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Als Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlußläufer ausgebildeter Bremsmotor
Die Erfindung betrifft einen als Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlußläufer ausgebildeten
Bremsmotor, bei dem ein Teil des Ständerflusses innerhalb des Läufers aus der Radialrichtung
in die Axialrichtung umgelenkt und zur Lüftung einer Bremse ausgenutzt wird.
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Nach diesem Prinzip arbeitende Motoren sind in verschiedenen Ausführungsformen
bekanntgeworden, z. B. durch die deutschen Patentschriften 658 834, 666 658, 943
071 und 951024.
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Der Motor nach der deutschen Patentschrift 658 834 benutzt bereits
einen genuteten Umlenkteil, um einen Teil des radial gerichteten Ständerflusses
axial umzulenken. Der Umlenkteil ist zwar durch unmagnetische Zwischenlagen räumlich
vom Hauptteil getrennt, aber nicht, wie die Erfindung bezweckt, auch magnetisch,
da die Käfigwicklung den Umlenkteil mit umschließt und so eine feste transformatorische
Kopplung zwischen Hauptteil und Umlenkteil bildet. Besonders nachteilig wirkt sich
diese Kopplung im Augenblick des Einschaltens des Motors aus, da zu diesem Zeitpunkt,
also bei noch stillstehendem Läufer, bekanntlich nur ein ganz geringer, vom ohmschen
Widerstand des Kurzschlußkäfigs abhängiger Teil des Ständerflusses den Läufer durchsetzt,
während der weitaus größere Teil sich als Streufluß ausbilden muß. Da die Flußverdrängung
auch im Unlenkteil stattfindet, wird nur ein sehr kleiner Teil des Ständerflusses
zur Lüftung der Bremse ausgenutzt, so daß gerade in dem Augenblick, in dem die Bremse
gelüftet werden soll, nur eine geringe Zugkraft besteht.
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Bei dem Motor nach der deutschen Patentschrift 666 658 ist zwar die
Flußverdrängung infolge des höheren Materialwiderstandes im Umlenkteil erheblich
geringer, dafür schließt sich aber ein großer Teil des vom Ständer auf den Magnetanker
übertretenden Flusses infolge Fehlens einer Nutung im Magnetanker selbst und geht
so für den sich zwischen dem Magnetanker und Umlenkteil bildenden magnetischen Zug
verloren.
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Außerdem ist die Axialkomponente des Flusses wegen des sehr spitzen
Winkels des Umlenkteils nur gering, so daß auch bei dieser Ausführung nur kleine
Zugkräfte auftreten können.
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Bei dem Motor nach der deutschen Patentschrift 951024 werden
diese Nachteile weitgehend dadurch vermieden, daß der Kurzschlußkäfig den Umlenkteil
nicht mit umschließt. Dafür ist die Motorleistung bei gleicher Statorlänge geringer
als bei den vorher beschriebenen Anordnungen, denn der für die Lüftung der Bremse
ausgenutzte Teil des Flusses dient nicht mit zur Drehmomentbildung.
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Weiter ist bei dieser Bauart wegen der Halterung einzelner Weicheisensegmente
im Verbundguß die Fertigung erheblich komplizierter und teurer als bei den vorher
beschriebenen.
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Besonders nachteilig ist aber bei der Verwendung von Verbundguß in
schnell umlaufenden Teilen die Abhängigkeit von der Qualität des Gusses. Kleine
Gußfehler können wegen der großen magnetischen Kräfte und Fliehkräfte zur Zerstörung
des Umlenkteils und damit des ganzen Motors führen.
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Bei der Anordnung nach der deutschen Patentschrift 943 071 wird wieder
die volle Läuferlänge zur Drehmomentbildung ausgenutzt. Der Nachteil der Flußverdrängung
im Augenblick des Einschaltens wird dadurch ausgeglichen, daß das sich um den Kurzschlußring
des Läufers ausbildende starke Feld zur Lüftung der Bremse ausgenutzt wird, während
nach erfolgtem Hochlauf ein Teil des Ständerfeldes durch einen als Polkörper ausgebildeten
Teil des Läufers in die Axialrichtung umgelenkt und zum Festhalten der Bremse ausgenutzt
wird.
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Auch dieser Anordnung haftet der Nachteil an, daß der der Umlenkung
dienende Teil des Läufers aus einzelnen Eisensegmenten besteht, die erst durch Vergießen
zu einer Einheit zusammengefügt werden.
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Die geschilderten Nachteile werden durch die Erfindung vermieden.
Sie besteht in der Anordnung des einen an einem Ende des Läufers angebrachten Kurzschlußringes
unmittelbar an der Welle.
