WO2017089034A1 - Käfigläufer und verfahren für dessen herstellung - Google Patents

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WO2017089034A1
WO2017089034A1 PCT/EP2016/075150 EP2016075150W WO2017089034A1 WO 2017089034 A1 WO2017089034 A1 WO 2017089034A1 EP 2016075150 W EP2016075150 W EP 2016075150W WO 2017089034 A1 WO2017089034 A1 WO 2017089034A1
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short
rings
shorting
circuit
rotor
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PCT/EP2016/075150
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English (en)
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Inventor
Daniel Loos
Manfred Siegling
Holger Ulbrich
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02Asynchronous induction motors
    • H02K17/16Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
    • H02K17/165Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors characterised by the squirrel-cage or other short-circuited windings
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/0012Manufacturing cage rotors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02Asynchronous induction motors
    • H02K17/16Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
    • H02K17/20Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors having deep-bar rotors

Definitions

  • the invention relates to a squirrel cage rotor for an asynchronous machine and a method for producing such a squirrel cage, wherein the
  • the rotor of an asynchronous machine (also referred to as squirrel-cage rotor or squirrel cage) consists of a sheet metal package (so-called.
  • Shorting rings protruding bar ends can be used as a balancing pin.
  • the balancing concept of a squirrel-cage rotor constructed in this way is very advantageous, but voids may arise in cast or partially cast squeezers due to casting. These can greatly reduce the mechanical strength locally, so that these squirrel-cage runners have only limited conditions in the case of high demands, such as those found in vehicle applications be used. This could be counteracted by providing expensive supportive measures that reduce the burden on the
  • the object of the invention is to provide a squirrel cage for an asynchronous, which is inexpensive and offers a favorable balancing concept. This object is achieved with a squirrel cage with the features of claim 1 and a method for producing a squirrel cage with the steps according to claim 8. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • a squirrel-cage squirrel cage machine for an asynchronous machine comprising: a rotor lamination stack of a plurality of stacked rotor laminations each having a plurality of circumferentially distributed rotor lamination grooves; at both
  • Shorting rings each having a plurality of circumferentially distributed shorting ring grooves, and shorting bars inserted into the rotor laminations extend through the shorting ring slots and their ends project beyond the shorting rings, the shorting ring slots radially are at least partially open to the outside and the shorting bars with the shorting rings on the radially outward open side of the
  • Short-circuit ring grooves connected or fastened together, in particular non-destructively releasably connected to each other are.
  • the short-circuit ring grooves are completely open radially outwards, ie the short-circuit ring grooves are open over their entire length in the axial direction of the squirrel cage rotor (over the entire thickness of the respective ring).
  • the short-circuit ring grooves are only partially open radially outward, ie the short-circuit ring grooves are open over a certain portion in the axial direction of the squirrel cage (the thickness of the respective ring).
  • the balancing the cage rotor (the rotor) according to the invention by the over
  • this embodiment combines the advantages of a simple and inexpensive balancing concept of squirrel cage, with the properties of a squirrel cage even withstand high loads and provide sufficient strength in the vehicle area.
  • the structure described has the advantage, in contrast to balancing strategies with material removal from the short-circuit ring itself, that this structure neither affects the strength of the short-circuit ring nor the electromagnetic properties negatively, as the
  • Short-circuit bars welded or soldered together with the short-circuit rings on the radially outwardly open side of the short-circuit ring grooves. This type of connection ensures high-conductivity electrical conductivity.
  • the short-circuit ring grooves have a portion at which the
  • the short-circuit rods which are subjected to force radially outward during operation by the centrifugal force, held in the short-circuit ring grooves, which leads to a relief of the connection between the short-circuiting cage and shorting bar.
  • Short circuit rings each composed of at least two successive rings. Characterized in that two rings are arranged side by side, the radially outwardly facing and facing each other edges of the rings can be chamfered cost.
  • the resulting, along the short-circuit ring circumference circumferential groove, serves to attach the weld, with which not only the rings are connected to each other, but above all, the short-circuit bars are welded to the short-circuiting rings. If this groove were missing, the shorting bar and shorting ring would have to be flush as far as possible radially outward in order to realize a good welding / soldering connection. With such a groove is sufficient for the welding / soldering
  • Short rings forged for their shape, punched, milled or cut out.
  • the shorting rings and / or shorting bars comprise aluminum. This allows a lighter construction of the squirrel cage.
  • the invention provides a method for producing a squirrel cage rotor with the following steps: providing a
  • Short circuit rings on a radially outwardly at least partially open side of the short-circuit ring grooves offers the advantages already described above in connection with the squirrel cage.
  • the shorting bars are connected to the shorting rings by the shorting bars with the shorting rings on the radially outwardly open side of the
  • Short-circuit ring grooves are welded or soldered together.
  • the shorting bars are connected to the shorting rings by the shorting bars with the shorting rings on the radially outwardly open side of the
  • the short-circuiting rings are each constructed of at least two rings stacked on top of one another, with the step of welding or soldering each two adjacent rings on the radially outwardly facing side of the short-circuiting rings by a circumference of the short-circuiting rings Continuous or interrupted weld or solder joint, with which also the short-circuit bars are connected to the short-circuiting rings.
  • the method further comprises the step of balancing the cage rotor by removing material on selected short-circuit rods projecting beyond the short-circuit rings.
