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Dokumentenidentifikation DE202004020873U1 04.05.2006
Titel Elektrische Maschine
Anmelder Ziehl-Abegg AG, 74653 Künzelsau, DE
Vertreter Samson & Partner, Patentanwälte, 80538 München
DE-Aktenzeichen 202004020873
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 04.05.2006
Registration date 30.03.2006
Application date from patent application 31.03.2004
File number of patent application claimed PCT/EP2004/003432
IPC-Hauptklasse H02K 17/16(2006.01)A, F, I, 20060120, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H02K 15/02(2006.01)A, L, I, 20060120, B, H, DE   

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf elektrische Maschinen, und beispielsweise auf eine Außenläufer-Asynchronmaschine mit käfigförmiger Rotorwicklung, und einen Lüfter mit einer solchen Asynchronmaschine.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Asynchronmaschinen sind in verschiedenen Varianten seit Jahrzehnten bekannt und sind inzwischen aufgrund der Fortschritte in der Leistungselektronik, welche die Herstellung relativ kostengünstiger und kompakter Frequenzumrichter zur Maschinenansteuerung ermöglichen, die am meisten verbreitete Maschinenart in der elektrischen Antriebstechnik geworden. Der Rotor (genannt auch Läufer oder Anker) einer Asynchronmaschine ist üblicherweise aus zu einem Paket geschichteter Elektroblech mit einer Rotorwicklung in Nuten des Elektroblechs aufgebaut. Die Rotorwicklung ist bei vielen bekannten Konstruktionen ein zusammenhängendes Teil in Form eines Käfigs; ein entsprechender Rotor wird daher oft "Käfigläufer" genannt.

Eine solche Käfigwicklung ist typischerweise aus einzelnen, in den Nuten des Elektroblechpakets liegenden Stäben aufgebaut, die an ihren Enden jeweils mit einem Ring verbunden sind. Bei größeren Maschinen, typischerweise mit einer Dauerleistung über 50 kW, sind die Käfigwicklungen häufig aus Kupferstäben aufgebaut, die mit den Kurzschlußringen verschweißt sind. Bei kleineren Maschinen unter 50 kW hat es sich hingegen durchgesetzt, die Rotorwicklung aus Aluminium-Druckguß zu fertigen, wobei neben Aluminium auch Aluminiumlegierungen, z.B. Al/Si-Legierungen zur Anwendung kommen.

Die klassische und auch am meisten verbreitete Maschinenbauart ist die Innenläufermaschine, bei welcher der Rotor mit der Käfigwicklung außen vom Stator (genannt auch Ständer oder Induktor) umschlossen ist, welcher mit einer Statorwicklung zu Erzeugung eines magnetischen Drehfelds ausgerüstet ist.

Für spezielle Anwendungen, beispielsweise in der Lufttechnik, kommt hingegen auch eine alternative Bauart, nämlich die Außenläufermaschine zur Anwendung. Bei dieser umschließt der Rotor den innenliegenden Stator. Es gibt Bauformen mit einseitig oder beidseitig abgestütztem Rotor; bei Außenläufermaschinen mit einseitig abgestütztem Rotor hat dieser im wesentlichen die Form einer Glocke. Ein Vorteil des Außenläufermotors liegt z.B. bei der Verwendung für Ventilatoren darin, dass die Ventilatorflügel direkt außen an dem Rotor befestigt sein können. Bei einem von der Ziehl-Abegg AG vertriebenen Ventilator mit Außenläuferantrieb sind die Käfigwicklung des Außenläufers, ein Gehäuse sowie die Ventilatorflügel einstückig aus einer Aluminium-Legierung gegossen. Außenläufermaschinen finden inzwischen auch Einsatz als Antriebsmaschinen für eine Vielzahl weiterer Anwendungen. Dies dürfte unter anderem dadurch begründet sein, dass bei der Außenläufermaschine der Luftspalt weiter außen liegt als bei einer Innenläufermaschine mit vergleichbaren Abmessungen, und dass somit die Drehmoment erzeugenden Kräfte weiter außen am Rotor angreifen. Da das Drehmoment mit zunehmendem Hebelarm zunimmt, erbringt somit ein Außenläufermotor ein größeres Drehmoment als ein vergleichbarer Innenläufermotor.

Bereits vor einigen Jahren wurde erkannt, dass elektrischen Antriebsprozessen ein beträchtlicher Teil des gesamten Stromverbrauchs zuzurechnen ist, und dass durch Wirkungsgradverbesserung elektrischer Antriebe signifikante Energieeinsparungen möglich würden; beispielsweise rechnet man elektrischen Antrieben rund zwei Drittel des industriellen Stromverbrauchs zu. Seit ungefähr Mitte der neunziger Jahre gibt es in den USA, Europa, sowie weiteren Ländern, Gesetze, Richtlinien und Aktionen zur Einführung und Entwicklung von Energiesparmotoren, also Motoren mit relativ hohem Wirkungsgrad. Hierzu sind beispielsweise zu nennen:

  • – EPAct – Energy Policy and Conservation Act – USA 1992; dieses Gesetz in den USA schreibt für Standardmotoren Mindestwirkungsgrade in Abhängigkeit von der Leistung und Polzahl vor. Das Gesetz definiert Wirkungsgradklassen, z.B. "High Efficiency" und "Premium Efficiency" (siehe z.B. http://www.eere.energy.gov/EE//industry motors.html.
  • – CEMEP – Die Europäische Union und CEMEP (European Committee of Manufacturers of Electrical Maschines and Power Electronics) haben im Rahmen einer freiwilligen Selbstverpflichtung der Motorenhersteller zur Reduzierung des Verkaufs von Motoren mit derzeit üblichem (relativ geringem) Wirkungsgrad ein Kennzeichnungskonzept erarbeitet. Demnach sollen zukünftig Drehstrommotoren einer bestimmten Leistungsklasse (1 kW – 100 kW) entsprechend ihrem Wirkungsgrad klassifiziert und ausgezeichnet werden. Und zwar wird zwischen den Klassen EFF3, EFF2 und EFF1 unterschieden. EFF3-Motoren entsprechend den derzeit marktüblichen Wirkungsgraden; EFF2 bezeichnet im Wirkungsgrad verbesserte Motoren; und EFF1 bezeichnet hocheffiziente Motoren (http://www.cemep.org/cemep/organization/Ivac/English.pdf).
  • – Kyoto – gemäß dem Klima-Protokoll von Kyoto vereinbarten die EU-Umweltminister am 29. Juni 2003 in Brüssel, die CO2-Emissionen zu mindern. Eine der Zielsetzungen ist sparsamer Umgang mit Energie, auch durch Verbesserung der Energieeffizienz von Maschinen.
  • – Motor Challenge Program – das Europäische Motor-Challenge-Programm ist ein freiwilliges Programm, mit dem die Europäische Kommission die Industrie bei der Verbesserung der Energieeffizienz von Antriebssystemen unterstützt (http://energyefficiency.jrc.cec.eu.int/motorchallenge/).
  • Weltweit gibt es weitere Richtlinien und gesetzliche Bestimmungen zur Erhöhung der Effizienz von Elektromotoren, so z.B. in Kanada, Brasilien, Australien und Japan.

