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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kurzschlussläufer für einen Elektromotor, insbesondere einen Asynchronmotor, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und einen Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
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Kurzschlussläufer oder Käfigläufer werden die Rotoren von Elektromotoren, insbesondere Asynchronmotoren, genannt, die statt einer aus Draht gewickelten, über Schleifringe versorgten Spule einen im Blechpaket dauernd kurzgeschlossenen Käfig (massive Windungen) besitzen.
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In der Regel umfasst der Kurzschlussläufer einen ersten Kurzschlussring und einen zweiten Kurzschlussring, die auf einer Welle axial voneinander beabstandet angebracht sind. Zwischen den Kurzschlussringen ist mindestens ein Kurzschlussstab, vorzugsweise mehrere Kurzschlussstäbe angebracht, die vorzugsweise parallel zu der Welle verlaufen und weiter vorzugsweise in Umfangsrichtung nebeneinander angebracht sind. Vorzugsweise sind die Kurzschlussstäbe in Blechlamellen aufgenommen. Mehrere Blechlamellen ergeben das sogenannte Blechpaket.
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Im Rahmen der Herstellung derartiger Kurzschlussläufer müssen die Kurzschlussstäbe mit den Kurzschlussringen mindestens elektrisch, vorzugsweise elektrisch und mechanisch, verbunden werden. Hierzu sind im Stand der Technik einige Vorgehensweise bekannt geworden.
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In der
DE 195 22 671 C2 wird beispielsweise beschrieben, wie Kurzschlussstäbe durch die Kurzschlussringe hindurchgeführt werden und deren Enden plastisch verformt werden. Alternativ wird hier auch vorgeschlagen, dass die Enden der Kurzschlussstäbe die Kurzschlussringe umgreifen.
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In der
US 5,642,010 A wird beispielsweise vorgeschlagen, dass Kurzschlussstäbe eingesetzt werden, die endseitig mit Kurzschlussringsegmenten ausgestattet sind, wobei sich der Kurzschlussring nach Einsetzen aller Kurzschlussstäbe komplettiert. Alternativ kann der Kurzschlussring auch aus separaten Kurzschlussringsegmenten zusammengesetzt werden.
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Aus der JPH 10-174386 A ist beispielsweise bekannt geworden, die aus dem Blechpaket hervorstehenden Enden der Kurzschlussstäbe derart zu verformen, dass sie selbst einen Kurzschlussring bilden.
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Die vorgeschlagenen Maßnahmen sind teilweise produktionstechnisch problematisch und stellen besondere Anforderungen an das Kurzschlussstabmaterial, insbesondere wenn Elektromotoren mit hohen Leistungen bereitgestellt werden sollen. Beispielsweise kann der Kurzschlussring gemäß JPH 10-174386 A nicht beliebig dick ausgestaltet werden, da ab einer gewissen Dicke der Kurzschlussstäbe eine derartige Umformung produktionstechnisch nicht mehr realisierbar sein wird.
