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Die
Erfindung betrifft einen Kurzschlussläufer für
eine Asynchronmaschine, mit einem magnetischen Läuferkern
aus einem niedrig legierten Stahl und einem den Läuferkern
zumindest teilweise umgebenden Läuferkäfig aus
einem elektrisch leitfähigen Material.
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Eine
elektrische Arbeitsmaschine setzt einen Teil ihrer aufgenommenen
elektrischen Leistung in Wärme um, die durch Kühlung
der Arbeitsmaschine abgeführt werden muss. Herkömmlich
wird die elektrische Arbeitsmaschine mit der sie umgebenden Luft als
Kühlmedium gekühlt. Wird die elektrische Arbeitsmaschine
beispielsweise in der Rohstoff gewinnenden Industrie oder in einem
Bergwerk oder in einer Öl oder Erdgas fördernden
Anlage betrieben, so sind das Prozessgas oder die Umgebungsluft,
die dann zur Kühlung der elektrischen Arbeitsmaschine dienen,
mit chemischen Bestandteilen kontaminiert, die herkömmlich
hergestellte Bauteile der elektrischen Arbeitsmaschine durch Korrosion
angreifen.
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Ist
die elektrische Arbeitsmaschine vom Typ einer Asynchronmaschine,
so weist die Asynchronmaschine einen Kurzschlussläufer
auf. Der Kurzschlussläufer ist gebildet von einem Läuferkäfig
und einem Läuferkern, der ferromagnetisch ist. Aufgrund des
in dem Läuferkäfig induzierten elektrischen Stroms
erwärmt sich der Läuferkäfig beim Betrieb
der Asynchronmaschine stark, so dass der Kurzschlussläufer
mit der Umgebungsluft zu kühlen ist. Damit der Kurzschlussläufer
vor Korrosion durch aggressive Bestandteile der Umgebungsluft geschützt
ist, ist der Kurzschlussläufer aus einem korrosionsbeständigen Material,
insbesondere einem korrosionsbeständigen Stahl, hergestellt.
Der korrosionsbeständige Stahl hat einen hohen Legierungsgehalt,
wodurch der korrosionsbeständige Stahl schlechte Magneteigenschaften
hat. Dadurch ist der Wirkungsgrad der Asynchronmaschine herabgesetzt.
Würde für den Kurzschlussläufer ein Stahl
mit guten Magneteigenschaften verwendet werden, so wäre
dieser nachteilig nicht korrosionsbeständig.
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Bekannt
ist es, den Kurzschlussläufer vor seiner korrosiven Umgebung
durch eine hermetische Abdichtung zu schützen oder ihn
mit einem zweiten, speziell gereinigten oder aufbereiteten Medium
zu kühlen, beispielsweise in Form eines geschlossenen Kreislaufs.
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Die
Offenlegungsschrift
DE
102 60 282 A1 und
DE
197 46 195 A1 zeigen jeweils eine Elektromaschine mit einem
Läufer herkömmlicher Bauweise, wobei der Läufer
einschließlich des Blechpaketes anfällig gegen
Korrosion ist. Aus der
GB
1 208 661 A ist bereits eine Motorpumpe mit einem Elektromotor bekannt
dessen Rotorblechpakete vollständig aus magnetischem und
nicht rostendem Blechmaterial hergestellt ist. Diese teure Lösung
genügt den funktionalen Anforderungen an den Rotor einer
Asynchronmaschine nicht. Aus der
JP 59056853 A ist es bekannt, Blechpakete
von Elektromotoren mit einem Farbfilm zu versehen. In gleicher Weise
wird in der
US 2 422
592 A ein gummiartiger vorgefertigter Überzug
beschrieben um den Rotor einer elektrodynamischen Maschine zu schützen.
Derartige Ausbildungen sind nur eingeschränkt oder gar
nicht für hohe mechanische Belastungen in chemisch aggressiver Umgebung
geeignet. Dies ist insbesondere dann kritisch, wenn die Motorkühlung
mittels Prozessgases erfolgt, das von variierender chemisch aggressiver Zusammensetzung
ist. Aus der
EP 1 398510
B1 ist bereits eine vollständige Kapselung des
Rotors mit einem hermetisch dichtenden Blechmantel aus rostfreiem
ferritischen Werkstoff bekannt für ein Nasslaufkreiselpumpenaggregat.
