DE10258029A1

DE10258029A1 - Kurzschlußläufer

Info

Publication number: DE10258029A1
Application number: DE10258029A
Authority: DE
Inventors: Gerd Eyssele; Jutta Kinder; Oliver Kirn; Werner Koenig; Rudolf Reinhardt; Gerd Schmidt
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2003-07-10
Anticipated expiration: 2022-12-13
Also published as: DE10258029B4

Abstract

Ein Kurzschlußläufer (1) für eine Asynchronmaschine umfaßt Läuferstäbe (6), welche in Nuten (5) eines Läuferblechpakets (3) angeordnet sind, und zwei endseitig mit den Läuferstäben (6) verbundene Kurzschlußringe (8). Die Läuferstabenden (16) sind mit den Kurzschlußringen (8) durch eine Reibschweißverbindung verbunden. Im Endbereich (16) der Läuferstäbe (6) ist eine Kontaktschicht (21) angeordnet, welche gemeinsam mit den Läuferstabenden (16) mit den Kurzschlußringen (8) verschweißt wird. Die erfindungsgemäßen Kurzschlußläufer (1) sind leicht und preiswert herstellbar und eignen sich für den Einsatz in Asynchronmaschinen mit großen Leistungen und hohen Umdrehungszahlen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kurzschlußläufer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er beispielsweise aus der DE 196 26 807 C1 als bekannt hervorgeht. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kurzschlußläufers.

Herkömmlicherweise werden Kurzschlußläufer durch ein Gußverfahren hergestellt, bei dem ein mit Nuten versehenes Läuferblechpaket in ein Gießwerkzeug eingelegt und mit einem elektrisch leitfähigen Werkstoff umgossen wird. Ein solches Gußverfahren ist z. B. in der DE-G 91 11 357.1 beschrieben. Durch das Umgießen entsteht ein Kurzschlußkäfig mit in die Nuten des Läuferblechpakets eingegossenen Kurzschlußstäben, welche endseitig stoffschlüssig mit den Kurzschlußringen verbunden sind. Zur Herstellung eines qualitativ hochwertigen Kurzschlußkäfigs muß sichergestellt werden, daß der Gießwerkstoff alle Nuten des Läuferblechpakets gleichmäßig füllt. Bei Verwendung von Kupfer als Gießwerkstoff kann diese Forderung - aufgrund der hohen Schmelztemperatur des Kupfers - im Regelfall nur für verhältnismäßige kleine Kurzschlußläufer gewährleistet werden. Große Kurzschlußkäfige können hingegen nur schwer prozeßsicher in Kupferguß hergestellt werden: In diesem Fall erstarrt nämlich die Kupferschmelze in den langen, dünnen Nuten der Läuferblechpakete so schnell, daß einige Nuten nicht durchgängig von Gießwerkstoff ausgefüllt werden. Solche "unterbrochenen" Kurzschlußstäbe leisten dann keinen Beitrag beim Kurzschließen der endseitigen Kurzschlußringe, wodurch die ohmschen Verluste im Läufer stark ansteigen; außerdem können solche "unterbrochenen" Kurzschlußstäbe kein Drehmoment übertragen. Weiterhin führt die hohe Gießtemperatur zu einem Ausgasen der Isolierung der lackierten Einzelbleche des Läuferblechpakets; dadurch entstehen Lunker im Gußteil, welche den Querschnitt der Läuferstäbe stark reduzieren können, zu Unwuchten des Läufers führen und zusätzliche ohmsche Verluste im Läufer zur Folge haben. Außerdem führt das Ausgasen der Isolationsschicht der Einzelbleche zu einer Reduktion des ohmschen Widerstands zwischen den Einzelblechen, was erhöhte Wirbelstromverluste im Betrieb zur Folge hat.

Zur Herstellung großer Kurzschlußläufer ist es daher vorteilhaft, den gegossenen Läuferkäfig durch separat hergestellte Kurzschlußstäbe zu ersetzen, welche in die Nuten des Läuferblechpakets eingeschoben und anschließend mit - ebenfalls separat hergestellten - Kurzschlußringen verbunden werden. Zum Verbinden der Enden der Kurzschlußstäbe mit den Kurzschlußringen wird in der DE 38 34 466 C1 eine Hartlötung vorgeschlagen. Aufgrund des dazu notwendigen Erwärmens und anschließenden Abkühlens der Einzelelemente ist das Verfahren jedoch vergleichsweise aufwändig. Weiterhin stellt die Lötverbindung einen ohmschen Widerstand dar, welcher Verluste im Läufer zur Folge hat.

