DE102009014460A1 - Käfigläufer aus zwei Teilpaketen - Google Patents

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    • H02K17/02Asynchronous induction motors
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Käfigläufer aus zwei Teilpaketen und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Um einen hohen Wirkungsgrad zu ermöglichen und den Läufer kostengünstig herstellbar zu machen, wird vorgeschlagen, dass - der Käfigläufer ein Läuferblechpaket mit stirnseitig angegossenen Kurzschlussringen (1) aus einem Kurzschlussringmaterial umfasst, - das Läuferblechpaket axial zumindest in ein erstes und zweites Teilpaket (2, 3) unterteilt ist und - die Teilpakete jeweils Nuten (6, 7) aufweisen, wobei - in den Nuten (6, 7) des ersten Teilpakets Kurzschlussstäbe (4, 5) und in den Nuten (6, 7) des zweiten Teilpakets Kurzschlussstäbe (4, 5) angeordnet sind, - wobei das Material der Kurzschlussstäbe (4, 5) im Vergleich zum Kurzschlussringmaterial einen höheren spezifischen elektrischen Leitwert aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Käfigläufer für eine Asynchronmaschine dessen Läuferblechpaket mit stirnseitig angegossenen Kurzschlussringen ausgeführt ist und axial zumindest in ein erstes und zweites Teilpaket unterteilt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Käfigläufers.
  • Standardasynchronmaschinen weisen heutzutage häufig einen durch ein Aluminiumdruckgussverfahren hergestellten Kurzschlussläufer auf. Um einen solchen Läufer herzustellen, wird zunächst ein Läuferblechpaket, welches Nuten für Kurzschlussstäbe umfasst, in eine Druckgussform gegeben. Anschließend wird diese Druckgussform mit einer Aluminiumschmelze unter Druck gefüllt, so dass die Nuten des Läuferblechpaketes mit Aluminiumschmelze ausgefüllt werden. Die Druckgussform bildet die Form von Kurzschlussringen ab, die bei diesem Vorgang stirnseitig an das Läuferblechpaket angegossen werden. Auf diese Art und Weise lässt sich sehr schnell und kostengünstig ein kompletter Kurzschlussläufer aus Aluminium für eine Drehfeldasynchronmaschine herstellen.
  • Neue Wirkungsgradnormen für Standardasynchronmaschinen, insbesondere IE2 und IE3, lassen sich mit Aluminiumdruckgussläufern nur mit einer vergrößerten Aktivteillänge erfüllen. Dies hat jedoch einen erhöhten Materialeinsatz zur Folge, wodurch die Herstellungskosten für derartige Standardasynchronmaschinen erhöht werden.
  • Hohe Wirkungsgrade lassen sich aber auch durch die Verwendung von Kupfer anstelle von Aluminium als Material für den Kurzschlussläufer erzielen. So kann ein Käfigläufer für eine Asynchronmaschine auch mittels eines Kupferdruckgussprozesses hergestellt werden. Da jedoch Kupfer eine wesentliche höhere Schmelztemperatur als Aluminium hat, stellt der Kupferdruck gussprozess sehr hohe Anforderungen an das Druckgusswerkzeug. Aufgrund der hohen Schmelztemperatur von Kupfer muss das Druckgusswerkzeug meist nach wenigen ”Schuss” ausgewechselt werden, wodurch die Herstellungskosten enorm erhöht werden.
  • Ein weiterer Nachteil eines Kupferdruckgussläufers gegenüber einem Aluminiumdruckgussläufer ist seine höhere Masse, die ein höheres Trägheitsmoment und damit schlechtere dynamische Eigenschaften des Kupferdruckgussläufers zur Folge hat.
