DE4308683A1 - Käfigläufer für eine Asynchronmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Käfigläufer für eine Asynchronmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solcher Käfigläufer ist durch die DE-A-40 13 674 bekannt. Bei diesem Läufer werden die Kurzschlußstäbe und Kurzschlußringe im Aluminium-Gußverfahren hergestellt. Dies ist ein allgemein bekanntes, kostengünstiges Herstellungs­ verfahren für die Kurzschlußläufer von Drehstrom- Asynchronmaschinen. Nachteilig ist, daß wegen des gegenüber Kupfer relativ hohen spezifischen elektrischen Widerstandes von Aluminium die im Käfigläufer entstehenden Verluste entsprechend hoch sind, was zu einer stärkeren Erwärmung des Läufers führt.

Es ist ferner bekannt, den Kurzschlußkäfig von Asynchron­ maschinen aus Kupferstäben und Kupferringen zu fertigen. Wegen der hohen Schmelztemperatur von Kupfer lassen sich solche Kurzschlußkäfige nur mit großem Aufwand im Gußverfahren herstellen. Deshalb werden die Kupferstäbe einzeln in die Läufernuten eingebracht und anschließend mit den gesondert gefertigten Kurzschlußringen verbunden. Ein solcher Läufer weist zwar geringere Verluste auf, seine Herstellung ist jedoch sehr arbeitsaufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Käfigläufer der gattungsgemäßen Art so auszubilden, daß die Verluste im Läufer reduziert sind und der Läufer dennoch mit möglichst geringem Aufwand hergestellt werden kann.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Durch die Verwendung von Kupferstäben gelingt die Reduzierung der Verluste im Läufer. Die Verbindung der Kupferstäbe mit den Kurzschlußringen kann im Gußverfahren und damit ohne großen Fertigungsaufwand erfolgen. Insbesondere müssen dabei die Kurschlußringe nicht erst in einem gesonderten Fertigungs­ gang hergestellt werden.

Das Einbringen der Kupferstäbe in die Läufernuten ist ohne großen Kraftaufwand dadurch möglich, daß die Kupferstäbe gegenüber den Nuten einen kleineren Querschnitt aufweisen und der zwischen den Kupferstäben und den Nuten verbleibende Restquerschnitt mit Aluminium ausgegossen ist, wobei die Kupferstäbe und das in den Restquerschnitt einge­ gossene Aluminium mit den stirnseitigen Kurzschlußringen verbunden sind. Neben dem leichten Einsetzen der Kupfer­ stäbe besteht bei dieser Ausführungsvariante noch der Vorteil, daß die Kupferstäbe in den Nuten gut fixiert werden und durch ihr vollständiges oder teilweises Einkleiden in Aluminium ein guter Stromübergang gegeben ist.

Dadurch, daß die Querschnittsform und -größe der Kupfer­ stäbe in bezug auf die Querschnittsform und -größe der Nuten so gewählt ist, daß sich mindestens drei Linienberüh­ rungen zwischen den Kupferstäben und den Nuten ergeben, wird eine Vorfixierung der Kupferstäbe in den Nuten ohne jegliche Zusatzmaßnahmen erreicht, wobei ferner in allen Nuten die gleiche Lage und Ausrichtung der Kupferstäbe und somit symmetrische Verhältnisse für die Stromverteilung über den ganzen Käfigumfang erzielt werden.

Eine besonders gute mechanische und auch gute elektrische Verbindung der Kupferstäbe mit den Kurzschlußringen wird dadurch erreicht, daß die Enden der Kupferstäbe beidseitig gegenüber dem Läuferblechpaket aus den Nuten axial vorstehen. Durch die Kupferstäbe kann ferner eine axiale Fixierung der das Läuferblechpaket bildenden Läuferbleche erreicht werden, wenn die vorstehenden Enden der Kupfer­ stäbe entweder in Umfangsrichtung abgekröpft oder geschlitzt und aufgebogen sind.

