WO2019228951A1 - Kurzschlussläufer für einen elektromotor, insbesondere einen asynchronmotor, elektromotor, sowie verfahren zur herstellung eines kurzschlussläufers - Google Patents

Kurzschlussläufer für einen elektromotor, insbesondere einen asynchronmotor, elektromotor, sowie verfahren zur herstellung eines kurzschlussläufers Download PDF

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WO2019228951A1
WO2019228951A1 PCT/EP2019/063586 EP2019063586W WO2019228951A1 WO 2019228951 A1 WO2019228951 A1 WO 2019228951A1 EP 2019063586 W EP2019063586 W EP 2019063586W WO 2019228951 A1 WO2019228951 A1 WO 2019228951A1
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WO
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short
section
cross
circuit
cage rotor
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Application number
PCT/EP2019/063586
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Stefan FRICK
Markus Meidert
Simon Rast
Original Assignee
Thyssenkrupp Ag
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/0012—Manufacturing cage rotors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02—Asynchronous induction motors
    • H02K17/16—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
    • H02K17/20—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors having deep-bar rotors

Definitions

  • Short circuit rotor for an electric motor in particular an asynchronous motor, electric motor, and method for producing a squirrel cage rotor
  • the present invention relates to a squirrel cage rotor for an electric motor, in particular an asynchronous motor, according to the preamble of claim 1, an electric motor according to the preamble of claim 9, and a method for producing a squirrel cage rotor according to the preamble of claim 10 or 11.
  • Squirrel-cage or squirrel-cage rotors are called rotors of electric motors, in particular asynchronous motors, which instead of a wire wound coil supplied with slip rings have a cage permanently short-circuited in the laminated core (massive turns).
  • the squirrel cage rotor includes a first shorting ring and a second shorting ring mounted axially spaced apart on a shaft. At least one short-circuiting rod, preferably a plurality of short-circuiting rods, is arranged between the short-circuiting rings, which preferably run parallel to the shaft and are furthermore preferably arranged next to one another in the circumferential direction. Preferably, the shorting bars are accommodated in laminations. Several laminations result in the so-called laminated core.
  • the shorting bars In the context of the production of such squirrel cage rotors, the shorting bars must be connected to the shorting rings at least electrically, preferably electrically and mechanically. For this purpose, some methods have become known in the prior art.
  • short-circuiting rods are used which are equipped at the end with short-circuiting ring segments, the short-circuiting ring being completed after the insertion of all short-circuiting rods.
  • the short-circuit ring can also be composed of separate short-circuit ring segments. From JPH 10-174386 A has become known, for example, to deform the protruding from the laminated core ends of the short-circuiting rods such that they themselves form a short-circuit ring.
  • the proposed measures are sometimes problematic in terms of production technology and place special demands on the short-circuit bar material, in particular if electric motors with high power are to be provided.
  • the short-circuit ring according to JPH 10-174386 A can not be designed arbitrarily thick, since from a certain thickness of the short-circuiting rods such a transformation production technology is no longer feasible.
  • a squirrel cage with the characterizing features of claim 1.
  • the shorting bar has a portion with a first cross section and a terminal body segment with a second cross section, wherein the second cross section is greater than the first cross section, wherein the shorting rings have an inner side facing the shorting bar, wherein the terminal body segment with the inside of one of the shorting rings connected, can be transmitted through the enlarged surfaces high currents between the shorting ring and the shorting bar.
  • the connection between the shorting bar and the shorting ring is displaced to the inside of the shorting ring, so that, for example, no shorting bars have to be bent around the shorting ring, which for example come to rest on the outside.
  • the production is much more reliable process feasible and also the axial space can be reduced by this measure tends.
  • the squirrel cage rotor with at least a first shorting bar and a second Shorting bar is equipped, wherein the shorting bars are equipped on one side with a connector body segment, the shorting bars are arranged alternately with respect to the axial orientation of the connector body segment, wherein the terminal body segment of the first shorting bar is connected to the inside of the first shorting ring, wherein the terminal body segment of the second shorting bar is connected to the inside of the second shorting ring.
  • the short-circuiting rods of a short-circuit rotor configured in this way can be shaped separately and, in particular, outside the laminated core. The reshaping can therefore be individually tailored to the material of the shorting bar.
  • the short-circuiting rod has a second connection body segment with a third cross section, wherein the third cross section is larger than the first cross section, wherein the first
  • Terminal body segment with the inside of the first shorting ring and the second terminal body segment is connected to the inside of the second shorting ring.
  • the short-circuit bars of a squirrel cage configured in this way can advantageously be reshaped within the laminated core.
  • the first and second connector body segments are similar, so that a symmetrical short-circuiting rod is formed. Symmetrically shaped shorting bars have the advantage that the
  • the squirrel cage rotor is equipped in the circumferential direction with short-circuit bars, wherein in the circumferential direction adjacent terminal body segments form a connection body for the short-circuit ring.
  • the terminal body segments may form a segmented terminal body having an approximately circular shape. If there are gaps between the individual connector body segments, they can be closed by welding, for example.
  • the connection body forms a joining partner for the connection to the respectively assigned short-circuit ring or its inner side. Connection body and short-circuit ring, for example, by welding, friction welding, rotational friction welding, soldering, etc. may be interconnected.
  • the short-circuit ring comprises a joining body and a support body, wherein the joining body the Inside the short-circuit ring forms.
  • the support body consists of aluminum or an aluminum alloy.
  • aluminum does not have the electrical conductivity of copper, but is much more stable and therefore is advantageously suitable as a support body, whereby a current-conducting function is not excluded.
  • the joining body and the short-circuiting rods or rods consist of the same material, in particular copper or a copper alloy.
  • the material equality results in advantages in the connection of the aforementioned components.
  • both components have the same melting point, so that these parameters can be taken into account in the connection and results in a correspondingly reliable connection.
  • the at least one short-circuiting rod is received in a laminated core.
  • the laminated core can hold the shorting bars in a corresponding position, for example during the forming process. But otherwise, the laminated core holds the short-circuiting rods additionally in a predetermined position.
  • a further object of the present invention is to provide an improved electric motor, in particular asynchronous motor, with a squirrel-cage rotor, in particular to provide a powerful and compact electric motor.
  • this object is achieved by an electric motor, in particular asynchronous motor, with the characterizing features of claim 9.
  • the advantages of the squirrel cage rotor according to the invention can be made useful for the electric motor.
  • Another object of the present invention is to propose an advantageous method for producing a short-circuit ring of a squirrel cage rotor according to the invention. According to the invention, this object is achieved by a method according to claim 10 or 11.
  • a method for producing a squirrel-cage rotor according to claim 2 advantageously has at least the following method steps:
  • the short-circuit bar semi-finished products can be reshaped outside the laminated core. A burden of the laminated core by the deformation of the short-circuit bar semi-finished products can be avoided.
  • a method for producing a squirrel-cage rotor according to claim 3, with a laminated core for receiving short-circuit bars between the short-circuited rings, preferably has at least the following method steps:
  • the introduction of the short-circuit bar semi-finished products in the laminated core takes place before forming. Accordingly, the deformation can be made within the laminated core.
  • the Kurzröstab semi-finished is sharpened before forming. In this way it can be achieved that as much material as possible is brought inwards in the direction of the axis of rotation, whereby the concentricity properties of the squirrel-cage rotor can be improved.
