DE4329679A1 - Verfahren zur Herstellung eines Käfigläufers - Google Patents

Description

1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstel­ lung eines Käfigläufers für die Verwendung in einem Hoch­ leistungsmotor

2. Stand der Technik

Wie in Fig. 6 veranschaulicht, wird ein herkömmlicher Käfig­ rotor für die Verwendung in einem herkömmlichen Motor herge­ stellt, indem das durchgeführt wird, was ein Druckgußver­ fahren genannt wird. Namentlich wird zuerst ein zylindri­ scher laminierter Rotorkern 6 hergestellt, in dem eine Viel­ zahl von Rotorkernstücken 1 überlagert werden, in jedem von welchen das ausgebildet ist, was Spalte des vollständig ge­ öffneten oder des vollständig geschlossenen Typus genannt wird, und zwar in einer derartigen Weise, daß die Spalte der Rotorkernstücke Durchgangslöcher oder Spalte des Kerns 6 bilden, und indem die Vielzahl der Rotorkernstücke 1 mit einer Welle 10 durchstoßen wird und indem die Vielzahl der Rotorkernstücke fest an der Welle 10 befestigt wird. Dann wird Aluminium oder eine Aluminiumlegierung in Hohlraumtei­ le, die in den Spalten des Kerns 6 gebildet sind, und in jene der rechten und linken Endringe, eingespritzt, die bei beiden Enden 6 des Kerns als ein leitfähiges Material gebil­ det sind. Danach wird ein Druckguß auf dem leitfähigen Material durchgeführt, um den Käfigrotor zu formen. Schließ­ lich wird eine Nachbearbeitung der rechten und linken End­ ringe und der äußeren peripheren Teile des Kerns 6 bewirkt, um den Rotor fertigzustellen. Dieses Druckgußverfahren wird weiter unten spezieller beschrieben werden. Wie in Fig. 6 gezeigt, werden eine stationäre Metallformhälfte (nachfol­ gend manchmal einfach als eine stationäre Form bezeichnet) 12 und eine bewegbare Metallformhälfte (nachfolgend manchmal einfach als eine bewegbare Form bezeichnet) 11 verwendet, um dieses Verfahren durchzuführen. Weiter ist ein Hohlraumteil, in welchem der Kern 6 hergestellt wird, in der bewegbaren Form 11 gebildet. Darüber hinaus wird die Positionierung des Kerns 6 durchgeführt, indem die Welle 10 verwendet wird. Dann werden die Formen 11 und 12 geschlossen. Zwischenzeit­ lich wird das leitfähige Material, um den Rotorleiter 5 und die rechten und linken Endringe 3 und 4 zu bilden, von einer (nicht gezeigten) Schmelzapparatur geschmolzen. Danach wird eine erforderte Menge des geschmolzenen (oder erschmolzenen) leitfähigen Materials aus der Schmelzvorrichtung gezogen und in eine Hülse 14 durch einen Einspritzdurchgang 15 davon hineingetan. Nachfolgend wird das leitfähige Material, das dort hineingetan wurde, durch eine Druckplatte, an deren einem Ende eine Spitze 17 befestigt ist, unter hohem Druck bei einer hohen Geschwindigkeit in die Hohlraumteile hinein gezwungen, die zwischen den Formen 11 und 12 ausgebildet sind. So wird das geschmolzene leitfähige Material durch einen Zugang 18 in einer kurzen Zeitspanne hinein in die Spalte des Rotors 6 und hinein in die Hohlraumteile ge­ spritzt, die an den rechten und linken Seiten von beiden Enden des Kerns, wie in Fig. 6 gesehen, gebildet sind. Als Folge davon wird der Rotor 6 erzeugt.

Im Fall des herkömmlichen Druckgußverfahrens wird das ge­ schmolzene leitfähige Material in die Spalte und Hohlraum­ teile in einer kurzen Zeitspanne unter hohem Druck wie oben beschrieben eingespritzt. Jedoch wird Luft in der Hülse 14 und den Spalten 2 des Rotorkerns 6 gelassen, gerade bevor das leitfähige Material dort hinein eingespritzt wird. Der­ artige Luft kann nicht vollständig abgelassen werden, indem nur eine Luftablaßlücke 22a mit einer Breite von 0,2 Milli­ metern (mm) verwendet wird, welche zwischen der stationären Form 12 und der bewegbaren Form 11 gebildet ist. Als Folge davon wird Luft in das leitfähige Material hinein einge­ führt. Weiter treten, wenn das leitfähige Material ver­ festigt und sich zusammenzieht, Lunker (oder Risse) in dem Mittelteil von jedem der Rotorleiter 5 und der rechten und linken Endringe 3 und 4 auf. So treten interne Defekte unver­ meidbar darin auf. Darüberhinaus dringt das geschmolzene leitfähige Material in Lücken zwischen benachbarten Rotor­ kernstücken 1 des Rotorkerns 6 ein. Dies hat einen Kurz­ schluß des Rotorleiters 5 zur Folge.

