**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.
PATENTANSPRÜCHE
1. Asynchronläufer, dessen Leiterstäbe (19, 21) über Kurzschlussringe (16, 16') kurzgeschlossen sind, wobei die Leiterstäbe (19, 21) in vorgefertigte Nuten, Schlitze und/oder Bohrungen im Kurzschlussring (16, 16') angeordnet, und die Leiterstäbe (19, 21) mit dem Kurzschlussring (16, 16') stoffschlüssig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Elektronenstrahlbündels (14, 15) mindestens eine, über den gesamten äusseren Umfang oder der Stirnseite des Kurzschlussringes (16, 16') sich erstreckende, zusammenhängende und keilförmige Schmelzzone (20) ausgebildet ist, nach deren Erstarrung die Enden der Leiterstäbe (19, 21) und des Kurzschlussringes (16, 16' ) grossflächig und stoffschlüssig ohne Zusatzwerkstoff miteinander verbunden sind, wodurch ein geringer elektrischer Übergangswiderstand zwischen den Leiterstäben (19,
21) und dem Kurzschlussring (16, 16'), sowie ein mechanisch fester Verbund zwischen den zu verbindenden Teilen (16, 16'; 19, 21) entsteht.
2. Asynchronläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Eindringtiefe der Schmelz- bzw.
Erstarrungszone (20) in das Material des Kurzschlussringes (16, 16') und der Leiterstäbe (19, 21) zur Breite der Schmelz- bzw.
Erstarrungszone (20) an der Oberfläche des Kurzschlussringes (16, 16') im Bereich von 10 1 liegt.
3. Asynchronläufer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Leiterstäbe (19, 21), als auch die Kurzschlussringe (16, 16') entweder aus einer Aluminiumlegierung oder aus Kupfer oder die Leiterstäbe (19, 21) aus Kupfer und der Kurzschlussring (16, 16') aus einer Aluminiumlegierung oder die Leiterstäbe (19, 21) aus einer Aluminiumlegierung und der Kurzschlussring (16, 16') aus Kupfer bestehen.
4. Verfahren zur Herstellung von Asynchronläufern nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektronenstrahlbündel (14, 15) über den gesamten Umfang des Kurzschlussringes (16, 16') längs einer die Leiterstäbe (19, 21) schneidenden Bahn geführt wird, und dass dabei mindestens eine Schmelzzone (20) erzeugt wird, nach deren Erstarrung die Enden der Leiterstäbe (19, 21) und des Kurzschlussringes (16, 16') grossflächig und ohne Zusatzwerkstoff miteinander verbunden sind.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung des Elektronenstrahlbündels (14) im wesentlichen in radialer Richtung verläuft, wodurch sich eine Schmelzbzw. Erstarrungszone (20) auf der äusseren Zylinderfläche (17) des Kurzschlussringes (16, 16') radial nach innen ausbildet, welche die Leiterstabenden anschneidet oder sie durchdringt.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung des Elektronenstrahlbündels (15) im wesentlichen in axialer Richtung verläuft, wodurch sich eine Schmelzbzw. Erstarrungszone (20) auf der stirnseitigen Kreisringfläche (18) axial nach innen ausbildet, welche die Leiterstabenden anschneidet oder sie durchdringt.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektronenstrahlbündel (14) auf die stirnseitige Kreisringfläche (17) des Kurzschlussringes (16, 16') in bezug auf die Längsachse der Leiterstäbe (19, 21) orthogonal und zur Radialen unter einem spitzen Winkel geführt wird.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Asynchronläufer, dessen Leiterstäbe über Kurzschlussringe kurzgeschlossen sind, wobei die Leiterstäbe in vorgefertigte Nuten, Schlitze und/oder Bohrungen im Kurzschlussring angeordnet und mit dem Kurzschlussring stoffschlüssig verbunden sind.
Ein derartiger Asynchronläufer und ein Verfahren zu dessen Herstellung ist beispielsweise aus der CH-PS 564 876 bekannt.
Dort weist der.Kurzschlussring an einer Kreisringfläche mindestens eine Vertiefung auf, in welche die Leiterstäbe mit ihren Stirnenden eingreifen und verbleibende Spalte mit Zusatzwerkstoff (Lot) ausgefüllt werden.
