BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf einen Asynchronläufer gemäss dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.
Mit diesem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er sich beispielsweise aus der US-PS 3 705 971 ergibt. Bei diesem bekannten Asynchronläufer stossen die Leiterstäbe stumpf auf die Kurzschlussringe. Im Zwischenraum zwischen benachbarten Leiterstäben sind Ringsegmente eingelegt, um die Einbringung einer kontinuierlichen Schweissnaht, welche die Grenzzonen von Kurzschlussring einerseits und Stirnflächen der Leiterstäben bzw. der Ringsegmente umfasst, zu ermöglichen, weil sonst zwischen den einzelnen Stäben das Metall wegschmelzen würde. Diese Art des Aufbaus der Käfigwicklung ist vergleichsweise aufwendig, weil die Ringsegmente eingepasst und während des Schweissvorgangs gehalten werden müssen. Darüber hinaus verlängert sich der Aktivteil des Läufers, und die Kurzschlussringe können nicht zum axialen Pressen des Blechpakets herangezogen werden.
Bei dem aus der DE-PS 336 778 bekannten Induktionsmotor dienen als Stirnverbindungen für die Ankerleiter die eisernen Deckplatten des Ankerkörpers. Die Deckplatten sind zu diesem Zweck mit Ausnehmungen versehen, in welche die Ankerleiter münden und darin verkeilt oder verschweisst sind. Dies setzt eine genaue Bearbeitung der Deckplatten voraus, wobei für jede Läufertype und Ankerleiterquerschnitt eigene Deckplatten gefertigt werden müssen.
Ausgehend vom aufgezeigten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Asynchronläufer zu schaffen, der eine kostengünstige Fertigung ermöglicht und sich durch kurze Baulänge auszeichnet.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im unabhängigen Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung.
Die wesentlichen Vorteile des Erfindungsgegenstandes sind in folgendem zu sehen:
Es entfallen die ansonsten für das Strahlschweissen unentbehrlichen Füllstücke. Die Kurzschlussringe liegen unmittelbar auf den Endblechen des Läuferblechpakets auf, was die Baulänge der Maschine verkürzt. Die Endbleche können - müssen aber nicht - aus Dynamoblech bestehen. Einige wenige Lagen werden zwar durch das Strahlschweissen kurzgeschlossen und fest untereinander verbunden und verlieren dabei die elektrischen Eigenschaften lamelierter Bleche, doch erhöht sich dadurch die Festigkeit des Endbereichs.
Es entfallen darüber hinaus die mit der Herstellung massiver Endplatten anfallenden zusätzlichen Kosten.
Weiterhin entfallen die Kosten für das Verkeilen und Überdrehen der Leiterstäbe vor dem Fügen: die Leiterstäbe werden allesamt auf die selbe Länge, die sich aus der Aktivteillänge im zusammengepressten Zustand ergibt. Eventuelle Toleranzen an der Aktivteillänge können durch die axiale Nachgiebigkeit des Blechpakets - sie liegt etwa bei 3 bis 4 mm pro Meter Blechpa ketlänge - angeglichen werden.
Die Kurzschlussringe sind vorzugsweise so ausgebildet, dass sie gleichzeitig die Funktion von Pressplatten übernehmen, wobei die Kurzschlussringe im Extremfall bis an die Welle heranreichen.
Der Erfindungsgegenstand und seine Weiterbildungen sowie die mit der Erfindung erzielbaren weiteren Vorteile werden nachstehend anhand der Zeichnung, in welcher ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht ist, näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch einen Asynchronläufer,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Stirnseite des Asynchronläufers nach Fig. 1,
Fig. 3 und 4 Abwandlungen der Ausführung nach Fig. 1, bei welcher der Kurzschlussring gleichzeitig die Funktion einer Pressplatte übernimmt,
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Stirnseite des Asynchronläufers nach Fig. 4.
