DE7344349U - Asynchronlaeufer - Google Patents
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Description
123/73 Ke./Ke.
Die Erfindung betrifft einen Asynchronläufer, dessen Leiterstäbe über einen Kurzschlussring durch eine Lötverbindung
kurzgeschlossen sind.
Drei der heute gebräuchlichsten Lötverbindungen von Kurzschlussring und Leiterstäben sind in Fig.l der später beschriebenen Zeichnung gezeigt. Es sind dies gemäss Fig.la
eine stirnseitige Verbindung der Leiterstäbe mit einer Kreisringfläche de" Kurzschlussringes, gemass Fig,Ib das Einlöten der Stabenden in radialen Nuten am Ring und gemäss
Fig.Ic das Auflöten der Stabenden auf dem äusseren Ringumfang.
und elektrische Kennv/ertc aufweiten, kann es vorkommen, dass
ir einer ProrU ).'·■'ν ions ε tat te für Asynchronläufer je nach gestellten
Anforderungen alle drei Lötverbindungen ausgeführt
Ii *} It Q 0 7 Ή ΤΓ
123/73
werden, was als nachteilig und unrationell für Berechnung, Konstruktion und Fertigung anzusehen ist. Zudem weisen die
einzelnen Verbindungen die im folgenden kurz genannten Nachteile auf:
Zu la - Einfache beidseitige Kehlnaht am T-Stoss gibt ungenügende
Festigkeit.
- K-Naht mit beidjseitiger Kehlnahtabdeckung erfordert
teure Bearbeitung der Leiterstabenden
- Für optimalen Lötspalt zwischen Ring und Leiterstab ist sauberes Plandrehen aller Flächen erforderlich
Zu Ib - Teuere Bearbeitung des Kurzschlussringes.
Zu Ic - Bei höheren Festigkeitsanforderungen bewirkt die benötigte,
relativ grosse Breite des Ringes eine grosse axiale Erstreckung des Läuferkäfigs.
Den drei genannten Verbindungen haften gemeinsam zwei schwerwiegende
Nachteile an. Zum einen kann vor dem Arbeitsgang an den Lötstellen kein Lötgut angebracht werden, wodurch die
Verbindungen nur schwierig in derselben Güte zu reproduzieren sind. Zum emdern ι üssen zum Erwärmen der Lötstelle beide
Werkstücke gleichzeitig auf die Arbeitstemperatur aufgeheizt werden, wodurch wegen der langandauernden Wärme Ic-itung in
den Leiterstäben dieselben durch Weichglühen an Festigkeit
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verlieren. Zudem werden die untersten Blechpakete des Eisenkerns und die dazwischen liegenden Isolationsschichten
hohen, unzulässigen Temperaturen ausgesetzt.
Aufgabe der Erfindung ist es, für alle bei Asynchronläufern vorkommenden Geometrien von Leiterstäben und Kurzschlussringen
eine einheitliche Lötverbindung derselben mit guten mechanischen und elektrischen Eigenschaften zu
schaffen.
Dia vorliegende Aufgabe wird erfindungsgemass dadurch gelöst,
dass der Kurzschlussring an einer Kreisringfläche mindestens eine Vertiefung aufweist, in welche die Leiterstäbe
mit ihren Stirnenden eingreifen und verbleibende Spalte mit Zusatzwerkstoff ausgefüllt sind.
Bei einer solchen Lötverbindung ist der gesamte Leiterstabquerschnitt
sowohl mechanisch als auch elektrisch wirksam. Mechanisch wird eine dreifache Sicherheit geboten:
a) Die in der Vertiefung des Kurzschlussringes liegenden Leiterstabenden können sich bei einem Bruch der Lötstelle
während des Laufes des Asynchronläufers nicht radial vom Ring abheben.
b) Der die beiden Werkstücke vereinigende Zusatzwerkstoff,
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der zumindest am ganzen Querschnitt der Leiterstäbe haftet, weist eine höhere Festigkeit auf als die Werkstücke
selbst.
c) Bei Nenndrehzahl des Asynchronläufers sind die Leiterstäbe nahezu spannungsfrei.