Diese Massnahme erfordert jedoch einen hohen Bearbeitungsaufwand an den Stirnflächen der Leiterstäbe, sowie an den in die Vertiefung des Kurzschlussringes eingreifenden, radial innen und aussen gelegenen Seitenflächen der Leiterstabenden. Diese Bearbeitung ist erforderlich, um eine Planparallelität, sowohl zwischen den Stirnflächen sämtlicher Leiterstäbe und dem Nutengrund, als auch zwischen den radial innen und aussen gelegenen Seitenflächen der Leiterstabenden und den Seitenflächen der Vertiefung zu erzielen, damit optimale Lötspaltverhältnisse eingestellt werden können. Diese gewährleisten dann ausreichende Festigkeitseigenschaften in den die einzelnen Teile verbindenden Lötstellen.
Für eine qualitativ hochwertige Lötung müssen die Stirnflächen der Leiterstäbe zusätzlich mit einem Zahnstangenprofil versehen werden, was weitere Bearbeitungsoperationen erforderlich macht.
Darüber hinaus werden bei dem Verfahren gemäss der CH PS 564 876 die Lötstellen auf Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur des Silberlotes (ca. 650"C) aufgeheizt. Dabei wird der Kurzschlussring zumindest örtlich weichgeglüht und verliert seine ursprünglichen Festigkeitseigenschaften. Ausserdem wird für das Einlöten sämtlicher Stableiterenden in den Kurzschlussring ein relativ grosser Zeitaufwand benötigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Asynchronläufer zu schaffen, der eine mechanisch hochwertige Verbindung zwischen den Leiterstäben und dem Kurzschlussring aufweist, wobei der elektrische Übergangswiderstand an den Kontaktflächen der zu verbindenden Teile niedrig ist, und das Verfahren zu dessen Herstellung mit einfachen Mitteln und mit geringem Zeitaufwand zu verwirklichen ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen die folgenden: - Das grossflächige Verschmelzen des Materials der Leiterstä be mit dem des Kurzschlussringes in deren jeweiligen Enden ohne einen zusätzlichen Werkstoff, erbringt optimale Vor aussetzungen im metallischen Gefügeaufbau, insbesondere in den Randzonen der Schmelzzone, welcher sich in einem niedrigen Übergangswiderstand zwischen den beiden zu ver bindenden Teilen ausdrückt bzw. welcher für eine gute gal vanische Verbindung beider Teile sorgt.
durch die grossflächige Verschmelzung im Bereich der En den von Leiterstäben und Kurzschlussring wird ein mecha nisch fester Verbund erreicht, der sehr hohen dynamischen
Beanspruchungen bei praktisch unbegrenzter Lebensdauer gewachsen ist.
Gemäss Anspruch 2 liegt das Verhältnis von Eindringtiefe der Schmelz- bzw. Erstarrungszone (20) in das Material des Kurzschlussringes und der Leiterstäbe zur Breite der Schmelzbzw. Erstarrungszone an der Oberfläche des Kurzschlussringes in Bereich von 10:1.
durch die ausgeprägt tiefe, jedoch verhältnismässig schmale
Schmelz- bzw. Erstarrungszone, und infolge der relativ kur zen Zeitspanne, in der das Aufschmelzen bzw. das Erstarren sich vollzieht - ein Charatkeristikum des Elektronenstrahl schweissverfahrens - werden keine nennenswerten thermi schen Beanspruchungen in den Leiterstäben und im Kurz schlussring verursacht. Thermische Spannungen und sich eventuell daraus ergebende nachteilige Folgeerscheinungen werden somit weitgehend eliminiert.
Entsprechend Anspruch 4 wird das Elektronenstrahlbündel über den gesamten Umfang des Kurzschlussringes längs einer die Leiterstäbe schneidenden Bahn geführt und dabei minde
stens eine Schmelzzone erzeugt, nach deren Erstarrung die En- den der Leiterstäbe und des Kurzschlussringes grossflächig und ohne Zusatzwerkstoff miteinander verbunden sind.
Der Vorteil des Verfahrens gemäss Anspruch 4 ist insbesondere in dessen guter Reproduzierbarkeit zu sehen, und darin, dass auf jeglichen Zusatzwerkstoff, beispielsweise Silberlot, verzichtet werden kann.
Nach Anspruch 4 verläuft die Richtung des Elektronenstrahlbündels im wesentlichen in radialer Richtung, wodurch sich eine Schmelz- bzw. Erstarrungszone auf der äusseren Zylinderfläche des Kurzschlussringes radial nach innen ausbildet, welche die Leiterstabenden anschneidet oder sie durchdringt.
Durch Entkoppelung der beiden exponierten Zonen, nämlich der Zone beim Eintritt der Leiterstäbe in den Kurzschlussring, in der die Leiterstäbe auf Biegung bzw. Knickung am stärksten beansprucht sind, und der Schmelzzone, welche in die äussere Zylinderfläche oder Stirnfläche des Kurzschlussringes verlegt wird, wird folgendes erreicht: - Das Material der Leiterstäbe wird in der auf Biegung am stärksten beanspruchten Zone festigkeitsmässig durch ther mischen Einfluss nicht mehr geschwächt.
