Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Rotor für einen Asynchronmotor, ein Verfahren zur Herstellung des Rotors, sowie einen Asyn¬ chronmotor mit einem solchen Rotor.

Im Stand der Technik ist es bekannt, das Blechpaket eines Ro¬ tors eines Asynchronmotors mit Nuten (Ausnehmungen) an seinem Außenumfang zu versehen und in diese Nuten Stäbe aus Kupfer einzubringen. Diese St be sind durch Kurzschlußringe aus Kup¬ fer miteinander elektrisch leitend (z.B. durch Hartlöten) verbunden, die an den Stirnflächen des Rotors angeordnet sind. Die Stäbe und die beiden Kurzschlußringe bilden zusam¬ men einen sog. Kurzschlußläuferkäfig. Die Verwendung von Kup¬ fer als Material für die Stäbe und die Kurzschlußringe er¬ laubt eine kompakte Bauweise bei niedrigen elektrischen Ver- lusten. Allerdings ist das Rotorgewicht, und damit das Motor¬ trägheitsmoment eines derartigen Asynchronmotors relativ hoch und die Herstellungskosten bedingt durch den hohen Kupferan¬ teil und insbesondere die aufwendige Verarbeitung sind eben¬ falls sehr hoch.

Als Alternative dazu ist es bekannt, den Kurzschlußläuferkä¬ fig vollständig aus Aluminium herzustellen. Dies wird vor¬ zugsweise in der Weise realisiert, daß der komplette Kurz¬ schlußläuferkäfig als Aluminium-Druckgußteil in das Blechpa- ket eingegossen wird. Damit kann das Rotorgewicht (bezogen auf das Volumen) verringert werden. Außerdem ist die Herstel¬ lung erheblich preiswerter. Allerdings steigt das Volumen (bei gleicher Leistungsfähigkeit des Motors) aufgrund der verringerten Leitfähigkeit von Aluminium erheblich an, da die Stäbe einen größeren Querschnitt haben müssen.

Aus der DE 29 32 952 AI ist es bekannt, Aluminium in Ringform zu schmelzen. Anschließend wird das Läuferblechpaket mit den einschobenen Aluminiumstäben soweit in die Aluminiumschmelze abgesenkt, daß die überstehenden Enden der Aluminiumstäbe in die Schmelze eintauchen und mit der ringförmigen Aluminium- schmelze bei deren Erkalten eine stoffschlüssige Verbindung eingehen.

Aus der DE 38 37 094 AI ist es bekannt, die Stäbe aus Kupfer, Aluminium, oder Legierungen dieser Metalle herzustellen und die Stirnringe aus Metall herzustellen, das dem Metall bzw. der Legierung der Stäbe gleicht.

Aus der CH 431 702 ist eine Käfigwicklung für Läufer elektri¬ scher Maschinen bekannt, die aus Gitterstäben besteht, die in Nuten in dem Läufer eingebettet sind und an beiden Enden durch Kurzschlußringe zusammengeschlossen sind. Diese Kurz¬ schlußringe sind in axialer Richtung mit gegenseitigem Ab¬ stand unterteilt. Außerdem sind diese Ringelemente durch ra¬ diale Zerlegung nochmals in Segmente unterteilt. Die Segmente sind jeweils durch ein Verbindungsstück pro Gitterstab unter¬ einander verbunden.

Die Gitterstäbe, Segmente und Verbindungsstücke können aus legiertem Kupfer sein. Alternativ dazu können die Gitterstäbe auch aus Hartkupfer sein, während die Segmente und die Ver¬ bindungsstücke aus elektrischem Widerstandsmaterial gebildet sind. Damit wird erreicht, daß ein großer Teil der Verluste an dem Ort entsteht, wo sie auch abgeführt werden können.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, einen Rotor für einen Asynchronmotor bereitzustellen, die bei gleicher Leistung eine preiswertere und kompaktere Bauweise erlaubt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Rotor für einen Asynchronmotor, der an seinem Umfang angeord¬ nete elektrisch leitende Stäbe aufweist, die durch an seinen

beiden Stirnseiten angeordnete Kurzschlußringe miteinander verbunden sind, wobei die Kurzschlußringe aus einer als we¬ sentlichen Bestandteil Aluminium enthaltenden Legierung und die Stäbe aus einer als wesentlichen Bestandteil Kupfer ent¬ haltenden Legierung gebildet sind.

