DE1262433B

DE1262433B - Device for casting aluminum cage windings for large electric motor runners

Info

Publication number: DE1262433B
Application number: DE1964L0047031
Authority: DE
Inventors: Kurt Neumann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1964-02-13
Filing date: 1964-02-13
Publication date: 1968-03-07

Description

Einrichtung zum Gießen von Aluminium-Käfigwicklungen großer Elektromotorenläufer Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Gießen von Aluminium-Käfigwicklungen für die Läufer von großen Elektromotoren unter Verwendung des Niederdruckverfahrens. Die Schmelze wird über ein Steigrohr aus einem Schmelzofen in den Läufer hineingedrückt, und der obere Teil des Steigrohres ist durch eine Heizspule beheizt.Device for casting aluminum cage windings for large electric motor rotors The invention relates to a device for casting aluminum cage windings for the rotors of large electric motors using the low-pressure process. The melt is pressed into the runner via a riser pipe from a melting furnace, and the upper part of the riser pipe is heated by a heating coil.

Es ist bekannt, die Käfigwicklungen von Elektromotoren durch Eingießen von Aluminium in die Nuten der Läuferblechpakete herzustellen. Für Motoren kleinerer Leistung bis etwa 20 kW wird hierzu zweckmäßig auf Grund der großen Stückzahlen das Druckgußverfahren angewendet. Bei Motoren über 20 kW bis etwa 100 kW hat man bisher nach dem Schleudergußverfahren gearbeitet. Bei Motoren noch größerer Leistungen entstehen nun technologische Schwierigkeiten beim Gießen. Einmal ist es schwierig, die notwendige Temperatur sowohl des flüssigen Aluminiums als auch des Blechpaketes über den Gießvorgang hin konstant zu halten. Zum anderen kann sich bei Berührung des flüssigen Aluminiums mit Luft durch Oxydation eine Gießhaut bilden, die zu Schlackeneinschlüssen oder sogar Unterbrechungen der Aluminiumleiter in den Nuten führen kann. Man hat versucht, dieser Schwierigkeit Herr zu werden, indem man das Aluminium von unten nach oben in den Nuten steigen ließ; aber auch diese Maßnahme brachte keine wesentliche Verbesserung.It is known to cast the squirrel cage windings of electric motors of aluminum in the grooves of the rotor core stacks. For smaller engines Power up to about 20 kW is useful for this due to the large number of units the die casting process is used. With motors over 20 kW to about 100 kW one has previously worked according to the centrifugal casting process. For engines with even greater power Now there are technological difficulties in casting. Once it's difficult the necessary temperature of both the liquid aluminum and the laminated core to keep constant over the casting process. The other can be when touched of the liquid aluminum with air form a casting skin through oxidation, which leads to slag inclusions or even interruptions in the aluminum conductors in the grooves. One has try to cope with this difficulty by getting the aluminum from below let rise up in the grooves; but this measure did not bring any essential either Improvement.

Neben den schon erwähnten Gießverfahren ist noch das Niederdruckgießverfahren bekanntgeworden, welches für verschiedenste, mittlere Materialvolumina aufweisende Teile, wie z. B. Zylinderköpfe für Flugzeug- und Automobilmotoren, Bremstrommeln und Kurbelgehäusehälften, eingesetzt wird. Beschrieben ist dieses Verfahren beispielsweise in dem Aufsatz »Das Niederdruck-Kokillengießverfahren für Leichtmetallegierungen«, abgedruckt in der Zeitschrift »Gießerei«, 1962, S. 332 bis 341. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, das Niederdruckgießverfahren bei der Herstellung der Aluminium-Käfig,-wicklungen von Elektromotoren zu verwenden. Das genannte Verfahren unterscheidet sich von den herkömmlichen hydrostatischen Kokillengießverfahren, auch Schwerkraft-Kokillengießverfahren genannt, dadurch, daß der Anguß im allgemeinen von unten her unter Verwendung eines Steigrohres erfolgt und die Erstarrung entgegen der herkömmlichen Richtung von oben nach unten vor sich geht. Das Gießmetall wird nach dem Verfahren aus einem luftdicht abgeschlossenen Behälter in die Form gedrückt und tritt mit geringer Geschwindigkeit und unter geringem, dem Gießmetall entsprechenden regelbaren Druck, bei Aluminium etwa 0,2 bis 0,3 atü, ein. Es schiebt emporsteigend die in der Form befindliche Luft vor sich her, wobei diese aus oben angeordneten Entlüftungsöffnungen der Kokille entweichen kann.In addition to the casting process already mentioned, there is also the low-pressure casting process became known, which for a wide variety of medium volumes of material Parts such as B. cylinder heads for aircraft and automobile engines, brake drums and crankcase halves. This method is described for example in the article "The low-pressure die casting process for light metal alloys", reprinted in the magazine "Gießerei", 1962, pp. 332 to 341. It is already there the low-pressure casting process has been proposed in the manufacture of the aluminum cage and windings to use by electric motors. The mentioned procedure differs from the conventional hydrostatic gravity die casting, also gravity die casting called, in that the sprue generally from below using a Riser takes place and the solidification against the conventional direction from above going down. The casting metal becomes airtight according to the process closed container is pressed into the mold and occurs at low speed and under a low, adjustable pressure corresponding to the casting metal, in the case of aluminum about 0.2 to 0.3 atmospheres. As it ascends, it pushes the one in the form Air in front of you, with this from the above-arranged ventilation openings of the mold can escape.