- Die auf Biegung bzw. Knickung am stärksten exponierte Zo ne wird keiner thermischen Beeinflussung und damit ver bundener Materialausdehnung bzw. Kontraktion mehr au gesetzt.
Daraus resultiert eine weitgehende thermische Entlastung der auf Biegung bzw. Knickung am meisten beanspruchten Zone, wodurch die Gefahr eines möglichen Leiterabbruches stark herabgesetzt wird.
Nach Anspruch 6 verläuft die Richtung des Elektronenstrahlbündels im wesentlichen in axialer Richtung, wodurch sich eine Schmelz- bzw. Erstarrungszone auf der stirnseitigen Kreisringfläche axial nach innen ausbildet, welche die Leiterstabenden anschneidet oder sie durchdringt.
Dieses Verfahren eignet sich insbesondere bei der Herstellung von Asynchronläufern an deren Enden jeweils mehrere Kurzschlussringe angeordnet sind, deren Kreisringflächen sich auf unterschiedlichen Radialebenen befinden.
Gemäss Anspruch 7 wird das Elektronenstrahlbündel auf die stirnseitige Kreisringfläche des Kurzschlussringes in bezug auf die Längsachse der Leiterstäbe orthogonal und zur Radialen unter einem spitzen Winkel geführt. Mit Hilfe dieses Verfahrens kann insbesondere bei Verwendung hochkantiger Leiterstäbe eine, hinsichtlich Festigkeitseigenschaften und galvanischen Verbund, optimale Ausbildung der Schmelz- bzw. Erstarrungszone erreicht werden.
Nach Anspruch 3 bestehen sowohl die Leiterstäbe, als auch der Kurzschlussring entweder aus einer Aluminiumlegierung oder aus Kupfer oder die Leiterstäbe aus Kupfer und der Kurzschlussring aus einer Aluminiumlegierung oder die Leiterstäbe aus einer Aluminiumlegierung und der Kurzschlussring aus Kupfer.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist sowohl für gleichartige, als auch für eine Kombination unterschiedlicher Werkstoffe der Leiterstäbe und des Kurzschlussringes anwendbar.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 das Aufbauschema einer Elektronenstrahlschweissmaschine,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Ausschnittes des Kurzschlussringes und der Leiterstäbe, nach einem ersten erfindungsgemässen Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 einen Schnitt durch Kurzschlussring und Leiterstab entsprechend Fig. 2,
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Ausschnittes des Kurzschlussringes und der Leiterstäbe nach einem zweiten erfindungsgemässen Ausführungsbeispiel,
Fig. 5 einen Schnitt durch Kurzschlussring und Leiterstab entsprechend Fig. 4,
Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines Ausschnittes des Kurzschlussringes und der Leiterstäbe nach einem dritten erfindungsgemässen Ausführungsbeispiel,
Fig. 7 einen Schnitt durch Kurzschlussring und Leiterstab entsprechend Fig. 6,
Fig.
8 eine perspektivische Darstellung eines Ausschnittes des Kurzschlussringes und der Leiterstäbe nach einem vierten erfindungsgemässen Ausführungsbeispiel,
Fig. 9 einen Schnitt durch Kurzschlussring und Leiterstab entsprechend Fig. 8,
Fig. 10 eine perspektivische Darstellung eines Ausschnittes des Kurzschlussringes und der Leiterstäbe nach einem fünften erfindungsgemässen Ausführungsbeispiel, und
Fig. 11 einen Schnitt durch Kurzschlussring und Leiterstab entsprechend Fig. 10.
Fig. 1 zeigt das an sich bekannte Aufbauschema einer Elektronenstrahlschweissmaschine 1. In der Elektronenstrahlschweisskammer 2 befindnet sich das auf einem Werkstücktisch 3 eingespannte Werksktück 4, welches in Fig. 1 beliebig gewählt wurde und mit dem Erfindungsgegenstand nicht identisch ist.