  • Aus der DE 43 08 683 A1 ist ein Käfigläufer bekannt, bei dem vorgefertigte Kurzschlussstäbe stirnseitig mit Kurzschlussringen verbunden werden, die durch ein Aluminiumdruckgussverfahren an das Läuferblechpaket angeformt wurden. Zur Herstellung eines derartigen Läufers werden zunächst die Kurzschlussstäbe in die Nuten des Läuferblechpaketes eingeschoben. Anschließend wird das so bestückte Läuferblechpaket einem Aluminiumdruckgussprozess ausgesetzt, bei dem ein in den Nuten gegenüber den eingesetzten Kupferstäben verbleibender Restquerschnitt mit Aluminium ausgegossen wird und bei dem gleichzeitig die Kurzschlussringe an den beiden Stirnseiten des Läuferblechpaketes angegossen werden. Ein derartiger Käfigläufer hat den Vorteil, dass der Leitwert des Läuferkäfigs und damit der Wirkungsgrad gegenüber einem herkömmlichen Aluminiumdruckgussläufer deutlich erhöht ist, seine Herstellung jedoch gegenüber einem Kupferdruckgussläufer stark vereinfacht ist. Durch die Tatsache, dass die Kurzschlussringe aus dem sehr viel leichteren Aluminium hergestellt sind, ist auch die Masse eines solchen häufig auch als Hybridläufer bezeichneten Käfigläufers deutlich geringer als die eines reinen Kupferläufers.
  • Insbesondere bei größeren Baulängen treten bei Asynchronmaschinen starke Schwingungen auf, die zu Geräuschen führen und die Lager der Asynchronmaschine belasten. Um diese Schwingungen und Geräusche zu reduzieren sowie die elektrischen Eigenschaften der Asynchronmaschine zu verbessern, werden die Läu fer gestaffelt, d. h. aus zwei oder mehreren Teilpaketen aufgebaut, die versetzt zueinander angeordnet sind.
  • Ein derartiger aus mehreren Teilpaketen bestehender Käfigläufer ist beispielsweise aus der DE 40 13 674 C2 bekannt. Das Läuferblechpaket dieses Käfigläufers ist axial mindestens einmal unterteilt, wobei in der Teilungsebene ein Kurzschlussring angeordnet ist und die Läufernuten der einzelnen Teilpakete zueinander versetzt sind. Die beiden Teilpakete sind aus einem Aluminium-Guss gefertigt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen aus zwei Teilpaketen gefertigten Käfigläufer anzugeben, der einen hohen Wirkungsgrad ermöglicht und kostengünstig herzustellen ist.
  • Die Aufgabe wird durch einen Käfigläufer für eine Asynchronmaschine gelöst, wobei
    • – der Käfigläufer ein Läuferblechpaket mit stirnseitig angegossenen Kurzschlussringen aus einem Kurzschlussringmaterial umfasst,
    • – das Läuferblechpaket axial zumindest in ein erstes und zweites Teilpaket unterteilt ist, und
    • – die Teilpakete jeweils Nuten aufweisen, wobei
    • – in den Nuten des ersten Teilpakets Kurzschlussstäbe und in den Nuten des zweiten Teilpakets Kurzschlussstäbe angeordnet sind und
    • – wobei das Material der Kurzschlussstäbe im Vergleich zum Kurschlussringmaterial einen höheren spezifischen elektrischen Leitwert aufweist.
  • Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Käfigläufers für eine Asynchronmaschine gelöst mit folgenden Verfahrensschritten:
    • – Einführen von Kurzschlussstäben in Nuten eines ersten Teilpakets und Einführen von Kurzschlussstäben in Nuten eines zweiten Teilpakets,
    • – Verbinden des ersten Teilpakets mit dem zweiten Teilpaket zu einem Läuferblechpaket des Käfigläufers und
    • – stirnseitiges Angießen von Kurzschlussringen an das Läuferblechpaket.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Der erfindungsgemäße Käfigläufer besteht aus mindestens zwei Teilpaketen. Jedes dieser Teilpakete ist mit Nuten ausgeführt. Sowohl die Nuten des ersten Teilpaketes werden mit Kurzschlussstäben zur Herstellung des Käfigläufers bestückt als auch die Nuten des zweiten Teilpaketes. Stirnseitig ist an jedes Teilpaket jeweils ein Kurzschlussring angegossen.
