DE19901195A1 - Druckguß-Käfigläufer für elektrische Maschinen und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents
Druckguß-Käfigläufer für elektrische Maschinen und Verfahren zur Herstellung desselbenInfo
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Abstract
Der Druckguß-Käfigläufer (1) zeichnet sich dadurch aus, daß am linken und rechten Ende seines Läuferkerns (6) zwischen dem Läuferblechpaket (3) und den Kurzschlußringen (8, 9) Distanzelemente (10, 11) in die Druckguß-Käfigwicklung (7, 8, 9) mit eingegossen sind.
Description
Die Erfindung betrifft einen Druckguß-Käfigläufer für eine
elektrische Maschine, mit einem auf einer Läuferwelle ange
ordneten Läuferblechpaket, dessen Blechlamellen Löcher auf
weisen, die derart überlagert sind, daß sie Durchgangskanäle
des Läuferkerns bilden, sowie mit einer aus elektrisch leit
fähigem Material auf den Läuferkern aufgebrachten Druckguß -
Käfigwicklung, bestehend aus die Durchgangskanäle des Läufer
blechpaketes durchdringenden Leiterstäben und an den Stirn
seiten des Läuferblechpaketes einstückig an die Leiterstaben
den angeformten Kurzschlußringen. Ferner betrifft die Erfin
dung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Käfigläu
fers.
Wie sich aus der DE 43 29 679 C2 ergibt, ist ein im Druckguß
verfahren herstellbarer Käfigläufer für Elektromotoren be
kannt. Dabei wird zuerst ein zylindrischer laminierter Läu
ferkern hergestellt, indem eine Vielzahl von Blechlamellen
überlagert werden, in denen Löcher der vollständig geöffneten
oder der vollständig geschlossenen Art ausgebildet sind, und
zwar in einer derartigen Weise, daß die Löcher der Blechla
mellen Durchgangslöcher des Kerns bilden. Die Blechlamellen
werden mit einer Läuferwelle durchstoßen und an der Läufer
welle befestigt. Dann wird Aluminium oder eine Aluminiumle
gierung in Hohlraumteile, die in den Löchern des Kerns gebil
det sind, und in Hohlraumbereiche von rechten und linken End
ringen, die an beiden Enden des Läuferkerns ausgebildet sind,
als leitfähiges Material eingespritzt. Anschließend wird ein
Preßguß mit dem leitfähigen Material durchgeführt, um den Kä
figläufer zu formen. Schließlich erfolgt eine Nachbearbeitung
der rechten und linken Endringe und der äußeren Umfangsteile
des Kerns, um den Läufer fertigzustellen.
Ein aus der DE 43 29 679 C2 bekanntes Verfahren zur Herstel
lung eines Käfigläufers umfaßt die Schritte, daß ein Rotor
kern hergestellt wird, indem eine Vielzahl von Blechlamellen,
von welchen jede Löcher aufweist, in einer derartigen Weise
überlagert wird, daß die Löcher der Blechlamellen Durchgangs
löcher des Kerns bilden, die Vielzahl der Blechlamellen an
der Welle befestigt wird und eine Isolationsschicht auf der
inneren Oberfläche von jedem der Durchgangslöcher gebildet
wird; daß der Rotorkern um eine stationäre Form fest zusam
mengeklammert wird, indem eine bewegliche Form verwendet
wird, und daß ein Druckguß aus geschmolzenem leitfähigem Ma
terial ausgeführt wird, um einen Rotorleiter in jedem der
Durchgangslöcher zu bilden und gleichzeitig linke und rechte
Endringe an dem linken bzw. rechten Ende des Rotorkerns in
einer derartigen Weise zu bilden, daß der Rotorleiter und die
linken und rechten Endringe einstückig miteinander verbunden
sind, wobei die bewegbare Form, die bei dem Zusammenklammern
des Rotorkerns und der stationären Form verwendet wird, äu
ßere Preßformen und eine innere Preßform hat, und daß in der
bewegbaren Form ein Luftablaßspalt zwischen der inneren Preß
form und jeder der äußeren Preßformen gebildet ist.
Die Herstellung von Läuferblechpaketen in Aluminiumdruckguß
technik bei innenbelüfteten elektrischen Maschinen ist bisher
nicht mit einer Ausladung zwischen den Kurzschlußringen und
dem Blechpaket möglich. Das daraus resultierende Problem ist
zum einen die Neigung zur Rißbildung am Übergang zwischen den
Kurzschlußringen und den Läuferstäben und zum anderen die
nicht vorhandene Belüftung des Rotors. Um den zur Ausdeh
nungskompensation erforderlichen Abstand zum Blechpaket zu
schaffen, wurde bisher immer auf die konventionelle Kupfer
wicklungstechnik mit einzeln eingezogenen Läuferstäben und
angelöteten Kurzschlußringen zurückgegriffen.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Druckguß-Käfigläufer
der eingangs genannten Art diese Probleme auf einfache Art
und Weise zu lösen.