Ein derartiger herkömmlicher Käfigläufer für die Verwendung in einem Motor, welcher, wie oben beschrieben wurde, herge­ stellt wird, hat Nachteile darin, daß die Stärke des Rotors aufgrund der internen Defekte für die Hochgeschwindig­ keitsrotation davon ungenügend ist, und daß die Verringerung im Drehmoment, welche durch das Kurzschließen des Rotorlei­ ters verursacht wird, die Herabsetzung der Leistungsfähig­ keit des Motors zur Folge hat. Diese Nachteile des herkömm­ lichen Käfigläufers werden Hindernisse, um die Effizienz des Motors zu erhöhen. Weiter erhöht sich in dem Fall, wo Alumi­ nium als das leitfähige Material verwendet, die Temperatur des Motors, und die Miniaturisierung des Motors ist schwie­ rig als Folge der Tatsache, daß der spezifische Widerstands­ wert des Aluminiums hoch ist. Insbesondere wird bei der Ver­ wendung in einem Vakuum die Temperatur der Welle und der La­ ger des Motors hoch und als eine Folge ist es sehr schwie­ rig, eine Hochgeschwindigkeitsrotation zu erreichen. So ist es vorgeschlagen worden, daß der herkömmliche Druckguß durch­ geführt wird, indem Kupfer oder eine Kupferlegierung als das leitfähige Material anstelle des Aluminiums benützt wird. Jedoch treten Gußdefekte wie Lücken und Lunker oder Risse in dem Rotorleiter und den linken und rechten Endringen auf, in ähnlicher Weise wie in dem Fall der Verwendung von Alumini­ um. Um dieses Problem zu lösen, ist es weiter vorgeschlagen worden, daß eine Druckbearbeitung auf jedem der linken und rechten Endringe ausgeführt wird, wenn oder nachdem der Rotorleiter und die Endringe gegossen sind. Dieses Verfahren ist wirksam in der Beseitigung relativ großer Defekte. Jedoch können kleine Defekte nicht vollständig beseitigt werden. So hat dieses Verfahren wenig Wirkung auf die Erhöhung der Dichte und die Abnahme des Widerstandswertes. Diese Druckbearbeitung wird bewirkt, indem eine schwere Last auf die Endringe in der Richtung eines äußeren Endes von jedem der Endringe parallel zu der Rotationsachse derselben angelegt wird und eine Druckformung davon durchgeführt wird. Daher hat dies nachteilige Auswirkungen (z. B. die Deformation des Käfigläufers und die Verschiebung des Rotorkernstückes aus seiner richtigen Position) auf den Rotor. Es ist sehr schwierig, Gußdefekte (z. B. Lücken und Lunker (oder Risse)) vollständig zu beseitigen, nachdem der Rotorleiter und die Endringe einmal gegossen sind.

Im Fall des herkömmlichen Verfahrens wird Wärme, die auf die Metallformen zu der Zeit der Durchführung des Druckgusses des geschmolzenen leitfähigen Materials übertragen wird, ver­ wendet, um den Druckguß des nächsten leitfähigen Materials durchzuführen. So beträgt eine Formvorheiztemperatur nähe­ rungsweise 130 bis 200°C. Daher gibt es eine große Differenz zwischen der Temperatur des geschmolzenen leitfähigen Materi­ als und der Formvorheiztemperatur. Infolgedessen hat das herkömmliche Verfahren Nachteile darin, daß in dem Rotor mangelhaft ausgelaufene Formen auftreten und darin, daß die Qualität desselben unstabil ist. Überdies hat, die Miniaturi­ sierung des Käfigläufers betrachtend, das herkömmliche Ver­ fahren ein Problem darin angetroffen, daß in dem Fall, wo der Rotorkern feine Spalte besitzt, das leitfähige Material nicht in die Spalte eingespritzt werden kann und auf dem Weg aufgrund der Tatsache verfestigt, daß die Formvorheiztempera­ tur niedrig ist. In ähnlicher Weise wird, eine Vorheizung der Hülse betrachtend, die ganze Hülse durch die Wärme des geschmolzenen leitfähigen Materials erwärmt, welche Wärme verwendet wird, um den geschmolzenen Zustand des nächsten leitfähigen Materials aufrechtzuerhalten, welches in die Hülse hinein eingespritzt wird und weiter in die Hohlraum­ teile zwischen den Formen eingespritzt wird. Die Hülse wird nämlich beheizt, indem die Wärme verwendet wird, die aus dem geschmolzenen leitfähigen Material zu jeder Zeit darauf über­ tragen wird, zu der ein Druckguß ausgeführt wird. In der Fol­ ge ist eine Hülsenvorheiztemperatur instabil. In ähnlicher Weise ist es in dem Fall der Formvorheiztemperatur sehr schwierig, die Hülsenvorheiztemperatur gleichförmig in der Hülse aufrechtzuerhalten. Zusätzlich wird ein Vorheizen des Rotorkerns bewirkt, indem die Hitze benützt wird, die verwendet wird, um die Formvorheiztemperatur zu erhalten. So hat das herkömmliche Verfahren Probleme angetroffen, daß der Rotorkern eine unregelmäßige Temperaturverteilung hat und daß es viel Zeit in Anspruch nimmt, die Temperatur des Rotorkerns auf eine gewünschte Vorheiztemperatur davon zu erhöhen.