  • Figure 1 shows schematically the main components of a
  • Figure 2 shows the main components of Fig. 1 in one
  • FIG. 3 shows a section of a rotor plate from FIG.
  • Figure 4 shows a side view of a mounted squirrel cage
  • FIG. 5 shows a top view of one end of a
  • Figure 6 shows a plan view of a fully assembled squirrel cage
  • FIG. 7 shows a three-dimensional view of an assembled one
  • FIG. 1 schematically shows the main components of a squirrel-cage rotor, with a short-circuit cage 1 on the left and a rotor core 2 on the right.
  • FIG. 2 shows these main components in an assembled state in which the rotor core 2 is arranged in the short-circuit cage 1 and thus a cage rotor 3 is formed.
  • FIG. Figure 3 shows a portion of a rotor plate 4 with rotor laminations 5 inserted therein.
  • Each of the rotor laminations 4 has a circular outer periphery and a circular inner circumference provided with a shaft groove 6 which engages a shaft journal (not shown).
  • the individual rotor sheets 4 are insulated from each other and consist essentially of iron or an iron alloy.
  • the rotor core grooves 5 have an identical shape and are distributed at regular intervals from each other along a circumferential direction of the rotor core 4. Starting from a radially inner end of the rotor core grooves 5, the rotor core grooves 5 widen perpendicular to the radial direction (and within the rotor blade plane).
  • the radially outer end of the rotor laminations 5 is either open as shown in FIG. 1 or closed as shown in FIG. In the former case, only the radially outer end of the rotor laminations 5 is open.
  • a portion 7 may be provided at the radially outer end of the rotor blade grooves 5, at which the rotor core grooves 5 taper radially outwardly perpendicular to the radial direction.
  • this tapered section 7 does not necessarily have to be present.
  • a plurality of such rotor sheets 4 are stacked concentrically, wherein the adjacent rotor sheets 4 touch, so that they form a rotor core 2 lamination.
  • the cross-sectional shape of the short-circuiting rods 8 corresponds to the shape of the rotor laminations 5.
  • the short-circuiting rods 8 are made, for example, of aluminum, copper, an alloy comprising aluminum and / or copper or another electrically conductive metal.
  • the shorting bars 8 may be made of both aluminum and copper, for example, the interior of the shorting bars 8 may be made of aluminum surrounded by a copper layer. This has the advantage that where the highest currents flow, namely in the outer region of the short-circuiting rods 8, they are made of the highly conductive copper and the inner is made of the lighter aluminum.
  • the shorting bars 8 are so in the rotor laminations 5 of
  • Short circuit rings 10 attached.
  • the shorting rings 10 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 4 shows a side view of a mounted squirrel-cage rotor 3.
  • the short-circuit rings 10 likewise have a large number of circumferentially distributed short-circuit ring grooves 11.
  • the short-circuit ring grooves 1 1 have a shape corresponding to the cross section of the shorting bars 8. Starting from a radially inner end of the short-circuit ring grooves 1 1, the short-circuit ring grooves 1 1 widen perpendicular to the radial direction. The radially outer end of
  • Short-circuit ring grooves 1 1 is at least partially open to perform the welding explained later.
  • a portion 12 may be provided, on which the short-circuit ring grooves 1 1 perpendicular to the radial direction (and within the Kurz practitionerringebene) taper radially outward.
  • this tapered section 12 does not necessarily have to be present.
  • the short-circuit ring grooves 1 1 can also partially (i.e., in sections in the axial direction) on the radially outward-facing side
  • the length of the shorting bars 8 is dimensioned so that the
  • the length projecting from the short-circuiting rods 8 is the same for all short-circuiting rods 8.
  • These projecting ends form balancing pins 13, which are best seen in Figure 1 and Figure 2.
  • Figure 5 shows a plan view of one end of a fully assembled one
  • the short-circuit rings 10 are constructed from a plurality of rings 14 arranged next to one another.
  • the short-circuit rings 10 each comprise three rings 14.
  • the individual rings 14 have the same outer contour, inner contour and congruent short-circuit ring grooves 1 first
  • the short-circuit ring grooves 1 1 are fully open radially outwardly, i. the shorting ring grooves are in the axial direction (of the squirrel cage) over their entire length, i. over the entire thickness of the respective ring 14, open.
  • the short-circuit ring grooves 1 1 are only partially open radially outward, i. the short-circuit ring grooves 1 1 are over a certain section in
  • Shorting rings 10 circumferential welds 15 provided. By the welds 15 adjacent rings 14 are connected to each other and at the same time the rings 14 and thus the entire Short-circuit ring 10 connected to the short-circuit bars 8.
  • the joining technique of welding can also be another
  • Connection technology such as soldering can be used.
  • connection technique on the one hand ensures sufficient stability and on the other hand ensures the required electrical conductivity.
  • the weld seam 15 or solder connection preferably extends closed in the circumferential direction along the radially outward-pointing side of the rings 14, but it may also be interrupted or punctiform.
  • the connection points are in particular at the material transition from the short-circuiting rods 8 to the rings 14
  • Short-circuit ring grooves 1 1.
  • two rings 14 are arranged side by side, the radially outwardly facing and
  • the short-circuit rings 10 need not necessarily be constructed as described above from a plurality of rings 14, but may also be made in one piece.
  • the rings 14 and the short-circuit ring 10 are made of aluminum or copper.