  • Das Material der Kurzschlussstäbe hat einen höheren spezifischen Leitwert als das der Kurzschlussringe. So kommt in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung als Kurzschlussringmaterial Aluminium in Frage und für das Material der Kurzschlussstäbe Kupfer. Hierdurch kann der Leitwert des Käfigläufers durch das hoch leitfähige Kupfer recht hoch gehalten werden, während durch das vergleichsweise leichte Aluminium das Gesamtgewicht des Läufers im Vergleich zu einem Vollkupferläufer deutlich geringer ist.
  • Dadurch, das die Kupferstäbe von den gegossenen Aluminiumkurzschlussringen kurzgeschlossen werden, müssen sie nicht mehr, wie aus dem Stand der Technik bekannt, in einem aufwendigen Arbeitsgang mit dem Kurzschlussring verlötet werden.
  • Die Aufteilung des Läuferblechpaketes in zumindest ein erstes und zweites Teilpaket ist in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung besonders vorteilhaft, wenn die Teilpakete um insbesondere eine halbe Nutteilung gegeneinander versetzt angeordnet sind. Hierdurch resultiert ein Staffelläufer, dessen Laufeigenschaften bezüglich Schwingungen, Geräuschen und elektrischen Eigenschaften gegenüber nicht gestaffelten Läufern deutlich verbessert sind. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ermöglicht es, einen solchen Staffelläufer für Wirkungsgradnormen IE2 oder effizienter auszulegen, ohne die Herstellungskosten hierfür signifikant in die Höhe zu treiben.
  • Weiterhin ist eine Ausführungsform der Erfindung vorteilhaft, bei der ein in den mit den Kurzschlussstäben bestückten Nuten verbleibender Restquerschnitt mit dem Kurzschlussringmaterial ausgefüllt ist. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, den mit dem Kurzschlussringmaterial ausgefüllten Restquerschnitt im radial nach außen gerichteten Bereich der Nuten anzuordnen. Den hierdurch liegt innerhalb der Nuten im radial äußeren Bereich das Material mit dem geringeren spezifischen Leitwert. Dadurch werden in dem Restquerschnitt Anlaufstabteile gebildet, durch die der Anlaufstrom der Asynchronmaschine begrenzt wird und der Drehmomentverlauf optimiert wird.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ragen die Kurzschlussstäbe mit jeweils einem kurzschlussringseitigem Ende aus dem jeweiligen Teilpaket heraus in einen der Kurzschlussringe hinein und mit einem zwischenraumseitigen Ende aus dem jeweiligen Teilpaket heraus in einen zwischen den Teilpaketen vorhandenen Zwischenraum hinein, wobei der Zwischenraum mit dem Kurzschlussringmaterial ausgefüllt ist. Dadurch, dass sich das Kurzschlussringmaterial auch in dem Zwischenraum zwischen den beiden Teilpaketen befindet und die Kurzschlussstäbe zwischenraumseitig aus den Teilpaketen herausragen, entsteht eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Teilpaketen.
  • Insbesondere bei einem Käfigläufer, bei dem sich das Kurzschlussringmaterial auch in den Nuten in dem besagten Restquerschnitt und in dem besagten Zwischenraum befindet bietet sich in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ein Herstellungsverfahren an, bei dem die Kurzschlussringe, der Zwischenraum, und der Restquerschnitt der Nuten mittels eines Druckgussverfahrens, insbesondere eines Aluminiumdruck gussprozesses, ausgegossen werden. Mit Hilfe des Druckgussverfahrens ist es möglich, die Aluminiumschmelze vollständig über die Nuten der Teilpakete und den Zwischenraum zu verteilen. Anlaufstäbe, Kurzschlussringe und die Verbindung der beiden Teilpakete im Zwischenraum werden in einem Verfahrensschritt durch einen ”Schuss” hergestellt.
  • In vorteilhafter Ausführung der Erfindung weisen die Kurzschlussstäbe an ihren zwischenraumseitigen Enden jeweils einen formschlüssigen Anschlag zur Begrenzung der axialen Position der Kurzschlussstäbe innerhalb der Nuten auf. Durch diesen Anschlag wird verhindert, dass die Kurzschlussstäbe vollständig durch die Nut hindurch gezogen werden können.