  • the circumferentially juxtaposed connector body segments are joined together to form a connector body, wherein the respective connector body is connected to the inside of each short-circuit ring, in particular by means of welding, preferably by means of rotary friction welding.
  • connection body and / or inside of the connection ring can be used prior to the connection of the connector body with the inside of the respective shorting ring of the connecting body and / or the inside of the connecting ring with annular projections and / or annular grooves are provided or equipped with annular grooves and / or annular projections Connection body and / or inside of the connection ring can be used.
  • This is a preferred embodiment, in particular for aluminum short-circuit rings.
  • the short-circuit ring is softened.
  • the copper shorting bars do not soften because of higher melting temperature or at least hardly. Therefore, the ring protrusions dig into the soft aluminum.
  • Figure 1 shows an electric motor according to the invention in a sectional view.
  • FIG. 2 shows a squirrel-cage rotor according to the invention in an exploded view
  • Fig. 3 is a shorting bar with a one-sided provided
  • Terminal body segment
  • FIG. 3a shows a section X-X of FIG. 3
  • FIG. 3b shows a section Y-Y according to FIG. 3;
  • Fig. 4a is a section X-X of FIG. 4;
  • FIG. 4b shows a section Y-Y according to FIG. 4;
  • FIG. 4c shows a section Z-Z according to FIG. 4;
  • Fig. 5a is a section X-X of FIG. 5;
  • FIG. 6a shows a section X-X in accordance with FIG. 6;
  • Fig. 7a is a schematic representation of an alternating arrangement of short-circuiting rods
  • Fig. 7a is a plan view of a laminated core with alternately inserted
  • T-shaped Short-circuit bars
  • FIG. 7b rotational friction welding of short-circuit rings and connecting body
  • Fig. 7b rotational friction welding of short circuit rings and connection body
  • FIG. 7c composite of short-circuiting bars and short-circuiting rings
  • Fig. 8a is a schematic representation of an alternating arrangement of short-circuiting rods
  • Fig. 8a is a plan view of a laminated core with alternately inserted
  • FIG. 8c rotational friction welding of short-circuit rings and connection body
  • FIG. 8d composite of short-circuiting bars and short-circuiting rings
  • FIG. 9a is a plan view and a partially sectioned view of a laminated core with inserted KurzBankstabschmaschineen;
  • FIG. 9b shows a pressing tool which converts the short-circuit bar semi-finished products in the laminated core;
  • 9c is a plan view and a partially sectioned view of a laminated core with deformed KurzBankstabschmaschineen;
  • Fig. 10b a small wobble tool, which the KurzInstitutmaschinee in the
  • 10c is a plan view of a laminated core with deformed KurzBankstabschmaschineen
  • 10d shows a plan view of a laminated core with deformed short-circuited rod semi-finished products, with a turned-off connection body
  • FIG. 14a-b alternative surface structures of short-circuit ring and / or connecting body
  • 15a is a plan view of a laminated core with deformed KurzBankstabschmaschineen
  • Fig. 15b is a plan view of a laminated core with twisted KurzBankstabschmaschineen
  • An inventive electric motor in particular asynchronous motor, essentially comprises a stator S and a rotor R in the form of a squirrel cage rotor according to the invention.
  • a short-circuit rotor R essentially comprises a first short-circuit ring 1 and preferably a further, second short-circuit ring 1a, which are mounted axially spaced from one another on a shaft 4.
  • la is at least one short-circuit bar 2, preferably a plurality of short-circuit bars 2, 2a, 2b, ... attached, which are preferably parallel to the shaft 4 and further preferably in the circumferential direction are mounted side by side.
  • the shorting bars are received in laminations 3.
  • Several laminations result in the so-called laminated core.
  • the at least one short-circuiting rod forms a section 21 with a first cross-section Al and a terminal body segment 22 with a second cross-section A2, wherein the second cross-section A2 is greater than the first cross-section Al, wherein the at least one short-circuit ring 1 is one of the at least a KurzQuerystab facing inside 11, wherein the short-circuit ring 1 is connected on its inner side 11 with the terminal body segment 22 of the shorting bar 2.
  • the at least one short-circuit bar 2 forms a second terminal body segment 23 with a third cross-section A3, wherein the third cross-section A3 is greater than the first cross-section Al, wherein the second short-circuit ring la on its inner side 11 with the second terminal body segment 23rd of the shorting bar 2 is connected.
  • the shorting bar 2 is an elongate rod-shaped body, preferably made of copper or a copper alloy.
  • the shorting bar 2 has a longitudinal axis L. Transverse to this longitudinal axis L extend the above-mentioned cross-sections A and cross-sectional areas.
  • the first connector body segment 22 with the second cross-section A2 is formed by the first end side and the second connector body segment 23 with the third cross-section A3, if provided, from the second end side of the shorting bar 2.
  • the first cross section Al is formed by a cross section, which is located, for example, on the half of the length of the shorting bar 2.
  • the first terminal body segment 22 and the second terminal body segment 23 may be formed by a T- or L-shaped end of the shorting bar 2.
  • the short-circuiting rod 2 is preferably designed in one piece.
  • the production of the shorting bar 2 as such preferably takes place from a semifinished product H, which preferably has the first cross section A1 over the entire longitudinal axis L.
  • a semifinished product H which preferably has the first cross section A1 over the entire longitudinal axis L.
  • massive forming such as bending and / or pressing
  • the terminal body segment 22 and the terminal body segments 22, 23 are prepared.
  • the L-shape is made by bending the one or more ends of the short-cut bar semi-finished product H and the T-shape by bending and pressing the ends of the short-cut half-bar H.
  • the degrees of deformation are usually smaller than in single-stage (bending).
  • the processing location or time of the short-circuit bar semi-finished product basically two variants are conceivable.
  • the at least one short-circuit bar 2 or the short-circuit bars 2, 2a, 2b, 2c,... are formed from a short-circuit bar semi-finished product H prior to introduction into the laminations or the laminated core 3.
  • the material can be heated for easier forming (hot deformation), without having to take into account, for example, a heat-sensitive insulation of a laminated core.
  • a terminal body segment 22 exclusively on one side.
  • Shorting bars are inserted in alternating axial alignment with respect to the terminal body segment 22 in the laminated core 3. This preferably takes place in such a way that the end faces of the short-circuiting rods without a formed connecting-body segment terminate flush with the connecting-body segments not only in the circumferential direction but also in the axial height.
  • the terminal body segment 22 is configured such that the terminal body segments touch together with protruding portions 21 with first cross-section Al in the circumferential direction each other and a gap closure is realized. A possibly missing gap closure can be closed by welding. As a result, the terminal body segments 22 form a preferably circularly closed circular body K in the circumferential direction.
  • the deformation of the short-circuit bar or the deformation of the short-circuit bars 2, 2a, 2b, 2c,... From short-circuited semi-finished products H is carried out after introduction into the laminations 3 or the laminated core.
  • the Forming thus takes place, so to speak, on short-circuit semi-finished products already used in the laminated core.
  • the procedure can basically be combined with each other as desired.
  • the corresponding tools are provided with the reference numbers pressing tool P or wobbling tool T in the figures.
