DE975420C

DE975420C - Induktionsmotor mit aussenliegendem Sekundaerteil

Info

Publication number: DE975420C
Application number: DEP44010D
Authority: DE
Inventors: Hermann Papst
Original assignee: HERMANN PAPST ST GEORGEN (SCHWARZW)
Current assignee: HERMANN PAPST ST GEORGEN (SCHWARZW)
Priority date: 1949-05-28
Filing date: 1949-05-28
Publication date: 1961-11-23

Description

Induktionsmotor mit außenliegendem Sekundärteil Nach einem früheren Vorschlag wird der außenliegende, als massives, rohr- oder topfförmiges eisernes Gehäuse ausgebildete Sekundärteil von Induktionsmotoren mit inneren und/oder äußeren Häuten oder Schichten sowie ringartigen Verstärkungen aus besser als Eisen stromleitendem Metall an Stelle eines Käfigs versehen, die elektrisch leitend mit dem Eisenkörper verbunden sind und einen Rückschluß für die Wirbelströme im Eisen bilden. Damit wird eine grundlegende Verbesserung des - zwecks geräuschlosen Laufes - angestrebten Induktionsmotors mit nutenlosem Läufer erzielt. Die elektrisch wirksame Läuferschicht erhält hierdurch etwa doppeltes Volumen bei ungefähr um ein Drittel bis zur Hälfte geringerer Felddichte. Der Magnetisierungsstrom und der Leistungsfaktor werden daher rund dreimal weniger beeinträchtigt als durch eine gleich starke Leitmetallschicht auf einem nutenlosen Innenläufer. Die bei dem bisherigen Vorschlag vorgesehene metallische Bindung durch Plattieren erfordert aber besondere und umständliche Vorkehrungen. Das Löten oder Schweißen von ausgedehnten Eisenteilen mit Nichteisenmetallen bei großen Querschnitten ist wegen der großen Wärmedehnungsunterschiede nur schwierig oder nicht wirtschaftlich ausführbar. Die verhältnismäßig dünnwandigen Gehäuse würden bei dieser Arbeit unrund werden und teuere Nacharbeiten erfordern. Eine Schweiß- oder Hartlötverbindung von Eisen mit Aluminium kommt ebenfalls praktisch nicht in Betracht.
Es sind bereits Induktionsmotoren mit innenliegendem, aus einem massiven, nutenlosen Eisenkörper mit außen angebrachtem Kupferleiter bestehendem Sekundärteil bekannt. Eine elektrisch volleitende Verbindung beider Metallteile ist hier jedoch nicht vorhanden. Um die Drehmomentbildung bei Asynchronmotoren mit innenliegendem, aus einem massiven nutenlosen Eisenkörper bestehendem Sekundärteil zu verbessern, ist es ferner bekannt, an den Enden des Eisenkörpers in Nuten eingepreßte Leitmetallringe vorzusehen, die in elektrisch volleitender Verbindung mit dem Eisenkörper stehen. Sie bewirken eine Verminderung des elektrischen Widerstandes der Kurzschlußbahnen durch Streckung der Wirbelstrombahnen infolge der zusätzlichen, den Strom gut leitenden Querschnitte an den Enden des Eisenkörpers.
Es ist ferner bekannt, den elektrisch leitenden Teil eines Induktionsmotors mit außenliegendem Sekundärteil aus geblättertem Eisen durch Gießen in der Weise herzustellen, daß die durch das Eisen hindurchgehenden Stäbe des Kurzschlußkäfigs an den Enden durch Ringe miteinander verbunden sind, wobei der eine Endring glockenförmig als Gehäuse mit Lagerstelle ausgebildet ist.
Bei Induktionsmotoren mit außenliegendem, vorzugsweise als Läufer ausgebildetem Sekundärteil wird zur Behebung der eingangs genannten Schwierigkeiten nach der Erfindung bei einem als Ersatzkäfig und Feldrückschluß dienenden massiven, rohr-oder topfförmigen Eisenkörper des Sekundärteils mit einer äußeren Schicht aus besser als Eisen stromleitendem Metall diese Leitmetallarmierung mit dem Eisenkörper durch Umgießen, Aufschrumpfen oder Pressen mechanisch vereinigt und elektrisch volleitend verbunden. Dabei werden die -Kontaktflächen der Eisenteile mit dünnen. Binde-oder Kontaktmetallüberzügen bedeckt, die zugleich auch eine Korrosion der freien Flächen verhindern. Dabei kann durch ein Nachziehen des Eisenkörpers mit dem aufgepreßten Leitmetallmantel der Kontakt noch verstärkt werden.