Die Verluste eines Asynchronmotors setzen sich hauptsächlich aus folgenden Beiträgen zusammen:

  • – Stromwärmeverluste: In der Statorwicklung und auch der Käfigwicklung des Rotors fließen Ströme, die die elektrischen Leiter aufheizen.
  • – Eisenverluste: Das Statorblechpaket wird durch ständiges Ummagnetisieren und durch Wirbelströme erwärmt (im Rotorblechpaket ist diese Erwärmung geringer, da im Rotorblechpaket aufgrund der relativ geringen Abweichung der Rotorgeschwindigkeit von der Geschwindigkeit des Drehfelds eine nur langsame Ummagnetisierung erfolgt).
  • – Reibungsverluste: Der Bewegungswiderstand der Motorlager, Wellendichtringe sowie der Luftwiderstand des drehenden Rotors führen zu reibungsbedingter Erwärmung.

In der Firmendruckschrift "DriveWorld, Technikmagazin der SEWEURODRIVE-Gruppe", deutsche Ausgabe 1/2003, Seiten 10 und 37 sind als "Energiesparmotoren" bezeichnete Innenläufer-Asynchronmotoren gezeigt, bei denen zur Senkung des Stromwärmeverlusts die Käfigwicklung des Rotors durch Kupfer-Druckguß (statt wie bisher, durch Aluminium-Druckguß) hergestellt ist.

Aus der GB-PS 905 632 ist ein Außenläufermotor bekannt, bei dem an einen Rotor, der eine aus Kupferstäben und -ringen zusammengesetzte Käfigwicklung aufweist, ein Gehäuse angegossen ist.

Aus der GB-PS 789 038 ist ein Außenläufermotor bekannt, bei dem eine Käfigwicklung und ein Rotorgehäuse in einem Gießvorgang gemeinsam gegossen sind.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine elektrische Asynchronmaschine, umfassend: einen innenliegenden Stator; einen außenliegenden Rotor mit einem Elektroblechpaket, einer Rotorwicklung und wenigstens einem Gehäuseteil. Das Elektroblechpaket weist Nuten auf. Die Rotorwicklung hat die Form eines Käfigs, der durch Ringe und diese verbindende, in den Nuten des Elektroblechpakets liegende Stäbe gebildet ist. Das Gehäuseteil bildet einen Verbund mit der Rotorwicklung. Die Rotorwicklung und das Gehäuseteil sind aus zwei verschiedenen Metallen hergestellt, und zwar die Rotorwicklung aus einem ersten Metall höherer elektrischer Leitfähigkeit und das Gehäuseteil aus einem zweiten Metall geringerer elektrischer Leitfähigkeit. Der Rotor ist dadurch hergestellt, dass zunächst die käfigförmige Wicklung aus dem ersten Metall an das Elektroblechpaket gegossen wird und dass dann das Gehäuseteil aus dem zweiten Metall an den Ring oder die Ringe und das Elektroblechpaket gegossen wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Lüfter mit einer Asynchronmaschine als Antriebsmotor, umfassend: einen innenliegenden Stator; einen außenliegenden Rotor mit einem Elektroblechpaket, einer Rotorwicklung und wenigstens einem Gehäuseteil. Das Elektroblechpaket weist Nuten auf. Die Rotorwicklung hat die Form eines Käfigs, der durch Ringe und diese verbindende, in den Nuten des Elektroblechpakets liegende Stäbe gebildet ist. Das Gehäuseteil bildet einen Verbund mit der Rotorwicklung. Die Rotorwicklung und das Gehäuseteil sind aus zwei verschiedenen Metallen hergestellt, und zwar die Rotorwicklung aus einem ersten Metall höherer elektrischer Leitfähigkeit und das Gehäuseteil aus einem zweiten Metall geringerer elektrischer Leitfähigkeit. Der Rotor ist dadurch hergestellt, dass zunächst die käfigförmige Wicklung aus dem ersten Metall an das Elektroblechpaket gegossen wird und dass dann das Gehäuseteil aus dem zweiten Metall an den Ring oder die Ringe und das Elektroblechpaket gegossen wird. An dem Gehäuseteil sind Lüfterflügel angeordnet.

Weitere Merkmale sind in den offenbarten Erzeugnissen implizit enthalten oder werden für den Fachmann aufgrund der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen und der angefügten Zeichnung ersichtlich.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die angefügte Zeichnung beschrieben, in der:

1 eine perspektivische Ansicht einer teilweise aufgeschnittenen Außenläufer-Asynchronmaschine ist;

2 eine perspektivische Ansicht des in 1 enthaltenen, aus dem ersten Metall gefertigten Läuferkäfigteils ist;

3 eine Schnitt-Darstellung des Läuferkäfigteils von 2 mit den in 2 gezeigten Schnittebenen ist;

4 eine Schnitt-Darstellung ähnlich 3 ist, bei der zusätzlich die an das Läuferkäfigteil angegossenen Gehäuseteile aus dem zweiten Metall dargestellt sind;

5 eine Schnitt-Darstellung entsprechend 4 ist, jedoch einer anderen Ausführungsform mit einem das Rotorblechpaket vollständig umgreifenden Gehäuseteil aus dem zweiten Metall;

6 eine perspektivische Ansicht eines Lüfters mit einer Asynchronmaschine ähnlich 1 ist, wobei die Lüfterflügel einstöckig mit dem Gehäuseteil aus dem zweiten Metall gegossen sind;

7 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines Lüfters zeigt, welcher angesetzte Flügel aufweist;

8 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung der in 1, 47 gezeigten Läufer darstellt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer teilweise aufgeschnittenen Außenläufer-Asynchronmaschine. Vor einer detaillierten Beschreibung der 1 folgen jedoch zunächst verschiedene Erläuterungen zu den Ausführungsformen.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich um Asynchronmaschinen. Im Gegensatz zur Synchronmaschine dreht bei der Asynchronmaschine der Rotor nicht mit der gleichen Drehzahl wie das Stator-Drehfeld, sondern eilt diesem nach (bei Motorbetrieb) oder vor (bei Generatorbetrieb). Mit dieser Relativbewegung zwischen Stator-Drehfeld und Rotor – auch Schlupf genannt – geht eine Flussänderung in der Rotorwicklung einher, welche Spannungen in der Läuferwicklung induziert (der Asynchronmotor wird daher in der angelsächsischen Terminologie auch als "Induction Motor" bezeichnet). Die hierdurch in der Rotorwicklung hervorgerufenen Ströme koppeln über die Lorentzkraft an das magnetische Stator-Drehfeld, wodurch der Rotor ein antreibendes oder bremsendes Drehmoment erfährt. Je nach Art der Ansteuerung mit Hilfe eines Frequenzumrichters kann die in den Ausführungsformen beschriebene Asynchronmaschine als Motor oder als Generator betrieben werden. Bei einigen der Ausführungsformen ist die Asynchronmaschine für den Einsatz als Lüftermotor z.B. für einen Axial-, Radial- und/oder Querstrom-Lüfter, bei anderen Ausführungsformen ist sie für den Einsatz als Generator einer Windkraftanlage ausgebildet. Neben solchen Antrieben bzw. Generatoren für die Lufttechnik sind andere Ausführungsformen als Antriebe für Pumpen und Förderer sowie einen breiten Bereich von Maschinen und Anlagen ausgebildet.