  • the rings 14 and the short-circuit ring 10 are / is preferably stamped, forged, milled or
  • FIG. 6 shows a plan view of a fully assembled short cage rotor 3. In contrast to the cage rotor 3 from FIG. 6
  • Short circuit rings 10 each four rings 14. Apart from this
  • Figure 7 shows a three-dimensional view of a fully assembled
  • the squirrel-cage rotor 3 To produce the squirrel-cage rotor 3 according to the invention, first the rotor core 2 described above is provided. Subsequently, the short-circuiting rods 8 are inserted into the rotor core grooves 5 such that the short-circuiting rods 8 protrude at both end faces 9 of the rotor core 2. The short-circuit rings 10 are plugged onto these protruding ends of the short-circuiting rods 8, so that the short-circuiting rods 8 protrude beyond the short-circuiting rings 10 when the short-circuiting rings 10 are completely plugged on. Subsequently, the
  • Short-circuit bars 8 connected to the short-circuit rings 10 at a radially outwardly open side of the short-circuit ring grooves 1 1, preferably welded or soldered.
  • For balancing the squirrel cage 3 is
  • balancing weights could be attached to the balancing pin 13, for example, be welded.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Käfigläufer (3) für eine Asynchronmaschine mit einem Läuferblechpaket (2) aus einer Vielzahl an gestapelten Läuferblechen (4), die jeweils eine Vielzahl an in Umfangsrichtung verteilten Läuferblech-Nuten (5) aufweisen; an beiden Stirnseiten (9) des Läuferblechpakets (2) angeordneten Kurzschlussringen (10), die jeweils eine Vielzahl an in Umfangsrichtung verteilten Kurzschlussring-Nuten (11) aufweisen, und in die Läuferblech-Nuten (5) eingefügte Kurzschlussstäbe (8), die sich durch die Kurzschlussring-Nuten (11) erstrecken und deren Enden über die Kurzschlussringe (10) hinausragen, wobei die Kurzschlussring-Nuten (11) radial nach außen offen sind und die Kurzschlussstäbe (8) mit den Kurzschlussringen (10) an der radial nach außen zumindest teilweise offenen Seite der Kurzschlussring-Nuten (11) miteinander verbunden sind. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung solch eines Käfigläufers (3).

Description

Käfigläufer und Verfahren für dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft einen Käfigläufer für eine Asynchronmaschine und ein Verfahren zur Herstellung solch eines Käfigläufers, dabei ist die
Asynchronmaschine insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen vorgesehen.
Der Rotor einer Asynchronmaschine (auch als Kurzschlussläufer oder Käfigläufer bezeichnet) besteht aus einem Metallblechpaket (sog.
Läuferblechpaket) mit eingestanzten Nuten. Durch diese Nuten erstrecken sich Kurzschlussstäbe, die an den Stirnseiten des Metallblechpakets mit Endringen (sog. Kurzschlussringen) versehen werden. Es ist bekannt die Kurzschlussstäbe zu gießen (z.B. mittels eines Druckgussverfahrens), wobei die Kurzschlussstäbe in die eingestanzten Nuten des Metallblechpakets eingegossen werden. Ebenfalls ist bekannt, vorgefertigte Stäbe in die Nuten des Metallblechpakets einzufügen. Die Kurzschlussstäbe werden an den Enden mit angegossenen oder vorgefertigten Kurzschlussringen versehen.
Ein derartiger Käfigläufer ist aus der DE 10 2009 034 647 A1 bekannt. Bei diesem Käfigläufer werden Kurzschlussstäbe in Nuten eines
Läuferblechpakets eingeschoben. An die von den Stirnseiten des
Läuferblechpakets hervorstehenden Kurzschlussstabenden werden
Kurzschlussringe angegossen. Die von den angegossenen
Kurzschlussringen hervorstehenden Stabenden können als Wuchtzapfen verwendet werden.
Das Wuchtkonzept eines derartig aufgebauten Käfigläufers ist sehr vorteilhaft, jedoch können bei gegossenen oder teilweise gegossenen Käfigläufern gussbedingt Lunker entstehen. Diese können die mechanische Festigkeit lokal stark herabsetzen, sodass diese Käfigläufer bei hohen Anforderungen, wie sie bei Fahrzeuganwendung vorliegen, nur bedingt eingesetzt werden. Dem könnte entgegengewirkt werden, indem teure Stützmaßnahmen vorgesehen werden, welche die Belastung des
Kurzschlussrings herabsetzen. Dies ist jedoch neben höheren Kosten auch mit einem erhöhten Fertigungsaufwand verbunden.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Käfigläufer für eine Asynchronmaschine bereitzustellen, der kostengünstig ist und ein vorteilhaftes Wuchtkonzept bietet. Diese Aufgabe wird mit einem Käfigläufer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einem Verfahren zur Herstellung eines Käfigläufers mit den Schritten gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Käfigläufer für eine Asynchronmaschine bereitgestellt, mit einem Läuferblechpaket aus einer Vielzahl an gestapelten Läuferblechen, die jeweils eine Vielzahl an in Umfangsrichtung verteilten Läuferblech-Nuten aufweisen; an beiden
Stirnseiten des Läuferblechpakets angeordneten Kurzschlussringen, die jeweils eine Vielzahl an in Umfangsrichtung verteilten Kurzschlussring-Nuten aufweisen, und in die Läuferblech-Nuten eingefügte Kurzschlussstäbe, die sich durch die Kurzschlussring-Nuten erstrecken und deren Enden über die Kurzschlussringe hinausragen, wobei die Kurzschlussring-Nuten radial nach außen zumindest teilweise offen sind und die Kurzschlussstäbe mit den Kurzschlussringen an der radial nach außen offenen Seite der
Kurzschlussring-Nuten miteinander verbunden bzw. aneinander befestigt, insbesondere nicht-zerstörungsfrei lösbar miteinander verbunden, sind. Vorzugsweise sind dabei die Kurzschlussring-Nuten vollständig radial nach außen offen, d.h. die Kurzschlussring-Nuten sind über ihre gesamte Länge in Axialrichtung des Käfigläufers (über die gesamte Dicke des jeweiligen Rings) offen. Es ist aber auch möglich, dass die Kurzschlussring-Nuten nur teilweise radial nach außen offen sind, d.h. die Kurzschlussring-Nuten sind über einen bestimmten Abschnitt in Axialrichtung des Käfigläufers (der Dicke des jeweiligen Rings) offen. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann das Wuchten des Käfigläufers (des Rotors) erfindungsgemäß durch die über den
Kurzschlussring überstehenden Kurzschlussstabenden erfolgen.
