[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

EP3970266A1 - Method for producing a squirrel-cage rotor of an asynchronous machine - Google Patents

Method for producing a squirrel-cage rotor of an asynchronous machine

Info

Publication number
EP3970266A1
EP3970266A1 EP20746909.9A EP20746909A EP3970266A1 EP 3970266 A1 EP3970266 A1 EP 3970266A1 EP 20746909 A EP20746909 A EP 20746909A EP 3970266 A1 EP3970266 A1 EP 3970266A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
short
squirrel
circuit
asynchronous machine
producing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20746909.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Klaus Büttner
Klaus Kirchner
Matthias Warmuth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Innomotics GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3970266A1 publication Critical patent/EP3970266A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/0012Manufacturing cage rotors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/12Impregnating, heating or drying of windings, stators, rotors or machines
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02Asynchronous induction motors
    • H02K17/16Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02Asynchronous induction motors
    • H02K17/16Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
    • H02K17/20Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors having deep-bar rotors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a squirrel-cage rotor of an asynchronous machine, as well as the asynchronous machine itself and its use in different, preferably industrial, applications.
  • Squirrel cage dynamo-electric rotary machines are manufactured in the lower power range using die-casting technology in one operation. This cohesive process is costly since the die casting molds are expensive and wear out comparatively quickly. Furthermore, there is a comparatively high degree of variation in the quality of a squirrel cage manufactured in this way during manufacture. This manifests itself, for example, in the change in the quality of the melt in the crucible, through contamination of the melt during the casting process, through release agents or abrasion on the tool, as well as through the formation of cavities or stress cracks when the die casting cools down.
  • the pressure casting process is carried out under the influence of protective gas, for example.
  • Tools with several ventilation options are also provided, or even re-alloying of the melt is carried out.
  • the invention is based on the object of creating a method for producing a squirrel-cage rotor of an asynchronous machine, with both the electrical properties and the economic nature of the production method being in the foreground. Furthermore, a more powerful connection of conductor bars and short-circuit rings should be easy and effective to produce.
  • the task at hand is achieved by a method for producing a squirrel cage rotor of an asynchronous machine through the following steps:
  • the problem posed is also achieved by an asynchronous machine with a squirrel cage rotor produced by the method according to the invention.
  • the problem posed is also achieved by a drive system which in particular drives compressors, conveyor systems, machine tools or vehicles with at least one asynchronous machine according to the invention.
  • the magnetically conductive body is first provided, that is to say sintered material or a body that is at least partially 3D-printed or individual metal sheets are stacked, glued and / or stamped to form a finished rotor core.
  • These conductor bars are completely or at least in the area of their predeterminable overhang before being inserted into the magnetically conductive body after pickling, preferably immediately after pickling the conductor bars with a coating to prevent the formation of an oxidation layer on the stripped conductor bar. From the section of the conductor bar that protrudes from the face of the magnetically conductive body, it is referred to as an overhang.
  • the coating is preferably applied galvanically in the range between 2 and 5 ⁇ m in order to optimize the diffusion process into the first and second material described below.
  • the coating can alternatively also be sprayed on, but then the adjustable layer thicknesses are subject to a greater tolerance.
  • This third material that is to say the coating, is preferably made of tin, since with the first and second materials in the context of this manufacturing process it produces a comparatively very good electrical connection between this first and second material.
  • the rod ends of the conductor rods protruding from the magnetically conductive body, i.e. the protrusions, are at least over- predominantly with the short-circuit disk, which is preferably made of aluminum or an aluminum alloy, electrically connected and thus created a short-circuit cage of the rotor of the asynchronous machine, that is, the squirrel-cage rotor.
  • the short-circuit disk which is preferably made of aluminum or an aluminum alloy
  • These short-circuit disks are obtained from an extruded profile, in particular a cylindrical profile. These discs are adjustable in their axial height, this is achieved by separating a respective disc from the profile.
  • the short-circuit disk or short-circuit disk segments who are thus preferably made by extrusion of the second material with subsequent cutting to length. It is possible that the recesses on the radially outer area of the short-circuit disk, closed in the circumferential direction, are designed to be semi-open or open. In the case of closed and half-open recesses, the conductor bars must be inserted axially. In the case of open cutouts, the conductor bars could also be introduced radially into the short-circuit disk, which is an alternative in particular in the case of segmented short-circuit disks and / or open grooves in the laminated core of the rotor.
  • the short-circuit disk has prefabricated recesses for the conductor bars, which is easy to produce in extrusion technology.
  • the geometric cross-section of the recesses provided is slightly larger than the geometric bar cross-section of a conductor bar in order to obtain a clearance fit between the conductor bar and the short-circuit disk.
  • the short-circuit disks can alternatively also have a segmented structure when viewed in the circumferential direction and / or axially. This ensures an economical production of a squirrel cage rotor, especially for asynchronous machines with larger shaft heights.
  • This connection or electrical contact between the coated protrusion of the conductor bars and the short-circuit disks, in particular in the area of a contact surface, takes place according to the invention by heating, in particular hot forming, of this area, in particular inductive hot forming.
  • Hot forming refers to deformations that take place above the recrystallization temperature of a metal, in particular of the first and / or second material. Recrystallization describes the breakdown of lattice defects in the metal crystals through the formation of a new structure due to nucleation and grain growth.
  • the short-circuit disk is heated to approx. 450 ° to 500 ° C.
  • This hot forming is done by an inductor and a press, wherein the inductor can be adjusted in a simple manner to different diameters and / or heights of the short circuit disc.
  • the inductor advantageously has a shield acting in the direction of the laminated core in order not to unnecessarily heat the end faces of the laminated core and thus possibly change the material properties of these laminations. This is especially important for short-circuit disks that are in direct contact with the end faces of the laminated core, that is, are not arranged at a distance.
  • Such shielding of the inductor also has a positive effect on short-circuit disks that are arranged from the end face of the laminated core.
  • the heating and pressing are done in series, i.e. one after the other.
  • the process can, however, also begin with heating, whereby the pressing process can already start in the final phase of heating.
  • the short-circuit disks can also be preheated differently, in particular special in an oven.
  • the press sen then takes place after the short-circuit disks have been placed on the protrusions.
  • the coating made of the third material melts on the protrusion of the conductor bar, in particular on the protrusion of the copper bar. Due to the comparatively low layer thickness of this coating on the protrusion combined with the surface tension, the melted coating on the protrusion of the conductor rod initiates a process that is a reflow process of the coating on the conductor rod.
  • the protrusion denotes the part of the conductor bars protruding axially from the magnetically conductive body, in particular the laminated core. Contact is made with the short-circuit disk on a section of the protrusion, axially and / or circumferentially or on the entire protrusion.
  • the protrusion thus has a section which has a contact surface with the short-circuit disk, on which the coating also dissolves. This contact surface is formed by the depth of immersion of the protrusion in the short-circuit disk and the recess of the short-circuit disk that surrounds the protrusion with little play.
  • the heated short-circuit disk is subjected to a force on its one end face facing away from the laminated core and is molded onto the conductor bars, in particular the overhangs or the sections of the overhangs provided for this purpose. This results in a very good electrical connection between the conductor bar and the short-circuit washer.
  • the conductor rod / conductor rods and the short-circuit disk move towards each other with the corresponding recesses.
  • the initially existing gaps at least between the protrusion and the recesses of the short-circuit washers (clearance fit) during cold joining (temperature range between room temperature and max. 100 ° C).
  • At least the gaps in the clearance fit are closed by hot forming.
  • the heating in particular the temperatures of the hot forming, also results in a reflow process from the coating to the short-circuit disk.
  • the coating made of the third material dissolves completely.
  • the coating material in particular tin, diffuses into the surfaces in the area of the predeterminable section of the protrusion of the conductor bar and the surface to be contacted in the recess of the short-circuit disk. The desired contact is only established where the clearance fit between the protrusion and the recess - the desired contact area - was present.
  • the phase transformation of the coating material described above is excluded.
  • the reflow and diffusion processes create a cohesive connection between the conductor rods and the short-circuit washer without the application of current, as is the case with the manufacture of a squirrel-cage rotor using resistance welding.
  • the melting point of the third material i.e. the coating, is lower than the heating temperature of the hot forming on the short-circuit disk made of the second electrically conductive material.
  • the short-circuit disk is designed as a hollow cylinder with radially outwardly open recesses.
  • the magnetically conductive body in particular the stacked laminated core, can simultaneously be compressed and solidified in the axial direction.
  • the laminated core remains in the clamped state, since the conductor bars are firmly connected to the short-circuit disks on the end faces of the rotor. An additional form fit is therefore not required. This also prevents the conductor bars from "slagging" in the groove of the magnetically conductive body. It is advantageous for the manufacturing process, especially with axially thicker or higher short-circuit disks, if a temperature gradient in the heating process, i.e. a temperature gradient, is established axially outward from the end face of the short-circuit disk facing the laminated core.
  • the temperature in the area of the side of the short-circuit disk facing the laminated core is kept higher, so that the first deformation occurs in the form of a compression on the contact surface.
  • the further upsetting generates frictional heat that is continued axially outwards. This measure makes it possible to avoid thermal overloading of the material and to guide the deformation axially outwards from the inside over a large area.
  • This process can also be referred to as reverse rivet closure, since the rod is not expanded (riveted), but the short-circuit disk is molded onto the conductor rod.
  • positive connections can be integrated into the link in a comparatively simple manner, since it is easier to engrave contours in the conductor bar, especially in the overhang, than to intervene in the geometry of the recesses in the short-circuit disk.
  • the conductor bar or the protrusion does not take up the entire axial length or height of the short-circuit disk.
  • the radially outer recess acts as a fan.
  • the protrusion of the conductor bars can of course also protrude axially over the short-circuit disk and thus take on a fan function.
  • the wrought alloys are material compositions that have a high ductility (plastic Deformability) and are therefore ideally suited for hot forming, ie high degrees of deformation are possible with comparatively little effort.
  • Copper rods made from oxygen-free drawn electrical copper with a conductance of approx. 58 MS / m are preferably used as conductor rods.
  • Al-wrought alloys are preferably chosen as short-circuit disks, since they are ideally suited for hot forming, since with a relatively high formability the force required for forming is comparatively low.
  • the materials EN AW 6082 or EN AW 6060 are used.
  • an Al alloy disc i.e. a short-circuit ring disc made of an Al wrought alloy
  • the temperatures are in the range of 500 ° C. With a copper alloy, these temperatures are around 800 ° C.
  • the Form Sungsge speed of the material will be different for different materials.
  • Guide values for Al alloys of the short circuit disks are a temperature range of approx. 400 to 500 ° C, a shape change in the range of 0.5 and a deformation rate of 1 to 41 / s.
  • a supplementary, downstream heat treatment can also be applied.
  • This subsequent heat treatment known as tempering, enables the mechanical and electrical material properties such as tensile strength and electrical conductivity to be increased further.
  • the strength is increased by the fact that finely divided precipitates form as a result of the annealing.
  • This aging takes place preferably at moderate temperatures of approx. 140 to 190 ° C, which is also referred to as artificial aging. In this way, for example, tensile strength and electrical conductivity of the individual components, but also of the entire cage of the squirrel cage, can be positively influenced.
  • This heat treatment is carried out, for example, by solution annealing with subsequent quenching. This reduces the tension in the grid and "freezes" it. The less the grid is tensioned, the better the electrical conductivity.
  • the yield strength of the short-circuit ring thus obtained is higher by a factor of 10 than the yield strength for die-cast short-circuit rings with Al 99.6. This enables higher speeds of the rotor of an asynchronous machine, e.g. without additional bandages on the short-circuit ring.
  • a ductile material is loaded below the elongation limit (also called Rp-0.2 elongation limit), it will return to its original state after the load has been removed. Plastic deformation occurs at higher loads.
  • Targeted subsequent heat treatment can increase the yield strength, which is higher than that of pure aluminum, even further.
  • the yield strength of Al 99.6 is approx.
  • the short-circuit disks are provided with a closed outer radial contour made of steel or another material with high tensile strength or yield strength in order to achieve even higher speeds with an asynchronous machine.
  • a short-circuit disk made of aluminum has a lower moment of inertia and thus a higher speed capability due to its lower mass compared to copper short-circuit disks.
  • a material bond is now established for the contact between the conductor bar and the short-circuit disk, without the use of die casting and welding processes such as resistance welding, friction stir welding or laser welding.
  • Conductor bars in particular copper bars, are provided with a coating provided at least in the protrusion.
  • Pure aluminum or a ductile wrought alloy of aluminum is used as the short-circuit disk.
  • the short-circuit disk is brought to temperature and then, or at least temporarily, molded in parallel and optionally kept at temperature. This creates a diffusion and material connection / contact between the protrusion of the conductor rod and the short-circuit disk.
  • Both the drawn copper rods and the extruded short-circuit disks are free of cavities, cracks and contamination.
  • the diffusion and the cohesive connection / contact between the protrusion only occurs where the play between the coating on the conductor rod and inside the recess is comparatively small, i.e. 0.1 mm or less.
  • the decisive factor here is that the mechanical axial joining of the short-circuit disks to the protrusions of the conductor rods also takes place more or less cold, without having to apply a lot of deformation work in the so-called cold state.
  • the temperature must be kept below 50 ° C in any case below 100 ° C.
  • the contact area results, for example, from the length of the clearance fit of the recesses viewed in the circumferential direction multiplied by the immersion depths of the conductor bars in the short-circuit disk.
  • the coating of the third material is also made so comparatively thin that due to the internal stress of this material when heated, especially hot forming, it does not drip and thus does not detach from the surface of the protrusion to be contacted.
  • the inventive idea can also be implemented in squirrel cage rotors with short-circuit rings / short-circuit washer spaced from the laminated core.
  • the projection can thus be composed axially of the distance between the end face of the laminated core and the short-circuit disk and the immersion depth and fan section.
  • the axial length of the conductor rod in the short-circuit disk is basically referred to as the immersion depth.
  • the axial length of the conductor rod is referred to as the fan section, which extends axially beyond the short-circuit disk on the side of the short-circuit disk facing away from the laminated core.
  • an asynchronous rotor with short-circuit disks but also with spaced-apart short-circuit rings / short-circuit disks can be manufactured as follows within the scope of the invention .
  • the conductor bars are inserted into the magnetically conductive body so that there is a protrusion only on one side.
  • the short-circuit disk is placed on this overhang - as written above - and contacted.
  • the conductor bars with the already molded short-circuit disk are axially displaced by a predeterminable distance within the laminated core, so that protrusions arise on the other side of the laminated core, which are then also contacted with a short-circuit disk.
  • First material e.g. Cu 1080 ° C
  • Second material e.g. Al 660 ° C
  • Third material e.g. tin 230 ° C.
  • Recrystallization temperature occurs at over approx. 40 to 50% of the respective melting temperature.
  • Al for example, from 500 ° C, an undesirable giant grain formation forms, which deteriorates the desired material properties.
  • the conductor bars are fixed in the magnetically conductive body by the fact that the short-circuit disks cool down after hot forming and the short-circuit ring or short-circuit disks contract and thus permanently fix the conductor bars in their respective grooves. Temperatures of over 400 ° C are normally not reached when the machines are in operation, so that sufficient fixation of the conductor rods in the respective groove is given over the service life.
  • FIG. 2 shows an arrangement of conductor bars, FIG. 3 laminated core of a rotor, FIG. 4 short-circuit disk, FIG. 5 segmented short-circuit disk, FIG. 6 partial section of the rotor, FIG. 7 illustration of the basic heating, FIG. 8 basic illustration of the axial joining, FIG. 9 illustration of the layers of the conductive Materials,
  • FIG 10 is a perspective view of the rotor
  • FIG 11 Detailed representation of the finished rotor
  • FIG 12 is a perspective view of the rotor with shaft
  • FIG 14 squirrel cage rotor with long conductor bars
  • FIG 15 squirrel cage rotor with spaced short-circuit disk.
  • the winding system 3 can, for example, be constructed from stringed coils, preformed coils, tooth coils of different or identical coil widths.
  • a rotor 4 is arranged at a distance from the stator 2 via an air gap 18 of this asynchronous machine 1.
  • This squirrel-cage rotor 4 has a magnetically conductive body which is made from sintered material or as a laminated core 5.
  • the short-circuit ring, in particular the short-circuit disk 7, connects and contacts conductor bars 6 which are arranged in grooves 8, not shown in detail, of laminated core 5.
  • the short-circuit ring in particular the short-circuit disk 7, is in contact with a shaft 16, as shown in FIG. 1, which brings about a thermal connection and thus also a cooling of the short-circuit ring when the asynchronous machine 1 is in operation.
  • the rotor core is also in rotationally fixed contact with the shaft 16, which causes a thermal connection and thus also a cooling.
  • the short-circuit ring in particular the short-circuit ring disk 7, is in contact with the end face 20 of the laminated core 5 and the shaft 16, that is to say in each case.
  • the short-circuit disk 7 of the squirrel-cage rotor 4 can be spaced apart from the shaft 16 and / or the end face 20.
  • the short-circuit ring in particular a short-circuit washer 7, can be spaced from the end face 20 of the laminated core 5 and / or the shaft 16 in order, for example, to improve cooling or to avoid scattering losses in the laminated core.
  • the shaft 16 rotates as a result of electromagnetic interaction between the energized stator 2 and a short-circuit cage of the rotor 4, which is formed by the conductor bars 6 and the short-circuit disks 7.
  • the rotor 4 When the asynchronous machine 1 is in operation, the rotor 4 thus rotates with the shaft 16 connected in a rotationally fixed manner about an axis of rotation 17.
  • the Lei terstänke 6 are preferably made of drawn copper or a copper alloy and are teardrop-shaped in cross section. This arrangement is also implicitly to take a bevel of the grooves 8 over the axial length of the laminated core 5.
  • the cross-sectional shape of the conductor bars 6 essentially corresponds to the cross-section of the grooves 8. Furthermore, the conductor bars 6 have a cone 28 on which facilitates axial insertion.
  • FIG. 3 shows a magnetically conductive body which is designed as a laminated core 5 made of dynamo sheet and which has 10 elements 21 for the rotationally fixed connection with the shaft 16 in its shaft bore 10.
  • the grooves 8 are arranged in the radially outer region of the laminated core 5 and are executed circumferentially Lich considered closed. But they can also be designed to be half-open or open.
  • 4 shows a short-circuit disk 7 which has recesses 9 which are open radially outward and which correspond to the spacing of the grooves 8 of the laminated core 5 such that the conductor bars 6 arranged in the grooves 8 can be inserted into these recesses 9.
  • protrusions 23 of the luminescent rods 6 form, at least in the region of the recesses 9, a clearance fit of approximately 0.1 to 0.05 mm or even smaller.
  • FIG. 5 shows segments of short-circuit disks 7, such as are used, for example, for machines with larger shaft heights. Two or more segments according to FIG. 5 result in a short-circuit disk 7, the segments being mechanically connected at the joints by a kind of dovetail.
  • these are also formed in the axial direction from several layers, so that the joints 24 are offset like masonry, which ultimately also creates the electrical transitions in the short-circuit ring through axial pressing processes.
  • the heating takes place, advantageously by means of a temperature gradient 11, in the heating process, that is to say before the hot forming or at least temporarily during the hot forming.
  • FIG. 7 shows an exemplary induction arrangement 12 which surrounds the short-circuit disk 7, in which the coated protrusions 23 of the conductor bars 6 are arranged and are subjected to the heating process.
  • FIG. 8 shows an example of the joining process in which the conductor bars 6 are located in the laminated core 5.
  • the protrusions 23 are provided with a coating 15 which is in the range of 2-5 ⁇ m.
  • the axial joining is preferably carried out simultaneously with a predeterminable immersion depth 26 for all of the conductor bars 6 protruding from an end face 20 of the laminated core 5.
  • the conductor rods 6 are formed on their conductor rod ends protruding from the laminated core 5 ko cally or pointed to facilitate the joining process.
  • the coating 15 shows in principle, in particular in the over stand 23 the coating 15 on the first material 13 and separated therefrom by a clearance fit 31 the second material 14.
  • the coating 15 is melted or melted and ultimately dissolves through the Hot forming process through which this the diffusion and / or reflow process and thus the formation of the alloy completely or almost completely.
  • FIG. 10 shows a perspective illustration of the rotor core 4 with the conductor bars 6, which show the immersion depth 26 in the short-circuit disk 7.
  • FIG. 11 shows a detailed illustration of FIG. 10, the radially outwardly open recesses 9 of the short-circuit disk 7 can be seen.
  • FIG. 12 shows the squirrel cage rotor 4, which is connected to the shaft 16 in a rotationally fixed manner.
  • the shaft 16 can, however, also be connected to the laminated core 5 in a rotationally fixed manner before the axial joining process of conductor bars 6 with the short-circuit disks 7.
  • the reduced immersion depth 26 compared to the height 25 results in fan-like effects in the operation of the machine.
  • fan-like blades can also be formed by means of an axia len penetration of the conductor bars 6 through the short-circuit disk 7.
  • the protrusion 23 thus extends axially beyond the height 25 of the short-circuit disk 7.
  • a plurality of short-circuit rings or short-circuit disks 7 arranged isolated from one another can also be arranged on each end face 20 of the laminated core 5.
  • Electrically isolated short-circuit cages in the rotor 4 reduce the harmonic waves in the air gap 18 of the asynchronous machine 1, especially if the stator 2 has a winding system 3 with toothed coils, each tooth of the stator 2 being given by a toothed coil.
  • FIG. 13 shows a detailed illustration of the contact surfaces 27 between the conductor bar 6 and the short-circuit disk 7. This occurs the alloy preferably only on the contact surfaces 27, which have the clearance fit 31 at the beginning of the manufacturing process. This is where the hot forming process can be implemented particularly effectively.
  • the other openings between rule bar 6 and short-circuit disk 7 can be used for cooling, among other things.
  • the contact surface 27 of a conductor bar 6 in a recess 9 results, for example, from the length of the clearance fit 31 in the recess 9, viewed in the circumferential direction, multiplied by the immersion depth 26 of the conductor bar 6 in the short-circuit disk 7.
  • the short-circuit disk 7 is not in direct contact with the shaft 16 (as in FIG. 1), but rests against the end face 20 of the laminated core 5.
  • a method according to the invention for producing a squirrel-cage rotor 4 or an asynchronous rotor with a squirrel cage rotor of an asynchronous machine 1 is thus carried out, taking into account the relationships presented above, by the following steps:
  • An essentially cylindrically shaped magnetically conductive body in particular a laminated rotor core 5, is provided which has essentially axially extending grooves 14.
  • the laminated core is made up of axially historically th dynamo sheets.
  • the grooves 14 are closed, half-open or open in the circumferential direction.
  • the conductor bars 6 are inserted into the grooves 14 before preferably axially.
  • the conductor bars 6 are made of a first conductive material 13, in particular drawn Copper.
  • the conductor bars 6 are used in such a way that they protrude from the end faces 20 of the magnetically conductive body, in particular of the laminated rotor core 5, and thus form at least one protrusion 23 on one side, in particular one on both sides.
  • the complete conductor bars 6, but at least the sections of the protrusions 23, which are later contacted with the short-circuit disks 7, are preferably coated with tin before being inserted. The coating is between 2 and 5 pm.
  • the cross-section of the conductor bars 6 essentially corresponds to the cross-section of the grooves 14. During insertion, no significant friction occurs between the conductor bar 6 and the inside of the groove 14.
  • the short-circuit disk 7 is also provided, made of a second conductive material 14, in particular aluminum, with recesses 9 that are open radially outward.
  • the recesses 9 can also be designed to be closed, semi-open or open.
  • This short-circuit disk 7 can be constructed in several parts axially and / or in the circumferential direction. So either segmented and / or axially layered when viewed in the circumferential direction. The parts are connected to one another in advance.
  • the short-circuit disk 7 is made from a part that has been cut off from an extruded extrusion profile 19 and thus has the required height 25.
  • This short-circuit washer 7 is now positioned axially on the protrusion or protrusions of the respective conductor rods 6 with a clearance fit of max. 0.1mm, which protrude from the end face 20 of the magnetically conductive body, in particular of the laminated rotor core 5. This takes place as cold joining, with no significant friction or even deformation of the conductor rod 6 and recess 9 of the short-circuit disk 7.
  • the subsequent heating of the short-circuit disk 7 can be done by an inductor or in an oven.
  • the inductor allows the short-circuit disk to be heated up to 450 to 500 ° C within approx. 30s, depending on the short-circuit disk. Any shielding of the inductor in In the direction of the laminated rotor core 5, the laminations on the end face 20 are prevented from heating up unnecessarily.
  • the press takes place under pressure a hot forming of the short-circuit disk 7 on the projections 23 of about one minute, depending on process parameters, such as Ma materials used, size of the squirrel-cage rotor 4, etc. It follows an almost simultaneous contacting of the conductor rods 6 with at least Predeterminable sections of the short-circuit washer 7.
  • the clearance fit "dissolves" and electrical contact is made in the sections where the clearance fit between recess 9 and coated protrusion 23 existed.
  • the gaps that initially exist at least between protrusion and recesses of the short-circuit washers (clearance fit) for cold joining temperature range between room temperature and max.
  • This diffusion and alloy formation in particular of the tin in the first and second conductive materials of conductor bar 6 and short-circuit disk 7, for example copper and aluminum or their alloys, excludes the phase transformation of the coating material described above.
  • Asynchronous machines with a squirrel-cage rotor 4 produced according to the invention have a stator, in whose stator bore the squirrel-cage rotor 4 is inserted.
  • the shaft 16 to which the squirrel-cage rotor 4 is connected in a rotationally fixed manner is mounted in a housing on one or both sides.
  • Machines manufactured according to the invention have a wide range of uses and are used, among other things, for both standard and high-speed applications, for example in the compressor, fan and pump sector, conveyor technology, in toolmaking.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)
  • Induction Machinery (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for producing a squirrel-cage rotor (4) of an asynchronous machine (1) by way of the following steps: - providing a substantially cylindrical magnetically permeable body, in particular a laminated rotor core (5), having substantially axially running slots (14), - inserting conductor bars (6), composed of a first conductive material (13), into the slots (8) in such a way that the conductor bars (6) project out of the end sides (20) of the magnetically permeable body, in particular of the laminated rotor core (5), and thereby form at least one projection (23) on one side, in particular one projection on either side, - providing a short-circuiting disc (7), composed of a second conductive material (14), with recesses (9) which are open radially to the outside, - axially positioning at least one short-circuiting disc (7) on the projections of the respective conductor bars (6) which project out of the end side of the magnetically permeable body, in particular of the laminated rotor core (5), - subsequently heating, in particular hot-forming, the axially pushed-on short-circuiting disc (7) by way of contact being made virtually simultaneously between the conductor bars (6) and at least one short-circuiting disc (7).

