DE2023849B2 - Asynchronmotor - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Asynchronmotor mit nassem, nutenlosem und massivem Läufer zum Antrieb von Pumpen, insbesondere von Umwälzpumpen für Heizungsanlagen.

Es handelt sich hierbei um Asynchronmotoren, bei denen der Läufer koaxial zum Ständer angeordnet ist, insbesondere um Innenläufcrmotorcn.

Unter einem nassen Läufer ist ein Läufer verstanden, der bei der vorgesehenen Betriebsweise in einer Flüssigkeit läuft. Derartige Motoren sind üblicherweise als sogenannte Spaltrohrmotoren ausgebildet, bei denen der Ständer von dem Läufer durch ein Spaltrohr flüssigkeitsdicht getrennt ist. Auch andere Bauarten von Asynchronmotoren mit nassem Läufer sind bekannt. Die Erfindung betrifft alle denkbaren Bauarten solcher Motoren.

Unter Läufer ist im Sinne der Erfindung der Läufer einschließlich seiner Läuferwelle verstanden.

Es ist ein Asynchronmotor bekannt (schweizerische Patentschrift 193 737), dessen Rotor mit dem Förderorgan eines Förderaggregats zusammengebaut ist, wobei der Rotorkern massiv und nutenlos ist, um ihn gegenüber zu fördernden Medien leichter widerstandsfähig herstellen zu können und den Einbau oder Anbau des Förderorgans einfacher zu bewerkstelligen. Der Wirkungsgrad, Leistungsfaktor und die Uberlastungsfähigkeit von Synchronmotoren mit nutenlosen, massiven Rotorkernen sind jedoch ungünstig.

Man hat deshalb in der Vergangenheit bei Asynchronmotoren mit nassen Läufern den Läufer in aller Regel mit einem Läuferblechpaket versehen und ihn durch aufwendige Maßnahmen gegen Korrosion geschützt, beispielsweise das Läuferblechpaket mit Aluminium umgössen und dann die Aluminiumschicht bis auf eine dünne Haut abgedreht, um hierdurch das Eindringen von Flüssigkeit in die Blechpaketfugen zu verhindern.

Es ist ferner bekannt, für die Herstellung von Wechselstromerzeugern für Personenfahrzeuge, Lastkraftwagen u. dgl. einen schwarzen Temperguß spezieller Zusammensetzung vorzusehen (deutsche Auslegeschrift 1 291 513), der bezüglich seiner Permeabilität in gleicher Weise wie Stahl verwendet werden kann. Bei magnetisch leitfähigen Werkstoffen für nutenlose massive Läufer von Asynchronmotoren kommt es jedoch nicht nur auf die Permeabilität, sondern auch auf weitere Eigenschaften an, wie elektrischer Widerstand und Hysterese.

Ein wichtiges Problem bei Asynchronmotoren mit nassen Läufern stellt der Anlauf des Läufers dar. Besonders bei Heizungsumwälzpumpen ist die den Läuferraum ausfüllende Flüssigkeit häufig stark verschmutzt. Auch wird die Heizungsumwälzpumpe während der warmen Monate stillgesetzt und muß dennoch zu Beginn der nachfolgenden kalten Jahreszeit wieder sicher anlaufen. Hier kommt es jedoch infolge der Verschmutzung des Wassers und gegebenenfalls auch durch die während der langen Stillstandszeit eingetretene Korrosion häufig dazu, daß das Anlaufdrehmoment nicht zum Anlaufen des Motors ausreicht. Auch kommt es häufig vor, daß infolge der starken Verschmutzung des Heizungswassers der Läufer plötzlich bis zum Stillstand abgebremst wird. Es kommt dann, wenn keine besonderen Maßnahmen getroffen sind, leicht zu einem Durchbrennen der Ständerwicklung infolge der Erwärmung durch den Kurzschlußstrom. Um dies zu verhindern, baut man häufig Thermoschalter in die Motoren ein, die bei zu starker Erwärmung den Strom ausschalten, was jedoch zusätzliche Kosten verursacht.

Die Erfindung geht von folgenden Überlegungen aus.