Durch eine zusätzliche Behandlung der übereinandergepreßten Teile mit mäßiger Wärme kann noch eine Diffusion der geeignet gewählten Binde-oder Kontaktmetallschichten insbesondere mit dem Leitmetall erzeugt werden. Damit kann praktisch eine vollständige metallische Bindung des Leitmetallmantels mit dem Eisenrohrkörper erzielt werden. Der zur Sicherung eines bleibenden vollen Kontaktes und einer festen Haftung vorgesehene Metallüberzug besteht z. B. in einer Verzinkung, Kadmierung, Verzinnung oder Verkupferung. Beim Umgießen, z. B. mit Aluminium, erfolgt in der Gußhitze eine Art Verschweißen oder Anlegieren mit metallischer Bindung, mindestens hinsichtlich eines vollständigen elektrischen Kontaktes. Diese Verbindung kann noch durch Diffusion bei längerer mäßiger Erwärmung verbessert werden.
Die Ausführung des nutenlosen Rohrkäfiggehäuses durch Umgießen mit dem Leitmetall bedingt aber besondere teuere Kokillen oder Preßgußformen. Die gemäß der Erfindung ebenfalls vorgeschlagene Preßsitzvereinigung vermeidet das kostspielige Umgießen sowie die durch ungleich-' mäßiges Schrumpfen des Gußmantels erforderlichen Nacharbeiten.
Die Leitmetallringe können einzeln als Gehäuseböden oder Lagerdeckel mit Naben usw. ausgebildet und durch Ein- oder Aufschrumpfen oder -pressen mit dem Eisenrohr ausreichend kontaktsicher und mit genügender Festigkeit verbunden werden. Beim Einpressen des zweckmäßig mit einem geeigneten Metallüberzug, z. B. Zink, Zinn oder Kupfer, versehenen Eisenkörpers erfolgt das Gleiten ohne Fressen, und der Kontaktwiderstand wird durch die völligere Oberflächenanpassung herabgesetzt. Ferner ist durch eine anschließende mäßige Erwärmung eine völlige Verbindung im Metallgefüge durch Diffusion der Grenzflächenmetalle erzielbar.
Die Zeichnung zeigt in den Abb. I bis IO verschiedene Ausführungsbeispiele von nutenlosen Wirbelstromankern nach der Erfindung.
Bei dem Schnitt in Abb. I ist ein Stahlrohr I mit den Ringen 2, 2', dem Leitmantel 3 und der Bodenschale 4 in einem Stück umgossen. Die Schale schließt zugleich. eine Nabe 5 ein, die den Preßsitz der Welle 6 verittelt. Die Ringe 2 und 2' weisen Rippen und/oder Rändelflächen zur Quirlung der die Wickelköpfe umgebenden Luft auf, womit zugleich die innere wärmeaufnehmende Fläche des Läufergehäuses etwa verdoppelt werden kann (deutsche Patentschrift 740 375). Die Welle 6 ist in zwei kurzen Gleitlagern 7 und 8 gelagert und mit einem besonderen Längslager 9 geführt. Die Lager 7 und 8 sind in einem Achsrohr IO eingepreßt, welches seinerseits in dem Flansch II und in dem Ständerblechpaket I2 mit der Wicklung I3 eingepreßt ist. Das -Längslager 9 liegt zwischen Lager 8 und der Anlaufscheibe I4, wobei ein Herausziehen der Welle durch die nicht dargestellte Riemenscheibe mittels des Distanzringes 16 auf dem Zapfen 15 verhindert wird.
Ring i und Nabe 5 sind beispielsweise galvanisch verzinkt, um beim Umguß mit Aluminium in einer Gußform, z. B. nach dem Preßgutverfahren, eine innige metallische Verbindung zu ergeben. Den im Eisenrohr i wie in einem Käfig entstehenden Wirbelströmen werden somit zusätzliche Fließquerschnitte geboten, und es wird bei axialer Streckung der Strombahnen eine bessere elektrische Kopplung mit der -Primärwicklung 13 erzeugt. Die Versuchsausführung eines solchen Motors, bei dem ein Rohrkörper derartig mit Aluminium umschlossen war, ergab" eine Verbesserung der Leistung um rund ein Drittel gegenüber einem sonst gleichen Motor mit einem Läufer aus gleich starkem, sogar doppelt so langem Eisenrohr ohne Leitmetallmantel. Eine weitere erhebliche Verbesserung kann durch einen in der Innenseite des Ringes i - beispielsweise galvanisch - aufgetragenen Kupferüberzug erzielt werden.
