DE19901195A1 - Druckguß-Käfigläufer für elektrische Maschinen und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Abstract

Der Druckguß-Käfigläufer (1) zeichnet sich dadurch aus, daß am linken und rechten Ende seines Läuferkerns (6) zwischen dem Läuferblechpaket (3) und den Kurzschlußringen (8, 9) Distanzelemente (10, 11) in die Druckguß-Käfigwicklung (7, 8, 9) mit eingegossen sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckguß-Käfigläufer für eine elektrische Maschine, mit einem auf einer Läuferwelle ange­ ordneten Läuferblechpaket, dessen Blechlamellen Löcher auf­ weisen, die derart überlagert sind, daß sie Durchgangskanäle des Läuferkerns bilden, sowie mit einer aus elektrisch leit­ fähigem Material auf den Läuferkern aufgebrachten Druckguß - Käfigwicklung, bestehend aus die Durchgangskanäle des Läufer­ blechpaketes durchdringenden Leiterstäben und an den Stirn­ seiten des Läuferblechpaketes einstückig an die Leiterstaben­ den angeformten Kurzschlußringen. Ferner betrifft die Erfin­ dung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Käfigläu­ fers.

Wie sich aus der DE 43 29 679 C2 ergibt, ist ein im Druckguß­ verfahren herstellbarer Käfigläufer für Elektromotoren be­ kannt. Dabei wird zuerst ein zylindrischer laminierter Läu­ ferkern hergestellt, indem eine Vielzahl von Blechlamellen überlagert werden, in denen Löcher der vollständig geöffneten oder der vollständig geschlossenen Art ausgebildet sind, und zwar in einer derartigen Weise, daß die Löcher der Blechla­ mellen Durchgangslöcher des Kerns bilden. Die Blechlamellen werden mit einer Läuferwelle durchstoßen und an der Läufer­ welle befestigt. Dann wird Aluminium oder eine Aluminiumle­ gierung in Hohlraumteile, die in den Löchern des Kerns gebil­ det sind, und in Hohlraumbereiche von rechten und linken End­ ringen, die an beiden Enden des Läuferkerns ausgebildet sind, als leitfähiges Material eingespritzt. Anschließend wird ein Preßguß mit dem leitfähigen Material durchgeführt, um den Kä­ figläufer zu formen. Schließlich erfolgt eine Nachbearbeitung der rechten und linken Endringe und der äußeren Umfangsteile des Kerns, um den Läufer fertigzustellen.

Ein aus der DE 43 29 679 C2 bekanntes Verfahren zur Herstel­ lung eines Käfigläufers umfaßt die Schritte, daß ein Rotor­ kern hergestellt wird, indem eine Vielzahl von Blechlamellen, von welchen jede Löcher aufweist, in einer derartigen Weise überlagert wird, daß die Löcher der Blechlamellen Durchgangs­ löcher des Kerns bilden, die Vielzahl der Blechlamellen an der Welle befestigt wird und eine Isolationsschicht auf der inneren Oberfläche von jedem der Durchgangslöcher gebildet wird; daß der Rotorkern um eine stationäre Form fest zusam­ mengeklammert wird, indem eine bewegliche Form verwendet wird, und daß ein Druckguß aus geschmolzenem leitfähigem Ma­ terial ausgeführt wird, um einen Rotorleiter in jedem der Durchgangslöcher zu bilden und gleichzeitig linke und rechte Endringe an dem linken bzw. rechten Ende des Rotorkerns in einer derartigen Weise zu bilden, daß der Rotorleiter und die linken und rechten Endringe einstückig miteinander verbunden sind, wobei die bewegbare Form, die bei dem Zusammenklammern des Rotorkerns und der stationären Form verwendet wird, äu­ ßere Preßformen und eine innere Preßform hat, und daß in der bewegbaren Form ein Luftablaßspalt zwischen der inneren Preß­ form und jeder der äußeren Preßformen gebildet ist.

Die Herstellung von Läuferblechpaketen in Aluminiumdruckguß­ technik bei innenbelüfteten elektrischen Maschinen ist bisher nicht mit einer Ausladung zwischen den Kurzschlußringen und dem Blechpaket möglich. Das daraus resultierende Problem ist zum einen die Neigung zur Rißbildung am Übergang zwischen den Kurzschlußringen und den Läuferstäben und zum anderen die nicht vorhandene Belüftung des Rotors. Um den zur Ausdeh­ nungskompensation erforderlichen Abstand zum Blechpaket zu schaffen, wurde bisher immer auf die konventionelle Kupfer­ wicklungstechnik mit einzeln eingezogenen Läuferstäben und angelöteten Kurzschlußringen zurückgegriffen.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Druckguß-Käfigläufer der eingangs genannten Art diese Probleme auf einfache Art und Weise zu lösen.