Der Begriff "Asynchronmaschine" umfasst im vorliegenden Kontext nicht nur Maschinen die permanent asynchron laufen, sondern auch Spezialausführungen, die nur zeitweise (z.B. in der Hochlaufphase) asynchron, zu anderen Zeiten (z.B. nach Erreichen der Enddrehzahl) hingegen synchron laufen. Bei einigen Ausführungsformen ist der Rotor hierfür mit einer Art Zähnung ausgerüstet, genannt auch Reluktanzfunktion, die bewirkt, dass er nach der Hochlaufphase gewissermaßen in das Stator-Drehfeld "einrastet" und somit synchron mit diesem dreht. Bei einigen Ausführungsformen ist der Rotor hierfür zusätzlich mit Dauermagneten ausgerüstet, die ebenfalls Synchronfunktion und auch eine erhöhte Leistungsdichte bewirken.

Bei den häufigsten Ausführungsformen ist die Asynchronmaschine dreisträngig (d.h. dreiphasig) aufgebaut, andere Ausführungsformen sind für höhere Strangzahlen als drei gebaut, oder sind nur zweisträngig. Schließlich sind auch einsträngige Ausführungen, sog. Spaltpol-Maschinen möglich; dies sind Maschinen, die neben dem einzigen Strang eine Hilfswicklung auf einigen Zähnen haben.

Verschiedene Ausführungsformen sind mit unterschiedlichen Polzahlen aufgebaut; sie reichen von zweipoligen bis zu zwölfpoligen, und darüber hinaus auch bis zu noch höherpoligen Bauarten.

Bei den meisten der Ausführungsformen dient zur Speisung der Maschine ein Frequenzumrichter, der z.B. mit Hilfe von Schaltern (typischerweise Leistungshalbleitern) aus einer Gleichspannung die für den Betrieb der Maschine erforderliche (ggf. mehrphasige) Wechselspannung der jeweils benötigten Frequenz, Amplitude und Phase erzeugt. Bei anderen Ausführungsformen erfolgt die Speisung der Maschine aus einem rotatorischen Frequenzumrichter (dies ist z.B. ein netzgetriebener drehzahlvariabler Motor, der mechanisch einen Drehstromgenerator antreibt (entsprechend bezeichnet man die genannten, auf Schaltern beruhenden Frequenzumrichter auch als "statische Frequenzumrichter"). Bei noch anderen Ausführungsformen erfolgt die Speisung der Maschine aus einem Drehstromnetz oder durch einen Transformator oder ein Phasenanschnittgerät.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich um Außenläufermaschinen. Wie bereits eingangs erwähnt wurde, liegt bei dieser Bauart der Stator mit der drehfelderzeugenden Statorwicklung innen; er ist vom darüber angeordneten Rotor umschlossen. Der Rotor schließt die Maschine also nach außen ab. Bei der in den Ausführungsformen gezeigten einseitigen Abstützung hat der Rotor die Form einer den Stator umgreifenden Glocke. Sofern kein zusätzliches Außengehäuse vorgesehen ist, bildet somit die Außenwand des Rotors eine Art rotierendes Außengehäuse der Maschine. Dies ist insbesondere für solche Anwendung vorteilhaft, bei denen in relativ großem Abstand zur Drehachse angeordnete Maschinenelemente getriebelos anzutreiben sind, wie dies beispielsweise bei Ventilatorflügeln eines Lüfters der Fall ist. Einige der Ausführungsformen betreffen daher Lüfter, bei denen direkt außen am Rotor Lüfterflügel angeordnet sind. Aber auch für viele andere Anwendungen sind Außenläufermaschinen wegen ihres eingangs erläuterten, relativ hohen Drehmoments vorteilhaft; andere Ausführungsformen betreffen daher als Windkraft-Generator ausgebildete Außenläufermaschinen; noch weitere Ausführungsformen betreffen Außenläufermaschinen als allgemein industrielle Antriebsmaschinen, z.B. für Pumpenantriebe, Werkzeugmaschinen, etc.

Bei den Ausführungsformen sind sowohl die Statorwicklung als auch die Rotorwicklung mit einem weichmagnetischen Kern ausgerüstet, welcher der Verstärkung und Führung des magnetischen Flusses dient. Um die bei der Ummagnetisierung in den Kernen induzierten Ringströme gering zu halten, sind die Kern aus aufeinandergeschichteten, gegeneinander isolierten Blechen aufgebaut, die im wesentlichen parallel zu den magnetischen Feldlinien angeordnet sind. Solche geschichteten Kerne werden als "Blechpakete" bezeichnet; da das verwendete Blechmaterial üblicherweise für zu erfüllende elektrischen Funktion optimiert ist (etwa im Sinne einer hohen magnetischen Permeabilität &mgr;, einer kleinen Remanenz, einer kleinen Hysterese) spricht man auch von "Elektroblechpaket". Die einzelnen Bleche sind oberflächenisoliert, beispielsweise durch einen Isolierlack oder eine durch Glühverfahren hergestellte Oxidschicht. Bei anderen Ausführungsformen sind das Stator- und Rotorblechpaket jeweils einstückig aus Sintermetall (Elektro-Sintermetall) hergestellt, wobei durch die relativ hohen Übergangswiderstände zwischen den einzelnen gesinterten Metallteilchen Wirbelströme unterdrückt werden. Bei noch weiteren Ausführungsformen sind das Stator- und Rotorblechpaket jeweils einstückig aus Stahl hergestellt.

Bei den Ausführungsformen weist das Elektroblechpaket von Rotor und Stator Nuten auf, in denen Teile der Rotor- bzw. Statorwicklung liegen (diese Bereiche der Wicklung werden auch "Spulenseiten" genannt). Bei einigen der Ausführungsformen haben diese Nuten die Form von Taschen, die zum Luftspalt zwischen Rotor und Stator hin offen sind (genannt auch offene Nuten). Bei manchen dieser Ausführungsformen sind diese Nuten im Querschnitt zur luftspaltseitigen Öffnung hin verengt; diese werden auch halbgeschlossene Nuten genannt. Es gibt jedoch aus Ausführungsformen, bei denen die Nuten luftspaltseitig völlig geschlossen sind, also z.B. die Form von das Blechpaket durchquerenden Bohrungen haben. Bei diesen Ausführungsformen sind die Spulenseiten somit vom Blechpaket vollständig überdeckt.

