DE10117897A1

DE10117897A1 - Läuferkäfigwicklung mit Pressverband

Info

Publication number: DE10117897A1
Application number: DE10117897A
Authority: DE
Inventors: Karl Link
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-04-10
Filing date: 2001-04-10
Publication date: 2002-11-07

Abstract

Zur Erweiterung des Einsatzbereichs von Läufern insbesondere bei höheren Drehzahlen und höherer Motorleistung wird unter Vermeidung von Verlötungen ein Kappenring (6) auf den Kurzschlussring (5) eines Läufers aufgepresst. Bei dem Aufpressen werden die vom Blechpaket (1) in den Kurzschlussring (5) ragenden Stäbe in die jeweiligen Nuten (3) gepresst. Dieser Pressverband schafft erhöhte Stabilität, da die Materialfestigkeiten nicht durch hohe Löttemperaturen beeinträchtigt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Läufervorrichtung für elektromagnetische Induktionsmaschinen mit einem zylinderför mig angeordneten Blechpaket, mindestens einem Kurzschluss ring, der an einer Stirnseite des zylinderförmigen Blechpa kets angeordnet ist und einer Vielzahl von Stäben zur Bildung einer Käfigwicklung, die jeweils in Nuten des Blechpakets und des Kurzschlussrings eingebracht sind. Darüber hinaus be trifft die vorliegende Erfindung ein Montageverfahren für Kurzschlussläufer.

Bei Asynchronmaschinen kann der Läufer als Kurzschlussläufer ausgelegt sein. Dies bedeutet, dass die Läuferwicklung als Kurzschlusswicklung bzw. Käfigwicklung ausgebildet ist. Hier zu sind in dem Blechpaket des Läufers Läufernuten vorgesehen, die jeweils nur einen Leiter bzw. Stab enthalten. Alle Stäbe werden an den Stirnseiten des Läuferkörpers über Kurz schlussringe kurz geschlossen.

Zur Herstellung der Käfigwicklung werden die Stäbe mit oder ohne Isolation in die geschlossenen bzw. halb offenen Nuten eingeschoben und an den Stirnseiten mit den Kurzschlussringen verlötet bzw. verschweißt. Bei den heute üblichen Bauformen wird die Käfigwicklung oft aus Aluminium im Druckgussverfah ren mit samt Kurzschlussringen und Lüftungsflügeln herge stellt.

Die mechanische Stabilität derartiger Kurzschlussläufer ist insbesondere für hohe Drehzahlen und hohe Maschinenleistungen von größter Bedeutung. Zur Erweiterung des Einsatzbereichs und zur betriebssichern Gestaltung von Kurzschlusswicklungen ist eine jeweils geeignete Gestaltung der Verbindung zwischen den Stäben und den Kurzschlussringen zu wählen.

In diesem Zusammenhang beschreibt die europäische Patentan meldung EP 0 546 197 A1 einen Läufer, bei dem die Stäbe in Bohrungen der Kurzschlussringe eingeschoben werden. Die Stäbe weisen ihrerseits an den Stirnseiten Bohrungen auf, in die Stifte eingepresst werden. Somit werden die einzelnen Stäbe gegen die Innenflächen der Bohrungen der Kurzschlussringe ge presst. Dieses Verfahren ist jedoch aufwendig, da jeder Stab mit dem Kurzschlussring verstiftet werden muss.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Läufervorrichtung und ein diesbezügliches Montageverfah ren vorzuschlagen, die eine betriebssichere Gestaltung der Läuferwicklungen und einen erweiterten Einsatzbereich hin sichtlich Drehzahl und Maschinenleistung gestatten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Läufer vorrichtung für elektromagnetische Induktionsmaschinen mit einem zylinderförmig angeordneten Blechpaket, mindestens ei nem Kurzschlussring, der an einer Stirnseite des zylinderför migen Blechpakets angeordnet ist, einer Vielzahl von Stäben zur Bildung einer Käfigwicklung, die jeweils in Nuten des Blechpakets und des Kurzschlussrings eingebracht sind, und einem Kappenring, der am Außenumfang des Kurzschlussrings derart aufgepresst ist, dass die Stäbe in den Kurzschlussring gedrückt sind.