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Hier setzt die vorliegende Erfindung an und macht es sich zur Aufgabe, einen verbesserten Kurzschlussläufer vorzuschlagen, insbesondere einen Kurzschlussläufer vorzuschlagen, der prozesssicher herzustellen und auch für hohe Lasten einsetzbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Kurzschlussläufer mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass der Kurzschlussstab einen Abschnitt mit einem ersten Querschnitt und ein Anschlusskörpersegment mit einem zweiten Querschnitt aufweist, wobei der zweite Querschnitt größer als der erste Querschnitt ist, wobei die Kurzschlussringe eine dem Kurzschlussstab zugewandte Innenseite aufweisen, wobei das Anschlusskörpersegment mit der Innenseite einer der Kurzschlussringe verbunden ist, können durch die vergrößerten Oberflächen hohe Ströme zwischen dem Kurzschlussring und dem Kurzschlussstab übertragen werden. Gleichermaßen ist die Verbindung zwischen Kurzschlussstab und Kurzschlussring auf die Innenseite des Kurzschlussrings verlagert, so dass beispielsweise keine Kurzschlussstäbe um den Kurzschlussring herumgebogen werden müssen, die beispielsweise auf der Außenseite zum Liegen kommen. Hierdurch ist die Herstellung wesentlich prozesssicherer durchführbar und auch der axiale Bauraum kann durch diese Maßnahme tendenziell reduziert werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kurzschlussläufer mit mindestens einem ersten Kurzschlussstab und einem zweiten Kurzschlussstab ausgestattet ist, wobei die Kurzschlussstäbe einseitig mit einem Anschlusskörpersegment ausgestattet sind, wobei die Kurzschlussstäbe alternierend im Hinblick auf die axiale Ausrichtung des Anschlusskörpersegmentes angeordnet sind, wobei das Anschlusskörpersegment des ersten Kurzschlussstabes mit der Innenseite des ersten Kurzschlussringes verbunden ist, wobei das Anschlusskörpersegment des zweiten Kurzschlussstabes mit der Innenseite des zweiten Kurzschlussringes verbunden ist. Die Kurzschlussstäbe eines derart ausgestalteten Kurzschlussläufers können separat und insbesondere außerhalb des Blechpaketes umgeformt werden. Die Umformung kann daher sehr individuell einzig auf das Material des Kurzschlussstabes abgestimmt sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kurzschlussstab ein zweites Anschlusskörpersegment mit einem dritten Querschnitt aufweist, wobei der dritte Querschnitt größer als der erste Querschnitt ist, wobei das erste Anschlusskörpersegment mit der Innenseite des ersten Kurzschlussrings und das zweite Anschlusskörpersegment mit der Innenseite des zweiten Kurzschlussrings verbunden ist. Die Kurzschlussstäbe eines derart ausgestalteten Kurzschlussläufers können vorteilhafterweise innerhalb des Blechpaketes umgeformt werden. Vorzugsweise sind erstes und zweites Anschlusskörpersegment gleichartig, so dass ein symmetrischer Kurzschlussstab gebildet ist. Symmetrisch ausgebildete Kurzschlussstäbe haben den Vorteil, dass die Stromübergangsflächen zwischen Kurzschlussstab und Kurzschlussring auf beiden Seiten gleich ausgebildet sind, so dass ein homogener Stromfluss gewährleistet wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kurzschlussläufer in Umfangsrichtung mit Kurzschlussstäben ausgestattet ist, wobei in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnete Anschlusskörpersegmente einen Anschlusskörper für den Kurzschlussring bilden. Die Anschlusskörpersegmente können einen segmentierten Anschlusskörper mit einer etwa kreisförmigen Gestalt ausbilden. Falls Lücken zwischen den einzelnen Anschlusskörpersegmenten bestehen, können diese beispielsweise durch Schweißen geschlossen werden. Der Anschlusskörper bildet einen Fügepartner für die Verbindung mit dem jeweils zugeordneten Kurzschlussring bzw. dessen Innenseite. Anschlusskörper und Kurzschlussring können beispielsweise mittels Schweißen, Reibschweißen, Rotationsreibschweißen, Löten, etc. miteinander verbunden sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kurzschlussring einen Fügekörper und einen Stützkörper umfasst, wobei der Fügekörper die Innenseite des Kurzschlussrings bildet. Durch diesen hybriden Aufbau können den einzelnen Komponenten bevorzugte Aufgaben, wie beispielsweise die mechanische Stabilität oder das Fügeverhalten zugewiesen und durch eine entsprechende Ausgestaltung und/oder Materialauswahl optimiert werden.
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So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Stützkörper aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht. Aluminium weist zwar nicht die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer auf, ist aber um einiges stabiler und eignet sich daher vorteilhafterweise als Stützkörper, wodurch eine stromleitende Funktion aber nicht ausgeschlossen ist.