Erfindungsgemäß wird dies bei einem Druckguß-Käfigläufer da­ durch erreicht, daß am linken und rechten Ende des Läufer­ kerns zwischen dem Läuferblechpaket und den Kurzschlußringen Distanzelemente in die Druckguß-Käfigwicklung mit eingegossen sind. Ein Verfahren zur erfindungsgemäßen Herstellung eines solchen Druckguß-Käfigläufers ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Läuferkern aus zu einem Läuferblechpaket zusammengesetz­ ten Blechlamellen mit zu Durchgangskanälen überlagerten Lö­ chern und einer Läuferwelle hergestellt wird, daß ferner an den Stirnseiten des Läuferkerns sich gegen das Läuferblechpa­ ket abstützende Distanzelemente angeordnet werden und daß beim Druckgießen der aus den Leiterstäben und den Kurzschluß­ ringen einstückig gebildeten Käfigwicklung aus elektrisch leitfähigem Material die Distanzelemente zwischen die Kurz­ schlußringe und das Läuferblechpaket mit in den Käfigläufer eingegossen werden.

Zur Erreichung eines Ausdehnungsbereiches zwischen den Kurz­ schlußringen und dem Läuferblechpaket im Betrieb des Käfig­ läufers wird ein gegossenes oder anderweitig gefertigtes Di­ stanzelement bzw. Distanzscheibe mit beispielsweise angegos­ senen oder durch Lasern und Punktschweißen verbundenen Di­ stanzhülsen (je Wicklungsnut) beim Gießen beigelegt. Das Ma­ terial der Distanzelemente bzw. Distanzscheiben wird mit gleichem Ausdehnungskoeffizienten wie das Material für die Kurzschlußringe ausgewählt, um im Betrieb keine Scherspannun­ gen zu erzeugen.

Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Druckguß-Käfigläufers sind in den Patentansprüchen 2 bis 7 gekennzeichnet. Der er­ findungsgemäße Käfigläufer ist insbesondere für Hoch- und Niederspannungsmotoren sowie für Bahnantriebe geeignet. Be­ sondere Vorteile der Erfindung liegen darin, daß durch die als verlorene Formteile geltenden eingießbaren Distanzele­ mente einerseits ein Abfangen des Gießdruckes während der Herstellung des Rotors bzw. Läufers erfolgt, andererseits ein Abdichten der Gießform durch die beigelegten Distanzscheiben möglich ist, ferner keine Nachbearbeitung des verlorenen Formteils (Distanzscheibe) erforderlich ist und sich schließ­ lich eine Kompensation der Biege- und Scherspannungen zwi­ schen den Kurzschlußringen und dem Läuferblechpaket im Be­ trieb ergibt.

Der erfindungsgemäße Druckguß-Käfigläufer hat ferner den Vor­ teil, daß die Distanzelemente eine Ventilatorwirkung für den Innenkühlkreis des Käfigläufers haben. Durch eine gezielte Materialanhäufung in gefährdeten Bereichen ist eine Kompensa­ tion der Lunkerbildung in den Kurzschlußringen möglich. Bei entsprechender Formgebung der einzulegenden Distanzelemente bzw. Distanzscheiben ergeben sich einerseits eine strömungs­ günstige Gestaltung der Stützstegaußenkontur sowie frei wähl­ bare Übergangsradien zwischen den Kurzschlußringen und den Läuferstäben. Die einlegbaren Distanzelemente ersetzen schließlich zusätzliche Endbleche am Läuferblechpaket.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung und in Verbindung mit den Patentansprü­ chen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Druckguß-Kä­ figläufers im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Teilschnitt A-A gemäß Fig. 1, mit einer teil­ weisen Draufsicht auf eine Blechlamellenausführung.

Der im Ausführungsbeispiel gezeigte erfindungsgemäße Druck­ guß-Käfigläufer 1 besteht aus einem auf einer Läuferwelle 2 befestigten Läuferblechpaket 3, das aus einer Vielzahl von Blechlamellen 4 (Dynamoblechen) gebildet wird. In den kreis­ scheibenförmigen Blechlamellen 4 sind über den Umfang ver­ teilt geschlossene oder umfangsseitig geöffnete Löcher 5 vor­ gesehen, wobei die Löcher 5 der Bleche 4 derart überlagert sind, daß im gebildeten Läuferkern 6 Durchgangskanäle entste­ hen. Ferner weisen die Bleche 4 Kühlbohrungen 15' zur Bildung von axial durch den Läuferkern verlaufenden Kühlkanälen 15 auf.

