DE19542962C1 - Kurzschlußläufer für eine Asynchronmaschine und ein Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kurzschlußläufer für eine Asynchron­ maschine, mit einem Läuferkäfig aus elektrisch gut leitenden Läuferstäben und Kurzschlußringen, wobei die Läuferstäbe in Nuten des Läuferblechpaketes angeordnet sind und wobei die an den Stirnseiten des Läuferblechpaketes überstehenden Läufer­ stabenden durch aus elektrisch gut leitendem Material beste­ hende Kurzschlußringe leitend verbunden sind, welche aus ent­ sprechend den Läuferblechen genuteten Blechpaketen aus Kupferblech bestehen.

Bei einem bekannten Kurzschlußläufer dieser Art (DE-A 34 21 537) sind geschichtete, genutete Kupfer-Blechpakete von gleicher Form und Nutung wie das Läuferblechpaket vorgesehen, wobei die Kupfer-Blechpakete mit den aus dem Läuferblechpaket ragenden Enden der in die Nuten eingeschobenen Läuferstäbe in ihren Nuten hart verlötet sind, wobei das gesamte Paket so zusammengepreßt ist, daß zwischen dem Läuferblechpaket und den als Kurzschlußringe und als Druckscheiben dienenden Kup­ fer-Blechpaketen ein großflächiger Wärmekontakt auch im be­ triebswarmen Zustand erhalten bleibt.

Bei bekannten Asynchronmaschinen werden die Läuferstäbe in die mit Nutauskleidungen versehenen Läuferblechpakete einge­ schlagen, auf Länge abgedreht und im Anschluß mit Kurzschluß­ ringen verlötet. Dabei müssen die Läuferblechpakete mit End­ scheiben vor Axialkräften geschützt werden. Dieses Ferti­ gungsverfahren ist relativ teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kurzschlußläufer mit elektrisch gut leitenden Kurzschlußringen aus Kupfer-Blechpa­ keten so auszubilden, daß er für Asynchronmaschinen mit gro­ ßen Leistungen und relativ hohen Umdrehungen geeignet ist, ohne daß die Zentrifugalbeanspruchungen an den Kurzschlußrin­ gen zu groß werden oder daß eine zu starke Erwärmung auf­ tritt. Ferner soll der erfindungsgemäße Kurzschlußläufer ein­ fach herstellbar sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Pa­ tentanspruches 1 gelöst. Mit der Ausbildung des Kurzschluß­ läufers als Käfigläufer mit Läuferstäben aus Kupfer und Kurz­ schlußringen aus beabstandeten Kupferblechen oder beab­ standeten Kupferblech-Teilpaketen hat die Asynchronmaschine gute elektrische Eigenschaften. Die Kühlung wird dadurch noch verbessert, daß die Kupferbleche oder die Kupferblech-Teilpa­ kete der Kurzschlußringe beabstandet angeordnet sind, so daß in den Kurzschlußringen Kühlkanäle gebildet werden.

Vorteilhafte Ausbildungen dieser Bauart sind in den Patentan­ sprüchen 2 und 3 angegeben.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Kurzschlußringe mit wählbarem Abstand vom Läu­ ferblechpaket angeordnet sind. Nach dieser Ausbildung ist bei großen Fliehkräften eine definierte Weitung der Kurzschluß­ ringe gegenüber dem Läuferblechpaket ohne Gefährdung der Läu­ ferstäbe möglich. Die freien Läuferstababschnitte im Abstand zwischen Läuferblechpaket und Kurzschlußring bewirken eine gewünschte Ventilation.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung, die einen Kurzschlußläufer für hohe Zentrifugalbeanspruchungen be­ trifft, zeichnet sich dadurch aus, daß zwischen die Kupfer­ bleche oder Kupferblech-Teilpakete der Kurzschlußringe Stahl­ bleche eingelegt sind. Vorteilhaft dabei ist, daß auch größe­ re Motoren, die sonst bei konventionell ausgeführten Kurz­ schlußringen zusätzlich Kappenringe erfordern, mit den erfin­ dungsgemäßen Kurzschlußringen ohne die bekannten Kappenringe auskommen. Der Kappenring wird beim erfindungsgemäßen Kurz­ schlußring ersetzt durch einige Stahlbleche, die den gleichen Stanzschnitt wie die Kupferbleche aufweisen können und mit diesen und den Läuferstäben verlötet sind. Durch die form­ schlüssige Verbindung von Stäben und Blechen zum einen und die Verlötung der Bleche untereinander zum anderen wird die Weitung des Kurzschlußringes aufgrund der Fliehkraft einge­ schränkt. Durch eine geschickte Verteilung der Stahlbleche in den Kupferblechpaketen der Kurzschlußringe, insbesondere wer­ den die Stahlbleche in der Mitte der Kurzschlußringe konzen­ triert angeordnet, erreicht man, daß das Streufeld B des Ringstromes I die Stahlbleche fast nur in senkrechter Rich­ tung durchsetzt, so daß es auch bei magnetischen Blechen zu keiner bedeutsamen Induktivitäts- und Wirbelstromerhöhung kommt. Deshalb kann diese Ausführung auch bei denjenigen Asynchronmaschinen eingesetzt werden, die am starren Netz be­ trieben werden und bei denen deshalb im Stillstand netz­ frequente Läuferströme fließen.