An sich wäre es bei Asynchronmotoren mit nassen Läufern, insbesondere bei Asynchronmotoren für Heizungsumwälzpumpen, erwünscht, nutenlose, massive Läufer einzusetzen, da sie leichter gegen Korrosion zu schützen sind, eine einfachere, billigere Bauart haben und besonders geräuscharm sind, Die für derartige Läufer bisher üblichen magnetisch leitfähigen Werkstoffe ergeben jedoch keine zufriedenste!-

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!enden Motorleistungseigenschaften. Es ist deshalb Der Asynchronmotor kann in den nicht näher beAufgabe der Erfindung, einen Asynchronmotor mit schriebenen Einzelheiten von irgendeiner geeigneten, nassem, nutenlosem und massivem Läufer auf ein- an sich bekannten Bauart sein, beispielsweise als Einfache und billige Weise so zu verbessern, daß er den phasen-Kondensatormotor, Mehrphasenmotor, Spaltin der Praxis zu stellenden Bedingungen besser als 5 polmotor od. dgl. ausgebildet sein,
bisher genügt. In der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsbei-

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Asyn- spiele der Erfindung dargestellt, wobei es sich verchronmotor der eingangs genannten Art erfindungsge- steht, daß die Erfindung in zahlreichen weiteren Ausmaß vorgesehen, daß zumindest das von der Läufer- führungsformen verwirklicht werden kann. In der welle getragene Eisen des Läufers aus magnesiumhal- io Zeichnung zeigt
tigern Gußeisen mit Kugelgraphit besteht. F i g. 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines

Es zeigte sich, daß ein erfindungsgemäß ausgebil- erfindungsgeraäßen Asynchronmotors zum Antrieb

deter Asynchronmotor bei vergleichbarer Größe ein einer Heizungspumpe od. dgl. in längsgeschnittener

wesentlich besseres Anzugsmoment als die bekannten Darstellung,

Asynchronmotoren mit nassen Kurzschlußläufern 15 Fig. 2 eine Variante des in Fig. I dargestellten

aufweist. Wie Versuche zeigten, kann das Anzugsmo- Läufers.

ment das überhaupt auftretende höchste Drchmo- In den Figuren sind sich entsprechende Teile mit

ment des Läufers sein, so daß auch unnr den bei der- gleichen Bezugszeichen versehen,

artigen Motoren üblichen ungünstigen Bedingungen Bei dem in Fig. 1 dargestellten Asynchronmotor

ein sicherer Anlauf auch nach langen Stillstandszei- 20 handelt es sich um einen Spaltrohrmotor, der ein Ge-

tcn gelingt. Bei dem neuartigen Motor liegt der gün- häuse 10, einen im Inneren des Gehäuses fest an-

stigste Betriebspunkt zwar im allgemeinen bei einem geordneten Ständer 11 mit Wicklung und einen in

etwas größeren Schlupf als bei den bekannten Moto- Gleitlagern 12 und 13 gelagerten Läufer 14 aufweist,

ren mit nassen, geblechten Kurzschlußläufern, doch An diesen Motor kann in nicht näher dargestellter

überwiegen die Vorteile diesen Nachteil. Ein weiterer 25 Weise eine Kreiselpumpe angeflanscht werden, wo-

Vorteil ist unter anderem sein geringer Kurzschluß- bei der den Läufer 14 aufnehmende Innenraum 15,

strom, der so klein gehalten werden kann, daß der der von dem den Ständer 11 aufnehmenden Raum 16

Motor kurzschlußfest ist. fluidumsdicht durch ein Spaltrohr 17 getrennt ist, mit

Der Wirkungsgrad und Leistungsfaktor des neuar- dem Innenraum der Pumpe kommuniziert und der

tigen Motors kann noch dadurch verbessert werden, 30 Läuferraum 15 im Eetrieb mit Flüssigkeit gefüllt ist.

indem man in an sich bekannter Weise (schweizeri- Die den mit dem Ständer 11 zusammenwirkenden

sehe Patentschrift 199 576) an mindestens einer Stirn- nutenlosen Läuferkörper 19 tragende Läuferwelle 20

sehe des Läuferkörpers einen Kurzschlußring aus ist zusammen mit diesem Läuferkörper 19 aus einem

einem elektrisch gut leitenden Material, vorzugsweise einzigen Gußstück aus magnesiumhaltigem Gußeisen

aus Kupfer anbringt. 35 mit Kugelgraphit hergestellt, so daß der Läufer 14 in

Vorteilhaft kann in bekannter Weise (deutsche Pa- seiner Gesamtheit ein einstückiges, massives Bauteil

tenlschrift 74 544) zur baulichen Vereinfachung an bildet, was betriebliche und preisliche Vorteile hat

