DE2321494A1

DE2321494A1 - Anordnung zur erhoehung der axialkraft bei einem verschiebeankermotor

Info

Publication number: DE2321494A1
Application number: DE19732321494
Authority: DE
Inventors: Erhard Dipl Ing Gloeckner; Bodo Dipl Ing Dr Ulrich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-04-27
Filing date: 1973-04-27
Publication date: 1974-11-07
Also published as: DE2321494B2; BE814237A; JPS5013810A; AT343754B; IT1010056B; FR2227667A1; JPS5822937B2; ATA343874A; FR2227667B1; DE2321494C3

Description

Anordnung zur Erhöhung der Axialkraft bei einem Verschiebeankermotor

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Erhöhung der Axialkraft bei einem Verschiebeankermotor mit Käfigläufer, dessen Läuferblechpaket im unerregten Zustand von Ständer und Läufer mit seinem einen Ende außerhalb der zugehörigen Außenkante des Ständerblechpaketes heraustritt und dessen Läuferstäbe durch zwei Kurzschlußringe, und zwar durch einen Kurzschluß-Zwischenring im Zuge des Läuferblechpaketes in der Nähe des einen Endes und einen stirnseitigen Kurzschlußring an dem anderen Ende des Läuferblechpaketes, jeweils untereinander verbunden sind.

Ausgehend von der Erkenntnis, daß die durch die Hauptreaktanz bestimmte Axialkraft insbesondere von der Luftspaltinduktion im Bereich des bei einer Axialbewegung des Läufers gegenüber der zugehörigen Außenkante des Ständerblechpaketes verschobenen Läuferabschnittes beeinflußt ist, wird durch die eingangs angeführte, bereits vorgeschlagene (Patentanmeldung P 22 46 962.1) Anordnung erreicht, daß der größte Teil der in den Läuferstäben fließenden Ströme in der Nähe des aus der Ständerbohrung heraustretenden Läuferendes über den Kurzschluß-Zwischenring kurzge- . schlossen und die dämpfende Wirkung der Läuferströme auf das Luftspaltfeld im Bereich des heraustretenden außerhalb des Kurzschluß-Zwischenringes liegenden kürzeren Läuferblechpaketab-· schnittes vermindert wird.

Ein Käfigläufer eines derartigen Verschiebeankermotors kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, daß bei einem Käfig-

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läufer mit einem Kurzschluß-Zwischenring und zwei stirnseitigen Kurzschlußringen der eine stirnseitige Kurzschlußring in der Bähe des Kurzschluß-Zwischenringes nach dem Abspritzen des Läuferkäfigs und dessen Erhärten abgedreht wird, wobei im Sinne eines guten Drehmoment-Betriebsverhaltens zweckmäßigerweise darauf zu achten ist, daß jeweils der gesamte Kurzschlußringwiderstand für die Läuferstäbe an beiden Enden"des Läufers möglichst gleich groß ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gegenüber der vorgeschlagenen Anordnung noch weitergehende Verstärkung der Axialkraft erzielen zu können. Das ist erfindungsgemäß dadurch möglich, daß nur der längere Blechpaketabschnitt zwischen den beiden Kurzschlußringen mit Läuferstäben versehen und der kürzere Läuferblechpaketabschnitt außerhalb des Kurzschluß-Zwischenringes allein im Sinne einer bestimmten Axialkraft ausgelegt ist.

Dadurch wird in Weiterführung der eingangs -genannten Erkenntnis einerseits vermieden, daß sich in dem kürzeren Läuferblechpaketabschnitt zwischen den ohne eigentliche Kurzschlußring-Stirnverbindung über den Kurzschluß-Zwischenring herausragenden Läuferstabenden über deren Nutenkontaktflächen mit den Blechen dieses Abschnittes und die Bleche selbst Kurzschlußbrücken bilden, die das Luftspaltfeld in diesem Bereich in unerwünschter Weise dämpfen und andererseits die Möglichkeit geschaffen, mit besonders einfachen konstruktiven und fertigungstechnischen Mitteln die Axialkraft noch weiter zu erhöhen und außerdem den Verlauf der Axialkraft in Abhängigkeit von dem jeweiligen Hubweg des Läufers zu bestimmen.