Description

Beschreibung description
Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers einer Asynchronmaschine Method for manufacturing a squirrel cage rotor for an asynchronous machine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers einer Asynchronmaschine, als auch die Asynchronmaschine selbst und deren Verwendung bei unter schiedlichen, vorzugsweise industriellen Anwendungen. The invention relates to a method for producing a squirrel-cage rotor of an asynchronous machine, as well as the asynchronous machine itself and its use in different, preferably industrial, applications.
Kurzschlussläufer dynamoelektrischer rotatorischer Maschinen werden im niedrigeren Leistungsbereich in Druckgusstechnik in einem Arbeitsgang hergestellt. Dieses stoffschlüssige Verfah ren ist kostenintensiv, da die Druckgussformen teuer sind und vergleichsweise schnell verschleißen. Des Weiteren ist bei der Herstellung ein vergleichsweise hohes Maß an Streuung in der Qualität eines derartig hergestellten Kurzschlussläufers vorhanden. Dies äußert sich beispielsweise in der Veränderung der Qualität der Schmelze im Tiegel, durch Verunreinigungen der Schmelze während des Gießprozesses, durch Trennmittel bzw. Abrasion am Werkzeug, ebenso wie durch Lunkerbildung oder Spannungsrissbildung bei Abkühlung des Druckgusses. Squirrel cage dynamo-electric rotary machines are manufactured in the lower power range using die-casting technology in one operation. This cohesive process is costly since the die casting molds are expensive and wear out comparatively quickly. Furthermore, there is a comparatively high degree of variation in the quality of a squirrel cage manufactured in this way during manufacture. This manifests itself, for example, in the change in the quality of the melt in the crucible, through contamination of the melt during the casting process, through release agents or abrasion on the tool, as well as through the formation of cavities or stress cracks when the die casting cools down.
Im höheren Leistungsbereich oder bei Sonderanwendungen dyna moelektrischer rotatorischer Maschinen, werden einzelne Lei terstäbe mit einem Kurzschlussring elektrisch und mechanisch verbunden. Dies geschieht beispielsweise durch Löt- oder Schweißvorgänge, wie dies u.a. der DE 3413 519 C2 zu entneh men ist. In the higher power range or for special applications of dynamic electrical rotary machines, individual conductor bars are electrically and mechanically connected with a short-circuit ring. This is done, for example, by soldering or welding processes, as can be seen from DE 3413 519 C2.
Nachteilig dabei ist jedoch, dass bei diesen größeren dynamo elektrischen Maschinen Kurzschlussringe vorhanden sind, die eine umlaufende Lötwanne aufweisen, die beim Lötprozess kom plett mit Lot zu füllen ist. Dabei wird lediglich das Volu men, des in der Lötwanne ragenden Volumen der Läuferstäbe nicht mit Lot gefüllt. Aufgrund des hohen Silberanteils im Lot ist dabei unter anderem eine Herstellung der Lötverbin- düng zwischen Läuferstäben und Kurzschlussring wirtschaftlich nicht besonders sinnvoll. The disadvantage here, however, is that these larger dynamo-electric machines have short-circuit rings that have a circumferential soldering trough that has to be completely filled with solder during the soldering process. Only the volume of the runner bars protruding into the soldering tub is not filled with solder. Due to the high silver content in the solder, among other things, the manufacture of the soldered connection fertilizing between rotor bars and short-circuit ring does not make particularly economic sense.
Um die, auch bei niedrigen Leistungsbereich auftretenden Qua- litätsverluste zu beheben, wird beispielsweise unter Schutz gaseinfluss der Druckgussvorgang durchführt. Ebenso werden Werkzeuge mit mehreren Entlüftungsmöglichkeiten vorgesehen, oder es wird sogar ein Nachlegieren der Schmelze durchge führt. Diese Eingriffe ermöglichen die Steigerung der Effizi enz des Asynchronkäfigläufers, jedoch sind zur Festigkeit zu sätzliche Maßnahmen notwendig, die insbesondere eine hohe Drehzahltauglichkeit beinhalten, wie z.B. Stützringe um höhe re Festigkeitswerte zu erhalten. In order to remedy the quality losses that occur even in the low power range, the pressure casting process is carried out under the influence of protective gas, for example. Tools with several ventilation options are also provided, or even re-alloying of the melt is carried out. These interventions enable the efficiency of the asynchronous squirrel cage rotor to be increased, but additional measures are necessary for strength, which include, in particular, a high speed capability, such as support rings in order to obtain higher strength values.
Aus der US 2013/0291373 Al ist ein Widerstandschweißverfahren bekannt, bei dem Kurzschlussringe mittels Widerstandsschwei ßen mit den Leiterstäben verbunden werden. Nachteilig dabei ist, dass mit zunehmender Anzahl der verschweißten Leiterstä be am Kurzschlussring der Strom über die bereits hergestell ten Verknüpfungen fließt und damit das Widerstandsschweißen der verbleibenden Stäbe an den Kurzschlussring erheblich er schwert. Das Verschweißen aller Leiterstäbe in einem Vorgang ist umständlich und u.a. auch energetisch sehr aufwändig. From US 2013/0291373 A1 a resistance welding method is known in which short-circuit rings are connected to the conductor bars by means of resistance welding. The disadvantage here is that as the number of welded conductor rods on the short-circuit ring increases, the current flows through the connections that have already been made, making resistance welding of the remaining rods to the short-circuit ring considerably more difficult. The welding of all conductor bars in one process is laborious and, among other things, also very expensive in terms of energy.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers einer Asynchronmaschine zu schaffen, wobei sowohl die elektrischen Eigenschaften als auch die wirtschaftliche Art und Weise des Herstellverfahrens im Vordergrund stehen. Des Weiteren soll eine leistungsfähigere Verbindung von Leiterstäben und Kurz schlussringen einfach und effektiv herzustellen sein. Proceeding from this, the invention is based on the object of creating a method for producing a squirrel-cage rotor of an asynchronous machine, with both the electrical properties and the economic nature of the production method being in the foreground. Furthermore, a more powerful connection of conductor bars and short-circuit rings should be easy and effective to produce.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch ein Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers einer Asynchronma schine durch folgende Schritte: The task at hand is achieved by a method for producing a squirrel cage rotor of an asynchronous machine through the following steps:
- Bereitstellen eines im Wesentlichen zylindrisch geformten magnetisch leitfähigen Körpers, insbesondere eines Läufer blechpakets, mit im Wesentlichen axial verlaufenden Nuten, - einsetzen von Leiterstäben aus einem ersten leitfähigen Ma terial, in die Nuten derart, dass die Leiterstäbe aus den Stirnseiten des magnetisch leitfähigen Körpers, insbesonde re Läuferblechpakets ragen, und somit zumindest einen ein seitigen, insbesondere jeweils einen beidseitigen Überstand bilden, - Provision of an essentially cylindrically shaped magnetically conductive body, in particular a rotor core, with essentially axially extending grooves, - Inserting conductor bars made of a first conductive material into the grooves in such a way that the conductor bars protrude from the end faces of the magnetically conductive body, in particular rotor laminations, and thus form at least one protrusion on one side, in particular one on both sides,
- bereitstellen einer Kurzschlussscheibe, aus einem zweiten leitfähigen Material, mit nach radial außen offenen Ausneh mungen, - Providing a short-circuit disk, made of a second conductive material, with radially outwardly open recesses,
- axiales Positionieren zumindest einer Kurzschlussscheibe auf die Überstände der jeweiligen Leiterstäbe, die aus der Stirnseite des magnetisch leitfähigen Körpers, insbesondere des Läuferblechpakets ragen, - Axial positioning of at least one short-circuit washer on the protrusions of the respective conductor bars which protrude from the end face of the magnetically conductive body, in particular the laminated rotor core,
- anschließendes Erhitzen, insbesondere Warmumformen der axi al aufgeschobenen Kurzschlussscheibe, indem eine nahezu gleichzeitige Kontaktierung der Leiterstäbe mit zumindest einer Kurzschlussscheibe erfolgt. - Subsequent heating, in particular hot forming, of the axially pushed-on short-circuit disk, in that the conductor bars are almost simultaneously contacted with at least one short-circuit disk.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt ebenfalls durch ei ne Asynchronmaschine mit einem Kurzschlussläufer hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. The problem posed is also achieved by an asynchronous machine with a squirrel cage rotor produced by the method according to the invention.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt ebenfalls durch ein Antriebssystem, das insbesondere Kompressoren, Förderanlagen, Werkzeugmaschinen oder Fahrzeuge mit zumindest einer erfin dungsgemäßen Asynchronmaschine antreibt. The problem posed is also achieved by a drive system which in particular drives compressors, conveyor systems, machine tools or vehicles with at least one asynchronous machine according to the invention.
Erfindungsgemäß werden zunächst der magnetisch leitfähige Körper bereitgestellt, also gesintertes Material oder ein zu mindest abschnittsweise 3D-gedruckter Körper oder einzelne Bleche zu einem fertigen Läuferblechpaket gestapelt, verklebt und/oder stanzpaketiert. According to the invention, the magnetically conductive body is first provided, that is to say sintered material or a body that is at least partially 3D-printed or individual metal sheets are stacked, glued and / or stamped to form a finished rotor core.
In die vorhandenen Nuten dieses magnetisch leitfähigen Kör pers des Läufers werden unabhängig davon, ob eine Schrägung der Nut vorgesehen ist oder nicht, Leiterstäbe aus einem ers ten elektrisch leitfähigen Material beispielsweise gezogene Kupferstäbe eingesetzt. Die Nuten befinden sich am radial äu- ßeren Bereich des magnetisch leitfähigen Körpers und sind je weils in Umfangsrichtung betrachtet geschlossen, halboffen oder offen ausgeführt. In the existing grooves of this magnetically conductive Kör pers of the rotor, regardless of whether a bevel of the groove is provided or not, conductor bars made of a first electrically conductive material, for example, drawn copper bars are used. The grooves are located on the radially outer ßeren area of the magnetically conductive body and are depending Weil, viewed in the circumferential direction, closed, semi-open or open.
Diese Leiterstäbe werden komplett oder zumindest im Bereich ihres vorgebbaren Überstandes vor dem Einsetzen in den magne tisch leitfähigen Körper nach einem Abbeizen, vorzugsweise unmittelbar nach einem Abbeizen der Leiterstäbe mit einer Be schichtung versehen, um die Ausbildung einer Oxidations schicht auf dem abgebeizten Leiterstab zu verhindern. Der Ab schnitt des Leiterstabes, der aus der Stirnseite des magne tisch leitfähigen Körpers ragt, wird dabei als Überstand be zeichnet. These conductor bars are completely or at least in the area of their predeterminable overhang before being inserted into the magnetically conductive body after pickling, preferably immediately after pickling the conductor bars with a coating to prevent the formation of an oxidation layer on the stripped conductor bar. From the section of the conductor bar that protrudes from the face of the magnetically conductive body, it is referred to as an overhang.
Vorzugsweise wird die Beschichtung im Bereich zwischen 2 und 5 pm galvanisch aufgebracht, um den später beschriebenen Dif fusionsprozess in das erste und zweite Material zu optimie ren. The coating is preferably applied galvanically in the range between 2 and 5 μm in order to optimize the diffusion process into the first and second material described below.
Die Beschichtung kann alternativ auch aufgesprüht werden, je doch sind dann die einstellbaren Schichtdicken mit einer grö ßeren Toleranz beaufschlagt. The coating can alternatively also be sprayed on, but then the adjustable layer thicknesses are subject to a greater tolerance.
Vorzugsweise ist dieses dritte Material, also die Beschich tung aus Zinn, da es mit den ersten und zweiten Materialien im Rahmen dieses Fertigungsprozesses eine vergleichsweise elektrisch sehr gut leitende Verbindung zwischen diesem ers ten und zweiten Material herstellt. This third material, that is to say the coating, is preferably made of tin, since with the first and second materials in the context of this manufacturing process it produces a comparatively very good electrical connection between this first and second material.
Um die Leiterstäbe positionsgenau im magnetisch leitfähige Körper und für den anschließenden Verbindungsprozess mit den Kurzschlussscheiben genau zu fixieren, ohne das Unwucht im Läufer entsteht, können diese durch eine dementsprechende Haltevorrichtung, sei es eine Matrix etc., in ihrer Position gehalten werden. In order to fix the conductor bars precisely in the magnetically conductive body and for the subsequent connection process with the short-circuit disks, without creating an imbalance in the rotor, they can be held in their position by a corresponding holding device, be it a matrix, etc.
Die aus dem magnetisch leitfähigen Körper ragenden Stabenden der Leiterstäbe, also die Überstände werden zumindest über- wiegend mit der Kurzschlussscheibe, die vorzugsweise aus Alu minium oder einer Aluminiumlegierung ist, elektrisch leitend verbunden und so ein Kurzschlusskäfig des Läufers der Asyn chronmaschine, also der Kurzschlussläufer geschaffen. The rod ends of the conductor rods protruding from the magnetically conductive body, i.e. the protrusions, are at least over- predominantly with the short-circuit disk, which is preferably made of aluminum or an aluminum alloy, electrically connected and thus created a short-circuit cage of the rotor of the asynchronous machine, that is, the squirrel-cage rotor.
Diese Kurzschlussscheiben werden dabei aus einem strangpress- gezogenen Profil, insbesondere zylinderförmigen Profil gewon nen. Dabei sind diese Scheiben in ihrer axialen Höhe ein stellbar, dies wird durch Abtrennung einer jeweiligen Scheibe von dem Profil erreicht. These short-circuit disks are obtained from an extruded profile, in particular a cylindrical profile. These discs are adjustable in their axial height, this is achieved by separating a respective disc from the profile.
Die Kurzschlussscheibe oder Kurzschlussscheibensegmente wer den somit vorzugsweise durch Strangpressen des zweiten Mate rials mit anschließendem Ablängen hergestellt. Dabei ist es möglich, dass die Aussparungen am radial äußeren Bereich der Kurzschlussscheibe, in Umfangsrichtung geschossen, halboffen oder offen ausgeführt sind. Bei geschlossenen und halboffenen Aussparungen müssen die Leiterstäbe axial eingesetzt werden. Bei offenen Aussparungen könnten die Leiterstäbe auch radial in die Kurschlussscheibe eingebracht werden, was insbesondere bei segmentierten Kurzschlussscheiben und/oder offenen Nuten im Blechpaket des Läufers eine Alternative darstellt. The short-circuit disk or short-circuit disk segments who are thus preferably made by extrusion of the second material with subsequent cutting to length. It is possible that the recesses on the radially outer area of the short-circuit disk, closed in the circumferential direction, are designed to be semi-open or open. In the case of closed and half-open recesses, the conductor bars must be inserted axially. In the case of open cutouts, the conductor bars could also be introduced radially into the short-circuit disk, which is an alternative in particular in the case of segmented short-circuit disks and / or open grooves in the laminated core of the rotor.
Vorteilhafterweise weist die Kurzschlussscheibe vorgefertigte Ausnehmungen für die Leiterstäbe auf, was in der Strangpress technik einfach herzustellen ist. Dabei ist der geometrische Querschnitt der vorgesehenen Aussparungen geringfügig größer als der geometrische Stabquerschnitt eines Leiterstabes, um eine Spielpassung zwischen Leiterstab und Kurzschlussscheibe zu erhalten. Advantageously, the short-circuit disk has prefabricated recesses for the conductor bars, which is easy to produce in extrusion technology. The geometric cross-section of the recesses provided is slightly larger than the geometric bar cross-section of a conductor bar in order to obtain a clearance fit between the conductor bar and the short-circuit disk.