Die vorliegende Erfindung ist geschaffen, um die Nachteile zu beseitigen und die Probleme des herkömmlichen Verfahrens zu lösen.

Es ist demgemäß ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Ver­ fahren zur Herstellung eines Käfigläufers zu schaffen, wel­ ches Verfahren die inneren Defekte (d. h. Lücken und Lunker (oder Risse)) des Rotorleiters und der Endringe beseitigen kann und die Produktivität des Rotors in großem Maß erhöhen kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Um das vorhergehende Ziel zu erreichen und in Übereinstim­ mung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Ver­ fahren zur Herstellung eines Käfigläufers geschaffen, wel­ ches den Schritt umfaßt, daß ein Rotorkern gebildet wird, indem eine Vielzahl von Rotorkernstücken, von welchen jedes Spalte hat, in einer derartigen Weise überlagert wird, daß die Spalte der Rotorkernstücke Durchgangsspalte des Kerns bilden, und daß die Vielzahl der Rotorkernstücke an der Welle fest befestigt werden, und daß eine Isolationsschicht auf der inneren Oberfläche von jedem der Durchgangsspalte gebildet wird, den Schritt, daß der Rotorkern und eine sta­ tionäre Form fest zusammengeklammert werden, in dem äußere Preßformen und eine innere Preßform, welche dazu dienen, eine gesamte Dicke der Rotorkernstücke zu regulieren, von einer bewegbaren Form verwendet werden, in welcher eine Luftablaßlücke zwischen der inneren Preßform und jeder der äußeren Preßformen gebildet ist, und den Schritt, daß ein Druckguß auf geschmolzenem leitfähigem Material ausgeführt wird, um einen Rotorleiter in jedem der Durchgangsspalte zu bilden, und in simultaner Weise linke und rechte Endringe bei dem linken bzw. rechten Ende des Rotorkerns in einer der­ artigen Weise zu bilden, daß der Rotorleiter und die linken und rechten Endringe einstückig miteinander sind.

Dadurch können Gußdefekte vollständig daran gehindert wer­ den, in dem so hergestellten Rotorleiter und den linken und rechten Endringen des Käfigläufers aufzutreten. So kann die Stärke des Rotors zu dem Maß erhöht werden, das ausreichend ist, in einem Hochleistungs- (nämlich Hochgeschwindigkeits­ rotations-) Motor verwendet zu werden. Weiter schiebt sich kein leitfähiges Material in die Rotorkernstücke selbst hin­ ein. Darüber hinaus gibt es keinen Kurzschluß in dem Rotor­ leiter (der Rotorleiter ist nämlich vollständig von den Ro­ torkernstücken isoliert). Infolgedessen kann der Streulast­ verlust reduziert werden und die Effizienz eines Motors kann erhöht werden, indem der so hergestellte Käfigläufer ver­ wendet wird.

Weiter wird in dem Fall eines Ausführungsbeispiels des oben beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines Käfigläufers gemäß der vorliegenden Erfindung das geschmolzene leitfähige Material in Hohlraumteile, die zwischen der stationären Form und der bewegbaren Form gebildet sind, durch eine Hülse hin­ ein eingespritzt, und eine Wärmequelle ist in jedem der sta­ tionären Form, der bewegbaren Form und der Hülse vorgesehen. Weiter wird die Vorheiztemperatur der stationären und beweg­ baren Formen erhalten, indem die stationären und bewegbaren Formen gleichförmig erhitzt werden, indem die Wärmequelle verwendet wird. Die Vorheiztemperatur der Hülse wird auf ähn­ liche Weise erhalten, indem die Hülse gleichförmig geheizt wird, indem die Wärmequelle verwendet wird. Weiter wird die Vorheiztemperatur des Rotorkerns gleichförmig aufrecht­ erhalten, indem die Wärmequelle verwendet wird, die in der stationären Form und der bewegbaren Form vorgesehen ist.