Eine bedeutende Vereinfachung wird dadurch erzielt, dass die Vertiefung an der Kreis .ngfläche als eine durchgehende
Ringnut ausgebildet ist. Schon bei der spanabhebenden Fertigung des Kurzschlussringes, welcher ein einfacher Drehteil
ist, kann in derselben Aufspannung die Bearbeitung der Ringnut erfolgen. Dieselbe kann auch als Zentrierung
des Ringes am Läufer dienen.
Die den eigentlichen Lötspalt zwischen Ring und Leiterstab bildende Stirnfläche der Stäbe kann uneben ausgeführt werden,
wobei sich vorzugsweise ein Zahnstangenprcfil anbietet-
Es wird dadurch eine Vergrösserung der wirksamen Fläche erzielt, die Güte der Lötnaht wird gesteigert durch
ein sicheres Austreten des Flussmittels aus der Lötstelle, und zudem wird eine beträchtliche Einsparung an Lötgut vorgenommen.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Asynchronläufers mit durch Löten verbundenen Leiterstäben am Kurzschlussring
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Γ) 123/73 >
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzschlussring mittels
einer Wärmequelle auf die Arbeitstemperatür aufgeheizt
wird, hierauf der metallische Zusatzwerkstoff schmilzt und die Spalte zwischen dem Kurzschlussring und
den zu verbindenden Leiterstäben ausfüllt und letztere auf die Ai «ei ts tempera tür erwärmt.
Das indirekte Aufheizen der Leiterstäbe, deren Enden nur kurzzeitig die Arbeitstemperatur aufweisen, bewahrt die
ursprüngliche Härte des Werkstoffes an der Einspannstelle der Leiterstäbe im Elsenkern des Läufers. An dieser für
die Querschnlttsdimensionlerung der Stäbe massgebliche^Stel-Ie
kann somit mit der annähernd vollen Materialfestigkeit gerechnet werden. Zudem treten keine Wärmeschäden an den
Isolationsschichten der Blechpakete auf.
Wird die Lötung bei vertikal angeordneten Leiterst^ben
durchgeführt, so ergibt sich der Vorteil des einfachen Anbringens einer vordosierten Menge Zusatzwerkstoff und Flussmittel
am Kurzschlussring. Ausserdem ist bei Benützung einer universell anwendbaren, mobilen Wärmeqtielle das Arbeitsverfahren
ortsunabhängig, da das vertikale Anordnen der Leiterstäbe durch einfaches Anhängen des Asynchr^nlaufers,
beispielsweise an ein Hebezeug, erzielbar ist.
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Es ist angebracht, das Aufheizen des Kurzschlussringes mittels Induktionswa'rme vorzunehmen. Infolge der hohen Leistungskonzentration, die diese Art von Erwärmen ermöglicht, wird
der Lötvorgang hinsichtlich erzielbarer Qualität und benötigtem Zeitbedarf wesentlich verbessert. Zudem können wegen der
problemlosen Ueberwachung angelernte Arbeitskräfte mit der Durchführung des Lötens betraut werden.
Ferner ist es günstig, dass der Kurzschlussring segmentweise in einer Durchlaufanordnung auf Arbeitstemperatür aufgeheizt
wird, sodass nur die sich in der Wärmezone befindlichen Leiterstäbe mit dem Zusatzwerkstoff binden. Selbst grösste Werkstücke
können auf die Art mit guter Reproduzierbarkeit aller Lötnähte bearbeitet werden. Infolge des eng begrenzten partiellen
Erwärmens bedarf es nur einer relativ geringen Lötleistung, wodurch die Investitionskosten für die Energiequelle
begrenzt bleiben.
Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet
durch eine auf dem Kurzschlussring einwirkende Wärmequelle und durch Mittel zum vertikalen Anordnen des Asynelironläufers,
dessen Leiterstäbe unter Bildung von Spalten in die Vertiefung an der Kreisringfläche des Kurzschlussringes eingreifen,
wobei in der Vertiefung eine dosierte Msnge metallischer
Zusatzwerkstoff und Plussmittel untergebracht ist.
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Als Wärmequelle wird vorzugsweise ein Flächeninduktor verwendet.
In der Zeichnung sind Ausführungen zum Stande der Technik sowie ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung vereinfacht veranschaulicht.