Eine Gewichtsverminderung des Kurzschlußläufers wird er­ reicht, wenn die Stahlbleche der Kurzschlußringe aus Ringble­ chen bestehen, die einen größeren Innendurchmesser aufweisen als die Kupferbleche der Kurzschlußringe. Mit der Vergröße­ rung des Innendurchmessers der Stahlbleche der Kurzschlußrin­ ge ergibt sich eine Abstufung in den Kurzschlußringen, wo­ durch die für die Kühlung der Kurzschlußringe wichtige Ober­ fläche vergrößert wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Pa­ tentansprüchen 6 bis 14 angegeben.

Die Erfindung umfaßt ferner ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Kurzschlußläufers und zeichnet sich da­ durch aus, daß die Läuferstäbe so in den Läufer eingeschlagen werden, daß die Läuferstäbe an den Stirnseiten des Läufer­ blechpaketes um die Dicke der Kupferblechpakete abzüglich et­ wa der halben Wandstärke eines Kupferbleches aus dem Läu­ ferblechpaket ragen, daß nach dem Anlegen der Kupferbleche an das Läuferblechpaket der Läufer auf einem Heiztisch er­ wärmt wird, wobei eine um die Kupferbleche legbare Lotguß­ form eine Einfüllöffnung für das Lot bildet, und wobei das die Räume zwischen den Kupfer-Läuferstäben und den Kupferble­ chen ausfüllende Lot einen festen Verbund bildet, der die Funktion des Kurzschlußringes erfüllt.

Ferner ist bei der Anordnung der Kurzschlußringe mit Anlage am Läuferblechpaket vorgesehen, daß der mit Lot herstellbare Verbund sich in axialer Richtung des Käfigläufers in das Läu­ ferblechpaket erstreckt, wobei Endscheiben entfallen können.

Das Einbringen des Lotes wird erleichtert, wenn der Blech­ schnitt der Kupferbleche einen breiteren Schlitz zur Nut für den Läuferstab aufweist als der entsprechende Schlitz der Dy­ namobleche des Läuferblechpaketes. Das Einfließen des Lotes wird ferner dadurch verbessert, daß die Kupferbleche der Kurzschlußringe mit einem kleineren Außendurchmesser ausge­ führt werden als die Dynamobleche des Läuferblechpaketes. Durch die relativ dicken Kupferbleche der Kurzschlußringe kann die Toleranz des Abstandes zwischen dem Ende der Läufer­ stäbe und dem Blechpaket vor dem Lötvorgang relativ grob vor­ gegeben werden, so daß sich ein zusätzlicher Arbeitsgang zum Abdrehen der Stäbe vor dem Löten erübrigt. Wenn die Kupfer­ bleche bis zur Läuferwelle heruntergezogen sind, kann der In­ nenbereich des Kurzschlußringes, der für die Stromführung nicht benötigt wird und mechanisch fast nicht belastet ist, für das Negativ-Wuchten verwendet werden. Damit kann auch ei­ ne Wuchtnut-Tarierscheibe entfallen. Wenn das Lot auch ca. 10 bis 20 mm in axialer Richtung des Käfigläufers in das Läufer­ blechpaket eindringt, so daß die Kupfer-Läuferstäbe und die Dynamobleche fest verbunden werden, ergeben sich ein fester Läuferstabsitz und feste Dynamoblech-Endpakete, so daß gege­ benenfalls Endscheiben, eine gesonderte Nutauskleidung und ein Verstemmen der Läuferstäbe entfallen können. Dies schließt jedoch nicht aus, daß bei größeren Motoren, die eine thermische Dehnung der Stäbe und eine Stabausladung erfor­ dern, weiterhin die Stäbe verstemmt werden sowie eine Nutaus­ kleidung und Endscheiben vorgesehen werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen und der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Kurzschlußläufer gemäß der Erfindung im Axial­ schnitt, mit beabstandeten Kupferblechen der Kurzschlußringe;