  • the forming preferably takes place at both ends of the short-cut semi-finished product F1, so that two short-body semi-finished products result in two connector body segments 22, 23 at both ends of the short-circuiting rod.
  • the design of the terminal body segments may be L-shaped or T-shaped as above, depending on which forming process is preferred.
  • the terminal body segments 22 and 23 of a page are preferably designed such that they touch each other in the circumferential direction and a gap closure is realized.
  • a possibly missing gap closure can be closed, for example, by welding.
  • the terminal body segments 22 and 23 form a preferably circularly closed circular body K in the circumferential direction.
  • connection in particular an electrical and mechanical connection, between the inner side 11 of the respective short-circuit ring 1 or la and the respective terminal body 22 or 23 of the short-circuit bars 2, 2a, 2b, 2c, ... made.
  • the connection is preferably produced by welding, in particular by rotary friction welding.
  • the inner sides 11 of the short-circuit rings 1, la are also correspondingly also facing each other.
  • the inner side 11 of the short-circuit ring 1 or la is formed from a similar, in particular identical, material as the short-circuiting rod or the enlarged cross-sectional area A2 or A3 of the short-circuiting rod, in particular made of copper or a copper alloy.
  • a hybrid short-circuit ring 1 or la can be used, comprising a joining body 11 and a support body 12.
  • the joining body 11 forms the inside of the short-circuit ring.
  • the joining body 11 or the inner side of the short-circuit ring preferably consists of the same material as the short-circuiting bars 2, 2 a, 2 b, 2 c, or their terminal body segments 22 and 23, in particular of copper or a copper alloy.
  • the support body 12 may be made of another material, such as aluminum or an aluminum alloy.
  • the short-circuit ring 1 can also be equipped with a diffusion barrier between the joining body 11 and the supporting body 12. This is intended to prevent or at least reduce the build-up of a boundary layer or intermediate layer of aluminum or copper oxides as well as the diffusion of atoms of one material into the crystal lattice of the other material.
  • a diffusion barrier between the joining body 11 and the supporting body 12.
  • Preferred material of the diffusion barrier is e.g. Nickel or silver.
  • Such a trained short-circuit ring 1, la has advantages.
  • due to the material equality there are also mechanical advantages, in particular since material-identical joining partners can be optimally fitted.
  • the mechanical stability of the short-circuit ring can be provided mainly by the support body.
  • a Kurzröschsch Weg H is shown with non-straight ends, in particular oblique ends, partially oblique ends and combined oblique ends (asymmetric dovetail shape).
  • the forms serve primarily to influence the Flow behavior during forming.
  • the material should flow inward during the forming, in the direction of the axis of rotation 4.
  • FIG. 12 shows a forming process in the form of a two-stage pressing process.
  • a first pressing tool first forms the ends of the short-circuited semi-finished products as tips, for example with a partially oblique end. By reshaping as much material as possible should first be brought inside.
  • a second pressing tool re-forms the ends to the terminal body segment.
  • FIG. 13 shows a forming process in the form of a two-stage pressing and tumbling process.
  • a pressing tool first of all shapes the ends of the short-circuiting semi-finished products into a shape that is approximately ax-shaped in cross-section. By reshaping as much material as possible should first be brought inside.
  • a wobble tool shapes the ends to the connector body segment.
  • FIG. 14a provided with annular grooves 5 connecting body and equipped with complementary annular projections 6 short-circuit ring 1 are shown.
  • FIG. 14b shows a connection body provided with annular projections and a planar short-circuit ring.
  • This is a preferred embodiment, in particular for aluminum short-circuit rings.
  • the short-circuit ring is softened.
  • the copper shorting bars do not soften because of higher melting temperature or at least hardly. Therefore, the annular projections 6 dig into the soft aluminum.
  • Fig. 15a is a plan view of a laminated core with formed
  • Fig. 15b is a plan view of a laminated core with formed
  • Connection process can be provided with a short-circuit ring.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Kurzschlussläufer (R) für einen Elektromotor, insbesondere einen Asynchronmotor, mit einer Rotationsachse (4), umfassend mindestens einen ersten Kurzschlussring (1), einen axial beabstandeten zweiten Kurzschlussring (1a), sowie einen Kurzschlussstab (2), wobei der Kurzschlussstab (2) einen Abschnitt (21) mit einem ersten Querschnitt (A1) und ein Anschlusskörpersegment (22) mit einem zweiten Querschnitt (A2) aufweist, wobei der zweite Querschnitt (A2) größer als der erste Querschnitt (A1) ist, wobei die Kurzschlussringe (1) eine dem Kurzschlussstab (2) zugewandte Innenseite (11) aufweisen, wobei das Anschlusskörpersegment (22) mit der Innenseite (11) einer der Kurzschlussringe (1 bzw. 1a) verbunden ist, einen Elektromotor mit einem erfindungsgemäßen Kurzschlussläufer, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kurzschlussläufers.

Description

Kurzschlussläufer für einen Elektromotor, insbesondere einen Asynchronmotor, Elektromotor, sowie Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kurzschlussläufer für einen Elektromotor, insbesondere einen Asynchronmotor, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einen Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10 bzw. 11.
Kurzschlussläufer oder Käfigläufer werden die Rotoren von Elektromotoren, insbesondere Asynchronmotoren, genannt, die statt einer aus Draht gewickelten, über Schleifringe versorgten Spule einen im Blechpaket dauernd kurzgeschlossenen Käfig (massive Windungen) besitzen.
In der Regel umfasst der Kurzschlussläufer einen ersten Kurzschlussring und einen zweiten Kurzschlussring, die auf einer Welle axial voneinander beabstandet angebracht sind. Zwischen den Kurzschlussringen ist mindestens ein Kurzschlussstab, vorzugsweise mehrere Kurzschlussstäbe angebracht, die vorzugsweise parallel zu der Welle verlaufen und weiter vorzugsweise in Umfangsrichtung nebeneinander angebracht sind. Vorzugsweise sind die Kurzschlussstäbe in Blechlamellen aufgenommen. Mehrere Blechlamellen ergeben das sogenannte Blechpaket.
Im Rahmen der Herstellung derartiger Kurzschlussläufer müssen die Kurzschlussstäbe mit den Kurzschlussringen mindestens elektrisch, vorzugsweise elektrisch und mechanisch, verbunden werden. Hierzu sind im Stand der Technik einige Vorgehensweise bekannt geworden.
In der DE 195 22 671 C2 wird beispielsweise beschrieben, wie Kurzschlussstäbe durch die Kurzschlussringe hindurchgeführt werden und deren Enden plastisch verformt werden. Alternativ wird hier auch vorgeschlagen, dass die Enden der Kurzschlussstäbe die Kurzschlussringe umgreifen.
In der US 5,642,010 A wird beispielsweise vorgeschlagen, dass Kurzschlussstäbe eingesetzt werden, die endseitig mit Kurzschlussringsegmenten ausgestattet sind, wobei sich der Kurzschlussring nach Einsetzen aller Kurzschlussstäbe komplettiert. Alternativ kann der Kurzschlussring auch aus separaten Kurzschlussringsegmenten zusammengesetzt werden. Aus der JPH 10-174386 A ist beispielsweise bekannt geworden, die aus dem Blechpaket hervorstehenden Enden der Kurzschlussstäbe derart zu verformen, dass sie selbst einen Kurzschlussring bilden.