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Aus
der
US 5 783 880 A ist
bereits ein Motor für eine Festplatte bekannt, dessen Bauteile
zum Teil mit einer Korrosions-schützenden Pulverschicht
versehen sind.
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Die
DE 905 044 B zeigt
eine Befestigung von Wellenstümpfen an einem Läuferblechpaket
eines Asynchronmotors.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Kurzschlussläufer für
eine gasgekühlte Asynchronmaschine zu schaffen, die einen
hohen Wirkungsgrad hat, obwohl der Kurzschlussläufer vor
Korrosion durch Kühlgas geschützt ist.
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Bevorzugtes
Anwendungsgebiet der Erfindung sind Kurzschlussläufer von
Asynchronmaschinen für eine elektrische Leistung zwischen
5 MW und 15 MW. Hierbei ist eine Länge zwischen 900–1400 mm
für den axialen Abschnitt des Motorteils des Läufers
zweckmäßig und/oder ein Durchmesser zwischen 300
mm–600 mm. Bei diesen Parametern kommt es jeweils zu hohen
Fliehkräften, die eine erfindungsgemäße
Bauweise rechtfertigen und einen hohen Wirkungsgrad attraktiv werden
lassen infolge der hohen Leistungsaufnahme und der damit absolut eingesparten
Energie.
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Der
erfindungsgemäße Kurzschlussläufer für eine
gasgekühlte Asynchronmaschine weist einen Läuferkern
aus einem niedriglegierten Stahl und einen den Läuferkern
im Wesentlichen umgebenden Läuferkäfig aus einem
elektrisch gut leitenden Material wie Kupfer oder Aluminium auf.
Hierbei kann der Läuferkäfig vollständig
oder teilweise intarsienartig in den Läuferkern eingebettet
sein, so dass bevorzugt der Läuferkäfig mit dem
Läuferkern eine kontinuierliche gemeinsame Oberfläche
bildet.
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Besonders
wichtig ist der Schutz des Läuferkerns vor dem Umgebungsmedium
bzw. dem Prozessgas. Deswegen ist eine Anordnung eines korrosionsbeständigen
Mantels zwischen dem Läuferkäfig und dem Läuferkern
erfindungsgemäß möglich. Hierbei ist
der Mantel den Läuferkern umschließend angeordnet,
so dass der Läuferkern von der Umgebung des Läuferkäfigs
hermetisch isoliert ist und der Läuferkern von dem Läuferkäfig
umströmendem Gas abgekapselt ist, wobei der Läuferkäfig
mit dem Gas zu dessen Kühlung in Berührkontakt
steht.
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Bevorzugt
ist dass der Mantel neben dem Läuferkern auch noch den
Läuferkäfig umschließt, so dass der Werkstoff
des Läuferkäfigs, z. B. Kupfer, ebenfalls vor
dem Gas geschützt ist. Diese Variante ist sogar geometrisch
und verfahrenstechnisch einfacher.
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Dadurch
ist erfindungsgemäß bei dem Kurzschlussläufer
ein Werkstoffverbund aus Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften
geschaffen, nämlich der Kurzschlussläufer mit
dem Läuferkern aus dem niedriglegierten Stahl und der Läuferkäfig aus
dem elektrisch gut leitfähigen Material, wobei der per
se korrosionsanfällige Läuferkern von dem korrosionsbeständigen
Mantel umgeben ist. Somit ist der Kurzschlussläufer beständig
gegen korrosives Kühlgas, mit dem der Läuferkäfig
beim Betrieb der Asynchronmaschine gekühlt wird. Dadurch
ist vorteilhaft die Asynchronmaschine mit dem erfindungsgemäßen
Kurzschlussläufer in der chemischen Industrie, der Bergbautechnik,
der Öl- und Gasindustrie anwendbar, wobei ein den Läuferkäfig
unmittelbar mit Berührkontakt kühlendes Kühlmedium
verwendbar ist, das ein verunreinigtes Fördermedium, Prozessgas
oder mit korrosiven Chemikalien belastete Luft ist.
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„Niedrig
legierter Stahl” gemäß der Erfindung wird
im Sinne der DIN EN 10027-1 verwendet, wobei damit
Stähle ohne ein „X” im Kurznamen bezeichnet sind
und keines der dem Eisen zugesetzten Legierungselemente einen Massegehalt
hat, der 5% übersteigt.