Die gattungsbildenden DE 196 26 807 C1 schlägt vor, die beiden Kurzschlußringe mit den Kurzschlußstäben durch "Reibschweißen" oder durch "Ultraschallschweißen" zu verbinden. Allerdings ist aus der DE 196 26 807 C1 nicht entnehmbar, wie dies funktionieren soll: Die Verbindungsbereiche zwischen Kurzschlußringen und Kurzschlußstäben sind nämlich in einer solchen Weise gestaltet, daß die einander zugewandten Oberflächen der beiden Kurzschlußringe Sacklöcher aufweisen, in die die jeweiligen Enden der Kurzschlußstäbe vor dem Verschweißen eingeführt werden. Eine solche Konstruktion ist nicht geeignet, mittels Reibschweißen gefügt zu werden. Auch ist aus der DE 196 26 807 C1 für einen Fachmann keineswegs ersichtlich, mit Hilfe welcher Reibschweiß- Verfahrensschritte derart in Sacklöcher eingeführte Stäbe mit den Kurzschlußringen elektrisch leitend und stoffschlüssig verbunden werden können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen reibgeschweißten Kurzschlußläufer vorzuschlagen, der zum Einsatz in Asynchronmaschinen mit großer Leistung und hohen Umdrehungszahlen geeignet ist und weiterhin schnell und preiswert in Großserie zu fertigen ist. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Läufers vorzuschlagen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1, 6 und 7 gelöst.

Danach werden die Läuferstäbe endseitig durch (Rotations-) Reibschweißen mit einem oder mit beiden Kurzschlußringen verbunden. Dabei wird einer der Fügepartner (Kurzschlußring oder Läuferblechpaket mit Kurzschlußstäben) gegenüber dem anderen Fügepartner in (makroskopische) Rotation versetzt, während der andere Fügepartner in einer axial verschiebbaren Vorrichtung fest eingespannt ist und gegen den rotierenden Fügepartner gepreßt wird. Vorteilhafterweise wird dabei das Schwungrad- Reibschweißen eingesetzt, bei dem das feststehende Teil ohne Fremdbremsung gegen das rotierende Teil gestaucht wird. Die gespeicherte Rotationsenergie wird zum Schweißen benutzt.

Das Reibschweißen ermöglicht eine stoffschlüssige Verbindung und somit niedrigohmige Kontakte zwischen Läuferstäben und Kurzschlußringen, so daß die Verluste im Läufer sehr gering sind und gleichzeitig eine hohe mechanische Festigkeit des Läufers gewährleistet ist. Weiterhin erfolgt beim Reibschweißen - im Vergleich zu anderen Schweißverfahren - ein sehr niedriger Wärmeeintrag an der Fügestelle, so daß lebensdauerreduzierende Gefügeveränderungen wirksam unterbunden werden. Schließlich ist das Reibschweißverfahren vergleichsweise einfach und unaufwendig durchzuführen, was eine preiswerte Herstellung der Läufer ermöglicht. Im Unterschied zum Ultraschallschweißen werden beim Hybrid-Reibschweißen alle Läuferstabenden gleichzeitig mit dem ihnen gegenüberliegenden Kurzschlußring verschweißt; dadurch läßt sich eine erhebliche Zeitersparnis erreichen.

Um mittels (Rotations-) Reibschweißen prozeßsicher eine feste Verbindung aller Läuferstabenden mit dem Kurzschlußring zu erreichen, muß der Verbindungsbereich auf besondere Weise gestaltet sein: Erfindungsgemäß weist das Läuferblechpaket im Bereiche der Läuferstabenden eine ringförmige Kontaktschicht auf, in die die Enden der Läuferstäbe hineinragen. Die Kontaktschicht ist dabei vorzugsweise in einer solchen Weise ausgelegt, daß die Stirnseiten der Läuferstäbe näherungsweise bündig mit der Stirnseite der Kontaktschicht abschließen. Die Enden der Läuferstäbe bilden dann zusammen mit der Kontaktschicht einen geschlossenen Ringquerschnitt, welcher während des Reibschweißens an der gegenüberliegenden Fläche des Kurzschlußrings reibt. Durch diese Ausgestaltung der Schweißfläche als durchgehende Ringfläche entsteht beim Reiben der beiden Fügepartner eine homogene Wärmeverteilung, was eine gleichmäßige Erwärmung der Fügepartner zur Folge hat und wodurch - aufgrund der gleichmäßig aufeinanderreibenden Flächen - eine Oxidbildung verhindert wird. Weiterhin entstehen geringere Kerben als ohne Kontaktschicht, was die Lebensdauer positiv beeinflusst.