So kann selbst in dem Fall eines Käfigläuferrotors für einen Hochleistungsmotor das geschmolzene leitfähige Material (z. B. Kupfer oder eine Kupferlegierung) gleichförmig in je­ den Spalt kleinen Durchmessers des Rotorkerns gegossen wer­ den. In der Folge können im Vergleich mit dem Rotor, der durch das herkömmliche Verfahren hergestellt wird, die Gußde­ fekte beträchtlich verringert werden. Infolgedessen überragt der Käfigläufer, der durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, hinsichtlich der mechanischen Charakteristiken. Darüber hinaus können die elektrischen Charakteristiken des Käfigläufers, der durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, verbessert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im folgenden beschrieben mit Bezug auf die begleitende Zeichnung, die ein bevorzugtes Ausführungs­ beispiel zeigt und in welcher gleiche Bezugszahlen gleiche oder entsprechende Teile durch alle Ansichten bezeichnen. In der Zeichnung ist:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer Druckgußvorrichtung für das Durchführen eines Verfahrens zur Herstellung eines Käfig­ läufers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines Rotorkerns, der an einer Welle befestigt;

Fig. 3 eine teilweise Querschnittsansicht eines Ro­ torkernstückes, in welchem eine Isolations­ schicht auf der inneren Oberfläche von jedem Spalt vorgesehen ist;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht eines Käfigläufers, der hergestellt wird, indem das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung durchge­ führt wird;

Fig. 5 eine Seitenansicht des Käfigläufers von Fig. 4; und

Fig. 6 eine schematische Querschnittsansicht einer Druckgußvorrichtung für das Durchführen ei­ nes herkömmlichen Verfahrens zur Herstellung eines Käfigläufers.

Ausführliche Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbei­ spiels

Im nachfolgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben werden, indem auf die Fig. 1 bis 5 Bezug genommen wird.

Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Druckgußvorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Käfigläufers, welches Verfahren die vor­ liegende Erfindung verkörpert. Fig. 2 ist eine Querschnitts­ ansicht eines Rotorkerns 21, der an einer Welle 10 von Fig. 1 befestigt ist. Fig. 3 ist eine teilweise Querschnitts­ ansicht eines Rotorkernstückes 1, in welchem eine Isolations­ schicht 9 auf der inneren Oberfläche von jedem Spalt 2 vorgesehen ist. Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht eines Käfigläufers 8, der hergestellt wird, indem das Verfahren durchgeführt wird, das die vorliegende Erfindung verkörpert. Fig. 5 ist eine-Seitenansicht des Käfigläufers von Fig. 4.

Im Fall des Käfigläufers 8 der vorliegenden Erfindung wird ein Rotorkern 6 zuerst hergestellt, indem eine Vielzahl von Rotorkernstücken 1 überlagert werden, von denen jedes Spalte hat, und zwar in einer Weise, daß die Spalte der Rotor­ kernstücke Durchgangslöcher oder -spalte 2 des Kerns 6 bil­ den, und die Vielzahl von Rotorkernstücken 1 mit einer Welle 10 durchstoßen wird und die Vielzahl von Rotorkernstücken 1 an der Welle 10 fest befestigt wird. Weiter wird in jedem der Spalte 2 des Kerns 6 eine Isolationsschicht 9 gebildet, indem der Kern und die Welle in ein Phosphatierungsbad ge­ taucht werden, welches eine Lösung von Phosphorsäure von 70 bis 80°C enthält, und zwar für ungefähr 30 Minuten. Überdies werden, wie in Fig. 1 veranschaulicht, der Rotorkern 6 und eine stationäre Form 12 fest zusammengeklammert, indem äuße­ re Preßformen oder Druckplatten 23 und eine innere Preßform oder Druckplatte 13 einer bewegbaren Form 11 verwendet wer­ den. Weiter wird eine Luftablaßlücke 22b zwischen der inne­ ren Preßform 13 und jeder der äußeren Preßformen 23 gebil­ det. Überdies dienen diese Preßformen oder Druckplatten wei­ ter dazu, eine Gesamtdicke der Rotorkernstücke 1 zu regulie­ ren. Dann wird Kupfer oder eine Kupferlegierung, das oder die in dem geschmolzen wird, was eine Nichtoxidations- (oder Nicht-Sauerstoff-) Umgebung genannt wird, in die Spalte 2 als das leitfähige Material hinein eingespritzt wird. Nachfolgend wird ein Druckguß des leitfähigen Materials ausgeführt. So werden ein Rotorleiter 5 und linke und rechte Endringe 3 und 4 simultan als ein Körper gebildet (nämlich als einstückig miteinander). Schließlich wird eine Nachbear­ beitungsbetätigung auf einem unvollendeten Rotor durchge­ führt, um dessen Abmessungen zu regulieren. Die Fig. 4 und 5 veranschaulichen den Aufbau eines vollendeten Käfig­ läufers 8 der vorliegenden Erfindung. Weiter ist im Fall des Käfigläufers 8 der Umfang des Rotorkerns 6 zu dem abge­ schliffen, was durch die gestrichelten Linien 25 von Fig. 3 angedeutet ist. So wird der Rotorleiter 5 von dem, was ein vollständig geöffneter Typus genannt wird. Übrigens kann die Stärke des Rotors erhöht werden, indem Begrenzungsrandteile zwischen dem kreisförmigen Teil und dem rechteckigen Teil von jedem der Spalte 2 verjüngt werden (jedoch ist so ein Beispiel für die Kürze der Zeichnung nicht gezeigt).