Vorzugsweise geschieht dies durch Materialabtragung an den Stabenden. Alternativ wäre auch ein Anbringen von Wuchtgewichten möglich. Ferner kann durch die Verbindungstechnik von Kurzschlussstäben und
Kurzschlussringen eine kostengünstige Herstellung in Serienproduktion realisiert werden, deren Käfigläufer hohe Belastungsanforderungen ermöglicht. Damit kombiniert dieses Ausführungsbeispiel die Vorteile eines einfachen und kostengünstigen Wuchtkonzepts von Käfigläufern, mit den Eigenschaften eines Käfigläufers auch hohen Belastungen Stand zu halten und eine ausreichende Festigkeit im Fahrzeugbereich bereitzustellen.
Insbesondere hat die beschriebene Aufbauweise den Vorteil, im Gegensatz zu Wuchtkonzepten mit Materialabtragung vom Kurzschlussring selbst, dass diese Aufbauweise weder die Festigkeit des Kurzschlussrings noch die elektromagnetischen Eigenschaften negativ beeinflusst, da die
Querschnittsfläche des Kurzschlussrings nicht verändert wird. Durch die hohe Anzahl an Kurzschlussstäben ergibt sich eine hohe Flexibilität hinsichtlich möglicher Wuchtpositionen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, sind die
Kurzschlussstäbe mit den Kurzschlussringen an der radial nach außen offenen Seite der Kurzschlussring-Nuten miteinander verschweißt oder verlötet. Diese Art der Verbindung stellt eine elektrische Leitfähigkeit bei hoher Festigkeit sicher.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, weisen die Kurzschlussring-Nuten einen Abschnitt auf, an dem sich die
Kurzschlussring-Nuten radial nach außen hin verjüngen. Durch die
Verjüngung nach außen hin werden die Kurzschlussstäbe, welche im Betrieb durch die Fliehkraft radial nach außen kraftbeaufschlagt werden, in den Kurzschlussring-Nuten gehalten, was zu einer Entlastung der Verbindung zwischen Kurzschlusskäfig und Kurzschlussstab führt. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, sind die
Kurzschlussringe jeweils aus zumindest zwei aufeinandergestapeiten Ringen aufgebaut. Dadurch, dass zwei Ringe nebeneinander angeordnet werden, können die radial nach außen gewandten und zueinander weisenden Kanten der Ringe kostengünstig abgefast werden. Die dadurch entstehende, entlang des Kurzschlussring-Umfangs umlaufende Nut, dient zur Anbringung der Schweißnaht, mit der nicht nur die Ringe miteinander verbunden werden, sondern vor allem auch die Kurzschlussstäbe mit den Kurzschlussringen verschweißt werden. Würde diese Nut fehlen, dann müsste Kurzschlussstab und Kurzschlussring möglichst genau radial nach außen hin bündig abschließen, um eine gute Schweiß-/Lötverbindung zu realisieren. Mit einer solchen Nut ist eine für die Schweiß-/Lötverbindung ausreichende
Kontaktfläche vorhanden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, sind die
Kurzschlussringe zu ihrer Formgebung geschmiedet, ausgestanzt, ausgefräst oder ausgeschnitten.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, verläuft an der radial nach außen gewandten Seite der Kurzschlussringe jeweils zwischen zwei benachbarten Ringen, eine in Umfangsrichtung der Kurzschlussringe umlaufende durchgängige oder unterbrochene Schweißnaht oder
Lötverbindung, mittels der auch die Kurzschlussstäbe mit den
Kurzschlussringen verbunden sind. Dadurch erreicht man die bereits vorstehend, im Zusammenhang mit den zwei aufeinandergestapeiten Ringen erwähnten, Vorteile.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, weisen die Kurzschlussringe und/oder Kurzschlussstäbe Aluminium auf. Dies ermöglicht einen leichteren Aufbau des Käfigläufers. Darüber hinaus stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Käfigläufers mit folgenden Schritten bereit: Bereitstellen eines
Läuferblechpakets aus einer Vielzahl an gestapelten Läuferblechen, die jeweils eine Vielzahl an in Umfangsrichtung verteilten Läuferblech-Nuten aufweisen; Einschieben von Kurzschlussstäben in die Läuferblech-Nuten, so dass die Kurzschlussstäbe an beiden Stirnseiten des Läuferblechpakets hervorstehen; Aufstecken von Kurzschlussringen auf beide Stirnseiten des Läuferblechpakets, so dass die Kurzschlussstäbe in die Kurzschlussring- Nuten eingefügt werden und im vollständig aufgesteckten Zustand der Kurzschlussringe die Kurzschlussstäbe über die Kurzschlussringe