Das flüssige Metall tritt bei richtiger Bemessung des Gasdruckes, des Angusses und der Anschnittsquerschnitte ohne Turbulenz in den Formhohlraum ein, was eine für das Verfahren kennzeichnende, besonders homogene, porenfreie Gefügeausbildung selbst bei starken Gußstückpartien bedingt. Außerdem ergibt sich gegenüber dem normalen Kokillengießverfahren eine erhebliche Gußmaterial- und Kostenersparnis, die durch den Fortfall der Steiger bedingt ist, da die Nachspeisung von unten her aus dem flüssigen Metall erfolgt. Nachdem die Kokille vollständig gefüllt ist, wird der Druck so lange aufrechterhalten, bis die oben beginnende Erstarrung bis zum Anschnittsquerschnitt am Steigrohr fortgeschritten ist. Sodann wird das die Schmelze enthaltende Gefäß entlüftet, und das flüssige Metall im Steigrohr soll in den Behälter zurückfließen. Hier ergeben sich bei den meisten Gießeinrichtungen Schwierigkeiten, da nur die exakte Kenntnis des fortschreitenden Erstarrungsvorganges verhindern kann, daß sich kein verstopfender Pfropfen im Steigrohr ausbildet. Ein Verstopfen tritt bei geringen Durchflußmengen im Steigrohr bzw. bei dem vollständigen Stagnieren der Schmelze leicht auf. Um dieses zu vermeiden, ist es bereits bekanntgeworden, den oberen Teil des Steigrohres zusätzlich zu beheizen.If the gas pressure is correctly measured, the liquid metal occurs, the sprue and the gate cross-sections into the mold cavity without turbulence, what a particularly homogeneous, pore-free structure that is characteristic of the process conditional even with strong cast parts. It also results from the normal Kokillengießverfahren a significant casting material and cost savings, which by the elimination of the riser is conditional, since the make-up from below from the liquid metal takes place. After the mold is completely filled, the Maintain the pressure until the solidification begins at the top up to the gate cross-section has progressed on the riser. Then the vessel containing the melt vented, and the liquid metal in the riser should flow back into the container. Difficulties arise here with most casting devices, since only the exact knowledge of the progressive solidification process can prevent no clogging plug forms in the riser pipe. Clogging occurs at low levels Flow rates in the riser pipe or when the melt has completely stagnated easy on. To avoid this, it has already become known, the upper part of the riser pipe to be additionally heated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für das Gießen der Aluminium-Käfigwicklungen großer Elektromotorenläufer nach dem Niederdruckgießverfahren eine Gießeinrichtung zu schaffen, die unter Vermeidung der genannten Nachteile leicht zu bedienen ist und ein schnelles Gießen erlaubt.The invention is based on the object for casting the aluminum cage windings large electric motor rotor using the low-pressure casting process one To create casting device that easily while avoiding the disadvantages mentioned is easy to use and allows quick pouring.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Anguß für den Läufer von einem ringförmigen Hohlkörper, in welchem ein Kühlmittel umläuft, umgeben ist. Das Aluminium, welches durch den im Schmelzofen erzeugten Druck über den Anguß in den Läufer hineintritt, wird infolge des Druckes in diesem so weit nach oben gedrückt, bis es in den oben angebrachten Steiger gelangt. Da dieser Steiger nach oben offen ist, wird das Aluminium hier erkalten und, obwohl von unten weiter gedrückt wird, kann kein Aluminium mehr nachgeschoben werden, da das in dem Steiger erkaltende Aluminium den Ausgang