Das Werkstück 4 wird durch die Drehvorrichtung 5 beispiels- weise entsprechend der Pfeilrichtung mit der Bezugsziffer 6 gedreht. In der Elektronenstrahlschweisskammer 2 wird je nach Bedingungen des zu schweissenden Werkstückes 4 entweder ein Hochvakuum oder ein Halbvakuum oder auch nur eine Schutzgasatmosphäre eingestellt. Oberhalb der Schweisskammer 2 befindet sich die Elektronenstrahlkanone 7, im wesentlichen bestehend aus Vakuumkammer 8, Kathode 9, Anode 10, Ablenksystem 11 und Focussierlinse 12. Die Energieversorgung 13 der Elektronenstrahlkanone 7 besteht im wesentlichen aus Hochspannungstransformator, Gleichrichter, Hilfsspannungsgeräte mit den entsprechenden Steuereinrichtungen. Alle zur Energieversorgung 13 gehörigen elektrischen Einrichtungen sind in Fig.
1 nicht dargestellt. Der aus der Kathode 9 der Elektronenstrahlkanone 7 austretende Elektronenstrahl ist durch die Pfeile mit der Bezugsziffer 14 veranschaulicht.
Das Prinzip des an sich bekannten Elektronenstrahlschweissens soll nachfolgend kurz veranschaulicht werden:
Das Elektronenstrahlschweissen ist ein Schmelzschweissverfahren. Die zum Schweissen erforderliche Energie wird dabei durch einen fokussierten Strahl hoch beschleunigter Elektronen erzeugt, welche beim Auftreffen auf das Werkstück ihre kinetische Energie in Wärme umwandeln. Der Strahldurchmesser liegt in der Grössenordnung von 0,1 mm. Eine örtlich begrenzte Erwärmung auf hohe Temperatur ergibt sich durch die hohe Energiedichte des Elektronenstrahles auf der Werkstückoberfläche. Ein extrem schnelles Schmelzen des Werkstoffes an der Schweissstelle wird aufgrund der Leistungsdichte infolge Anzahl und Geschwindigkeit der Elektronen bewirkt. Deshalb ist es möglich, auch schwer schmelzbare Metalle, ungleichartige Metalle und Teile unterschiedlicher Dicke miteinander zu verbinden.
Während des Verbindungsprozesses kann der Elektronenstrahl innerhalb eines kleinen Bereiches sehr schnell in verschiedenen Kurven (Geraden, Kreise, Ellipsen usw.) geführt werden, während das Werkstück sich entsprechend dem Verlauf der Schweissnaht, geradlinig oder kreisförmig bewegt bzw. in Punktschweissposition stillsteht.
Fig. 2 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt des Kurzschlussringes 6 und dreier Leiterstäbe 19 in einem ersten erfindungsgemässen Ausführungsbeispiel, wobei die Leiterstäbe 19 als Rundstäbe ausgebildet und in axialen Bohrungen des Kurzschlussringes 16 angeordnet sind. Das Elektronenstrahlbündel wird gemäss der Pfeilrichtung mit der Bezugsziffer 14 auf der äusseren Zylinderfläche 17 über den gesamten Umfang des Kurzschlussringes 16 im wesentlichen in radialer Richtung geführt und erzeugt die Schmelz- bzw. Erstarrungszone 20.
In Fig. 3 ist ein Schnitt durch den Kurzschlussring 16 und den als Rundstab ausgebildeten Leiterstab 19 gemäss Fig. 2 zu sehen.
Hierbei ist die keilförmige, schmale bis weit über den radial inneren gelegenen Teil der Bohrung sich erstreckende und den Leiterstab 19 in seinem ganzen Durchmesser vollständig durchdringende Schmelz- bzw. Erstarrungszone 20 gut zu erkennen.
Fig. 4 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Auschnitt des Kurzschlussringes 16 und dreier Leiterstäbe 19 in einem zweiten erfindungsgemässen Ausführungsbeispiel, wobei die Leiterstäbe 19 wiederum als Rundstäbe und in axialen Bohrungen des Kurzschlussringes 16 angeordnet sind. Das Elektronenstrahlbündel wird gemäss der Pfeilrichtung mit der Bezugsziffer 15 auf der stirnseitigen Kreisringfläche 18 über den gesamten Umfang des Kurzschlussringes 16 und zwar in der Radialebene, in der die Leiterstäbe 19 angeordnet sind, im wesentlichen in axialer Richtung geführt, und erzeugt die Schmelz- bzw. Erstarrungszone 20, welche im Schnitt gemäss Fig. 5 deutlich veranschaulicht ist.
In Fig. 6, welche dieselbe perspektivische Darstellung wie in Fig. 2 zeigt, sind die Leiterstäbe 21 gemäss eines weiteren Ausführungsbeispiels rechteckig ausgebildet und deren Enden hochkantig in Nuten des Kurzschlussringes 16 angeordnet. Das Elektronenstrahlbündel wird gemäss der Pfeilrichtung mit der Bezugsziffer 14 wiederum auf der äusseren Zylyinderfläche über den gesamten Umfang des Kurzschlussringes 16, im wesentlichen in radialer Richtung geführt und die Schmelz- bzw. Erstarrungszone 20 erzeugt.