  • Bei einem Druckgussprozess wird zu Abdichtungszwecken eine axiale Kraft auf das Läuferblechpaket ausgeübt, die dieses axial verspannt. Um diesen Spannungszustand auch im Betrieb aufrechtzuerhalten, ist es erforderlich, neben ggf. vorhandenen Anlaufstäben auch die Kurzschlussstäbe in den axialen Spannverband einzubeziehen. Hierzu ist eine Ausführungsform der Erfindung vorteilhaft, bei der die Kurzschlussstäbe an ihren kurzschlussringseitigen Enden jeweils Formschlussmittel, insbesondere in Form von Durchgangslöchern, zur Erzeugung eines Formschlusses zwischen den Kurzschlussstäben und den Kurzschlussringen aufweisen. Sind sowohl die Formschlussmittel an den kurzschlussringseitigen Enden vorhanden als auch die zwischenraumseitigen formschlüssigen Anschläge, so ist gewährleistet, dass auch die eingelegten Kurzschlussstäbe einem Auffedern des Läuferblechpaketes nach dem Druckgussprozess oder während einer Erwärmung des Rotors der Asynchronmaschine im Betrieb entgegenwirken. Durch die Formschlüsse an beiden Enden der Kurzschlussstäbe wird ein Gleichgewicht zwischen der Kraft des Auffederns im Läuferblechpaket und den Zugkräften in den Stäben eingestellt.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Käfigläufers stehen zwei Seitenwände jeder Nut in einem ersten Winkel zueinander, wobei die Kurzschlussstäbe als Winkel bleche mit einem zweiten Winkel ausgeführt sind, der größer als der erste Winkel ist und bei einem Einführen der Winkelbleche auf den ersten Winkel durch Krafteinwirkung elastisch reduzierbar ist, so dass die eingeführten Winkelbleche durch Kraftschluss in den Nuten am radial innen gerichteten Nutgrund fixierbar sind.
  • Dadurch, dass der zweite Winkel beim Einführen der Winkelbleche in die Nuten auf den ersten Winkel reduziert wird, sorgt die daraus resultierende Federwirkung dafür, dass die Winkelbleche bereits im Läuferblechpaket am Nutgrund fixiert sind, bevor die Schmelze mittels des Druckgussverfahrens in den verbleibenden Restbereich der Nuten eingebracht wird. Anschließend wird das Läuferblechpaket vorzugsweise durch ein Druckgussverfahren, insbesondere ein Aluminiumdruckgussverfahren, ausgegossen. Bei diesem Druckgussverfahren werden sowohl die Kurzschlussringe geformt als auch die verbliebenen Restquerschnitte in den Nuten ausgegossen. Insbesondere bei Verwendung eines Druckgussverfahrens wird auf die Winkelbleche ein Druck ausgeübt, der diese an den radial innen gerichteten Nutgrund herandrückt. Auf diese Art und Weise wird ein symmetrischer Aufbau gewährleistet. Denn die Position sämtlicher Winkelbleche ist durch den Nutgrund vorgegeben.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein mit Kurzschlussstäben bestücktes Läuferblechpaket umfassend ein erstes und zweites Teilpaket,
  • 2 das zweite Teilpaket des Läuferblechpakets aus 1,
  • 3 eine weitere Ausführungsform eines Teilpakets des erfindungsgemäßen Käfigläufers,
  • 4 eine Schnittdarstellung eines Läuferblechpakets einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Käfigläufers,
  • 5 eine perspektivische Darstellung des Läuferblechpakets gemäß 4,
  • 6 eine erste Ausführung einer Nut eines Käfigläufers gemäß einer Ausführung der Erfindung,
  • 7 einen als Winkelblech ausgeführten Kurzschlussstab zum Einführen in die in 6 dargestellte Nut,
  • 8 das in die Nut nach 5 eingelegte Winkelblech gemäß 7,