Die Herstellung der Kurzschlußringe aus Aluminium bedingt zwar für die gleiche Leistungsfähigkeit des Asynchronmotors größere Querschnitte für die Kurzschlußringe. Es ist jedoch möglich, die Kurzschlußringe (bei gleichem Widerstand wie Kurzschlußringe aus Kupfer) aus Aluminium herzustellen, ohne das Volumen des Asynchronmotors zu vergrößern. Dies liegt daran, daß die Köpfe der Statorwicklungen den Rotor mit den Kurzschlußringen an seinen beiden Stirnseiten ohnehin erheb¬ lich überragen. Damit ist noch genügend Raum für Kurzschluß- ringe aus Aluminium mit entsprechend größerem Querschnitt.

Die Verwendung von Aluminium als Material für die Kurzschlu߬ ringe verringert mit dem Gewicht auch das Massenträgheitsmo- ment des Rotors und ist erheblich preiswerter.

Offensichtlich wird bei dem Stand der Technik gemäß der CH 431 702 ein ganz anderer Zweck verfolgt und auch ein anderes Prinzip verwendet, als bei der vorliegenden Erfindung.

Erfindungsgemäß enthalten die Kurzschlußringe zumindest 70 Gew.-%, vorzugsweise zumindest 95 Gew.-% Aluminium und die Stäbe zumindest 70 Gew.-%, vorzugsweise zumindest 95 Gew.-% Kupfer.

Die Erfindung gibt auch ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für einen Asynchronmotor mit folgenden Schritten an:

- Bereitstellen eines Blechpaketes, das an seinem Umfang Aus¬ nehmungen für metallische Stäbe aufweist,

- Einbringen von im wesentlichen aus Kupfer bestehenden Stä- ben in die Ausnehmungen,

- Anordnen jeweils eines im wesentlichen aus Aluminium beste¬ henden Kurzschlußringes an jeder Stirnseite des Rotors, und - Verbinden der beiden Kurzschlußringe mit den Stäben.

Dabei werden gemäß der Erfindung die beiden Kurzschlußringe mit den Stäben durch Reibschweißen, vorzugsweise durch Ultra¬ schallschweißen, oder durch Elektronenstrahlschweißen verbun¬ den.

Schließlich betrifft die Erfindung auch einen Asynchronmotor, mit einem Stator und einer Rotorbaugruppe, bei dem die Rotor¬ baugruppe ein Blechpaket mit von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite des Blechpaketes reichenden Ausnehmungen an seinem Umfang, sowie einen Kurzschlußkäfig aufweist, der durch in den Ausnehmungen angeordnete Stäbe sowie an den beiden Stirn- seiten angeordnete Kurzschlußringe gebildet ist, wobei die

Stäbe mit den Kurzschlußringen verbunden sind. Dabei sind die Kurzschlußringe aus einer als wesentlichen Bestandteil Alumi¬ nium enthaltenden Legierung und die Stäbe aus einer als we¬ sentlichen Bestandteil Kupfer enthaltenden Legierung gebil- det.

Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden anhand der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen schematisch dargestellten Asynchronmotor entlang dessen Mittelachse.

Fig. 2 zeigt einen Kurzschlußläuferkäfig gemäß der Erfin- düng (ohne Welle und Blechpaket) in einer schematischen per¬ spektivischen Darstellung.

Der in Fig. 1 gezeigte Asynchronmotor 10 hat ein zwei Stirn¬ platten 12a, 12c sowie einen rohrförmigen Körper 12b auf ei- sendes Gehäuse 12. Die beiden Stinplatten 12a, 12c sind durch

mehrere Schraubenbolzen 14 entlang dem Umfang des rohrförmi- gen Körper 12b gegeneinader verspannt.

Im Innern des Gehäuses 12 ist ein aus Eisenplatten aufgebau¬ ter ringförmiger Stator 16 angeordnet, der eine Statorwick- lung 18 trägt. An den beiden Stirnseiten des Stators 16 ragen Wicklungsköpfe 18a, 18b über den Stator 16 hinaus.