hinausragen, und Verbinden der Kurzschlussstäbe mit den
Kurzschlussringen an einer radial nach außen zumindest teilweise offenen Seite der Kurzschlussring-Nuten. Dieses Verfahren bietet die bereits vorstehend, im Zusammenhang mit dem Käfigläufer beschriebenen Vorteile.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens werden die Kurzschlussstäbe mit den Kurzschlussringen verbunden, indem die Kurzschlussstäbe mit den Kurzschlussringen an der radial nach außen offenen Seite der
Kurzschlussring-Nuten miteinander verschweißt oder verlötet werden.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens werden die Kurzschlussstäbe mit den Kurzschlussringen verbunden, indem die Kurzschlussstäbe mit den Kurzschlussringen an der radial nach außen offenen Seite der
Kurzschlussring-Nuten durch eine in Umfangsrichtung der Kurzschlussringe umlaufende durchgängige oder unterbrochene Schweißnaht oder
Lötverbindung verbunden werden.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens sind die Kurzschlussringe jeweils aus zumindest zwei aufeinandergestapelten Ringen aufgebaut, mit dem Schritt des Verschweißens oder Verlötens von jeweils zwei benachbarten Ringen, an der radial nach außen gewandten Seite der Kurzschlussringe, durch eine in Umfangsrichtung der Kurzschlussringe umlaufende durchgängige oder unterbrochene Schweißnaht oder Lötverbindung, mit der auch die Kurzschiussstäbe mit den Kurzschlussringen verbunden werden.
Gemäß einer Weiterbildung weist das Verfahren ferner den Schritt des Wuchtens des Käfigläufers durch Abtragen von Material an ausgewählten der über die Kurzschlussringe hinausragenden Kurzschlussstäbe auf.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
Figur 1 zeigt schematisch die Hauptbestandteile eines
erfindungsgemäßen Käfigläufers, nämlich links einen
Kurzschlusskäfig und rechts ein Läuferblechpaket;
Figur 2 zeigt die Hauptbestandteile aus Fig. 1 in einem
zusammengebauten Zustand;
Figur 3 zeigt einen Abschnitt eines Läuferblechs aus dem
Läuferblechpaket;
Figur 4 zeigt eine Seitenansicht eines montierten Käfigläufers;
Figur 5 zeigt eine Draufsicht von einem Ende eines
zusammengebauten Käfigläufers;
Figur 6 zeigt eine Draufsicht eines fertig montierten Käfigläufers, und
Figur 7 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines zusammengebauten
Käfigläufers. Figur 1 zeigt schematisch die Hauptbestandteile eines Käfigläufers, wobei links ein Kurzschlusskäfig 1 und rechts ein Läuferblechpaket 2 dargestellt sind. Figur 2 zeigt diese Hauptbestandteile in einem zusammengebauten Zustand, in dem das Läuferblechpaket 2 im Kurzschlusskäfig 1 angeordnet ist und somit ein Käfigläufer 3 ausgebildet wird.
Der Aufbau des Läuferblechpakets 2 wird unter Bezugnahme auf Figur 3 näher erläutert. Figur 3 zeigt einen Abschnitt eines Läuferblechs 4 mit darin eingebrachten Läuferblech-Nuten 5. Jedes der Läuferbleche 4 hat einen kreisrunden Außenumfang und einen runden Innenumfang, der mit einer Wellennut 6 versehen ist, die mit einem Wellenzapfen (nicht dargestellt) in Eingriff gelangt. Die einzelnen Läuferbleche 4 sind gegeneinander isoliert und bestehen im Wesentlichen aus Eisen oder einer Eisen-Legierung.
Vorzugsweise haben die Läuferblech-Nuten 5 eine identische Form und sind in regelmäßigen Abständen zueinander entlang einer Umfangsrichtung des Läuferblechs 4 verteilt. Ausgehend von einem radial inneren Ende der Läuferblech-Nuten 5 weiten sich die Läuferblech-Nuten 5 senkrecht zur Radialrichtung (und innerhalb der Läuferblechebene) auf. Das radial äußere Ende der Läuferblech-Nuten 5 ist entweder offen, wie in Figur 1 dargestellt oder geschlossen, wie in Figur 3 dargestellt. In ersterem Fall ist nur das radial äußere Ende der Läuferblech-Nuten 5 offen. In beiden Variationen kann am radial äußeren Ende der Läuferblech-Nuten 5 ein Abschnitt 7 vorgesehen sein, an dem sich die Läuferblech-Nuten 5 senkrecht zur Radialrichtung radial nach außen hin verjüngen. Dieser sich verjüngende Abschnitt 7 muss jedoch nicht zwangsläufig vorhanden sein. Eine Vielzahl solcher Läuferbleche 4 wird konzentrisch aufeinandergestapelt, wobei sich die benachbarten Läuferbleche 4 berühren, so dass sie ein Läuferblechpaket 2 ausbilden.