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So kann ferner vorgesehen sein, dass der Fügekörper und der bzw. die Kurzschlussstäbe aus dem gleichen Material bestehen, insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Durch die Materialgleichheit ergeben sich Vorteile bei der Verbindung der vorgenannten Komponenten. Beispielsweise weisen beide Komponenten den gleichen Schmelzpunkt auf, so dass diese Parameter bei der Verbindung berücksichtigt werden können und sich eine entsprechend belastbare Verbindung ergibt. Zudem ergibt sich eine vorteilhafte elektrische Verbindung.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Kurzschlussstab in einem Blechpaket aufgenommen ist. Das Blechpaket kann die Kurzschlussstäbe in einer entsprechenden Position halten, beispielsweise während des Umformvorgangs. Aber auch ansonsten hält das Blechpaket die Kurzschlussstäbe zusätzlich in einer vorbestimmten Position.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen verbesserten Elektromotor, insbesondere Asynchronmotor, mit einem Kurzschlussläufer bereitzustellen, insbesondere einen leistungsfähigen und kompakt bauenden Elektromotor bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Elektromotor, insbesondere Asynchronmotor, mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Kurzschlussläufers können für den Elektromotor nutzbar gemacht werden.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers gemäß Anspruch 2 weist vorteilhafterweise mindestens folgende Verfahrensschritte auf:
- - Umformen von Kurzschlussstabhalbzeugen mit einem ersten Querschnitt in Kurzschlussstäbe mit einem Abschnitt mit dem ersten Querschnitt und ein Anschlusskörpersegment mit einem zweiten Querschnitt, wobei der zweite Querschnitt größer als der erste Querschnitt ausgestaltet ist;
- - Einbringen der Kurzschlussstäbe alternierend im Hinblick auf die axiale Ausrichtung des Anschlusskörpersegmentes in das Blechpaket zwischen den Kurzschlussringen.
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Durch die alternierende Ausrichtung der Kurzschlussstäbe können die Kurzschlussstabhalbzeuge außerhalb des Blechpaketes umgeformt werden. Eine Belastung des Blechpaketes durch die Umformung der Kurzschlussstabhalbzeuge kann vermieden werden.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers gemäß Anspruch 3, mit einem Blechpaket zur Aufnahme von Kurzschlussstäben zwischen den Kurzschlussringen, weist vorzugsweise mindestens folgende Verfahrensschritte auf:
- - Einbringen von Kurzschlussstabhalbzeugen mit jeweils einem ersten Querschnitt in das Blechpaket;
- - Umformen der Kurzschlussstabhalbzeuge in Kurzschlussstäbe mit jeweils einem Abschnitt mit dem ersten Querschnitt, einem ersten Anschlusskörpersegment mit einem zweiten Querschnitt und einem zweiten Anschlusskörpersegment mit einem dritten Querschnitt, wobei sowohl der zweite Querschnitt, als auch der dritte Querschnitt größer als der erste Querschnitt ausgestaltet sind.
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Das Einbringen der Kurzschlussstabhalbzeuge in das Blechpaket erfolgt vor dem Umformen. Entsprechend kann die Umformung innerhalb des Blechpaketes vorgenommen werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Umformung des Kurzschlussstabhalbzeuges durch Pressen, Taumeln und/oder Umbiegen vorgenommen wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Kurzschlussstabhalbzeug vor dem Umformen angespitzt wird. Hierdurch kann erreicht werden, dass möglichst viel Material nach innen, in Richtung der Rotationsachse gebracht wird, wodurch die Rundlaufeigenschaften des Kurzschlussläufers verbessert werden können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Anschlusskörpersegmente zu einem Anschlusskörper zusammengefügt werden, wobei der jeweilige