versperrt. Das im Läufer befindliche Aluminium wird demzufolge nach und nach von oben herab erstarren, und zwar bis in das Steigrohr hinein. Nach dem Abschluß der Erstarrung kann der Schmelzofen entlüftet werden, und der Läufer könnte mit einer Hebevorrichtung aus der Form herausgenommen werden, wenn nicht das Aluminium im Steigrohr noch vorhanden wäre. Aus diesem Grund ist die bekannte Heizspule vorgesehen, welche jetzt eingeschaltet wird und das Aluminium, welches im Steigrohr zurückgeblieben ist, wieder zum Schmelzen bringt, so daß es nach unten abfließen kann. Diese Erwärmung, welche unbedingt erforderlich ist, würde jedoch auch das Aluminium im Anguß und einen Teil des in den unteren Läuferpartien vorhandenen Aluminiums mit erwärmen, so daß danach zwar der Läufer aus der Form herausgenommen werden kann, jedoch der Guß auch teilweise zerstört ist. Der Vorteil der Erfindung besteht nun darin, daß gleichzeitig mit der Erwärmung des Steigrohres in dem Hohlkörper, welcher den Anguß umgibt, ein Kühlmittel zum Umlauf gebracht wird, welches den Anguß abkühlt. Die Erwärmung des Steigrohres wird somit nur das im Steigrohr befindliche Aluminium erreichen, während der Anguß nahezu völlig erhalten bleibt. Es wird somit durch die Erfindung die Form des gegossenen Käfigs auch nach dem Erwärmen des Steigrohres unbeschädigt bleiben. Außerdem wird gleichzeitig der Angußkanal für den nächsten Guß frei gemacht, da der am Läufer haftende Anguß mit dem Läufer aus der Form herausgezogen wird.This object is achieved according to the invention in that the sprue for the rotor of an annular hollow body in which a coolant circulates, is surrounded. The aluminum, which by the pressure generated in the melting furnace over the sprue enters the runner, becomes so far as a result of the pressure in this pushed upwards until it reaches the riser attached at the top. Since this riser is open at the top, the aluminum will cool here and, although from below, it will continue to cool is pressed, no more aluminum can be pushed in, because that's in the riser cooling aluminum blocks the exit. The aluminum in the runner will consequently solidify gradually from above, into the riser pipe into it. After the solidification is complete, the furnace can be vented, and the runner could be removed from the mold with a lifting device, if the aluminum were not still present in the riser pipe. This is why the well-known heating coil is provided, which is now switched on and the aluminum, which has remained in the riser, melts again, so that it can flow downwards. This warming, which is absolutely necessary, would but also the aluminum in the sprue and part of that in the lower runner sections heat existing aluminum with, so that afterwards the runner out of the mold can be removed, but the casting is also partially destroyed. The advantage the invention now consists in that simultaneously with the heating of the riser pipe a coolant is circulated in the hollow body which surrounds the sprue which cools the sprue. The heating of the riser is thus just that Reach aluminum located in the riser, while the sprue is almost completely preserved remain. The invention thus also follows the shape of the cast cage remain undamaged when the riser is heated. In addition, the Sprue channel made free for the next casting, since the sprue adhering to the runner is also included the runner is pulled out of the mold.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines Schnitts durch eine Gießeinrichtung dargestellt.An embodiment of the invention is shown in the drawing a section through a casting device.