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Hinsichtlich
der chemischen Beständigkeit stellt die Erfindung auf die DIN
EN 10027-2 ab, die insbesondere angibt, welche Stähle
als rostfrei anzusehen sind.
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Der
Läuferkern ist bevorzugt als ein Vollzylinder ausgebildet,
der von dem Mantel vollständig umhüllt ist. Die
Ausbildung als Vollzylinder bedeutet, dass kein Blechpaket für
den Läuferkern vorgesehen ist. Diese Ausbildung ist infolge
der hohen mechanischen Integrität besonders gut für
hohe Drehzahlen bzw. hohe Umfangsgeschwindigkeiten geeignet. Der Läufer kern
ist von dem Mantel zur Umgebung hin gasdicht isoliert, so dass der
Läuferkern mit dem umströmenden Gas nicht in unmittelbaren
Berührkontakt gelangen kann. Ferner ist es bevorzugt, dass
der Läuferkern aus Kohlenstoffstahl oder einem niedrig legierten
Stahl hergestellt ist. Somit hat vorteilhaft der Läuferkern
gute magnetische Eigenschaften, wodurch die Asynchronmaschine einen
hohen Wirkungsgrad hat.
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Der
Läufermantel ist bevorzugt aus einem ferritischen, martensitischen,
austenitischen oder ferritisch-austenitischen rostfreien Stahl oder
einer Nickelbasislegierung oder einer Kobaltbasislegierung hergestellt.
Die Nickelbasislegierung oder Kobaltbasislegierung weist eine hervorragende
Eignung für die Verwendung in einer Sauergasumgebung auf. Somit
ist vorteilhaft der Läufermantel aus einem Material hergestellt,
das gegen Korrosion unanfällig ist. Der Kurzschlussläufer
weist bevorzugt einen ersten Kurzschlussring und einen zweiten Kurzschlussring sowie
eine Mehrzahl an Stäben auf, die über den Umfang
des Läuferkäfigs verteilt, in dessen Längsrichtung
sich erstreckend angeordnet und mit ihren Längsenden jeweils
an einem der Kurzschlussringe elektrisch leitend befestigt sind,
so dass von den Stäben und den Kurzschlussringen der Läuferkäfig
gebildet ist, wobei die Stäbe und die Kurzschlussringe aus
Kupfer oder einer Kupferlegierung oder einer Aluminiumlegierung
hergestellt sind. Die Befestigung der Stäbe an den Kurzschlussringen
kann beispielsweise durch Löten oder einem Schmelzschweißverfahren
oder Diffusionsschweißen mit oder ohne einer haftvermittelnden
Schicht beispielsweise unter Verwenden einer HIP-Anlage hergestellt
werden.
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Der
Mantel ist bevorzugt einstückig ausgebildet. Bevorzugt
ist es außerdem, dass der Läuferkäfig in
die zylindrische Außenseite des Mantels eingebettet ist.
Alternativ ist es bevorzugt, dass der Mantel eine erste Scheibe
und eine zweite Scheibe sowie einen Hohlzylinder aufweist, wobei
die erste Scheibe an der einen Stirnseite des Hohlzylinders und
die zweite Scheibe an der anderen Stirnseite des Hohlzylinders gasdicht
befestigt sind, so dass im Inneren des Hohlzylinders ein Hohlraum
gebildet ist, der von dem Läuferkern vollständig
ausgefüllt ist. Mindestens eine der Scheiben ist bevorzugt
an den Hohlzylinder oder den Läuferkern mit einer Schraubenverbindung befestigt.
Dabei ist es bevorzugt, dass an der Schraubenverbindung zwischen
der mindestens einen Scheibe und dem Hohlzylinder ein Dichtring
vorgesehen ist. Der Dichtring kann beispielsweise als ein O-Ring
oder als eine Flachdichtung ausgebildet sein. An den Scheiben ist
bevorzugt jeweils ein Wellenende zentrisch angebaut, an denen der
Kurzschlussläufer in der Asynchronmaschine gelagert ist.
Die Wellenenden sind beispielsweise an den Scheiben angeschraubt
oder können mit einer Hirtverzahnung zur Zentrierung und
Drehmomentübertragung auf beiden Seiten des Läuferkäfigs
und einem zentralen Zuganker in einer Hohlwelle ausgeführt
sein. Alternativ sind zum Befestigen der Wellenenden an die Scheiben Löt-
und Schweißverbindungen denkbar.