Zur weiteren Steigerung der Axialkraft ist es vorteilhaft, daß im Sinne einer Verminderung des eigentlichen Luftspaltmaßes zwischen dem Außendurchmesser des Läufers und dem Bohrungsdurchmesser des Ständers im Bereich des kürzeren Bleehpaketabschnittes dessen Außendurchmesser größer ist als der des längeren

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Läuferblechpaketabschnittes zwischen den Kurzschlußringen. Dabei wird das Luftspaltmaß des längeren Läuferblechpaketabs.chnittes nach den üblichen elektrischen und konstruktiven Gesichtspunkten ausgelegt und das des kürzeren Abschnittes bis zu einem fertigungstechnischen möglichen Minimalmaß hinab verringert.

Zur Erzielung eines bestimmten, insbesondere gestuften Verlaufs der Axialkraft des axial verschiebbaren Läufers ist es zweckmäßig, daß eine stufenweise Vergrößerung des Außendurchmessers des kürzeren Läuferblechpaketabschnittes vorgesehen ist, die vorzugsweise von?Zwischenring zur Außenkante hin zunimmt. Damit kann beim Eintauchen des Läufers in die Ständerbohrung die Axialkraft gleichsam sprunghaft an einer bestimmten Stelle erhöht und dadurch z. B. ein Lösen einer Reibbremse sicher erreicht werden; diese Maßnahme ist u. a. dann besonders sinnvoll, wenn z. B. zum Zwecke der Kostensenkung größere Toleranzen der Bremsfederkraft und der Einbaumaße -zugelassen werden.

Die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen sind dadurch, daß der kürzere Läuferblechpaketabschnitt ohne Kurzschlußkäfig bzw. Läuferstäbe hergestellt wird, insbesondere dann besonders einfach erzielbar, wenn der kürzere Läuferblechpaketabschnitt aus ungenuteten Blechronden gebildet ist; dabei ergibt sich neben der einfachen Herstellung derartiger Bleche auch noch der Vorteil, daß die Axialkraft dadurch weiter erhöht wird, daß die Aussparungen der Nuten bei derartigen Blechen entfallen, was einer weiteren Verminderung des effektiven Luftspaltes im -Bereich des kürzeren Blechpaketabschnittes entspricht.

In vorteilhafter Herstellungsweise sind die Bleche des kürzeren •Läuferblechpaketabschnittes entweder als Einzelbleche auf das entsprechend verlängerte Wellenende des zuvor mit einem Läuferkäfig versehenen längeren Läuferblechpaketabschnittes aufgedrückt oder zuvor zu einem Zusatzblechpaket zusammengefaßt, beispielsweise zusammengenietet, und anschließend als gesondertes Blechpaket auf das entsprechend verlängerte Wellenende aufgezogen.

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Um einerseits eine hohe Axialkraft im ersten Augenblick des Einsehaltens des Verschiebeankermotors als auch andererseits anschließend eine hohe Leistungs- und Drehmomentenabgabe des Motors zu erreichen, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die gesamte Länge des Läuferblechpaketes größer als die Länge des Ständerblechpaketes und die Länge des längeren Läuferblechpaketabschnittes zwischen den Kurzschlußringen kleiner oder gleich im Verhältnis zur Länge des Ständerblechpaketes. Die Ausgangsstellung des heraustretenden einen Endes des Läuferblechpaketabschnittes ist bei nicht erregter Ständer- und Läuferwicklung zweckmäßigerweise derart gewählt, daß die Innenkant.e des kürzeren Läuferblechpaketabschnittes mit der zugehörigen Außenkante des Ständerblechpaketes gerade fluchtet oder bereits gerade innerhalb der Ständerbohrung liegt.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert.