Anschlusskörper mit der Innenseite des jeweiligen Kurzschlussrings verbunden wird, insbesondere mittels Schweißen, vorzugsweise mittels Rotationsreibschweißen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass vor der Verbindung des Anschlusskörpers mit der Innenseite des jeweiligen Kurzschlussrings der Anschlusskörper und/oder die Innenseite des Anschlussrings mit Ringvorsprüngen und/oder Ringnuten versehen werden bzw. ein mit Ringnuten und/oder Ringvorsprüngen ausgestatteter Anschlusskörper und/oder Innenseite des Anschlussrings eingesetzt werden. Insbesondere für Kurzschlussringe aus Aluminium stellt dies eine bevorzugte Ausgestaltung dar. Beim Rotationsreibschweißen wird der Kurzschlussring erweicht. Die Kupferkurzschlussstäbe erweichen wegen höherer Schmelztemperatur nicht oder zumindest kaum. Daher graben sich die Ringvorsprünge in das weiche Aluminium ein.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden schematischen Abbildungen. Darin zeigen
- 1 einen erfindungsgemäßen Elektromotor in einer geschnittenen Darstellung;
- 2 einen erfindungsgemäßen Kurzschlussläufer in einer Explosionsdarstellung;
- 3 einen Kurzschlussstab mit einem einseitig vorgesehenen Anschlusskörpersegment;
- 3a einen Schnitt X-X gemäß 3;
- 3b einen Schnitt Y-Y gemäß 3;
- 4 einen Kurzschlussstab mit beidseitig vorgesehenen Anschlusskörpersegmenten;
- 4a einen Schnitt X-X gemäß 4;
- 4b einen Schnitt Y-Y gemäß 4;
- 4c einen Schnitt Z-Z gemäß 4;
- 5 Umformen eines Kurzschlussstabhalbzeuges durch Pressen;
- 5a ein Schnitt X-X gemäß 5;
- 6 Umformen eines Kurzschlussstabhalbzeuges durch Biegen und Pressen;
- 6a einen Schnitt X-X gemäß 6;
- 7a schematische Darstellung einer alternierenden Anordnung von Kurzschlussstäben (ohne Darstellung der Blechlamellen / Blechpaket);
- 7a' eine Draufsicht auf ein Blechpaket mit alternierend eingesteckten Kurzschlussstäben (T-förmig);
- 7b Rotationsreibschweißen von Kurzschlussringen und Anschlusskörper;
- 7b' Rotationsreibschweißen von Kurzschlussringen und Anschlusskörper;
- 7c Verbund aus Kurzschlussstäben und Kurzschlussringen;
- 8a schematische Darstellung einer alternierenden Anordnung von Kurzschlussstäben (ohne Darstellung der Blechlamellen / Blechpaket;
- 8 eine Draufsicht auf ein Blechpaket mit alternierend eingesteckten Kurzschlussstäben (L-förmig);
- 8b Lückenschluss durch Verschweißen;
- 8c Rotationsreibschweißen von Kurzschlussringen und Anschlusskörper;
- 8d Verbund aus Kurzschlussstäben und Kurzschlussringen;
- 9a eine Draufsicht und eine teilweise geschnittene Ansicht auf ein Blechpaket mit eingesteckten Kurzschlussstabhalbzeugen;
- 9b ein Presswerkzeug, welches die Kurzschlussstabhalbzeuge in dem Blechpaket umformt;
- 9c eine Draufsicht und eine teilweise geschnittene Ansicht auf ein Blechpaket mit umgeformten Kurzschlussstabhalbzeugen;
- 10a ein großes Taumelpresswerkzeug, welches die Kurzschlussstabhalbzeuge in dem Blechpaket umformt;
- 10b ein kleines Taumelwerkzeug, welches die Kurzschlussstabhalbzeuge in dem Blechpaket einzeln umformt;
- 10c eine Draufsicht auf ein Blechpaket mit umgeformten Kurzschlussstabhalbzeugen;
- 10d eine Draufsicht auf ein Blechpaket mit umgeformten Kurzschlussstabhalbzeugen, mit einem abgedrehten Anschlusskörper;
- 11a, b, c alternative Enden von Kurzschlussstabhalbzeugen;
- 12a-d Umformung von Kurzschlussstabhalbzeugen mittels eines zweistufigen Pressprozesses;
- 13a-d Umformung von Kurzschlussstabhalbzeugen mittels eines zweistufigen Press- und Taumelprozesses;
- 14a-b alternative Oberflächenstrukturen von Kurzschlussring und/oder Anschlusskörper;
- 15a eine Draufsicht auf ein Blechpaket mit umgeformten Kurzschlussstabhalbzeugen;
- 15b eine Draufsicht auf ein Blechpaket mit abgedrehten Kurzschlussstabhalbzeugen;
- 16 einen hybriden Kurzschlussring.