Durch die zueinander ausgerichteten Läuferblech-Nuten 5 der einzelnen Läuferbleche 4 werden Kurzschlussstäbe 8 geschoben. Die Querschnittsform der Kurzschlussstäbe 8 entspricht dabei der Form der Läuferblech-Nuten 5. Die Kurzschlussstäbe 8 sind beispielsweise aus Aluminium, Kupfer, einer Legierung aufweisend Aluminium und/oder Kupfer oder einem anderen elektrisch leitfähigen Metall. Darüber hinaus können die Kurzschlussstäbe 8 sowohl aus Aluminium als auch aus Kupfer hergestellt sein, beispielsweise kann das Innere der Kurzschlussstäbe 8 aus Aluminium bestehen, welches von einer Kupferschicht umgeben wird. Dies hat den Vorteil, dass dort wo die höchsten Ströme fließen, nämlich im äußeren Bereich der Kurzschlussstäbe 8, diese aus dem gut leitenden Kupfer hergestellt sind und das innere aus dem leichteren Aluminium hergestellt ist.
Die Kurzschlussstäbe 8 werden so in die Läuferblech-Nuten 5 des
Läuferblechpakets 2 eingefügt, dass diese an den Stirnseiten 9 des
Läuferblechpakets 2 hervorstehen. Auf die vom Läuferblechpaket 2 hervorstehenden Kurzschlussstabenden werden auf beiden Seiten
Kurzschlussringe 10 aufgesteckt. Die Kurzschlussringe 10 werden näher unter Bezugnahme auf Figur 4 beschrieben. Figur 4 zeigt eine Seitenansicht eines montierten Käfigläufers 3. Die Kurzschlussringe 10 haben ebenfalls eine Vielzahl an in Umfangsrichtung verteilten Kurzschlussring-Nuten 1 1 . Die Kurzschlussring-Nuten 1 1 haben eine zum Querschnitt der Kurzschlussstäbe 8 entsprechende Form. Ausgehend von einem radial inneren Ende der Kurzschlussring-Nuten 1 1 weiten sich die Kurzschlussring-Nuten 1 1 senkrecht zur Radialrichtung auf. Das radial äußere Ende der
Kurzschlussring-Nuten 1 1 ist zumindest teilweise offen, um die später erläuterte Verschweißung durchzuführen. Am radial äußeren Ende der Kurzschlussring-Nuten 1 1 kann ein Abschnitt 12 vorgesehen sein, an dem sich die Kurzschlussring-Nuten 1 1 senkrecht zur Radialrichtung (und innerhalb der Kurzschlussringebene) radial nach außen hin verjüngen.
Dieser verjüngte Abschnitt 12 muss jedoch nicht zwingend vorhanden sein. Die Kurzschlussring-Nuten 1 1 können auch an der radial nach außen gewandten Seite teilweise (d.h. abschnittsweise in Axialrichtung)
geschlossen sein. Die Länge der Kurzschlussstäbe 8 ist dabei so bemessen, dass die
Kurzschlussstäbe 8 im fertig montierten Zustand des Käfigläufers 3 an beiden Enden von den Kurzschlussringen 10 hervorstehen. Dabei ist die von den Kurzschlussstäben 8 hervorstehende Länge bei allen Kurzschlussstäben 8 gleich lang. Diese hervorstehenden Enden bilden Wuchtzapfen 13, die am besten in Figur 1 und Figur 2 zu erkennen sind.
Figur 5 zeigt eine Draufsicht von einem Ende eines fertig montierten
Käfigläufers 3. Wie in Figur 5 zu erkennen ist, sind die Kurzschlussringe 10 aus mehreren nebeneinander angeordneten Ringen 14 aufgebaut. In Figur 5 umfassen die Kurzschlussringe 10 jeweils drei Ringe 14. Die einzelnen Ringe 14 haben die gleiche Außenkontur, Innenkontur und deckungsgleiche Kurzschlussring-Nuten 1 1 . Vorzugsweise sind die Kurzschlussring-Nuten 1 1 vollständig radial nach außen offen, d.h. die Kurzschlussring-Nuten sind über ihre gesamte Länge in Axialrichtung (des Käfigläufers), d.h. über die gesamte Dicke des jeweiligen Rings 14, offen. Es ist aber auch möglich, dass die Kurzschlussring-Nuten 1 1 nur teilweise radial nach außen offen sind, d.h. die Kurzschlussring-Nuten 1 1 sind über einen bestimmten Abschnitt in
Axialrichtung (des Käfigläufers), d.h. der Dicke des jeweiligen Rings 14, offen, beispielsweise durch einseitiges oder beidseitiges Anfasen der Ringe 14.
In Figur 5 sind innenseitig des Kurzschlussrings 10 die
aufeinandergestapelten Läuferbleche 4 erkennbar. Mit dem Eintritt in das Läuferblechpaket 2 sind in Figur 5 die Kurzschlussstäbe 8 nicht mehr erkennbar, weil sie dann von dem, wie in Figur 3 dargestellten,
geschlossenen äußeren Ende der Läuferblech-Nuten 5 verdeckt werden. Zur Verbindung der Kurzschlussstäbe 8 mit den Kurzschlussringen 10, genauer mit den einzelnen Ringen 14, werden in Umfangsrichtung der
Kurzschlussringe 10 umlaufende Schweißnähte 15 vorgesehen. Durch die Schweißnähte 15 werden zum einen jeweils benachbarte Ringe 14 miteinander verbunden und gleichzeitig die Ringe 14 und somit der gesamte Kurzschlussring 10 mit den Kurzschlussstäben 8 verbunden. Alternativ zur Verbindungstechnik des Schweißens kann auch eine andere
Verbindungstechnik wie beispielsweise Löten verwendet werden.