Darin zeigen in schematischer Darstellung:

Figur 1 eine bereits vorgeschlagene Anordnung zur Erhöhung der Axialkraft bei einem Käfigläufer mit je einem stirnseitigen Ring und einem Kurzschluß-Zwischenring,

Figur 2 . einen Käfigläufer nach Figur 1, dessen einer stirnseitiger Kurzschlußring in der Nähe des Kurzschlußzwischenringes nachträglich abgedreht worden ist,

Figur 3 einen erfindungsgemäß aufgebauten Käfigläufer

Figur 4, 5 weitere spezielle Ausführungsformen des Käfigläufers nach Figur 3

Figur 6, 7 den Verlauf der Axialkraft F als Funktion der axialen Läuferverstellung bei verschiedenen Käfigläuferausführungen.

Gleiche Teile sind in den Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen versehen.

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Die Zeichnung zeigt in den Figuren 1 bis 4 in schematischer Darstellung den Schnitt durch den Käfigläufer mit einem auf einer Motorwelle 6 befestigten Läuferblechpaket 2 in der Ausgangsstellung bei nicht erregtem Ständer und Läufer; die dem Kurzschluß-Zwischenring 1 zugewandte Innenkante des kürzeren Läuferblechpaketabschnittes 21 fluchtet gerade mit der zugehörigen Außenkante des Ständerblechpaketes 7. Wird der Verschiebeankermotor ans Hetz geschaltet, wird der Läufer bis zu einer Gleichgewichtslage entgegen der axialen Federkraft F„ einer hier nicht dargestellten Axialfeder nach rechts bewegt' und lüftet dabei eine hier ebenfalls nicht dargestellte Bremsscheibe von einem Gegenbremsbelag; gleichzeitig wird in üblicher Weise der Läufer aufgrund des sich entwickelnden Drehmomentes in Umfangsrichtung beschleunigt.

In Figur 1 sind an beiden stirnseitigen Enden des Läuferblechpaketes 2 Kurzschlußringe 4, 5 angebracht, die die in geraden oder schrägen Nuten verlaufenden, gleichzeitig mit den Kurzschlußringen 4, 5 gegossenen Läuferstäbe 8 des Käfigläufers stirnseitig jeweils untereinander verbinden. Zusätzlich ist, wie aus den Ausführungen nach Figur 1 bis 5 ersichtlich, in d'er Nähe des bei einer axialen Verschiebung des Käfigläufers gegenüber der Außenkante der linken Stirnseite des Ständerblechpaketes 7 nach außen heraustretenden einen Endes des Läuferblechpaketes 2 ein Kurzschluß-Zwischenring 1 vorgesehen. Durch diesen Kurzschluß-Zwischenring 1 wird das Läuferblechpaket 2 in einen längeren Läuferblechpaketabschnitt 22 der axialen Länge b sowie einen kürzeren Lauferblechpake.tabschnitt 21 der Länge a unterteilt. Das Verhältnis des Querschnitts des linken stirnseitigen Kurzschlußringes 5 zu dem des Kurzschluß-Zwischenringes 1 kann ' beliebig gewählt werden, je nachdem welche Luftspaltinduktion über dem kürzeren Läuferblechpaketabschnitt 21 gewünscht wird. Der Gesamtwiderstand dieser beiden Kurzschlußringe 1, 5 sollte gleich dem des rechten stirnseitigen Kurzschlußring '4 an dem anderen Ende des Läuferblechpaketes 2 sein.

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Der Kurz Schluß-Zwischenring 1 is-t gleichzeitig mit den übrigen läuferstäben 8 und den Kurzschlußringen 4,. 5 des Käfigläufers im Spritzgußverfahren hergestellt. Dazu wird zweckmäßigerweise vor dem Spritzgießen beim Schichten des Läuferblechpaketes 2 ein Distanzstück 3 zwischengelegt derart, daß nach dem Spritzgießen zwischen dem äußeren Umfang des Distanzstückes 9 und dem des Gesamtläufers das gewünschte radiale Maß und zwischen den dem Distanzstück 9 beiderseits benachbarten läuferblechen das gewünschte axiale Maß und damit der gewünschte Widerstand des Kurzschluß-Zwischenringes 1 erreicht wird. In üblicher Weise wird ein derartiger Käfigläufer nach dem Gießen der Nachbearbeitung eines ifberdrehens unterzogen.