Der Asynchronläufer nach Fig. 1 weist ein aus Dynamoblechen aufgebautes Blechpaket 1 auf, das auf einer Welle 2 befestigt ist. In halbgeschlossenen Längsnuten 3 des Blechpakets 1 sind Leiterstäbe 4 aus Kupfer oder Aluminium oder seinen Legierungen eingelegt. Die Endbleche 5 des Blechpakets sind aus stanzbaren Blechen gebildet, welche auf der selben Stanzeinrichtung wie für die Dynamobleche gefertigt sind, wobei in einem zusätzlichen Arbeitsgang die Nutzähne derart abgelängt wurden, dass deren Peripherie mit den Aussenflächen der Leiterstäbe 4 abschliesst. Ein Kurzschlussring 6 mit eben demselben Aussendurchmesser liegt unmittelbar auf den Endblechen 5 auf und ist mit den Stirnflächen der Leiterstäbe 4 stumpf verschweisst. Der Kurzschlussring weist einen Innendurchmesser auf der kleiner ist als der im Nutgrund gemessene Durchmesser des Blechpakets 1.
Auf diese Weise trägt der Kurzschlussring 6 mit zur Pressung des Läuferblechpakets 1 bei. Im wellennahen Bereich wird das Läuferblechpaket 1 durch je eine Pressplatte 7 an beiden Stirnseiten zusammengepresst, deren axiale Lage durch einen Sprengring 8 festgelegt ist, der teilweise in eine Ringnut 9 in der Welle 2 eingreift. Der Vollständigkeit halber sind in den Figuren 1 und 2 axial verlaufende Kühlbohrungen 10 im Läuferblechpaket 1 eingezeichnet, die sich in entsprechenden Bohrungen in den Pressplatten 7 fortsetzen.
Die Herstellung des Asynchronläufers vollzieht sich im wesentlichen in den folgenden Verfahrensschritten:
Auf die Welle 2 werden Dynamobleche zu einem Blechpaket aufgestapelt und mit Endblechen 5 versehen.
Nach dem Ausrichten der Bleche werden die Leiterstäbe 4 in die Nuten eingelegt. Die Länge der Leiterstäbe entspricht dabei der axialen Länge des Blechpakets 1 einschliesslich der Endbleche 5 im (axial) zusammengepressten Zustand. Dann werden die Pressplatten 7 aufgeschoben. Mittels einer (nicht dargestellten) Pressvorrichtung wird der gesamte Verband axial zusammengepresst und durch die Sprengringe gesichert. Anschliessend werden die Kurzschlussringe 6 aufgelegt und gleichfalls axial zusammengepresst, bis sie an den Stirnflächen der Leiterstäbe 4 anliegen.
Die grossflächige Verbindung zwischen dem Kurzschlussring 6 und den Leiterstäben 4 erfolgt durch Elektronenstrahlschweissen, und zwar in derselben Weise, wie es in der eingangs genannten US-PS 3 705 971 ausführlich beschrieben ist. Die Schweissnaht ist in Fig. 1 mit 11 bezeichnet. Sie erstreckt sich in radialer Richtung über die gesamte Stirnfläche der Leiterstäbe 4 und reicht bis in die Endbleche 5 hinein. In Umfangsrichtung gesehen verläuft die Schweissnaht 11 ausserhalb der Leiterstäbe 5 in der Grenzzone von Kurzschlussring 6 einerseits und den an diesen angrenzenden Endblechen 5 und stellt damit eine stoffschlüssige Verbindung zwischen beiden Teilen 5 und 6 her.
Weil mit Strahlschweissen, insbesondere mit Elektronenstrahlschweissen unterschiedliche Werkstoffe miteinander verschweisst werden können, können bei der Erfindung die Materialpaarungen den elektrischen und mechanischen Anforderungen entsprechende Werkstoffe verwendet werden. So hat es sich als zweckmässig erwiesen, die Leiterstäbe 4 aus elektrischen Gründen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, die Kurzschlussringe 6 aus Festigkeits- und Gewichtsgründen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung zu wählen, um die Fliehkraftbeanspruchung klein zu halten. Die Endbleche 5 können aus Dynamo- oder Stahlblech oder Aluminiumblech bestehen.
Wichtig dabei ist vor allem, dass die Endbleche mit dem gleichen Stanzwerkzeug bearbeitet werden können wie die Dynamobleche des Läuferblechpakets 1.
Während in Fig. 1 bzw. Fig. 2 der Zusammenhalt des Läuferblechpakets in Axialrichtung im wellennahen Bereich durch die Pressplatte 7 bewerkstelligt wird und letztere gleichzeitig als Montagehilfsmittel fungiert, sind in der Ausführungsform der Erfindung nach den Figuren 3 bis 5 separate Pressplatten entbehrlich.