Zur Vermeidung von störenden Oberwellen und Nutrastung (auch "Cogging" genannt) verlaufen bei einigen Ausführungsformen die Nuten in Stator und Rotor nicht genau parallel zueinander, sondern weisen eine Schrägung relativ zueinander auf. Bei manchen dieser Ausführungsformen verlaufen die Statornuten in Axialrichtung, die Rotornuten hingegen leicht schräg zur Axialrichtung; bei anderen Ausführungsformen ist dies umgekehrt.

Während die Statorwicklung Enden aufweist, die zur Stromzufuhr mit einer Stromquelle (z.B. dem genannten Frequenzumrichter) verbunden sind, dient die Rotorwicklung nur dazu, das Fließen der im Rotor durch Induktion hervorgerufenen Stab- und Ringströme zu ermöglichen; hierzu ist sie als Kurzschlusswicklung ausgebildet. Bei den Ausführungsformen hat sie die Form eines Käfigs, der durch zwei Ringe und diese verbindende Stäbe gebildet ist (ähnlich einem "Hamsterrad"; englische Bezeichnung auch "squirrel cage"). Die Stäbe liegen in den Nuten des Elektroblechpakets und bilden somit die o.g. Spulenseiten. Die Ringe liegen an der einen und anderen Stirnseite des Blechpakets und verbinden jeweils sämtliche an der betreffenden Stirnseite liegenden Nutstab-Enden elektrisch miteinander.

Bei den Ausführungsformen ist der Rotor mit einem Verbundguss-Verfahren hergestellt: Zunächst wird die käfigförmige Wicklung durch Gießen eines ersten Metalls höherer elektrischer Leitfähigkeit an das Rotorblechpaket gegossen. Dabei werden die Nuten des Blechpakets zur Herstellung der Nutstäbe ausgegossen, und im gleichen Giessvorgang werden die Ringe an die Stirnseiten des Blechpakets angegossen. Zu diesem Zweck wird das Rotorblechpaket in ein geeignetes Formwerkzeug eingelegt; die eigentlichen Gießform wird teils durch das Blechpaket, teils durch dieses Formwerkzeug gebildet. Und zwar bildet das Blechpaket im Bereich der Nuten die Gießform, während das Formwerkzeug im Bereich der Blechpaket-Stirnseiten und an den luftspaltseitigen Öffnungen der Nuten (soweit solche vorhanden sind) die Gießform bildet. Nach dem Erstarren des ersten Gussmetalls wird das Rotorblechpaket mit der so gegossenen Rotorwicklung aus dem Formwerkzeug genommen, womit der erste Gießvorgang im wesentlichen abgeschlossen ist.

Bei Ausführungsformen, bei denen die Ringe zur Verbesserung des Verbunds mit den Gehäuseteilen mit negativen Winkeln, Vertiefungen oder Hinterschneidungen an den Ringen ausgebildet sind, können diese negativen Winkel, Vertiefungen oder Hinterschneidungen z.B. bei Verwendung einer geeigneten öffnungsfähigen Gießform bereits bei dem Arbeitsgang des Gießens der Läuferwicklung geformt worden sein. Da derartige Formen aber relativ aufwendig sind, können die Ringe auch ohne diese negativen Winkel, Vertiefungen oder Hinterschneidungen gegossen werden; die genannten negativen Winkel, Vertiefungen oder Hinterschneidungen werden dann erst nach dem ersten Gießvorgang durch spanende Bearbeitung eingearbeitet, beispielsweise durch Fräsen, Drehen und/oder Bohren.

Bei der Herstellung wird in einem zweiten Giessvorgang wird ein Gehäuseteil – oder bei anderen Ausführungsformen, mehrere Gehäuseteile – an das Blechpaket mit der bereits gegossenen Rotorwicklung angegossen. Genauer erfolgt das Angießen des einen oder der mehreren Gehäuseteils unter anderem an den Ring oder die Ringe der Rotorwicklung. Zu diesem Zweck wird das Blechpaket mit der im ersten Giessvorgang hergestellten Rotorwicklung in eine zweite geeignete Form gelegt, die mit dem zweiten Metall ausgegossen wird.

Bei diesem Verbundguss liegt die Schmelztemperatur des ersten Metalls höher als die des zweiten Metalls. Beispielsweise liegt die Schmelztemperatur des ersten Metalls im Bereich von 900 °C bis 1200 °C, und die des zweiten Metalls im Bereich von 500 °C bis 800 °C.

Grundsätzlich braucht die Wicklung eines Kurzschlußläufers in den Nuten nicht gegen das Blechpaket isoliert zu sein. Bei einigen der Ausführungsformen bildet sich jedoch durch die relativ hohe Schmelztemperatur des ersten Metalls den Nuten an den Schnittkanten der Bleche des Blechpakets eine Oxidschicht, welche die Schnittkanten isoliert und somit verhindert, dass die geschichteten Bleche durch die Nutstäbe elektrisch kurzgeschlossen werden. Dies wirkt sich wirkungsgradmäßig günstig aus.

Durch den Verbundguss des Gehäuseteils und des oder der Ringe der Rotorwicklung entsteht zwischen Gehäuseteile und Rotorwicklung eine Kraftschlussverbindung, die auch einen thermischen Kontakt zwischen Rotorwicklung und Gehäuseteil gewährleistet. Da das zweite Metall nicht auf elektrische Leitfähigkeit optimiert zu sein braucht, ist hierfür bei einigen Ausführungsformen ein Metall gewählt, welches eine geringere Dichte und/oder eine höhere mechanische Festigkeit als das erste Metall hat. Durch die beschriebenen Verbundgusstechnik, mit der eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Rotorwicklung und einem oder mehreren Gehäuseteilen hergestellt wird, wird ein Rotor mit einerseits geringen Stromwärmeverlusten in der Rotorwicklung und andererseits geringer Masse bzw. geringem Trägheitsmoment und hoher mechanischer Festigkeit realisiert.

Bei meisten der Ausführungsformen ist zwischen der im ersten Schritt gegossenen Rotorwicklung und dem in zweiten Schritt daran angegossenen Gehäuseteil keine thermisch oder elektrisch isolierende Zwischenschicht vorhanden. Somit gewährleistet bei diesen Ausführungsformen die Kraftschlussverbindung auch einen thermischen und elektrischen Kontakt zwischen Rotorwicklung und Gehäuseteil. Die beschriebene Verbundgusstechnik ist daher auch in thermischer Hinsicht vorteilhaft, da die (aufgrund der Verwendung eines Metalles mit erhöhter Leitfähigkeit für die Statorwicklung ohnehin schon reduzierte) Verlustwärme durch Wärmeleitung in das Gehäuseteil abgeführt wird.

Aufgrund der elektrischen Verbindung zwischen Rotorwicklung und Gehäuseteil fließen die im Rotor induzierten Ströme nicht ausschließlich durch die Ringe; vielmehr fließen nach Art parallel geschalteter Widerstände Teilströme auch durch das Gehäuseteil. Strenggenommen bilden das oder die Gehäuseteile damit einen Teil der Rotorwicklung; man kann die Rotorwicklung daher auch als eine Hybridwicklung ansehen, die durch die Käfigwicklung aus dem Metall höherer elektrischer Leitfähigkeit und dem an die Ringe der Käfigwicklung angegossenen Gehäuseteil (bzw. den Gehäuseteilen) aus dem weniger leitfähigen Metall gebildet wird.

