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Gasgekühl ter Widerstandsrotor
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Die Erfindung betrifft den Aufbau und die Herstellung von größeren
gasgekühiten Rotoren mit erhöhtem Widerstand für Drehfeldmaschinen, sogenannte Widerstandsrotoren,
wie sie z. B. zum Direktantrieb der Spindeln von Schmiedepressen benötigt werden.
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Dabei können hohe Beschleunigungsleistungen und Drehmomentstöße auftreten.
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Ülicherweise werden Widerstandsrotoren in den hierfür in Betracht
kommenden Größen mit geschweißter oder gelöteter Kurzschlußwicklung und axial geschichtetem
Blechpaket oder mit einem Volleisenläufer ausgeführt. Die Wärmeabfuhr ist bei Gaskühlung
insbesondere beim Volleisenläufer schwierig und es ergeben sich hierbei ungünstige
Betriebswerte. Bei der geschweißten oder gelöteten Kurzschlußwicklung ist bei großen
Drehmomentstößen und hohen Temperaturen eine ausreichende mechanische Festigkeit
nur schwer zu erreichen.
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Beide Ausführungen ergeben sehr aufwendige Rotoren. Bei kleinen und
mittleren Widerstandsrotoren werden die Kurzschlußwicklungen in bekannter Weise
durch Ausgießen, insbesondere mit Aluminiumlegierungen mit entsprechendem elektrischem
Widerstand in großen Stückzahlen wirtschaftlich im Druckguß oder Schleudergußverfahren
hergestellt. Die dazu üblicherweise benötigten Formen und Einrichtungen sind jedoch
für große Rotoren in kleinen Serien oder gar Einzelstücken sehr aufwendig, insbesondere,
da bei gasgekühlten Widerstandsrotoren für hohe Beschleunigungsleistungen axiale
Schlitze fUr das Kühlgas in unmittelbarer Nahe der Kurzschlußwicklung angeordnet
werden, um die Wege für die Wärmeableitung kurz zu halten.
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Die Ausfuehrung der Widerstandsrotoren mit durch Schleuderguß eingebrachter
Wicklung ist fUr Antriebe mit hohen Drehmomentstößen besonders günstig. Bei diesem
Verfahren wird die beste Gußqualität in bekannter Weise durch die Zentrifugalkraft
in dem am weitesten von der Drehachse entfernten Bereich der Läufetstäbe und Kurzschlußringe
erzielt. Die Stäbe fUllen die Nuten mit dem Versatz vom Stanzen und axialen Schichten
des Blechpakets voll aus und erhalten damit sowohl eine rilttelsichere Befestigung
als auch einen guten Wärmeübergang zum Blechpaket. Darüber hinaus sind be Aluminiumlegierungen
entsprechend dem geringen spezifischen Gewicht die auf die Wicklung
wirkenden
Beschleunigungskräfte geringer als bei den fur geschweißte oder gelötete Wicklungen
üblicherweise verwendeten Materialien mit höherem spezifischem Gewicht.
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Für eine wirtschaftliche Herstellung von größeren Schleudergußrotoren
auch in kleineren Stückzahlen ist bisher lediglich nach der deutschen Patentanmeldung
2600297 ein Verfahren bekannt, nach dem das parallel zu den Stäben geschichtete
Blechpaket von Außenläufern ohne Kühlschlitze in einfacher Weise ausgegossen werden
kann.
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Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, den Aufbau und die Herstellung
von Widerstandsrotoren fUr größe Drehfeldmaschinen insbesondere für hohe Beschleunigungsleistungen
und Drehmomentstöße mit durch chleudergurzeugten Kurzschlußwicklungen und axialgeschichtetemBlecnpaket
mit axialen Kühlschlitzen so zu gestalten, daß eine wirtschaFtliche Fertigung dieser
Rotoren auch für Kleinserien oder Einzelstücke möglich ist.
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Diesem Ziel steht bei den üblichen Formen für den Schleuderguß der
im Verhältnis zum Preis eines Rotors hohe Preis dieser Formen und Gießeinrichtungen
gegenüber.
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Dies ergibt sich unter anderem daraus, daßdieseFormen sowohl die fur
das Pressen des Blechpakets erforderlichen Kräfte als auch die beim Ausguß beim
Schleudern auftretenden Beanspruchungen vorzugsweise von außen aufnehmen müssen,
dabei höheren Temperaturen ausgesetzt sind und nach dem Guß einfach abnehmbor sein
müssen.