Für die Läuferstäbe des Läufers wird ein Strangmaterial mit vorgegebenem Querschnitt verwendet; dadurch wird eine gleichmäßige Stromleitung zwischen den Kurzschlußringen durch alle Läuferstäbe hindurch gewährleistet. Weiterhin können - im Gegensatz zu gegossenen Läuferkäfigen - keine Unwuchten in den Läuferstäben auftreten, was zu einem verbesserten Gleichlauf des erfindungsgemäßen Läufers führt. Der Kurzschlußläufer eignet sich somit hervorragend zum Einsatz in Asynchronmaschinen mit großer Leistung und hohen Umdrehungszahlen.

Zur Herstellung eines Läuferkäfigs werden die Läuferstäbe vor dem Reibschweißen in die Nuten des Blechpakets eingepreßt und sind somit während des Reibschweißens durch das Blechpaket fixiert. Dann wird endseitig die Kontaktschicht aufgepreßt, die mit Aussparungen für die Enden der Läuferstäbe versehen ist. Die Kontaktschicht kann durch eine kreisförmige oder ringförmige Scheibe gebildet sein. Das Blechpaket wird während des Reibschweißens vorteilhafterweise mitsamt den eingelegten Läuferstäben und den endseitig aufgepreßten Kontaktschichten drehfest in einem axial verschiebbaren Spannwerkzeug gehalten. Der mit den Läuferstäben zu verschweißende Kurzschlußring wird in Rotation versetzt und an den Enden der Läuferstäbe und der Kontaktschicht gerieben, um eine Erhitzung der gegenüberliegenden Bereiche und somit eine Verschweißung der Läuferstäbe und der Kontaktschicht mit dem Kurzschlußring zu bewirken. Beim Erreichen einer vorgegebenen Temperatur und Plastizität wird der rotierende Kurzschlußring gegen die im Blechpaket fixierten Läuferstäbe gedrückt, so daß eine Verschweißung dieser Teile erreicht wird. Die Schweißparameter (Drehzahl, Reibkraft, Brems- und Stauchzeitpunkt etc.) hängen dabei von der Werkstoffkombination und der Geometrie der Fügepartner im Schweißbereich ab.

Alternativ zum Rotieren des zu verschweißenden Kurzschlußrings gegenüber dem stationär gehaltenen Zusammenbau aus Blechpaket, Läuferstäben und Kontaktschicht kann auch der Kurzschlußring stationär gehalten werden, während der Zusammenbau in Rotation versetzt wird.

Vorteilhafterweise sind die Kurzschlußringe im Schweißbereich mit einer ringförmig umlaufenden Nut versehen. Diese Nut nimmt die beim Reibschweißen entstehenden Schweißwulste auf und gewährleistet, daß die Blechpakete im geschweißten Zustand flächig auf dem Kurzschlußring aufliegen.

Alternativ können die Kurzschlußringe im Schweißbereich mit einem ringförmig umlaufenden Steg versehen sein. Die Schweißwulste werden in diesem Fall beidseitig des Steges aus dem Schweißbereich hinausgedrängt, so daß die Stirnseiten des Blechpakets im Zusammenbauzustand des Läufers flächig auf dem Steg aufliegen.

Besondere Vorteile lassen sich erzielen, wenn die Läuferstäbe, die Kontaktschicht und Kurzschlußringe aus Kupfer gefertigt werden, da Kupfer eine besonders hohe elektrische Leitfähigkeit besitzt und der Asynchronmotor bei Verwendung eines Läuferkäfigs aus Kupfer daher besonders verlustarm betrieben werden kann. Alternativ können auch die Werkstoffkombinationen Cu/Al und Al/Al verwendet werden.