Stelle derartiger Kurzschlußringe vorgesehen sein, und auch eine genauere und leichtere Bearbeitung

daß der Läuferkörper an mindestens einer Seite in des Läufers ermöglicht. Es zeigte sich insbesondere

axialer Richtung um einen solchen Betrag über das 40 auch, daß durch diese einstückige Ausbildung des

Ständcrcisen übersteht, daß der überstehende Bereich Läufers eine weitere Verbesserung seiner an sich bc-

dic Wirkung eines Kurzschlußringes hat. reits guten Betriebseigenschaften, insbesondere seines

Infolge seiner günstigen Eigenschaften kann der Anzugsmoments und seiner Drehmomcntkennlinie

Umfang des aus magnesiumhaltigem Gußeisen mit erzielt wird, was darauf zurückzuführen sein dürfte,

Kugelgraphit bestehenden Läuferkörpers mit Vorteil 45 daß der Läuferkörper keine axiale Bohrung aufweist,

unbcschichtct sein. Falls erwünscht, kann in an sich sondern als massiver Kreiszylinder ausgebildet ist

bekannter Weise (deutsche Offcnlegungsschrift und so keine Fuge zwischen dem Läuferkörper und

I 538 911) auch vorgesehen sein, daß auf den ^'ncr bei den bekannten Motoren den Läuferkörper

Läuferkörper eine elektrisch wirksame Schicht aus durchdringenden Läuferwelle vorhanden ist. Damit

Kupfer, Kupfcr-Eiscn od. dgl. und auf diese Schicht 5° bildet der Läuferkörper einschließlich des Innenbc-

eine weitere Schicht aus Eisen, beispielsweise Nickel- reiches, der sonst durch eine gesonderte Läuferwelle

eisen oder gespritztem Eisen aufgebracht ist. ausgefüllt ist, fugenfreies magnetisch wirksames

Der Läuferkörper kann infolge meiner fugenfreien Eisen. An S'clle der bei Spaltrohrmotoren üblichen

Oberfläche ohne weiteres mit einem besonders korro- Anschlagscheibc, wie sie bei den bekannten Motoren

sionsfcbten, sehr dünnen Überzug aus Kunststoff oder 55 dieser Art vorgesehen ist und die im Betrieb unter

Metall verschen werden, beispielsweise auf galvani- dem von dem Flügelrad der Kreiselpumpe auf den

schem Wege, durch Spritzen od. dgl. Läufer ausgeübten axialen Zug an die als Widerlager

Der Läuferkörper aus magnesiumhaltigem Gußei- dienende Stirnseite der Lagerhülse zum Anliegen sen mit Kugelgraphit kann in bekannter Weise auf kommt, ist zut weiteren baulichen Vereinfachung der einer üblichen Lüuferwclle fest angeordnet sein. Vor- 60 Läuferkörper 19 mit einem mit ihm einstUckigcn, teilhaft können jedoch die Motoreigenschaften, ins- axialen Fortsatz 22 versehen, dessen Stirnfläche 23 besondere die Drehmomcntkennlinie, unter gleichzei- im Betrieb der axialen Abstützung des Läufers an tiger baulicher Vereinfachung noch dadurch weiter einer als Widerlagerfläche 31 ausgebildeten Stirnverbessert werden, daß die Läiiferwelle und der fläche des Lagers 12 dient,

Läuferkörper einstückig sind. Auch kommen bei die- 6s Erfindungsgemäß weist dieser Fortsatz 22 einem

scr Ausführungsform die guten Gleiteigenschaften dem Außendurchmesser des Läuferkörpers 19 na-

des magnesiumhaltigfen Gußeisens mit Kugelgraphit hczu oder — wie in vorliegendem Ausführungsbei-

an den Gleitlagerstellen zur Auswirkung. spiel — genau entsprechenden Außendurchmesser

auf, wodurch in Verbindung mit seiner vorgesehenen, verhältnismäßig großen axialen Länge erreicht wird, daß dieser Fortsatz 22 gleichzeitig die Wirkung eines Kurzschlußringes hat, so daß er auch den Wirkung*· faktor und Leistungsfaktor, Insbesondere die Größe des Anzugsmotnents und den Verlauf der Drehmomentkennlinie, dieses Motors günstig beeinflußt. Auch auf der anderen Seite des Lauferkörpers 19 ist ein solcher zylindrischer Fortsatz 26 vorhanden, der in axialer Richtung ebenfalls über das Bisen des Stan* to ders 11 um einen solchen Betrag Übersteht, daß er gleichfalls die Wirkung eines Kurzschlußringes des Läufers hat.