Es zeigen:
Fig.la bis Ic Ausschnitte von drei bekannten Lötverbindungen in planparalleler Darstellung
Es zeigen:
Fig.la bis Ic Ausschnitte von drei bekannten Lötverbindungen in planparalleler Darstellung
Fig.2 ein Ausschnitt eines AusfUhrungsbeispieles der Lötverbindung
gemäss der Erfindung in planparalleler Darstellung
Fig.3 eine Schnittdarstellung einer Lötstelle vor und jaach dem Arbeitsgang
Fig.3 eine Schnittdarstellung einer Lötstelle vor und jaach dem Arbeitsgang
Fig.4 eine Abwandlung der Lötstelle gemäss Fig.j5
Fig.5 schematisch einen teilweise geschnittenen Asynchronläufer und eine Einrichtung zur Herstellung der Lötverbindungen.
Gleiche Elemente sind in allen Fig. mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In allen Fig. sind mit 1 die kupfernen Leiterstäbe und mit der kupferne Kurzschlussring bezeichnet.
Die drei Lötverbindungen nach Fig.l sind bei der Angabe des
Standes der Technik kommentiert worden.
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- 8 - 123/73 ,,/
In Pig.2 ist die Vertiefung J als eine umlaufende Ringnut
in die den Leiterstäben 1 zugekehrte Kreisringfläche des Kurzschlussringes 2 eingearbeitet»
Pig.5 zeigt im linken Teil das zu verlötende Ende der Leiterstäbe
1, welch« in die Ringnut eingreifen unter Bildung des Spaltes 4 zwischen Stab und Nut^flanken einerseits
und des eigentlichen Lötspaltes 5 zwischen Stirnfläche des Stabes und Nutgrund andererseits. Die Stirnfläche ist eben
ausgebildet. Da das zum Vereinigen der beiden Werkstücke 1 und 2 verwendete Lötgut eine höhere Festigkeit als die Werkstücke
selbst aufweist, ist eine enge Passung der Lötstelle nicht erforderlich. Zum Einsparen von Lötgut wird man jedoch
möglichst kleine Spalte 4 und 5 wählen unter Berücksichtigung der radialen Ausdehnung des Ringes 2 während dem
Aufheizen. Im rechten Teil 'er Fig.J>
ist die fertige Lötverbindung ersichtlich, die gekennzeichnet ist durch den die Ringnut teilweise ausfüllenden Zusatzwerkstoff 6, - im
vorliegenden Fall ein Silberlot -, durch die Bildung einer Hohlkehle zwischen Lötgut und Nutflanke einerseits und
zwischen Lötgut und Leiterstab 1 andererseits, sowie durch die über den Zusatzwerkstoff 6 in der Ringnut erstarrte
Schicht Plussmittel 7.
In Fig.4 ist die Stirnfläche des Leiterstabes 1 mit dem
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- 9 - 123/73 ,r,
Zahnstangenprofil 8 versehen. Die fertig? Lötverbindung im
rechten Teil unterscheidet sich von derjenigen in Figo
durch einen wesentlich höheren FUllgrad der Lötstelle sowie einen weitaus geringeren Füllgrad der Ringnut; eine
derartige Gestaltung der Lötstelle führt neben einer qualitativ hochwertigen Lötung zusätzlich zum Einsparen von mehr
als 50 % Zusatzwerkstoff.
In Fig.5 sind nur die zum Verständnis cer Erfindung notwendigen
Teile dargestellt. Der Asynchronläufer 9 besteht iin wesentlichen aus der Welle 10, einem aus den Blechen
aufgebautem Eisenkörper, den beiden Kurzschlussringen 2 sowie aus einer Anzahl von Leiterstäben 1. Die vertikale
Anordnung des Läufers 9 ist durch einfaches Anhängen des
oberen Wellenstummels am Kranha_ken 12 und Führen des unteren
V/ellenstummeIs im Spitzenlager 1J>
gegeben. Der Läufer
kann leicht manuell oder automatisch mittels einer nicht gezeigten Drehvorrichtung in Drehung versetzt werden; dies
ist beispielsweise erforderlich, wenn wie im vorliegenden
Fall die Wärmequelle 14 zum Aufheizen der Lötstellen benützt
wird, welche ein mobiler, universell anwendbarer Flächeninduktor ist. Dieser ist derart gestaltet, dass er auf einen
zwei bis vier Ctabteilungcn entsprechenden Abschnitt des Xurzsc' lussringes 2 wirkt.
