Kurzschlussläufer/ Käfigläufer

Allgemeines:

Der Kurzschlussläufer gehört zu den Asynchronmotoren. Er wird auch Käfigläufer genannt. Der Name kommt von der Bauform des Rotors. Kurzschlussläufer besitzen einen im Blechpaket dauernd kurzgeschlossenen Käfig. Dieser Käfig besteht aus massiven Windungen (Kupfer, Messing oder Bronze).

Der Kurzschlussläufer wurde 1889 von Michail Ossipowitsch Doliwo-Dobrowolski entwickelt. Anfang 1890 wurden bei AEG (Allgemeine Elektrizitäts Gesellschaft) die ersten Kurzschlussläufer gebaut und in Asynchron-Maschinen verbaut.

Aufbau:

Der Kurzschlussläufer ist einfach aufgebaut. Er besteht aus einem Eisenblechpaket in dem Metallstäbe aus einem anderem Material (z.B. Kupfer, Messing oder Bronze) eingelassen sind. Das Eisenblechpaket besteht aus vielen dünnen, gegeneinander isolierten Blechen, in denen Löcher für die Metallstäbe sind.
Die einzelnen Läuferstäbe werden an den beiden Enden durch Lötverbindungen untereinander kurzgeschlossen. Die Läuferstäbe haben in der Regel eine zylinderähnliche, runde Form. Deswegen wird in diesem Zusammenhang auch oft vom „Rundstabläufer“ gesprochen. Die Stäbe liegen beim Rundstabläufer nicht so tief im Läufereisen, wie bei anderen Bauformen.

Die Stäbe liegen in der Regel etwas schräg im Eisenpaket. Diese Schräglage wird auch als „geschränkt“ bezeichnet. Es gibt Läufer in einfacher und doppelt geschränkter Form. Die doppelt geschränkte Form wird auch als Staffelläufer bezeichnet. Durch das Schränken werden verschiedene Störwerte des Motors (z.B. Nutenpfeifen, inhomogenes Drehmoment, magnetische Wirbelungen, Rüttelkräfte, Bremswirkungen und ähnliche) vermindert.

Vereinfachte Darstellung Einfach Geschränkt	Vereinfachte Darstellung Doppelt Geschränkt

Funktionsweise:

Wenn an den Stator eine Drehspannung angelegt wird, erzeugen die Stator-Spulen ein magnetisches Drehfeld. Dieses Drehfeld induziert im Läufer eine Spannung in den Metallstäben des Rotors. In den Stäben fließen Läuferstöme, weil diese an den Enden kurzgeschlossen sind. Diese Ströme erzeugen ebenfalls ein magnetisches Drehfeld. Das Drehfeld des Rotors versucht dem Drehfeld des Stators zu folgen. Infolge dessen entsteht eine Drehbewegung im Rotor.

Dieses Modell des Motors soll die prinzipielle Funktionsweise eines Käfigläufers verdeutlichen, dabei müssen mindestens drei Spulen vorhanden sein um ein Drehfeld zu erzeugen.

Das Diagramm zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannungen an den drei Erregerspulenpulen. Die Magnetfelder der Spulen verhalten sich proportional zu den Spannungen. Durch die periodische Änderung der drei Magnetfelder, mit einer Phasenverschiebung von je 120° entsteht ein Drehfeld.

Eine Spannung wird nur erzeugt, wenn das Magnetfeld des Stators und das Magnetfeld des Rotors unterschiedlich sind. Sind die Felder gleich, fällt der Rotor in der Drehung zurück.
Demnach tritt der Effekt auf, dass der Rotor sich etwas langsamer dreht (z.B. 2850 U/min) als das Statormagnetfeld (3000 U/min). Man nennt diesen Effekt „Schlupf“. Von dieser Eigenschaft kommt auch der Name des Asynchronmotors, da der Läufer nicht völlig synchron mit dem Statormagentfeld mitläuft. (Weitere Informationen zu Drehzahlen und Schlupf)

Einsatzgebiete:

Der Kurzschlussläufer wird für verschiedenste Zwecke eingesetzt:
Flurförderfahrzeuge, Ventilatoren, Pumpen, Kompressoren, Pressanlage, Werkzeugmaschinen, Antriebe Elektro- und Hybrid-Fahrzeuge