Verbindung von Kurzschlussring und Käfigstab für einen

Kurzschlusskäfig

Die Erfindung betrifft einen Kurzschlussring für einen Kurz schlusskäfig einer dynamoelektrischen rotatorischen Maschine, wobei der Kurzschlussring wenigstens eine Vertiefung auf weist.

Zur Bildung eines Kurzschlusskäfigs wird üblicherweise ein Kurzschlussring mit Käfigstäben mittels Löten, insbesondere Hartlöten, Kupferdruckguss oder Schweißen verbunden.

Nachteilig hierbei ist jedoch, dass hierzu aufwendige Vor richtungen benötigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bildung eines Kurzschlusskäfigs zu vereinfachen.

Die Lösung der Aufgabe gelingt durch die Merkmale des An spruchs 1, d. h. einen Kurzschlussring für einen Kurzschluss käfig einer dynamoelektrischen rotatorischen Maschine, wobei der Kurzschlussring wenigstens eine Vertiefung aufweist, wo bei der Kurzschlussring mittels der Vertiefung mit wenigstens einem aus einem Rotorpaket der dynamoelektrischen rotatori schen Maschine herausragenden Käfigstab verbindbar ist.

Ferner gelingt die Lösung der Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 12, d. h. ein Verfahren zum Verbinden eines derar tigen Kurzschlussrings mit wenigstens einem Käfigstab, vor zugsweise mit wenigstens zwei Käfigstäben, zur Bildung eines Kurzschlusskäfigs .

Zudem gelingt die Lösung der Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 13, d. h. ein Verfahren zum Verbinden eines derar tigen Kurzschlussrings mit wenigstens einem Käfigstab, vor- zugsweise mit wenigstens zwei Käfigstäben, zur Bildung eines Kurzschlusskäfigs .

Kurzschlusskäfige finden hauptsächlich Anwendung bei Rotoren von Drehstrom-Asynchronmaschinen .

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen .

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Kurzschlussring mit dem Käfigstab mittels Stauchung des Kä figstabs verbindbar.

Vorzugsweise weist der Kurzschlussring ein erstes Material, vorzugsweise Kupfer, Aluminium, Stahl oder deren Legierungen, auf. Vorzugsweise weist der Käfigstab ein gegenüber dem ers ten Material weicheres zweites Material, vorzugsweise eine Aluminiumlegierung oder eine Kupferlegierung, auf.

Aluminium bzw. eine Aluminiumlegierung weist eine geringere elektrische Leitfähigkeit auf als Kupfer, ist aber preisgüns tig. Kupfer bzw. eine Kupferlegierung weist eine hohe elekt rische Leitfähigkeit auf, ist jedoch teuer. Für performante dynamoelektrische rotatorische Maschinen, z. B. High Torque- Motoren, wird vorteilhaft Kupfer verwendet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Kurzschlussring wenigstens zwei Vertiefungen auf, wobei eine Anzahl an Vertiefungen einer Anzahl an Käfigstäben entspricht .

Vorteilhaft hängt die Anzahl von einer Nutzahl der dynamo elektrische rotatorische Maschine ab.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Vertiefung an einer dem Rotorpaket zugewandten Rück seite des Kurzschlussrings ausgebildet. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist auf einer Grundfläche der Vertiefung eine Erhebung ausge bildet .

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Erhebung spitz zulaufend ausgebildet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine Längsachse der Erhebung wenigstens im Wesentlichen rechtwinklig zur Grundfläche der Vertiefung ausgebildet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Erhebung in den Käfigstab einstechbar.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Erhebung als Dorn ausgebildet.

Der Dorn ist vorteilhaft eine spitz zulaufende Erhebung.

Ferner sind auch andere Formen möglich, z. B. eine Erhebung mit zwei oder mehr Spitzen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Vertiefung an einer dem Rotorpaket abgewandten Vor derseite des Kurzschlussrings ausgebildet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine Öffnung an einer Rückseite des Kurzschlussrings aus gebildet .

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Öffnung an einer Grundfläche der Vertiefung ausgebil det .