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Zunächst wird auf 1 Bezug genommen.
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Ein erfindungsgemäßer Elektromotor, insbesondere Asynchronmotor, umfasst im Wesentlichen einen Stator S und einen Rotor R in Form eines erfindungsgemäßen Kurzschlussläufers.
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Ein erfindungsgemäßer Kurzschlussläufer R umfasst im Wesentlichen einen ersten Kurzschlussring 1 und vorzugsweise einen weiteren, zweiten Kurzschlussring 1a, die auf einer Welle 4 axial voneinander beabstandet angebracht sind. Zwischen den Kurzschlussringen 1, 1a ist mindestens ein Kurzschlussstab 2, vorzugsweise mehrere Kurzschlussstäbe 2, 2a, 2b, ... angebracht, die vorzugsweise parallel zu der Welle 4 verlaufen und weiter vorzugsweise in Umfangsrichtung nebeneinander angebracht sind. Vorzugsweise sind die Kurzschlussstäbe in Blechlamellen 3 aufgenommen. Mehrere Blechlamellen ergeben das sogenannte Blechpaket.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der mindestens eine Kurzschlussstab einen Abschnitt 21 mit einem ersten Querschnitt A1 und ein Anschlusskörpersegment 22 mit einem zweiten Querschnitt A2 ausbildet, wobei der zweite Querschnitt A2 größer als der erste Querschnitt A1 ist, wobei der mindestens eine Kurzschlussring 1 eine dem mindestens einen Kurzschlussstab zugewandte Innenseite 11 aufweist, wobei der Kurzschlussring 1 auf seiner Innenseite 11 mit dem Anschlusskörpersegment 22 des Kurzschlussstabes 2 verbunden ist.
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Weiter vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Kurzschlussstab 2 ein zweites Anschlusskörpersegment 23 mit einem dritten Querschnitt A3 ausbildet, wobei der dritte Querschnitt A3 größer als der erste Querschnitt A1 ist, wobei der zweite Kurzschlussring 1a auf seiner Innenseite 11 mit dem zweiten Anschlusskörpersegment 23 des Kurzschlussstabes 2 verbunden ist.
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Bei dem Kurzschlussstab 2 handelt es sich um einen länglichen stabförmigen Körper, vorzugsweise aus Kupfer oder eine Kupferlegierung. Der Kurzschlussstab 2 weist eine Längsachse L auf. Quer zu dieser Längsachse L verlaufen die oben angesprochenen Querschnitte A bzw. Querschnittsflächen. Das erste Anschlusskörpersegment 22 mit dem zweiten Querschnitt A2 wird von der ersten Stirnseite und das zweite Anschlusskörpersegment 23 mit dem dritten Querschnitt A3 wird, sofern vorgesehen, von der zweiten Stirnseite des Kurzschlussstabes 2 gebildet. Der erste Querschnitt A1 wird von einem Querschnitt gebildet, welcher sich beispielsweise auf der Hälfte der Länge des Kurzschlussstabes 2 befindet. Das erste Anschlusskörpersegment 22 und das zweite Anschlusskörpersegment 23 können beispielsweise durch ein T- oder L-förmiges Ende des Kurzschlussstabes 2 ausgebildet werden. Der Einfachheit halber soll nachfolgend von einer T-Form und einer L-Form gesprochen werden. Der Kurzschlussstab 2 ist vorzugsweise einstückig ausgestaltet.
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Weitere Details der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus dem Herstellungsprozess.
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Die Herstellung des Kurzschlussstabes 2 als solches erfolgt vorzugsweise aus einem Halbzeug H, welches vorzugsweise über die gesamte Längsachse L den ersten Querschnitt A1 aufweist. Durch Massivumformung, wie beispielsweise Biegen und/oder Pressen, wird das Anschlusskörpersegment 22 bzw. werden die Anschlusskörpersegmente 22, 23 hergestellt. So wird die L-Form beispielsweise durch Umbiegen des oder der Enden des Kurzschlussstabhalbzeuges H und die T-Form durch Biegen und Pressen des oder der Enden des Kurzschlussstabhalbzeuges H hergestellt. Bei dem zweistufigen Herstellprozess (Biegen und Pressen) sind die Umformgrade in der Regel kleiner als beim einstufigen (Biegen).