Diese ist gemäss Fig. 7 in der Schnittdarstellung ersichtlich, wobei die keilförmige, schmale, bis weit unterhalb des Nutengrundes sich erstreckende und den rechteckigen Leiterstab 21 vollständig durchdringende Schmelz- bzw. Erstarrungszone 20 deutlich zu sehen ist.
Fig. 8 zeigt in einem weiteren erfindungsgemässen Ausführungsbeispiel einen Kurzschlussring 16' mit im Verhältnis zur stirnseitigen Kreisringfläche 18 breiten äusseren Zylinderfläche 17. Die Leiterstäbe 21 weisen eine rechteckige Form auf und deren Enden sind wiederum hochkantig in Nuten des Kurzschlussringes 16' angeordnet. Das Elektronenstrahlbündel wird gemäss der Pfeilrichtung mit der Bezugsziffer 15 auf der stirnseitigen Kreisringfläche 18 des Kurzschlussringes 16', und zwar in der Axialebene des Nutengrundes, geführt, wodurch eine grossflächige Verschmelzung der beiden zu verbindenden Teile 16', 21 über den ganzen Umfang des Kurzschlussringes 16' erzielt wird.
Fig. 9 veranschaulicht den Verlauf der Schmelz- bzw. Erstarrungszone 20 in Schnittdarstellung gemäss Fig. 8.
Fig. 10 zeigt ebenfalls in perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt des Kurzschlussringes 16 und dreier rechteckiger Leiterstäbe 21.
In Fig. 10 ist in der der stirnseitigen Kreisringfläche 18 gegenüberliegenden Kreisringfläche 18' eine über den ganzen Umfang sich erstreckende Nut angebracht, in welche die Enden der rechteckigen Leiterstäbe 21 eingreifen und die Stirnflächen der Leiterstäbe 21 am Nutengrund zur Auflage kommen. Das Elektronenstrahlbündel wird gemäss der Pfeilrichtung mit der Bezugsziffer 14 auf der äusseren Zylinderfläche 17 über dengesamten Umfang des Kurzschlussringes 16, im wesentlichen in radialer Richtung geführt, und die Schmelz- bzw. Erstarrungszone 20 erzeugt. Die Schmelz- bzw. Erstarrungszone 20 wird in die Axialebene des Nutengrundes der Nut in der Kreisringfläche 18' ausgebildet, wodurch eine grossflächige, innige Verschmelzung der Kontaktflächen des Kurzschlussringes 16 mit den Leiterstäben 21 erzielt wird.
In Fig. 11 ist in Schnittdarstellung gemäss Fig. 10 die Schmelz- bzw. Erstarrungszone 20, welche bis weit über die radial innen gelegenen Seitenfläche der Nut in der Kreisringfläche 18' in den Kurzschlussring 16 eindringt.
Es versteht sich von selbst, dass auf der äusseren Zylinderfläche 17 oder auf der stirnseitigen Kreisringfläche 18 des Kurzschlussringes 16, 16' mehrere parallel geführte Schmelz- bzw.
Erstarrungszonen gelegt werden können.
Auf diese Weise kann die Qualität des mechanischen Verbundes zwischen Leiterstäben 19, 21 und Kurzschlussring 16, 16' noch erhöht und der elektrische Übergangswiderstand der beiden zu verbindenden Teile 16, 16'; 19, 21 weiter verringert werden.
** WARNING ** beginning of DESC field could overlap end of CLMS **.
PATENT CLAIMS
1. Asynchronous rotor, the conductor bars (19, 21) are short-circuited via short-circuit rings (16, 16 '), the conductor bars (19, 21) being arranged in prefabricated grooves, slots and / or bores in the short-circuit ring (16, 16'), and the conductor bars (19, 21) are integrally connected to the short-circuit ring (16, 16 '), characterized in that by means of an electron beam (14, 15) at least one, over the entire outer circumference or the end face of the short-circuit ring (16, 16' ) extending, coherent and wedge-shaped melting zone (20) is formed, after their solidification, the ends of the conductor bars (19, 21) and the short-circuit ring (16, 16 ') are connected to one another over a large area and integrally without additional material, as a result of which a low electrical contact resistance between the ladder bars (19,
21) and the short-circuit ring (16, 16 '), as well as a mechanically firm connection between the parts to be connected (16, 16'; 19, 21).
