CH393504A - Wickelkopfhalterung für eine Statorwicklung einer dynamoelektrischen Maschine - Google Patents

Description

      Wickelkopfhalterung    für eine     Statorwicklung    einer     dynamoelektrischen        Maschine       Die     Erfindung    betrifft eine     Wickelkopfhalterung          für    eine     Statorwicklung    einer dynamoelektrischen  Maschine, insbesondere für Grossgeneratoren.  



  Bei der     Konstruktion    einer Halterung für die  isolierten Ankerstäbe im Bereich der Stirnseiten des       Stators,    wo die Leiter ausserhalb der Nuten verlaufen  und den sogenannten Wickelkopf bilden, sind vieler  lei Gesichtspunkte zu berücksichtigen. Das Problem  ist wieder aktuell geworden mit der vermehrten Ver  wendung von starren, warmhärtenden Isoliermateria  lien für die Leiterstäbe, welche Materialien gegenüber  den     Befestigungsmitteln    für die Leiter nicht genügend  nachgiebig sind, wie dies bei früher üblichen Isolier  materialien, wie beispielsweise Asphalt, der Fall war.  



  Auf die Leiter der     Statorwicklung,    sowohl auf die  in den Nuten verlaufenden     Abschnitte    wie auch auf  die ausserhalb der Nuten geführten,     bogenförmigen     Partien, wirken im Betrieb Kräfte verschiedener Art  von beträchtlichem Ausmass ein. Einerseits können  bei einem Grossgenerator magnetische Kräfte zwi  schen den Leitern entstehen, welche auf unsymmetri  sche Belastung oder     Kurzschlussbedingungen    zurück  zuführen sind.

   Ferner bewirken die Kupferverluste  in den Leitern eine starke Erhitzung derselben, welche  selbst bei wirksamer Gas- oder Flüssigkeitskühlung  eine thermische Expansion und Kontraktion der Stäbe       bezüglich    der     Statornuten    zur Folge hat, wodurch  die stirnseitigen, gebogenen Endteile der Leiter     be-          züglich    der     Stator-Mittelebene    axial verschoben wer  den.  



  Der Zweck der Erfindung besteht in der Schaf  fung einer Halterung für den Wickelkopf einer     Stator-          wicklung,    welche Halterung die Leiter in geeigneter  Weise abstützt und dabei eine gewisse     Axialbewegung,     derselben zulässt.

   Die     erfindungsgemässe    Halterung    geht aus von einer Anordnung, bei welcher schräg  zur     Statorachse    verlaufende Leiterstücke des Wickel  kopfes und     isolierende    Zwischenlagen     bezüglich    des       Statorkernes    verschiebbar gelagert und mittels etwa  senkrecht zu den Leiterstücken verlaufender Spann  glieder     zwischen    radial versetzte     Halterungsorgane     eingespannt     sind.    Die     Wickelkopfhalterung    nach der  Erfindung ist dadurch     gekennzeichnet,    dass die aus  den     Halterungsorganen,

      den     Spanngliedern    und     den.     aus einem nachgiebigen, durch Wärmeeinwirkung  gehärteten Kunststoff bestehenden Zwischenlagen  gebildete     Wickelkopfanordnung    über Sockel, die mit  dem     Statorkern    fest verbunden sind, ,abgestützt und  unabhängig von den     Spanngliedern    in     axialer    Rich  tung frei     verschiebbar    gelagert ist.  



  Nachstehend wird anhand der     Zeichnung    ein       Ausführungsbeispiel    der     Erfindung    näher beschrieben.       Fig.    1 ist eine perspektivische Teilansicht einer  unten liegenden Stirnpartie des     Stators,    aus welcher       die    Lage der Leiterstäbe bezüglich des     Statorkerns          ersichtlich    ist,       Fig.    2 ist ein teilweise radial geschnittener     Aufriss     der gleichen     Partie,

      und       Fig.    3 ist eine     auseinandergezogene    Darstellung  eines     Halterungsorgans    mit den Teilen zu deren Be  festigung am     Stator.     



  In     Fig.    1 ist     ein    Teil des     Statorkemes    1     mit    dem  über den ganzen     Umfang.    verlaufenden     stirnseitigen          Flanschring    2 sichtbar. Der Rotor (nicht dargestellt)  dreht sich in der     Statorbohrung    3 am oberen Rand  der     Fig.    1.

