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Befestigung der Stäbe im Käfigläufer elektrischer Maschinen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Befestigung der Stäbe im Käfigläufer elektrischer Maschinen,
bei welchen aus dem im Läuferblechpaket liegenden Teil der rechteckig oder ähnlich
gestalteten Stäbe Nasen ausgeprägt sind, die in entsprechende Aussparungen der Läufernut
eingreifen, und bei welchen die Stäbe durch seitliches Einschieben- in axialer Richtung
in die Nut festgelegt sind.
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Durch die Möglichkeit, im rotierenden Teil einer Asynchron-Maschine
eine kurzgeschlossene und gegen das Läuferblechpaket unisolierte Wicklung zu verwenden,
hat sich der Asynchron-Motor mit Käfigläufer als der hauptsächlichste Antrieb für
fast alle Zwecke durchgesetzt. Die Käfigwicklung besteht in ihrer einfachsten Form
aus in Nuten des Läuferblechpaketes eingelegten oder eingeschobenen Stäben. Die
Enden dieser Stäbe sind mit den sogenannten Kurzschlußringen verbunden. Trotz dieser
relativ einfachen Anordnung ist es besonders bei größeren Motoreinheiten nicht leicht,
einen Einbau der Stäbe so zu treffen, daß diese keine Bewegungen innerhalb der Nuten
des Läuferblechpaketes machen können. Es sind seit der langen Entwicklung von Käfigläufermotoren
Anordnungen in dieser Richtung bekannt, die in den meisten Fällen mit bestimmten
Nachteilen in elektrischer Hinsicht erkauft werden müssen.
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Es ist bereits eine Befestigung der Stäbe im Käfigläufer elektrischer
Maschinen bekannt, bei welcher aus dem im Läuferblechpaket liegenden Teil der Rechteckstäbe
Nasen ausgeprägt sind, die in entsprechende Aussparungen der Läufernut eingreifen,
und bei welcher diese Stäbe durch seitliches Einschieben in axialer Richtung in
die Nut festgelegt sind. Dabei werden die Nuten am Nutgrund absatzartig erweitert
und die Stäbe an dem im Nutgrund liegenden Teil an einzelnen Stellen einer Formänderung
unterzogen. Es entstehen an diesen Stellen die erwähnten Nasen, die unter den Absatz
der Nuten greifen können. In einer weiteren Ausführung für Blechpakete mit axialen
Luftschlitzen werden die Nasen im Abstand der Luftschlitze angeordnet. Es ist dann
möglich, die Stäbe in radialer Richtung einzuführen und dann ein kurzes Stück in
axialer Richtung zu verschieben; die Nasen der Stäbe kommen dann in die ausgestanzten
Absätze der Nuten zu liegen. Die Erweiterungen der Nuten durch den Absatz am Nutengrund,
also an der Stelle der höchsten magnetischen und mechanischen Beanspruchung der
Läuferzähne, machen sich jedoch nachteilig bemerkbar. Bei hohen Läufernutzahlen
und dadurch bedingten geringen Zahnbreiten am Nutgrund können nämlich in den meisten
Fällen solche Absätze nicht mehr vorgesehen werden. Außerdem wird durch die Nasen
am Stabende nur eine Fixierung der Stäbe gegen Fliehkräfte in radialer Richtung
sichergestellt.
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Bekannt ist auch ein Stromverdrängungsläufer mit Profilstäben, deren
Querschnitt aus der Kombination verschiedener geometrischer Gebilde besteht und
wenigstens teilweise eine Kreisform aufweist. Dabei sitzt nur der kreisförmige Stabteil
fest in der Rundnut, während zwischen den anderen Stabteilen und ihren Nutwänden
ein Spiel vorhanden ist. Die Kombinationsprofilstäbe sind in der Nähe des stirnseitigen
Nutaustritts so geformt, daß nur der kreisförmige Stabteil aus dem Blechpaket herausragt.
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Diesem Stand der Technik gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, bei einer Befestigung der Stäbe im Käfigläufer elektrischer Maschinen
folgende Eigenschaften zu erzielen: 1. Fixierung der Stäbe sowohl in radialer als
auch in seitlicher Richtung; 2. definierter Sitz sowohl in bezug auf die Höhe als
auch auf die Breite des Stabes und der Nut; 3. definierter Wärmeübergang an einer
Nutwand, die der halbkreisförmigen Ausstanzung gegenüberliegt; 4. freie Wahl der
Einspannlänge des Stabes zwischen dem Teil, der in der Nut liegt, und der Verbindungsstelle
zwischen dem Stab und dem Kurzschlußring außerhalb der Nut und 5. keine wesentliche
Beeinträchtigung der magnetisch wirksamen Querschnitte der Läuferzähne, desgleichen
keine Schwächung der mechanischen Festigkeit der Läuferzähne sowie Vermeidung einer
Kerbwirkung durch :die Wahl der geometrischen Form der Ausstanzung (halbkreisförmig).