Bei einigen der Ausführungsformen sind die Rotorwicklung und das Gehäuseteil allein dadurch kraftschlüssig miteinander verbunden, dass das an die Rotorwicklung angegossene Gehäuseteil an der Oberfläche der ersten Metalls haftet. Bei anderen Ausführungsformen sind für den Verbund zwischen Rotorwicklung und Gehäuseteil an dem Ring der Rotorwicklung ein oder mehrere negative Winkel, Vertiefungen oder Hinterschneidungen ausgebildet. Hierdurch kommt es – neben der genannten Oberflächenhaftung – zu einem Formschluß zwischen der Rotorwicklung und dem angegossenen Gehäuseteil.

Bei einigen der Ausführungsformen wird an jeder der beiden Stirnseiten des Rotors ein gesondertes Gehäuseteil an den jeweiligen Ring der Rotorwicklung angegossen. Bei anderen Ausführungsformen wird hingegen an beide Ringe ein zusammenhängendes, das Elektroblechpaket umgreifendes Gehäuseteil an die beiden Ringe der Rotorwicklung angegossen. Bei solchen Ausführungsformen mit das Elektroblechpaket umgreifendem Gehäuseteil wird bereits allein durch das Eingießen der Ringe eine Formschlussverbindung erzielt, ohne dass hierfür die o.g. Maßnahmen, wie das Vorsehen von negativen Winkeln, Vertiefungen oder Hinterschneidungen ergriffen werden müßten; gleichwohl können diese zusätzlich vorgesehen werden.

Bei einigen der Ausführungsformen handelt es sich bei dem ersten Metall um Kupfer oder eine Kupferlegierung. Bei diesen und weiteren Ausführungsformen handelt es sich bei dem zweiten Metall um Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Titan, eine Titanlegierung, Stahl oder Gusseisen. Unter Kupfer-, Aluminium-, und Titanlegierung werden hier Legierungen verstanden, deren Hauptbestandteil Kupfer, Aluminium bzw. Titan ist; "Hauptbestandteil" ist derjenige Bestandteil, der atomzahlmässig relativ am häufigsten in der Legierung enthalten ist. Wie bereits oben erwähnt wurde, hat das zweite Metall bei den meisten der Ausführungsformen eine geringer Dichte und größere mechanische Festigkeit als das erste Metall.

Bei einigen der Ausführungsformen weist das Gehäuseteil oder – bei mehreren Gehäuseteilen – eines oder mehrere der Gehäuseteile Befestigungselemente für Anbauten auf. Die Befestigungselemente sind aus dem zweiten Metall gefertigt und sind einstückig mit dem Gehäuseteil durch gemeinsames Gießen mit diesem hergestellt.

Bei einigen dieser Ausführungsformen sind an dem Gehäuseteil oder den Befestigungselementen Lüfterflügel befestigt. Bei manchen Ausführungsformen sind diese Lüfterflügel aus Kunststoff gefertigt. Kunststoffe sind organische Werkstoffen, mit Hauptbestandteil Kohlenstoff und zusätzlichen Bestandteilen wie Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel, Chlor, Fluor und/oder Silizium, etc. Die Elemente sind zu großen kettenförmigen oder netzartigen Molekülen zusammengeschlossen, die auch Makromoleküle genannt werden. Bei den Ausführungsformen finden für die Lüfterflügel Thermoplaste oder Duroplaste Anwendung, z.B. Thermoplaste wie Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polyamide (PA, z.B. Nylon, Perlon, Dralon), Polycarbonate (PC), Polycarbonate (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polymethylmethacrylat (PMMA); oder z.B. Duroplate wie Polyurethane (PUR), Phenolharze, Harnstoff- und Melaminharze, Polyesterharze, Epoxidharze, Silikone. Daneben können sog. Technische Kunststoffe Verwendung finden, wie z.B. Polyaryletherketone (PAEK), Polyimide (PI) oder Polyphenylensulfid (PPS).

Bei anderen Ausführungsformen sind die Lüfterflügel hingegen – wie das Gehäuseteil – aus dem zweiten oder einem anderen Metall gefertigt. Bei manchen Ausführungsformen sind die Lüfterflügel einstückig mit dem Gehäuseteil durch gemeinsames Gießen mit diesem aus dem zweiten Metall hergestellt.

Nun zurückkehrend zu 1, zeigt diese eine perspektivische Ansicht einer teilweise aufgeschnittenen Außenläufer-Asynchronmaschine 1 mit einem Stator 2 und einem Rotor 3. Bei der Ansicht von 1 ist ungefähr ein 90°-Sektorherausgeschnitten; dabei liegt die in 1 vertikal dargestellte Schnittebene jeweils in einer Nut von Stator 2 und Rotor 3, während die horizontal dargestellte Schnittebene zwischen zwei Nuten von Stator 2 und Rotor 3 liegt.

Der Stator 2 ist aus einem Anbauflansch 4, einer Lagerhülse 5 und einem Statorblechpaket 6 mit der Statorwicklung 7 aufgebaut. Alle diese genannten Teile sind miteinander verbunden und sind bei üblicher Befestigung der Maschine 1 feststehend. Der Anbauflansch 4 erstreckt sich im wesentlichen in einer Radialebene der Maschine 1; er dient u.a. der Befestigung der Maschine 1, z.B. an einer Halterung. Hierfür ist er z.B. mit Befestigungslöchern 8 ausgerüstet; außerdem weist er einen Durchgang 9 für ein Anschlusskabel für die Speisung (z.B. zum Netz oder einem Frequenzumrichter) auf. Die Lagerhülse 5 ist drehfest mit dem Anbauflansch 4 verbunden und erstreckt sich in Axialrichtung der elektrischen Maschine 1. Sie weist im Inneren zwei Abstufungen 10 auf, welche jeweils als Anschlag für ein Lager 11 dienen. Das Statorblechpaket 6 ist außen an der Lagerhülse 5 befestigt. Es ist aus einzelnen, gegeneinander isolierten Blechelementen 12 aufgebaut, die jeweils in Radialebenen liegen und in Axialrichtung geschichtet sind. Insgesamt hat das Statorblechpaket 6 somit die Form eines Hohlzylinders. An seinem Außenumfang weist das Statorblechpaket 6 eine Reihe von gleichmäßig beabstandeten Nuten 13 auf, die sich in Radial- und Axialrichtung erstrecken. Die Statorwicklung 7 durchläuft einerseits die Nuten 13, wobei die entsprechenden Wicklungsabschnitte die sog. Spulenseiten 14 bilden. Andererseits weist die Statorwicklung 7 Verbindungen dieser Spulenseiten 14 auf, die außen an beiden Stirnseiten des Statorblechpakets 6 geführt sind, und sog. Verbindungsköpfe 15 (auch "Wickelköpfe" genannt) bilden. Entsprechend zeigt die vertikale Schnittebene in 1 einen Schnitt durch die in einer Nut 13 liegenden Spulenseiten 14 und einen Schnitt durch die Verbindungköpfe 15, wohingegen die waagrecht dargestellte Schnittebene nur das aufgeschnittenen Statorblechpaket 6 mit den stirnseitig verlaufenden Verbindungsköpfen 15 zeigt. Die Nuten 13 sind nach außen offen. Die Außenseite des Statorblechpakets 6 bildet die innere Begrenzung des Luftspalts 16 zum Rotor 3. Durch Speisung der feststehenden Statorwicklung 7 mit Mehrphasen-Wechselstrom geeigneter Amplitude, Frequenz und Phase wird im Statorblechpaket 6 ein den Luftspalt durchdringendes magnetisches Drehfeld erzeugt.