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Grundfläche der Vertiefung größer als eine Grundflä che der Öffnung. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Öffnung und die Vertiefung zu einer Aufnahme des Kä figstabs ausgestaltet.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verbinden eines Kurz schlussrings mit wenigstens einem Käfigstab, vorzugsweise mit wenigstens zwei Käfigstäben, zur Bildung eines Kurzschlusskä figs umfasst folgende Schritte:

- Anordnen von Kurzschlussring und Käfigstab aneinander

- Ausüben von Druckkraft auf den Kurzschlussring mit einer Kraftwirkung wenigstens im Wesentlichen in Richtung der Ma schinenachse

- Eindringen der spitz zulaufenden Erhebung in den Käfigstab

- Verformen des Käfigstabs durch Stauchung

- Erzeugen einer formschlüssigen Verbindung von Kurzschluss ring und Käfigstab

Vorzugsweise werden der Kurzschlussring und der Käfigstab un mittelbar aneinander angeordnet.

Ferner ist das Verfahren auch für einen beabstandeten Kurz schlussring geeignet. In einer vorteilhaften Ausführungsform werden der Kurzschlussring und der Käfigstab mit einem Ab stand zueinander angeordnet. Vorteilhaft weisen die Käfigstä be eine Länge auf, die die beabstandete Anordnung des Kurz schlussrings ermöglicht. Die bereits beschriebenen Schritte Ausüben von Druckkraft auf den Kurzschlussring, Eindringen der spitz zulaufenden Erhebung in den Käfigstab, Verformung durch Stauchung und Erzeugen der formschlüssigen Verbindung sind auch für die Verbindung des Kurzschlussrings mit wenigs tens einem Käfigstab geeignet.

Vorzugsweise wird die Druckkraft auf den Kurzschlussring mit einem Stempel aufgebracht. Der Stempel kann auch als Platte, insbesondere Druckplatte, ausgeführt sein. Durch das Verfahren können Kurzschlusskäfige für Rotoren von Asynchronmaschinen nur mit Ausüben von Kraft, insbesondere Druckkraft, mittels Pressen gefügt werden.

Das weitere erfindungsgemäße Verfahren zum Verbinden eines Kurzschlussrings mit wenigstens einem Käfigstab, vorzugsweise mit wenigstens zwei Käfigstäben, zur Bildung eines Kurz schlusskäfigs umfasst folgende Schritte:

- Führen des Käfigstabs durch die Öffnung und die Vertiefung bis der Käfigstab aus der Vertiefung ragt

- Ausüben von Druckkraft auf den Käfigstab mit einer Kraft wirkung wenigstens im Wesentlichen in Richtung der Maschinen achse

- Verformen des Käfigstabs durch Stauchung

- Erzeugen einer formschlüssigen Verbindung von Kurzschluss ring und Käfigstab

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Vertiefung vom verformten Käfigstab nahezu vollstän dig oder vollständig gefüllt.

Der gestauchte Käfigstab kann jedoch auch wie eine Niete aus gebildet sein und über die Vertiefung hinausreichen.

Vorzugsweise wir an einem vorderen axialen Ende des Rotorpa kets als auch an einem hinteren axialen Ende des Rotorpakets ein Kurzschlussring angebracht.

Vorzugsweise umfasst das Rotorpaket - vorzugsweise als Blech paket ausgeführt - einzelne Bleche mit Nuten. Durch Stanzpa ketieren kann das Blechpaket aus einzelnen Blechen gefertigt werden. Alternativ kann das Blechpaket durch Stapeln der Ble che auf einem Fädeldorn hergestellt werden.

Eine Anzahl der Nuten entspricht vorzugsweise der gewünschten Anzahl an Käfigstäben. Die Käfigstäbe - vorzugsweise aufwei send Aluminium, Kupfer oder deren Legierungen - werden in die Nuten eingezogen. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass beim Herstellen von Rotoren von Asynchronmaschinen keine teuren Werkzeuge und Fertigungsanlagen benötigt werden. Die Erfindung ermöglicht eine mit nur wenig Aufwand verbundene Herstellung. Ferner sind keine weiteren Fertigungsmittel wie beispielsweise Lot oder Kupfer bzw. Aluminium nötig. Zudem kann Energie gespart werden, da keine Erwärmung des Lots zum Löten oder des Kup fers bzw. Aluminium für die Verbindung mittels Kupfer- bzw. Aluminium-Druckguss notwendig ist.

Die Erfindung ist insbesondere gut geeignet für geringe

Stückzahlen von Rotoren.

Vorteilhaft werden die Käfigstäbe mit einer Spielpassung und/oder einer Übermaßpassung in das Blechpaket eingebracht. Beim Verbinden des Kurzschlussrings mit einem bzw. mit allen Käfigstäben ist das Blechpaket vorteilhaft zwangsgeführt, da mit die Druckkraft optimal verteilt aufgebracht werden kann, d. h. vorteilhaft in Richtung der Maschinenachse.