Über den Kurzschluß-Zwischenring 1 schließt sich ein Teil der in den Läuferstäben 8-fließenden Läuferströme, so daß über dem kürzeren Läuferblechpaketabschnitt 21 die dämpfende Wirkung der Läuferströme auf das Luftspaltfeld geschwächt wird. Der linke stirnseitige Kurzschlußring 5 kann ganz entfallen für den Fall, daß eine weitere Verstärkung der Axialkraft. F_ erreicht werden

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soll. Eine derartige Ausführung ist in Figur 2 dargestellt.

In Figur 3 ist die konstruktiv, · fertigungstechnisch und hinsichtlich der Erzielung einer bestimmten und dabei sehr hohen Axialkraft besonders vorteilhafte Lösung angegeben. Der kürzere Läuferblechpaketabschnitt 21 besteht dabei lediglieh aus Einzelblechen ohne zusätzliche Läuferstäbe, die erfindungsgemäß nur in dem längeren Läuferbleehpaketabschnitt 22 vorgesehen sind. Die Einzelbleche des kürzeren Läuferblechpaketabschnittes 21 können entweder nach dem Spritzen des Käfigs des längeren Läuferblechpaketabsehnittes 22 einzeln auf die Läuferwelle 6 aufgedrückt oder nachdem sie vorher zu einem Zusatzblechpaket zusammengenietet worden sind, als Gesamtheit aufgezogen werden. Als Einzelbleche werden zweekmäßigerweise entweder bei einem sogenannten Komplettschnitt anfallende normal genutete Läuferbleche oder nach einem Billigrondenschnitt herzustellende Ronden ohne Nutung verwendet.

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Gemäß Figur 4 und Figur 5 kann eine weitere Steigerung der Axialkraft F dadurch erreicht werden, daß das eigentliche .

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Luftspaltmaß d^ zwischen dem Käfigläufer und der Ständerbohrung im Bereich des kursieren Läuferblechpaketabschnittes 21 auf das fertigungstechnisch jeweils mögliche Minimalmaß d₂ vermindert wird. Ein derartiger Läufer läßt sich bei der erfindungsgemäß ausgeführten Anordnung zur Erhöhung der Axialkraft ohne größere Zentrierungsprobleme fluchtend in der Ständerbohrung lagern, da der verringerte Luftspalt nur auf einem kurzen Endabschnitt des Läufers und außerdem in der Nähe des den Läufer aufnehmenden Lagers vorzusehen ist.

Die Maßhaltigkeit der für den Bereich des verringerten Luftspaltes herzustellenden Läuferblechpaketabschnittes 21 selbst stellt ebenfalls keine besonderen Probleme, da bei Verwendung .von einfachen Ronden der Stanzvorgang mit geringer Toleranz behaftet ist und bei Verwendung von nach dem Komplettschnittverfahren hergestellten Läuferblechen der gesamte Läufer u. a. wegen des geringen Übermaßes der Läuferbleche (Stanzgrat) ohnehin durch Abdrehen nachzubearbeiten ist und dabei nach dem Abspritzen des längeren Läuferblechpaketabschnittes 22 und dem Aufbringen des kürzeren Läuferblechpaketabschnittes 21 (Zusatzblechpaket) der Läufer mit Hilfe von entsprechenden Kopierlinealen auf die unterschiedlichen Durchmessermaße auf einfache Weise abgedreht werden kann. Es dürfte ersichtlich sein, daß auf diese Art und Weise auch die in Figur 4a und Figur 5a dargestellte, hinsichtlich der Einstellung eines bestimmten Axialkraftverlaufes in Abhängigkeit von dem Hubweg des Läufers besonders vorteilhafte Stufung der Außenkontur des kurzen Läuferblechpaketabschnittes mit einfachen fertigungstechnischen Mitteln (entsprechend unterschiedliches Stanzen für die Ronden bzw. entsprechend unterschiedliches Abdrehen des Läufers) herstellbarist.