Die vorgeschlagenen Maßnahmen sind teilweise produktionstechnisch problematisch und stellen besondere Anforderungen an das Kurzschlussstabmaterial, insbesondere wenn Elektromotoren mit hohen Leistungen bereitgestellt werden sollen. Beispielsweise kann der Kurzschlussring gemäß JPH 10-174386 A nicht beliebig dick ausgestaltet werden, da ab einer gewissen Dicke der Kurzschlussstäbe eine derartige Umformung produktionstechnisch nicht mehr realisierbar sein wird.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an und macht es sich zur Aufgabe, einen verbesserten Kurzschlussläufer vorzuschlagen, insbesondere einen Kurzschlussläufer vorzuschlagen, der prozesssicher herzustellen und auch für hohe Lasten ersetzbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Kurzschlussläufer mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass der Kurzschlussstab einen Abschnitt mit einem ersten Querschnitt und ein Anschlusskörpersegment mit einem zweiten Querschnitt aufweist, wobei der zweite Querschnitt größer als der erste Querschnitt ist, wobei die Kurzschlussringe eine dem Kurzschlussstab zugewandte Innenseite aufweisen, wobei das Anschlusskörpersegment mit der Innenseite einer der Kurzschlussringe verbunden ist, können durch die vergrößerten Oberflächen hohe Ströme zwischen dem Kurzschlussring und dem Kurzschlussstab übertragen werden. Gleichermaßen ist die Verbindung zwischen Kurzschlussstab und Kurzschlussring auf die Innenseite des Kurzschlussrings verlagert, so dass beispielsweise keine Kurzschlussstäbe um den Kurzschlussring herumgebogen werden müssen, die beispielsweise auf der Außenseite zum Liegen kommen. Hierdurch ist die Herstellung wesentlich prozesssicherer durchführbar und auch der axiale Bauraum kann durch diese Maßnahme tendenziell reduziert werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kurzschlussläufer mit mindestens einem ersten Kurzschlussstab und einem zweiten Kurzschlussstab ausgestattet ist, wobei die Kurzschlussstäbe einseitig mit einem Anschlusskörpersegment ausgestattet sind, wobei die Kurzschlussstäbe alternierend im Hinblick auf die axiale Ausrichtung des Anschlusskörpersegmentes angeordnet sind, wobei das Anschlusskörpersegment des ersten Kurzschlussstabes mit der Innenseite des ersten Kurzschlussringes verbunden ist, wobei das Anschlusskörpersegment des zweiten Kurzschlussstabes mit der Innenseite des zweiten Kurzschlussringes verbunden ist. Die Kurzschlussstäbe eines derart ausgestalteten Kurzschlussläufers können separat und insbesondere außerhalb des Blechpaketes umgeformt werden. Die Umformung kann daher sehr individuell einzig auf das Material des Kurzschlussstabes abgestimmt sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kurzschlussstab ein zweites Anschlusskörpersegment mit einem dritten Querschnitt aufweist, wobei der dritte Querschnitt größer als der erste Querschnitt ist, wobei das erste
Anschlusskörpersegment mit der Innenseite des ersten Kurzschlussrings und das zweite Anschlusskörpersegment mit der Innenseite des zweiten Kurzschlussrings verbunden ist. Die Kurzschlussstäbe eines derart ausgestalteten Kurzschlussläufers können vorteilhafterweise innerhalb des Blechpaketes umgeformt werden. Vorzugsweise sind erstes und zweites Anschlusskörpersegment gleichartig, so dass ein symmetrischer Kurzschlussstab gebildet ist. Symmetrisch ausgebildete Kurzschlussstäbe haben den Vorteil, dass die
Stromübergangsflächen zwischen Kurzschlussstab und Kurzschlussring auf beiden Seiten gleich ausgebildet sind, so dass ein homogener Stromfluss gewährleistet wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kurzschlussläufer in Umfangsrichtung mit Kurzschlussstäben ausgestattet ist, wobei in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnete Anschlusskörpersegmente einen Anschlusskörper für den Kurzschlussring bilden. Die Anschlusskörpersegmente können einen segmentierten Anschlusskörper mit einer etwa kreisförmigen Gestalt ausbilden. Falls Lücken zwischen den einzelnen Anschlusskörpersegmenten bestehen, können diese beispielsweise durch Schweißen geschlossen werden. Der Anschlusskörper bildet einen Fügepartner für die Verbindung mit dem jeweils zugeordneten Kurzschlussring bzw. dessen Innenseite. Anschlusskörper und Kurzschlussring können beispielsweise mittels Schweißen, Reibschweißen, Rotationsreibschweißen, Löten, etc. miteinander verbunden sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kurzschlussring einen Fügekörper und einen Stützkörper umfasst, wobei der Fügekörper die Innenseite des Kurzschlussrings bildet. Durch diesen hybriden Aufbau können den einzelnen Komponenten bevorzugte Aufgaben, wie beispielsweise die mechanische Stabilität oder das Fügeverhalten zugewiesen und durch eine entsprechende Ausgestaltung und/oder Materialauswahl optimiert werden.
So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Stützkörper aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht. Aluminium weist zwar nicht die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer auf, ist aber um einiges stabiler und eignet sich daher vorteilhafterweise als Stützkörper, wodurch eine stromleitende Funktion aber nicht ausgeschlossen ist.
So kann ferner vorgesehen sein, dass der Fügekörper und der bzw. die Kurzschlussstäbe aus dem gleichen Material bestehen, insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Durch die Materialgleichheit ergeben sich Vorteile bei der Verbindung der vorgenannten Komponenten. Beispielsweise weisen beide Komponenten den gleichen Schmelzpunkt auf, so dass diese Parameter bei der Verbindung berücksichtigt werden können und sich eine entsprechend belastbare Verbindung ergibt. Zudem ergibt sich eine vorteilhafte elektrische Verbindung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Kurzschlussstab in einem Blechpaket aufgenommen ist. Das Blechpaket kann die Kurzschlussstäbe in einer entsprechenden Position halten, beispielsweise während des Umformvorgangs. Aber auch ansonsten hält das Blechpaket die Kurzschlussstäbe zusätzlich in einer vorbestimmten Position.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen verbesserten Elektromotor, insbesondere Asynchronmotor, mit einem Kurzschlussläufer bereitzustellen, insbesondere einen leistungsfähigen und kompakt bauenden Elektromotor bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Elektromotor, insbesondere Asynchronmotor, mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Kurzschlussläufers können für den Elektromotor nutzbar gemacht werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussrings eines erfindungsgemäßen Kurzschlussläufers vorzuschlagen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11 gelöst. Ein Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers gemäß Anspruch 2 weist vorteilhafterweise mindestens folgende Verfahrensschritte auf:
- Umformen von Kurzschlussstabhalbzeugen mit einem ersten Querschnitt in Kurzschlussstäbe mit einem Abschnitt mit dem ersten Querschnitt und ein Anschlusskörpersegment mit einem zweiten Querschnitt, wobei der zweite Querschnitt größer als der erste Querschnitt ausgestaltet ist;
- Einbringen der Kurzschlussstäbe alternierend im Hinblick auf die axiale Ausrichtung des Anschlusskörpersegmentes in das Blechpaket zwischen den Kurzschlussringen.