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Erfindungsgemäß wird der Aufwand für die Schleudergußformen fUr große
Rotoren wesentlich dadurch gesenkt, daß das Blechpaket beim Guß vorzugsweise durch
Endscheiben, die zugleich die Kühlschlitze verschließen, mittels durch die Kühlschlitze
geführter Zugstäbe gepreßt wird, wobei die Endscheiben mit den Zugstäben vom Guß
umschlossen werden und bei der mechanischen Bearbeitung des Rotors ganz oder teilweise
entfernt werden.
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Die äußere Begrenzung des Gusses kann dabei für Kleinserien durch
das Rotorpaket von beiden Seiten umschließende Kokillen erfolgen.
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FUr die Herstellung von kleineren Stückzahlen oder von Einzelstucken
erfolgt nach einem weiteren Schutzanspruch die äußere Formgebung des Rotorgußstücks
dadurch, daß das Rotorpaket beim Ausguß von einem zyl indrischen Mantel mit vorzugsweise
durch Schweißen verbundenen Endscheiben umhüllt wird, die zugleich Einguß und
Steiger
nach außen begrenzen und daß der Mantel von den Endscheiben bei der mechanischen
Bearbeitung des Gußrohlings derart getrennt werden kann, daß diese Teile für weitere
Abgüsse wieder verwendbar sind. Nähere Einzelheiten der Erfindung sind in den im
folgenden erlouterten Schnittzeichnungen dargestellt.
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Dies sind: Fig. 1 Längsschnitt durch Rotoraufbau vor dem Ausguß Fig.
2 Längsschnitt durch ausgegossenen und bearbeiteten Rotor Fig. 3 Querschnitt durch
ausgegossenen Rotor.
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Darin bedeuten einheitlich: 1 Rotorblechpaket 2 Kühischl itz 3 Enscheibe
fUr Blechpaketpressung 4 Zylindrische Aussparung 5 Aushebeschräge 6 Zugstab für
Ausguß 7 verbleibender Zugstab 8 Rotorstab 9 Kurzschlußring 10 Mantel für Ausguß
11 Endscheibe für Ausguß 12 Schweißstelle im Mantel 13 Läufernabe 14 Paßfeder 15
Einguß fUr Paßfeder 16 FUllstand beim Ausguß Nach Fig. 1 wird das Rotorblechpaket
1 mit den Endscheiben 3 und den durch diese und die KOhlschlitze 2 gefUhrte Zugstäbe
6 auf der Nabe 13 gepreßt und wie im Beispiel dargestellt, die Nabe mit den Endscheiben
und letztere mit den Zugstäben verschweißt. Nach weiteren Schutzansprüchen erhalten
die Endscheiben 3 zur Blechpaketpressung auf den diesem zugewandten Seiten zylindrische
Aussparungen 4 und es kann das Blechpaket bei Bedarf zusätzlich durch an den Endblechen
abgestützte, vorzugsweise rohrförmige Zugstäbe gepreßt und verfestigt werden.
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Nach dem Pressen und Verschweißen wird dann bei größeren Stückzahlen
das Blechpaket von der Kokille für die äußere Form des Ausgusses aufgenommen und
in üblicher Weise ausgeschleudert. Die Kokille hat dabei im wesentlichen nur die
beim Guß auftretenden Kräfte aufzunehmen und stellt ein einfaches Drehteil dar.
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Bei kleineren Stückzahlen oder Einzelstücken wird das gepreßte Rotorblechpaket
nach Fig. 1 von dem Blechmantel 10 und den vorzugsweise durch Schweißen verbundenen
Endscheiben 11 zum Ausguß umschlossen. Nach dem Ausguß werden die Endscheiben z.
B. durch Drehen an der Schweißstelle 12 derart vom Gußmantel getrennt, daß sie wieder
verwendet werden können. Der Mantel kann dann z. B. durch Trennschleifen in einer
Längsnaht aufgetrenni und entfernt werden.
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Danach kann das uberschüssige Gußmaterial und der die KUhlschlitze
verdeckende Teil der Endscheiben vorzugsweise durch Drehen entfernt werden, so daß
sich der in Fig. 2 dargestellte Längsschnitt ergibt. Dabei wird zugleich durch die
zylindrischen Ausnehmungen 4 verhindert, daß bei unvermeidbaren Unebenheiten der
Endbleche diese beim Drehen angeschnitten werden.