Der Rotor 3 ist aus einer Achse 17, einem glockenartigen ersten Gehäuseteil 18, einem Rotorblechpaket 19 mit Käfigwicklung 20 und einem zweiten Gehäuseteil 21 mit einem Befestigungsflansch 22 aufgebaut. Alle diese genannten Teile sind miteinander verbunden und sind gemeinsam relativ zum Stator 2 drehbar. Die Achse 17 ist mit den beiden Lagern 11 in der Lagerhülse 5 gelagert. An dem dem Anbauflansch 4 abgewandten Ende der Achse 17 weist diese einen Achsstummel 23 auf, welcher das erste Gehäuseteil 18 trägt. Dieses umgreift den Stator 2 an der dem Anbauflansch 4 abgewandten Seite der Maschine 1. An seinem äußeren Rand ist das erste Gehäuseteil 18 mit dem Rotorblechpaket 19 samt Käfigwicklung 20 verbunden, und zwar an der dem Anbauflansch 4 abgewandten Stirnseite des Rotorblechpakets 19. Das zweite Gehäuseteil 21 ist mit dem Rotorblechpaket 19 und der Käfigwicklung 20 an der anderen Stirnseite des Rotorblechpakets 19 (also der dem Anbauflansch 4 zugewandten Stirnseite) verbunden. Der Befestigungsflansch 22 ist mit Befestigungslöchern 24 versehen, die beispielsweise der Befestigung von Lüfterflügeln aus Metall oder Kunststoff dienen. Der zum Anbauflansch 4 gerichtete Rand des zweiten Gehäuseteils 21 bildet einen Teil einer Labyrinthdichtung 25. Der Anbauflansch 4 bildet einen Aufnahmetopf 26, der an seinem Rand komplementär zum Rand des zweiten Gehäuseteils 21 ausgebildet ist und damit den zweiten Teil der Labyrinthdichtung 25 bildet.

Das Rotorblechpaket 19 ist – wie das Statorblechpaket 6 – aus einzelnen, gegeneinander isolierten Blechelementen 27 aufgebaut, die in Radialebenen liegen und in Axialrichtung geschichtet sind. Es hat insgesamt eine hohlzylinderische Form. Das Rotorblechpaket 19 weist nach innen, zum Luftspalt 16 hin offene Nuten 28 auf, welche im wesentlichen in Axialrichtung verlaufen, zur Vermeidung von Nutrastung jedoch nicht streng axial, sondern leicht schräg zur Axialrichtung angeordnet sind. Die Käfigwicklung 20 wird durch in den Nuten 24 liegende Nutstäbe 29 sowie je einen Verbindungsring 30, 31 an den beiden Stirnseiten des Rotorblechpakets 19 gebildet. Die Verbindungsringe 30, 31 verbinden jeweils alle auf einer Stirnseite liegenden Enden der Nutstäbe 29 untereinander. Wie schon im Zusammenhang mit dem Statorblechpaket 6 und der Statorwicklung 7 erläutert wurde, zeigt die vertikale Schnittebene in 1 einen Schnitt durch einen Nutstab 29 samt den beiden stirnseitig liegenden Verbindungsringen 30, 31, wohingegen die horizontale Schnittebene zwischen zwei Nuten 28 liegt, also nur einen Schnitt des Rotorblechpakets 19 und der beiden Verbindungsringe 30, 31 zeigt. Das von den Strömen der Statorwicklung 7 hervorgerufenen magnetische Drehfeld induziert in der Käfigwicklung 20 Spannungen, die zu Strömen in den Nutstäben 29 und den Verbindungsringen 30, 31 führen. Die Ströme in den Nutstäben 29 koppeln drehmomentmäßig an das magnetische Drehfeld.

Die Verbindungsringe 30, 31 haben im wesentlichen eine kegelstumpfförmige Querschnittsform. Die Gehäuseteile 18, 21 umgreifen die Kegelflanken der Nutstäbe 29 beidseitig, also innen und außen. Bei manchen Ausführungsformen wird eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den Gehäuseteilen 18, 21 und den Verbindungsringen 30, 31 im wesentlichen allein durch Oberflächenanhaftung erzielt (dies ist in 1 beispielhaft an dem zum Anbauflansch 4 gerichteten Ring 31 gezeigt). Bei anderen Ausführungsformen sind die Verbindungsringe zusätzlich mit Hinterschneidungen 32 versehen, in welche die Gehäuseteile 18, 21 eingreifen (dies ist in 1 bei dem dem Anbauflansch 4 abgewandten Verbindungsring 30 dargestellt).

Die Gehäuseteile 18, 21 brauchen nicht etwa auf dem Bereich der Stirnseiten des Rotorblechpakets 19 beschränkt zu sein; sie können vielmehr auch den Rücken 33 des Rotorblechpakets 19 ganz oder teilweise umschließen. Beispielsweise umgreift bei dem Ausführungsbeispiel von 1 der Befestigungsflansch 22 teilweise den Rücken 33. Der restliche Teil des Rückens 33 ist bei diesem Ausführungsbeispiel nicht von einem Gehäuseteil überdeckt; das Rotorblechpaket 19 hat somit bei diesem Ausführungsbeispiel eine tragende Funktion. Bei anderen Ausführungsbeispielen (5) ist jedoch ein einziges durchgehendes Gehäuseteil vorgesehen, welches den Rücken 33 vollständig überdeckt und an beiden Stirnseiten des Rotorblechpakets 19 mit den Verbindungsringen 30, 31 verbunden ist; bei diesen Ausführungsformen braucht das Rotorblechpaket 19 keine tragende Funktion zu haben.

Bei der Herstellung des Rotors 3 wird zunächst die Käfigwicklung 20 aus einem ersten Metall höherer Leitfähigkeit z.B. Kupfer oder Kupferlegierung in bzw. an das Rotorblechpaket 19 gegossen. Die Nutstäbe 29 werden dabei durch Ausgießen der Nuten 28 des Rotorblechpakets 19 geformt; die Verbindungsringe 30, 31 werden im selben Gießschritt einstückig mit den Nutstäben 29 gegossen. Nach Erstarren des ersten Metalls werden in einem zweiten Schritt die Gehäuseteile 18, 21 aus einem zweiten Metall geringerer Leitfähigkeit z.B. Aluminium oder Aluminiumlegierung, an das Rotorblechpaket 19 mit der bereits gegossenen Käfigwicklung 20 im Bereich der Verbindungsringe 30, 31 angegossen. Hierdurch wird ein kraftschlüssiger Verbund zwischen der Käfigwicklung 20 und den Gehäuseteilen 18, 21 hergestellt, wodurch die Käfigwicklung 20 nicht nur zusätzliche mechanische Festigkeit erhält, sondern auch durch Wärmeleitung gekühlt wird; die Gehäuseteile 18, 21 nehmen auch einen Teil des Stromflusses zwischen den Nutstäben 29 auf.