In Fig. 3 reicht der Kurzschlussring 6 bis in die wellennahe Zone des Blechpakets. Der Sprengring 8 sichert sowohl die axiale Länge des Blechpakets 1 auf der Welle 2 und dient gleichzeitig zur axialen Pressurig des Blechpakets im wellennahen Bereich.
Der Kurzschlussring kann radial nach innen gar bis über die Kühlbohrungen 10 hinausreichen, wenn er mit entsprechenden Bohrungen versehen ist.
In der Ausführungsform nach Fig. 4 sind der Kurzschlussring 6 und die Pressplatte 7 in einem einstückigen Presskörper vereinigt. Der Presskörper weist einen unmittelbar auf der Welle aufliegenden Nabenteil 12 und einen mit Ventilationsflügeln versehenen äusseren Ringteil 14 auf, welche Teile über Stege 15 miteinander verbunden sind. Der Presskörper besteht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und ist analog zu den vorbeschriebenen Ausführungen mit den Leiterstäben 4 und den Endblechen 5 durch Strahlschweissen über den gesamten äusseren Umfang verschweisst. Die axiale Sicherung des Blechpakets 1 gegenüber der Welle 2 erfolgt analog zu Fig. 1 über einen Sprengring 8 in Verbindung mit einer Ringnut 9 in der Welle 2.
Wie aus der Stirnansicht der Fig. 5 hervorgeht, verlaufen die Stege 15 jeweils zwischen benachbarten Kühlbohrungen 10.
DESCRIPTION
The invention relates to an asynchronous rotor according to the preamble of claim 1.
With this preamble, the invention relates to a prior art, such as that obtained from US Pat. No. 3,705,971. In this known asynchronous rotor, the conductor bars butt against the short-circuit rings. Ring segments are inserted in the space between adjacent conductor bars in order to enable the introduction of a continuous weld seam, which encompasses the boundary zones of the short-circuit ring on the one hand and the end faces of the conductor bars or the ring segments, because otherwise the metal would melt away between the individual bars. This type of construction of the cage winding is comparatively complex because the ring segments have to be fitted and held during the welding process. In addition, the active part of the rotor is lengthened and the short-circuit rings cannot be used to axially press the laminated core.
In the induction motor known from DE-PS 336 778, the iron cover plates of the armature body serve as end connections for the armature conductors. For this purpose, the cover plates are provided with recesses into which the anchor conductors open and are wedged or welded therein. This requires precise machining of the cover plates, whereby separate cover plates have to be produced for each rotor type and anchor conductor cross-section.
Based on the prior art shown, the invention has for its object to provide an asynchronous rotor that enables inexpensive production and is characterized by short overall length.
This object is achieved by the invention characterized in independent claim 1.
The main advantages of the subject matter of the invention can be seen in the following:
There are no fillers that are otherwise essential for beam welding. The short-circuit rings lie directly on the end plates of the rotor plate package, which shortens the overall length of the machine. The end plates can - but do not have to - consist of dynamo plates. A few layers are short-circuited by the beam welding and firmly connected to each other and lose the electrical properties of laminated sheets, but this increases the strength of the end area.
The additional costs associated with the production of solid end plates are also eliminated.
Furthermore, the costs for wedging and overtightening the conductor bars before joining are eliminated: the conductor bars are all of the same length, which results from the active part length in the compressed state. Any tolerances on the active part length can be adjusted by the axial flexibility of the sheet stack - it is about 3 to 4 mm per meter of sheet stack length.
The short-circuit rings are preferably designed such that they simultaneously take over the function of press plates, the short-circuit rings in extreme cases reaching up to the shaft.
The subject matter of the invention and its developments as well as the further advantages achievable with the invention are explained in more detail below with reference to the drawing, in which an exemplary embodiment is illustrated.
In the drawing shows
1 is a partial longitudinal section through an asynchronous rotor,
2 shows a plan view of the end face of the asynchronous rotor according to FIG. 1,
3 and 4 modifications of the embodiment of FIG. 1, in which the short-circuit ring simultaneously takes over the function of a press plate,
5 is a plan view of the end face of the asynchronous rotor according to FIG. 4.