Fig. 2 einen teilweisen Axialschnitt des Kurzschlußläufers mit einem Kurzschlußring aus beabstandeten Kupferblechen;

Fig. 3 einen teilweisen Schnitt durch einen Läufer ge­ mäß der Erfindung, wobei der Kurzschlußring aus beabstandeten Kupferblechen und dazwischen eingelegten Stahlblechen besteht und wobei der Kurzschlußring 3 mit Abstand 21 vom Läufer­ blechpaket 6 angeordnet ist;

Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Läuferstab des mit Abschnitten eines Kupferbleches des Kurz­ schlußringes und einem Dynamoblech des Läuferblechpaketes so­ wie deren Läuferstab-Nut in Draufsicht;

Fig. 5 einen teilweisen Schnitt durch einen erfindungsgemä­ ßen Kurzschlußring, in dessen Mittelbereich zwischen den Kup­ ferblechen Stahlbleche angeordnet sind, mit einer Darstellung eines Streufeldes B eines Ringstromes I, derart, daß das Streufeld B des Ringstromes I die Stahlbleche des Kurz­ schlußringes fast nur in senkrechter Richtung durchsetzt, so daß es auch bei magnetischen Blechen zu keiner bedeutenden Induktivitäts- und Wirbelstromerhöhung kommt;

Fig. 6 einen teilweisen Schnitt durch einen erfindungsgemä­ ßen Kurzschlußläufer, wobei der Kurzschlußring aus relativ stark­ wandigen Kupferblechen und dazwischen angeordneten dünneren Stahlblechen besteht, wobei der Außendurchmesser der Bleche des Kurzschlußringes kleiner als derjenige der Bleche des Läuferblechpaketes ist und wobei sich der mit Lot herge­ stellte Verbund zwischen dem Läuferstab und den Blechen des Kurzschlußringes bis unter die Endbleche des Läuferblechpake­ tes erstreckt;

Fig. 7 einen in einer Lotgußform und auf einem Heiztisch stehenden Kurzschlußläufer.

Wie Fig. 1 zeigt, ist auf die Läuferwelle 5 des Kurzschluß­ läufers einer Asynchronmaschine ein Läuferblechpaket 6, be­ stehend aus Dynamoblechen, aufgepreßt. Der Käfig des Kurz­ schlußläufers bzw. der Läuferkäfig 1 umfaßt mehrere Läufer­ stäbe 2 sowie zum stirnseitigen Abschluß Kurzschlußringe 3, 4. In bevorzugter, elektrisch gut leitender Ausführung beste­ hen die Läuferstäbe 2 aus Kupfer. Die das Läuferblechpaket stirnseitig begrenzenden Kurzschlußringe 3, 4 bestehen aus Kupferblechpaketen, zusammengesetzt aus einzelnen Kupferble­ chen 7 oder aus Kupferblech-Teilpaketen, wobei die Kupferble­ che 7 bzw. die Kupferblech-Teilpakete untereinander beabstan­ det sind. Diese Abstände zwischen den Kupferblechen der Kurz­ schlußringe bilden radial verlaufende Kühlkanäle 9 mit zuge­ hörigen Luftlöchern 22 in den Kurzschlußringen 3, 4 und gege­ benenfalls auch im Läuferblechpaket 6. Die Abstände zwischen den Kupferblechen werden durch Ausformungen 8 od. dgl. der Bleche und/oder durch zwischen den Blechen bzw. den Kupfer­ blech-Teilpaketen einzulegende Abstandshalter 10 aufrechter­ halten. Diese in Fig. 1 dargestellte Ausführung eines Kurz­ schlußläufers zeichnet sich besonders durch eine gute Kühlung der Kurzschlußringe einerseits und durch einfach herstellbare Kurzschlußringe andererseits aus. Fig. 2 zeigt dazu Einzel­ heiten in größerer Darstellung.

Nach Fig. 3 besteht der teilweise gezeichnete Kurzschlußring 3 aus relativ starkwandigen, beabstandeten Kupferblechen 7, zwischen die relativ dünnwandige Stahlbleche 11 eingelegt sind. Die verpreßten und verlöteten Bleche 7, 11 bilden einen einfach herstellbaren Kurzschlußring, der auch hohen Bean­ spruchungen standhält, wobei die eingelegten Stahlbleche eine Weitung des Kurzschlußringes auch bei höheren Drehzahlen bzw. größeren Fliehkräften einschränken.

