strecke liegen; .andererseits erhöhen .die Kämme beacht lich die Kühlfläche des Ringes und verbessern .dadurch die Wirksamkeit der Kühlung.
Dies sind Betrachtungen, welche sich auf den gesam ten tatsächlichen Querschnitt des. Kurzschlussringes be ziehen, auf seine Erwärmung, auf die Teilbarkeit .der Nutenzahl und schliesslich auf .die technologischen Mit tel, die bei der Wahl der zwei Parameter bei Untertei lung in Scheiben und Segmente mitspielen.
Als Beispiel ist in Fig. 5 ein Schema dargestellt, bei dem der Ring in fünf Ringscheiben unterteilt ist, und wo 'der Aussenbogen der Segmente einer Länge von fünf Nutenteilungen entspricht. Der Gesamtstrom unterteilt sich in diesem Fall auf vier Parallelwege 21, 22, 23 und 24, bei denen jeder einzelne Weg vom vierten Teil des genannten Stromes .durchflossen wird.
Man soll übrigens bei der Erhöhung ,der Zahl von Einzelringen nicht zu weit gehen, weil dies - neben den Herstellungsschwierigkeiten - zu einer übermässigen Verlängerung der Gitterstäbe ausserhalb des Eisens füh ren würde.
Die Gitterstäbe, Segmente und Kammverbinder können aus legiertem Kupfer sein. Der Bereich der Er findung wird jedoch nicht verlassen, wenn die Gitter stäbe aus Hartkupfer sind, während die Segmente und Kämme aus elektrischem Widerstandsmaterial herge stellt werden, um den Grossteil der Verluste an demje nigen Ort entstehen zu lassen, wo man sie abführen kann.