Die Kurzschlussscheiben können in Umfangsrichtung und/oder axial betrachtet alternativ auch segmentiert aufgebaut sein. Dies gewährleistet insbesondere auch für Asynchronmaschinen mit größeren Achshöhen eine wirtschaftliche Herstellung eines Kurzschlussläufers . Dieses Verbinden bzw. elektrisches Kontaktieren zwischen dem beschichteten Überstand der Leiterstäbe und den Kurzschluss scheiben, insbesondere im Bereich einer Kontaktfläche ge schieht erfindungsgemäß durch Erhitzen, insbesondere Warmum- formen dieses Bereichs, insbesondere induktives Warmumformen. The short-circuit disks can alternatively also have a segmented structure when viewed in the circumferential direction and / or axially. This ensures an economical production of a squirrel cage rotor, especially for asynchronous machines with larger shaft heights. This connection or electrical contact between the coated protrusion of the conductor bars and the short-circuit disks, in particular in the area of a contact surface, takes place according to the invention by heating, in particular hot forming, of this area, in particular inductive hot forming.
Warmumformen bezeichnet dabei Umformungen, die oberhalb der Rekristallisationstemperatur eines Metalls, insbesondere des ersten und/oder zweiten Materials stattfinden. Rekristallisa tion beschreibt den Abbau von Gitterfehlern in den Metall kristallen durch Neubildung des Gefüges aufgrund Keimbildung und Kornwachstum. Hot forming refers to deformations that take place above the recrystallization temperature of a metal, in particular of the first and / or second material. Recrystallization describes the breakdown of lattice defects in the metal crystals through the formation of a new structure due to nucleation and grain growth.
Bei dem Warmumformungsprozess wird die Kurzschlussscheibe auf ca. 450° bis 500°C aufgeheizt. During the hot forming process, the short-circuit disk is heated to approx. 450 ° to 500 ° C.
Dieses Warmumformen geschieht durch einen Induktor und eine Presse, wobei sich der Induktor in einfacher Art und Weise auf unterschiedliche Durchmesser und/oder Höhen der Kurz schlussscheibe einstellen lässt. Vorteilhafterweise weist der Induktor eine in Richtung des Blechpakets wirkende Abschir mung auf, um die Stirnseiten des Blechpakets nicht unnötig aufzuheizen und damit ev. die Materialeigenschaften dieser Bleche zu verändern. Dies ist vor allem bei Kurzschlussschei ben wichtig, die mit den Stirnseiten des Blechpakets direkt in Kontakt stehen, also nicht beabstandet angeordnet sind. Auch bei Kurzschlussscheiben, die von der Stirnseite des Blechpakets angeordnet sind, macht sich eine derartige Ab schirmung des Induktors positiv bemerkbar. This hot forming is done by an inductor and a press, wherein the inductor can be adjusted in a simple manner to different diameters and / or heights of the short circuit disc. The inductor advantageously has a shield acting in the direction of the laminated core in order not to unnecessarily heat the end faces of the laminated core and thus possibly change the material properties of these laminations. This is especially important for short-circuit disks that are in direct contact with the end faces of the laminated core, that is, are not arranged at a distance. Such shielding of the inductor also has a positive effect on short-circuit disks that are arranged from the end face of the laminated core.
Das Aufheizen und das Pressen geschieht seriell, also zeit lich hintereinander. Der Prozess kann aber auch zunächst mit dem Aufheizen beginnen, wobei in der Schlussphase des Heizens der Pressvorgang bereits einsetzen kann. The heating and pressing are done in series, i.e. one after the other. The process can, however, also begin with heating, whereby the pressing process can already start in the final phase of heating.
Um die erforderliche Temperatur für das Warmumformen zu er reichen, können die Kurzschlussscheiben auch anders, insbe sondere in einem Ofen zumindest vorgeheizt werden. Das Pres- sen erfolgt dann nach dem Aufsetzen der Kurzschlussscheiben auf die Überstände. In order to reach the required temperature for hot forming, the short-circuit disks can also be preheated differently, in particular special in an oven. The press sen then takes place after the short-circuit disks have been placed on the protrusions.
Dabei schmilzt die Beschichtung aus dem dritten Material am Überstand des Leiterstabes, insbesondere am Überstand des Kupferstabes auf. Durch die vergleichsweise geringe Schicht dicke dieser Beschichtung am Überstand verbunden mit der Oberflächenspannung wird durch die dabei aufgeschmolzene Be schichtung am Überstand des Leiterstabes ein Prozess einge leitet, der sich als Reflow-Prozess der Beschichtung zum Lei terstab darstellt. The coating made of the third material melts on the protrusion of the conductor bar, in particular on the protrusion of the copper bar. Due to the comparatively low layer thickness of this coating on the protrusion combined with the surface tension, the melted coating on the protrusion of the conductor rod initiates a process that is a reflow process of the coating on the conductor rod.
Der Überstand bezeichnet dabei die axial aus dem magnetisch leitfähigen Körper, insbesondere Läuferblechpaket ragenden Teil der Leiterstäbe. An einem Abschnitt des Überstandes, axial und/oder umfänglich oder am gesamten Überstand erfolgt die Kontaktierung zur Kurzschlussscheibe. Der Überstand weist also einen Abschnitt auf, der eine Kontaktfläche zur Kurz schlussscheibe aufweist, an der sich auch die Beschichtung auflöst. Diese Kontaktfläche wird durch die Eintauchtiefe des Überstandes in die Kurzschlussscheibe und die den Überstand mit geringem Spiel umfänglich fassende Ausnehmung der Kurz schlussscheibe gebildet. The protrusion denotes the part of the conductor bars protruding axially from the magnetically conductive body, in particular the laminated core. Contact is made with the short-circuit disk on a section of the protrusion, axially and / or circumferentially or on the entire protrusion. The protrusion thus has a section which has a contact surface with the short-circuit disk, on which the coating also dissolves. This contact surface is formed by the depth of immersion of the protrusion in the short-circuit disk and the recess of the short-circuit disk that surrounds the protrusion with little play.
Weiterhin wird die aufgeheizte Kurzschlussscheibe an ihrer einen, dem Blechpaket abgewandten Stirnseite mit einer Kraft beaufschlagt und an die Leiterstäbe, insbesondere die Über stände bzw. die dafür vorgesehenen Abschnitte der Überstände angeformt. Damit ergibt sich eine elektrische sehr gut lei tende Verbindung zwischen dem Leiterstab und dem Kurzschluss scheibe. Furthermore, the heated short-circuit disk is subjected to a force on its one end face facing away from the laminated core and is molded onto the conductor bars, in particular the overhangs or the sections of the overhangs provided for this purpose. This results in a very good electrical connection between the conductor bar and the short-circuit washer.
Durch ein axiales Aufsetzen der Kurzschlussscheibe auf die Leiterstäbe oder der Leiterstäbe auf die Kurzschlussring scheibe oder gegenseitiges axiales Einsetzen, bewegen sich jeweils sich Leiterstab/Leitstäbe und Kurzschlussscheibe mit den dazu korrespondierenden Ausnehmungen aufeinander zu. Die zunächst bestehenden Spalte zumindest zwischen Überstand und Ausnehmungen der Kurzschlussscheiben (Spielpassung) beim kalten Fügen (Temperaturbereich zwischen Zimmertemperatur und max. 100°C). Es tritt beim kalten Fügen zwischen den Leiter stäben und den Kurzschlussscheiben nahezu keine Reibung und/oder Verformung auf. Zumindest die Spalte der Spielpas sung schließen sich durch das Warmumformen. Durch die Erhit zung, insbesondere Temperaturen des Warmumformens stellt sich auch ein Reflow-Prozess von der Beschichtung zur Kurzschluss scheibe ein. Die Beschichtung aus dem dritten Material löst sich komplett auf. Das Beschichtungsmaterial, insbesondere Zinn diffundiert in die Oberflächen im Bereich des vorgebba- ren Abschnitts des Überstandes des Leiterstabes und der zu kontaktierenden Oberfläche in der Ausnehmung der Kurzschluss scheibe. Also nur dort wo die Spielpassung zwischen Überstand und Ausnehmung - die angestrebte Kontaktfläche - vorhanden war, stellt sich die angestrebte Kontaktierung ein. By axially placing the short-circuit disk on the conductor rods or the conductor rods on the short-circuit ring disk or by mutual axial insertion, the conductor rod / conductor rods and the short-circuit disk move towards each other with the corresponding recesses. The initially existing gaps at least between the protrusion and the recesses of the short-circuit washers (clearance fit) during cold joining (temperature range between room temperature and max. 100 ° C). There is almost no friction and / or deformation between the conductor bars and the short-circuit disks during cold joining. At least the gaps in the clearance fit are closed by hot forming. The heating, in particular the temperatures of the hot forming, also results in a reflow process from the coating to the short-circuit disk. The coating made of the third material dissolves completely. The coating material, in particular tin, diffuses into the surfaces in the area of the predeterminable section of the protrusion of the conductor bar and the surface to be contacted in the recess of the short-circuit disk. The desired contact is only established where the clearance fit between the protrusion and the recess - the desired contact area - was present.
Das komplette Auflösen dieser Beschichtung während des Her stellungsprozesses (Diffusion) im Bereich der Kontaktflächen ist entscheidend für die Qualität der Kontaktierung zwischen Leiterstab und Kurzschlussscheibe. Durch das komplette Auflö sen sind keine Anhäufungen des Beschichtungsmaterials im Spalt mehr vorhanden. Bei Einsatz von bestimmten Materialien, wie z.B. Zinn in einem Temperaturbereich bei Betrieb der Asynchronmaschine von ca. -40°C bis 200°C käme es ansonsten zu unerwünschten Umwandlungen von Beta-Zinn in Alpha-Zinn bzw. Gamma-Zinn. Es würde damit Zinnpulver mit einem ver gleichsweise schlechten elektrischen Leitwert entstehen. Da mit wäre die Kontaktierung zwischen Leiterstab und Kurz schlussscheibe vergleichsweise schlecht, was zu unnötiger thermischer Aufheizung im Betrieb und zu einem schlechteren Wirkungsgrad der Asynchronmaschine führen würde. The complete dissolution of this coating during the manufacturing process (diffusion) in the area of the contact surfaces is decisive for the quality of the contact between the conductor rod and the short-circuit disk. As a result of the complete dissolution there are no longer any accumulations of the coating material in the gap. If certain materials are used, such as tin, in a temperature range of approx. -40 ° C to 200 ° C when the asynchronous machine is operated, there would otherwise be undesirable conversions of beta tin into alpha tin or gamma tin. This would result in tin powder with a comparatively poor electrical conductivity. This would mean that the contact between the conductor bar and the short-circuit disk would be comparatively poor, which would lead to unnecessary thermal heating during operation and to a poorer efficiency of the asynchronous machine.
Durch diese Diffusion und Legierungsbildung, insbesondere des Zinns in die ersten und zweiten leitfähigen Materialien von Leiterstab und Kurzschlussscheibe, beispielsweise Kupfer und Aluminium oder deren Legierungen, wird die oben beschriebene Phasenumwandlung des Beschichtungsmaterials ausgeschlossen. As a result of this diffusion and alloy formation, in particular the tin in the first and second conductive materials of the conductor bar and short-circuit disk, for example copper and Aluminum or its alloys, the phase transformation of the coating material described above is excluded.
Durch die Reflow- und Diffusionsprozesse wird eine stoff schlüssige Verbindung zwischen Leiterstäben und Kurzschluss scheibe geschaffen ohne Beaufschlagung von Strom wie bei der Herstellung eines Kurzschlussläufers durch Widerstandsschwei ßen. The reflow and diffusion processes create a cohesive connection between the conductor rods and the short-circuit washer without the application of current, as is the case with the manufacture of a squirrel-cage rotor using resistance welding.
Neben der u.a. elektrischen Verbindung durch das Anformen stellt sich also auch eine zusätzliche stoffschlüssige Ver bindung durch Diffusion ein. In addition to the electrical connection due to the molding, there is also an additional material connection due to diffusion.
Entscheidend ist dabei, dass der Schmelzpunkt des dritten Ma terials, also der Beschichtung niedriger ist, als die Auf heiztemperatur des Warmumformens an der Kurzschlussscheibe aus dem zweiten elektrisch leitfähigen Material. It is crucial that the melting point of the third material, i.e. the coating, is lower than the heating temperature of the hot forming on the short-circuit disk made of the second electrically conductive material.
Die Kurzschlussscheibe ist geometrisch betrachtet hohlzylind risch ausgeführt mit radial nach außen geöffneten Ausnehmun gen. From a geometrical perspective, the short-circuit disk is designed as a hollow cylinder with radially outwardly open recesses.
Der Erfindungsgedanke lässt sich aber auch bei radial ge schlossen Ausnehmungen umsetzen, könnte jedoch zusätzlich Fertigungsschritte erfordern. The idea of the invention can also be implemented with radially closed recesses, but could require additional manufacturing steps.
Durch Aufbringung einer axialen Fügekraft kann gleichzeitig der magnetisch leitfähige Körper, insbesondere das gestapelte Blechpaket in axialer Richtung verdichtet und verfestigt.By applying an axial joining force, the magnetically conductive body, in particular the stacked laminated core, can simultaneously be compressed and solidified in the axial direction.
Nach Abschluss des oben beschriebenen Fügevorgangs bleibt das Blechpaket im verspannten Zustand, da die Leiterstäbe mit den Kurzschlussscheiben an den Stirnseiten des Läufers stoff schlüssig verbunden sind. Ein zusätzlicher Formschluss ist somit nicht erforderlich. Dadurch wird auch ein „Schlackern" der Leiterstäbe in der Nut des magnetisch leitfähigen Körpers vermieden. Vorteilhaft für das Herstellverfahren ist es insbesondere bei axial dickeren bzw. höheren Kurzschlussscheiben, wenn sich ein Temperaturgradient im Aufheizvorgang also während des Warmumformens, konkret ein Temperaturgefälle, ausgehend von der dem Blechpaket zugewandten Stirnseite der Kurzschluss scheibe axial nach außen einstellt. After completing the joining process described above, the laminated core remains in the clamped state, since the conductor bars are firmly connected to the short-circuit disks on the end faces of the rotor. An additional form fit is therefore not required. This also prevents the conductor bars from "slagging" in the groove of the magnetically conductive body. It is advantageous for the manufacturing process, especially with axially thicker or higher short-circuit disks, if a temperature gradient in the heating process, i.e. a temperature gradient, is established axially outward from the end face of the short-circuit disk facing the laminated core.
Dabei wird die Temperatur im Bereich der zum Blechpaket ge wandten Seite der Kurzschlussscheibe höher gehalten, so dass sich die erste Verformung in Form einer Stauchung an der An lagefläche einstellt. Durch das weitere Stauchen wird eine Reibungswärme erzeugt, die sich axial nach außen fortsetzt. Durch diese Maßnahme ist es möglich eine thermische Überlas tung des Materials zu vermeiden und die Verformung von innen flächig axial nach außen zu führen. The temperature in the area of the side of the short-circuit disk facing the laminated core is kept higher, so that the first deformation occurs in the form of a compression on the contact surface. The further upsetting generates frictional heat that is continued axially outwards. This measure makes it possible to avoid thermal overloading of the material and to guide the deformation axially outwards from the inside over a large area.
Diese Verfahren kann auch als umgekehrter Nietverschluss be zeichnet werden, da nicht der Stab aufgeweitet (vernietet) wird, sondern die Kurzschlussscheibe an den Leiterstab ange formt wird. Damit können vergleichsweise einfach Formschlüsse in die Verknüpfung integriert werden, da es einfacher ist in den Leiterstab Konturen, insbesondere im Überstand einzuprä gen als in die Geometrie der Ausnehmungen der Kurzschluss scheibe einzugreifen. This process can also be referred to as reverse rivet closure, since the rod is not expanded (riveted), but the short-circuit disk is molded onto the conductor rod. In this way, positive connections can be integrated into the link in a comparatively simple manner, since it is easier to engrave contours in the conductor bar, especially in the overhang, than to intervene in the geometry of the recesses in the short-circuit disk.