Der Übergangswiderstand zwischen den Kupferstäben und den gegossenen Aluminiumkurzschlußringen läßt sich dadurch vermindern, daß an den Stirnseiten des Läuferblechpakets Kupferscheiben angeordnet sind, die entsprechend den Läuferblechen mit Nutausstanzungen versehen und in die Kurzschlußringe eingegossen sind. Durch derartige Kupfer­ scheiben wird für den Stromübertritt zu den Aluminiumkurz­ schlußringen eine größere Fläche geschaffen.

Eine dauerhafte und feste Verbindung der Kupferscheiben mit den Kurzschlußringen wird dadurch erreicht, daß in dem von den Kurzschlußringen überdeckten Bereich der Kupferscheiben ausgestanzte Bügel oder Laschen vorgesehen sind, die vom Aluminium der Kurschlußringe umschlossen sind. Hierdurch ergeben sich formschlüssige Verbindungsstellen zwischen den Kupferscheiben und den Kurzschlußringen.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs­ beispiels wird die Erfindung nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Käfigläufer im Querschnitt,

Fig. 2 einen Käfigläufer im Längsschnitt,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsvariante eines Käfig­ läufers im Längsschnitt,

Fig. 4 einen Teilschnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3.

Mit 1 ist ein auf einer Welle 2 angeordnet es Läuferblech­ paket bezeichnet, das mit Nuten 3 versehen ist. Die Nuten 3 weisen näherungsweise einen dreieckförmigen Querschnitt auf. In diese Nuten 3 sind Kupferstäbe 4 eingesetzt, die einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen. Die Recheck­ abmessungen der Kupferstäbe 4 sind im Hinblick auf die Querschnittsabmessungen der Nuten 3 so gewählt, daß die Kupferstäbe 4 mit ihren vier Ecken in Linienberührung an der Kontur der Nuten 3 anliegen. Damit sind die in die leeren Nuten 3 eingesteckten Kupferstäbe 4 vorfixiert und nehmen über den Umfang des Läuferblechpaketes 1 in allen Nuten 3 die gleiche Lage ein und liegen auf dem gleichen Umfangskreis.

Der in den Nuten 3 gegenüber den eingesetzten Kupferstäben 4 verbleibende Restquerschnitt wird im Aluminiumdruckguß verfahren ausgegossen, wobei im gleichen Verfahrensgang auf den beiden Stirnseiten des Läuferblechpaketes 1 Kurzschluß­ ringe 5 angegossen werden. Die Kurzschlußringe 5 sind somit mit den in dem Restquerschnitt gebildeten Stabteilen 6 einstückig verbunden. Um zwischen den Kupferstäben 4 und den Aluminium-Stabteilen 6 sowie den Aluminiumkurzschluß­ ringen 5 eine gute elektrische Verbindung zu erzielen, müssen die Kupferstäbe 4 vor dem Aluminiumdruckguß eine metallisch saubere Oberfläche aufweisen.

Nach dem Einbringen der Kupferstäbe 4 in die Nuten 3 kann vor dem Vergießen mit Aluminium das gesamte Läuferblech­ paket 1 ohne großen Kraftaufwand um einen gewünschten Schrägungswinkel geschrägt werden.

Wegen ihres gegenüber Aluminium kleineren spezifischen elektrischen Widerstandes übernehmen die Kupferstäbe 4 einen höheren Stromanteil. Dieser Stromanteil muß an den Stirnseiten des Läuferblechpaketes in die Kurzschlußringe 5 übertreten. Um die Übertrittsverluste zu vermindern, ist es günstig, wenn, wie dies in der Ausführungsvariante nach Fig. 3 dargestellt ist, an den Stirnseiten des Läuferblech­ pakets 1 verzinnte Kupferscheiben 7 vorgesehen und mit den Enden 8 der Kupferstäbe 4 verbunden sind. Hierdurch wird eine größere Übergangsfläche zu den aus Aluminium bestehen­ den Kurzschlußringen 5 geschaffen. Außerdem können in diesem Fall die Kurzschlußringe 5 hinsichtlich ihres Quer­ schnittes kleiner bemessen werden.