   Wie üblich, stützen und     umschliessen    die  tragenden Teile des     Stators,        wie    beispielsweise der       Flanschring    2 und andere (nicht dargestellte) Teile  eine     Vielzahl    genuteter     Statorlamellen,    welche die       Statorbohrung    bilden und in deren Nuten die betref-           fenden    Abschnitte der oberen     Nutenstäbe    4 und  unteren     Nutenstäbe    5 verlaufen.

   An den Stellen, wo  die oberen Stäbe 4 die Nuten verlassen, biegen sie  sowohl in     Umfangsrichtung    als auch radial ab und  verlaufen in einem Bogen 4a     (Fig.    1). Auch die un  teren Stäbe 5 verlaufen radial nach aussen, jedoch in  entgegengesetzter Umfangsrichtung wie die Bogen 4a,       wie    bei 5a in     Fig.    1     ersichtlich.    Die Partien 4a und 5a  verlaufen somit windschief zur     Statorachse,    wie an  hand der     Fig.    1 erkennbar ist.

   In     Fig.    1 sind die       Stababschnitte    4a und 5a in die Zeichenebene     ver-          schwenkt    gezeichnet, doch kreuzen sie natürlich in       Wirklichkeit    einander in entgegengesetzter Umfangs  richtung. Die Abschnitte 4a und 5a verlaufen in  einem Bogen, wobei sie eine     Kegelstampf-Fläche          tangential        berühren,    die als     Rötationsfläche    um die       Statorachse    besteht.

   In     Fig.    2 ist auch ein Teil des  Rotors 6 dargestellt, welcher in der     Statorbohrung    3       rotiert.     



       Ein    oberer     Nutenstab    auf der einen Seite des       Statorumfanges    ist jeweils mit einem ungefähr gegen  überliegenden unteren     Nutenstab    verbunden, wobei  die Verbindung durch eine      Serieschleife     8 herge  stellt     wird.    Es ist zu betonen, dass die Schleife 8  nicht zwei aus der gleichen Nut austretende Leiter       miteinander    verbindet, sondern in     Fig.    2     lediglich    in       die    Zeichenebene geschwenkt dargestellt ist, um den  richtigen radialen Verlauf der Abschnitte 4a und 5a  zu zeigen.  



  An verschiedenen Stellen des     Umfangs    wird die  Leistung aus der Ankerwicklung über flexible Leiter  9 nach     Sammelringen    abgeleitet, die über den ganzen  Umfang verlaufen und deren einer mit 9a bezeichnet  ist. Die     Sammelringe    9a sind ihrerseits mit den Hoch       spannungs-Ausgangsklemmen    des Generators verbun  den (nicht dargestellt).  



  Die tragenden Teile für die Sammelringe 9a sind  gesamthaft     mit    10 bezeichnet. Mehrere Trageinheiten  10 für die     Sammelringe    sind über den     Umfang    des       Stators    verteilt und am     Flanschring    2 bzw. an von  diesem abstehenden Rippen 2a befestigt, beispiels  weise angeschraubt oder angeschweisst.  



  Jede Trageinheit 10 geht von einem Winkel 10a  aus, an dessen Unterseite ein axial verlaufender Un  terseil     10b    festgeschraubt ist. Ein oberes Winkelstück  10c liegt     mit    dem kurzen     Arm    10d an der Seite des  Winkels 10a an, und dessen langer Arm 10e verläuft  im wesentlichen parallel zum Unterteil 10b oberhalb  der     Sammelringe    9a. Das Ende des langen Armes  10e sitzt in einer     öffnung        lOg    eines Gleitschuhs     10f.          Letzterer    lässt sich gegenüber den     Sammelringen    9a  längs einer Nut 10h im     Unterteil    10b axial verschie  ben.

   Der Gleitschuh     10f    weist eine Nase 10i auf, auf  welcher der erste Sammelring 9a sich abstützt.  



  Zwischen dem     innersten        Sammelring    9a und dem  kurzen Arm 10d befindet sich ein Distanzstück 10j.  Somit werden bei Verschiebung des Gleitschuhs     10f     nach dem     Stator    hin sämtliche     Sammelringe    9a zwi  schen dem Gleitschuh und dem Distanzstück     zusam-          mengepresst.    Zwischen je zwei     Sammelringen    9a ist    ferner ein Winkel 10m angeordnet,

   dessen unterer  Arm jeweils einen Sammelring     abstützt.    Zwischen  jeden     Sammehing    und dem langen Arm des Zuge  hörigen Winkels 10m befindet sich ferner eine Zwi  schenlage     lOn    aus nachgiebigem Material. Die Zwi  schenlagen bestehen vorzugsweise aus Isoliermaterial  und sollen federnd oder schmiegsam sein, um     Unre-          gelmässigkeiten    der     Sammelringe    auszugleichen. Be  sonders geeignet für die Zwischenlagen 10n ist ein  warmhärtendes Material bzw. Harz, welches sich  verfestigen lässt, nachdem die Trageinheiten 10 um  die     Kollektorringe    herum festgezogen sind.