Durch die alternierende Ausrichtung der Kurzschlussstäbe können die Kurzschlussstabhalbzeuge außerhalb des Blechpaketes umgeformt werden. Eine Belastung des Blechpaketes durch die Umformung der Kurzschlussstabhalbzeuge kann vermieden werden.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers gemäß Anspruch 3, mit einem Blechpaket zur Aufnahme von Kurzschlussstäben zwischen den Kurzschlussringen, weist vorzugsweise mindestens folgende Verfahrensschritte auf:
- Einbringen von Kurzschlussstabhalbzeugen mit jeweils einem ersten Querschnitt in das Blechpaket;
- Umformen der Kurzschlussstabhalbzeuge in Kurzschlussstäbe mit jeweils einem Abschnitt mit dem ersten Querschnitt, einem ersten Anschlusskörpersegment mit einem zweiten Querschnitt und einem zweiten Anschlusskörpersegment mit einem dritten Querschnitt, wobei sowohl der zweite Querschnitt, als auch der dritte Querschnitt größer als der erste Querschnitt ausgestaltet sind.
Das Einbringen der Kurzschlussstabhalbzeuge in das Blechpaket erfolgt vor dem Umformen. Entsprechend kann die Umformung innerhalb des Blechpaketes vorgenommen werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Umformung des Kurzschlussstabhalbzeuges durch Pressen, Taumeln und/oder Umbiegen vorgenommen wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Kurzschlussstabhalbzeug vor dem Umformen angespitzt wird. Hierdurch kann erreicht werden, dass möglichst viel Material nach innen, in Richtung der Rotationsachse gebracht wird, wodurch die Rundlaufeigenschaften des Kurzschlussläufers verbessert werden können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Anschlusskörpersegmente zu einem Anschlusskörper zusammengefügt werden, wobei der jeweilige Anschlusskörper mit der Innenseite des jeweiligen Kurzschlussrings verbunden wird, insbesondere mittels Schweißen, vorzugsweise mittels Rotationsreibschweißen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass vor der Verbindung des Anschlusskörpers mit der Innenseite des jeweiligen Kurzschlussrings der Anschlusskörper und/oder die Innenseite des Anschlussrings mit Ringvorsprüngen und/oder Ringnuten versehen werden bzw. ein mit Ringnuten und/oder Ringvorsprüngen ausgestatteter Anschlusskörper und/oder Innenseite des Anschlussrings eingesetzt werden. Insbesondere für Kurzschlussringe aus Aluminium stellt dies eine bevorzugte Ausgestaltung dar. Beim Rotationsreibschweißen wird der Kurzschlussring erweicht. Die Kupferkurzschlussstäbe erweichen wegen höherer Schmelztemperatur nicht oder zumindest kaum. Daher graben sich die Ringvorsprünge in das weiche Aluminium ein.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden schematischen Abbildungen. Darin zeigen
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Elektromotor in einer geschnittenen Darstellung;
Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Kurzschlussläufer in einer Explosionsdarstellung;
Fig. 3 einen Kurzschlussstab mit einem einseitig vorgesehenen
Anschlusskörpersegment;
Fig. 3a einen Schnitt X-X gemäß Fig. 3;
Fig. 3b einen Schnitt Y-Y gemäß Fig. 3;
Fig. 4 einen Kurzschlussstab mit beidseitig vorgesehenen Anschlusskörpersegmenten;
Fig. 4a einen Schnitt X-X gemäß Fig. 4;
Fig. 4b einen Schnitt Y-Y gemäß Fig. 4;
Fig. 4c einen Schnitt Z-Z gemäß Fig. 4;
Fig. 5 Umformen eines Kurzschlussstabhalbzeuges durch Pressen;
Fig. 5a ein Schnitt X-X gemäß Fig. 5;
Fig. 6 Umformen eines Kurzschlussstabhalbzeuges durch Biegen und Pressen;
Fig. 6a einen Schnitt X-X gemäß Fig. 6;
Fig. 7a schematische Darstellung einer alternierenden Anordnung von Kurzschlussstäben
(ohne Darstellung der Blechlamellen / Blechpaket);
Fig. 7a' eine Draufsicht auf ein Blechpaket mit alternierend eingesteckten
Kurzschlussstäben (T-förmig);
Fig. 7b Rotationsreibschweißen von Kurzschlussringen und Anschlusskörper;
Fig. 7b' Rotationsreibschweißen von Kurzschlussringen und Anschlusskörper;
Fig. 7c Verbund aus Kurzschlussstäben und Kurzschlussringen;
Fig. 8a schematische Darstellung einer alternierenden Anordnung von Kurzschlussstäben
(ohne Darstellung der Blechlamellen / Blechpaket;
Fig. 8a’ eine Draufsicht auf ein Blechpaket mit alternierend eingesteckten
Kurzschlussstäben (L-förmig);
Fig. 8b Lückenschluss durch Verschweißen;
Fig. 8c Rotationsreibschweißen von Kurzschlussringen und Anschlusskörper;
Fig. 8d Verbund aus Kurzschlussstäben und Kurzschlussringen;
Fig. 9a eine Draufsicht und eine teilweise geschnittene Ansicht auf ein Blechpaket mit eingesteckten Kurzschlussstabhalbzeugen; Fig. 9b ein Presswerkzeug, welches die Kurzschlussstabhalbzeuge in dem Blechpaket umformt;
Fig. 9c eine Draufsicht und eine teilweise geschnittene Ansicht auf ein Blechpaket mit umgeformten Kurzschlussstabhalbzeugen;
Fig. 10a ein großes Taumelpresswerkzeug, welches die Kurzschlussstabhalbzeuge in dem
Blechpaket umformt;
Fig. 10b ein kleines Taumelwerkzeug, welches die Kurzschlussstabhalbzeuge in dem
Blechpaket einzeln umformt;
Fig. 10c eine Draufsicht auf ein Blechpaket mit umgeformten Kurzschlussstabhalbzeugen;
Fig. lOd eine Draufsicht auf ein Blechpaket mit umgeformten Kurzschlussstabhalbzeugen, mit einem abgedrehten Anschlusskörper;
Fig. 11a, b, c alternative Enden von Kurzschlussstabhalbzeugen;
Fig. 12a-d Umformung von Kurzschlussstabhalbzeugen mittels eines zweistufigen
Pressprozesses;
Fig. 13a-d Umformung von Kurzschlussstabhalbzeugen mittels eines zweistufigen Press- und
Taumelprozesses;
Fig. 14a-b alternative Oberflächenstrukturen von Kurzschlussring und/oder Anschlusskörper;
Fig. 15a eine Draufsicht auf ein Blechpaket mit umgeformten Kurzschlussstabhalbzeugen;
Fig. 15b eine Draufsicht auf ein Blechpaket mit abgedrehten Kurzschlussstabhalbzeugen;
Fig. 16 einen hybriden Kurzschlussring.
Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen.
Ein erfindungsgemäßer Elektromotor, insbesondere Asynchronmotor, umfasst im Wesentlichen einen Stator S und einen Rotor R in Form eines erfindungsgemäßen Kurzschlussläufers.