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Alternativ
ist es bevorzugt, dass mindestens eine der Scheiben an dem Hohlzylinder
mit einer Schweißverbindung befestigt ist. Dabei weist
bevorzugt der Läuferkern an seiner der Schweißverbindung
zugewandten Stirnseite außen einen Umlaufsteg auf, der
mit der Schweißverbindung verschweißt ist. Zum
Herstellen der Schweißverbindung sind Schmelz- und Diffusionsschweißverfahren
denkbar, beispielsweise WIG- oder UP- oder Elektronenstrahl- oder
Laserschweißen. Alternativ kann ein Diffusions- oder Reibschweißverfahren
eingesetzt werden. Das Diffusionsschweißverfahren kann
dabei mit oder ohne einer haftvermittelten Schicht an der Schweißverbindung
und unter Verwendung einer HIP-Anlage ausgeführt werden.
Vorzugsweise ist die Schweißnaht so positioniert, dass
sie von den Kurzschlussringen abgedeckt und mitsamt dem Läuferkern
vor Korrosion geschützt ist.
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Der
Läuferkäfig ist bevorzugt in der zylindrischen
Außenseite des Hohlzylinders eingebettet. Der Mantel ist
bevorzugt auf dem Läuferkern durch Auftragschweißen,
einem pulvermetallurgischen Verfahren, insbesondere unter Anwendung
einer HIP- Anlage, einem galvanischen Abscheideverfahren oder einem
thermischen Spritzen hergestellt. Dabei ist der Mantel durch Verdichten
und/oder Versiegeln nachbehandelt.
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Ferner
ist es bevorzugt, dass der Mantel durch Aufschrumpfen, Löten,
Diffusionsschweißen, insbesondere unter Anwendung einer
HIP-Anlage oder einem Vakuumofen, oder Verbindungsschweißen
durch Schmelzschweißen hergestellt ist. Dabei ist bevorzugt
zwischen dem Mantel und dem Läuferkern eine haftvermittelnde
Zwischenschicht vorgesehen.
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Bevorzugt
ist die Asynchronmaschine ein Asynchronmotor.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabe wird besonders zweckmäßig
gelöst, wenn der Kurzschlussläufer unter Anwendung
der folgenden Verfahrensschritte gefertigt ist:
- – Verbinden
von jeweils einem korrosionsbeständigen Wellenende mit
dem Läuferkern an den beiden stirnseitigen Enden des Läuferkerns,
- – Anordnen von Läuferkäfigbauteilen
in Ausnehmungen des Läuferkerns,
- – Herstellung eines Zwischenprodukts mittels Umgebens
des Läuferkerns, mit dem Mantel
- – Evakuieren des Zwischenraums zwischen dem Mantel
und dem Läuferkern,
- – Erhitzen des evakuierten Zwischenprodukts unter erhöhtem
Druck unterhalb der Schmelztemperaturen des Läuferkerns
und der Läuferkäfigbauteile,
- – mechanische Fertigbearbeitung des Mantels.
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Das
Verbinden der Wellenenden mit dem Läuferkern ist besonders
zweckmäßig durch Schweißen zu erreichen.
Der Läuferkern ist hierbei magnetisch und die Wellenenden
korrosionsbeständig, insbesondere aus einem hochlegierten
Material, wie X3CrNiMo13-4.
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Der
Läuferkern kann vor dem Verbinden oder nach dem Verbinden
mit den Wellenenden mit Ausnehmungen versehen werden zur Ein bettung
von Teilen des Läuferkäfigs. Hier werden bevorzugt Längsnuten
in eine Zylinderform des Läuferkerns eingebracht und jeweils
endseitig der Längsnuten eine umlaufende Nut oder absatzförmige
Ausnehmung, so dass der Läuferkäfig in die Nuten
in Einzelteilen eingesetzt werden kann.
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Anschließend
wird der Mantel um den Läuferkern mit dem Läuferkäfig
herum gelegt. Der Mantel kann zweckmäßig als Blech
mit einer Längsnahtschweißung ausgebildet sein,
wobei stirnseitig des sich so ergebenden Zylinders bevorzugt Scheiben vorgesehen
sind, so dass der Läuferkern bis zu den Wellenenden vollständig
von dem Mantel umgeben ist. Bevorzugt sind der Mantel in sich und
der Mantel an den Wellenenden verschweißt.