Die Kupferscheiben 7 weisen den Nuten 3 entsprechende Nut­ ausstanzungen 9 auf, in die die Enden 8 der Kupferstäbe 4 eingeführt sind. Die Enden 8 können geschlitzt und aufge­ bogen sein, so daß hierdurch die Kupferscheiben 7 am Läuferblechpaket 1 gehalten werden und das Läuferblechpaket 1 insgesamt durch die Kupferstäbe 4 zusammengehalten wird. Ein Schlitzen und Aufbiegen der Enden 8 ist auch dann möglich, wenn keine Kupferscheiben 7 vorgesehen sind. Durch eine derartige Ausbildung der Enden 8 wird dann eine bessere Verankerung der Kupferstäbe 4 in den Kurzschluß­ ringen 5 erreicht.

Eine gute Verankerung zwischen den Kupferscheiben 7 und den Kurzschlußringen 5 wird durch entsprechende, aus dem Material der Kupferscheiben 7 herausgestanzte und gegenüber deren Ebene vorstehende Bügel 10 oder Laschen 11 erreicht. Beim Gießen der Kurzschlußringe 5 werden die in dem von den Kurzschlußringen 5 überdeckten Bereich der Kupferscheiben 7 vorgesehenen Bügel 10 bzw. Laschen 11 vom Material der Kurzschlußringe 5 umschlossen, so daß ein Formschluß zwischen den Kupferscheiben 7 und den Kurzschlußringen 5 entsteht.

Claims (7)

1. Käfigläufer für eine Asynchronmaschine, mit in den Nuten (3) des Läuferblechpaketes (1) angeordneten Kurzschluß­ stäben (4), die an den beiden Stirnseiten des Läuferblech­ paketes (1) mit im Aluminium-Druckguß-Verfahren hergestell­ ten Kurzschlußringen (5) mechanisch und elektrisch leitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußstäbe zumindest teilweise aus in die Nuten (3) gesondert eingebrachten Kupferstäben (4) bestehen, die an ihren Enden (8) mit den angegossenen Kurzschlußringen (5) verbunden sind.

2. Käfigläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferstäbe (4) gegenüber den Nuten (3) einen kleineren Querschnitt aufweisen und der zwischen den Kupferstäben (4) und den Nuten (3) verbleibende Restquer­ schnitt mit Aluminium ausgegossen ist, wobei die Kupfer­ stäbe (4) und das in den Restquerschnitt eingegossene Aluminium mit den stirnseitigen Kurzschlußringen (5) verbunden sind.

3. Käfigläufer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsform und -größe der Kupferstäbe (4) in bezug auf die Querschnittsform und -größe der Nuten (3) so gewählt ist, daß sich mindestens drei Linienberührungen zwischen den Kupferstäben (4) und den Nuten (3) ergeben.

4. Käfigläufer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (8) der Kupferstäbe (4) beidseitig gegenüber dem Läuferblechpaket (1) aus den Nuten (3) axial vorstehen.

5. Käfigläufer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorstehenden Enden (8) der Kupferstäbe (4) entweder in Umfangsrichtung abgekröpft oder geschlitzt und aufge­ bogen sind.

6. Käfigläufer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stirnseiten des Läuferblechpaketes (1) Kupfer­ scheiben (7) angeordnet sind, die mit den Nuten (3) des Läuferblechpaketes (1) entsprechenden Nutausstanzungen (9) versehen und in die Kurzschlußringe (5) eingegossen sind.

7. Käfigläufer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem von den Kurzschlußringen (5) überdeckten Bereich der Kupferscheiben (7) ausgestanzte Bügel (10) oder Laschen (11) vorgesehen sind, die vom Aluminium der Kurzschlußringe (5) umschlossen sind.