Nach den folgenden Abbildungen wird der durch das Umgießen herbeigeführte Preßkontakt des Ringes i mit dem Aluminiummantel 3 und den Ringen 2, 2' durch das Ein- oder Umpressen von Leitmetallringen, -schalen oder -scheiben in und um ein entsprechend blank gemachtes (oder mit geeignetem Binde- oder Zwischenmetall galvanisch überzogenes) Eisenrohr in gleichfalls befriedigender Weise erzielt. Diese Anordnungen haben noch den Vorteil, daß die Leitmetallteile, die etwa aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen oder auch aus Kupfer oder Kupferlegierungen bestehen können, gesondert für sich durch Gießen, Schmieden, Pressen oder durch Abdrehen von Stangen oder Rohren hergestellt werden können. Man braucht daher keine schwierigen und teuren Preßgutformen zu beschaffen und kann solche Motoren auch in geringen Stückzahlen in vielfältigen Ausführungen fertigen.
Nach Abb. 2 ist das Eisenrohr i beiderseits mit einer Ausdrehung versehen, in welche die beiden Ringe 2 und 2' mit der Bodenscheibe 4 und der Nabe 5 zugleich eingepreßt oder durch ein mäßiges Erwärmen des Eisenrohrs i oder Abkühlen der Ringe 2 und 2' eingeschrumpft werden. Das Einpressen geschieht bei normaler Temperatur. Der kontaktsichere Preßsitz ist daher nur von den Maßunterschieden der zu vereinigenden Teile bestimmt und wird fertigungstechnisch ohne weiteres beherrscht.
Vor dem Einpressen werden nötigenfalls die beiden Sitzflächen blankgerieben. Damit wird, besonders bei galvanischen Überzügen, ein sehr guter elektrischer Kontakt erzielt. Die Teile werden so abgepaßt, daß auch an den inneren Stirnflächen Preßkontaktanlage besteht.
Nach Abb. 3 sind in das angedrehte Eisenrohr i Kupferringe 2 und 2' eingepreßt, wobei die Kupferringe etwas schräge Stirnflächen aufweisen. Beim Einpressen wird dann die Auflage zuerst an der Kante erfolgen, und es wird dort eine leichte plastische Verformung auftreten, die den Kontakt an den inneren Stirnflächen des Eisenrohrs i begünstigt. Ferner ist durch den radialen Preßsitzdruck ein dauernd sehr guter Kontakt gewährleistet. Nach dem Ring 2' wird eine Bodenscheibe 4 mit Nabe 5 eingepreßt. Natürlich können auch beiderseits Lagerdeckel aufgesetzt werden, wenn der Motor mit stillstehendem Gehäuse mit laufendem Primärteil oder als Außenläufer auf fester Achse ausgebildet werden soll.
Nach Abb. 4 ist das Eisenrohr i von außen an den Enden abgesetzt, und es sind als Preßteile ausgeführte Leitmetallringe 2 und 2' mit Scheibe 4 und Nabe 5 aufgepreßt.
In Abb. 5 ist eine weitere Ausbildung mit nichtabgesetztem Eisenrohr ersichtlich, das von aus Rohrstücken erzeugten Leitmetallteilen 2 und 2' mit Bodenscheibe 4 und Nabe 5 unter Preßsitz eingeschlossen ist. Hier ist das Eisenrohr i mit kegeligen Stirnflächen versehen, um den stirnseitigen Kontakt zu begünstigen.
Nach Abb. 6 ist der Eisenzylinder i aus zwei Rohrteilen i und i' gefertigt, von denen das eine an den Enden abgesetzt gedreht ist. Es entsteht daher eine Nut, in welche die Leitmetallringe 2, 2 mit Bodenscheibe 4 und Nabe 5 eingepreßt sind. Es wird hier eine besonders feste Verbindung erzielt, wobei die Ringe 2 und 2' von Umfangsspannungen entlastet sind.