Konzentrisch zu dem Stator 16 ist in dessen Hohlraum ein Ro¬ tor 20 angeordnet. Dieser Rotor ist durch eine Rotorbaugruppe gebildet, die ein Blechpaket 22 mit von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite des Blechpaketes 22 reichenden Ausnehmun¬ gen 22a an seinem Umfang, sowie einen Kurzschlußkäfig 24 auf¬ weist, der durch in den Ausnehmungen 22a angeordnete Stäbe 26 sowie an den beiden Stirnseiten angeordnete Kurzschlußringe 28a, 28b gebildet ist, wobei die Stäbe 24 mit den Kurzschlu߬ ringen 28a, 28b verbunden sind. Dabei sind die Kurzschlußrin¬ ge 28a, 28b aus einer als wesentlichen Bestandteil Aluminium enthaltenden Legierung und die Stäbe 26 aus einer als wesent¬ lichen Bestandteil Kupfer enthaltenden Legierung gebildet.

Die Ausnehmungen 22a können parallel zu der Mittellängsachse (bzw. zu einer Welle 30) des Asynchronmotors 10 verlaufen oder im Winkel dazu verlaufen, so daß auch die Stäbe 26 ent¬ sprechend parallel bzw. geschränkt zu der Mittellängsachse (bzw. zu der Welle 30) des Asynchronmotors 10 verlaufen.

In Fig. 2 ist der Aufbau des Kurzschlußläuferkäfigs veran¬ schaulicht. Die beiden parallel zueinander im Abstand ange¬ ordneten Kurzschlußringe 28a, 28b aus Aluminium verbinden ei- ne Vielzahl von Stäben 26 aus Kupfer (von denen nur einige in Fig. 2 veranschaulicht sind), die in gleichmäßigen Abständen entlang des gesamten Umfangε der einander zugewandten Ober¬ flächen der beiden Kurzschlußringe 28a, 28b mit diesen fest verbunden sind. Die beiden Kurzschlußringe 28a, 28b haben ei- nen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Bei der Her¬ stellung der Baugruppe werden die Stäbe 26 in die Ausnehmun-

gen in dem Rotorblechpaket eingeführt und mit den beiden

Kurzschlußringen 28a, 28b verschweißt. Dazu sind in den ein¬ ander zugewandten Oberflächen der beiden Kurzschlußringe 28a, 28b Sacklöcher ausgeformt (siehe Detailansicht in Fig. 2) , in die die jeweiligen Enden der Stäbe 26 eingeführt sind. Durch Ultraschallschweißen oder durch Elektronenstrahschweißen wer¬ den die eingeführten Enden der Stäbe 26 mit dem jeweiligen Kurzschlußring 28b elektrisch leitend und stoffschlüssig ver¬ bunden.

Der effektive Querschnitt der Kurzschlußringe 28a, 28b aus Aluminium ist dabei so bemessen, daß der elektrische Wider¬ stand und die Stromfestigkeit etwa genau so groß ist, wie bei einem Kurzschlußring aus Kupfer für den entsprechenden Asyn¬ chronmotor. Da das spezifische Gewicht von Aluminium 2.7 g/cm 3 und das spezi•fi•sche Gewicht von Kupfer 8.93 g/cm3 be¬ trägt, während die elektrische Leitfähigkeit (bei 20 °C) von Aluminium 37 m/Ω ^" mm und die elektrische Leitfähigkeit (bei 20 °C) von Kupfer 56 m/Ω ^* mm beträgt, ist es möglich, Kurz¬ schlußringe mit gleichem elektrischem Widerstand aber gerin- gerem Gewicht herzustellen. Das größere Volumen der Kurz¬ schlußringe aus Aluminium führt wegen der ohnehin überstehen¬ den Wicklungsköpfe jedoch nicht zu einer Vergrößerung des Ge¬ samtbauraums des Asynchronmotors.

An den voneinander abgewandten Oberflächen der beiden Kurz¬ schlußringe 28a, 28b können auch in axialer Richtung orien¬ tierte Lüfterflügel (nicht gezeigt) angeordnet sein. Die Querschnittsgestalt der Stäbe 26 entspricht der Form der Aus¬ nehmungen in dem Rotorblechpaket. Dabei können auch in radia- 1er Richtung zwei oder mehr Stäbe in den Ausnehmungen ange¬ ordnet und mit den Kurzschlußringen 28a, 28b verschweißt wer¬ den, um einen größeren Wirkwiderstand beim Anlaufen des Asyn¬ chronmotors zu erzielen. Schließlich können die Kurzschlu߬ ringe anstelle der Sacklöcher an ihren radial innen oder vor- zugsweise radial außen liegenden Mantel lächen axial verlau-

fenden nutenförmige Ausnehmungen aufweisen, in die die Stäbe eingebracht und wie oben beschrieben verschweißt werden.