Ein erfindungsgemäßer Kurzschlussläufer R umfasst im Wesentlichen einen ersten Kurzschlussring 1 und vorzugsweise einen weiteren, zweiten Kurzschlussring la, die auf einer Welle 4 axial voneinander beabstandet angebracht sind. Zwischen den Kurzschlussringen 1, la ist mindestens ein Kurzschlussstab 2, vorzugsweise mehrere Kurzschlussstäbe 2, 2a, 2b, ... angebracht, die vorzugsweise parallel zu der Welle 4 verlaufen und weiter vorzugsweise in Umfangsrichtung nebeneinander angebracht sind. Vorzugsweise sind die Kurzschlussstäbe in Blechlamellen 3 aufgenommen. Mehrere Blechlamellen ergeben das sogenannte Blechpaket. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der mindestens eine Kurzschlussstab einen Abschnitt 21 mit einem ersten Querschnitt Al und ein Anschlusskörpersegment 22 mit einem zweiten Querschnitt A2 ausbildet, wobei der zweite Querschnitt A2 größer als der erste Querschnitt Al ist, wobei der mindestens eine Kurzschlussring 1 eine dem mindestens einen Kurzschlussstab zugewandte Innenseite 11 aufweist, wobei der Kurzschlussring 1 auf seiner Innenseite 11 mit dem Anschlusskörpersegment 22 des Kurzschlussstabes 2 verbunden ist.
Weiter vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Kurzschlussstab 2 ein zweites Anschlusskörpersegment 23 mit einem dritten Querschnitt A3 ausbildet, wobei der dritte Querschnitt A3 größer als der erste Querschnitt Al ist, wobei der zweite Kurzschlussring la auf seiner Innenseite 11 mit dem zweiten Anschlusskörpersegment 23 des Kurzschlussstabes 2 verbunden ist.
Bei dem Kurzschlussstab 2 handelt es sich um einen länglichen stabförmigen Körper, vorzugsweise aus Kupfer oder eine Kupferlegierung. Der Kurzschlussstab 2 weist eine Längsachse L auf. Quer zu dieser Längsachse L verlaufen die oben angesprochenen Querschnitte A bzw. Querschnittsflächen. Das erste Anschlusskörpersegment 22 mit dem zweiten Querschnitt A2 wird von der ersten Stirnseite und das zweite Anschlusskörpersegment 23 mit dem dritten Querschnitt A3 wird, sofern vorgesehen, von der zweiten Stirnseite des Kurzschlussstabes 2 gebildet. Der erste Querschnitt Al wird von einem Querschnitt gebildet, welcher sich beispielsweise auf der Hälfte der Länge des Kurzschlussstabes 2 befindet. Das erste Anschlusskörpersegment 22 und das zweite Anschlusskörpersegment 23 können beispielsweise durch ein T- oder L-förmiges Ende des Kurzschlussstabes 2 ausgebildet werden. Der Einfachheit halber soll nachfolgend von einer T-Form und einer L-Form gesprochen werden. Der Kurzschlussstab 2 ist vorzugsweise einstückig ausgestaltet.
Weitere Details der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus dem Herstellungsprozess.
Die Herstellung des Kurzschlussstabes 2 als solches erfolgt vorzugsweise aus einem Halbzeug H, welches vorzugsweise über die gesamte Längsachse L den ersten Querschnitt Al aufweist. Durch Massivumformung, wie beispielsweise Biegen und/oder Pressen, wird das Anschlusskörpersegment 22 bzw. werden die Anschlusskörpersegmente 22, 23 hergestellt. So wird die L-Form beispielsweise durch Umbiegen des oder der Enden des Kurzschlussstabhalbzeuges H und die T-Form durch Biegen und Pressen des oder der Enden des Kurzschlussstabhalbzeuges H hergestellt. Bei dem zweistufigen Herstellprozess (Biegen und Pressen) sind die Umformgrade in der Regel kleiner als beim einstufigen (Biegen). Hinsichtlich des Bearbeitungsortes bzw. Zeitpunktes des Kurzschlussstabhalbzeuges sind grundsätzlich zwei Varianten denkbar.
In einer ersten Variante, wird der mindestens eine Kurzschlussstab 2 bzw. werden die Kurzschlussstäbe 2, 2a, 2b, 2c, ... vor dem Einbringen in die Blechlamellen bzw. das Blechpaket 3 aus einem Kurzschlussstabhalbzeug H umgeformt. Bei dieser Variante kann das Material für eine leichtere Umformung erwärmt werden (Warmverformung), ohne beispielsweise dabei Rücksicht auf eine wärmeempfindliche Isolation eines Blechpakets nehmen zu müssen.
Kurzschlussstäbe 2, 2a, 2b, 2c, ... für diese Herstellungsvariante weisen ausschließlich auf einer Seite ein Anschlusskörpersegment 22 auf.
Das Einsetzen der Kurzschlussstäbe 2, 2a, 2b, 2c, ... erfolgt alternierend, d.h. Kurzschlussstäbe werden in abwechselnder axialer Ausrichtung im Hinblick auf das Anschlusskörpersegment 22 in das Blechpaket 3 eingeschoben. Dies erfolgt bevorzugt derart, dass die Stirnseiten der Kurzschlussstäbe ohne ausgebildetes Anschlusskörpersegment nicht nur in Umfangsrichtung, sondern auch in axialer Höhe bündig mit den Anschlusskörpersegmenten abschließen. Bezogen auf beispielsweise zwei Kurzschlussstäbe 2, 2a bedeutet dies, dass das Anschlusskörpersegment 22 des ersten Kurzschlussstabes 2 mit der Innenseite 11 des ersten Kurzschlussringes 1 verbunden ist, wobei das Anschlusskörpersegment 22 des zweiten Kurzschlussstabes 2a mit der Innenseite 11 des zweiten Kurzschlussringes la verbunden ist. Entsprechend sind die jeweils anderen Enden der Kurzschlussstäbe 2 bzw. 2a ohne Anschlusskörpersegment mit dem jeweils anderen Kurzschlussring la bzw. 1 verbunden.
Vorzugsweise ist das Anschlusskörpersegment 22 derart ausgestaltet, dass die Anschlusskörpersegmente zusammen mit herausstehenden Abschnitten 21 mit erstem Querschnitt Al in Umfangsrichtung einander berühren und ein Lückenschluss realisiert ist. Ein ggf. nicht vorhandener Lückenschluss kann durch Verschweißen geschlossen werden. Im Ergebnis bilden die Anschlusskörpersegmente 22 einen vorzugsweise in Umfangsrichtung geschlossenen kreisförmigen Anschlusskörper K.
In einer weiteren Variante kann vorgesehen sein, dass die Umformung des Kurzschlussstabes bzw. die Umformung der Kurzschlussstäbe 2, 2a, 2b, 2c, ... aus Kurzschlussstabhalbzeugen H nach dem Einbringen in die Blechlamellen 3 bzw. das Blechpaket vorgenommen wird. Die Umformung findet also gewissermaßen an bereits in das Blechpaket eingesetzten Kurzschlussstabhalbzeugen statt.