Weiterhin ist es zweckmäßig, die Läuferstäbe (gemeinsam mit Läuferblechpaket und Kontaktschicht) im Vorfeld des Reibschweißens zu erwärmen. Dabei dehnen sich die Läuferstäbe aus, so daß sie in einem gegenüber der Raumtemperatur verlängerten Zustand geschweißt werden. Dies hat zur Folge, daß die Kurzschlußringe die Einzelbleche axial fixieren und die Läuferstäbe auch im betriebswarmen Zustand unter Zugspannung stehen, wodurch ein besonders guter Wärmekontakt zwischen den Blechpaketen, der Kontaktschicht und den Kurzschlußringen bewirkt wird. Insbesondere bei gut wärmeleitenden Werkstoffen wird dadurch auch die Schweißbarkeit erhöht. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird der erste Kurzschlußrings ohne Vorwärmung der Läuferstäbe angeschweißt; anschließend wird beim Anschweißen des zweiten Kurzschlußrings die zur Längung der Stäbe erforderliche Wärme über den bereits angeschweißten (ersten) Kurzschlussring eingebracht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert; dabei zeigen:
Fig. 1 einen Kurzschlußläufer in einer schematischen Schnittdarstellung in Axialrichtung;
Fig. 2 einen Radialschnitt durch den Kurzschlußläufer der Fig. 1 gemäß der Schnittlinie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 schematische Darstellung der Einzelschritte beim Reibschweiß en des Läuferkäfigs:
Fig. 3a Einspannen des Blechpakets mit Läuferstäben;
Fig. 3b Reiben des Kurzschlußrings an den Enden der Läuferstäbe;
Fig. 3c Stauchen und Reibverschweißen der erhitzten Läuferstabenden;
Fig. 4 eine Detaildarstellung eines Läuferstab-Endes und eines Kurzschlußrings,
Fig. 4a vor der Reibschweißung (Ausschnitt IVa in Fig. 3a)und
Fig. 4b nach erfolgter Reibschweißung (Ausschnitt IVb in Fig. 3c);
Fig. 5 eine Detaildarstellung des Läuferstab-Endes und des Kurzschlußrings der Fig. 4a und 4b in einer alternativen Ausgestaltung,
Fig. 5a vor der Reibschweißung und
Fig. 5b nach erfolgter Reibschweißung.
Fig. 1 und 2 zeigen einen Kurzschlußläufer 1 einer Asynchronmaschine in einer Schnittansicht in Axialrichtung ( Fig. 1) und in Radialrichtung (Fig. 2). Der Kurzschlußläufer 1 ist fest mit einer ihn durchdringenden Läuferwelle 2 befestigt. Der Kurzschlußläufer 1 umfaßt ein Läuferblechpaket 3 aus Einzelblechen 4, welche mit Nuten 5 zur Durchführung von Läuferstäben 6 versehen sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Nuten 5 auf den Läuferblechen 4 als trapezförmige Durchbrüche ausgestaltet, welche zu den Rändern 7 der Einzelbleche 4 hin offen sind; dementsprechend haben die Läuferstäbe 6 einen trapezförmigen Querschnitt. Im allgemeinen sind rechteckige, ellipsoide oder beliebige weitere Nutenquerschnitte - und entsprechende Querschnitte der Läuferstäbe 6 - möglich. Die Läuferbleche 4 sind mit einer isolierenden Beschichtung versehen, welche eine Stromfluß zwischen benachbarten Läuferblechen 4 verhindert.
Die Läuferstäbe 6 sind endseitig über Reibschweißverbindungen mit Kurzschlußringen 8 verbunden, so daß die Läuferstäbe 6 einen elektrischen Kontakt zwischen den beiden Kurzschlußringen 8darstellen. Läuferstäbe 6 und Kurzschlußringe 8 gemeinsam bilden den sogenannten Läuferkäfig 9. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bestehen sowohl die Läuferstäbe 6 als auch die Kurzschlußringe 8 aus Kupfer, wodurch ein besonders verlustarmer Stromfluß durch den Läuferkäfig 9 während des Betriebs des Asynchronmotors gewährleistet ist. Generell sind unterschiedliche reibschweißgeeignete Werkstoffpaarungen von Kurzschlußringen 8 und Läuferstäben 6 möglich, wobei es sich als gtinstig herausgestellt hat, wenn die Läuferstäbe 6 eine höhere Härte aufweisen als die Kurzschlußringe 8.