Abb.7 gibt einen Schnitt durch ein an beiden Enden aufgeweitetes Eisenrohr i wieder, wobei die Ringe 2 und 2' mit schrägen Flächen versehen sind, so daß sie beim Einpressen durch geringe Verformung einen unmittelbaren Kontakt in Richtung der Wirbelstrombahnen im Eisen in der Nähe der aktiven Luftspaltfläche des Ankers bekommen. Der Ring 2' kann wieder mit einem Lagerdeckel oder eine Scheibe 4 mit Nabe 5 zu einem Stück verbunden sein.
Nach Abb. 8 ist das Eisenrohr i in ein beispielsweise durch Kaltspritzen oder Ziehen oder Pressen hergestelltes Leitmetallgehäuse eingepreßt, wobei eine Stirnseite abgeschrägt ist, um den Stirnkontakt zu begünstigen. Die Teile 2, 2', 3, 4 und 5 bestehen hier aus einem Stück.
In Abb. 9 ist das Eisenrohr i in die Länge gestreckt und als Topf ausgebildet. Die Außenseite (Zn) zum Leitmetall hin ist beispielsweise verzinkt und die Innenseite mit einer Kupferhaut (Cu) versehen. Diese Anordnung kann auch verwendet werden, um mittels Nachziehens die Pressung und den metallischen Kontakt durch Fließvorgänge noch besonders innig zu gestalten.
Abb. io gibt den Aufbau eines Hysteresemotors mit um den (nicht gezeichneten) Primäranker herum angeordnetem Hysteresematerial 17 wieder. Dieses Material wird im wesentlichen nur radial von den Kraftlinien des Feldes durchdrungen, während als Feldrückschluß das Eisenrohr i dient. Die beiderseits des Hysteresematerials eingepreßten Leitmetallringe 2 und 2' schließen dieses fest ein und verbessern durch ihre Käfigwirkung den Anlauf. Der Ring 2' kann wieder mit dem einen Lagerschild 4 zu einem Stück vereinigt sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Induktionsmotor mit außenliegendem, vorzugsweise als Läufer ausgebildetem Sekundärteil, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem als Ersatzkäfig und Feldrückschluß dienenden massiven, rohr- oder topfförmigen Eisenkörper des Sekundärteils mit einer äußeren Schicht aus besser als Eisen stromleitendem Metall diese Leitmetallarmierung mit dem Eisenkörper durch Umgießen, Aufschrumpfen oder Pressen mechanisch vereinigt und elektrisch volleitend verbunden ist.
2. Motor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitmetallarmierung aus einem gegossenen Mantel besteht, welcher außer dem Rücken beide Stirnenden des Eisenteils umfaßt und denselben bei der Schrumpfung in axialer und radialer Richtung einspannt (Abb. i).
3. Induktionsmotor mit außenliegendem, vorzugsweise als Läufer ausgebildetem Sekundärteil, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem als Ersatzkäfig und Feldrückschluß dienenden massiven rohrförmigen Eisenkörper des Sekundärteils mit an beiden Enden angebrachten Ringen oder Hülsen aus besser als Eisen stromleitendem Material diese eine Leitmetallarmierung darstellenden Ringe oder Hülsen mit dem Eisenkern durch Schrumpfung oder Pressung in radialer Richtung verspannt sind.
4. Motor nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitmetallarmierung oder Teile derselben als Gehäuse oder Lagerungsteile ausgebildet sind.
5. Motor nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkörper aus mehreren konzentrischen Teilen zusammengesetzt ist (Abb. 6 und IO).
6. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der innenliegende Teil des Eisenkörpers aus Hysteresematerial (I7) besteht (Abb. IO).
7. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen des Eisenkörpers und/oder der Armierungsteile mit Kontaktmetall beschichtet sind. B.
Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Zerklüftung oder Aufrauhung von inneren Flächen des Motors (Abb. I).
9. Verfahren zur Herstellung des Sekundärteils für einen Motor nach einem der Ansprüche I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zusammengesetzte Sekundärteil zwecks Legierungsbildung im Bereich der Berührungsflächen einer Wärmebehandlung unterworfen wird. IO. Verfahren zur Herstellung des Sekundärteils für einen Motor nach den Ansprüchen I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zusammengesetzte Sekundärteil einer Nachziehbehandlung unter gleichzeitiger plastischer Verformung der Kontaktflächen unterworfen wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 603 515, 656 938, 9o4 563 schweizerische Patentschrift Nr. 199 576; USA.-Patentschrift Nr. 2 048 q.21.