Der Leiterstab bzw. der Überstand nimmt dabei nicht die ge samte axiale Länge bzw. Höhe der Kurzschlussscheibe ein. The conductor bar or the protrusion does not take up the entire axial length or height of the short-circuit disk.
Nimmt der Leiterstab nicht die gesamte Kontur der vor allem offenen/halboffenen Aussparung ein wirkt der radial äußere der Ausnehmung als Lüfter. If the conductor bar does not take up the entire contour of the mainly open / half-open recess, the radially outer recess acts as a fan.
Ergänzend dazu oder optional kann der Überstand der Leiter stäbe selbstverständlich auch axial über die Kurzschluss scheibe ragen und so eine Lüfterfunkton einnehmen. In addition to this or optionally, the protrusion of the conductor bars can of course also protrude axially over the short-circuit disk and thus take on a fan function.
Allgemein handelt es sich bei den Knetlegierungen um Materi alzusammensetzungen, die eine hohe Duktilität (plastische Verformbarkeit) aufweisen und somit ideal zum Warmumformen geeignet sind, d.h. hohe Umformgrade sind unter vergleichs weise geringem Kraftaufwand möglich. In general, the wrought alloys are material compositions that have a high ductility (plastic Deformability) and are therefore ideally suited for hot forming, ie high degrees of deformation are possible with comparatively little effort.
Als Leiterstäbe werden vorzugsweise Kupferstäbe aus sauer stofffreiem gezogenem Elektrokupfer mit einem Leitwert von ca. 58 MS/m eingesetzt. Copper rods made from oxygen-free drawn electrical copper with a conductance of approx. 58 MS / m are preferably used as conductor rods.
Als Kurzschlussscheiben werden vorzugsweise Al-Knetlegie- rungen gewählt, da diese ideal für Warmumformen geeignet sind, da bei relativ hohem Umformvermögen die benötigte Kraft zum Umformen vergleichsweise niedrig ist. So werden z.B. die Materialien EN AW 6082 oder auch EN AW 6060 verwendet. Al-wrought alloys are preferably chosen as short-circuit disks, since they are ideally suited for hot forming, since with a relatively high formability the force required for forming is comparatively low. For example, the materials EN AW 6082 or EN AW 6060 are used.
Verwendet man z.B. eine Al-Legierungsscheibe, also Kurz schlussringscheibe aus einer Al-Knetlegierung, liegen die Temperaturen im Bereich von 500°C. Bei einer Kupferlegierung liegen diese Temperaturen bei ca. 800°C. Die Formänderungsge schwindigkeit des Materials wird bei unterschiedlichen Mate rialien unterschiedlich sein. If, for example, an Al alloy disc is used, i.e. a short-circuit ring disc made of an Al wrought alloy, the temperatures are in the range of 500 ° C. With a copper alloy, these temperatures are around 800 ° C. The Formänderungsge speed of the material will be different for different materials.
Richtwerte für Al-Legierungen der Kurzschlussscheiben sind dabei ein Temperaturbereich von ca. 400 bis 500°C, eine For mänderung im Bereich von 0,5 und eine Formänderungsgeschwin digkeit von 1 bis 41/s. Guide values for Al alloys of the short circuit disks are a temperature range of approx. 400 to 500 ° C, a shape change in the range of 0.5 and a deformation rate of 1 to 41 / s.
Zur Steigerung der Effizienz und Drehzahltauglichkeit des hergestellten Kurzschlussläufers kann auch zusätzlich eine ergänzende nachgeschaltete Wärmebehandlung angewandt werden. Durch diese nachgeschaltete Wärmebehandlung, dem sogenannten Tempern lassen sich die mechanischen und elektrischen Materi aleigenschaften wie Zugfestigkeit und elektrische Leitfähig keit weiter steigern. Die Festigkeit steigert sich dadurch, dass durch das Tempern sich feinverteilte Ausscheidungen bil den. Diese Auslagerung findet vorzugsweise bei mäßigen Tempe raturen von ca. 140 bis 190°C statt, was auch als Warmausla- gern bezeichnet wird. Dadurch kann beispielsweise Zugfestigkeit und elektrische Leitfähigkeit der Einzelkomponenten, aber auch des gesamten Käfigs des Kurzschlussläufers positiv beeinflusst werden. To increase the efficiency and speed suitability of the squirrel cage rotor produced, a supplementary, downstream heat treatment can also be applied. This subsequent heat treatment, known as tempering, enables the mechanical and electrical material properties such as tensile strength and electrical conductivity to be increased further. The strength is increased by the fact that finely divided precipitates form as a result of the annealing. This aging takes place preferably at moderate temperatures of approx. 140 to 190 ° C, which is also referred to as artificial aging. In this way, for example, tensile strength and electrical conductivity of the individual components, but also of the entire cage of the squirrel cage, can be positively influenced.
So wird bei dem Werkstoff EN AW 6060 durch 10-stündiges dau erndes Temperieren bei 185°C eine Steigerung der Dehngrenze von 80 N/mm2 auf ca. 200 N/mm2 gesteigert. Auch kann die elektrische Leitfähigkeit des Kurzschlussrings von 28 MS/m auf 34 MS/m erhöht werden, da eine Verringerung der Verspan nungen im Gitter während der Wärmebehandlung eintritt. In the case of the EN AW 6060 material, for example, constant tempering for 10 hours at 185 ° C increases the yield strength from 80 N / mm 2 to approx. 200 N / mm 2 . The electrical conductivity of the short-circuit ring can also be increased from 28 MS / m to 34 MS / m, since the tension in the grid is reduced during the heat treatment.
Diese Wärmebehandlung erfolgt beispielsweise durch Lösungs glühen mit anschließendem Abschrecken. Damit wird die Ver spannung im Gitter reduziert und „eingefroren". Je geringer das Gitter verspannt ist, desto besser ist die elektrische Leitfähigkeit . This heat treatment is carried out, for example, by solution annealing with subsequent quenching. This reduces the tension in the grid and "freezes" it. The less the grid is tensioned, the better the electrical conductivity.
Die Dehngrenze des somit erhaltenen Kurzschlussrings ist um den Faktor 10 höher als die Dehngrenze bei druckgegossenen Kurzschlussringen mit Al 99,6. Dadurch sind höhere Drehzahlen des Läufers einer Asynchronmaschine z.B. ohne zusätzliche Bandagen am Kurzschlussring möglich. The yield strength of the short-circuit ring thus obtained is higher by a factor of 10 than the yield strength for die-cast short-circuit rings with Al 99.6. This enables higher speeds of the rotor of an asynchronous machine, e.g. without additional bandages on the short-circuit ring.
Belastet man einen duktilen Werkstoff unterhalb der Dehngren ze (auch Rp-0,2-Dehngrenze genannt), so bildet sich dieser nach Entlastung wieder in seinen Ursprungszustand zurück. Bei höherer Belastung komm es zu einer plastischen Verformung.If a ductile material is loaded below the elongation limit (also called Rp-0.2 elongation limit), it will return to its original state after the load has been removed. Plastic deformation occurs at higher loads.
Bei Beaufschlagung eines Läufers mit hoher Drehzahl wirkt die Fliehkraft auf den Kurzschlussring. Je höher die Dehngrenze ist, desto mehr Sicherheit besteht gegenüber einer plasti schen Verformung des Kurzschlussringes. When a rotor is subjected to high speed, the centrifugal force acts on the short-circuit ring. The higher the yield strength, the more security there is against plastic deformation of the short-circuit ring.
Durch gezielte nachträgliche Wärmebehandlung kann der im Ver gleich zu reinem Aluminium höhere Wert der Dehngrenze noch mals gesteigert werden. So liegt beispielsweise die Dehngrenze von Al 99.6 bei ca.Targeted subsequent heat treatment can increase the yield strength, which is higher than that of pure aluminum, even further. For example, the yield strength of Al 99.6 is approx.
20 N/mm2, während die Dehngrenze von AlMgSi (EN AW 6060) nach einer Wärmebehandlung bei ca. 200 N/mm2 liegt. 20 N / mm 2 , while the yield strength of AlMgSi (EN AW 6060) after heat treatment is approx. 200 N / mm 2 .
In einer weiteren Ausgestaltungen der Erfindung werden bei spielsweise die Kurzschlussscheiben mit einer geschlossenen äußeren radialen Kontur aus Stahl oder einem anderen Material hoher Zugfestigkeit bzw. Dehngrenze versehen, um mit einer Asynchronmaschine noch höhere Drehzahlen zu erreichen. In a further refinement of the invention, for example, the short-circuit disks are provided with a closed outer radial contour made of steel or another material with high tensile strength or yield strength in order to achieve even higher speeds with an asynchronous machine.
Eine Kurzschlussscheibe aus Aluminium weist ein geringeres Trägheitsmoment und damit eine höhere Drehzahltauglichkeit aufgrund seiner geringeren Masse gegenüber Kupferkurzschluss scheiben auf. A short-circuit disk made of aluminum has a lower moment of inertia and thus a higher speed capability due to its lower mass compared to copper short-circuit disks.
Erfindungsgemäß wird nunmehr für die Kontaktierung zwischen Leiterstab und Kurzschlussscheibe eine stoffschlüssige Ver bindung hergestellt, ohne Einsatz von Druckgießen und Schweißverfahren, wie Widerstandsschweißen, Reibrührschweißen oder Laserschweißen. According to the invention, a material bond is now established for the contact between the conductor bar and the short-circuit disk, without the use of die casting and welding processes such as resistance welding, friction stir welding or laser welding.
Es werden Leiterstäbe, insbesondere Kupferstäbe mit einer zu mindest im Überstand versehen Beschichtung vorgesehen. Als Kurzschlussscheibe wird reines Aluminium oder ein duktile Knetlegierung von Aluminium verwendet. Die Kurzschlussscheibe wird auf Temperatur gebracht und danach oder zumindest zeit weise parallel angeformt und optional auf Temperatur gehal ten. Damit stellt sich eine Diffusion und stoffschlüssige Verbindung/Kontaktierung zwischen dem Überstand des Leiter stabes und Kurzschlussscheibe ein. Conductor bars, in particular copper bars, are provided with a coating provided at least in the protrusion. Pure aluminum or a ductile wrought alloy of aluminum is used as the short-circuit disk. The short-circuit disk is brought to temperature and then, or at least temporarily, molded in parallel and optionally kept at temperature. This creates a diffusion and material connection / contact between the protrusion of the conductor rod and the short-circuit disk.
Sowohl die gezogenen Kupferstäbe als auch die stranggepress ten Kurzschlussscheiben sind lunker-, riss-, und verschmut zungsfrei. Both the drawn copper rods and the extruded short-circuit disks are free of cavities, cracks and contamination.
Der erforderliche Maschinenpark zur Herstellung eines Käfigs eines Kurzschlussläufers einer Asynchronmaschine reduziert sich auf Press- und Induktionsanlage. Des Weiteren tritt eine elektrisch sichere Verknüpfung zwi schen Leiterstab und Kurzschlussscheibe aufgrund einer voll flächigen niederohmigen elektrisch leitfähigen Verbindung ein. The machinery required to manufacture a cage for a squirrel-cage rotor for an asynchronous machine is reduced to a press and induction system. In addition, there is an electrically safe link between the conductor rod and the short-circuit disk due to a full-area, low-resistance electrically conductive connection.
Dabei stellt sich die Diffusion und die stoffschlüssige Ver bindung/Kontaktierung zwischen in dem Überstand nur dort ein, wo das Spiel zwischen Beschichtung auf dem Leiterstab und In nenseite der Ausnehmung vergleichsweise klein ist, also 0,1mm oder weniger. Entscheiden dabei ist, dass auch das me chanische axiale Fügen der Kurzschlussscheiben auf die Über stände der Leiterstäbe mehr oder weniger kalt erfolgt, ohne viel Verformungsarbeit im sogenannten kalten Zustand aufbrin gen zu müssen. Dabei ist die Temperatur unter 50°C auf jeden Fall unter 100°C zu halten. The diffusion and the cohesive connection / contact between the protrusion only occurs where the play between the coating on the conductor rod and inside the recess is comparatively small, i.e. 0.1 mm or less. The decisive factor here is that the mechanical axial joining of the short-circuit disks to the protrusions of the conductor rods also takes place more or less cold, without having to apply a lot of deformation work in the so-called cold state. The temperature must be kept below 50 ° C in any case below 100 ° C.
Dies kann zusätzlich erleichtert werden, wenn die Enden der Leiterstäbe angeschrägt oder konisch angeformt sind. This can also be facilitated if the ends of the conductor bars are beveled or formed conically.
Weiterhin ist wichtig, dass die erforderlichen Kontaktflächen zwischen Überstande der Leiterstäbe und der Oberflächen der jeweiligen Ausnehmungen in einem vorgebbaren Bereich von 30 bis 100% der maximal möglichen Kontaktflächen ausgeführt ist. It is also important that the necessary contact areas between the protrusions of the conductor bars and the surfaces of the respective recesses are designed in a predeterminable range of 30 to 100% of the maximum possible contact areas.
Die Kontaktfläche ergibt sich beispielsweise durch die Länge der Spielpassung der Ausnehmungen in Umfangsrichtung betrach tet multipliziert mit den Eintauchtiefen der Leiterstäbe in der Kurzschlussscheibe. The contact area results, for example, from the length of the clearance fit of the recesses viewed in the circumferential direction multiplied by the immersion depths of the conductor bars in the short-circuit disk.
Dies hängt u.a. von der angestrebten Effizienzklasse des Mo tors ab. This depends, among other things, on the desired efficiency class of the engine.
Die Beschichtung des dritten Materials vorzugsweise mit Zinn wird auch deshalb so vergleichsweise dünn ausgeführt, da auf grund der Eigenspannung dieses Materials beim Erhitzen, ins besondere Warmumformen nicht tropft und sich damit nicht von der zu kontaktierenden Oberfläche des Überstandes löst. Die erfinderische Idee lässt sich auch bei Kurzschlussläufer mit vom Blechpaket beabstandeten Kurzschlussringen/Kurz schlussscheibe umsetzen. The coating of the third material, preferably with tin, is also made so comparatively thin that due to the internal stress of this material when heated, especially hot forming, it does not drip and thus does not detach from the surface of the protrusion to be contacted. The inventive idea can also be implemented in squirrel cage rotors with short-circuit rings / short-circuit washer spaced from the laminated core.
Der Überstand kann sich somit axial aus Abstand Stirnseite Blechpaket zu Kurzschlussscheibe und Eintauchtiefe und Lüf terabschnitt zusammensetzen. The projection can thus be composed axially of the distance between the end face of the laminated core and the short-circuit disk and the immersion depth and fan section.
Als Eintauchtiefe wird dabei grundsätzlich die axiale Länge des Leiterstabes in der Kurzschlussscheibe bezeichnet. The axial length of the conductor rod in the short-circuit disk is basically referred to as the immersion depth.
Als Lüfterabschnitt wird dabei die axiale Länge des Leiter stabes bezeichnet, die sich auf der dem Blechpaket abgewand ten Seite des Kurzschlussscheibe axial über die Kurzschluss scheibe hinaus erstreckt. The axial length of the conductor rod is referred to as the fan section, which extends axially beyond the short-circuit disk on the side of the short-circuit disk facing away from the laminated core.
Bei beabstandeten Kurzschlussringen/Kurzschlussscheiben ist beispielsweise lediglich ein wieder verwendbares Werkzeug notwendig, das diesen erforderlichen Abstand während des Her stellens einstellt und hält. In the case of spaced-apart short-circuit rings / short-circuit disks, for example, only a reusable tool is necessary, which sets and maintains this required distance during manufacture.
Da die Leiterstäbe während des Herstellprozesses des Asyn chronrotors in gewissem Maße in der Nut axial hin- und her- schiebbar sind, kann ein Asynchronrotors mit an der Stirnsei te anliegenden Kurzschlussscheiben aber auch mit beabstande ten Kurzschlussringen/Kurzschlussscheiben im Rahmen der Er findung folgendermaßen hergestellt werden. Die Leiterstäbe werden in den magnetisch leitfähigen Körper eingesetzt, so- dass nur auf einer Seite ein Überstand eintritt. An diesem Überstand wird - wie oben geschrieben - die Kurzschlussschei be aufgesetzt und kontaktiert. Bevor die Abkühlung einsetzt, werden die Leiterstäbe mit der bereits angeformten Kurz schlussscheibe um einen vorgebbare Strecke innerhalb des Blechpakets axial verschoben, so dass sich Überstände auf der anderen Seite des Blechpakets ergeben, die dann ebenso mit einer Kurzschlussscheibe kontaktiert werden. Die Schmelzpunkte der einzelnen Materialien: Since the conductor bars can be axially pushed back and forth in the groove to a certain extent during the manufacturing process of the asynchronous rotor, an asynchronous rotor with short-circuit disks but also with spaced-apart short-circuit rings / short-circuit disks can be manufactured as follows within the scope of the invention . The conductor bars are inserted into the magnetically conductive body so that there is a protrusion only on one side. The short-circuit disk is placed on this overhang - as written above - and contacted. Before cooling begins, the conductor bars with the already molded short-circuit disk are axially displaced by a predeterminable distance within the laminated core, so that protrusions arise on the other side of the laminated core, which are then also contacted with a short-circuit disk. The melting points of the individual materials:
Erstes Material: z.B. Cu 1080°C, First material: e.g. Cu 1080 ° C,
Zweites Material: z.B. Al 660°C, Second material: e.g. Al 660 ° C,
Drittes Material: z.B. Zinn 230°C. Third material: e.g. tin 230 ° C.
Rekristallisationstemperaturtritt tritt bei über ca. 40 bis 50% der jeweiligen Schmelztemperatur ein. Darüber bildet sich beispielsweise bei Al ab 500°C eine unerwünschte Riesenkorn bildung, die die angestrebten Materialeigenschaften ver schlechtert. Recrystallization temperature occurs at over approx. 40 to 50% of the respective melting temperature. In addition, in the case of Al, for example, from 500 ° C, an undesirable giant grain formation forms, which deteriorates the desired material properties.
Grundsätzlich werden bei den jeweiligen Herstellmethoden die Leiterstäbe im magnetisch leitfähigen Körper dadurch fixiert, dass sich nach dem Warmumformen die Kurzschlussscheiben ab kühlen und sich dabei der Kurzschlussring bzw. die Kurz schlussscheiben zusammenziehen und damit die Leiterstäbe in ihren jeweiligen Nuten nachhaltig fixieren. Temperaturen von über 400°C werden normalerweise im Betrieb der Maschinen nicht erreicht, so dass eine ausreichende Fixierung der Lei terstäbe in der jeweiligen Nut über die Betriebsdauer gegeben ist. In principle, with the respective manufacturing methods, the conductor bars are fixed in the magnetically conductive body by the fact that the short-circuit disks cool down after hot forming and the short-circuit ring or short-circuit disks contract and thus permanently fix the conductor bars in their respective grooves. Temperatures of over 400 ° C are normally not reached when the machines are in operation, so that sufficient fixation of the conductor rods in the respective groove is given over the service life.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin dung werden anhand prinzipiell dargestellter Ausführungsbei spiele näher erläutert. Darin zeigen: The invention and advantageous embodiments of the inven tion are explained in more detail with the aid of exemplary embodiments shown in principle. Show in it:
FIG 1 einen prinzipiellen Längsschnitt einer Asynchron maschine, 1 shows a basic longitudinal section of an asynchronous machine,
FIG 2 eine Anordnung von Leiterstäben, FIG 3 Blechpaket eines Läufers, FIG 4 KurzSchlussscheibe, FIG 5 segmentierte Kurzschlussscheibe, FIG 6 Teilausschnitt des Läufers, FIG 7 Darstellung der prinzipiellen Aufheizung, FIG 8 prinzipielle Darstellung des axialen Fügens, FIG 9 Darstellung der Schichten der leitfähigen Materi alien, FIG. 2 shows an arrangement of conductor bars, FIG. 3 laminated core of a rotor, FIG. 4 short-circuit disk, FIG. 5 segmented short-circuit disk, FIG. 6 partial section of the rotor, FIG. 7 illustration of the basic heating, FIG. 8 basic illustration of the axial joining, FIG. 9 illustration of the layers of the conductive Materials,
FIG 10 perspektivische Darstellung des Läufers, FIG 11 Detaildarstellung des fertigen Läufers, FIG 10 is a perspective view of the rotor, FIG 11 Detailed representation of the finished rotor,
FIG 12 perspektivische Darstellung des Läufers mit Welle, FIG 12 is a perspective view of the rotor with shaft,
FIG 13 Detailansicht der Kontaktierung von Leiterstab und Kurzschlussscheibe, 13 detailed view of the contacting of the conductor bar and short-circuit disk,
FIG 14 Kurzschlussläufer mit langen Leiterstäben FIG 14 squirrel cage rotor with long conductor bars
FIG 15 Kurzschlussläufer mit beabstandeter Kurzschluss scheibe. FIG 15 squirrel cage rotor with spaced short-circuit disk.
FIG 1 zeigt einen prinzipiellen Längsschnitt einer Asynchron maschine 1 mit einem Stator 2, der an seinen Stirnseiten ein Wicklungssystem 3 ausbildet, das dort Wickelköpfe eines Wick lungssystems 3 ausbildet. Das Wicklungssystem 3 kann dabei beispielsweise aus gesehnten Spulen, Formspulen, Zahnspulen unterschiedlicher oder gleicher Spulenweite aufgebaut sein. 1 shows a basic longitudinal section of an asynchronous machine 1 with a stator 2, which forms a winding system 3 on its end faces, which forms winding heads of a winding system 3 there. The winding system 3 can, for example, be constructed from stringed coils, preformed coils, tooth coils of different or identical coil widths.
Über einen Luftspalt 18 dieser Asynchronmaschine 1 vom Stator 2 beabstandet, ist ein Läufer 4 angeordnet. Dieser Kurz schlussläufer 4 weist einen magnetisch leitfähigen Körper auf, der aus Sintermaterial oder als Blechpaket 5 ausgeführt ist. Im Bereich seiner Stirnseiten 20 befindet sich zumindest jeweils einen Kurzschlussring, insbesondere eine Kurzschluss scheibe 7. Der Kurzschlussring, insbesondere die Kurzschluss scheibe 7 verbindet und kontaktiert Leiterstäbe 6, die in nicht näher dargestellten Nuten 8 des Blechpakets 5 angeord net sind. A rotor 4 is arranged at a distance from the stator 2 via an air gap 18 of this asynchronous machine 1. This squirrel-cage rotor 4 has a magnetically conductive body which is made from sintered material or as a laminated core 5. In the area of its end faces 20 there is at least one short-circuit ring, in particular a short-circuit disk 7. The short-circuit ring, in particular the short-circuit disk 7, connects and contacts conductor bars 6 which are arranged in grooves 8, not shown in detail, of laminated core 5.
Der Kurzschlussring, insbesondere die Kurzschlussscheibe 7 ist dabei, wie in FIG 1 dargestellt, mit einer Welle 16 in Kontakt, was eine thermische Anbindung und auch damit eine Kühlung des Kurzschlussrings im Betrieb der Asynchronmaschine 1 bewirkt. Ebenso ist das Läuferpaket mit der Welle 16 in drehfestem Kontakt, was eine thermische Anbindung und auch damit eine Kühlung bewirkt. The short-circuit ring, in particular the short-circuit disk 7, is in contact with a shaft 16, as shown in FIG. 1, which brings about a thermal connection and thus also a cooling of the short-circuit ring when the asynchronous machine 1 is in operation. The rotor core is also in rotationally fixed contact with the shaft 16, which causes a thermal connection and thus also a cooling.
Gemäß FIG 1 ist der Kurzschlussring, insbesondere die Kurz schlussringscheibe 7 mit der Stirnseite 20 des Blechpakets 5 und der Welle 16 in Kontakt, liegt also jeweils an. Die Kurzschlussscheibe 7 des Kurzschlussläufers 4 kann von der Welle 16 und/oder der Stirnseite 20 beabstandet sein. According to FIG. 1, the short-circuit ring, in particular the short-circuit ring disk 7, is in contact with the end face 20 of the laminated core 5 and the shaft 16, that is to say in each case. The short-circuit disk 7 of the squirrel-cage rotor 4 can be spaced apart from the shaft 16 and / or the end face 20.
Beabstandungen des Kurzschlussrings, insbesondere eine Kurz schlussringscheibe 7 sind somit von Stirnseite 20 des Blech pakets 5 und/oder der Welle 16 möglich, um beispielsweise ei ne Kühlung zu verbessern oder Streuverluste in dem Blechpaket zu vermeiden. The short-circuit ring, in particular a short-circuit washer 7, can be spaced from the end face 20 of the laminated core 5 and / or the shaft 16 in order, for example, to improve cooling or to avoid scattering losses in the laminated core.
Durch elektromagnetische Wechselwirkung zwischen dem bestrom- ten Stator 2 und einem Kurzschlusskäfig des Läufers 4, der durch die Leiterstäbe 6 und die Kurzschlussscheiben 7 gebil det wird, tritt eine Drehung der Welle 16 ein. The shaft 16 rotates as a result of electromagnetic interaction between the energized stator 2 and a short-circuit cage of the rotor 4, which is formed by the conductor bars 6 and the short-circuit disks 7.
Im Betrieb der Asynchronmaschine 1 dreht sich der Läufer 4 somit mit der drehfest verbundenen Welle 16 um eine Drehachse 17. When the asynchronous machine 1 is in operation, the rotor 4 thus rotates with the shaft 16 connected in a rotationally fixed manner about an axis of rotation 17.
FIG 2 zeigt eine Anordnung von Leiterstäben 6, ohne den mag netischen leitfähigen Körper, also das Blechpaket 5. Die Lei terstäbe 6 sind vorzugsweise aus gezogenem Kupfer oder einer Kupferlegierung und sind in ihrem Querschnitt tropfenförmig ausgebildet. Dieser Anordnung ist auch über die axiale Länge des Blechpakets 5 eine Schrägung der Nuten 8 implizit zu ent nehmen. Die Querschnittsform der Leiterstäbe 6 entspricht da bei im Wesentlichen dem Querschnitt der Nuten 8. Des Weiteren weisen die Leiterstäbe 6 einen Konus 28 auf der das axiale Einsetzen erleichtert. 2 shows an arrangement of conductor bars 6, without the mag netic conductive body, so the laminated core 5. The Lei terstänke 6 are preferably made of drawn copper or a copper alloy and are teardrop-shaped in cross section. This arrangement is also implicitly to take a bevel of the grooves 8 over the axial length of the laminated core 5. The cross-sectional shape of the conductor bars 6 essentially corresponds to the cross-section of the grooves 8. Furthermore, the conductor bars 6 have a cone 28 on which facilitates axial insertion.
FIG 3 zeigt einen magnetisch leitfähigen Körper, der als Blechpaket 5 aus Dynamoblech ausgeführt ist und der im Be reich seiner Wellenbohrung 10 Elemente 21 zur drehfesten Ver bindung mit der Welle 16 aufweist. Die Nuten 8 sind im radial äußeren Bereich des Blechpakets 5 angeordnet und sind umfäng lich betrachtet geschlossen ausgeführt. Sie können aber auch halboffen oder offen ausgeführt sein. FIG 4 zeigt eine Kurzschlussscheibe 7, die radial nach außen offene Ausnehmungen 9 aufweist, die mit dem Abstand der Nuten 8 des Blechpakets 5 derart korrespondieren, dass die in den Nuten 8 angeordneten Leiterstäbe 6 in diese Ausnehmungen 9 einsetzbar sind. Vorzugsweise bilden Überstände 23 der Lei terstäbe 6 zumindest im Bereich der Ausnehmungen 9 eine Spielpassung von ca. 0,1 bis 0,05mm oder sogar kleiner. 3 shows a magnetically conductive body which is designed as a laminated core 5 made of dynamo sheet and which has 10 elements 21 for the rotationally fixed connection with the shaft 16 in its shaft bore 10. The grooves 8 are arranged in the radially outer region of the laminated core 5 and are executed circumferentially Lich considered closed. But they can also be designed to be half-open or open. 4 shows a short-circuit disk 7 which has recesses 9 which are open radially outward and which correspond to the spacing of the grooves 8 of the laminated core 5 such that the conductor bars 6 arranged in the grooves 8 can be inserted into these recesses 9. Preferably, protrusions 23 of the luminescent rods 6 form, at least in the region of the recesses 9, a clearance fit of approximately 0.1 to 0.05 mm or even smaller.
FIG 5 zeigt in einer weiteren Ausführung Segmente von Kurz schlussscheiben 7, wie sie beispielsweise für Maschinen grö ßerer Achshöhen verwendet werden. Zwei oder mehr Segmente nach FIG 5 ergeben einen Kurzschlussscheibe 7, wobei die bei den Segmente an den Fügestellen durch eine Art Schwalben schwanz mechanisch verbunden sind. In a further embodiment, FIG. 5 shows segments of short-circuit disks 7, such as are used, for example, for machines with larger shaft heights. Two or more segments according to FIG. 5 result in a short-circuit disk 7, the segments being mechanically connected at the joints by a kind of dovetail.
Vorteilhafterweise werden bei dem segmentierten Aufbau der Kurzschlussscheiben 7 diese auch in axialer Richtung aus meh reren Schichten gebildet, so dass die Fügestellen 24 ähnlich einem Mauerwerk versetzt angeordnet sind, was letztendlich auch durch axiale Pressvorgänge die elektrischen Übergänge im Kurzschlussring schafft. Advantageously, in the segmented structure of the short-circuit disks 7, these are also formed in the axial direction from several layers, so that the joints 24 are offset like masonry, which ultimately also creates the electrical transitions in the short-circuit ring through axial pressing processes.
FIG 6 zeigt die Anordnung im Bereich der Stirnseite 20 wäh rend des Warmumformens, insbesondere induktive Aufheizen, wenn die Leiterstäbe 6 im Blechpaket 5 positioniert sind und als Spielpassung mit ihren, vorzugsweise bereits beschichte ten Überständen 23 in die Kurzschlussscheiben 7 eingesetzt worden sind. 6 shows the arrangement in the area of the end face 20 during hot forming, in particular inductive heating, when the conductor bars 6 are positioned in the laminated core 5 and have been inserted into the short-circuit disks 7 as a clearance fit with their, preferably already coated, protrusions 23.
Die Aufheizung findet, vorteilhafterweise mittels eines Tem peraturgradient 11 im Aufheizvorgang, also vor dem Warmumfor- men oder zumindest zeitweise während des Warmumformens statt. The heating takes place, advantageously by means of a temperature gradient 11, in the heating process, that is to say before the hot forming or at least temporarily during the hot forming.
Es stellt sich ein Temperaturgefälle ein, ausgehend von der dem Blechpaket 5 zugewandten Stirnseite 20 der Kurzschluss scheibe 7 axial nach außen. Dabei wird die Temperatur im Bereich der zum Blechpaket 5 ge wandten Seite der Kurzschlussscheibe 7 höher gehalten, so dass sich die erste Verformung in Form einer Stauchung an der Anlagefläche zum beschichteten Überstand 23 der Leiterstäbe 6 einstellt. Durch das weitere Stauchen wird eine Reibungswärme erzeugt, die sich axial nach außen fortsetzt. Durch diese Maßnahme ist es möglich eine thermische Überlastung des Mate rials zu vermeiden und die Verformung von innen linear axial nach außen zu führen. There is a temperature gradient, starting from the face 20 of the short-circuit disk 7 facing the laminated core 5 axially outward. The temperature in the area of the side of the short-circuit disk 7 facing the laminated core 5 is kept higher, so that the first deformation occurs in the form of a compression on the contact surface for the coated overhang 23 of the conductor bars 6. The further upsetting generates frictional heat that is continued axially outwards. This measure makes it possible to avoid thermal overloading of the mate rials and to guide the deformation from the inside linearly axially outwards.
FIG 7 zeigt eine beispielhafte Induktionsanordnung 12, die die Kurzschlussscheibe 7 umgibt, in der die beschichteten Überstände 23 der Leiterstäbe 6 angeordnet sind und dem Auf heizungsprozess unterzogen werden. 7 shows an exemplary induction arrangement 12 which surrounds the short-circuit disk 7, in which the coated protrusions 23 of the conductor bars 6 are arranged and are subjected to the heating process.
FIG 8 zeigt beispielhaft den Fügeprozess bei der sich die Leiterstäbe 6 im Blechpaket 5 befinden. Die Überstände 23 sind mit einer Beschichtung 15 versehen, die im Bereich von 2-5pm liegt. Dabei liegt eine Eintauchtiefe 26 der Überstände 23 in die Kurzschlussscheibe 7 vor, die geringer ist als die Höhe 25 der Kurzschlussscheibe 7. Je nach erforderlicher Kon taktoberfläche von 30 bis 100%. FIG. 8 shows an example of the joining process in which the conductor bars 6 are located in the laminated core 5. The protrusions 23 are provided with a coating 15 which is in the range of 2-5 μm. There is an immersion depth 26 of the protrusions 23 in the short-circuit disk 7, which is less than the height 25 of the short-circuit disk 7. Depending on the required contact surface of 30 to 100%.
Das axiale Fügen wird vorzugsweise für alle aus einer Stirn seite 20 des Blechpakets 5 ragenden Leiterstäbe 6 gleichzei tig mit einer vorgebbaren Eintauchtiefe 26 durchgeführt. The axial joining is preferably carried out simultaneously with a predeterminable immersion depth 26 for all of the conductor bars 6 protruding from an end face 20 of the laminated core 5.
Um den Fügeprozess zu vereinfachen, werden die Leiterstäbe 6 an ihren aus dem Blechpaket 5 ragenden Leiterstabenden ko nisch angeformt oder zugespitzt, um den Fügeprozess zu er leichtern. In order to simplify the joining process, the conductor rods 6 are formed on their conductor rod ends protruding from the laminated core 5 ko cally or pointed to facilitate the joining process.