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Beim Herstellen der Lötverbindung wird folgendervnassen vorgegangen:
Soll bei der fertigen Lötverbindung ein äquidistanter Abstand zwischen den Nut^_flanken und dem Leiterstab 1 erzielt
werden, so muss die Wärmeausdehnung des Kurzschlussringes 2 beim Aufheizen dahingehend berücksichtigt werden,
dass beim Eingreifen des Leiterstabendes in die Ringnut der äussere Spalt 4 zwischen radial aussenliegender Nutflanke
und Stab kleiner gewählt wird als der innere zwischen innenliegender Nutflanke und Stab. Optimal ist beim Einpassen
eine äussere Spaltbreite von nahezu Null, da hierdurch ein sauberes Zentriereides Kurzschlussringes 2 im kalten Zustand
gegeben ist und zudem beidseitig eine Kapillarwirkung auf
den flüssigen Zusatzwerkstoff 6 ausgeübt wird. Dieser, entweder in Draht- oder Blechform oder als Feilung sowie das
Flussmittel 7 werden in dosierter Menge in die Ringnut eingegeben,
nachdem der Läufer 9 in die Lötstellung - im vorliegenden
Fall bei vertikaler Welle 10 - gebracht wurde.
Das Erwärmen der Lötstelle geschieht mit dem wassergekühlten Flächeninduktor. Als Energiequelle wird ein nichtgezeigter
Mittelfrequenz-Generator verwendet. Der Induktor, welcher gemäsß Aufgabenstellung sowohl bei kleinsten als auch bei
gröcsten zu verlötenden Asynchronläufern zum Einsatz kommen
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soll, wird leistungsmässig entsprechend der am meisten Wärme
verbrauchenden Lötverbindung ausgelegt. Dies hat den Vorteil, dass Kurzschlussringe kleineren Querschnittes zwecks Zeiteinsparung
mit der vollen Heizleistung des Induktors bis knapp unter die Liquidustemperatur des Zusatzwerkstoffes 6
erwärmt werden, worauf die Lötung nur noch mit der zur Aufrech terhaltung der Arbeitstemperatur benötigten Leistung vollzogen
wird. Die Arbeitstemperatur liegt knapp über der Liquidus tempera tür.
Durch Induktionswärme direkt wird nur uer Kurzschlussring 2
aufgeheizt, wobei bei optimaler Auslegung der Geometrie der Lötstelle die Spalte 4 zwischen den Leiterstäben 1 und den
Nut flanken nach der erfolgten Wärmeausdehnung des Kurzschlussringes 2 bei Arbeitstemperatur gleich breit sind. Der
aufschmelzende Zusatzwerkstoff 6 füllt den Lötspalt 5>
benetzt die Umflächen des Leiterstagendes und unterliegt einer
Kapillaraszension in den Spalten 4. Durch den Wärmefluss vom Lötbad in das Leiterstabende wird dieses auf die Arbeitstemperatur
erwärmt, bei deren Erreichen die Diffusion von Lotkomponenten in den Werkstoff des Leiterstabes 1 eintritt, womit
die Bindung vollzogen ist. Die fertige Lötung ist erkenntlich,
wenn sich eine saubere Hohlkehle zwischen dem Lötbad und dem Leiterstab 1 gebildet hat. Während der VerflUssigungs- und
der Bindungsphase ist durch das Austreten des spezifisch leich-
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teren Flussmittels 7 aus der Schmelze sowie aus den Spalten
4 und 5 eine stark quirlende Bewegung im Lötbad vorhander,
welches sich erst nach völligem Ausscheiden des Flussmittels 7 beruhigt. Besonders günstig hinsichtlich Flussmittelaustritt
ist die lötgerechte Stirnflächengestaltung der Leiterst'äbe 1 nach Fig.4. Einschlüsse in der Lötnaht treten hier, wenn überhaupt,
nur an den Zahnspitzen auf. Dies, weil das stark benetzende Silberlot die Zahnlücken bis hinauf in die Spitzen
ausfüllt und das Flussmittel Jder einen Halt an den schmalen, den eigentlichen Lötspalt bildenden Stegen noch an den steilen
Zahnflanken findet.
Der verlötete Abschnitt wird durch Drehen des Läufers 9 aus
dem Wirkungsbereich der Wärmequelle 14 entfernt. Beim Abkühlen auf die Solidustemperatur erstarrt das Lötgut, und
bei weiterem Absenken der Temperatur verfestigt sieht das Flussmittel zu einer dünnen spröden Schicht, welche leicht
abklopfbar oder abwaschbar ist.