   Eine  weitere     Zwischenlage    10p aus solchem Material ist       zwischen    der Oberseite der     Sammelringe    und dem  langen Arm 10e eingelegt.  



  Um die Trageinheit     zusammenzuziehen    und     die     Zwischenlagen 10n und 10p zum satten     Anliegen    zu  bringen, ist eine schiefe Unterlage 10q mit einer diese  und den Gleitschuh 10     f    durchdringenden Schraube 10r  vorgesehen. Wenn die Schraube 10r angezogen wird,  entsteht eine     axiale    Bewegung des Gleitschuhs     10f,     wodurch die Sammelringe und die Zwischenlagen       gegeneinandergepresst    werden.  



  Es folgt nun die Beschreibung der Halterung für  den     Wickelkopf,    der durch die ausserhalb der Nuten  verlaufenden Teile 4a, 8 und 5a der     Ankerwicklung     gebildet ist. Die oberen     Partien    4a und die unteren       Partien    5a werden je zwischen zwei radial versetzten       Halterungsorganen,    nämlich einer inneren     Bride    11  und einer äusseren     Bride    12 zusammengehalten.  Diese     Briden    sind paarweise entlang der Endkante  der     Statorbohrung    über den Umfang verteilt und  verlaufen sowohl in axialer als auch in radialer  Richtung.

   Die     Briden    11 und 12     liegen    somit im  wesentlichen in einer Ebene mit der     Statorachse.    Im  dargestellten Fall ist     für    je drei     Statornuten    eine       Bride    11 und eine     Bride    12 vorgesehen. Die inneren       Briden    11 weisen eine Stützfläche 11a auf, welche  parallel zur     erwähnten        Kegelstumpf-Fläche    verläuft,  d. h. jede Stützfläche 11a läuft als Mantellinie eines  Konus von der     Statorachse    weg, wobei diese Mantel  linie von den Leiterabschnitten 4a gekreuzt wird.

         Ähnlich    bilden auch die Stützflächen 12a der äusseren       Briden        Mantellinien    eines Konus, welche von den  Leiterabschnitten 5a gekreuzt werden. Die     Stützflä-          chen    11a und 12a sind nicht genau parallel, sondern  laufen leicht radial auseinander, weil der     Radialab-          stand    zwischen den oberen und unteren Leiterstäben  in der Nähe der Nut, bei 13, geringer ist als bei 14  in der Nähe der      Serieschleife     B.  



  Die     Briden    11 und 12 werden vorzugsweise aus  Isoliermaterial von hoher Festigkeit hergestellt. Ein  geeignetes Material ist ein     Laminat    aus     Holzfournier,     verbunden mit einem synthetischen, warmhärtenden  Harz, welches unter dem Namen      Permali     von der       Permali        Inc.    in den Handel gebracht wird.  



  In den Stützflächen 11a und 12a sind Längs  nuten 11b bzw. 12b vorgesehen. Diese     weisen-wech-          selnde    Tiefe auf, wie bei 11c, 12c angedeutet, um aus  einem weiter unten zu     nennenden    Grund eine Art      Längsanschlag zu     bilden.    In den Nuten 11b, 12b und  über die Stützflächen 11a, 12a erstrecken sich läng  liche Zwischenlagen 15 aus warmhärtendem Harz.  Diese werden während der Montage in     ungehärtetem,     plastischen Zustand in die Nuten eingelegt.

   Es eignen  sich verschiedene im Handel erhältliche Materialien,  beispielsweise das unter dem Namen      Glaskyd    1901    von den     Perrysburg        Laboratories    verkaufte warm  härtende Harz. Dieses Material hat die Eigenschaft,  bei erhöhter Temperatur vollständig auszuhärten, und  ist sowohl     druckfest    als auch ein guter Isolator.  