Die Käfigstäbe sind vorteilhaft in Nuten des Blechpakets ein gebracht. Beim Aufbringen der Druckkraft können sie sich vor teilhaft nur außerhalb des Blechpakets, also im Bereich, der an den Kurzschlussring angrenzt, verformen bzw. gestaucht werden .

Dies hat den Vorteil, dass das Blechpaket sich nicht ver schieben kann. Somit kann eine Verdrehung und/oder Verformung der Käfigstäbe und/oder des Blechpakets vermieden werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und er läutert. Es zeigen:

FIG 1 eine Ausgestaltung eines Kurzschlussrings 1 mit einer

Vertiefung, an deren Grundfläche ein Dorn 3 ausgebildet ist, FIG 2 einen Ausschnitt aus FIG 1,

FIG 3 eine formschlüssige Verbindung von Kurzschlussring und Käfigstab,

FIG 4 eine Ausgestaltung eines Kurzschlussrings mit einer Vertiefung an einer Vorderseite des Kurzschlussrings und einer Öffnung an einer Rückseite des Kurzschluss rings ,

FIG 5 einen Ausschnitt aus FIG 4,

FIG 6 eine formschlüssige Verbindung von Kurzschlussring und Käfigstab,

FIG 7 einen beispielhaften Ablauf eines Verfahrens zum Ver binden des Kurzschlussrings mit wenigstens einem Käfig stab,

FIG 8 einen beispielhaften alternativen Ablauf eines Verfah rens zum Verbinden eines Kurzschlussrings mit wenigs tens einem Käfigstab.

FIG 1 zeigt eine Ausgestaltung eines Kurzschlussrings 1 mit einer Vertiefung 2, an deren Grundfläche A2 ein Dorn 3 ausge bildet ist.

Der Dorn 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Erhe bung. Der Dorn 3 ist spitz zulaufend ausgebildet. Eine Längs achse LA des Dorns ist in der Figur rechtwinklig zur Grund fläche A2 der Vertiefung 2 ausgebildet. In anderen Worten:

Die Längsachse LA (siehe FIG 2) des Dorns 3 ist in der Figur parallel zur Maschinenachse MA angeordnet.

Der Kurzschlussring 1 ist Teil eines Kurzschlusskäfigs einer dynamoelektrischen rotatorischen Maschine M. Der Kurzschluss ring 1 ist insbesondere Teil des Kurzschlusskäfigs eines Ro tors einer Maschine M.

Die Vertiefung 2 dient einer mechanischen und elektrischen Verbindung von Kurzschlussring 1 und wenigstens einem Käfig stab 4. Der Käfigstab 4 ragt in der Figur aus einem Rotorpa ket 5, vorzugsweise als Blechpaket ausgeführt, heraus. Der Käfigstab 4 ist vorzugsweise parallel zur Maschinenachse angeordnet. Jedoch ist auch eine geschrägte Anordnung mög lich, d. h. dass zwischen der Maschinenachse und einer Längs achse des Käfigstabs ein Winkel zwischen 0° und 90° besteht.

Der Käfigstab 4 wird gestaucht, indem der Kurzschlussring 1 mit Druckkraft beaufschlagt wird und auf das Rotorpaket 5 ge presst wird. Dies ist mit den Pfeilen PI und P2 dargestellt. Der Dorn 3 sticht in ein Ende des Käfigstabs 4 ein.

Dies hat folgende Vorteile: Eine Spitze des Dorns in den Kä figstab 4 ermöglicht eine genaue Positionierung des Dorns 3 am Käfigstab 4. Durch die Spitze kann sich der Kurzschluss ring 1 während des Pressens nicht verschieben. Zudem ist die Verbindung nach dem Pressen besonders strapazierfähig und wi derstandsfähig, wenn die Spitze im Käfigstab 4 eingestochen ist .

Der Käfigstab 4 weist vorteilhaft weicheres Material auf als der Kurzschlussring 1, damit die Stauchung gelingt.

Die Figur zeigt, dass eine Anzahl an Vertiefungen 2 einer An zahl an Käfigstäben 4 entspricht.

Die Vertiefungen 2 samt Dorn 3 sind in der Figur an einer Rückseite R des Kurzschlussrings 1 ausgebildet. Die Rückseite R ist die dem Rotorpaket abgewandte Seite des Kurzschluss rings 1.