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Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel in Abb. 1 dargestellt.
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Hierin bedeutet a Ständerblechpaket,
b Hauptteil des Läufers,
c Umlenkteil des Läufers, d Magnetanker,
e und
f Kurzschlußringe des
Läufers, g Kurzschlußstab des Läufers.
Durch die in der Darstellung
gezeigte besondere Ausbildung des Läuferkäfigs werden zwei große Vorteile erzielt:
| 1. Es wird die ganze Läuferlänge zur Drehmoment- |
| bildung ausgenutzt; |
| 2. wird durch Verdrängung des Flusses im Ein- |
| schaltaugenblick aus dem vom Käfig eingeschlos- |
| senen Teil des Läufers der Fluß in den verbleiben- |
| den Teil des Läufers gedrängt und so gezwungen, |
| stirnseitig aus dem Läufer auszutreten und da- |
| durch eine besonders hohe Zugkraft auf den Ma- |
| gnetanker d auszuüben. |
Bei der eben beschriebenen Ausführung müßte der Umlenkteil in seiner Nutenzahl der
jeweiligen Läufernutzahl angepaßt sein. Weil hierdurch die Serienfertigung des Umlenkteils
erschwert würde, ist in der Praxis die in Abb.2 dargestellte Ausführungsform gewählt
worden.
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Der Umlenkteil wird für alle Pol- und Nutzahlen gleich ausgeführt.
Er erhält auf der dem Kurzschlußläufer zugekehrten Seite eine Ringnut, so daß sich
beim gemeinsamen Vergießen des aus Blechen bestehenden Kurzschlußläufers b und des
massiven Umlenkteils c in dieser Nut ein Zwischenkurzschlußring h bildet, der gleichsam
als Sammelring für die Ströme der einzelnen Kurzschlußstäbe g dient.
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Von diesem Ring aus fließt der Strom durch den durch Ausgießen der
Nuten des Umlenkteiles entstehenden Käfig in der durch i strichpunktiert angedeuteten
Richtung und schließt sich endgültig in dem unmittelbar an der Welle befindlichen
äußeren Kurzschlußring f.
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Zur besseren Erläuterung des Wirkungsprinzips sind in Abb. 3 und 4
ein Umlenkteil nach der bisherigen Bauweise, also mit Kurzschlußring am Läuferaußendurchmesser,
und ein Umlenkteil nach der Erfindung, also mit Kurzschlußring unmittelbar an der
Welle, dargestellt.
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Bei einem nach Abb. 3 ausgebildeten Läufer (z. B. deutsche Patentschrift
943 071) kann der Ständerfluß infolge der durch den Käfig hervorgerufenen starken
Gegenerregung nur zu einem sehr geringen Teil in den vom Käfig umschlossenen Teil
und damit in den Umlenkteil eindringen. Deshalb wird hier zur Lüftung der Bremse,
durch eine besondere Ausbildung des Umlenkteiles und des Magnetankers, das sich
um den Kurzschlußring ausbildende Streufeld ausgenutzt, was aber, da der Ring während
des Betriebes vollkommen eisenumschlossen ist, zur Vergrößerung der Streuung und
damit zu einer Herabsetzung des Kippmomentes führt. Der vom Ständerfeld hervorgerufene
Flußverlauf durch den Magnetkollektor stellt sich erst nach erfolgtem Hochlauf ein.
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Wie Abb. 4 zeigt, wird gerade die starke Verdrängung des Ständerflusses
infolge der im Läuferkäfig im Augenblick der Einschaltung auftretenden starken Gegenerregung
ausgenutzt, um eine besonders hohe Zugkraft auf den Magnetanker auszuüben. Der Fluß,
der nur zu einem sehr geringen Teil in den vom Läuferstrom umschlossenen Teil eindringen
kann und sich bei der bisherigen Ausführung als Streufluß (zur Hauptsache im Ständer)
ausbilden mußte, findet einen Weg über den nicht mit umschlossenen Teil des Umlenkkörpers
und den Magnetanker der Bremse. Wegen der durch den Kurzschlußstrom bedingten sehr
hohen Erregung des Ständers und dem verhältnismäßig kleinen, für die Ausbildung
des Flusses zur Verfügung stehenden Querschnitts sind die Induktionswerte im Luftspalt
des Bremslüftankers und damit die Zugkräfte sehr hoch. Wie Messungen ergaben, erhöht
sich die Zugkraft durch die neue Anordnung gegenüber der alten, bei der der Kurzschlußring
zwischen Hauptläufer und Umlenkteil lag, auf etwa 170 %.