Erfindungsgemäß wird dies bei einem Druckguß-Käfigläufer da
durch erreicht, daß am linken und rechten Ende des Läufer
kerns zwischen dem Läuferblechpaket und den Kurzschlußringen
Distanzelemente in die Druckguß-Käfigwicklung mit eingegossen
sind. Ein Verfahren zur erfindungsgemäßen Herstellung eines
solchen Druckguß-Käfigläufers ist dadurch gekennzeichnet, daß
ein Läuferkern aus zu einem Läuferblechpaket zusammengesetz
ten Blechlamellen mit zu Durchgangskanälen überlagerten Lö
chern und einer Läuferwelle hergestellt wird, daß ferner an
den Stirnseiten des Läuferkerns sich gegen das Läuferblechpa
ket abstützende Distanzelemente angeordnet werden und daß
beim Druckgießen der aus den Leiterstäben und den Kurzschluß
ringen einstückig gebildeten Käfigwicklung aus elektrisch
leitfähigem Material die Distanzelemente zwischen die Kurz
schlußringe und das Läuferblechpaket mit in den Käfigläufer
eingegossen werden.
Zur Erreichung eines Ausdehnungsbereiches zwischen den Kurz
schlußringen und dem Läuferblechpaket im Betrieb des Käfig
läufers wird ein gegossenes oder anderweitig gefertigtes Di
stanzelement bzw. Distanzscheibe mit beispielsweise angegos
senen oder durch Lasern und Punktschweißen verbundenen Di
stanzhülsen (je Wicklungsnut) beim Gießen beigelegt. Das Ma
terial der Distanzelemente bzw. Distanzscheiben wird mit
gleichem Ausdehnungskoeffizienten wie das Material für die
Kurzschlußringe ausgewählt, um im Betrieb keine Scherspannun
gen zu erzeugen.
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Druckguß-Käfigläufers
sind in den Patentansprüchen 2 bis 7 gekennzeichnet. Der er
findungsgemäße Käfigläufer ist insbesondere für Hoch- und
Niederspannungsmotoren sowie für Bahnantriebe geeignet. Be
sondere Vorteile der Erfindung liegen darin, daß durch die
als verlorene Formteile geltenden eingießbaren Distanzele
mente einerseits ein Abfangen des Gießdruckes während der
Herstellung des Rotors bzw. Läufers erfolgt, andererseits ein
Abdichten der Gießform durch die beigelegten Distanzscheiben
möglich ist, ferner keine Nachbearbeitung des verlorenen
Formteils (Distanzscheibe) erforderlich ist und sich schließ
lich eine Kompensation der Biege- und Scherspannungen zwi
schen den Kurzschlußringen und dem Läuferblechpaket im Be
trieb ergibt.
Der erfindungsgemäße Druckguß-Käfigläufer hat ferner den Vor
teil, daß die Distanzelemente eine Ventilatorwirkung für den
Innenkühlkreis des Käfigläufers haben. Durch eine gezielte
Materialanhäufung in gefährdeten Bereichen ist eine Kompensa
tion der Lunkerbildung in den Kurzschlußringen möglich. Bei
entsprechender Formgebung der einzulegenden Distanzelemente
bzw. Distanzscheiben ergeben sich einerseits eine strömungs
günstige Gestaltung der Stützstegaußenkontur sowie frei wähl
bare Übergangsradien zwischen den Kurzschlußringen und den
Läuferstäben. Die einlegbaren Distanzelemente ersetzen
schließlich zusätzliche Endbleche am Läuferblechpaket.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele
anhand der Zeichnung und in Verbindung mit den Patentansprü
chen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Druckguß-Kä
figläufers im Längsschnitt,
Fig. 2 einen Teilschnitt A-A gemäß Fig. 1, mit einer teil
weisen Draufsicht auf eine Blechlamellenausführung.
Der im Ausführungsbeispiel gezeigte erfindungsgemäße Druck
guß-Käfigläufer 1 besteht aus einem auf einer Läuferwelle 2
befestigten Läuferblechpaket 3, das aus einer Vielzahl von
Blechlamellen 4 (Dynamoblechen) gebildet wird. In den kreis
scheibenförmigen Blechlamellen 4 sind über den Umfang ver
teilt geschlossene oder umfangsseitig geöffnete Löcher 5 vor
gesehen, wobei die Löcher 5 der Bleche 4 derart überlagert
sind, daß im gebildeten Läuferkern 6 Durchgangskanäle entste
hen. Ferner weisen die Bleche 4 Kühlbohrungen 15' zur Bildung
von axial durch den Läuferkern verlaufenden Kühlkanälen 15
auf.