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Hinsichtlich des Bearbeitungsortes bzw. Zeitpunktes des Kurzschlussstabhalbzeuges sind grundsätzlich zwei Varianten denkbar.
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In einer ersten Variante, wird der mindestens eine Kurzschlussstab 2 bzw. werden die Kurzschlussstäbe 2, 2a, 2b, 2c, ... vor dem Einbringen in die Blechlamellen bzw. das Blechpaket 3 aus einem Kurzschlussstabhalbzeug H umgeformt. Bei dieser Variante kann das Material für eine leichtere Umformung erwärmt werden (Warmverformung), ohne beispielsweise dabei Rücksicht auf eine wärmeempfindliche Isolation eines Blechpakets nehmen zu müssen.
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Kurzschlussstäbe 2, 2a, 2b, 2c, ... für diese Herstellungsvariante weisen ausschließlich auf einer Seite ein Anschlusskörpersegment 22 auf.
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Das Einsetzen der Kurzschlussstäbe 2, 2a, 2b, 2c, ... erfolgt alternierend, d.h. Kurzschlussstäbe werden in abwechselnder axialer Ausrichtung im Hinblick auf das Anschlusskörpersegment 22 in das Blechpaket 3 eingeschoben. Dies erfolgt bevorzugt derart, dass die Stirnseiten der Kurzschlussstäbe ohne ausgebildetes Anschlusskörpersegment nicht nur in Umfangsrichtung, sondern auch in axialer Höhe bündig mit den Anschlusskörpersegmenten abschließen. Bezogen auf beispielsweise zwei Kurzschlussstäbe 2, 2a bedeutet dies, dass das Anschlusskörpersegment 22 des ersten Kurzschlussstabes 2 mit der Innenseite 11 des ersten Kurzschlussringes 1 verbunden ist, wobei das Anschlusskörpersegment 22 des zweiten Kurzschlussstabes 2a mit der Innenseite 11 des zweiten Kurzschlussringes 1a verbunden ist. Entsprechend sind die jeweils anderen Enden der Kurzschlussstäbe 2 bzw. 2a ohne Anschlusskörpersegment mit dem jeweils anderen Kurzschlussring 1a bzw. 1 verbunden.
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Vorzugsweise ist das Anschlusskörpersegment 22 derart ausgestaltet, dass die Anschlusskörpersegmente zusammen mit herausstehenden Abschnitten 21 mit erstem Querschnitt A1 in Umfangsrichtung einander berühren und ein Lückenschluss realisiert ist. Ein ggf. nicht vorhandener Lückenschluss kann durch Verschweißen geschlossen werden. Im Ergebnis bilden die Anschlusskörpersegmente 22 einen vorzugsweise in Umfangsrichtung geschlossenen kreisförmigen Anschlusskörper K.
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In einer weiteren Variante kann vorgesehen sein, dass die Umformung des Kurzschlussstabes bzw. die Umformung der Kurzschlussstäbe 2, 2a, 2b, 2c, ... aus Kurzschlussstabhalbzeugen H nach dem Einbringen in die Blechlamellen 3 bzw. das Blechpaket vorgenommen wird. Die Umformung findet also gewissermaßen an bereits in das Blechpaket eingesetzten Kurzschlussstabhalbzeugen statt.