2 ist eine perspektivische Ansicht der in 1 enthaltenen, aus dem ersten Metall gegossenen Käfigwicklung 20, ohne die übrigen in 1 gezeigten Teile. Wie 2 zeigt, hat die Wicklung 20 die Form eines zylindrischen Käfigs, bei dem die Nutstäbe 29 auf dem Zylindermantel liegen, und die Verbindungsringe 30, 31 die äußeren Ränder der Zylinder-Deckflächen bilden. In 2 sind auch die mit "A1" und "A2" bezeichneten Schnittebenen von 1 dargestellt.

3 zeigt die Käfigwicklung 20 von 2, nun als Schnittdarstellung mit in 2 gezeigten Schnittebenen A1 und A2. In 3 ist auch – wie in 1 – an einem der beiden Verbindungsringe eine Hinterschneidung 32 gezeigt.

4 zeigt eine Schnittdarstellung der Käfigwicklung 20 ähnlich 3, wobei jedoch zusätzlich die an die Verbindungsringe 30, 31 angegossenen Gehäuseteile 18 und 21 aus dem zweiten Metall dargestellt sind. Die Gehäuseteile 18, 21 entsprechen im wesentlichen denjenigen von 1; allerdings umgreifen bei der Ausführungsform von 4 die Gehäuseteile 18 und 21 jeweils einen Teil des Rotorblechpakets (welches in 4 zwecks besserer Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet ist).

5 zeigt eine andere Ausführungsform in einer Ansicht ähnlich 4. Diese weist statt zweier gesonderter Gehäuseteile ein zusammenhängendes durchgehendes Gehäuseteil aus dem zweiten Metall auf, welches mit "18/21" bezeichnet ist. Es übergreift das (wiederum nicht eingezeichnete) Rotorblechpaket auf dessen gesamter Länge, und ist an beiden Stirnseiten des Rotorblechpakets mit den Verbindungsringen 30, 31 verbunden.

6 zeigt einen Lüfter 35, der mit einer Asynchron-Außenläufermaschine 1 als Antriebsmotor ausgerüstet ist. Die Maschine 1 entspricht im wesentlichen der in 1 gezeigten Maschine, und zwar in der in 5 veranschaulichten Bauweise mit einem zusammenhängenden, den Rücken des Rotorblechpakets vollständig überdeckenden Gehäuseteil 18/21 ähnlich 5. Der Lüfter 34 weist Lüfterflügel 35 auf, welche aus dem zweiten Metall einstückig mit dem Gehäuseteil 18/21 gefertigt sind; und zwar sind die Lüfterflügel 35 gemeinsam mit dem Gehäuseteil 18/21 an das Rotorblechpaket mit der bereits gegossenen Käfigwicklung angegossen. Der in 1 und 5 gezeigte Befestigungsflansch 22 entfällt daher bei dieser Ausführungsform. Im übrigen ist in 6 ein vor dem Anbauflansch 4 liegender Installationskasten 36 dargestellt. Bei der in 6 gezeigten Ausführungsform handelt es sich um einen Axiallüfter; anderen Ausführungsformen sind beispielsweise Radiallüfter mit entsprechend geformten Lüfterschaufeln.

7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Axiallüfters ähnlich 6, bei dem jedoch die Lüfterflügel 35 als gesonderte Teile an dem Gehäuseteil 18/21 befestigt, z.B. mit einer Schraub- oder Nietverbindung. Statt des in den 1 und 5 gezeigten Befestigungsflansches sind hierfür an dem durchgehenden Gehäuseteil 18/21 Befestigungsstummel 22' vorgesehen. Diese sind wiederum durch gemeinsames Gießen mit dem Gehäuseteil 18/21 aus dem zweiten Metall gefertigt. Die Lüfterflügel 35 sind bei einigen Ausführungsformen aus Kunststoff gefertigt, bei anderen aus Metall, wobei es sich um das zweite Metall oder ein anderes Metall handeln kann.

8 zeigt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zur Herstellung der in den 1, 37 gezeigten Läufer. Im Schritt S1 wird das Rotorblechpaket in eine erste Gießform eingelegt, die der äußeren Kontur der Käfigwicklung entspricht. In Schritt S2 werden die Nuten des Rotorblechpakets und die erste Form mit dem ersten Metall höherer elektrischer Leitfähigkeit bei einer höheren Temperatur (z.B. im Bereich von 900°C bis 1200°C) ausgegossen. Damit ist die in bzw. an das Rotorblechpaket gegossene Käfigwicklung hergestellt.

Bei Ausführungsformen, bei denen die Ringe zur Verbesserung des Verbunds mit den Gehäuseteilen mit negativen Winkeln, Vertiefungen oder Hinterschneidungen an den Ringen auszubilden sind, können diese negativen Winkel, Vertiefungen oder Hinterschneidungen z.B. bei Verwendung einer geeigneten öffnungsfähigen Gießform bereits bei den Schritten S1 und S2 geformt werden. Bei anderen Ausführungsformen werden die genannten negativen Winkel, Vertiefungen oder Hinterschneidungen jedoch nach dem Schritt S2 durch spanende Bearbeitung eingearbeitet, beispielsweise durch Fräsen, Drehen und/oder Bohren.

Der folgende Schritt S3 kann sogleich nach Erstarren des ersten Metall (und der ggf. vorgenommenen spanenden Bearbeitung der Ringe) folgen, kann jedoch auch unabhängig nach einem längeren Zeitintervall und in einer anderen Gießerei vorgenommen werden. Bei diesem Schritt wird das Rotorblechpaket mit der gegossenen Käfigwicklung in eine zweite Form eingelegt, die der äußeren Kontur des Rotorgehäuses, ggf. mit Lüfterflügeln entspricht. In Schritt S4 wird die zweite Form mit dem zweiten Metall niedrigerer elektrischer Leitfähigkeit bei niedrigerer Temperatur (z.B. im Bereich von 500°C bis 800°C) ausgegossen. Damit sind die Käfigwicklung und das oder die Gehäuseteile (ggf. zusammen mit den Lüfterflügeln) aus den beiden unterschiedlich leitfähigen Metallen im Verbundguß hergestellt.

Die beschriebenen Ausführungsformen stellen somit Außenläufer-Asynchronmaschinen bereit, welche im Hinblick auf die weltweiten Energieeinsparungsbestrebungen wirkungsgradmäßig vorteilhaft sind und dabei mit relativ geringem Aufwand herstellbar sind.