Vorteilhafterweise handelt es sich um eine Verbindungstechnik, die einerseits eine ausreichende Stabilität gewährleistet und andererseits die erforderliche elektrische Leitfähigkeit sicherstellt. Die Schweißnaht 15 bzw. Lötverbindung erstreckt sich wie erwähnt vorzugsweise geschlossen in Umfangsrichtung entlang der radial nach außen weisenden Seite der Ringe 14, sie kann jedoch auch unterbrochen sein oder punktuell ausgeführt werden. Bei einer punktuellen Ausführung sind die Verbindungspunkte insbesondere am Materialübergang von den Kurzschlussstäben 8 zu den Ringen 14
vorzusehen, d.h. im Bereich der radial äußeren offenen Seite der
Kurzschlussring-Nuten 1 1 . Dadurch, dass zwei Ringe 14 nebeneinander angeordnet werden, können die radial nach außen gewandten und
zueinander weisenden Kanten der Ringe 14 abgefast werden. Die dadurch entstehende, entlang des Kurzschlussring-Umfangs umlaufende Nut (von der Schweißnaht 15 verdeckt), dient zur Anbringung der Schweißnaht 15. Mit einer solchen Nut ist eine für die Schweiß-/Lötverbindung ausreichende Kontaktfläche vorhanden. Die Kurzschlussringe 10 müssen jedoch nicht zwangsläufig wie vorstehend beschrieben aus mehreren Ringen 14 aufgebaut sein, sondern können auch einstückig ausgeführt sein.
Vorzugsweise sind die Ringe 14 bzw. der Kurzschlussring 10 aus Aluminium oder Kupfer. Die Ringe 14 bzw. der Kurzschlussring 10 werden/wird vorzugsweise gestanzt, geschmiedet, ausgefräst oder
Wasserstrahlgeschnitten, usw.
Figur 6 zeigt eine Draufsicht eines fertig montierten Kurzschluss Käfigläufers 3. Im Unterschied zu dem Käfigläufer 3 aus Figur 5 umfassen die
Kurzschlussringe 10 jeweils vier Ringe 14. Abgesehen von diesem
Unterschied wird auf die vorstehende Beschreibung verwiesen. Figur 7 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines fertig montierten
Käfigläufers 3 samt Welle 16. In Figur 7 sind die Kurzschlussstäbe 8 im montierten Zustand auch entlang des Läuferblechpakets 2 erkennbar. Dies liegt daran, dass hier die Variante an Läuferblechen 4 verwendet wird, deren radial äußeres Ende offen ist. Bei dieser Ausführung könnte zusätzlich eine Verschweißung der Kurzschlussstäbe 8 mit dem Läuferpaket 2 erfolgen, indem in Axialrichtung verlaufende Schweißnähte am Materialübergang zwischen den Leiterstäben 8 und dem Material des Läuferpakets 2
vorgesehen sind. Für eine plane Außenkontur des Käfigläufers, müsste der Außenumfang des Käfigläufers 3 abgedreht werden. Im Übrigen wird auf die vorstehende Beschreibung verwiesen.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Käfigläufers 3 wird zunächst das oben beschriebene Läuferblechpaket 2 bereitgestellt. Anschließend werden die Kurzschlussstäbe 8 in die Läuferblech-Nuten 5 so eingefügt, dass die Kurzschlussstäbe 8 an beiden Stirnseiten 9 des Läuferblechpakets 2 hervorstehen. Auf diese hervorstehenden Enden der Kurzschlussstäbe 8 werden die Kurzschlussringe 10 aufgesteckt, sodass die Kurzschlussstäbe 8 im vollständig aufgesteckten Zustand der Kurzschlussringe 10 über die Kurzschlussringe 10 hinausragen. Anschließend werden die
Kurzschlussstäbe 8 mit den Kurzschlussringen 10 an einer radial nach außen offenen Seite der Kurzschlussring-Nuten 1 1 verbunden, vorzugsweise verschweißt oder verlötet. Zum Wuchten des Käfigläufers 3 wird
vorzugsweise Material von ausgewählten Wuchtzapfen 13 abgetragen alternativ könnten nicht dargestellte Ausgleichsgewichte an den Wuchtzapfen 13 befestigt werden, beispielsweise angeschweißt werden.
In den beigefügten Zeichnungen sind der Übersichtlichkeit halber nur ein(e/s/er) oder einige der Läuferblech-Nuten 5, der Abschnitte 7, der Kurzschlussstäbe 8, Kurzschlussring-Nuten 1 1 , der Abschnitte 12, der Wuchtzapfen 13 mit einem Bezugszeichen versehen. Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der
vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf die offenbarten Ausführungsbeispiele zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in
verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.