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Der
Mantel weist zweckmäßig einen Stutzen auf, mittels
dessen ein Vakuum, bevorzugt ein Hochvakuum, zwischen dem Mantel
und dem Läuferkern hergestellt werden kann. Das derart
evakuierte Zwischenprodukt wird einem Verfahrensschritt des Heiß-Isostatischen-Pressens
unterzogen, wobei ein Druck von etwa 700–1300 bar, bevorzugt
etwa 1000 bar von außen auf das Zwischenprodukt bei einer Temperatur
unterhalb der Schmelztemperatur der Materialen des Zwischenprodukts,
bevorzugt bei etwa 1000°C aufgebracht wird.
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Der
Abstand zu der niedrigsten Schmelztemperatur sollte ca. 20–150°C
sein, z. B. ca. 80°C Abstand zu der Schmelztemperatur von
Kupfer (1083°C).
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Die
Verbindung mittels Heiß-Isostatischen-Pressens hat zur
Folge dass zwischen den Bauteilen unterschiedlicher Materialien
ein Diffusionsverbund entsteht, so dass Läuferkern mit
dem Läuferkäfig und dem Mantel untereinander mittels
einer Diffusionsschicht verbunden sind. Diese Verbindung verbessert
sich vorteilhaft, wenn zumindest zwischen dem Läuferkäfig
mit dem Läuferkern und optional auch noch dem Läufermantel
eine zusätzliche Schicht vorgesehen wird, welche die Diffusion fördert
bzw. an dieser effektiv teilnimmt, z. B. eine Nickel schicht. Dies
kann zweckmäßig durch eine galvanische Beschichtung
geschehen.
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen
Kurzschlussläufers anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen
erläutert. Es zeigt:
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1 einen
Längsschnitt einer ersten erfindungsgemäßen
Ausführungsform des Kurzschlussläufers,
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2 einen
Längsschnitt einer zweiten erfindungsgemäßen
Ausführungsform des Kurzschlussläufers,
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3–4 Fertigungsschritte
eines Rohlings einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
des Kurzschlussläufers,
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5 Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
des Kurzschlussläufers ausgehend von einem Rohling gemäß 3–4,
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6–10 zeigen
jeweils eine schematische Darstellung der Herstellung eines Kurzschlussläufers
nach der Erfindung in verschiedenen Verfahrensschritten, und
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11 zeigt
einen Längsschnitt durch einen Verdichter mit einem Kurzschlussläufer
nach der Erfindung.
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Wie
es aus 1, 2, 5 ersichtlich ist,
weist ein Kurzschlussläufer 1 einen Läuferkern 8, einen
Läuferkäfig 2 und ein erstes Wellenende 3 sowie
ein zweites Wellenende 4 auf, wobei die Wellenenden 3, 4 jeweils
stirnseitig und zentrisch an dem Läuferkern 8 mittels
einer Schweißnaht 81, 14 befestigt sind.
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Der
Läuferkäfig 2 weist einen ersten Kurzschlussring 5 und
einen zweiten Kurzschlussring 6 auf, die im Durchmesser
gleich und in axialer Abfolge zueinander angeordnet sind. Zwischen
den Kurzschlussringen 5, 6 ist eine Mehrzahl an
Stä ben 7 vorgesehen, die über den Außenumfang
des Läuferkäfigs 2 äquidistant
und sich in Längsrichtung des Läuferkerns 8 erstreckend
angeordnet sind. Die Stäbe 7 haben jeweils zwei
Längsenden, wobei die einen Längsenden an dem
ersten Kurzschlussring 5 und die anderen Längsenden
an dem zweiten Kurzschlussring 6 anliegen. Beim Betrieb
des Kurzschlussläufers 1 sind die Kurzschlussringe 5 und 6 und
die Stäbe 7 stromführend.
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Im
Inneren des Läuferkäfigs 2 ist der Läuferkern 8 zum
Hauptteil angeordnet, der mit dem Läuferkäfig
gemeinsam von einem Mantel 9 vollständig umgeben
ist. Bevorzugt ist die Wandstärke des Mantels 9 im
Endzustand zwischen 0,3 mm–2 mm. Die Kurzschlussringe 5 und 6 und
die Stäbe 7 sind zumindest teilweise, bevorzugt
vollständig eingebettet, derart dass eine gemeinsame ebene
Oberfläche – vergleichbar mit einer Intarsie – gebildet
wird.