Für eine derartige Umformung kommen insbesondere folgende Vorgehensweisen in Frage:
- Axiales Pressen der Kurzschlussstäbe, alle miteinander auf einmal
- Axiales Pressen der Kurzschlussstäbe, abschnittsweise
- Taumeln aller Kurzschlussstäbe auf einmal, insbesondere mit einem großen Taumelwerkzeug
- Taumeln jedes Kurzschlussstabes einzeln und nacheinander, insbesondere mit einem kleinen Taumelwerkzeug
- Umbiegen der Kurzschlussstäbe mit oder ohne Überlappungsanteile
Die Vorgehensweise können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden. Die entsprechenden Werkzeuge sind in den Abbildungen mit den Bezugszeichen Presswerkzeug P bzw. Taumelwerkzeug T versehen.
Die Umformung findet vorzugsweise an beiden Enden des Kurzschlussstabhalbzeuges Fl statt, so dass sich pro Kurzschlussstabhalbzeug zwei Anschlusskörpersegmente 22, 23 an beiden Enden des Kurzschlussstabes ergeben. Die Ausgestaltung der Anschlusskörpersegmente kann wie bereits oben L- oder T-förmig sein, je nachdem, welchem Umformprozess der Vorzug gegeben wird.
Die Anschlusskörpersegmente 22 bzw. 23 einer Seite sind bevorzugt derart ausgestaltet, dass sie in Umfangsrichtung einander berühren und ein Lückenschluss realisiert ist. Ein ggf. nicht vorhandener Lückenschluss kann beispielsweise durch Verschweißen geschlossen werden. Im Ergebnis bilden die Anschlusskörpersegmente 22 bzw. 23 einen vorzugsweise in Umfangsrichtung geschlossenen kreisförmigen Anschlusskörper K.
Anschließend wird in beiden Fällen (Umformung innerhalb oder außerhalb des Blechpaketes) eine Verbindung, insbesondere eine elektrische und mechanische Verbindung, zwischen der Innenseite 11 des jeweiligen Kurzschlussrings 1 bzw. la und dem jeweiligen Anschlusskörper 22 bzw. 23 der Kurzschlussstäbe 2, 2a, 2b, 2c, ... hergestellt. Gleichzeitig werden, soweit vorhanden, auch die Enden der Kurzschlussstäbe ohne Anschlusskörper mit den jeweiligen Kurzschlussringen 1 bzw. la verbunden. Die Verbindung wird vorzugsweise durch Schweißen, insbesondere durch Rotationsreibschweißen, hergestellt. Die Innenseiten 11 der Kurzschlussringe 1, la sind entsprechend ebenfalls einander zugewandt.
Vorzugsweise wird die Innenseite 11 des Kurzschlussringes 1 bzw. la aus einem gleichartigen, insbesondere identischen, Material wie der Kurzschlussstab bzw. die vergrößerte Querschnittsfläche A2 bzw. A3 des Kurzschlussstabes gebildet, insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Hier kann ein hybrider Kurzschlussring 1 bzw. la zum Einsatz kommen, umfassend einen Fügekörper 11 und einen Stützkörper 12. Hierbei bildet der Fügekörper 11 die Innenseite des Kurzschlussringes. Vorzugsweise besteht der Fügekörper 11 bzw. die Innenseite des Kurzschlussringes aus dem gleichen Material wie die Kurzschlussstäbe 2, 2a, 2b, 2c, ... bzw. deren Anschlusskörpersegmente 22 bzw. 23, insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Der Stützkörper 12 kann aus einem anderen Material, wie beispielsweise Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen.
Der Kurzschlussring 1 kann ferner mit einer Diffusionssperre zwischen Fügekörper 11 und Stützkörper 12 ausgestattet sein. Dies soll den Aufbau einer Grenz- oder Zwischenschicht aus Aluminium oder Kupferoxiden sowie die Eindiffusion von Atomen des einen Materials ins Kristallgitter des anderen Materials verhindern oder zumindest reduzieren. Vorzugsweise ist nicht nur ein Fügepartner vor dem Fügen mit einer Diffusionssperre versehen, sondern beide. Bevorzugtes Material der Diffusionssperre ist z.B. Nickel oder Silber.
Ein derart ausgebildeter Kurzschlussring 1, la birgt Vorteile. Insbesondere besteht durch die Materialgleichheit zwischen Fügekörper 11 und Anschlusskörper K eine vorteilhafte elektrische Anbindung. Es ergeben sich durch die Materialgleichheit ferner aber auch mechanische Vorteile, insbesondere da sich materialgleiche Fügepartner optimal fügen lassen. Die mechanische Stabilität des Kurzschlussringes kann vorwiegend durch den Stützkörper bereitgestellt werden.
Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Abbildungen 11 bis 15.
In den Fig. 11 ist ein Kurzschlussstabhalbzeug H mit nicht geraden Enden, insbesondere schrägen Enden, teilweise schrägen Enden und kombiniert schrägen Enden (asymmetrische Schwalbenschwanzform) dargestellt. Die Formen dienen vornehmlich der Beeinflussung des Fließverhaltens während des Umformens. Bevorzugt soll das Material während des Umformens nach innen, in Richtung der Rotationsachse 4 fließen.
In den Fig. 12 ist ein Umformprozess in Form eines zweistufigen Pressprozesses dargestellt. Ein erstes Presswerkzeug formt zunächst die Enden der Kurzschlussstabhalbzeuge als Spitzen aus, beispielsweise mit einem teilweise schrägen Ende. Durch das Umformen soll zunächst möglichst viel Material nach innen gebracht werden. Ein zweites Presswerkzeug formt die Enden zu dem Anschlusskörpersegment um.
In den Fig. 13 ist ein Umformprozess in Form eines zweistufigen Press- und Taumelprozesses dargestellt. Ein Presswerkzeug formt zunächst die Enden der Kurzschlussstabhalbzeuge in eine im Querschnitt etwa axtblattförmige Gestalt aus. Durch das Umformen soll zunächst möglichst viel Material nach innen gebracht werden. Ein Taumelwerkzeug formt die Enden zu dem Anschlusskörpersegment um.
In der Fig. 14a sind ein mit Ringnuten 5 versehener Anschlusskörper und ein mit komplementären Ringvorsprüngen 6 ausgestatteter Kurzschlussring 1 dargestellt. In der Fig. 14b sind ein mit Ringvorsprüngen versehener Anschlusskörper und ein planer Kurzschlussring dargestellt. Insbesondere für Kurzschlussringe aus Aluminium stellt dies eine bevorzugte Ausgestaltung dar. Beim Rotationsreibschweißen wird der Kurzschlussring erweicht. Die Kupferkurzschlussstäbe erweichen wegen höherer Schmelztemperatur nicht oder zumindest kaum. Daher graben sich die Ringvorsprünge 6 in das weiche Aluminium ein.
In der Fig. 15a ist eine Draufsicht auf ein Blechpaket mit umgeformten
Kurzschlussstabhalbzeugen dargestellt. Insbesondere handelt es sich Anschlusskörpersegmente, die durch Umbiegen hergestellt sind.
In der Fig. 15b ist eine Draufsicht auf ein Blechpaket mit umgeformten
Kurzschlussstabhalbzeugen gemäß Fig. 15a dargestellt, deren Anschlusskörpersegmente abgedreht worden sind. Dadurch kann eine planere Fügefläche für einen anschließenden
Verbindungsvorgang mit einem Kurzschlussring zur Verfügung gestellt werden.
Es gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden.