Bezugszeichenliste:
1 Kurzschlusskäfig
2 Läuferblechpaket
3 Käfigläufer
4 Läuferblech
5 Läuferblech-Nut
6 Wellennut
7 Abschnitt
8 Kurzschlussstab
9 Stirnseite des Läuferblechpakets
10 Kurzschlussring
1 1 Kurzschlussring-Nut
12 Abschnitt
13 Wuchtzapfen
14 Ring
15 Schweißnaht
16 Welle

Claims

Ansprüche
1 . Käfigläufer (3) für eine Asynchronmaschine mit:
einem Läuferblechpaket (2) aus einer Vielzahl an gestapelten
Läuferblechen (4), die jeweils eine Vielzahl an in Umfangsrichtung verteilten Läuferblech-Nuten (5) aufweisen;
an beiden Stirnseiten (9) des Läuferblechpakets (2) angeordneten Kurzschlussringen (10), die jeweils eine Vielzahl an in Umfangsrichtung verteilten Kurzschlussring-Nuten (1 1 ) aufweisen, und
in die Läuferblech-Nuten (5) eingefügte Kurzschlussstäbe (8), die sich durch die Kurzschlussring-Nuten (1 1 ) erstrecken und deren Enden über die Kurzschlussringe (10) hinausragen,
wobei die Kurzschlussring-Nuten (1 1 ) radial nach außen zumindest teilweise offen sind und die Kurzschlussstäbe (8) mit den Kurzschlussringen (10) an der radial nach außen offenen Seite der Kurzschlussring-Nuten (1 1 ) miteinander verbunden sind.
2. Käfigläufer (3) gemäß Anspruch 1 , wobei die Kurzschlussstäbe (8) mit den Kurzschlussringen (10) an der radial nach außen offenen Seite der Kurzschlussring-Nuten (1 1 ) miteinander verschweißt oder verlötet sind.
3. Käfigläufer (3) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kurzschlussring-Nuten (1 1 ) einen Abschnitt (12) aufweisen, an dem sich die Kurzschlussring-Nuten (1 1 ) radial nach außen hin verjüngen.
4. Käfigläufer (3) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kurzschlussringe (10) jeweils aus zumindest zwei
aufeinandergestapelten Ringen (14) aufgebaut sind.
5. Käfigläufer (3) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kurzschlussringe (10) zu ihrer Formgebung geschmiedet, ausgestanzt, ausgefräst oder ausgeschnitten sind.
6. Käfigläufer (3) gemäß Anspruch 4, wobei an der radial nach außen gewandten Seite der Kurzschlussringe (10) jeweils zwischen zwei benachbarten Ringen (14), eine in Umfangsrichtung der Kurzschlussringe (10) umlaufende durchgängige oder unterbrochene Schweißnaht (15) oder Lötverbindung verläuft, mittels der auch die Kurzschlussstäbe (8) mit den Kurzschlussringen (10) verbunden sind.
7. Käfigläufer (3) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kurzschlussringe (10) und/oder Kurzschlussstäbe (8) Aluminium aufweisen.
8. Verfahren zur Herstellung eines Käfigläufers (3) mit den Schritten:
Bereitstellen eines Läuferblechpakets (2) aus einer Vielzahl an gestapelten Läuferblechen (4), die jeweils eine Vielzahl an in
Umfangsrichtung verteilten Läuferblech-Nuten (5) aufweisen;
Einschieben von Kurzschlussstäben (8) in die Läuferblech-Nuten (5), so dass die Kurzschlussstäbe (8) an beiden Stirnseiten (9) des
Läuferblechpakets (2) hervorstehen;
Aufstecken von Kurzschlussringen (10) auf beide Stirnseiten (9) des Läuferblechpakets (2), so dass die Kurzschlussstäbe (8) in die
Kurzschlussring-Nuten (1 1 ) eingefügt werden und im vollständig
aufgesteckten Zustand der Kurzschlussringe (10) die Kurzschlussstäbe (8) über die Kurzschlussringe (10) hinausragen, und
Verbinden der Kurzschlussstäbe (8) mit den Kurzschlussringen (10) an einer radial nach außen zumindest teilweise offenen Seite der
Kurzschlussring-Nuten (1 1 ).
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei die Kurzschlussstäbe (8) mit den Kurzschlussringen (10) verbunden werden, indem die Kurzschlussstäbe (8) mit den Kurzschlussringen (10) an der radial nach außen offenen Seite der Kurzschlussring-Nuten (1 1 ) miteinander verschweißt oder verlötet werden.
10. Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die Kurzschlussstäbe (8) mit den Kurzschlussringen (10) verbunden werden, indem die
Kurzschlussstäbe (8) mit den Kurzschlussringen (10) an der radial nach außen offenen Seite der Kurzschlussring-Nuten (1 1 ) durch eine in
Umfangsrichtung der Kurzschlussringe (10) umlaufende durchgängige oder unterbrochene Schweißnaht (15) oder Lötverbindung verbunden werden.
1 1 . Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die
Kurzschlussringe (10) jeweils aus zumindest zwei aufeinandergestapelten Ringen (14) aufgebaut sind, mit dem Schritt:
Verschweißen oder Verlöten von jeweils zwei benachbarten Ringen (14), an der radial nach außen gewandten Seite der Kurzschlussringe (10), durch eine in Umfangsrichtung der Kurzschlussringe (10) umlaufende durchgängige oder unterbrochene Schweißnaht (15) oder Lötverbindung, mit der auch die Kurzschlussstäbe (8) mit den Kurzschlussringen (10) verbunden werden.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , mit dem Schritt:
Wuchten des Käfigläufers (3) durch Abtragen von Material an ausgewählten der über die Kurzschlussringe (10) hinausragenden
Kurzschlussstäbe (8).
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