FIG 9 zeigt prinzipiell dargestellt, insbesondere im Über stand 23 die Beschichtung 15 auf dem ersten Material 13 und durch eine Spielpassung 31 davon getrennt das zweite Material 14. Während des Aufheizungsvorgangs 11 wird die Beschichtung 15 auf- bzw. angeschmolzen und löst sich letztendlich durch den Warmumformungsprozess durch den sich dadurch einstellen- den Diffusion- und/oder Reflow-Prozess und damit die Legie rungsbildung vollständig bzw. nahezu vollständig auf. 9 shows in principle, in particular in the over stand 23 the coating 15 on the first material 13 and separated therefrom by a clearance fit 31 the second material 14. During the heating process 11, the coating 15 is melted or melted and ultimately dissolves through the Hot forming process through which this the diffusion and / or reflow process and thus the formation of the alloy completely or almost completely.
FIG 10 zeigt in perspektivischer Darstellung des Läuferpakets 4 mit den Leiterstäben 6, die die Eintauchtiefe 26 in der Kurzschlussscheibe 7 zeigen. FIG. 10 shows a perspective illustration of the rotor core 4 with the conductor bars 6, which show the immersion depth 26 in the short-circuit disk 7.
FIG 11 zeigt eine Detaildarstellung der FIG 10, dabei sieht man die radial außen offen Ausnehmungen 9 der Kurzschluss scheibe 7. FIG. 11 shows a detailed illustration of FIG. 10, the radially outwardly open recesses 9 of the short-circuit disk 7 can be seen.
FIG 12 zeigt den Kurzschlussläufer 4, der auf der Welle 16 drehfest verbunden ist. FIG. 12 shows the squirrel cage rotor 4, which is connected to the shaft 16 in a rotationally fixed manner.
Die Welle 16 kann aber auch schon vor dem axialen Fügevorgang von Leiterstäben 6 mit den Kurzschlussscheiben 7 mit dem Blechpaket 5 drehfest verbunden sein. The shaft 16 can, however, also be connected to the laminated core 5 in a rotationally fixed manner before the axial joining process of conductor bars 6 with the short-circuit disks 7.
Durch die gegenüber der Höhe 25 reduzierten Eintauchtiefe 26 ergeben sich lüfterähnliche Wirkungen im Betrieb der Maschi ne. The reduced immersion depth 26 compared to the height 25 results in fan-like effects in the operation of the machine.
Ebenso können lüfterähnliche Flügel auch mittels eines axia len Durchgriffs der Leiterstäbe 6 durch die Kurzschlussschei be 7 gebildet werden. Damit reicht der Überstand 23 axial über die Höhe 25 der Kurzschlussscheibe 7 hinaus. Likewise, fan-like blades can also be formed by means of an axia len penetration of the conductor bars 6 through the short-circuit disk 7. The protrusion 23 thus extends axially beyond the height 25 of the short-circuit disk 7.
Auf jeder Stirnseite 20 des Blechpakets 5 können auch mehrere voneinander isoliert angeordnete Kurzschlussringe bzw. Kurz schlussscheiben 7 angeordnet sein. Elektrisch voneinander isolierte Kurzschlusskäfige im Läufer 4 reduzieren die Ober wellen im Luftspalt 18 des Asynchronmaschine 1, insbesondere wenn der Stator 2 ein Wicklungssystem 3 mit Zahnspulen auf weist, wobei jeder Zahn des Stators 2 von einer Zahnspule um geben ist. A plurality of short-circuit rings or short-circuit disks 7 arranged isolated from one another can also be arranged on each end face 20 of the laminated core 5. Electrically isolated short-circuit cages in the rotor 4 reduce the harmonic waves in the air gap 18 of the asynchronous machine 1, especially if the stator 2 has a winding system 3 with toothed coils, each tooth of the stator 2 being given by a toothed coil.
FIG 13 zeigt in einer Detaildarstellung die Kontaktflächen 27 zwischen Leiterstab 6 und Kurzschlussscheibe 7. Dabei tritt die Legierung vorzugsweise nur an den Kontaktflächen 27 ein, die zu Beginn des Herstellungsprozesses die Spielpassung 31 aufweisen. Dort lässt sich der Prozess des Warmumformens be sonders wirkungsvoll umsetzen. Die weiteren Öffnungen zwi schen Leiterstab 6 und Kurzschlussscheibe 7 können u.a. der Kühlung dienen. FIG. 13 shows a detailed illustration of the contact surfaces 27 between the conductor bar 6 and the short-circuit disk 7. This occurs the alloy preferably only on the contact surfaces 27, which have the clearance fit 31 at the beginning of the manufacturing process. This is where the hot forming process can be implemented particularly effectively. The other openings between rule bar 6 and short-circuit disk 7 can be used for cooling, among other things.
Die Kontaktfläche 27 eines Leiterstabes 6 in einer Ausnehmung 9 ergibt sich beispielsweise durch die Länge der Spielpassung 31 in der Ausnehmung 9 in Umfangsrichtung betrachtet, multi pliziert mit der Eintauchtiefe 26 des Leiterstabes 6 in der Kurzschlussscheibe 7. The contact surface 27 of a conductor bar 6 in a recess 9 results, for example, from the length of the clearance fit 31 in the recess 9, viewed in the circumferential direction, multiplied by the immersion depth 26 of the conductor bar 6 in the short-circuit disk 7.
FIG 14 zeigt einen Kurzschlussläufer 4, dessen Leiterstäbe 6 axial über die Kurzschlussscheibe 7 ragen und so Lüfterflügel bilden. Des Weiteren ist die Kurzschlussscheibe 7 nicht in direktem Kontakt mit der Welle 16 (wie in FIG 1), liegt aber an der Stirnseite 20 des Blechpaketes 5 an. 14 shows a squirrel-cage rotor 4, the conductor bars 6 of which protrude axially beyond the squirrel-cage disk 7 and thus form fan blades. Furthermore, the short-circuit disk 7 is not in direct contact with the shaft 16 (as in FIG. 1), but rests against the end face 20 of the laminated core 5.
FIG 15 zeigt einen Kurzschlussläufer 4, dessen Kurzschluss scheibe 7 bzw. Kurzschlussring von der Stirnseite 20 des Blechpakets 5 beabstandet ist. Dies ermöglicht eine Kühlung durch axial verlaufende Kühlkanäle 29 im Blechpaket 5. 15 shows a squirrel-cage rotor 4, the short-circuit disk 7 or short-circuit ring of which is spaced from the end face 20 of the laminated core 5. This enables cooling through axially running cooling channels 29 in the laminated core 5.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Kurz schlussläufers 4 bzw. eines Asynchronrotors mit Käfigläufer einer Asynchronmaschine 1 erfolgt somit unter Berücksichti gung der oben dargestellten Zusammenhänge durch folgende Schritte: A method according to the invention for producing a squirrel-cage rotor 4 or an asynchronous rotor with a squirrel cage rotor of an asynchronous machine 1 is thus carried out, taking into account the relationships presented above, by the following steps:
- Es wird ein im Wesentlichen zylindrisch geformter magne tisch leitfähiger Körper, insbesondere ein Läuferblechpaket 5 bereitgestellt, das im Wesentlichen axial verlaufenden Nuten 14 aufweist. Das Blechpaket ist aus axial geschichte ten Dynamoblechen aufgebaut. Die Nuten 14 sind in Umfangs richtung geschlossen, halboffen oder offen ausgeführt. An essentially cylindrically shaped magnetically conductive body, in particular a laminated rotor core 5, is provided which has essentially axially extending grooves 14. The laminated core is made up of axially historically th dynamo sheets. The grooves 14 are closed, half-open or open in the circumferential direction.
- Anschließend werden die Leiterstäbe 6 in die Nuten 14 vor zugsweise axial eingesetzt. Die Leiterstäbe 6 sind aus ei nem ersten leitfähigen Material 13, insbesondere gezogenem Kupfer. Die Leiterstäbe 6 werden so eingesetzt, dass sie aus den Stirnseiten 20 des magnetisch leitfähigen Körpers, insbesondere des Läuferblechpakets 5 ragen, und somit zu mindest einen einseitigen, insbesondere jeweils einen beid seitigen Überstand 23 bilden. Die kompletten Leiterstäbe 6, zumindest aber die Abschnitte der Überstände 23, die später mit den Kurzschlussscheiben 7 kontaktiert werden, sind vor dem Einsetzen vorzugsweise mit Zinn beschichtet worden. Die Beschichtung liegt dabei zwischen 2 und 5pm. Der Quer schnitt der Leiterstäbe 6 entspricht im Wesentlichen dem Querschnitt der Nuten 14. Beim Einsetzen tritt somit keine nennenswerte Reibung zwischen Leiterstab 6 und Innenseite der Nut 14 auf. - Then the conductor bars 6 are inserted into the grooves 14 before preferably axially. The conductor bars 6 are made of a first conductive material 13, in particular drawn Copper. The conductor bars 6 are used in such a way that they protrude from the end faces 20 of the magnetically conductive body, in particular of the laminated rotor core 5, and thus form at least one protrusion 23 on one side, in particular one on both sides. The complete conductor bars 6, but at least the sections of the protrusions 23, which are later contacted with the short-circuit disks 7, are preferably coated with tin before being inserted. The coating is between 2 and 5 pm. The cross-section of the conductor bars 6 essentially corresponds to the cross-section of the grooves 14. During insertion, no significant friction occurs between the conductor bar 6 and the inside of the groove 14.
- Es wird weiter die Kurzschlussscheibe 7 bereitgestellt, aus einem zweiten leitfähigen Material 14, insbesondere Alumi nium, mit nach radial außen offenen Ausnehmungen 9. Die Ausnehmungen 9 können auch geschlossen, halboffen oder of fen ausgeführt sein. Diese Kurzschlussscheibe 7 kann axial und/oder in Umfangsrichtung mehrteilig aufgebaut sein. Also entweder in Umfangsrichtung betrachtet segmentiert und/oder axial geschichtet. Dabei werden die Teile vorab miteinander verbunden. Vorzugsweise ist jedoch die Kurzschlussscheibe 7 aus einem Teil, das von einem stranggepressten Extrudier profil 19 abgeschnitten wurde, und somit die erforderliche Höhe 25 erhält. The short-circuit disk 7 is also provided, made of a second conductive material 14, in particular aluminum, with recesses 9 that are open radially outward. The recesses 9 can also be designed to be closed, semi-open or open. This short-circuit disk 7 can be constructed in several parts axially and / or in the circumferential direction. So either segmented and / or axially layered when viewed in the circumferential direction. The parts are connected to one another in advance. Preferably, however, the short-circuit disk 7 is made from a part that has been cut off from an extruded extrusion profile 19 and thus has the required height 25.
- Diese Kurzschlussscheibe 7 wird nunmehr axial auf dem oder den Überständen der jeweiligen Leiterstäbe 6 mit einer Spielpassung von max. 0,1mm positioniert, die aus der Stirnseite 20 des magnetisch leitfähigen Körpers, insbeson dere des Läuferblechpakets 5 ragen. Dies geschieht als kal tes Fügen, wobei keine nennenswerte Reibung oder gar eine Verformung von Leiterstab 6 und Ausnehmung 9 der Kurz schlussscheibe 7 erfolgt. - This short-circuit washer 7 is now positioned axially on the protrusion or protrusions of the respective conductor rods 6 with a clearance fit of max. 0.1mm, which protrude from the end face 20 of the magnetically conductive body, in particular of the laminated rotor core 5. This takes place as cold joining, with no significant friction or even deformation of the conductor rod 6 and recess 9 of the short-circuit disk 7.
- Das anschließende Erhitzen der Kurzschlussscheibe 7 kann durch einen Induktor oder in einem Ofen erfolgen. Durch den Induktor ist ein gezieltes Aufwärmen der Kurzschlussscheibe auf 450 bis 500°C je nach Kurzschlussscheibe innerhalb ca. 30s möglich. Eventuelle Abschirmungen des Induktors in Richtung Läuferblechpaket 5 verhindern eine unnütze Aufhei zung der Bleche an der Stirnseite 20. - The subsequent heating of the short-circuit disk 7 can be done by an inductor or in an oven. The inductor allows the short-circuit disk to be heated up to 450 to 500 ° C within approx. 30s, depending on the short-circuit disk. Any shielding of the inductor in In the direction of the laminated rotor core 5, the laminations on the end face 20 are prevented from heating up unnecessarily.
- Durch die Presse erfolgt unter Druck ein Warmumformen der Kurzschlussscheibe 7 auf den Überständen 23 von ca. einer Minute, abhängig von Prozessparametern, wie verwendete Ma terialien, Größe des Kurzschlussläufers 4 etc. Dabei er folgt eine nahezu gleichzeitige Kontaktierung der Leiter stäbe 6 mit zumindest vorgebbaren Abschnitten der Kurz schlussscheibe 7. Dabei „löst sich die Spielpassung auf", und es erfolgt eine elektrische Kontaktierung in den Ab schnitten, wo die Spielpassung zwischen Ausnehmung 9 und beschichtetem Überstand 23 vorlag. Die also zunächst beste henden Spalte zumindest zwischen Überstand und Ausnehmungen der Kurzschlussscheiben (Spielpassung) beim kalten Fügen (Temperaturbereich zwischen Zimmertemperatur und max. - The press takes place under pressure a hot forming of the short-circuit disk 7 on the projections 23 of about one minute, depending on process parameters, such as Ma materials used, size of the squirrel-cage rotor 4, etc. It follows an almost simultaneous contacting of the conductor rods 6 with at least Predeterminable sections of the short-circuit washer 7. The clearance fit "dissolves" and electrical contact is made in the sections where the clearance fit between recess 9 and coated protrusion 23 existed. The gaps that initially exist at least between protrusion and recesses of the short-circuit washers (clearance fit) for cold joining (temperature range between room temperature and max.
100°C) sind nach dem Prozess nicht mehr vorhanden. Es tritt beim kalten Fügen zwischen den Leiterstäben 6 und den Kurz schlussscheiben 7 nahezu keine Reibung und/oder Verformung auf. Zumindest die Spalte der Spielpassung schließen sich durch das Warmumformen. Durch die Erhitzung, insbesondere Temperaturen des Warmumformens stellt sich auch ein Reflow- Prozess von der Beschichtung 15 zur Kurzschlussscheibe 7 ein. Die Beschichtung 15 aus dem dritten Material, also insbesondere Zinn, löst sich komplett auf. Das Beschich tungsmaterial, insbesondere Zinn diffundiert in die Ober flächen im Bereich des vorgebbaren Abschnitts des Überstan des 23 des Leiterstabes 6 und der zu kontaktierenden Ober fläche in der Ausnehmung 9 der Kurzschlussscheibe 7. Also nur dort wo die Spielpassung zwischen Überstand 23 und Aus nehmung 9 - die angestrebte Kontaktfläche - vorhanden war, stellt sich die angestrebte Kontaktierung ein. 100 ° C) are no longer available after the process. During cold joining between the conductor bars 6 and the short-circuit disks 7, there is almost no friction and / or deformation. At least the gaps in the clearance fit are closed by hot forming. As a result of the heating, in particular temperatures of the hot forming, a reflow process is also established from the coating 15 to the short-circuit disk 7. The coating 15 made of the third material, that is to say in particular tin, dissolves completely. The coating material, in particular tin, diffuses into the upper surfaces in the area of the predeterminable section of the overhang 23 of the conductor bar 6 and the surface to be contacted in the recess 9 of the short-circuit disk 7. So only where the clearance fit between the overhang 23 and recess 9 - the desired contact surface - was present, the desired contact occurs.
Das komplette Auflösen dieser Beschichtung 15 während des Herstellungsprozesses (Diffusion) im Bereich der Kontakt flächen 27 ist entscheidend für die Qualität der Kontaktie rung zwischen Leiterstab 6 und Kurzschlussscheibe 7. Durch das komplette Auflösen sind keine Anhäufungen des Beschich tungsmaterials im Spalt mehr vorhanden. Bei Einsatz von be- stimmten Materialien, wie z.B. Zinn in einem Temperaturbe reich bei Betrieb des Asynchronmaschine von ca. -40°C bis 200°C käme wie oben auch ausgeführt zu unerwünschten Um wandlungen von Beta-Zinn in Alpha-Zinn bzw. Gamma-Zinn. Es würde damit Zinnpulver mit einem vergleichsweise schlechten elektrischen Leitwert entstehen. Damit wäre die Kontaktie rung zwischen Leiterstab 6 und Kurzschlussscheibe 7 ver gleichsweise schlecht, was zu unnötiger thermischer Aufhei zung im Betrieb der Asynchronmaschine 1 und zu einem schlechteren Wirkungsgrad führen würde. The complete dissolution of this coating 15 during the manufacturing process (diffusion) in the area of the contact surfaces 27 is crucial for the quality of the contact between the conductor bar 6 and the short-circuit disk 7. As a result of the complete dissolution, there are no more accumulations of the coating material in the gap. When using If materials were right, such as tin in a temperature range when the asynchronous machine was operated from approx. -40 ° C to 200 ° C, undesirable conversions of beta tin into alpha tin or gamma tin would occur, as stated above. This would result in tin powder with a comparatively poor electrical conductivity. This would make the contact between the conductor bar 6 and the short-circuit disk 7 comparatively bad, which would lead to unnecessary thermal Aufhei tion during operation of the asynchronous machine 1 and a poorer efficiency.