Mit 1 ist ein in irgendeiner Form beheizter Warmhalteofen bezeichnet, der in einem Einsatztiegel 2 aus hitzebeständigem Material einen Schmelzvorrat 3 enthält. Dieser Vorrat kann durch einen schnell verschIießbaren Einfüllstutzenbedarfsweise ergänzt werden. In die Schmelze 3 ragt ein Steigrohr 4, das den Abschlußdeckel 5 des Ofens durchdringt und in die eigentliche Gießeinrichtung 6 mündet. Durch Druckgaszufuhr an der Stelle 7 kann die Schmelze 3 durch das Steigrohr 4 in die Gießeinrichtung 6 gedrückt werden. Der hermetisch verschließende Abschlußdeckel 5 ist zugleich die Grundplatte der Gießeinrichtung; diese ist mehrteilig und von verschiedenen Kanälen für Druckluft- 8, Wasser- 9 und Stromleiterführung (nicht sichtbar) durchzogen. Das Steigrohr 4 ist innerhalb der Grundplatte 5 von einer Induktionsspule 10 umgeben. Als Abschluß des Steigrohres 4, oberhalb der Induktionsspule 10, ist ein ringförmiger Hohlkörper 11 montiert, dessen Hohlräume einstellbar von Kühlwasser aus der Wasserführung 9 beaufschlagt werden können. Auf einem Absatz der Grundplatte 5 ist ein Führungsmantel 12 befestigt, in dem ein Spann Hohlzylinder 13 an Dichtflächen 14 abgedichtet geführt ist. Der Spann-Hohlzylinder 13 weist eine ringartige Horizontalfläche 15 auf, die eine zweiseitig, beaufschlagbare Ringkolbentläche für eine Betätigung durch Druckduft aus der Druckluftführung 8 bildet und in einer ebenfalls ringförmigen, seitlich umlaufenden Ausnehmung 16 der Grundplatte 5 abgedichtet Hübe ausüben kann. Die Gießform umgibt das auf einen hohlen Gießdorn 17 aufgezogene und in die Gießeinrichtung eingesetzte Läuferblechpaket 18. Sie besteht aus einer einlegbaren Unterform 19, mehreren zu einem Mantel zusammensetzbaren Mantelstücken 20, die in die Unterform 19 eingreifen, einer ringartigen, aufgesetzten Oberform 21 sowie einem unteren, mittig, d. h. in Achsverlängerung zum Steigrohr 4 einlegbaren, losen Gießkegel 22. Dieser sitzt auf verteilten Abstandsrippen 23 des Kühlkörpers 11 auf und bildet - vom Steigrohr 4 aus gesehen - den Anguß 24. Der Gießdorn 17 greift zentrierend in den Gießkegel 22 ein. Ober- und Unterform weisen Hohlräume 25 und 26 für die zu gießenden Kurzschlußringe und Lüfterflügel auf. Schwenkbare Druckstücke 27 in Ringausführung am Spann-Hohlzylinder 13 greifen hinter die Oberform 21, die einen Aufsatz mit überlauf und Entlüftungsöffnung 28 aufweist. Ein Druckring 29 mit Verriegelungsscheibe 30 sorgt für die nötige Vorspannung des Läuferblechpaketes 18. 31 bezeichnet eine im Eingriff befindliche Transportklaue am Arm 32 einer Heb-und Schwenkspindel 33.1 with a holding furnace which is heated in any way and which contains a melt supply 3 in an insert crucible 2 made of heat-resistant material. If necessary, this supply can be supplemented by a quickly closable filler neck. A riser pipe 4 protrudes into the melt 3 and penetrates the cover 5 of the furnace and opens into the actual pouring device 6. By supplying pressurized gas at point 7, the melt 3 can be pressed through the riser pipe 4 into the casting device 6. The hermetically sealing cover 5 is at the same time the base plate of the pouring device; this is in several parts and traversed by various channels for compressed air 8, water 9 and electrical conductors (not visible). The riser pipe 4 is surrounded by an induction coil 10 within the base plate 5. At the end of the riser pipe 4, above the induction coil 10, a ring-shaped hollow body 11 is mounted, the hollow spaces of which can be adjusted by cooling water from the water duct 9. A guide jacket 12, in which a clamping hollow cylinder 13 is guided in a sealed manner on sealing surfaces 14, is fastened on a shoulder of the base plate 5. The clamping hollow cylinder 13 has a ring-like horizontal surface 15 which forms an annular piston surface that can be acted upon on both sides for actuation by compressed air from the compressed air duct 8 and which can execute sealed strokes in a likewise ring-shaped, laterally circumferential recess 16 of the base plate 5. The casting mold surrounds the rotor lamination packet 18 drawn onto a hollow casting mandrel 17 and inserted into the casting device. It consists of an insertable lower mold 19, several jacket pieces 20 that can be assembled into a jacket and engage in the lower mold 19, a ring-like, attached upper mold 21 and a lower one centrally, that is insertable in axial extension to the riser 4, loose Gießkegel 22. This sits on distributed spacer ribs 23 of the heat sink 11 and forms - the riser pipe 4 as seen - the sprue 24. the casting mandrel 17 engages a centering manner into the Gießkegel 22nd The upper and lower molds have cavities 25 and 26 for the short-circuit rings and fan blades to be cast. Pivotable pressure pieces 27 in ring design on the clamping hollow cylinder 13 engage behind the upper mold 21, which has an attachment with an overflow and a vent opening 28. A pressure ring 29 with a locking disk 30 provides the necessary pretensioning of the laminated rotor core 18. 31 denotes an engaged transport claw on the arm 32 of a lifting and swiveling spindle 33.