  • 9 die mit dem Winkelblech bestückte Nut nach einem Druckgussprozess,
  • 10 eine zweite Ausführung einer Nut eines Käfigläufers gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung,
  • 11 die mit einem als Normflachstab ausgeführten Kurzschlussstab bestückte Nut aus 10 nach einem Druckgussprozess und
  • 12 eine Asynchronmaschine mit einem Käfigläufer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • 1 zeigt ein mit Kurzschlussstäben 4 bestücktes Läuferblechpaket umfassend ein erstes und zweites Teilpaket 2, 3. Jedes Teilpaket 2, 3 ist mit Nuten ausgeführt, die zur Aufnahme von als Winkelbleche ausgeführten Kurzschlussstäben 4 ausgebildet sind. Vor dem Einführen der Winkelbleche muss der von den Seiten der Winkelbleche gebildete Winkel reduziert werden, damit die Kupferstäbe 4 in die Nuten eingebracht werden können. Nach einer Entlastung der Winkelbleche sind diese bereits durch die Spannkraft der Winkelbleche innerhalb der Nuten fixiert. Die beiden Teilpakete 2, 3 werden um eine halbe Nutteilung verdreht zueinander angeordnet. Der so aus dem ersten und zweiten Teilpaket 2, 3 entstehende Läufer hat aufgrund dieser Staffelung ein besseres Schwingungs- und Geräuschverhalten als Läufer für Asynchronmaschinen ohne Staffelung. Auch die elektrischen Eigenschaften eines derartigen gestaffelten Läufers sind gegenüber ungestaffelten Läufern vorteilhaft.
  • Die auf diese Weise zusammengefügten Teilpakete 2, 3 werden anschließend in eine Druckgussform gebracht. In dieser Druckgussform werden die Teilpakete 2, 3 mit einer Aluminiumschmelze ausgefüllt. Die Aluminiumschmelze bildet zum Einen stirn seitige Kurzschlussringe und füllt zum Anderen den in den Nuten verbleibenden Restquerschnitt aus. Innerhalb der Nuten entstehen so Anlaufstäbe aus Aluminium, die im radial außen gerichteten Bereich angeordnet sind. Diese Anlaufstäbe haben im Vergleich zu den hier aus Kupfer gefertigten Winkelblechen einen niedrigeren spezifischen elektrischen Leitwert. Da die Anlaufströme bei einer Asynchronmaschine zunächst aufgrund des Skineffekts vornehmlich im äußeren Bereich des Rotors fließen, werden durch diese Anordnung die Anlaufströme der Maschine begrenzt.
  • Ferner wird ein Zwischenraum 9, den die beiden Teilpakete 2, 3 an ihrer Berührungsstelle bilden, mit der Aluminiumschmelze während des Druckgussprozesses ausgefüllt. So entsteht ein Zwischenring zwischen den beiden Teilpaketen 2, 3, der die Stabenden der Kurzschlussstäbe 4 beider Teilpakete 2, 3 elektrisch und mechanisch miteinander verbindet.
  • Die Winkelbleche sind an ihren stirnseitigen Enden jeweils mit Formschlussmitteln 11 ausgeführt. Diese Formschlussmittel 11 sind durch eine Bohrung realisiert. Wenn nun während des Druckgussvorgangs die Kurzschlussringe der Asynchronmaschine im stirnseitigen Bereich des Läuferblechpaketes ausgebildet werden, so werden auch diese Bohrungen mit der Aluminiumschmelze durchsetzt. Sobald die Aluminiumschmelze ausgehärtet ist, entsteht der gewünschte Formschluss zwischen den Winkelblechen und den Kurzschlussringen. Auf diese Weise werden die von thermischen Zyklen verursachten Spannungen innerhalb des Läufers auch auf die Kurzschlussstäbe 4 übertragen. Es wird vermieden, dass die Kurzschlussstäbe 4 stirnseitig durch die thermischen Lastspiele von den Kurzschlussringen gelöst werden.