Nachfolgend wird der Herstellungsprozeß des Käfigläufers 8 detaillierter beschrieben werden.

Zuerst wird der Rotorkern 6 hergestellt, indem die Vielzahl der Rotorkernstücke 1 überlagert wird, in jedem von welchem das ausgebildet ist, was Spalte eines vollständig geöffneten oder vollständig geschlossenen Typus genannt wird, und zwar in einer derartigen Weise, daß die Spalte der Rotorkern­ stücke Durchgangsspalte 2 des Kerns 6 bilden, und indem die Vielzahl der Rotorkernstücke 1 mit der Welle 10 durchstoßen wird und die Vielzahl der Rotorkernstücke 1 an der Welle 10 befestigt werden. Übrigens kann jeder der Spalte 2 gebildet werden, als parallel mit der Mittelachse oder Welle oder als schief in Bezug auf die Welle zu sein. Weiter wird die Iso­ lationsschicht 9, welche gegen die Temperatur des geschmol­ zenen leitfähigen Materials beständig ist, auf der inneren Oberfläche von jedem der Spalte 2 gebildet. So wird ein Ro­ torkernsatz wie in Fig. 2 veranschaulicht hergestellt. Zu­ sätzlich wird wie oben beschrieben, die Isolationsschicht 9 gebildet, indem z. B. der Rotorkern und die Welle des Käfig­ läufers 8 in ein Phosphatierungsbad, welches eine Lösung von Phosphorsäure von 70 bis 80°C enthält, für ungefähr 30 Minuten getaucht wird. Dann wird der Rotorkernsatz auf 200 bis 850°C vorgeheizt, indem ein Heizgerät wie ein elektri­ scher Ofen verwendet wird. Als nächstes wird das leitfähige Material (z. B. Kupfer oder eine Kupferlegierung) vorläufig gleichförmig geschmolzen, bei dem was eine schmelzende Tem­ peratur (nämlich eine Gußtemperatur) von 1100 bis 1250°C genannt wird, indem ein schmelzendes Gerät verwendet wird. Zu der Zeit des Schmelzens des leitfähigen Materials wird Stickstoffgas oder Argongas als die Nichtoxidationsumgebung verwendet, um die mechanischen und elektrischen Charakte­ ristiken des leitfähigen Materials nicht zu verschlechtern. Nachfolgend wird der vorgeheizte Rotorkernsatz in dem Hohlraumteil der bewegbaren Form 11 positioniert, indem die Welle 10 verwendet wird und wird dort hinein eingeschoben. Jede der bewegbaren Form 11 und der stationären Form 12 ist mit einer Wärmequelle wie einem Heizer vorgesehen und auf eine Formvorheiztemperatur von 200 bis 850°C geheizt. Dann wird die bewegbare Form 11 und die stationäre Form 12 durch eine Kraft von 80 bis 100 Tonnen zusammengeklammert. Simultan damit wird ein hydraulisches Gerät 24 aktiviert.