Zum Anbringen der aus Läuferstäben 7 und endseitig am Läufer
kern 6 angeordneten Kurzschlußringen 8, 9 bestehenden Druck
guß-Käfigwicklung wird der Läuferkern 6 in eine nicht ge
zeichnete Druckgießvorrichtung eingesetzt. Dabei werden
stirnseitig zum Läuferkern Distanzelemente 10, 11 mit einge
legt, die nach dem Druckgießen sogenannte verlorene Formteile
bilden. Beim Druckgießen wird geschmolzenes, elektrisch leit
fähiges Material, z. B. Kupfer oder eine Kupferlegierung bzw.
Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, in die Druckgußform
eingefüllt, wobei das fließende Druckgußmaterial die von den
Löchern 5 der Bleche 4 gebildeten Durchgangskanäle zwecks
Bildung der Läuferstäbe 7 der Wicklung und endseitige Hohl
raumbereiche zwecks Bildung der Kurzschlußringe 8, 9 der
Wicklung zu einer einteiligen Druckgußwicklung ausfüllt.
Vorzugsweise sind die Distanzelemente 10, 11 als Scheiben
ringe ausgebildet, welche Anschlußöffnungen 12 zu den Durch
gangskanälen des Läuferkerns 6 für die Läuferstäbe 7 aufwei
sen. Des weiteren weisen die Distanzelemente 10, 11 Distanz
stege, Distanzhülsen 13 od. dgl. im Bereich der Wicklungsnuten
des Läuferkerns 6 auf. Dabei ist über die Außenkontur 14 der
Distanzelemente 10, 11 der Übergangsradius zwischen den Lei
terstäben 7 und den Kurzschlußringen 8, 9 bestimmbar.
Claims (8)
1. Druckguß-Käfigläufer (1) für eine elektrische Maschine,
mit einem auf einer Läuferwelle (2) angeordneten Läuferblech
paket (3), dessen Blechlamellen (4) Löcher (5) aufweisen, die
derart überlagert sind, daß sie Durchgangskanäle des Läufer
kerns (6) bilden, sowie mit einer aus elektrisch leitfähigem
Material auf den Läuferkern aufgebrachten Druckguß-Käfigwick
lung, bestehend aus die Durchgangskanäle des Läuferblechpake
tes durchdringenden Leiterstäben (7) und an den Stirnseiten
des Läuferblechpaketes einstückig an die Leiterstabenden an
geformten Kurzschlußringen (8, 9), dadurch ge
kennzeichnet, daß am linken und rechten Ende
des Läuferkerns (6) zwischen dem Läuferblechpaket (3) und den
Kurzschlußringen (8, 9) Distanzelemente (10, 11) in die
Druckguß-Käfigwicklung (7, 8, 9) mit eingegossen sind.
2. Käfigläufer nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Distanzelemente (10, 11)
Endbleche an den Läuferblechpaketen ersetzen.
3. Käfigläufer nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Distanzelemente (10, 11)
aus einem Material bestehen, das einen gleichen oder ver
gleichbaren Ausdehnungskoeffizienten wie das Material der
Druckguß-Käfigwicklung (7, 8, 9) aufweist.
4. Käfigläufer nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Distanzelemente (10, 11)
als Scheibenringe ausgebildet sind, die Anschlußöffnungen
(12) zu den Durchgangskanälen des Läuferkerns (6) für die
Läuferstäbe (7) aufweisen.
5. Käfigläufer nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der
folgenden, dadurch gekennzeichnet,
daß die Distanzelemente (10, 11) Distanzstege, Distanzhülsen
(13) od. dgl. im Bereich der Wicklungsnuten des Läuferkerns
(6) aufweisen.
6. Käfigläufer nach Anspruch 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Distanzelemente (10, 11)
aus gegossenen oder gestanzten Scheibenringen mit angeformten
oder angeschweißten Distanzhülsen (13) bestehen.
7. Käfigläufer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß
über die Außenkontur (14) der Distanzelemente (10, 11) der
Übergangsradius zwischen den Leiterstäben (7) und den
Kurzschlußringen (8, 9) bestimmbar ist.
8. Verfahren zur Herstellung eines Käfigläufers nach einem
oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet,
- - daß ein Läuferkern (6) aus zu einem Läuferblechpaket (3) zusammengesetzten Blechlamellen (4) mit zu Durchgangskanä len überlagerten Löchern (5) und einer Läuferwelle (2) hergestellt wird,
- - daß an den Stirnseiten des Läuferkerns (6) sich gegen das Läuferblechpaket (3) abstützende Distanzelemente (10, 11) angeordnet werden und
- - daß beim Druckgießen der aus den Leiterstäben (7) und den Kurzschlußringen (8, 9) einstückig gebildeten Käfigwick lung aus elektrisch leitfähigem Material die Distanzele mente zwischen die Kurzschlußringe und das Läuferblechpa ket mit in den Käfigläufer (1) eingegossen werden.
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