Die Rückseite R ist in der Figur eine Fläche des Kurzschluss rings 1, die an das Rotorpaket 5 angrenzt bzw. bei einem be- abstandeten Kurzschlussring (nicht in der Figur gezeigt) in Richtung des Rotorpakets 5 zeigt.

Die Figur zeigt zudem eine Welle 6.

FIG 2 zeigt einen Ausschnitt aus FIG 1. Der Kurzschlussring 1 wird in Richtung des Pfeils PI auf das Rotorpaket 5 gepresst. Der Dorn 3 sticht in den Käfigstab 4 ein. Der Käfigstab 4 verformt sich bzw. wird gestaucht und füllt die Vertiefung 2.

Vorteilhaft weist die Vertiefung eine Tiefe TV von 10% bis 90%, vorzugsweise von 40% bis 60%, bezogen auf eine Gesamt tiefe T des Kurzschlussrings 1 auf.

Der Dorn 3 ist derart ausgebildet, dass seine Spitze nicht über die Rückseite des Kurzschlussrings 1 hinausragt. Jedoch kann der Dorn auch über die Rückseite hinausragend ausgebil det sein. Ferner kann der Dorn auch kürzer ausgebildet sein, also nicht bis zur Rückseite reichen.

FIG 3 zeigt eine formschlüssige Verbindung von Kurzschluss ring 1 und Käfigstab 4.

Die Figur zeigt die Verbindung nachdem der Käfigstab 4 ge staucht wurde, indem der Kurzschlussring 1 mit Druckkraft be aufschlagt wurde und auf das Rotorpaket 5 gepresst wurde. Der in den Käfigstab 4 eingestochene Dorn 3 bewerkstelligt eine widerstandsfähige Verbindung.

FIG 4 zeigt eine Ausgestaltung eines Kurzschlussrings 11 mit einer Vertiefung 12 an einer Vorderseite V des Kurzschluss rings 11 und einer Öffnung 13 an einer Rückseite R des Kurz schlussrings 11.

Die Vorderseite V ist die dem Rotorpaket 5 abgewandte Seite des Kurzschlussrings 11. Die Rückseite R ist die dem Rotorpa ket 5 zugewandte Seite des Kurzschlussrings 11.

Die Rückseite R ist in der Figur eine Fläche des Kurzschluss rings 11, die an das Rotorpaket 5 angrenzt bzw. bei einem be- abstandeten Kurzschlussring (nicht in der Figur gezeigt) in Richtung des Rotorpakets 5 zeigt. Der Kurzschlussring 11 ist Teil eines Kurzschlusskäfigs einer dynamoelektrischen rotatorischen Maschine M. Der Kurzschluss ring 11 ist insbesondere Teil des Kurzschlusskäfigs des Ro tors einer Maschine M.

Die Figur zeigt zudem eine Welle 6.

Die Vertiefung 12 dient einer Verbindung von Kurzschlussring 11 und wenigstens einem Käfigstab 4. Der Käfigstab 4 ragt in der Figur aus einem Rotorpaket 5 heraus.

Die Öffnung 13 grenzt in der Figur an die Vertiefung 12 an. Eine Grundfläche A12 der Vertiefung ist in der Figur größer als eine Grundfläche der Öffnung A13.

Der Käfigstab 4 wird von der Öffnung 13 und der Vertiefung 12 aufgenommen. Der Käfigstab 4 weist eine gewisse Länge auf, sodass er auch nach einem Aufsetzen des Kurzschlussrings 11 auf das Rotorpaket 5 aus der Vertiefung 12 herausragt (siehe hierzu auch FIG 5) .

Der Käfigstab 4 wird gestaucht, indem er mit Druckkraft be aufschlagt wird und auf das Rotorpaket 5 gepresst wird. Dies ist mit den Pfeilen P3 und P4 dargestellt. Der Dorn 3 sticht in ein Ende des Käfigstabs 4 ein.

Der Käfigstab 4 weist vorteilhaft weicheres Material auf als der Kurzschlussring 11, damit die Stauchung gelingt.

Die Figur zeigt, dass eine Anzahl an Vertiefungen 12 einer Anzahl an Käfigstäben 4 entspricht.

FIG 5 zeigt einen Ausschnitt aus FIG 4.

Der Kurzschlussring 11 wird auf das Rotorpaket 5 gesetzt. Der Käfigstab 4 ragt über den Kurzschlussring 11 hinaus. Der Kä figstab 4 weist in der Figur wenigstens im Wesentlichen einen Durchmesser der Öffnung 13 auf, weshalb diese bereits form schlüssig verbunden sind.