Weiter wirken die äußeren Preßformen 23 und die innere Preßform 13, welche sich mit dem hydraulischen Gerät 24 zusammenschließen oder verbinden, in der Richtung, die durch einen Pfeil in Fig. 1 angedeutet ist, um die Gesamtdicke des Rotorkerns 6 in einer derartigen Weise zu regulieren, daß es keine Lücke zwischen benachbarten Rotorkernstücken 1 gibt. Zu der Zeit ist es bevorzugt, daß der Druck, der durch das hydraulische Gerät 24 verursacht wird, 500 bis 800 Kilogramm (kg) beträgt.

In ähnlicher Weise wie die Formen ist die Hülse 14 mit einer Wärmequelle wie einem Heizer vorgesehen, durch welchen die Hülse 14 auf eine Vorheiztemperatur von 200 bis 1250°C vorgeheizt wird. Die Einstellung wird wie oben beschrieben durchgeführt. Als nächstes wird geschmolzenes leitfähiges Material einer Menge, die erfordert wird, um einen Druckguß einmal zu bewirken, aus der Schmelzvorrichtung getaucht, indem ein Keramikgefäß verwendet wird. Dann wird die Oberflä­ che des leitfähigen Materials in einen Nichtoxidationszu­ stand gesetzt, indem Stickstoffgas oder dergleichen darauf geblasen wird. Nachfolgend wird ein derartiges leitfähiges Material unmittelbar in die Hülse 14 aus dem Einspritzteil 15 davon eingespritzt. Weiter wird das leitfähige Material durch die Druckplatte 16, die mit der Spitze 17 vorgesehen ist, in einer derartigen Weise daraus ausgespritzt, daß die Flußgeschwindigkeit des ausgespritzten leitfähigen Materials an dem Zugang (nachfolgend als die Zugangsflußgeschwindig­ keit bezeichnet) 10 bis 50 Meter (in) pro Sekunde (sec) wird. Zu der Zeit wird die Geschwindigkeit der Druckplatte in ei­ ner derartigen Weise eingestellt, daß bei dem Beginn des Aus­ spritzens ein Teil der Hülse zu dem Zugang 18 mit dem leitfähigen Material gefüllt wird, und so ist der Hohlraum jenseits des Zugangs 18 mit Luft gefüllt. Danach schreitet die Druckplatte vorwärts (nämlich geht sie zu dem linken wie in Fig. 1 gesehen), das erschmolzene Metall (nämlich das geschmolzene leitfähige Material) bildet zuerst den rechten Endring 3 und bildet dann den Rotorleiter 5. Schließlich, wenn die Luft vollständig aus der Luftablaßlücke 22b abgelassen ist, die zwischen der äußeren Preßform 23 und der inneren Preßform 13 gebildet wird, bildet das geschmolzene Metall den linken Endring 4. So wird die Verfestigung des erschmolzenen Metalls abgeschlossen. Übrigens ist es bevorzugt, daß die Breite der Luftablaßlücke 22b innerhalb des Bereichs von 0,1 mm bis 0,2 mm oder so beträgt.

Es gibt keine Gußdefekte in dem so hergestellten Rotorleiter 5 und den linken und rechten Endringen 3 und 4 des Käfigläu­ fers. Weiter schiebt sich kein leitfähiges Material in die Rotorkernstücke selbst hinein. Darüber hinaus gibt es eine eindeutige Isolationsschicht auf der inneren Oberfläche von jedem der Spalte. Daher ist der Rotorleiter vollständig von den Rotorkernstücken isoliert. Dies hat die Verringerung der Streulastverluste und die Erhöhung der Effizienz eines Mo­ tors zur Folge, der diesen Käfigläufer verwendet. Übrigens kann jedes isolierende Material, welches gegen die hohe Tem­ peratur des geschmolzenen Kupfers beständig ist, als das Material der Isolationsschicht verwendet werden. Z.B. kann statt des Phosphatüberzugs ein Aluminiumkeramiküberzug oder ein Zirkondioxidkeramiküberzug als die Isolationsschicht verwendet werden.

Ein erster Aspekt des Verfahrens zur Herstellung des Käfig­ läufers gemäß der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß der Rotor mit den äußeren Preßformen und der inneren Preß­ form geschaffen wird, welche in der bewegbaren Form wie in Fig. 1 veranschaulicht angeordnet werden und die Funktionen des Regulierens der Gesamtdicke der Rotorkernstücke und des Ablassens der Luft haben. So folgen selbst in dem Fall, wo ein leitfähiges Material mit einer großen Verfestigungs­ schrumpfrate (z. B. Kupfer) verwendet wird, die äußeren Preß­ formen und die innere Preßform, die die Funktion der Regulie­ rung der Gesamtdicke der Rotorkernstücke haben, automatisch der Verfestigung und Schrumpfung bzw. Volumenminderung des leitfähigen Materials. Dies ist vorteilhaft für die Verhin­ derung eines Auftretens eines Schrumpfungshohlraums. Infolge­ dessen werden keine Gußdefekte gebildet. Darüberhinaus wird die Luftablaßlücke längs des Umfangs des linken Endrings 3 gebildet und in der Richtung des Flusses des erschmolzenen Metalls (d. h. des geschmolzenen leitfähigen Materials) angeordnet. Dies vereinfacht das Ablassen von Luft.