The asynchronous rotor according to FIG. 1 has a laminated core 1 constructed from dynamo sheets, which is fastened on a shaft 2. Conductor rods 4 made of copper or aluminum or its alloys are inserted in semi-closed longitudinal grooves 3 of the laminated core 1. The end plates 5 of the laminated core are formed from stampable plates, which are produced on the same punching device as for the dynamo plates, the utility seams being cut to length in an additional operation such that their periphery is flush with the outer surfaces of the conductor bars 4. A short-circuit ring 6 with the same outer diameter lies directly on the end plates 5 and is butt-welded to the end faces of the conductor bars 4. The short-circuit ring has an inside diameter that is smaller than the diameter of the laminated core 1 measured in the groove base.
In this way, the short-circuit ring 6 contributes to the pressing of the rotor core 1. In the area near the shaft, the rotor laminated core 1 is pressed together by a press plate 7 on both end faces, the axial position of which is fixed by a snap ring 8 which partially engages in an annular groove 9 in the shaft 2. For the sake of completeness, axially extending cooling bores 10 are drawn in the rotor laminated core 1 in FIGS. 1 and 2, which continue in corresponding bores in the press plates 7.
The asynchronous rotor is essentially manufactured in the following process steps:
Dynamo sheets are stacked on the shaft 2 to form a sheet stack and provided with end sheets 5.
After aligning the sheets, the conductor bars 4 are inserted into the grooves. The length of the conductor bars corresponds to the axial length of the laminated core 1 including the end plates 5 in the (axially) compressed state. Then the press plates 7 are pushed on. The entire dressing is pressed together axially by means of a pressing device (not shown) and secured by the snap rings. The short-circuit rings 6 are then placed on and likewise axially compressed until they rest on the end faces of the conductor bars 4.
The large-area connection between the short-circuit ring 6 and the conductor bars 4 is carried out by electron beam welding, in the same way as is described in detail in the aforementioned US Pat. No. 3,705,971. The weld seam is designated 11 in FIG. 1. It extends in the radial direction over the entire end face of the conductor bars 4 and extends into the end plates 5. Seen in the circumferential direction, the weld seam 11 extends outside the conductor bars 5 in the border zone of the short-circuit ring 6 on the one hand and the end plates 5 adjoining them and thus establishes a material connection between the two parts 5 and 6.
Because different materials can be welded to one another with beam welding, in particular with electron beam welding, the material pairings in the invention can be used in accordance with the electrical and mechanical requirements. So it has proven to be expedient to choose the conductor bars 4 for electrical reasons from copper or a copper alloy, the short-circuit rings 6 from aluminum or an aluminum alloy for reasons of strength and weight, in order to keep the centrifugal force stress small. The end plates 5 can consist of dynamo or steel sheet or aluminum sheet.
It is particularly important that the end plates can be processed with the same punching tool as the dynamo plates of the rotor plate package 1.
While in Fig. 1 and Fig. 2 the cohesion of the laminated rotor core is accomplished in the axial direction in the area near the shaft by the press plate 7 and the latter also acts as an assembly aid, separate press plates are unnecessary in the embodiment of the invention according to FIGS. 3 to 5.
In Fig. 3, the short-circuit ring 6 extends into the zone of the laminated core close to the shaft. The snap ring 8 secures both the axial length of the laminated core 1 on the shaft 2 and at the same time serves for the axial pressing of the laminated core in the area near the shaft.
The short-circuit ring can even extend radially inward beyond the cooling bores 10 if it is provided with corresponding bores.
In the embodiment according to FIG. 4, the short-circuit ring 6 and the press plate 7 are combined in a one-piece press body. The pressing body has a hub part 12 lying directly on the shaft and an outer ring part 14 provided with ventilation vanes, which parts are connected to one another via webs 15. The pressing body consists of aluminum or an aluminum alloy and is welded over the entire outer circumference by means of beam welding, analogous to the previously described designs with the conductor bars 4 and the end plates 5. The laminated core 1 is axially secured relative to the shaft 2 in a manner analogous to FIG. 1 via a snap ring 8 in connection with an annular groove 9 in the shaft 2.
As can be seen from the front view of FIG. 5, the webs 15 each run between adjacent cooling bores 10.