Zur Herstellung des Kurzschlußläufers 1 werden zunächst die Läuferstäbe 6 in die Nuten 5 des Blechpakets 3 eingepreßt; die Läuferstäbe 6 sind dabei so dimensioniert, daß sie endseitig einen vorgegebenen Abstand 10 aus den Stirnseiten 11 des Blechpakets 3 hinausragen (siehe Fig. 4a). Weiterhin wird endseitig auf die Läuferstäbe 6 eine Kontaktschicht 21 aufgebracht. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4a wird diese Kontaktschicht 21 durch eine ringförmige Blechplatte 21' gebildet, in die Ausnehmungen 22 für die Läuferstäbe 6 eingebracht sind. Die Dicke der Kontaktschicht 21 ist so dimensioniert, daß die Stirnseite 23 der Kontaktschicht 21 näherungsweise bündig mit den Stirnseiten 24 der Läuferstäbe 6 endet. Die Enden 16 der Läuferstäbe 6 sind somit in die Kontaktschicht 21 eingebettet, so daß die Kontaktschicht 21 und die Läuferstäbe 6 eine gemeinsame Stirnfläche 23, 24 bilden, die näherungsweise parallel zu der gegenüberliegenden Stirnfläche 18 des Kurzschlußrings 8 ausgerichtet ist. Die Läuferstäbe 6 können dabei mit fertigungsbedingten Längentoleranzen behaftet sein und aus der Kontaktschicht 21 herausragen, da der möglicherweise unterschiedliche Überstand der Läuferstäbe 6 beim Reibschweißen abgerieben wird. Die Läuferstäbe 6 sollten jedoch - insbesondere bei Verwendung von Kupfer, der eine besonders hohe thermische Leitfähigkeit besitzt - nicht in der Kontaktschicht 21 bzw. im Blechpaket 3 versenkt sein, da bei derartigen hochleitfähigen Werkstoffen die Einschweißtiefe sehr gering ist.
Die Kontaktschicht 21 besteht vorzugsweise aus demselben Werkstoff wie die Läuferstäbe 6 und die Kurzschlußringe 8, im vorliegenden Ausführungsbeispiel also aus Kupfer. Prinzipiell können Läuferstäbe 6, Kontaktschicht 21 und Kurzschlußringe 8 auch aus anderen reibschweißgeeigneten Werkstoffkombinationen bestehen.
Neben der Ausgestaltung der Kontaktschicht 21 als ebene Blechplatte 21', die auf die Enden 16 der Läuferstäbe 6 aufgepreßt wird, kann die Kontaktschicht 21 auch endseitig auf das Läuferblechpaket 3 aufgespritzt werden oder durch ein sonstiges Auftragsverfahren aufgebracht werden. Weiterhin kann die Kontaktschicht 21 eine beliebige - den Schweißpartnern 6,8 angepaßte - Oberflächenbeschaffenheit haben; sie kann insbesondere aufgerauht und/oder mit einem Prägemuster versehen sein.
Nach dem oben beschriebenen Zusammensetzen des Zusammenbaus 12 aus Läuferstäben 6, Blechpaket 3 und Kontaktschichten 21 wird dieser Zusammenbau 12 in eine axial verschiebbare Spannvorrichtung 13 eingesetzt, in dem der Zusammenbau 12 in dieser voreingestellten Relativanordnung drehsicher fixiert wird (siehe Fig. 3a). Nun wird der Kurzschlußring 8 in einem kollinear zur Spannvorrichtung 13 ausgerichteten Drehfutter 14 eingespannt, in Rotation um seine Symmetrieachse 15 versetzt und an den Stirnflächen 23, 24 der Kontaktschicht 21 und der Läuferstäbe 6 gerieben, bis die Kontaktschicht 21 und die Enden 16 der Läuferstäbe 6 eine teigige Konsistenz aufweisen (siehe Fig. 3b). Beim Erreichen einer vorgegebenen Temperatur und Plastizität wird der rotierende Kurzschlußring 8 gegen die aus dem Blechpaket 3 herausragenden Läuferstäbe 6 und die Kontaktschicht 21 gepreßt (Pfeil 17), wodurch die Kontaktschicht 21 und die Enden 16 der Läuferstäbe 6 mit dem Kurzschlußring 8 verschweißt werden (siehe Fig. 3c). Fig. 4b zeigt eine Detaildarstellung des dabei erzeugten Verbindungsbereiches zwischen den miteinander verschweißten Läuferstabenden 16, Kontaktschicht 21 und Kurzschlußring 8.
Analog wird anschließend (oder gleichzeitig) der zweite Kurzschlußring 8 mit den ihm gegenüberliegenden Enden 16 der Läuferstäbe 6 und der auf die Läuferstab-Enden 16 aufgepreßten Kontaktschicht 21 verschweißt. Beim Schweißen müssen das Blechpaket 3 und die Läuferstäbe 6 von der Rückseite abgestützt werden.