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Die Lösung der gestellten Aufgabe durch die Erfindung besteht bei
einer Befestigung der eingangs geschilderten Art darin, daß erfindungsgemäß eine
oder mehrere Nasen mit etwa halbkreisförrsigem Querschnitt
in der
Mittelzone der Stabhöhe liegen, die in einer durchgehenden entsprechenden Ausstanzung
der Läufernut beim Einschieben eingreifen und die gegenüberliegende Stabfläche gleichmäßig
gegen die Nutwand der Läufernut andrücken, und die Lage der gegen das stirnseitige
Ende des Blechpaketes liegenden Nasen für die Einspanälänge des Stabes frei wählbar
ist. Durch entsprechend enge Tolerierung der ausgestanzten Nase der Läufernut gegenüber
den Abmessungen der ausgeprägten Nasen in der Mittelzone der Läuferstäbe wird ein
außerordentlich fester und eindeutig fixierter Sitz der Stäbe in den Nuten gewährleistet.
Durch die ausgeprägte Nase und deren Abmessung sowie deren Lage in der Mittelzone
werden die Stäbe über ihre gesamte Fläche unter Erzielung einer Federwirkung gleichmäßig
auf die gegenüberliegende Längsseite der Nutwand gepreßt. Dadurch wird ein außerordentlich
sicherer und definierterWärmeübergang zwischenLäuferstäben undBlechpaket erzielt.
Durch die freie Wahl des Abstandes zwischen Stabende und der ersten ausgeprägten
Nase ist die Einspannlänge des Stabes vom Kurzschlußring bis in das Blechpaket eindeutig
festgelegt und je nach Läufergröße frei wählbar. Die Einspannlänge ist ausschlaggebend
für die Beanspruchung der Ringe und der Stäbe durch die Verformungsarbeit, welche
bei der Erwärmung des Läuferkäfigs im Anlauf oder bei Blockierung eintritt. Auch
ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung im Hinblick auf die durch die Biegungsmomente
auftretenden Spannungen in den außerhalb des Läuferblechpaketes liegenden Stababschnitten
vorteilhaft. Eine Querschnittverengung der Verbindung zwischen Käfigstäben und Kurzschlußringen
an den gefährdeten Stellen im Bereich zwischen Läuferblechpaket und Lötstellen der
Kurzschlußringe tritt nicht ein. Ein weitererVorteil besteht darin, daß keine metallische
Verbindung der Stäbe durch Schweißung oder Lötung mit dem Läuferblechpaket vorgesehen
ist, welche meistens die Pulsations-bzw. Zusatzverluste erhöht.
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Die Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung an Hand der Zeichnung
in einer Ausführungsform beispielhaft erläutert.
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Die F i g. 1 zeigt den Sitz eines rechteckigen Stabes in einer halb
geschlossenen Läufernut, in welcher die Stäbe von der Stirnseite her eingeführt
werden. Da die Breite des Schlitzes 1 des Steges 2 von der elektrischen Auslegung
des jeweiligen Motors abhängt, treffen in vielen Fällen die aus der F i g. 1 ersichtlichen
ungünstigen Verhältnisse zu. Diese beziehen sich auf die Breite der Auflagefläche
der oberen Stabkante an der oberen durch den Schlitz unterbrochenen Nutwand.
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Die F i g. 2 zeigt die gleichen Einbauverhältnisse eines Stabes, der
jedoch erfindungsgemäß seitlich ausgeprägte Nasen 4 besitzt. Diese Nase ist
in der Mittelzone 8 des Stabes angeordnet und erstreckt sich nicht über die
ganze Stablänge, welche im Läuferblechpaket sitzt; sie kann sich, wie sich aus der
F i g. 3 ergibt, auf eine oder mehrere relativ schmale Zonen 5 beschränken. Die
Läufernut muß, wie F i g. 2 zeigt, eine entsprechende halbkreisförmige Ausstanzung
6 erhalten.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung liegt die Nase außerordentlich
gut an der Wand der Ausstanzung der Nut an und drückt die gegenüberliegende Stabfläche
gegendasLäuferblechpaket. DerAbstand7 der ausgeprägten Zonen 5 in F i g. 3 von der
Verbindungsstelle zwischen Stäben und Kurzschlußringen kann je nach Läufergröße
und der auftretenden mechanischen Beanspruchung frei gewählt werden. Der Einbau
der Stäbe selbst durch das seitliche Einschieben oder Einschlagen gestaltet sich
nicht schwieriger, da die ausgestanzte, halbrunde Aussparung 6 in F i g. 2 sozusagen
als zusätzliche Gleitschiene dient.
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Die Haltenasen in den Stäben sind durch normale Prägung hergestellt
und können mit dem Abkanten oder Stanzen der Stäbe in einem Arbeitsgang kombiniert
werden. Der Stab selbst bekommt auf Grund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einen
außerordentlich strammen Sitz sowohl in radialer Hinsicht als auch hinsichtlich
seiner Anpassung an die gegenüberliegende Nutwand besonders deshalb, weil die ausgeprägten
Nasen in der Mittelzone der Stabhöhe angeordnet sind. Es wird dadurch ein besserer
und einwandfrei definierter Wärmeübergang zum Läuferblechpaket erreicht. Außerdem
wird die Gefahr der Funkenbildung, besonders beim Anlauf durch den lockeren Sitz
der Stäbe in den Nuten durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung besser unterdrückt,
wenn nicht gar beseitigt.