Anspruch[de]
  1. Elektrische Asynchronmaschine (1), umfassend:

    einen innenliegenden Stator (2);

    einen außenliegenden Rotor (3) mit einem Elektroblechpaket (19), einer Rotorwicklung (20) und wenigstens einem Gehäuseteil (18, 21);

    wobei das Elektroblechpaket (19) Nuten (28) aufweist, die Rotorwicklung (20) die Form eines Käfigs hat, der durch Ringe (30, 31) und diese verbindende, in den Nuten (28) des Elektroblechpakets (19) liegende Stäbe (29) gebildet ist, und das Gehäuseteil (18, 21) einen Verbund mit der Rotorwicklung (20) bildet;

    wobei die Rotorwicklung (20) und das Gehäuseteil (18, 21) aus zwei verschiedenen Metallen hergestellt sind, und zwar die Rotorwicklung (201 aus einem ersten Metall höherer elektrischer Leitfähigkeit und das Gehäuseteil (18, 21) aus einem zweiten Metall geringerer elektrischer Leitfähigkeit; und

    wobei der Rotor (3) dadurch hergestellt ist, dass zunächst die käfigförmige Wicklung (20) aus dem ersten Metall an das Elektroblechpaket (19) gegossen wird und dass dann das Gehäuseteil (18, 21) aus dem zweiten Metall an den Ring (30, 31) oder die Ringe (30, 31) und das Elektroblechpaket (19) gegossen wird.
  2. Asynchronmaschine nach Anspruch 1, wobei das erste Metall Kupfer oder eine Kupferlegierung ist.
  3. Asynchronmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zweite Metall Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Titan, eine Titanlegierung, Stahl oder Gusseisen ist.
  4. Asynchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Rotorwicklung (20) zwei Ringe (30, 31) aufweist, und an jedem der Ringe (30, 31) ein gesondertes Gehäuseteil (18, 21) in Verbund mit dem jeweiligen Ring (30, 31) angeordnet ist.
  5. Asynchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Rotorwicklung (20) zwei Ringe (30, 31) aufweist, und ein das Elektroblechpaket (19) umgreifendes Gehäuseteil (18, 21) vorgesehen ist, welches in Verbund mit beiden Ringen (30, 31) angeordnet ist.
  6. Asynchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Gehäuseteil (18, 21), oder eines der Gehäuseteile (18, 21), Lüfterflügel (35) aus dem zweiten Metall aufweist, welche einstückig mit dem Gehäuseteil (18, 21) sind und durch gemeinsames Gießen mit dem Gehäuseteil (18, 21) hergestellt sind.
  7. Asynchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Gehäuseteil (18, 21), oder eines der Gehäuseteile (18, 21), Befestigungselemente (22, 22') für Anbauten aufweist, wobei die Befestigungselemente (22, 22') einstückig mit dem Gehäuseteil (18, 21) aus dem zweiten Metall durch gemeinsames Gießen mit dem Gehäuseteil (18, 21) hergestellt sind.
  8. Asynchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 7, wobei an dem Gehäuseteil (18, 21), oder einem der Gehäuseteile (18, 21), oder den Befestigungselementen (22, 22') Lüfterflügel (35) aus Kunststoff oder Metall befestigt sind.
  9. Asynchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zwischen der Rotorwicklung (20) und dem Gehäuseteil (18, 21) eine Kraftschlußverbindung besteht, die auch einen thermischen Kontakt zwischen Rotorwicklung (20) und Gehäuseteil (18, 21) gewährleistet.
  10. Asynchronmaschine nach Anspruch 9, wobei die Rotorwicklung (20) und das Gehäuseteil (18, 21) nicht gegeneinander isoliert sind, und somit elektrisch verbunden sind.
  11. Asynchronmaschine nach Anspruch 9 oder 10, bei welcher für den Verbund zwischen Rotorwicklung (20) und Gehäuseteil (18, 21) an dem Ring (30, 31) ein oder mehrere negative Winkel, Vertiefungen oder Hinterschneidungen (32) ausgebildet sind.
  12. Asynchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welcher der Rotor (3) mit Reluktanzfunktion aufgebaut ist.
  13. Asynchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welcher der Rotor (3) mit zusätzlichen Dauermagneten ausgerüstet ist.
  14. Asynchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei welcher die Elektroblechelemente aus Elektro-Sintermetall oder Stahl hergestellt sind.
  15. Asynchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, welche so ausgebildet ist, dass sie als Generator arbeiten kann.
  16. Asynchronmaschine nach Anspruch 15, welche als Windkraft-Generator ausgebildet ist.
  17. Lüfter mit einer Asynchronmaschine (1) als Antriebsmotor, umfassend:

    einen innenliegenden Stator (2);

    einen außenliegenden Rotor (3) mit einem Elektroblechpaket (19), einer Rotorwicklung (20) und wenigstens einem Gehäuseteil (18, 21);

    wobei das Elektroblechpaket (19) Nuten (28) aufweist, die Rotorwicklung (20) die Form eines Käfigs hat, der durch Ringe (30, 31) und diese verbindende, in den Nuten (28) des Elektroblechpakets (19) liegende Stäbe (29) gebildet ist, und das Gehäuseteil (18, 21) einen Verbund mit der Rotorwicklung (20) bildet;

    wobei die Rotorwicklung (20) und das Gehäuseteil (18, 21) aus zwei verschiedenen Metallen hergestellt sind, und zwar die Rotorwicklung (20) aus einem ersten Metall höherer elektrischer Leitfähigkeit und das Gehäuseteil (18, 21) aus einem zweiten Metall geringerer elektrischer Leitfähigkeit;

    wobei der Rotor (3) dadurch hergestellt ist, dass zunächst die käfigförmige Wicklung (20) aus dem ersten Metall gegossen an das Elektroblechpaket (19) wird und dass dann das Gehäuseteil (18, 21) aus dem zweiten Metall an den Ring (30, 31) oder die Ringe (30, 31) und das Elektroblechpaket (19) gegossen wird, und

    wobei an dem Gehäuseteil (18, 21) Lüfterflügel (35) angeordnet sind.
  18. Lüfter nach Anspruch 17, wobei die Lüfterflügel (35) einstückig mit dem Gehäuseteil (18, 21) sind und aus dem zweiten Metall durch gemeinsames Gießen mit dem Gehäuseteil (18, 21) hergestellt sind.
  19. Lüfter nach Anspruch 17, wobei das Gehäuseteil (18, 21 ), oder eines der Gehäuseteile (18, 21), Befestigungselemente (22, 22') für die Lüfterflügel (35) aus dem zweiten Metall aufweist, welche einstückig mit dem Gehäuseteil (18, 21) sind und durch gemeinsames Gießen mit dem Gehäuseteil (18, 21) hergestellt sind.
  20. Lüfter nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Lüfterflügel (35) aus Kunststoff oder Metall gefertigt sind und an dem an dem Gehäuseteil (18, 21), oder einem der Gehäuseteile (18, 21), oder den Befestigungselementen (22, 22') befestigt sind.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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