Um den beim Reibschweißen entstehenden Schweißwulst 19 aufzunehmen, empfiehlt es sich, die Stirnfläche 18 des Kurzschlußrings 8 mit einer ringförmig umlaufenden Nut 20 zu versehen. Um zu verhindern, daß während des Reibschweißens die Einreibtiefe und damit die Qualität der Schweißung negativ beeinflußt wird, sollte die Nut 20 flach sein, so daß das Läuferpaket 3 nicht auf der Stirnseite 18' des Kurzschlußrings 8 aufliegt.
Weiterhin ist es zweckmäßig, im Schweißbereich die Stirnfläche 18 des Kurzschlußrings 8 mit einer Oberflächenkontur 25 zu versehen, die den Effekt hat, die während des Reibschweißens auftretenden Drehmomentspitzen zu reduzieren. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4a ist die Stirnfläche 18 als Beispiel einer solchen Oberflächenkonturierung mit einer Schar konzentrischer Rillen 26 versehen. Die Flanken 27 dieser Rillen können - wie in Fig. 4a gezeigt - parallel zueinander zu verlaufen oder aber schräg zueinander angeordnet sein; weiterhin brauchen die Rillen nicht konzentrisch zur Symmetrieachse 15 des Kurzschlußrings 8 angeordnet sein, sondern können ein beliebiges Muster bilden.
Vorteilhafterweise wird der Zusammenbau 12 aus Blechpaket 3, Läuferstäben 6 und Kontaktschicht 21 vor dem Verschweißen auf eine Temperatur oberhalb der Betriebstemperatur des Asynchronmotors erwärmt. Dabei erfahren die aus Kupfer bestehenden Läuferstäbe 6 - aufgrund des hohen thermischen Expansionskoeffizienten von Kupfer - eine stärkere thermische Ausdehnung als die aus einem Stahlblech bestehenden Läuferbleche 4 und ragen daher etwas aus der Kontaktschicht 21 heraus. Da die Enden 16 der Läuferstäbe 6 beim Reibschweißen gemeinsam mit der Kontaktschicht 21 gestaucht werden, bis die in Fig. 4b gezeigte Fügezustand erreicht ist, unterliegen die in einem angewärmten Zustand reibgeschweißten Läuferstäbe 6 nach dem Abkühlen des Kurzschlußläufers 1 einer gewissen Zugspannung. Auf diese Weise läßt sich ein ähnlicher Vorspannungszustand erreichen wie beim Schrumpfen des Gusses im Fall der Läuferherstellung durch Eingießen.
Alternativ zu der in Fig. 4a angedeuteten ringförmigen Nut 20 in der Stirnfläche 18 des Kurzschlußrings 8 kann der Kurzschlußring 8 im Kontaktbereich der Läuferstäbe 6 und der Kontaktschicht 21 auch vollkommen eben gestaltet sein oder - wie in Fig. 5a gezeigt - mit einem ringförmigen Steg 28 versehen sein. In dem Fall der Fig. 5a sind die Kontaktschicht 21 und die Läuferstab-Enden 16 nach dem Reibschweißen mit dem Steg 28 verbunden (siehe Fig. 5b), während die Schweißwulste 19 in die zurückgesetzten Nachbarbereiche 29 des Steges 28 gedrängt werden. Je nach Querschnittsprofil der Läuferstäbe 6 kann es vorteilhaft sein, den Steg 28 mit (in Fig. 5a gestrichelt angedeuteten) umlaufenden Anschrägungen 32 zu versehen. Das hat den Vorteil, daß kein Schweißen "auf Anschlag" erfolgt.
Zur gezielten Beeinflussung der Erwärmung während des Reibschweißens können die Enden 16 der Läuferstäbe 6 - neben der in Fig. 4a gezeigten flächigen Ausgestaltung - mit einer Fase 30 oder einer Verrundung 31 versehen werden (gestrichelte Konturen Fig. 5a). Die geeignete Gestaltung der Enden 16 der Läuferstäbe 6 richtet sich nach dem Werkstoff der Läuferstäbe 6, der Kontaktschicht 21 und der Kurzschlußringe 8, der Querschnittsgeometrie der Läuferstäbe 6 sowie den Prozeßparametern während des Reibschweißens.
Weiterhin kann es zweckmäßig sein, die Kurzschlußringe 8 so zu gestalten und zu dimensionieren, daß sie eine für das Reibschweißen günstige Form und Ausgestaltung haben; nach Abschluß des Reibschweißvorgangs können die Kurzschlußringe dann spanend nachgearbeitet werden, um beispielsweise Schweißwulste zu entfernen oder die Masse der Kurzschlußringe zu reduzieren.