Darüber hinaus wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Montieren eines Kurzschlussläufers für In duktionsmaschinen durch Aufbringen eines Blechpakets auf eine Welle, Anordnen mindestens eines Kurzschlussrings an einer Stirnfläche des Blechpakets und Einbringen von mehreren Stä ben in Nuten des Blechpakets und des Kurzschlussrings sowie Aufpressen eines Kappenrings auf den Kurzschlussring.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung und des Verfah rens gemäß der vorliegenden Erfindung sind in den Unteran sprüchen definiert.

Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich insbesondere da durch aus, dass auf ein Verlöten bzw. Verschweißen der Stäbe mit den Kurzschlussringen verzichtet werden kann. Damit wird vermieden, dass Materialfestigkeiten in Folge der hohen Löt- bzw. Schweißtemperaturen reduziert werden.

Die folgende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeich nung näher erläutert, die einen Querschnitt eines Läuferab schnitts darstellt.

Das folgende Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugte Aus führungsform der vorliegenden Erfindung dar.

Ein Blechpaket 1 ist auf eine Welle 2 montiert. In dem zylin derförmigen Blechpaket 1 sind in Umfangsrichtung mehrere Nu ten 3 vorgesehen. Die Nuten 3 können je nach Anforderung ge schlossen oder halb offen sein.

In jede Nut 3 wird ein Stab 4 eingebracht. Der Stab 4 besitzt üblicherweise einen ähnlichen Querschnitt wie die Nut 3. Der in der Zeichnung dargestellte Querschnitt der Nut 3 bzw. des Stabs 4 ist keilförmig gewählt, wobei die Spitze des Keils zur Welle 2 zeigt. Entsprechend der Anforderung kann der Querschnitt des Stabs 4 bzw. der parallel zur Welle 2 laufen den Nut 3 auch kreisförmig oder rechteckförmig gewählt wer den.

An der Stirnseite des Blechpakets 1 ist ein Kurzschlussring 5 angebracht. Der Kurzschlussring 5 besitzt einen etwas gerin geren Außendurchmesser als das Blechpaket 1. Dies ist zwar nicht zwingend notwendig, erleichtert aber die Justage und Montage eines Kappenrings 6 auf dem Kurzschlussring 5.

Jede im Blechpaket 1 vorgesehene Nut 3 wird in dem Kurz schlussring 5 in axialer Richtung weitergeführt. Die Nut 3 kann den Kurzschlussring 5 ganz oder teilweise durchdringen.

Die Stäbe 4 reichen entsprechend teilweise oder vollständig durch den Kurzschlussring 5.

Das Profil der Stäbe 4 im Bereich des Kurzschlussrings 5 ist derart ausgestaltet, dass die radial nach außen weisende Flä che des Stabs 4 mit der Außenfläche des Kurzschlussrings 5 im wesentlichen bündig ist bzw. die Oberfläche des Stabs 4 ge ringfügig über die Oberfläche des Kurzschlussrings 5 über steht.

Der Kappenring 6 kann nun am Blechpaket 1 anschlagend auf den Kurzschlussring 5 aufgeschrumpft werden. Dabei wird der keil förmige Stab 4 in seine Nut gepresst. In der Zeichnung ist angedeutet, dass die keilförmige Nut 3 etwas tiefer als der ebenfalls keilförmige Stab 4 ist. Beim Eindrücken des Stabs 4 in die Nut 3 ergibt sich damit an den Seitenflächen 7 des Keils jeweils eine Flächenpressung. Darüber hinaus ergibt sich, wenn der keilförmige Stab 4 vollständig in die Nut 3 eingedrückt werden kann, ebenfalls eine Flächenpressung auf die Umfangsfläche 8 des Kurzschlussrings 5, wenn der Kappen ring 6 innen glatt gewählt ist. Wird die Nut 3 nicht tiefer ausgeformt als der einzudrückende Stab 4, so kann zwischen dem Kurzschlussring 5 und dem Kappenring 6 ein Spalt entste hen, so dass es nur an der spitzen und stumpfen Seite des ke gelförmigen Stabs 4 zu einer Verpressung kommt.

Durch das Aufschrumpfen des Kappenrings 6 auf den Kurz schlussring 5 kommt es unter Umständen auch zu einer Flächen pressung an der Oberfläche 9 der Welle 2. Die Presskraft an dieser Stelle ist zwar deutlich geringer als an der Trennflä che 8, sie kann aber dennoch zur Erhöhung der Stabilität des Läufers beitragen.