Die Ansicht nach Fig. 4 zeigt die in dem Kupferblech 7 eines Kurzschlußringes und in dem dahinter liegenden Dynamoblech eines Läuferblechpaketes 6 vorgesehene, nach außen teilweise geöffnete Nut 12 zur Aufnahme eines Läuferstabes 2, der z. B. einen trapezförmigen Querschnitt aufweist. Ein verbesserter Verbund 20 beim Verlöten der Käfigläuferteile: Läuferstäbe, Kurzschlußring-Kupferblechpaket und Läuferblechpaket ergibt sich, wenn die Schlitzbreite 13 der Kupferbleche 7 des Kurz­ schlußringes zur Nut 12 größer ausgeführt ist als die Schlitzbreite 14 der Dynamobleche des Läuferblechpaketes 6 zur Nut 12 für die Einführung des Läuferstabes 2. Von weite­ rem Vorteil für den Lötvorgang ist es, wenn der Außendurch­ messer d der Kupferbleche 7 kleiner ist als der Außendurch­ messer D der Dynamobleche des Läuferblechpaketes 6.

In Fig. 5 ist ein Teilschnitt eines Kurzschlußringes 3 bzw. 4 dargestellt, bei dem die Stahlblech-Einlagen 11 im Kupfer­ blechpaket im Mittelabschnitt des Kurzschlußringes konzen­ triert sind. Hierdurch wird eine Induktivitäts- und Wirbel­ stromerhöhung durch die Stahlblecheinlagen vermindert.

Der teilweise im Axialschnitt gezeichnete Läuferkäfig 1 zeichnet sich bei der Ausführung nach Fig. 6 dadurch aus, daß seine Kurzschlußringe 3 bzw. 4 aus relativ starkwandigen Kupferblechen 7 und dünnwandigen, zwischengelegten Stahl- oder Dynamoblechen 11 zusammengesetzt sind. Der Außendurch­ messer der Kurzschlußring-Bleche 7, 11 ist kleiner als der Außendurchmesser der Dynamobleche des Läuferblechpaketes 6. Ferner ist die Verlötung der Kurzschlußringe am Läuferkäfig 1 so ausgeführt, daß das Lot einen Verbund 20 zwischen den Ble­ chen 7, 11 des Kurzschlußringes und den Läuferstäben 2 bil­ det. Schließlich erstreckt sich der Lot-Verbund in axialer Richtung des Käfigläufers auch in das Läuferblechpaket 6, was einen festen Sitz der Läuferstäbe ergibt und wobei man beim Verlöten feste Dynamoblech-Endpakete des Läuferblechpaketes erreicht. Bei dieser Ausbildung des Käfigläufers können gege­ benenfalls Endscheiben 15, Nutauskleidungen und das Verstem­ men der Läuferstäbe entfallen.

Zur Verdeutlichung der Herstellung eines Käfigläufers nach der Erfindung zeigt Fig. 7 einen in einer Lotgußform 17 ste­ henden Kurzschlußläufer. Nach dem Einschlagen der Läuferstäbe sollen diese beidseitig des Läuferblechpaketes 6 mit einer Ausladung 18 aus dem Läuferblechpaket herausragen, wobei die Ausladung 18 der Läuferstabenden vorzugsweise so bemessen wird, daß sie dem Abstand 21 zuzüglich der Dicke des Kupfer­ blechpaketes für den Kurzschlußring abzüglich etwa einer hal­ ben Kupferblechdicke entspricht. Dadurch kann ein Abdrehen der Stabenden vor dem Löten entfallen. Nach dem Aufbringen des Kupferblechpaketes des Kurzschlußringes auf die Läufer­ stabenden wird der Läufer an der zu bearbeitenden Stirn­ seite auf einem Heiztisch 16 erwärmt. Mittels der Lotgußform 17 und ihrer Loteinfüllöffnung 19 erfolgt der Lötvorgang.