Weiter liegt ein zweiter Aspekt des Verfahrens zur Herstel­ lung des Käfigläufers gemäß der vorliegenden Erfindung dar­ in, daß eine Wärmequelle 20 wie ein Heizer für den Zweck in der Hülse vorgesehen ist, daß ein Abfall in der Temperatur des erschmolzenen Metalls (d. h. des geschmolzenen leitfähi­ gen Materials) so weit wie möglich verhindert wird, und eine Wärmequelle 19 auch in jeder der stationären und bewegbaren Formen vorgesehen ist, um die Fluidität des erschmolzenen Metalls zu erhöhen. Die Wärme des erschmolzenen Metalls (d. h. des geschmolzenen leitfähigen Materials) wird nämlich hinreichend zwischen dem Tauchen des erschmolzenen Metalls aus dem Schmelzgerät und den Formen des Käfigläufers gehal­ ten. Dadurch können selbst in dem Fall der Spalte des Käfig­ läufers für die Verwendung in einem Miniaturmotor derartige Spalte mit einem Durchmesser gleich oder weniger als 3 mm gleichförmig mit dem erschmolzenen leitfähigen Material ge­ füllt werden. Übrigens beträgt die Vorheiztemperatur dieser Hülse 200 bis 1250°C. Im Fall, wo die Vorheiztemperatur der Hülse gleich oder weniger als 850°C ist, welches etwas höher als eine Temper-Temperatur ist, kann Kupfer, das für eine heiße Form geeignet ist, als das Material der Formen verwen­ det werden. Dadurch wird die Fähigkeit der Formen nicht ver­ ringert. Im Gegensatz ist, in dem Fall, wo die Vorheiztempe­ ratur der Hülse höher als 850°C ist, Aluminiumnitridkeramik geeignet, weil Aluminiumnitridkeramik eine überlegene Hitzebeständigkeit hat und beständig gegen das ist, was Wärmesprünge (d. h. heiße Sprünge) genannt werden, und eine geringe metallurgische Reaktion auf leitfähige Materialien zeigt. Weiter ist die Vorheiztemperatur der stationären und bewegbaren Formen vorzugsweise 200 bis 850°C. So kann Kupfer, das für eine heiße Form geeignet ist, als das Material der Formen verwendet werden, ähnlich wie bei der Hülse. In der Folge braucht das Verfahren zur Herstellung des Käfigläufers keine Ausrüstung großen Maßstabs. Weiter sind in dem Vergleich mit dem herkömmlichen Verfahren die Produktionskosten des Rotorkerns niedrig. Nebenbei sollte die maximal zulässige Temperatur der Formen gleich oder niedriger als die Vorheiztemperatur des Rotorkerns (d. h. 850°C im Fall dieses Ausführungsbeispiels) sein. Dies ist, weil die magnetischen Charakteristiken von Siliziumeisen­ blech, das in den Rotorkernstücken verwendet wird, abrupt verschlechtert werden, wenn die Temperatur der Formen höher als die Vorheiztemperatur des Rotorkerns werden. So sollte die Vorheiztemperatur der Formen gleich oder weniger als 850°C sein.

Darüber hinaus liegt ein dritter Aspekt des Verfahrens der Herstellung des Käfigläufers gemäß der vorliegenden Erfin­ dung darin, daß das Schmelzen des leitfähigen Materials in der Nichtoxidationsumgebung wie Stickstoff- oder Argongas bei der Gußtemperatur von 1100 bis 1250°C durchgeführt wird. Übrigens kann derartiges Gas die Oberfläche des er­ schmolzenen Materials, das aus dem Schmelzgerät getaucht wird, und den Raum bedecken, durch welchen das erschmolzene Metall fließt und der sich von der Innenseite der Hülse zu den Hohlraumteilen der Formen erstreckt, in welche der Rotor­ kernsatz hinein eingeschoben wird. Weiter ist es bevorzugt, daß die Gußtemperatur höher als 1100°C ist, welches höher als der Schmelzpunkt von Kupfer (d. h. 1083°C) ist, und sie ist niedriger als 1250°C im Hinblick auf die Qualität des erschmolzenen Metalls und der Arbeitsfähigkeit der Preßfor­ men. Im Fall, wo die Gußtemperatur höher als 1250°C ist, neigen Sauerstoff und Wasserstoffgase oder dergleichen dazu, in das erschmolzene Metall hineingemischt zu werden.