Claims

1. Kurzschlußläufer für eine Asynchronmaschine mit einem Läuferkäfig aus elektrisch leitfähigen Läuferstäben und elektrisch leitfähigen Kurzschlußringen,
wobei die Läuferstäbe in Nuten eines Läuferblechpakets angeordnet sind,
und wobei die Enden der Läuferstäbe mit mindestens einem der Kurzschlußringe durch eine Reibschweißverbindung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die durch Reibschweißen mit dem Kurzschlußring (8) zu verbindenden Enden (16) der Läuferstäbe (6) in eine Kontaktschicht (21) hineinragen,
und daß durch das Reibschweißens eine Schweißverbindung des Kurzschlußrings (8) sowohl mit den der Läuferstäben (6) als auch mit der Kontaktschicht (21) erfolgt.

2. Kurzschlußläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußring (8, 8') im Kontaktbereich mit den Läuferstäben (6) und der Kontaktschicht (21) eine ringförmig umlaufende Nut (20) aufweist.

3. Kurzschlußläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußring (8) im Kontaktbereich mit den Läuferstäben (6) und der Kontaktschicht (21) einen ringförmig umlaufenden Steg (28) aufweist.

4. Kurzschlußläufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Stirnseiten (24) der Läuferstäbe (6) bündig mit der Stirnseite (23) der Kontaktschicht (21) angeordnet sind.

5. Kurzschlußläufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferstäbe (6), die Kontaktschicht (21) und die Kurzschlußringe (8) aus Kupfer bestehen.

6. Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlußläufers für eine Asynchronmaschine mit einem Läuferkäfig aus elektrisch leitfähigen Läuferstäben und elektrisch leitfähigen Kurzschlußringen,
wobei die Läuferstäbe in Nuten eines Läuferblechpakets angeordnet sind,
und wobei die Enden der Läuferstäbe durch Reibschweißen mit einem oder beiden Kurzschlußringen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die durch Reibschweißen mit dem Kurzschlußring (8) zu verbindenden Enden (16) der Läuferstäbe (6) in eine Kontaktschicht (21) eingebettet werden,
und daß das mit Läuferstäben (6) und Kontaktschicht (21) versehene Läuferblechpaket (3) in Rotation versetzt, an der gegenüberliegenden Stirnfläche (18) des Kurzschlußrings (8) gerieben und mit diesem reibverschweißt wird.

7. Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlußläufers für eine Asynchronmaschine mit einem Läuferkäfig aus elektrisch leitfähigen Läuferstäben und elektrisch leitfähigen Kurzschlußringen,
wobei die Läuferstäbe in Nuten eines Läuferblechpakets angeordnet sind,
und wobei die Enden der Läuferstäbe durch Reibschweißen mit einem oder beiden Kurzschlußringen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die durch Reibschweißen mit dem Kurzschlußring (8) zu verbindenden Enden (16) der Läuferstäbe (6) in eine Kontaktschicht (21) eingebettet werden,
und daß der Kurzschlußring (8) in Rotation versetzt, an der gegenüberliegenden Stirnfläche (2, 24) der Läuferstäbe (6) und der Kontaktschicht (21) gerieben und mit diesen reibverschweißt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferstäbe (6) vor dem Reibschweißen erwärmt werden, so daß sie sich während des Reibschweißens auf einer erhöhten Temperatur befinden.