In den Figuren 4 und 4a ist Jeweils die Ausgangslage des Läufers bei unerregtem Ständer und Läufer und somit bei unter der Wirkung einer Federkraft F„ anliegender Bremse eines Versohiebe-

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anker-Bremsmotois dargestellt; diese Lage entspricht somit gleichzeitig dem Kurzschlußbetrieb des Käfigläufermotors im Moment des Einschaltens, in dem dann die Axialkraft F wirksam, wird, die den Läufer entgegen der Federkraft F~ in Achsrichtung nach rechi3 in die Standerbohrung hinein zu ziehen bestrebt ist. Im Sinne einer großen Axialkraft im ersten Moment des Einschaltens ist die Ausgangsstellung des heraustretenden einen Endes des Läuferblechpaketes 2 vorteilhafterweise derart .gewählt, daß die Innenkante des kürzeren Läuferblechpaketabschnittes 21 mit der zugehörigen Außenkante des Ständerblechpaketes 7 gerade fluchtet. In den Figuren 5 und 5a ist jeweils eine stabile Gleichgewichtslage des rotierenden Läufers dargestellt, in der sich in axialer Richtung ein Kräftegleichgewicht zwischen der axialen Druckfederkraft L und der entgegenwirkenden Axialkraft F bei erregtem Ständer und Läufer einstellt.

Hinsichtlich der Wahl der Längenverhältnisse der beiden Läuferblechpaketabschnitte 21 bzw. 22 wird zweckmäßigerweise die gesamte Länge a + b. des Läuferblechpaketes.2 größer als die Länge c des Ständerblechpaketes 7 und die Länge b des längeren Läuferblechpaketabschnittes 22 zwischen den Kurzschlußringen 1, 4 kleiner oder gleich groß im Verhältnis zu der Länge σ des Ständerblechpaketes gewählt, wobei sich als besonders günstiges Verhältnis ein solches erwiesen hat, bei dem die Länge a des kürzeren Läuferblechpaketabschnittes 21 etwa das 0,1-bis 0,15-fache der Länge c. des Ständerblechpaketes (je nach absoluter Größe der Länge b des längeren Läuferblechpaketabschnittes 22) beträgt. ·

Erläuternd sei hinzugefügt, daß man bei nur wenigen Blechen für das Zusatzblechpaket einen großen Anstieg der Axialkraft erhält, während sich bei Verwendung von einer größeren Anzahl von Blechen bei dann kleinerem Anstieg der Axialkraft nach dem Einschalten des Motors der Absolutwert der erreichbaren Axialkraft zunächst erhöht / mit einer zu starken Verlängerung des

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Zusatzblechpaketes die Axialkraft F_Q nicht mehr erhöht werden

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kann, sondern nur noch ein größerer Hub erreicht wird, was gegebenenfalls zur Kompensierung von größeren Fertigungstole-.ranzen vorteilhaft sein kann. In Figur 6 ist in weiterer Erläuterung des zuvor aufgezeigten Sachverhaltes jeweils der Verlauf der Axialkraft F in Abhängigkeit vom Hubweg χ (x=0 entspricht der Ausgangsstellung des Läufers in Figur 4 und Figur 4a) des kürzeren Läuferblechpaketabschnittes 21 jeweils bei Ronden (A.,; B^) und genuteten Blechen (ApJ Bp) für. eine vorgesehene Stückzahl von 4 Einzelblechen (A.,; Ap) und eine Stückzahl von 14 Einzelblechen (B₁ ι B₂) dargestellt.