In der Zeichnung ist ferner ein Spalt 10 zwischen der Welle 2 und dem Kurzschlussring 5 angedeutet. Dieser Spalt erstreckt sich zumindest über einen Teil der axialen Ausdehnung des Kurzschlussrings, er muss aber nicht vorgesehen sein. Wenn er nicht vorhanden ist, ergibt sich für den Läufer unter Umstän den eine höhere Laufruhe.

Die Hülse oder der Kappenring 6 kann, wie mehrfach erwähnt, auf den Kurzschlussring 5 aufgeschrumpft werden. Darüber hin aus besteht auch die Möglichkeit, den Kappenring 6 in axialer Richtung an der Innenfläche und/oder den Kurzschlussring 5 an der Außenfläche 8 leicht anzuschrägen. Damit kann der Kappen ring 6 in axialer Richtung auf den Kurzschlussring 5 aufge presst werden, wobei die Stäbe 4 ebenfalls wieder in ihre Nu ten 3 eingedrückt werden.

Die erfindungsgemäße Läuferkonstruktion gewährleistet somit eine Stab-Ring-Verbindung, die nicht mehr durch Löten mit dem Nachteil hoher Materialtemperaturen sondern mit einem Press verband der beiden Ringe 5 und 6 geschaffen wird. Die Stäbe 4 werden dabei jeweils in eine konische Ringnut 3 eingepresst. In vorteilhafter Weise geht die Materialfestigkeit nicht durch hohe Löttemperaturen verloren und es muss nicht ein Ab stand zwischen dem Blechpaket 1 und dem Kurzschlussring 5 für das Löten vorgesehen werden. Mit dem erfindungsgemäßen Press verband können ferner unterschiedliche Materialien verbunden werden. Durch einen auf diese Weise geschaffenen radial stei fen Ringverband kann der Läufer ohne und mit Stabausladung, d. h. dem Überstand eines Stabs vom Blechpaket 1 in den Kurz schlussring 5, bei hohen Drehzahlen betrieben werden. Durch Berechnungen mittels finiter Elemente kann der Press verband betriebssicher ausgelegt werden.

Die erfindungsgemäße Käferwicklung unterliegt damit einer prinzipiellen Designänderung, wobei auf ein Verlöten bzw. Verschweißen der Stäbe mit den Kurzschlussringen verzichtet werden kann.

Claims

1. Läufervorrichtung für elektromagnetische Induktionsmaschi nen mit
einem zylinderförmig angeordneten Blechpaket (1),
mindestens einem Kurzschlussring (5), der an einer Stirn seite des zylinderförmigen Blechpakets (1) angeordnet ist, und
einer Vielzahl von Stäben (4) zur Bildung einer Käfigwicke lung, die jeweils in Nuten (3) des Blechpakets (1) und des Kurzschlussrings (5) eingebracht sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Kappenring (6) am Außenumfang des Kurzschlussrings (5) derart aufgepresst ist, dass die Stäbe (4) in den Kurz schlussring (5) gedrückt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Stäbe (4) und Nuten (3) keilförmige Querschnitte besitzen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Außendurch messer des Blechpakets (1) größer ist als der des mindestens einem Kurzschlussrings (5).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Kappenring (6) auf den Kurzschlussring (5) aufgeschrumpft ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Kurzschlussring (5) und/oder der Kappenring (6) kegelstumpf förmig und diese zur Verpressung aufeinander geschoben sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die bezüglich des Kurzschlussrings (5) radial nach außen weisende Fläche der Stäbe (4) im Bereich des mindestens einen Kurz schlussrings (5) im Wesentlichen mit der Außenumfangsfläche des mindestens einen Kurzschlussrings (5) bündig ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Innendurchmesser des Kurzschlussrings (5) in dessen axialer Ausdehnungsrichtung zumindest teilweise größer als der In nendurchmesser des Blechpakets (1) ist.

8. Verfahren zum Montieren eines Kurzschlussläufers für In duktionsmaschinen durch
Aufbringen eines Blechpakets (1) auf eine Welle (2),
Anordnen mindestens eines Kurzschlussrings (5) an einer Stirnfläche des Blechpakets (1) und
Einbringen von mehreren Stäben (4) in Nuten des Blechpakets (1) und des Kurzschlussrings (5),
gekennzeichnet durch
Aufpressen eines Kappenrings (6) auf den Kurzschlussring (5).

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Aufpressen durch thermisches Aufschrumpfen erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Kurzschlussring (5) und/oder Kappenring (6) kegelstumpfförmig sind und das gegen seitige Aufpressen in axialer Richtung erfolgt.