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In
dem Außenumfang des Läufers 1 sind die Kurzschlussringe 5 und 6 sowie
die Stäbe 7 eingelassen, wobei der Läuferkern 8 von
dem Mantel 9 hermetisch eingekapselt ist.
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An
der einen Stirnseite des Läuferkerns 8 oder des
Mantels 9 ist das erste Wellenende 3, und an der
anderen Stirnseite des Mantels 9 ist das zweite Wellenende 4 angebracht.
Der Läuferkäfig 2 ist im Wesentlichen
zylindrisch ausgebildet, wobei der Mantel 9 alle sonst
offenen Bereiche des Kerns einhüllt und sich bis zu dem
Wellenenden 3, 4 erstreckt, wo er mit diesen verbunden
ist. Nach entsprechenden Schweißungen ist der Mantel 9 vorteilhaft
einstückig ausgebildet.
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Gemäß 2 und 5 ist
der Mantel 9 von einer ersten Scheibe 12 und einer
zweiten Scheibe 13 sowie einem Hohlzylinder 18 gebildet,
wobei mit der ersten Scheibe 12 die eine Stirnseite des
Hohlzylinders 18 und mit der zweiten Scheibe 13 die
andere Stirnseite des Hohlzylinders 18 verschlossen sind. An
der ersten Scheibe 12 ist das erste Wellenende 3 und an
der zweiten Scheibe 13 ist das zweite Wellenende 4 angebracht.
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Gemäß 2 sind
die Scheiben 12 und 13 stirnseitig an dem Läuferkern 8 mit
Schraubenverbindungen 16 und 17 befestigt. Zwischen
der ersten Scheibe 12 und der einen Stirnseite des Läuferkern 8 ist
an der zweiten Schraubenverbindung 17 ein erster Dichtring 10 angeordnet.
Ferner ist zwischen der zweiten Scheibe 13 und der anderen
Stirnseite des Läuferkerns 8 an der ersten Schraubenverbindung 16 ein
zweiter Dichtring 11 vorgesehen. Die Dichtringe 10 und 11 sind
an dem Außenrand des Läuferkerns 8 angeordnet,
so dass der zweite Dichtring 11 an dem ersten Kurzschlussring 5,
und der erste Dichtring 10 an dem zweiten Kurzschlussring 6 anliegt.
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Gemäß 3, 4, 5 weist
der Läuferkern 8 an seinen Stirnseiten außenseitig
jeweils einen Umlaufsteg 19 auf, wobei radial innerhalb
des Umlaufstegs 19 an dem Läuferkern 8 und
an den Scheiben 12 und 13 jeweils eine Mulde 20 ausgebildet
ist. An dem Läuferkern 8 ist eine erste und zweite umlaufende
Schweißnaht 14, 15 vorgesehen, mit der der
Läuferkern 8 jeweils an der ersten Scheibe 12 der Wellenenden 3, 4 befestigt
ist. Die Scheiben 12, 13 sind links und rechts
des Läuferkerns 8 Bestandteil der Wellenenden 3, 4 und
mit diesen aus jeweils einem Stück gefertigt
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4 zeigt
den Läuferrohling nach dem Anschweißen und anschließendem
mechanischen Einarbeiten der Ausnehmungen für den Läuferkäfig 2.
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Die 6 bis 10 zeigen
Verfahrensschritte der Herstellung eines Kurzschlussläufers 1 nach
der Erfindung. In einem ersten Verfahrensschritt wird ein Läuferkernrohling 70 mit
Wellenenden 3, 4 verbunden mittels einer Schweißung,
wobei die Wellenenden 3, 4 chemisch beständiges
Material aufweisen und der Läuferkernrohling 70 aus
einem magnetischen Material besteht. Nachdem die Wellenenden 3, 4 an
den Läuferkernrohling 70 angeschweißt
wurden, werden Nuten 72 mechanisch in den Läuferkernrohling 70 eingefräst,
wobei es sich um axiale Nuten 72 und beidseitig eine sich
in Umfangsrichtung erstreckende Abstufung 73 handelt. Anschließend
werden zumindest die Nuten bzw. Ausnehmungen mit einer Beschichtung 74 versehen, welche
dem später erläuterten Diffusionsvorgang förderlich
ist bzw. an diesem Diffusionsvorgang maßgeblich teilnimmt,
beispielsweise mit einer Nickel- oder Kobaltschicht. Diese Beschichtung 74 wird
galvanisch aufgebracht. In dem nächsten Schritt (8) werden
Bestandteile des Läuferkäfigs 2 in die
Ausnehmungen bzw. Nuten 72, 73 eingelegt. Alternativ zu
der Beschichtung 74 der Ausnehmungen können auch
die Bestandteile des Läuferkäfigs 2 mit
einer diffusionsfördernden Schicht oder diffundierenden Schicht
versehen werden. Im nächsten Verfahrensschritt (9)
wird ein Mantel 9 aus einem chemisch beständigen
Material, insbesondere korrosionsfesten bzw. rostfreien Material
in Form eines Blechs um den Lauferkern herum gelegt und an den entsprechenden Fügestellen
des Mantels 9 in sich und den Anschlussstellen an den Läuferkern 8 bzw.