Der Gießvorgang selbst verläuft folgendermaßen: Nach dem Einlegen der vorgewärmten Unterform 19, des Gießkegels 22 sowie der Mantelstücke 20 in den Spann-Hohlzylinder 13 wird das vorbehandelte und vorgewärmte Läuferblechpaket 18 mit dem Gießdorn 17 eingehoben. Die Transportklaue 31 wird vorübergehend entfernt und die Oberform 21 mit der Entlüftungsöffnung 28 separat aufgesetzt. Die schwenkbaren Druckstücke 27 am Spann-Hohlzylinder 13 verriegeln die Entlüftungsöffnung. Mit etwa 5 atü Druckluft wird die Gießform über die Leitung 8 vorgespannt und ist gießbereit.The casting process itself is as follows: After inserting the preheated lower mold 19, the pouring cone 22 and the shell pieces 20 in the The pretreated and preheated laminated rotor core 18 becomes the clamping hollow cylinder 13 lifted with the casting mandrel 17. The transport claw 31 is temporarily removed and the upper mold 21 with the vent opening 28 placed separately. The swiveling ones Pressure pieces 27 on the clamping hollow cylinder 13 lock the vent opening. With about 5 atm compressed air, the mold is preloaded via line 8 and is ready to be poured.

Durch das Einlaßventi134 wird trockene Druckluft oder mit der Schmelze nicht reagierendes Gas, z. B. Stickstoff oder Argon, druckgeregelt auf die Oberfläche des Schmelzvorrates 3 geleitet. Durch die Druckwirkung steigt das flüssige Aluminium im Steigrohr 4 hoch und füllt die Gießform und die Hohlräume des Läuferblechpakets 18 aus. Der Tiegel 2 bleibt zunächst unter Druck, während das Gießmetall im Läuferblechpaket von oben nach unten erstarrt. Die Angußpartie 24 erstarrt zuletzt. Zum Zeitpunkt der Erstarrung wird der Druck im Tiegel 2 vermindert, und die Aluminiumsäule im Steigrohr 4 fällt zurück. Um ein einwandfreies Lösen und Trennen des so gegossenen Läuferkörpers von der verbleibenden Aluminiumsäule zu erreichen, wird das Aluminium im Anguß 24 durch den Hohlkörper 11 gekühlt und die Induktionsspule 10 eingeschaltet und damit das Aluminium im Steigrohrkopf geschmolzen.Dry compressed air or gas that does not react with the melt, e.g. B. nitrogen or argon, pressure-regulated passed onto the surface of the melt supply 3. As a result of the pressure effect, the liquid aluminum rises up in the riser pipe 4 and fills the casting mold and the cavities of the laminated rotor core 18. The crucible 2 initially remains under pressure, while the casting metal solidifies in the rotor core from top to bottom. The gate part 24 solidifies last. At the time of solidification, the pressure in the crucible 2 is reduced and the aluminum column in the riser pipe 4 falls back. In order to achieve proper loosening and separation of the cast rotor body from the remaining aluminum column, the aluminum in the sprue 24 is cooled by the hollow body 11 and the induction coil 10 is switched on and the aluminum is melted in the riser pipe head.

Nach kurzer Wartezeit bis zum völligen Erstarren des Metalls im Läuferblechpaket 18 können die Gießeinrichtung durch Lösen des Spann-Hohlzylinders 13 geöffnet und der fertige Läufer herausgehoben werden.After a short waiting time until the metal in the rotor core has solidified completely 18 can the casting device by loosening the clamping hollow cylinder 13th opened and the finished runner lifted out.

Claims

Claims: 1. Device for casting aluminum cage windings large electric motor rotor using the low-pressure casting process, in which the melt Pressed into the runner via a riser pipe from a melting furnace and the upper one Part of the riser pipe is heated by a heating coil, characterized in that the sprue (24) for the runner from an annular hollow body (11) in which a coolant circulates, is surrounded.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the hollow body (11) forms one wall of the pouring channel. Considered References: U.S. Patent Nos. 1686,699, 2,304,067, 2,368,295; magazine "Foundry", 1962, pp. 332 to 336.