  • 2 zeigt das zweite Teilpaket 3 des Läuferblechpakets aus 1. Zu erkennen ist die zwischenraumseitige Seite des zweiten Teilpakets. Die in die Nuten eingeschobenen Kurzschlussstäbe 4 besitzen einen formschlüssigen Anschlag, der die Kurzschlussstäbe 4 bei der durch den Pfeil gekennzeichne ten Fügerichtung in ihrer Position innerhalb der Nuten begrenzt. Nach Applikation und Aushärtung der Schmelze greifen schließlich auch die stirnseitigen Formschlussmittel 11, so dass die Kurzschlussstäbe 4 axial innerhalb des zweiten Teilpaketes 3 verspannt sind.
  • 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Teilpaketes 3 des erfindungsgemäßen Käfigläufers. Das dargestellte Teilpaket 3 ist zusätzlich mit einem Abstandshalter 15 ausgeführt. Ein solcher Abstandshalter 15 befindet sich an beiden Teilpaketen 2, 3 des Läuferblechpakets. Nach dem Aneinanderfügen der beiden Teilpakete 3, 4 definiert der Abstandshalter 15 den Zwischenraum 9, der nach dem Aluminiumdruckgussverfahren mit der Schmelze ausgefüllt wird. Durch den Druckguss wird ein Ring innerhalb des Zwischenraums 9 ausgegossen, der die Kurzschlussstäbe im Bereich ihrer Anschläge 10 elektrisch miteinander verbindet.
  • 4 zeigt eine Schnittdarstellung eines Läuferblechpakets einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Käfigläufers. Wie bereits erläutert, sind stirnseitig Formschlussmittel 11 vorhanden, die von der Aluminiumschmelze der Kurzschlussringe 1 durchsetzt werden. Zwischenraumseitig sorgt der bereits erwähnte Anschlag 10 für die Fixierung der Kurzschlussstäbe 4. Die dargestellten Doppelpfeile zeigen die Wirkung der Entspannungskräfte im Läuferblechpaket nach dem Druckgussprozess. Durch die Bohrung innerhalb der Kurzschlussstäbe 4, wird verhindert, dass sich die Kurzschlussstäbe 4 stirnseitig von den Kurzschlussringen 1 durch diese Kräfte ablösen.
  • 5 zeigt eine perspektivische Darstellung des Läuferblechpakets gemäß 4. Es ist zu erkennen, dass durch den Druckgussprozess an den Kurzschlussringen 1 Flügel 17 zur Lüftung der Maschine und Wuchtzapfen 16 angegossen wurden. Eine derartig aufwendige Ausgestaltung der Kurzschlussringe 1 ist nur beim Aluminiumdruckgussprozess, nicht bei einem Kupferdruckgussprozess möglich. Grund dafür ist, dass der Aluminiumdruckgussprozess bei sehr viel niedrigeren Temperaturen stattfindet, die eine derartig filigrane Ausgestaltung der Kurzschlussringe erlaubt. Beim Kupferdruckgussprozess, bei dem die Temperatur der Schmelze in der Regel über 1300°C hat, ließen sich derartige Strukturen nach dem Gießen kaum zerstörungsfrei von der verwendeten Druckgussform lösen.
  • 6 zeigt eine erste Ausführung einer Nut 6 eines Käfigläufers gemäß einer Ausführung der Erfindung. Es ist zu erkennen, dass die Seitenwände der Nut einen ersten Winkel 12 bilden.
  • 7 zeigt einen als Winkelblech ausgeführten Kurzschlussstab 4 zum Einführen in die in 6 dargestellte Nut 6. Dieses Winkelblech weist einen zweiten Winkel 13 auf, der etwas größer als der erste Winkel 12 ist, den die Seitenwände der Nut 6 bilden.
  • 8 zeigt das in die Nut nach 5 eingelegte Winkelblech gemäß 7. Zum Einführen des Winkelblechs wurde dessen zweiter Winkel 13 reduziert, so dass dieser kleiner als der erste Winkel 12 ist. Hierzu wird eine Federkraft auf das Winkelblech ausgeübt. Nach dem Einlegen in die Nut entspannt sich das Winkelblech wieder und wird durch die Federkräfte innerhalb der Nut 6 gehaltert. Hierdurch kann der Fertigungsaufwand reduziert werden, da keine speziellen Vorkehrungen dafür getroffen werden müssen, dass das Winkelblech vor einem Druckgussprozess an der hierfür vorgesehenen Position verbleibt.