Zum Anbringen der aus Läuferstäben 7 und endseitig am Läufer­ kern 6 angeordneten Kurzschlußringen 8, 9 bestehenden Druck­ guß-Käfigwicklung wird der Läuferkern 6 in eine nicht ge­ zeichnete Druckgießvorrichtung eingesetzt. Dabei werden stirnseitig zum Läuferkern Distanzelemente 10, 11 mit einge­ legt, die nach dem Druckgießen sogenannte verlorene Formteile bilden. Beim Druckgießen wird geschmolzenes, elektrisch leit­ fähiges Material, z. B. Kupfer oder eine Kupferlegierung bzw. Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, in die Druckgußform eingefüllt, wobei das fließende Druckgußmaterial die von den Löchern 5 der Bleche 4 gebildeten Durchgangskanäle zwecks Bildung der Läuferstäbe 7 der Wicklung und endseitige Hohl­ raumbereiche zwecks Bildung der Kurzschlußringe 8, 9 der Wicklung zu einer einteiligen Druckgußwicklung ausfüllt.

Vorzugsweise sind die Distanzelemente 10, 11 als Scheiben­ ringe ausgebildet, welche Anschlußöffnungen 12 zu den Durch­ gangskanälen des Läuferkerns 6 für die Läuferstäbe 7 aufwei­ sen. Des weiteren weisen die Distanzelemente 10, 11 Distanz­ stege, Distanzhülsen 13 od. dgl. im Bereich der Wicklungsnuten des Läuferkerns 6 auf. Dabei ist über die Außenkontur 14 der Distanzelemente 10, 11 der Übergangsradius zwischen den Lei­ terstäben 7 und den Kurzschlußringen 8, 9 bestimmbar.

Claims (8)

1. Druckguß-Käfigläufer (1) für eine elektrische Maschine, mit einem auf einer Läuferwelle (2) angeordneten Läuferblech­ paket (3), dessen Blechlamellen (4) Löcher (5) aufweisen, die derart überlagert sind, daß sie Durchgangskanäle des Läufer­ kerns (6) bilden, sowie mit einer aus elektrisch leitfähigem Material auf den Läuferkern aufgebrachten Druckguß-Käfigwick­ lung, bestehend aus die Durchgangskanäle des Läuferblechpake­ tes durchdringenden Leiterstäben (7) und an den Stirnseiten des Läuferblechpaketes einstückig an die Leiterstabenden an­ geformten Kurzschlußringen (8, 9), dadurch ge­ kennzeichnet, daß am linken und rechten Ende des Läuferkerns (6) zwischen dem Läuferblechpaket (3) und den Kurzschlußringen (8, 9) Distanzelemente (10, 11) in die Druckguß-Käfigwicklung (7, 8, 9) mit eingegossen sind.

2. Käfigläufer nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Distanzelemente (10, 11) Endbleche an den Läuferblechpaketen ersetzen.

3. Käfigläufer nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Distanzelemente (10, 11) aus einem Material bestehen, das einen gleichen oder ver­ gleichbaren Ausdehnungskoeffizienten wie das Material der Druckguß-Käfigwicklung (7, 8, 9) aufweist.

4. Käfigläufer nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Distanzelemente (10, 11) als Scheibenringe ausgebildet sind, die Anschlußöffnungen (12) zu den Durchgangskanälen des Läuferkerns (6) für die Läuferstäbe (7) aufweisen.

5. Käfigläufer nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzelemente (10, 11) Distanzstege, Distanzhülsen (13) od. dgl. im Bereich der Wicklungsnuten des Läuferkerns (6) aufweisen.

6. Käfigläufer nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Distanzelemente (10, 11) aus gegossenen oder gestanzten Scheibenringen mit angeformten oder angeschweißten Distanzhülsen (13) bestehen.

7. Käfigläufer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß über die Außenkontur (14) der Distanzelemente (10, 11) der Übergangsradius zwischen den Leiterstäben (7) und den Kurzschlußringen (8, 9) bestimmbar ist.

8. Verfahren zur Herstellung eines Käfigläufers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

• - daß ein Läuferkern (6) aus zu einem Läuferblechpaket (3) zusammengesetzten Blechlamellen (4) mit zu Durchgangskanä­ len überlagerten Löchern (5) und einer Läuferwelle (2) hergestellt wird,
• - daß an den Stirnseiten des Läuferkerns (6) sich gegen das Läuferblechpaket (3) abstützende Distanzelemente (10, 11) angeordnet werden und
• - daß beim Druckgießen der aus den Leiterstäben (7) und den Kurzschlußringen (8, 9) einstückig gebildeten Käfigwick­ lung aus elektrisch leitfähigem Material die Distanzele­ mente zwischen die Kurzschlußringe und das Läuferblechpa­ ket mit in den Käfigläufer (1) eingegossen werden.