an den Wellenenden 3, 4 derart verschweißt,
dass alle korrosionsanfälligen Stellen von dem Mantel 9 bedeckt
sind. Der Mantel kann hierbei auch über die Schweißnaht zwischen
dem Läuferkern 8 und den Wellenenden 3, 4 reichen
(9). Der Mantel 9 dieses derartigen Zwischenprodukts 75 ist
mit einem Stutzen 76 versehen, der in den verbleibenden
Zwischenraum zwischen Mantel 9 und Läuferkern 8 bzw.
Läuferkäfig 2 mündet. Dieser
Zwischenraum wird mittels des Stutzens 76 mit dem Resultat
eines Hochvakuums evakuiert und der Stutzen anschließend
verschlossen. Nachfolgend findet eine Wärmebehandlung unter etwa
1000°C und einem äußeren Druck von 1000
bar statt, so dass dieses heiß-isostatische Pressen einen Verbund
zwischen den verschiedenen Materialien des Läuferkerns 8,
des Läuferkäfigs 2 und dem Mantel 9 zur
Folge hat. Dieser Verbund besteht an den jeweiligen Materialgrenzflächen
in einer Diffusionsschicht, die durch die Beschichtung 74 eine
besonders hohe mechanische Integrität zur Folge hat. Anschließend
wird das heiß-isostatisch gepresste Zwischenprodukt 75 mechanisch
mittels Drehen fertig bearbeitet, so dass etwaige Beulen und Unebenheiten
des Mantels 9 – ins besondere etwaige sich in Längsrichtung
erstreckende Schweißnähte – einer Ebnung
der Oberfläche weichen. Hierbei ist es zweckmäßig,
wenn sich der Mantel von einer ursprünglichen Dicke von
3 mm auf etwa 0,5 mm reduziert.
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11 zeigt
einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße
Strömungsmaschine 80 mit einem erfindungsgemäßen
Kurzschlussläufer 1. Die Strömungsmaschine 80 umfasst
einen Motor 51 und einen Verdichter 56, die mit
einem gemeinsamen Rotor sich in einem gemeinsamen gasdichten Gehäuse 55 befinden,
das einen Gaseinlass 61 und einen Gasauslass 62 für
Prozessgas aufweist. Der gemeinsame Rotor ist in zwei Radiallagern 53, 54 und
einem Axiallager 52 gelagert, wobei zur Reduktion der Lagerkräfte
eine vertikale Aufstellung vorgesehen ist. Ein von dem Verdichter 56 gefördertes
Prozessgas umströmt in dem Gehäuse 55 sowohl
die Lager als auch den Motor 51, insbesondere in dem Spalt
zwischen dem Motorrotor und dem Stator. Das Prozessgas ist chemisch
aggressiv und der gesamte Rotor, inklusive des Kurzschlussläufers 1,
ist chemisch beständig bzw. rostfrei ausgebildet. Für
die Lager 53, 54 und 52 ist ein Kühlsystem 60 vorgesehen,
welches extrahiertes Prozessgas in einem offenen Kreislauf als Kühlmittel
zirkuliert. Als Wellenenden 3, 4 sind an dem Kurzschlussläufer 1 Anschlusswellen 58, 59 vorgesehen,
die Träger einerseits von Verdichterimpellern und andererseits
von Lagerbauteilen sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10260282
A1 [0005]
- - DE 19746195 A1 [0005]
- - GB 1208661 A [0005]
- - JP 59056853 A [0005]
- - US 2422592 A [0005]
- - EP 1398510 B1 [0005]
- - US 5783880 A [0006]
- - DE 905044 B [0007]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - DIN EN 10027-1 [0014]
- - DIN EN 10027-2 [0015]