  • 9 zeigt die mit dem Winkelblech bestückte Nut 6 nach einem Druckgussprozess. Beispielsweise wurde auch hier eine Aluminiumschmelze appliziert. Das dargestellte Winkelblech ist aus Kupfer und damit mit einem höheren spezifischen elektrischen Leitwert als die Aluminiumschmelze ausgeführt. Durch diese Anordnung entstehen innerhalb der Nut Anlaufstäbe, die bezüglich des Anlaufverhaltens die bereits erwähnten Vorteile aufweisen. Außerdem wird durch die Aluminiumschmelze das Winkelblech fest gegen den radial nach innen gerichteten Nutgrund 13 gedrückt und in dieser Position fixiert.
  • Alternativ zu der Winkelform des Kurzschlussstabes 4 ist es auch denkbar, einen gezogenen Formstab als Kurzschlussstab 4 zu verwenden, der der dargestellten Nutform angepasst ist. Dieser kann dann als Massivstab, d. h. ohne den durch den Winkel 13 aufklaffenden Freiraum ausgeführt werden, so dass die mit Aluminiumschmelze gefüllte Nutquerschnittsfläche im Vergleich zu der in 9 dargestellten reduziert wird.
  • 10 zeigt eine zweite Ausführung einer Nut 7 eines Käfigläufers gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung. Die dargestellte Nut ist zur Aufnahme eines Normflachstabs ausgeführt, der am radial innen gerichteten Nutgrund 13 anliegt.
  • 11 zeigt die mit dem als Normflachstab ausgeführten Kurzschlussstab 4 bestückte Nut 7 aus 10 nach einem Druckgussprozess. Auch hier ist der verbliebene Restquerschnitt der Nut 7 mit Aluminiumschmelze ausgefüllt und drückt den Normflachstab 5 gegen den radial innen gerichteten Nutgrund 13.
  • 12 zeigt eine Asynchronmaschine 14 mit einem Käfigläufer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Diese Asynchronmaschine 14 ist aufgrund des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens sehr preisgünstig und leicht zu fertigen und weist aufgrund des als Staffelläufer ausgeführten Käfigläufers sehr gute Eigenschaften bezüglich Schwingungsdämpfung und Geräuschentwicklung auf. Durch den hybriden Aufbau des Käfigläufers wird ein hoher elektrischer Wirkungsgrad erzielt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 4308683 A1 [0006]
    • - DE 4013674 C2 [0008]

Claims (15)

  1. Käfigläufer für eine Asynchronmaschine (14), wobei – der Käfigläufer ein Läuferblechpaket mit stirnseitig angegossenen Kurzschlussringen (1) aus einem Kurzschlussringmaterial umfasst, – das Läuferblechpaket axial zumindest in ein erstes und zweites Teilpaket (2, 3) unterteilt ist, und – die Teilpakete jeweils Nuten (6, 7) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass – in den Nuten (6, 7) des ersten Teilpakets Kurzschlussstäbe (4, 5) und in den Nuten (6, 7) des zweiten Teilpakets Kurzschlussstäbe (4, 5) angeordnet sind, – wobei das Material der Kurzschlussstäbe (4, 5) im Vergleich zum Kurschlussringmaterial einen höheren spezifischen elektrischen Leitwert aufweist.
  2. Käfigläufer nach Anspruch 1, wobei die Teilpakete (2, 3) um insbesondere eine halbe Nutteilung gegeneinander versetzt angeordnet sind.
  3. Käfigläufer nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kurschlussringmaterial Aluminium und das Material der Kurzschlussstäbe (4, 5) Kupfer ist.
  4. Käfigläufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein in den mit den Kurzschlussstäben (4, 5) bestückten Nuten (6, 7) verbleibender Restquerschnitt (8) mit dem Kurzschlussringmaterial ausgefüllt ist.