Zum Verlöten aller Leiterstäbe 1 mit dem Kurzschlussring 2 durchläuft dieser abschnittsweise die Erwärmungszone bis zu
einer vollendeten Umdrehung. Anschliessend lässt man abkühlen, wobei der Ring auf die Kaltmasse zusammenschrumpft. Die verlöteten
Leiterstabenden machen zwangsläufig die radial nach innen gerichtete Bewegung mit. wobei die Leiterstäbe an der
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Einspannstelle in einen Spannungszustand versetzt werden, der
nahe der 'Fliessgrenze des Materials liegt. Diese Vorspannung
sich,
wirkt ''insofern günstig aus, als sie im Betrieb des Asynchronläufers
bei Nenndrehsahl sowohl von der Flicgkraftbeanspruchung
als auch von Warmespannungen nahezu ganz kompensiert
wird.
Durch das auf einen kleinen Abschnitt begrenzte, partielle Erwärmen
des Kurzschlussringes 2, welches nur durch die hohe Leistungskonzentration des Induktors ermöglicht wird, vollzieht
sich der Lötvorgang äusserst schnell. Hierdurch weisen die zn verlötenden Enden der Leiterstäbe 1 nur kurzzeitig
die Arbei.tstemperatur von etwa 650 C auf, während durch die
Schnelligkeit des Vorganges an der Einspannstelle der Leiterstäbe 1 im Eisenkern eine Temperatur von etwa 150 C nicht
überschritten wird, folglich kein Weichglühen des Materials stattrindet. Dies ist besonders wichtig, da die betreffende
Einspannstelle aufgrund der Biegung der Stäbe beim Schrumpfen des Ringes sowie der betrieblichen Beanspruchungen die für
die Dimensionierung der Lsiterstabe massgebliche Stelle ist. Für die Bestimmung des erforderlichen Querschnittes kann nahezu
die volle Harte des Kupfers zugrunde gelegt werden, womit sich die bisher übliche Ueberdimensionierung der Leiterstäbe
- aufgrund des welchen Zustandeε des Materials an der Kritischen
Stelle infolge langandauerndem Glühen - erübrigt.
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- lh -
Durch Wärmeleitung von den Leiterstäben Ubei· die Einspannstelle
werden die untersten Blechpakete des Eisenkerns am stärksten wärmebelastet. Die zwischen den Blechen 11 liegenden Isolationsschichten, deren teilweise Verkohlung bisher in Kauf genommen
wurde, werden gemäss vorliegendem Verfahren keinen beschädigende Wirkung auslösenden Temperaturen ausgesetzt.
Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf das in der Zeichnung Dargestellte.
So kann in der Ringnut der Uebergang zwischen Nutflanken und Nutgrund abgerundet sein. Hierdurch lässt sich das Lötgut,
welches in Fig.4 die Hohlkehle mit der Nutflanke bildet, einsparen.
Statt einer Ringnut kann die Vertiefung als Aussparung, Rille oder Sackloch ausgebildet sein.
Sind beispielsweise die Asynchronläufer als Massengut zu verlöten,
kann ein den Dimensionen des Kurzschlussringes angepasster Ringinduktor zum gleichzeitigen Aufheizen aller Lötstellen
verwendet werden.
Statt Induktionswärme können selbstverständlich auch andere Wärmequellen wie die elektrische Widerstandswärme oder Flammenbrenner
zum Einsatz gelangen.
Claims (5)
1. Asynchronläufer, dessen Leiterstäbe über einen Kurzschlussring
durch eine Lötverbindung kurzgeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzschlussring (2) an einer Kreisringfläche
mindestens eine Vertiefung (3) aufweist, in welche die Leiterstäbe (1) mit ihren Stirnenden eingreifen und
verbleibende Spalte (4,5) mit Zusatzwerkstoff (6) ausgefüllt sind.
2. Asynchronläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (3) an der Kreisringfläche als eine
durchgehende Ringnut ausgebildet ist.
3. Asynchronläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen der Leiterstäbe (1) uneben sind.
4. Asynchronläufer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen als Zahnstangenprofil (8) ausgebildet
sind.
5. Asynchronläufer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutgrund der Ringnut mit einer Rundung versehen
ist.
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