2. Asynchronous rotor according to claim 1, characterized in that the ratio of the penetration depth of the melting or
Solidification zone (20) into the material of the short-circuit ring (16, 16 ') and the conductor bars (19, 21) to the width of the melting or
Solidification zone (20) on the surface of the short-circuit ring (16, 16 ') is in the range of 10 1.
3. Asynchronous rotor according to claim 1 or 2, characterized in that both the conductor bars (19, 21) and the short-circuit rings (16, 16 ') either made of an aluminum alloy or copper or the conductor bars (19, 21) made of copper and the short-circuit ring (16, 16 ') consists of an aluminum alloy or the conductor bars (19, 21) consist of an aluminum alloy and the short-circuit ring (16, 16') consist of copper.
4. A method for producing asynchronous rotors according to claim 1 or 2, characterized in that the electron beam (14, 15) is guided over the entire circumference of the short-circuit ring (16, 16 ') along a path intersecting the conductor bars (19, 21), and that at least one melting zone (20) is generated, after its solidification, the ends of the conductor bars (19, 21) and the short-circuit ring (16, 16 ') are connected to one another over a large area and without filler material.
5. The method according to claim 4, characterized in that the direction of the electron beam (14) extends substantially in the radial direction, whereby a melting or. Solidification zone (20) on the outer cylinder surface (17) of the short-circuit ring (16, 16 ') forms radially inward, which cuts the conductor rod ends or penetrates them.
6. The method according to claim 4, characterized in that the direction of the electron beam (15) extends substantially in the axial direction, whereby a melting or. Solidification zone (20) forms axially inward on the end face of the circular ring surface (18), which cuts the conductor rod ends or penetrates them.
7. The method according to claim 4, characterized in that the electron beam (14) on the end face annular surface (17) of the short-circuit ring (16, 16 ') with respect to the longitudinal axis of the conductor bars (19, 21) orthogonal and to the radial under one Angle is performed.
The invention relates to an asynchronous rotor, the conductor bars are short-circuited via short-circuit rings, the conductor bars being arranged in prefabricated grooves, slots and / or bores in the short-circuit ring and integrally connected to the short-circuit ring.
Such an asynchronous rotor and a method for its production is known for example from CH-PS 564 876.
There, the short-circuit ring has at least one recess on a circular ring surface, into which the conductor bars engage with their front ends and the remaining gaps are filled with filler material (solder).
However, this measure requires a high level of machining on the end faces of the conductor bars and on the side faces of the conductor bar ends that engage radially inside and outside in the recess of the short-circuit ring. This machining is necessary in order to achieve plane parallelism, both between the end faces of all conductor bars and the groove base, and between the radially inner and outer side faces of the conductor bar ends and the side faces of the recess, so that optimal soldering gap ratios can be set. These then ensure sufficient strength properties in the solder joints connecting the individual parts.
For high-quality soldering, the end faces of the conductor bars must also be provided with a rack profile, which makes further machining operations necessary.
In addition, in the process according to CH PS 564 876, the solder joints are heated to temperatures above the melting temperature of the silver solder (approx. 650 ° C.). The short-circuit ring is at least locally soft-annealed and loses its original strength properties. In addition, all the conductor ends are soldered in a relatively large amount of time is required in the short-circuit ring.
The invention has for its object to provide an asynchronous rotor, which has a mechanically high quality connection between the conductor bars and the short-circuit ring, the electrical contact resistance at the contact surfaces of the parts to be connected is low, and the method for its production with simple means and with can be achieved in a short amount of time.
This object is achieved by the invention characterized in claim 1.
The advantages achieved by the invention are essentially the following: - The large-area fusing of the material of the conductor rods with that of the short-circuit ring in their respective ends without an additional material, provides optimal conditions in the metallic structure, especially in the edge zones of the melting zone, which is expressed in a low contact resistance between the two parts to be bonded or which ensures a good galvanic connection of the two parts.
Due to the large-scale fusion in the area of the ends of the conductor bars and short-circuit ring, a mechanically strong bond is achieved, the very high dynamic
Stresses with practically unlimited lifespan has grown.
According to claim 2, the ratio of the penetration depth of the melting or solidification zone (20) in the material of the short-circuit ring and the conductor bars to the width of the melting or. Solidification zone on the surface of the short-circuit ring in the range of 10: 1.
due to the pronouncedly deep, but relatively narrow
Melting or solidification zone, and due to the relatively short period in which the melting or solidification takes place - a characteristic feature of the electron beam welding process - no significant thermal stresses are caused in the conductor bars and in the short-circuit ring. Thermal stresses and any resulting adverse effects are largely eliminated.