Vorteilhaft weist die Vertiefung die Tiefe TV von 10% bis 90%, vorzugsweise von 40% bis 60%, bezogen auf die Gesamttie fe T des Kurzschlussrings 1 auf.

Der Käfigstab 4 wird mit Druck beaufschlagt. Der Käfigstab 4 wird gestaucht und füllt die Vertiefung 12.

FIG 6 zeigt eine formschlüssige Verbindung von Kurzschluss ring 11 und Käfigstab 4.

Die Figur zeigt die Verbindung nachdem der Käfigstab 4 mit tels Beaufschlagung mit Druckkraft gestaucht und auf das Ro torpaket 5 gepresst wurde.

FIG 7 zeigt einen beispielhaften Ablauf eines Verfahrens zum Verbinden des Kurzschlussrings mit wenigstens einem Käfig stab .

Vorzugsweise wird der Kurzschlussring mit wenigstens zwei Kä figstäben verbunden und so ein Kurzschlusskäfig gebildet. Beispielhaft sind in der FIG 1 neun Käfigstäbe dargestellt.

In einem Verfahrensschritt S1 werden der Kurzschlussring und der Käfigstab aneinander angeordnet. Vorzugsweise werden der Kurzschlussring und der Käfigstab unmittelbar aneinander an geordnet. Jedoch ist auch eine Beabstandung des Kurzschluss rings möglich.

In einem Verfahrensschritt S2 wird Druckkraft, beispielsweise mittels eines Stempels, auf den Kurzschlussring mit einer Kraftwirkung wenigstens im Wesentlichen in Richtung der Ma schinenachse ausgeübt. In einem Verfahrensschritt S3 dringt die spitz zulaufende Er hebung in den Käfigstab ein. In anderen Worten: Es wird mit dem Dorn in den Käfigstab eingestochen.

In einem Verfahrensschritt S4 wird der Käfigstab verformt, insbesondere gestaucht.

Mittels des Verfahrens werden vorzugsweise alle Käfigstäbe gleichzeitig oder zumindest nahezu gleichzeitig mit dem Kurz schlussring verbunden.

In einem Verfahrensschritt S5 erfolgt eine formschlüssige Verbindung von Kurzschlussring und Käfigstab.

FIG 8 zeigt einen beispielhaften alternativen Ablauf eines Verfahrens zum Verbinden eines Kurzschlussrings mit wenigs tens einem Käfigstab.

Vorzugsweise wird der Kurzschlussring mit wenigstens zwei Kä figstäben verbunden und so ein Kurzschlusskäfig gebildet. Beispielhaft sind in der FIG 4 sechs Käfigstäbe gezeigt.

In einem Verfahrensschritt S10 erfolgt ein Führen des Kä figstabs durch die Öffnung und die Vertiefung bis der Käfig stab aus der Vertiefung ragt. Der Kurzschlussring und der Kä figstab werden auf diese Weise zusammengesetzt. Der Käfigstab ragt schließlich aus der Vertiefung heraus.

Vorzugsweise werden der Kurzschlussring und der Käfigstab un mittelbar aneinander angeordnet. Jedoch ist auch eine Beab- standung des Kurzschlussrings möglich.

In einem Verfahrensschritt Sil wird Druckkraft, beispielswei se mittels eines Stempels, auf den Käfigstab mit einer Kraft wirkung wenigstens im Wesentlichen in Richtung der Maschinen achse ausgeübt. In einem Verfahrensschritt S12 wird der Käfigstab verformt, insbesondere gestaucht.

In einem Verfahrensschritt S13 sind der Kurzschlussring und wenigstens ein Käfigstab formschlüssig verbunden.

Mittels des Verfahrens kann je nur ein Käfigstab mit dem Kurzschlussring verbunden werden. Das Verfahren wird hierbei so oft wiederholt, bis mehrere, vorzugsweise alle, Käfigstäbe mit dem Kurzschlussring verbunden sind. Jedoch ist es auch möglich, alle Käfigstäbe gleichzeitig mit Druckkraft zu be aufschlagen .

Vorteilhaft werden die Kurzschlussringe an beiden Enden des Rotors auf die gleiche Weise (entweder das in FIG 7 gezeigte Verfahren oder das in FIG 8 gezeigte verfahren) mit den Kä figstäben verbunden. Jedoch können die beschriebenen Verfah ren miteinander oder auch mit anderen Verfahren kombiniert werden .