In F i g. 2 ist eine Variante 14' des Läufers 14 nach Fig. 1 dargestellt. Der einzige wesentliche Unterschied besteht darin, daß an beiden Seiten des Läuferkörpers 1? des Läufers 14' in an sich bekannter Weise gesonderte Kürzschlußfinge 24 und IS aus einem elektrisch gut leitenden Material, vorzugsweise aus Kupfer, fest angeordnet sind. Der Außendurch- *o messer dieser Kurzschlußringe entspricht in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel dem Außendurchmessör des Läuferkörpers 19'. Auch hier können, wie dargestellt, mit Vorteil der Läuferkörper 19' und die Läuferwelle 20 und ein an die Stelle der bei den be· ·$ kannten Motoren dieser Art üblichen Ansehlagscheibe tretender Fortsatz 30 aus einem einzigen massiven Stück aus magrtesiumhaltigetn Gußeisen mit Kugelgraphit bestehen, so daß der Läufer 14' bis aiii die Kurz.schliißringe24, 25 einstückig ist.

Dadurch, daß der Läuferkörper mit Läuferwellt und dem an die Stelle einer Anschlagscheibe treten den Ringbund einstückig ausgebildet ist, können auch die feinst zu bearbeitenden Flächen dieses Läufer? leichter mit den erforderlichen geringen Toleranzer als bei den bekannten nassen Kurzschlußläufern be< arbeitet werden. Auch wirkt es sich besonders be Heizungsumwälzpumpen vorteilhaft aus, daß die Läuferwelle und der Läuferkörper identische Wärme ausdehnungskoeffizienten aufweisen und so Wärme spannungen vermieden werden.

Die dargestellten Läufer können, falls es zur Verbesserung der Korrosionsfestigkeit erwünscht odei erforderlich ist, zumindest an den korrosionsgefähr deteh Stellen mit einem dünnen, korrosionsfester Überzug aus Kunststoff oder Metall, beispielsweisi Chrom, Nickel od. dgl., versehen sein, oder, wenn dii Korrosionsfestigkeit atisreichend ist, ohne derartigt Überzüge eingesetzt sein.

Wenn man diesen Motor mit Wirkströmen be treibt, die denen von Kurzschlußläufermotoren mi nassen Läufern vergleichbarer Baugröße entsprechen hat er Leistungseigenschaften, die in dem Nennte triebspunkt diesen Kurzschlußläufermotoren nahezt entsprechen, wobei er jedoch ein wesentlich größere! Anlaufmoment aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Asynchronmotor mit nassem_: niitenlosem und massivem Läufer /um Antrieb von Pumpen, insbesondere von Umwälzpumpen für Heizungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das von der Läuferwelle (20) getragene Eisen (Läuferkörper 19, 19') des Läufers (14; 14') aus magnesiumhaltigem Gußeisen mit Kugelgraphit besteht.

2. Asynchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Läuferkörper (19') an mindestens einer Stirnseite einen Kurzschlußring (24, 25) aus einem elektrisch gut leitenden Material aufweist.

3. Asynchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Läuferkörper (19) an mindestens einer Seite einen mit ihm einstückigen axialen Fortsatz (22, 26) aufweist, der in axialer Richtung um einen solchen Betrag über das Eisen des Ständers (11) übersteht daß er die Wirkung eines Kurzschlußringes hat.

4. Asynchronmotor nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang des aus Sphäro-Guß bestehende Läuferköipers (19; 19') unbeschichtci ist.

5. Asynchronmotor nach ;inem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferwelle (20) und det Läuferkörper (19; 19') einstückig sind.

6. Asynchronmotor, dessen Läufer eine Anschlagscheibe aufweist, die im Betrieb der axialen Abstützung des Läufers an einer Widerlagerfliiche dient, nach einem der vorhergehenden An-Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Anschlagscheibe der Läuferkörper einen mit ihm einstückigen, axialen Fortsatz (22; 30) aufweist, dessen Stirnfläche (23) im Betrieb der axialen Abstützung des Läufers an der Widerlagerfläche dient.

7. Asynchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Läuferkörper (19; 19') des Läufers einen dünnen, korrosionsfesten Überzug aus Kunststoff oder Metall aufweist.

8. Asynchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (14) von dem Ständer (11) durch ein Spaltrohr (17) flüssigkeitsdicht getrennt ist.