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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Zeichnung zeigt in den Abb. I bis IO verschiedene Ausführungsbeispiele
von nutenlosen Wirbelstromankern nach der Erfindung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.