Durch diese Diffusion und Legierungsbildung, insbesondere des Zinns in die ersten und zweiten leitfähigen Materialien von Leiterstab 6 und Kurzschlussscheibe 7, beispielsweise Kupfer und Aluminium oder deren Legierungen, wird die oben beschriebene Phasenumwandlung des Beschichtungsmaterials ausgeschlossen . This diffusion and alloy formation, in particular of the tin in the first and second conductive materials of conductor bar 6 and short-circuit disk 7, for example copper and aluminum or their alloys, excludes the phase transformation of the coating material described above.
Durch die Reflow- und Diffusionsprozesse wird eine stoff schlüssige Verbindung zwischen Leiterstäben 6 und Kurz schlussscheibe 7 geschaffen ohne Beaufschlagung von Strom wie bei der Herstellung eines Kurzschlussläufers durch Wi derstandsschweißen . The reflow and diffusion processes create a cohesive connection between the conductor bars 6 and the short-circuit washer 7 without the application of current, as is the case with the manufacture of a squirrel-cage rotor by resistance welding.
Neben der u.a. elektrischen Verbindung durch das Anformen stellt sich also auch eine zusätzliche stoffschlüssige Ver bindung durch Diffusion ein. In addition to the electrical connection due to the molding, there is also an additional material connection due to diffusion.
Asynchronmaschinen mit einem erfindungsgemäß hergestellten Kurzschlussläufer 4, weisen einen Stator auf, in dessen Statorbohrung der Kurzschlussläufer 4 eingesetzt wird. Die Welle 16 mit der der Kurzschlussläufer 4 drehfest verbunden ist, wird ein- oder zweiseitig in einem Gehäuse gelagert. Asynchronous machines with a squirrel-cage rotor 4 produced according to the invention have a stator, in whose stator bore the squirrel-cage rotor 4 is inserted. The shaft 16 to which the squirrel-cage rotor 4 is connected in a rotationally fixed manner is mounted in a housing on one or both sides.
Erfindungsgemäß hergestellte Maschinen haben ein breites Ein- satzspektrum und werden u.a. sowohl für Standard- als auch für Hochdrehzahlanwendungen beispielsweise im Kompressor-, Lüfter- und Pumpenbereich, der Fördertechnik, im Werkzeugma- schinenbau, der Nahrungsmittelindustrie und Antrieb in der schienengebundenen und nichtschienengebundenen Fahrzeugtech nik eingesetzt. Diese Maschinen sind zuverlässig, effizient und einfach her zustellen. Ebenso sind sie bei weitere Antriebsaufgaben ein- setzbar. Machines manufactured according to the invention have a wide range of uses and are used, among other things, for both standard and high-speed applications, for example in the compressor, fan and pump sector, conveyor technology, in toolmaking. mechanical engineering, the food industry and drive in rail-bound and non-rail-bound vehicle technology. These machines are reliable, efficient and easy to manufacture. They can also be used for other drive tasks.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers (4) ei ner Asynchronmaschine (1) durch folgende Schritte: 1. A method for producing a squirrel-cage rotor (4) of an asynchronous machine (1) by the following steps:
- Bereitstellen eines im Wesentlichen zylindrisch geformten magnetisch leitfähigen Körpers, insbesondere eines Läufer blechpakets (5), mit im Wesentlichen axial verlaufenden Nu ten (14), - Providing a substantially cylindrically shaped magnetically conductive body, in particular a rotor core (5), with substantially axially extending grooves (14),
- einsetzen von Leiterstäben (6) aus einem ersten leitfähigen Material (13), in die Nuten (8) derart, dass die Leiterstä be (6) aus den Stirnseiten (20) des magnetisch leitfähigen Körpers, insbesondere Läuferblechpakets (5) ragen, und so mit zumindest einen einseitigen, insbesondere jeweils einen beidseitigen Überstand (23) bilden, - Inserting conductor rods (6) made of a first conductive material (13) into the grooves (8) in such a way that the conductor rods (6) protrude from the end faces (20) of the magnetically conductive body, in particular laminated rotor core (5), and so form with at least one protrusion (23) on one side, in particular one on both sides,
- bereitstellen einer Kurzschlussscheibe (7), aus einem zwei ten leitfähigen Material (14), mit nach radial außen offe nen Ausnehmungen (9), - Providing a short-circuit disk (7), made of a second conductive material (14), with radially outwardly open recesses (9),
- axiales Positionieren zumindest einer Kurzschlussscheibe (7) auf die Überstände der jeweiligen Leiterstäbe (6), die aus der Stirnseite des magnetisch leitfähigen Körpers, ins besondere des Läuferblechpakets (5) ragen, - Axial positioning of at least one short-circuit washer (7) on the protrusions of the respective conductor bars (6) which protrude from the end face of the magnetically conductive body, in particular the laminated core (5),
- anschließendes Erhitzen, insbesondere Warmumformen der axi al aufgeschobenen Kurzschlussscheibe (7), indem eine nahezu gleichzeitige Kontaktierung der Leiterstäbe (6) mit zumin dest einer Kurzschlussscheibe (7) erfolgt, wobei die Leiterstäbe (6), zumindest der Überstand der Leiterstäbe (6) mit einem dritten Material (15) beschichtet ist, wobei die Schichtdicke des dritten Materials (15) derart ge wählt ist, dass dieses dritte Material (15) nach dem Erhit zen, insbesondere Warmumformen, mit dem ersten Material (13) und mit dem zweiten Material (14) Legierungen eingeht, so dass das dritte Material (15) danach vollständig aufgelöst ist, indem es eine Diffusion mit dem ersten Material (13) und dem zweiten Material (14) eingegangen ist, wobei die Kurzschlussscheibe (7) durch Pressen an die Leiter stäbe angeformt wird. - Subsequent heating, in particular hot forming, of the axially pushed-on short-circuit disk (7), in that the conductor bars (6) are almost simultaneously contacted with at least one short-circuit disk (7), the conductor bars (6), at least the protrusion of the conductor bars (6) is coated with a third material (15), the layer thickness of the third material (15) being selected such that this third material (15) after heating, in particular hot forming, with the first material (13) and with the second Material (14) enters into alloys, so that the third material (15) is then completely dissolved in that it has entered into a diffusion with the first material (13) and the second material (14), the short-circuit disk (7) being pressed on the ladder rods is molded.
2. Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers (4) ei ner Asynchronmaschine (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass lediglich der letztlich in der Kurzschlussscheibe (7) befindliche Überstand (23) der Leiterstäbe (6) beschichtet ist. 2. A method for producing a squirrel cage rotor (4) ei ner asynchronous machine (1) according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that only the protrusion (23) of the conductor bars (6) ultimately located in the short-circuit disk (7) is coated.
3. Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers (4) ei ner Asynchronmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schichtdicke, insbesondere auf den Überständen (23) der Lei terstäbe (6) vor dem Erhitzen, insbesondere Warmumformen vor zugsweise zwischen 2 und 5pm ist. 3. A method for producing a squirrel-cage rotor (4) egg ner asynchronous machine (1) according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the layer thickness, in particular on the protrusions (23) of the Lei terststabs (6) before heating, in particular hot forming is preferably between 2 and 5pm.
4. Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers (4) ei ner Asynchronmaschine (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass diese Beschichtung der Leiterstäbe (6) mit dem dritten Material (15) nach, insbesondere unmittelbar nach ei nem Abbeizbad der Leiterstäbe (6) erfolgt. 4. A method for producing a squirrel-cage rotor (4) egg ner asynchronous machine (1) according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that this coating of the conductor bars (6) with the third material (15) after, in particular immediately after egg nem Stripping bath of the conductor bars (6) takes place.
5. Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers (4) ei ner Asynchronmaschine (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das dritte Material (15) einen niedrigeren Schmelzpunkt als das erste Material (13) und das zweite Material (14) auf weist. 5. A method for producing a squirrel cage rotor (4) egg ner asynchronous machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the third material (15) has a lower melting point than the first material (13) and the second material (14) shows.
6. Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers (4) ei ner Asynchronmaschine (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das erste Material (13) einen höheren Schmelzpunkt als das zweite Material (14) aufweist. 6. A method for producing a squirrel-cage rotor (4) of an asynchronous machine (1) according to one of the preceding claims, in which the first material (13) has a higher melting point than the second material (14).
7. Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers (4) ei ner Asynchronmaschine (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Überstand (23) der Leiterstäbe (6) zu den jeweils korrespondierenden Ausnehmungen (9) der Kurzschlussscheibe (7) vor dem Warmumformen eine Spielpassung, insbesondere um laufende Spielpassung von ca. 0,1mm aufweist. 7. A method for producing a squirrel-cage rotor (4) egg ner asynchronous machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the protrusion (23) of the conductor bars (6) to the respective corresponding recesses (9) of the short-circuit disk (7) has a clearance fit prior to hot forming, in particular around a running clearance fit of approx. 0.1mm.
8. Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers (4) ei ner Asynchronmaschine (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Erhitzen, insbesondere Warmumformen mittels indukti vem Erwärmen im Bereich der Kurzschlussscheibe (7) erfolgt. 8. A method for producing a squirrel-cage rotor (4) of an asynchronous machine (1) according to one of the preceding claims, in which the heating, in particular hot forming, takes place by means of inductive heating in the area of the short-circuit disk (7).
9. Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers (4) ei ner Asynchronmaschine (1) nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das induktive Erwärmen, mittels eines Induktors während des Erhitzens, insbesondere Warmumformens einen axial nach außen abfallenden Temperatur gradienten, insbesondere Temperaturgefälle auf der Kurz schlussscheibe (7) generiert. 9. A method for producing a squirrel cage rotor (4) egg ner asynchronous machine (1) according to claim 8, characterized in that the inductive heating, by means of an inductor during heating, in particular hot forming, an axially outwardly falling temperature gradient, in particular a temperature gradient on the short-circuit washer (7) generated.
10. Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers (4) einer Asynchronmaschine (1) nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Temperaturgradient mittels eines unterschiedlichen Abstandes des Induktors zur Kurzschlussscheibe (7) und/oder durch die unterschiedliche Windungszahl des Induktors (12) erzeugt wird. 10. A method for producing a squirrel-cage rotor (4) of an asynchronous machine (1) according to claim 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the temperature gradient is generated by means of a different distance between the inductor and the short-circuit disk (7) and / or by the different number of turns of the inductor (12).
11. Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers (4) einer Asynchronmaschine (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kurzschlussscheibe (7) in Umfangrichtung und/oder axial betrachtet segmentiert aufgebaut ist. 11. A method for producing a squirrel-cage rotor (4) of an asynchronous machine (1) according to one of the preceding claims, in that the squirrel-cage pulley (7) is constructed in a segmented manner in the circumferential direction and / or axially.
12. Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers (4) einer Asynchronmaschine (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Leiterstäbe (7) im umformten Zustand die gesamte axiale Höhe (25) der jeweiligen Ausnehmung (9) der Kurz schlussscheibe (7) zu 30 bis 70% einnehmen. 12. A method for producing a squirrel-cage rotor (4) of an asynchronous machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor bars (7) in the deformed state cover the entire axial height (25) of the respective recess (9) of the short-circuit washer ( 7) take 30 to 70%.
13. Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers (4) einer Asynchronmaschine (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Leiterstäbe (7) zumindest im axialen Überstand (23) zusätzliche Konturen aufweisen, um einen ergänzenden Form schluss mit der Kurzschlussscheibe (7) durch das Warmumformen zu erhalten. 13. A method for producing a squirrel-cage rotor (4) of an asynchronous machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor bars (7) have additional contours at least in the axial projection (23) in order to provide a supplementary positive connection with the short-circuit disk ( 7) obtained by hot forming.
14. Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers (4) einer Asynchronmaschine (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das erste Material (13) Kupfer oder eine Kupferlegierung ist, das zweite Material (14) Aluminium oder eine Aluminium legierung ist und das dritte Material (15) Zinn umfasst. 14. A method for producing a squirrel-cage rotor (4) of an asynchronous machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first material (13) is copper or a copper alloy, the second material (14) is aluminum or an aluminum alloy and the third material (15) comprises tin.
15. Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers (4) einer Asynchronmaschine (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Leiterstäbe (6) an ihren Enden angeschrägt (10) sind, bzw. einen Konus (28) aufweisen. 15. A method for producing a squirrel-cage rotor (4) of an asynchronous machine (1) according to one of the preceding claims, in which the conductor bars (6) are beveled at their ends (10) or have a cone (28).
16. Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers (4) einer Asynchronmaschine (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zumindest ein Leiterstab (6) aus gezogenem Elektrokupfer mit einem Leitwert von mindestens 58 MS/m vorgesehen ist. 16. A method for producing a squirrel-cage rotor (4) of an asynchronous machine (1) according to one of the preceding claims, in which at least one conductor bar (6) made of drawn electro-copper with a conductance of at least 58 MS / m is provided.
17. Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers (4) einer Asynchronmaschine (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass durch eine gezielte Wärmebehandlung der Kurzschluss scheibe (7) die Dehngrenze gesteigert wird. 17. A method for producing a squirrel-cage rotor (4) of an asynchronous machine (1) according to one of the preceding claims, stating that the yield strength is increased by targeted heat treatment of the squirrel-cage washer (7).
18. Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers (4) einer Asynchronmaschine (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kurzschlussscheibe (7) als eine von einem Extrudier teil (19) abgetrennte Scheibe vorliegt. 18. A method for producing a squirrel-cage rotor (4) of an asynchronous machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the short-circuit disk (7) is present as a disk separated from an extruding part (19).
19. Asynchronmaschine (1) mit einem Kurzschlussläufer (4) hergestellt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Über stände (23) der Leiterstäbe (7) axial nur einen vorgebbaren Bruchteil der axialen Höhe (25) der Ausnehmung (9) der Kurz schlussscheibe (7) einnehmen. 19. Asynchronous machine (1) with a squirrel cage rotor (4) produced according to one of the preceding claims, characterized in that the over stands (23) of the conductor bars (7) axially only a predeterminable fraction of the axial height (25) of the recess (9) of the Fit short circuit washer (7).
20. Antriebssystem, insbesondere Kompressor, Förderanlage, Werkzeugmaschine oder Fahrzeug mit zumindest einer Asynchron- maschine (1) nach Anspruch 19. 20. Drive system, in particular compressor, conveyor system, machine tool or vehicle with at least one asynchronous machine (1) according to claim 19.
EP20746909.9A 2019-08-16 2020-07-17 Method for producing a squirrel-cage rotor of an asynchronous machine Pending EP3970266A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19192098 2019-08-16
PCT/EP2020/070267 WO2021032379A1 (en) 2019-08-16 2020-07-17 Method for producing a squirrel-cage rotor of an asynchronous machine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3970266A1 true EP3970266A1 (en) 2022-03-23