Claims (16)

1. Kurzschlußläufer für eine Asynchronmaschine, mit einem Läuferkäfig (1) aus elektrisch gut leitenden Läuferstäben (2) und Kurzschlußringen (3, 4) wobei die Läuferstäbe (2) in Nu­ ten (12) des Läuferblechpaketes (6) angeordnet sind und wobei die an den Stirnseiten des Läuferblechpaketes überstehenden Läuferstabenden durch aus elektrisch gut leitendem Material bestehende Kurzschlußringe leitend verbunden sind, welche aus entsprechend den Läuferblechen genuteten Blechpaketen aus Kupferblech (7) beste­ hen, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein oder mehrere Kupferble­ che Teilpakete bilden, die untereinander beabstandet sind.

2. Kurzschlußläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferbleche (7) oder Kupferblech-Teilpakete der Kurzschlußringe (3, 4) durch Ausformungen (8), wie Sicken, Noppen, Wülste od. dgl., im de­ finierten Abstand in den Kupferblechpaketen zur Bildung ra­ dialer Kühlkanäle (9) gehalten sind.

3. Kurzschlußläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferbleche (7) oder Kupferblech-Teilpakete der Kurzschlußringe (3, 4) mit­ tels separater Abstandshalter (10), wie Distanzelemente oder Distanzhülsen, in vorgebbarem Abstand zur Bildung radialer Kühlkanäle (9) in den Kurzschlußblechpaketen der Kurzschluß­ ringe gehalten sind.

4. Kurzschlußläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußringe (3, 4) mit wählbarem Abstand (21) vom Läuferblechpaket (6) ange­ ordnet sind.

5. Kurzschlußläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Kupfer­ bleche (7) oder Kupferblech-Teilpakete der Kurzschlußringe (3, 4) Stahlbleche (11) eingelegt sind.

6. Kurzschlußläufer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Kup­ ferbleche (7) größer ist als die Wandstärke der Stahlbleche (11).

7. Kurzschlußläufer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlbleche (11) den gleichen Stanzschnitt wie die Kupferbleche (7) aufweisen und mit diesen und den Läuferstäben (2) verlötet sind.

8. Kurzschlußläufer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlbleche (11) aus Ringblechen mit größerem Innendurchmesser als die Kupfer­ bleche (7) ausgebildet sind.

9. Kurzschlußläufer nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlbleche (11) überwiegend im Mittelbereich der Kurzschlußringe (3, 4) angeordnet sind.

10. Kurzschlußläufer nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferbleche (7) gleiche Nutabmessungen für die Aufnahme der Läuferstäbe (2), gleiche Luftlöcher (22) und eine gleiche oder größere Achsbohrung für die Läuferwelle (5) wie die Stahlbleche (11) aufweisen.

11. Kurzschlußläufer nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzbreite (13) der Nuten (12) für die Läuferstäbe (2) der Kupferbleche (7) größer ist als die Schlitzbreite (14) der Dynamobleche des Läuferblechpaketes (6).

12. Kurzschlußläufer nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Au­ ßendurchmesser (d) der Kupferbleche (7) kleiner ist als der Außendurchmesser (D) der Dynamobleche des Läuferblechpaketes (6).

13. Kurzschlußläufer nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferbleche (7) eine etwa dem Durchmesser der Läuferwelle (5) entsprechende Achsbohrung aufweisen und damit den Innen­ bereich des Käfigläufers (1) bis zur Läuferwelle abdecken.

14. Kurzschlußläufer nach einem der Ansprüche 5 bis 13, ge­ kennzeichnet durch die Verwendung bei größeren elektrischen Asynchronmaschinen, wobei der Käfigläu­ fer (1) ohne Kappenringe ausführbar ist.

15. Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlußläufers nach den Ansprüchen 5 bis 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Läuferstäbe (2) so in den Läufer eingeschlagen werden, daß die Läuferstäbe an den Stirnseiten des Läuferblechpaketes (6) um die Dicke der Kupferblechpakete abzüglich etwa der halben Wandstärke eines Kupferbleches (7) aus dem Läuferblechpaket ragen (Ausladung 18), daß nach dem Anlegen der Kupferbleche (7) an das Läuferblechpaket (6) der Läufer (1) auf einem Heiztisch (16) erwärmt wird, wobei eine um die Kupferbleche legbare Lotgußform (17) eine Einfüll­ öffnung (19) für das Lot bildet, und wobei das die Räume zwischen den Kupfer-Läuferstäben (2) und den Kupferblechen (7) ausfüllende Lot einen festen Verbund bildet, der die Funktion des Kurzschlußringes (3, 4) erfüllt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der mit Lot herstellbare Verbund (20) sich in axialer Richtung des Käfigläufers (1) in das Läuferblechpaket (6) erstreckt.