Figur 7 veranschaulicht den jeweiligen Gewinn an Axialkraft an einer graphischen Gegenüberstellung F_Q = f(x) bei hinsiehtlieh der Axialkrafterhöhung unterschiedlich, jedoch ansonsten gleichartig aufgebauten Verschiebe-Bremsmotoren; I zeigt die Abhängigkeit der Axialkraft F₀ vom Hubweg χ bei einem normalen

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Läufer, II den Funktionsverlauf bei einer Läuferausführung gemäß Figur 2, III, IV den Verlauf bei einer Läuferausführung gemäß Figur 4 und zwar bei Verwendung genuteter Bleche gemäß Kurvenverlauf III und bei Benutzung einfacher, ungenuteter Ronden gemäß Kurvenverlauf IV.

Es ist ersichtlich, daß in konstruktiv und fertigungstechnisch einfacher Weise mit Hilfe des erfindungsgemäß ausgeführten Zusatzblechpaketes eine in bestimmter Weise und bestimmter merklicher Größe auf den Läufer wirkende Axialkraft erzielbar ist.

10 Patentansprüche
7 Figuren

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Claims

'■■ 232Η9Λ -10 - VPA 73/3096 Patentansprüche

1.^Anordnung zur Erhöhung der Axialkraft bei einem Verschiebeankermotor mit Käfigläufer, dessen Läuferblechpaket im unerregten Zustand von Läufer und Ständer mit seinem einen Ende außerhalb der zugehörigen Außenkante des Ständerblechpaketes heraustritt und dessen Läuferstäbe durch zwei Kurzschlußringe, und zwar durch einen Kurzschluß-Zwischenring im Zuge des Lauferblechpaketes in der Uähe des einen Endes und einen stirnseitigen Kurzschlußring an dem anderen Ende des Läuferblechpaketes, jeweils untereinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß nur der längere Läuferblechpaketabschnitt (22) zwischen den beiden Kurzsehlußringen (1, 4) mit Läuferstäben (8) versehen und der kürzere Läuferblech- . paketabschnitt (21) außerhalb des Kurzschluß-Zwischenringes (1) allein im Sinne einer bestimmten Axialkraft ausgelegt ist (Pig. 3 - 5).

2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß im Sinne einer Verminderung des eigentlichen Luftspaltmaßes d^ zwischen dem Außendurchmesser des Läufers und dem Bohrungs- ■ durchmesser des Ständers im Bereich des kürzeren Läuferblechpaketabschnittes (21) dessen Außendurchmesser größer ist als der des längeren'Läuferblechpaketabschnittes (22) zwischen den Kurzsehlußringen (1, 4) (Pig. 4, 5).

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine stufenweise Vergrößerung des Außendurchmessers des kürzeren Läuferblechpaketabschnittes (21) vorgesehen ist (Pig. 4a, 4b).

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der kürzere .Läuferblechpaketabschnitt (21) aus ungenuteten Blechronden gebildet ist.

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5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelbleche des kürzeren Läuferblechpaketabschnittes (21) auf das entsprechend verlängerte Wellenende des zuvor mit einem Läuferkäfig versehenen längeren Läuferblechpaketabschnit.tes (22) aufgebracht sind.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn- zeichnet, daß der kürzere Läuferblechpaketabschnitt (21) als gesondertes Zusatzblechpaket ausgebildet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelbleche des kürzeren Läuferblechpaketabschnittes (21) zu einem Zusatzblechpaket zusammengenietet und dieses anschließend auf das entsprechend verlängerte Wellenende des zuvor mit einem Läuferkäfig versehenen längeren Läuferblechpaketabschnittes (22) aufgebracht ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Länge (a + b) des Läuferblechpaketes (2) größer ist als die Länge (c) des Ständerblechpaketes (7).

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (b) des längeren Läuferblechpaketabschnittes (22) zwischen den Kurzschlußringen (1, 4) kleiner oder gleich groß ist im Vergleich zu der Länge (c) des Ständerblechpaketes(7).

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstellung des heraustretenden einen Endes des Läuferblechpaketes (2) bei nichterregter Ständerund Läuferwicklung derart gewählt ist, daß die Innenkante de s kürzeren Läuferbleehpaketabschnittes (21) mit der zugehörigen Außenkante des Ständerblechpaketes (7) gerade fluchtet oder bereits gerade innerhalb der Ständerbohrung liegt.

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