According to claim 4, the electron beam is guided over the entire circumference of the short-circuiting ring along a path intersecting the conductor bars and thereby min
at least one melting zone is created, after solidification of which the ends of the conductor bars and the short-circuit ring are connected to one another over a large area and without filler material.
The advantage of the method according to claim 4 can be seen in particular in its good reproducibility, and in the fact that any additional material, for example silver solder, can be dispensed with.
According to claim 4, the direction of the electron beam extends essentially in the radial direction, whereby a melting or solidification zone on the outer cylinder surface of the short-circuit ring forms radially inwards, which cuts the conductor rod ends or penetrates them.
By decoupling the two exposed zones, namely the zone when the conductor bars enter the short-circuit ring, in which the conductor bars are most subjected to bending or kinking, and the melting zone, which is laid in the outer cylinder surface or end face of the short-circuit ring, the following becomes reached: - The material of the conductor bars is no longer weakened in strength by the thermal influence in the zone most subjected to bending.
- The zon most exposed to bending or kinking is no longer exposed to thermal influences and the associated material expansion or contraction.
This results in an extensive thermal relief of the most stressed zone due to bending or kinking, which greatly reduces the risk of a possible conductor break.
According to claim 6, the direction of the electron beam extends essentially in the axial direction, whereby a melting or solidification zone is formed on the end face of the circular ring surface axially inward, which cuts the conductor rod ends or penetrates them.
This method is particularly suitable for the production of asynchronous rotors at the ends of which a plurality of short-circuit rings are arranged, the circular ring surfaces of which are located on different radial planes.
According to claim 7, the electron beam is guided orthogonally to the end face of the short-circuit ring with respect to the longitudinal axis of the conductor bars and to the radial at an acute angle. With the aid of this method, an optimal formation of the melting or solidification zone with regard to strength properties and galvanic bonding can be achieved, in particular when using upright conductor bars.
According to claim 3, both the conductor bars and the short-circuit ring either made of an aluminum alloy or copper or the conductor bars made of copper and the short-circuit ring made of an aluminum alloy or the conductor bars made of an aluminum alloy and the short-circuit ring made of copper.
The method according to the invention can be used both for the same type and for a combination of different materials for the conductor bars and the short-circuit ring.
The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments.
It shows:
1 shows the construction diagram of an electron beam welding machine,
2 is a perspective view of a section of the short-circuit ring and the conductor bars, according to a first exemplary embodiment according to the invention,
3 shows a section through the short-circuit ring and conductor bar corresponding to FIG. 2,
4 shows a perspective illustration of a section of the short-circuit ring and the conductor bars according to a second exemplary embodiment according to the invention,
5 shows a section through short-circuit ring and conductor bar corresponding to FIG. 4,
6 is a perspective view of a section of the short-circuit ring and the conductor bars according to a third exemplary embodiment according to the invention,
7 shows a section through short-circuit ring and conductor bar corresponding to FIG. 6,
Fig.
8 shows a perspective illustration of a section of the short-circuit ring and the conductor bars according to a fourth exemplary embodiment according to the invention,
9 shows a section through short-circuit ring and conductor bar corresponding to FIG. 8,
10 is a perspective view of a section of the short-circuit ring and the conductor bars according to a fifth exemplary embodiment according to the invention, and
11 shows a section through short-circuit ring and conductor bar corresponding to FIG. 10.
Fig. 1 shows the known structure of an electron beam welding machine 1. In the electron beam welding chamber 2 is the workpiece 4 clamped on a workpiece table 3, which was chosen arbitrarily in Fig. 1 and is not identical to the subject of the invention.
The workpiece 4 is rotated by the rotating device 5, for example in accordance with the direction of the arrow with the reference number 6. Depending on the conditions of the workpiece 4 to be welded, either a high vacuum or a half vacuum or even only a protective gas atmosphere is set in the electron beam welding chamber 2. Above the welding chamber 2 is the electron beam gun 7, consisting essentially of vacuum chamber 8, cathode 9, anode 10, deflection system 11 and focusing lens 12. The energy supply 13 of the electron beam gun 7 essentially consists of a high-voltage transformer, rectifier, auxiliary voltage devices with the corresponding control devices. All electrical devices belonging to the power supply 13 are shown in FIG.
1 not shown. The electron beam emerging from the cathode 9 of the electron beam gun 7 is illustrated by the arrows with the reference number 14.