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Für eine derartige Umformung kommen insbesondere folgende Vorgehensweisen in Frage:
- - Axiales Pressen der Kurzschlussstäbe, alle miteinander auf einmal
- - Axiales Pressen der Kurzschlussstäbe, abschnittsweise
- - Taumeln aller Kurzschlussstäbe auf einmal, insbesondere mit einem großen Taumelwerkzeug
- - Taumeln jedes Kurzschlussstabes einzeln und nacheinander, insbesondere mit einem kleinen Taumelwerkzeug
- - Umbiegen der Kurzschlussstäbe mit oder ohne Überlappungsanteile
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Die Vorgehensweise können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden. Die entsprechenden Werkzeuge sind in den Abbildungen mit den Bezugszeichen Presswerkzeug P bzw. Taumelwerkzeug T versehen.
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Die Umformung findet vorzugsweise an beiden Enden des Kurzschlussstabhalbzeuges H statt, so dass sich pro Kurzschlussstabhalbzeug zwei Anschlusskörpersegmente 22, 23 an beiden Enden des Kurzschlussstabes ergeben. Die Ausgestaltung der Anschlusskörpersegmente kann wie bereits oben L- oder T-förmig sein, je nachdem, welchem Umformprozess der Vorzug gegeben wird.
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Die Anschlusskörpersegmente 22 bzw. 23 einer Seite sind bevorzugt derart ausgestaltet, dass sie in Umfangsrichtung einander berühren und ein Lückenschluss realisiert ist. Ein ggf. nicht vorhandener Lückenschluss kann beispielsweise durch Verschweißen geschlossen werden. Im Ergebnis bilden die Anschlusskörpersegmente 22 bzw. 23 einen vorzugsweise in Umfangsrichtung geschlossenen kreisförmigen Anschlusskörper K.
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Anschließend wird in beiden Fällen (Umformung innerhalb oder außerhalb des Blechpaketes) eine Verbindung, insbesondere eine elektrische und mechanische Verbindung, zwischen der Innenseite 11 des jeweiligen Kurzschlussrings 1 bzw. 1a und dem jeweiligen Anschlusskörper 22 bzw. 23 der Kurzschlussstäbe 2, 2a, 2b, 2c, ... hergestellt. Gleichzeitig werden, soweit vorhanden, auch die Enden der Kurzschlussstäbe ohne Anschlusskörper mit den jeweiligen Kurzschlussringen 1 bzw. 1a verbunden. Die Verbindung wird vorzugsweise durch Schweißen, insbesondere durch Rotationsreibschweißen, hergestellt. Die Innenseiten 11 der Kurzschlussringe 1, 1a sind entsprechend ebenfalls einander zugewandt.
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Vorzugsweise wird die Innenseite 11 des Kurzschlussringes 1 bzw. 1a aus einem gleichartigen, insbesondere identischen, Material wie der Kurzschlussstab bzw. die vergrößerte Querschnittsfläche A2 bzw. A3 des Kurzschlussstabes gebildet, insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Hier kann ein hybrider Kurzschlussring 1 bzw. 1a zum Einsatz kommen, umfassend einen Fügekörper 11 und einen Stützkörper 12. Hierbei bildet der Fügekörper 11 die Innenseite des Kurzschlussringes. Vorzugsweise besteht der Fügekörper 11 bzw. die Innenseite des Kurzschlussringes aus dem gleichen Material wie die Kurzschlussstäbe 2, 2a, 2b, 2c, ... bzw. deren Anschlusskörpersegmente 22 bzw. 23, insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Der Stützkörper 12 kann aus einem anderen Material, wie beispielsweise Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen.
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Der Kurzschlussring 1 kann ferner mit einer Diffusionssperre zwischen Fügekörper 11 und Stützkörper 12 ausgestattet sein. Dies soll den Aufbau einer Grenz- oder Zwischenschicht aus Aluminium oder Kupferoxiden sowie die Eindiffusion von Atomen des einen Materials ins Kristallgitter des anderen Materials verhindern oder zumindest reduzieren. Vorzugsweise ist nicht nur ein Fügepartner vor dem Fügen mit einer Diffusionssperre versehen, sondern beide. Bevorzugtes Material der Diffusionssperre ist z.B. Nickel oder Silber.