Bezugszeichenliste
R Kurzschlussläufer / Rotor
S Stator
L Längsachse
Al erster Querschnitt
A2 zweiter Querschnitt
A3 dritter Querschnitt
H Halbzeug
K Anschlusskörper
P Presswerkzeug
T Taumel(press)werkzeug
1 Kurzschlussring
2 Kurzschlussstab
3 Blechlamelle / Blechpaket
4 Welle / Rotationsachse
5 Ringnut
6 Ringvorsprung
11 Innenseite / Fügekörper
12 Stützkörper
21 Abschnitt
22 (erstes) Anschlusskörpersegment
23 zweites Anschlusskörpersegment

Claims

Ansprüche
1. Kurzschlussläufer (R) für einen Elektromotor, insbesondere einen Asynchronmotor, mit einer Rotationsachse (4), umfassend mindestens
- einen ersten Kurzschlussring (1), einen axial beabstandeten zweiten Kurzschlussring (la), sowie
- einen Kurzschlussstab (2), dadurch gekennzeichnet, dass
- der Kurzschlussstab (2) einen Abschnitt (21) mit einem ersten Querschnitt (Al) und ein Anschlusskörpersegment (22) mit einem zweiten Querschnitt (A2) aufweist, wobei
- der zweite Querschnitt (A2) größer als der erste Querschnitt (Al) ist, wobei
- die Kurzschlussringe (1) eine dem Kurzschlussstab (2) zugewandte Innenseite (11) aufweisen, wobei
- das Anschlusskörpersegment (22) mit der Innenseite (11) einer der Kurzschlussringe (1 bzw. la) verbunden ist.
2. Kurzschlussläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Kurzschlussläufer mit mindestens einem ersten Kurzschlussstab (2) und einem zweiten Kurzschlussstab (2a) ausgestattet ist, wobei
- die Kurzschlussstäbe (2, 2a) einseitig mit einem Anschlusskörpersegment (22) ausgestattet sind, wobei
- die Kurzschlussstäbe (2, 2a, 2b, ...) alternierend im Hinblick auf die axiale Ausrichtung des Anschlusskörpersegmentes (22) angeordnet sind, wobei
- das Anschlusskörpersegment (22) des ersten Kurzschlussstabes (2) mit der Innenseite (11) des ersten Kurzschlussringes (1) verbunden ist, wobei
- das Anschlusskörpersegment (22) des zweiten Kurzschlussstabes (2a) mit der Innenseite (11) des zweiten Kurzschlussringes (la) verbunden ist.
3. Kurzschlussläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Kurzschlussstab (2) ein zweites Anschlusskörpersegment (23) mit einem dritten Querschnitt (A3) aufweist, wobei
- der dritte Querschnitt (A3) größer als der erste Querschnitt (Al) ist, wobei
- das erste Anschlusskörpersegment (22) mit der Innenseite (11) des ersten Kurzschlussring (1) und
- das zweite Anschlusskörpersegment (23) mit der Innenseite (11) des zweiten Kurzschlussrings (la) verbunden ist.
4. Kurzschlussläufer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzschlussläufer in Umfangsrichtung mit Kurzschlussstäben (2, 2a, 2b, ...) ausgestattet ist, wobei in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnete Anschlusskörpersegmente (22 bzw. 23) einen Anschlusskörper (K) für den Kurzschlussring (1 bzw. la) bilden.
5. Kurzschlussläufer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzschlussring (1) einen Fügekörper (11) und einen Stützkörper (12) umfasst, wobei der Fügekörper (11) die Innenseite des Kurzschlussrings (1) bildet.
6. Kurzschlussläufer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (12) aus Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung besteht.
7. Kurzschlussläufer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügekörper (11) und der bzw. die Kurzschlussstäbe aus dem gleichen Material bestehen, insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung.
8. Kurzschlussläufer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kurzschlussstab (2, 2a, 2b, ...) in einem Blechpaket (3) aufgenommen ist.
9. Elektromotor, insbesondere Asynchronmotor, umfassend einen Stator (S) und einen als Rotor ausgebildeten Kurzschlussläufer (R), gekennzeichnet durch einen Kurzschlussläufer (R) gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche.
10. Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers gemäß Anspruch 2, mit einem Blechpaket (3) zur Aufnahme von Kurzschlussstäben (2, 2a, 2b, ...) zwischen den Kurzschlussringen (1, la), gekennzeichnet durch mindestens folgende Verfahrensschritte:
- Umformen von Kurzschlussstabhalbzeugen (H) mit einem ersten Querschnitt (Al) in Kurzschlussstäbe (2, 2a, 2b, ...) mit einem Abschnitt (21) mit dem ersten Querschnitt (Al) und ein Anschlusskörpersegment (22) mit einem zweiten Querschnitt (A2), wobei der zweite Querschnitt (A2) größer als der erste Querschnitt (Al) ausgestaltet ist;
- Einbringen der Kurzschlussstäbe (2, 2a, 2b, ...) alternierend im Hinblick auf die axiale Ausrichtung des Anschlusskörpersegmentes (22) in das Blechpaket zwischen den Kurzschlussringen (1, la).
11. Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers gemäß Anspruch 3, mit einem Blechpaket (3) zur Aufnahme von Kurzschlussstäben (2, 2a, 2b, ...) zwischen den Kurzschlussringen (1, la), gekennzeichnet durch mindestens folgende Verfahrensschritte:
- Einbringen von Kurzschlussstabhalbzeugen (H) mit jeweils einem ersten Querschnitt (Al) in das Blechpaket (3);
- Umformen der Kurzschlussstabhalbzeuge in Kurzschlussstäbe (2, 2a, 2b, ...) mit jeweils einem Abschnitt (21) mit dem ersten Querschnitt (Al), einem ersten Anschlusskörpersegment (22) mit einem zweiten Querschnitt (A2) und einem zweiten Anschlusskörpersegment (23) mit einem dritten Querschnitt (A3), wobei sowohl der zweite Querschnitt (A2), als auch der dritte Querschnitt (A3) größer als der erste Querschnitt (Al) ausgestaltet sind.
12. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung des Kurzschlussstabhalbzeuges (H) durch
Pressen, Taumeln und/oder Umbiegen vorgenommen wird.
13. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfende des Kurzschlussstabhalbzeug (H) vor dem
Umformen eine nicht-planare Stirnseite, insbesondere eine nach innen oder außen ragende spitze oder konische und/oder konvexe Form, aufweist.
14. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Anschlusskörpersegmente (22 bzw. 23) zu einem Anschlusskörper (K) zusammengefügt werden, wobei der jeweilige Anschlusskörper (K) mit der Innenseite (11) des jeweiligen Kurzschlussrings (1 bzw. la) verbunden wird, insbesondere mittels Schweißen, vorzugsweise mittels Rotationsreibschweißen.
15. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Verbindung des Anschlusskörpers (K) mit der Innenseite (11) des jeweiligen Kurzschlussrings (1 bzw. la) der Anschlusskörper (K) und/oder die Innenseite (11) des Anschlussrings (1) mit Ringvorsprüngen (6) und/oder Ringnuten (5) versehen werden bzw. ein mit Ringnuten und/oder Ringvorsprüngen ausgestatteter Anschlusskörper (K) und/oder Innenseite (11) des Anschlussrings (1) eingesetzt werden.
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