Die Zugangsflußgeschwindigkeit zur Zeit des Durchführens des Druckgusses unter derartigen Bedingungen hängt von der Größe des Käfigläufers ab und beträgt vorzugsweise 10 bis 50 m/sek. in diesem Ausführungsbeispiel. Im Fall, daß die Zu­ gangsflußgeschwindigkeit gleich oder weniger als 10 m/sek beträgt, tritt die Verfestigung des erschmolzenen Metalls manchmal in der Mitte von jedem Spalt kleinem Durchmessers auf. Auf der anderen Seite werden, in dem Fall, daß die Zu­ gangsflußgeschwindigkeit gleich mit oder höher als 50 m/sek ist, die Hohlraumteile, die zwischen den Formen gebildet sind, mit dem erschmolzenen Metall gefüllt, wenn die Luft noch nicht vollständig abgelassen ist. So kann Luft in das leitfähige Material hinein eingeführt werden.

Während ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung oben beschrieben worden ist, ist es zu verstehen, daß die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist und daß andere Modifikationen Fachleuten offensichtlich sein werden, ohne von der Erfindung abzuweichen. Der Bereich der Erfindung ist daher nur durch die beigefügten Ansprüche bestimmt.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung eines Käfigläufers, welches die Schritte umfaßt, daß:
ein Rotorkern hergestellt wird, indem eine Vielzahl von Rotorkernstücken, von welchen jedes Spalte hat, in einer derartigen Weise überlagert wird, daß die Spalte der Rotorkernstücke Durchgangsspalte des Kerns bilden, und die Vielzahl der Rotorkernstücke an der Welle fest be­ festigt wird, und eine Isolationsschicht auf der inneren Oberfläche von jedem der Durchgangsspalte gebildet wird;
der Rotorkern und eine stationäre Form fest zusammenge­ klammert werden, indem äußere Preßformen und eine innere Preßform, welche dazu dienen, eine Gesamtdicke der Rotorkernstücke zu regulieren, einer bewegbaren Form verwendet werden, in welcher eine Luftablaßlücke zwischen der inneren Preßform und jeder der äußeren Preßformen gebildet ist; und
ein Druckguß auf geschmolzenem leitfähigen Material aus­ geführt wird, um einen Rotorleiter in jedem der Durch­ gangsspalte zu bilden und gleichzeitig linke und rechte Endringe bei dem linken bzw. rechten Ende des Rotorkerns zu bilden, in einer derartigen Weise, daß der Rotorlei­ ter und die linken und rechten Endringe einstückig mit­ einander sind.

2. Verfahren zur Herstellung eines Käfigläufers nach Anspruch 1, worin das leitfähige Material einen spezifischen Wider­ standswert kleiner als ein spezifischer Widerstandswert von Aluminium hat, und worin das leitfähige Material in einer Nicht-Oxidations-Umgebung bei einer Gußtemperatur von etwa 1100 bis 1250°C geschmolzen wird, bevor der Druckguß ausgeführt wird.

3. Verfahren zur Herstellung eines Käfigläufers nach Anspruch 2, worin das leitfähige Material Kupfer oder eine Kupferle­ gierung ist.

4. Verfahren zur Herstellung eines Käfigläufers nach Anspruch 1, worin das geschmolzene leitfähige Material in Hohlraum­ teile, die zwischen der stationären Form und der beweg­ baren Form gebildet sind, durch eine Hülse eingespritzt wird, worin eine Wärmequelle in jedem der stationären Form, der bewegbaren Form und der Hülse vorgesehen ist, und worin eine Vorheiztemperatur auf den stationären und bewegbaren Formen 200 bis 850°C beträgt, eine Vorheiz­ temperatur der Hülse 200 bis 1250°C beträgt und eine Vorheiztemperatur des Rotorkerns 200 bis 850°C beträgt.

5. Verfahren zur Herstellung eines Käfigläufers nach Anspruch 4, worin ein Heizer als jede der Wärmequellen verwendet wird.

6. Verfahren zur Herstellung eines Käfigläufers nach Anspruch 1, worin, wenn der Druckguß ausgeführt wird, eine Flußge­ schwindigkeit des leitfähigen Materials bei einem Zu­ gang, der zwischen der stationären Form und der beweg­ baren Form gebildet ist, 10 bis 50 m/sek. beträgt.