VERFAHREN ZU SEINER HERSTELLUNG

Die Erfindung betrifft einen Käfigläufer für einen hochtourigen Kurzschlussläufer- Kleinmotor mit einer in einem Luftlager gelagerten Hohlwelle, die eine zylindrische Bohrung, einen Luftlagerabschnitt und einen an den Luftlagerabschnitt angrenzenden Käfigabschnitt aufweist, und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Kurzschlussläufermotoren haben einen Käfigläufer mit einer Mehrzahl von Leiterstäben, die sich in Axialrichtung erstrecken und in regelmäßigem Abstand voneinander am Umfang des Käfigläufers angeordnet sind. An ihren axialen Enden sind die Leiterstäbe jeweils mit einem Kurzschlussring elektrisch leitend miteinander verbunden. Käfigläufer von für sehr hohe Drehzahlen ausgelegte Klein- motoren unterliegen wegen der hohen Umfangsgeschwindigkeiten von bis zu 1 1 000 m/min besonders hohen Festigkeitsanforderungen und werden daher häufig als massive, einstückige Läuferkörper aus niedrig legiertem Stahl mit ferromagnetischen Eigenschaften ausgeführt. Des weiteren werden an die Fertigungsgenauigkeit derartiger Käfigläufer, die für Betriebsdrehzahlen von bis zu 200 000 min ^-1 bestimmt sind, sehr hohe Anforderungen gestellt, da für die Lagerung der Käfigläufer in der Regel Luftlager verwendet werden, welche sehr kleine Lagerspalte haben und dementsprechend eine sehr hohe Rundlaufgenauigkeit des Läufers erfordern. Durch die hohe Umfangsgeschwindigkeit sind die Leiterstäbe im Betrieb hohen Fliehkräften ausgesetzt und bedürfen daher einer festen Verankerung in dem Käfigläufer. Soll der Käfigläufer als Hohlwelle mit einer Bohrung zur Aufnahme zusätzlicher Bauteile ausgeführt sein, so sind bei der Fertigung besondere Vorkehrungen zu treffen, um Formänderungen, die die angestrebte geometrische Form beeinträchtigen, zu vermeiden. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Käfigläufers der eingangs genannten Art anzugeben, das auf einfache und kostengünstige Weise durchführbar ist und die hohen Anforderungen an die Festigkeit und die Genauigkeit der geometrischen Form des Käfigläufers erfüllt.

Die Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 angegebene Verfahren gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und ein nach dem Verfahren hergestellter Käfigläufer sind in den weiteren Ansprüchen angegeben. Das Verfahren nach der Erfindung hat eine Reihe von Vorteilen. Das Ausfüllen der Leiterstabnuten und der Ringaussparungen durch das Einlegen und Abbiegen von Leiterstäben und das anschließende vollständige Ausfüllen der Leiterstabnuten und der Ringaussparungen durch Verlöten der Leiterstäbe ist von Hand und mit einfachen Vorrichtungen durchführbar und erfordert keine aufwen- digen und wartungsintensiven Maschinen. Das Verlöten der Leiterstäbe gewährleistet außerdem eine gute Haftung der Leiterstäbe in den Leiterstabnuten durch direkte metallische Verbindung, so dass Maßnahmen, wie hinterschnittenes Nutenprofil, zur Herbeiführung eines Formschlusses entbehrlich sind. Dies vereinfacht die Herstellung der Leiterstabnuten, vorzugsweise mit parallelen Seiten- wänden. Das Verankern der umgebogenen Enden der Leiterstäbe in den Ringaussparungen durch diese ausfüllendes Lot gewährleistet weiterhin eine optimale elektrisch leitende Verbindung zwischen den Leiterstäben und den auf diese Weise gebildeten Kurzschlussringen. Die Leiterstabnuten und die eingelegten Leiterstäbe haben vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt. Dies erleichtert die Montage und das Fixieren der Leiterstäbe vor dem Verlöten. Zudem kann durch Anpassung der Querschnittsabmessungen von Leiterstabnuten und Leiterstäben die zum Verlöten benötigte Lotmenge und der Zeitaufwand für das Löten klein gehalten werden. Zur Erzielung einer hohen Leitfähigkeit werden vorzugsweise Leiterstäbe aus einer Silberlegierung verwendet, die mit einem Silberlot verlötet werden.

Die Hohlwelle kann einstückig aus einem ferromagnetischen Stahl hergestellt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen Figur 1 eine Längesschnitt durch einen Käfigläufer, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, und