Family

ID=67659096

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20746909.9A Pending EP3970266A1 (en) 2019-08-16 2020-07-17 Method for producing a squirrel-cage rotor of an asynchronous machine

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220320975A1 (en)
EP (1) EP3970266A1 (en)
CN (1) CN114223117A (en)
WO (1) WO2021032379A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11552541B2 (en) * 2021-01-18 2023-01-10 GM Global Technology Operations LLC Induction motor with collar-reinforced end rings

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3134040A (en) * 1960-06-07 1964-05-19 Carrier Corp Dynamoelectric machines with protection for squirrel cage expansion
DE3413519C2 (en) 1984-04-10 1986-06-12 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Squirrel cage for an electrical machine
US6088906A (en) * 1997-09-16 2000-07-18 Ut-Battelle, Llc Method of manufacturing squirrel cage rotors
US6159305A (en) * 1998-07-14 2000-12-12 General Electric Company High speed induction motor rotor and method of fabrication
JP2002335659A (en) * 2001-05-09 2002-11-22 Yaskawa Electric Corp Cage rotor and manufacturing method therefor
US20030184184A1 (en) * 2002-03-28 2003-10-02 Lawrence Robert Anthony Rotor assembly and method of manufacturing
US6877210B2 (en) * 2003-01-16 2005-04-12 Ut-Battelle, Llc Electrofriction method of manufacturing squirrel cage rotors
JP5349918B2 (en) * 2008-11-18 2013-11-20 日本発條株式会社 Brazing method and joining member by the method
US8701270B2 (en) * 2010-01-21 2014-04-22 GM Global Technology Operations LLC Methods of manufacturing induction rotors with conductor bars having high conductivity
US8344577B2 (en) * 2010-08-31 2013-01-01 GM Global Technology Operations LLC Solid phase welding of aluminum-based rotors for induction electric motors
US9397539B2 (en) * 2010-12-23 2016-07-19 GM Global Technology Operations LLC Method for fabricating a rotor for an induction motor
JP5675412B2 (en) * 2011-02-14 2015-02-25 株式会社日立産機システム Electric motor rotor and manufacturing method thereof
US9219399B2 (en) * 2011-02-28 2015-12-22 GM Global Technology Operations LLC Method for fabricating rotor for induction motor
JP5155420B2 (en) * 2011-03-11 2013-03-06 ファナック株式会社 Cage rotor of induction motor for brazing end ring and bar and manufacturing method thereof
KR101098303B1 (en) * 2011-07-29 2011-12-26 (주)지이엠 Rotor of induction motor and method for making the same
JP5562307B2 (en) * 2011-08-30 2014-07-30 日立オートモティブシステムズ株式会社 Cage rotor and rotating electric machine
US9350217B2 (en) * 2011-11-18 2016-05-24 GM Global Technology Operations LLC Rotor and method of forming same
US8631559B2 (en) * 2012-05-01 2014-01-21 Remy Technologies, Llc Method of assembling induction rotors
DE102013211040A1 (en) * 2013-06-13 2014-12-18 Robert Bosch Gmbh Short-circuit ring for an electric asynchronous machine composed of partial arc-shaped segments
JP5922689B2 (en) * 2014-02-28 2016-05-24 日本発條株式会社 Rotor and method of manufacturing the rotor
CN204205894U (en) * 2014-11-21 2015-03-11 抚顺煤矿电机制造有限责任公司 A kind of 620kW coal-winning machine rotor cage bar and end ring medium frequency welding induction coil structure
US20160359399A1 (en) * 2015-06-03 2016-12-08 Electro-Motive Diesel, Inc. Hybrid Traction Motor Rotors for Diesel-Electric Locomotives
DE102015223058A1 (en) * 2015-11-23 2017-05-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Squirrel cage and method for its production
EP3382864A1 (en) * 2017-03-29 2018-10-03 Siemens Aktiengesellschaft Hybrid cage rotor
EP3402057A1 (en) * 2017-05-09 2018-11-14 Siemens Aktiengesellschaft Method for producing a squirrel cage rotor of an asynchronous engine
CN107508393A (en) * 2017-09-15 2017-12-22 罗文� A kind of asynchronous machine copper rotor and its manufacturing process
US20190115809A1 (en) * 2017-10-17 2019-04-18 Cheng Chang Machine Electronic Corp. Method for Connecting an End Ring to Conductor Strips of a Rotor of a Motor
EP3518398A1 (en) * 2018-01-30 2019-07-31 Siemens Aktiengesellschaft Short circuit ring for connection to cage rods

Also Published As

Publication number Publication date
US20220320975A1 (en) 2022-10-06
WO2021032379A1 (en) 2021-02-25
CN114223117A (en) 2022-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3044859B1 (en) Rotor with an insert
DE102009008440B3 (en) cage rotor
DE102012214993B4 (en) Shorting ring assembly and method of forming same
DE102011008796A1 (en) Method for producing induction rotors with conductor bars, which have a high conductivity, and rotors produced thereby
EP2577852B1 (en) Cage rotor for an asynchronous machine and method for producing the cage rotor
EP2953245A1 (en) Cage rotor for an asynchronous motor
DE102013221533A1 (en) Method for fabricating e.g. high performance rotor of alternating current induction motor for motor vehicle, involves casting portion of conductive material over exposed ends to form shorting end ring to mechanically connect conductor bars
EP3017528A2 (en) Electric machine having a heat-conducting device
EP3574574B1 (en) Method for producing a squirrel cage rotor of an asynchronous engine
DE10258029B4 (en) Squirrel cage
DE102017215390A1 (en) INDUCTION ROTOR AND METHOD FOR MOUNTING AN INDUCTION ROTOR
EP2549630B1 (en) Short circuit rotor of an asynchronous engine and method for producing such a rotor
EP2957026B1 (en) Squirrel cage for a squirrel-cage rotor and method for the production thereof
EP3577746B1 (en) Manufacture of a rotor using additive manufacturing
EP2465624B1 (en) Method for producing products comprising copper or copper alloys for electric applications and product
EP3970266A1 (en) Method for producing a squirrel-cage rotor of an asynchronous machine
DE102014204547A1 (en) INDUCTION MOTOR AND ITS MANUFACTURING PROCESS
EP3382864A1 (en) Hybrid cage rotor
EP2979350B1 (en) Producing a rotor of an electric asynchronous machine
EP3393016A1 (en) Short circuit rotor and method for producing a short circuit rotor
EP4244961B1 (en) Method for producing a short circuit rotor with coated short circuit ring
DE19901195A1 (en) Electrical machine die-cast cage rotor
WO2024149499A1 (en) Method for producing a squirrel-cage rotor
DE102023103204A1 (en) Method for producing a rotor and/or runner and/or rotor and electrical machine
WO2023217471A1 (en) Rotor for an electric traction machine of a motor vehicle, and electric traction machine

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20211213

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: INNOMOTICS GMBH