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Nach weiteren Schutzanspruchen werden die Endscheiben 3 zur Pressung
des Blechpakets mit einer Aushebeschrdge 5 nach Fig. 1 konzentrisch geteilt und
die Zugstäbe 6 mit den Endscheiben vorzugsweise durch Schweißen oder Nieten derart
verbunden, daß sie nach dem Guß bei der mechanischen Bearbeitung z. B. durch Anbohren
von den Endscheiben getrennt werden können.
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Durch die konische Aushebeschrage 5 kann dann der äußere Teil der
der Endscheiben 3 durch Freidrehen vom Guß am Kurzschlußring vom Rotor getrennt
und wieder verwendet werden. Durch Beilegen eines verlorenen Ringes aus Stahl kann
hier das Eindrehen in das nicht vollkommen ebene Blechpaket vermieden werden.
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Bei Verwendung der Widerstandsrotoren für Antriebe mit hohen Drehmomentstößen,
wie z. B. zum Direktantrieb der Spindel von Spindelschlagpressen ist eine entsprechend
sichere Verbindung des Blechpakets mit der Nabe erforderlich.
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Nach einem weiteren Schutzanspruch wird daher das Blechpaket 1 nach
Fig. 3 durch den Ausguß von entsprechenden axialen Nuten im Blechpaket und in der
Nabe 13 beim Schleudergießen der Rotorwicklung formschlUssig drehfest mit der Nabe
verbunden.
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Als Einguß und als Steiger können dabei z. B. rodiale Bohrungen 15
durch die axialen Nuten 14 in der Nabe dienen. Der Füllstand beim Ausguß 16 wird
dann innerhalb der Nabe gehalten.
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Hierbei können die Nutteilungen in der Nabe und im Blechpaket gegenüber
der sonst üblichen Befestigung mit mehren Paßfedern mit sehr groben Toleranzen hergestellt
werden und es ergibt sich durch das Schleudergußmaterial eine ideale spielfreie
Ausfüllung der Paßfedernuten.
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Die vorzugsweise in den Rotorstäben 8 auftretende Verlustwärme wird
teilweise am Rotorumfang abgeführt. Bei größeren Beschleunigungsleistungen muß jedoch
der größte Teil der Wärme an den Kühlschlitzen im Rotorblechpaket an entsprechend
großen Kühlflachen bei hohen Kühlgasgeschwindi gkeiten abgeführt werden. Die Wärmeübertragung
zu den KUhlschlitzen erfolgt durch Wärmeleitung. Um die Temperaturdifferenz von
den Rotorstäben zu den Kühlschlitzen gering zu halten, wird daher nach einem weiteren
Schutzanspruch der außere Teilkreis der KUhlschlitze so nahe an den Löufernuten
angeordnet, wie es die Abdichtung beim Guß durch die Endscheiben und/oder die mechanische
Festigkeit des Blechpakets gegen Drehmomentstöße zuläßt. Die Kühlschlitzteilung
und die weiteren Teilkreise von Kühlschlitzen werden in bekannter Weise entsprechend
der optimalen Aufteilung der vorgegebenen magnetischen Läuferdurchflutung ermittelt.
Die KUhlschlitzform wird insbesondere bei großen Rotoren vorteilhaft als runde Nut
von gleicher Größe gewöhlt. Dabei ergibt sich unter anderem eine einfache Herstellung,
ein geringer Strömungswiderstand für das Kühlgas sowie eine leichte Reinigung oder
Nacharbeit der Schlitze. Die Zugstäbe werden dabei einfache Rundstäbe oder Rohre.
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Grundsätzlich können jedoch auch andere Kühlschlitzf.ormen gewählt
werden.
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Bei sehr großen Rotoren kann das Rotorblechpaket in bekannter Weise
auch aus Blechsegmenten geschichtet werden. Die Rotorwicklung und die inneren Zugstäbe
sowie die inneren Endscheiben können dabei weitgehend die Verfestigung des Blechpakets
Ubernehmen.
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Durch die erfindungsgemäße Ausführung der Rotoren ist die wirtschaftliche
Herstellung von großen gasgekuhlten Widerstandsrotoren für hohe Beschleunigungsleistungen
und Drehmomentstöße auch in kleinen Stückzahlen ermöglicht.