Figur 2 einen Querschnitt des Käfigläufers gemäß Figur 1 in der Schnittebene B - B. Der dargestellte Käfigläufer 1 besteht aus einer den Läuferkörper bildenden Hohlwelle 2 mit einer zylindrischen Bohrung 3. Die Außenseite der Hohlwelle 2 ist durch eine radiale Stufe 4 in einen Luftlagerabschnitt 5 und einen Käfigabschnitt 6 unterteilt, die beide zylindrische Mantelflächen haben. Der Luftlagerabschnitt 5 hat einen kleineren Außendurchmesser als der Käfigabschnitt 6. Er dient zur Lagerung des Käfigläufers 1 in einem für sehr hohe Umfangsgeschwindigkeiten ausgelegten Luftlager. Der Käfigabschnitt 6 weist in der Nähe seiner axialen Enden jeweils eine Ringaussparung 7 auf, die einen rechteckigen Querschnitt hat, wobei die axiale Breite der Ringaussparungen 7 größer ist als die radiale Tiefe. Die Ringaussparungen 7 sind durch eine Mehrzahl von zwischen ihnen angeordneten Leiterstabnuten 8 verbunden, die in regelmäßigem Abstand parallel zueinander in dem Käfigabschnitt 6 ausgebildet sind. Die Leiterstabnuten 8 haben einen annähernd quadratischen Querschnitt und ihre Tiefe stimmt mit der Tiefe der Ringaussparungen 7 überein. Die beschriebene Hohlwelle 2 wird aus einem ferromagnetischen oder weichmagnetischen Stahl mittels mechanischer Bearbeitungsprozesse, wie Drehen, Fräsen und Schleifen, zunächst mit geringem Untermaß im Bereich der Bohrung 3 und Übermaß im Bereich der Mantelflächen des Luftlagerabschnitts 5 und des Käfigabschnitts 6 hergestellt und danach mit den elektrisch leitenden Leiterstäben 9 und Kurzschlussringen 1 0 auf folgende Weise versehen:

Die Hohlwelle 2 wird in ihrer Bohrung 3 in einer Spannvorrichtung horizontal so aufgenommen, dass eine Leiterstabnut 8 oben liegt. In diese wird dann ein Lei- terstab 9 mit quadratischem Profil eingelegt, dessen Enden bis in die Ringaussparungen 7 hineinragen, wo sie ab- oder umgebogen werden. Mittels eines Stempels, dessen Durchmesser etwas größer ist als die Breite der Leiterstabnut 8, wird dann an mehreren voneinander entfernten Stellen der Rand der Leiterstabnut 8 von oben eingedrückt und dadurch der eingelegte Leiterstab 9 in der Leiterstabnut 8 fixiert. Der beschriebene Vorgang wird nacheinander bei allen Leiterstabnuten 8 wiederholt, wobei die Hohlwelle 2 jeweils schrittweise um den Teilungsabstand der Leiterstabnuten 8 gedreht wird, bis in allen Leiterstabnuten 8 Leiterstäbe 9 eingelegt und fixiert sind. In einem nächsten Bearbeitungsschritt wird die mit Leiterstäben 9 versehene Hohlwelle 2 in einer Lötvorrichtung aufgenommen, und durch Erwärmen und Zuführen von Lot sowie geeignetem Flussmittel werden die Leiterstäbe 9 durch Löten vollflächig mit der Hohlwelle 2 verbunden. Gleichzeitig werden durch Verlöten der Enden der Leiterstäbe 9 und das Ausfüllen vorhandener Lücken die Ringaussparungen 7 vollständig mit Lot ausgefüllt und die Kurzschlussringe 1 0 gebildet. Als Lot wird bei diesem Vorgang Silberlot verwendet, um die thermische Belastung der Hohlwelle 2 durch das Löten zu begrenzen. Die Leiterstäbe 9 bestehen aus Gründen der guten Leitfähigkeit aus einer Silberlegierung und lassen sich daher mit Silberlot gut verlöten. Nach dem Einlöten der Leiterstäbe 9 wird die Bohrung der Hohlwelle 2 mechanisch bearbeitet und auf Endmaß gehont. Bei den vorangegangenen Verfahrensschritten eventuell eingetretene, geringe Formänderungen der Bohrung 3 werden hierdurch beseitigt, so dass die Bohrung 3 die Bezugsfläche für die weitere genaue Bearbeitung bilden kann. Die Hohlwelle 2 wird dann in der Bohrung 3 von einem Werkzeugdorn aufgenommen und gespannt, und durch mechanisches Bearbeiten und Feinschleifen werden die Mantelflächen des Luftlagerabschnitts 5 und des Käfigabschnitts 6 einschließlich der Außenflächen der Leiterstäbe 9 und der Kurzschlussringe 1 0 in eine ununterbrochene zylindrische Form und auf ein genaues Endmaß gebracht. Auf diese Weise wird ein in einem Luftlager zu lagernder Käfigläufer geschaffen, der sich durch hohe Formgenauigkeit und Rundlaufgenauigkeit auszeichnet und für sehr hohe Antriebsdrehzahlen von über 1 00 000 min ^"1 geeignet ist. Das beschriebene Herstellverfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von Käfigläufern, die einen kleinen Außendurchmesser von z. B. unter 20 mm und im Bereich des Käfigabschnitts eine Wandstärke von nur wenigen Millimetern haben. Die Metallverbindung zwischen der Hohlwelle und den Leiterstäben gewährleistet eine zuverlässige Verankerung der Leiterstäbe, die den hohen Fliehkraftbeanspruchungen standhält. Sie sorgt weiterhin für einen guten Wärmeübergang zwischen Hohlwelle und Leiterstäben, so dass die thermische Beanspruchung des Käfigläufers durch geeignete Kühlmaßnahmen gut beherrschbar ist. Maßgebend für die guten, dynamischen Eigenschaften des Käfigläufers ist weiterhin die durch Feinschleifen erzielte und rundlaufgenaue Mantelfläche im Bereich des Käfigabschnitts, so dass enge Luftspalte gegenüber dem Stator erreichbar sind. Schließlich ist das Herstellverfahren einfach und kostengünstig durchführbar und erfordert keine komplizierten Maschinen und Anlagen.