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Ein derart ausgebildeter Kurzschlussring 1, 1a birgt Vorteile. Insbesondere besteht durch die Materialgleichheit zwischen Fügekörper 11 und Anschlusskörper K eine vorteilhafte elektrische Anbindung. Es ergeben sich durch die Materialgleichheit ferner aber auch mechanische Vorteile, insbesondere da sich materialgleiche Fügepartner optimal fügen lassen. Die mechanische Stabilität des Kurzschlussringes kann vorwiegend durch den Stützkörper bereitgestellt werden.
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Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich insbesondere aus den bis .
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In den 11 ist ein Kurzschlussstabhalbzeug H mit nicht geraden Enden, insbesondere schrägen Enden, teilweise schrägen Enden und kombiniert schrägen Enden (asymmetrische Schwalbenschwanzform) dargestellt. Die Formen dienen vornehmlich der Beeinflussung des Fließverhaltens während des Umformens. Bevorzugt soll das Material während des Umformens nach innen, in Richtung der Rotationsachse 4 fließen.
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In den 12 ist ein Umformprozess in Form eines zweistufigen Pressprozesses dargestellt. Ein erstes Presswerkzeug formt zunächst die Enden der Kurzschlussstabhalbzeuge als Spitzen aus, beispielsweise mit einem teilweise schrägen Ende. Durch das Umformen soll zunächst möglichst viel Material nach innen gebracht werden. Ein zweites Presswerkzeug formt die Enden zu dem Anschlusskörpersegment um.
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In den 13 ist ein Umformprozess in Form eines zweistufigen Press- und Taumelprozesses dargestellt. Ein Presswerkzeug formt zunächst die Enden der Kurzschlussstabhalbzeuge in eine im Querschnitt etwa axtblattförmige Gestalt aus. Durch das Umformen soll zunächst möglichst viel Material nach innen gebracht werden. Ein Taumelwerkzeug formt die Enden zu dem Anschlusskörpersegment um.
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In der 14a sind ein mit Ringnuten 5 versehener Anschlusskörper und ein mit komplementären Ringvorsprüngen 6 ausgestatteter Kurzschlussring 1 dargestellt. In der 14b sind ein mit Ringvorsprüngen versehener Anschlusskörper und ein planer Kurzschlussring dargestellt. Insbesondere für Kurzschlussringe aus Aluminium stellt dies eine bevorzugte Ausgestaltung dar. Beim Rotationsreibschweißen wird der Kurzschlussring erweicht. Die Kupferkurzschlussstäbe erweichen wegen höherer Schmelztemperatur nicht oder zumindest kaum. Daher graben sich die Ringvorsprünge 6 in das weiche Aluminium ein.
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In der 15a ist eine Draufsicht auf ein Blechpaket mit umgeformten Kurzschlussstabhalbzeugen dargestellt. Insbesondere handelt es sich Anschlusskörpersegmente, die durch Umbiegen hergestellt sind.
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In der 15b ist eine Draufsicht auf ein Blechpaket mit umgeformten Kurzschlussstabhalbzeugen gemäß 15a dargestellt, deren Anschlusskörpersegmente abgedreht worden sind. Dadurch kann eine planere Fügefläche für einen anschließenden Verbindungsvorgang mit einem Kurzschlussring zur Verfügung gestellt werden.
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Es gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Außerdem kann das Verfahren mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden.
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Bezugszeichenliste
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- R
- Kurzschlussläufer / Rotor
- S
- Stator
- L
- Längsachse
- A1
- erster Querschnitt
- A2
- zweiter Querschnitt
- A3
- dritter Querschnitt
- H
- Halbzeug
- K
- Anschlusskörper
- P
- Presswerkzeug
- T
- Taumel(press)werkzeug
- 1
- Kurzschlussring
- 2
- Kurzschlussstab
- 3
- Blechlamelle / Blechpaket
- 4
- Welle / Rotationsachse
- 5
- Ringnut
- 6
- Ringvorsprung
- 11
- Innenseite / Fügekörper
- 12
- Stützkörper
- 21
- Abschnitt
- 22
- (erstes) Anschlusskörpersegment
- 23
- zweites Anschlusskörpersegment
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19522671 C2 [0005]
- US 5642010 A [0006]