  5. Käfigläufer nach Anspruch 4, wobei der mit dem Kurzschlussringmaterial ausgefüllte Restquerschnitt (8) im radial nach außen gerichteten Bereich der Nuten (6, 7) angeordnet ist.
  6. Käfigläufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kurzschlussstäbe (4, 5) mit jeweils einem kurschlussringseitigem Ende aus dem jeweiligen Teilpaket (2, 3) heraus in einen der Kurzschlussringe (1) hineinragen und mit einem zwischenraumseitigen Ende aus dem jeweiligen Teilpaket (2, 3) heraus in einen zwischen den Teilpaketen (2, 3) vorhandenen Zwischenraum (9) hineinragen, wobei der Zwischenraum (9) mit dem Kurzschlussringmaterial ausgefüllt ist.
  7. Käfigläufer nach Anspruch 6, wobei die Kurzschlussstäbe (4, 5) an ihren zwischenraumseitigen Enden jeweils einen formschlüssigen Anschlag (10) zur Begrenzung der axialen Position der Kurzschlussstäbe (4, 5) innerhalb der Nuten (6, 7) aufweisen.
  8. Käfigläufer nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Kurzschlussstäbe (4, 5) an ihren kurzschlussringseitigen Enden jeweils Formschlussmittel (11), insbesondere in Form von Durchgangslöchern, zur Erzeugung eines Formschlusses zwischen den Kurzschlussstäben (4, 5) und den Kurzschlussringen (1) aufweisen.
  9. Käfigläufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei Seitenwände jeder Nut (6, 7) in einem ersten Winkel (12) zueinander stehen und die Kurzschlussstäbe (4, 5) als Winkelbleche mit einem zweiten Winkel (13) ausgeführt sind, der größer als der erste Winkel (12) ist und bei einem Einführen der Winkelbleche auf den ersten Winkel durch Krafteinwirkung elastisch reduzierbar ist, so dass die eingeführten Winkelbleche durch Kraftschluss in den Nuten (6, 7) am radial innengerichteten Nutgrund (13) fixierbar sind.
  10. Asynchronmaschine mit einem Käfigläufer nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Käfigläufers für eine Asynchronmaschine (14) mit folgenden Verfahrensschritten: – Einführen von Kurzschlussstäben (4, 5) in Nuten (6, 7) eines ersten Teilpakets (2) und Einführen von Kurzschlussstäben (4, 5) in Nuten (6, 7) eines zweiten Teilpakets (3), – Verbinden des ersten Teilpakets (2) mit dem zweiten Teilpaket (3) zu einem Läuferblechpaket des Käfigläufers und – stirnseitiges Angießen von Kurzschlussringen (1) an das Läuferblechpaket.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Teilpakete (2, 3) um insbesondere eine halbe Nutbreite gegeneinander verdreht angeordnet und miteinander verbunden werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei ein in den mit den Kurzschlussstäben (4, 5) bestückten Nuten (6, 7) verbleibender Restquerschnitt (8) mit dem Kurzschlussringmaterial ausgefüllt wird, der insbesondere im radial nach außen gerichteten Bereich der Nuten angeordnet ist.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Kurzschlussstäbe (4, 5) mit jeweils einem kurschlussringseitigem Ende aus dem jeweiligen Teilpaket (2, 3) heraus in einen der Kurzschlussringe (1) hineinragend und mit einem zwischenraumseitigen Ende aus dem jeweiligen Teilpaket (2, 3) heraus in einen zwischen den Teilpaketen (2, 3) vorhandenen Zwischenraum (9) hineinragend angeordnet werden, wobei der Zwischenraum (9) mit dem Kurzschlussringmaterial ausgegossen wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 und 14, wobei die Kurzschlussringe (1), der Zwischenraum (9) und der Restquerschnitt (8) der Nuten (6, 7) mittels eines Druckgussverfahrens, insbesondere eines Aluminiumdruckgussprozesses, ausgegossen werden.
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