The principle of electron beam welding, which is known per se, will be briefly illustrated below:
Electron beam welding is a fusion welding process. The energy required for welding is generated by a focused beam of highly accelerated electrons, which convert their kinetic energy into heat when they hit the workpiece. The beam diameter is of the order of 0.1 mm. Localized heating to high temperature results from the high energy density of the electron beam on the workpiece surface. An extremely fast melting of the material at the welding point is caused by the power density due to the number and speed of the electrons. It is therefore possible to connect metals that are difficult to melt, dissimilar metals and parts of different thicknesses.
During the joining process, the electron beam can be guided very quickly in various curves (straight lines, circles, ellipses, etc.) within a small area, while the workpiece moves in a straight or circular manner according to the course of the weld seam or stands still in the spot welding position.
2 shows a perspective view of a section of the short-circuit ring 6 and three conductor bars 19 in a first exemplary embodiment according to the invention, the conductor bars 19 being designed as round bars and being arranged in axial bores of the short-circuit ring 16. The electron beam is guided in the direction of the arrow with the reference number 14 on the outer cylinder surface 17 over the entire circumference of the short-circuit ring 16 essentially in the radial direction and generates the melting or solidification zone 20.
FIG. 3 shows a section through the short-circuit ring 16 and the conductor bar 19 designed as a round bar according to FIG. 2.
Here, the wedge-shaped melting or solidification zone 20, which extends far beyond the radially inner part of the bore and completely penetrates the conductor bar 19 in its entire diameter, can be clearly seen.
4 shows a perspective view of a section of the short-circuit ring 16 and three conductor bars 19 in a second exemplary embodiment according to the invention, the conductor bars 19 again being arranged as round bars and in axial bores of the short-circuit ring 16. The electron beam is guided in the direction of the arrow with the reference number 15 on the end face of the circular ring surface 18 over the entire circumference of the short-circuit ring 16, specifically in the radial plane in which the conductor bars 19 are arranged, and essentially produces the melting or Solidification zone 20, which is clearly illustrated in the section according to FIG. 5.
In FIG. 6, which shows the same perspective illustration as in FIG. 2, the conductor bars 21 are of rectangular design in accordance with a further exemplary embodiment and their ends are arranged in an upright manner in grooves in the short-circuit ring 16. The electron beam is guided in the direction of the arrow with the reference number 14 again on the outer cylindrical surface over the entire circumference of the short-circuit ring 16, essentially in the radial direction, and the melting or solidification zone 20 is generated.
This can be seen in the sectional view according to FIG. 7, wherein the wedge-shaped, melting or solidification zone 20, which extends far below the bottom of the groove and completely penetrates the rectangular conductor bar 21, can be clearly seen.
8 shows, in a further exemplary embodiment according to the invention, a short-circuit ring 16 'with an outer cylindrical surface 17 which is wide in relation to the end circular ring surface 18. The conductor bars 21 have a rectangular shape and the ends thereof are in turn arranged in the grooves of the short-circuit ring 16'. The electron beam is guided according to the direction of the arrow with the reference number 15 on the end circular ring surface 18 of the short-circuit ring 16 ', namely in the axial plane of the base of the groove, as a result of which the two parts 16', 21 to be connected are merged over the entire circumference of the short-circuit ring 16 'is achieved.
FIG. 9 illustrates the course of the melting or solidification zone 20 in a sectional view according to FIG. 8.
10 also shows a perspective view of a section of the short-circuit ring 16 and three rectangular conductor bars 21.
In FIG. 10, a groove extending over the entire circumference is provided in the circular ring surface 18 'opposite the end annular surface 18, into which the ends of the rectangular conductor bars 21 engage and the end faces of the conductor bars 21 come to rest on the base of the groove. The electron beam is guided in the direction of the arrow with the reference number 14 on the outer cylinder surface 17 over the entire circumference of the short-circuit ring 16, essentially in the radial direction, and the melting or solidification zone 20 is generated. The melting or solidification zone 20 is formed in the axial plane of the groove base of the groove in the circular ring surface 18 ', as a result of which a large-area, intimate fusion of the contact surfaces of the short-circuit ring 16 with the conductor bars 21 is achieved.
FIG. 11 is a sectional view according to FIG. 10 of the melting or solidification zone 20, which penetrates into the short-circuit ring 16 far beyond the radially inner side surface of the groove in the circular ring surface 18 ′.
It goes without saying that on the outer cylinder surface 17 or on the end circular ring surface 18 of the short-circuit ring 16, 16 ', a plurality of melting or
Solidification zones can be laid.
In this way, the quality of the mechanical bond between conductor bars 19, 21 and short-circuit ring 16, 16 'can be increased and the electrical contact resistance of the two parts 16, 16'; 19, 21 can be further reduced.