  Die innere     Bride    11 und die äussere     Bride    12  sind durch     Spannglieder    16 und 17     untereinander     verbunden. Das     Spannglied    17 weist einen     flexiblen,          mit    warmhärtendem Harz imprägnierten Strang 17a  auf, welcher an seinen Enden an     T-förmigen    Zug  schrauben 17b verankert ist.  



  Als weiteres     Spannglied    16 ist ein Gewindebolzen  16a vorgesehen, welcher     mit    seinem Kopf in einer  Einsenkung 11d und     mit    seinem andern Ende an  einem an der     Bride    12 festgeschraubten Block 12d  angreift. Selbstverständlich     liesse    sich dieses Spann  glied auch auf andere Weise ausbilden. Durch An  ziehen der beiden als einstellbare Zugorgane ausge  bildeten     Spannglieder    16 und 17 werden die     Briden     11 und 12     gegeneinandergezogen,    wobei sie die  Zwischenlagen 15 zusammenpressen.

   Es soll an dieser  Stelle nochmals erwähnt werden, dass,     wie    klar aus       Fig:    1     ersichtlich,        die    Zwischenlagen 15 von mehre  ren Leiterabschnitten 4a bzw. 5a gekreuzt werden  und dass an jeder Kreuzungsstelle die nachgiebigen  Zwischenlagen von dem betreffenden Leiterstück  etwas     eingedrückt    werden.  



  Um den richtigen     Radialabstand    zwischen den  Leiterabschnitten 4a einerseits und den Abschnitten  5a anderseits zu gewährleisten, sind zwischen     diesen     Abschnitten Distanzstücke 18, 19 und 20 aus einem  geeigneten festen Isoliermaterial eingelegt. Diese  nehmen die von den Zugorganen 16 und 17 bzw. den       Briden    11 und 12 ausgeübten     Druckkräfte    auf. Das  gebogene Distanzstück 19 ist etwas dicker als das  gebogene Distanzstück 18 wegen der unterschiedli  chen Neigung der oberen Leiterabschnitte gegenüber  den unteren Leiterabschnitten. Die     Distanzstücke    20  sind     parallel    zu den     Briden    11 und 12, also radial  ausgerichtet.

   Diese Distanzstücke oder Zwischenlagen  18, 19 und 20 können aus dem oben beschriebenen       warmhärtenden    Material oder aus einem anderen  geeigneten Isoliermaterial gefertigt sein.  



  Zwecks     Distanzhaltung    zwischen den äusseren       Briden    12 in der Umfangsrichtung sind isolierende  Reifen 21 vorgesehen, welche durch geeignete     Mittel,     beispielsweise Stifte 21a, mit den     Briden    12 im Ein  griff stehen. Die Reifen 21 weisen Umfangsnuten  21b auf, in welche weitere Zwischenlagen 22 aus       warmhärtendem    Harz, beispielsweise     Glaskyd    1901,       eingelegt        sind.    Die Zwischenlagen 22 werden bei der  Montage ebenfalls im     unausgehärteten,    plastischen  Zustand eingelegt.  



  Alle erwähnten Zwischenlagen 10n, 10p, 15, 18,    19, 20 und 22 können in     vorgespannten        Gummi-          schläuchen        eingeschlossen    sein, um deren     plastische     Eigenschaften zu verbessern.  



  Die Reifen 21 sind vorzugsweise als starre     Isolier-          körper    von hoher Festigkeit ausgebildet. Ein geeig  netes Material für deren Herstellung ist     Polyesterglas,.     welches in der     erforderlichen    Form gegossen und       anschliessend    ausgehärtet wird.  



  Die     erwähnten        Briden    11 und 12; die Zugorgane  16 und 17, die Zwischenlagen 18, 19 und 20 sowie  die Reifen 21 bilden     zusammen    einen Tragrahmen  oder      Käfig ,    welcher die Leiterstäbe umspannt und  starr in     ihrer    gegenseitigen Lage hält.

   Der Rahmen  passt sich im gespannten Zustand     allfälligen        Unregel-          mässigkeiten    der Leiterstäbe an, dank dem     unaus-          gehärteten,        plastischen    Zustand der warmhärtenden  Zwischenlagen; es wären auch Zwischenlagen aus  federnd     nachgiebigem    Material denkbar. Nachdem  der Rahmen um die zu tragenden Leiterabschnitte  festgezogen ist,     kann    er im wesentlichen als starr  betrachtet werden.  



  Um diesem starren Rahmen eine gewisse Axial  bewegung zu     ermöglichen,    so dass er der     thermisch          bedingten    Ausdehnung und     Verkürzung    der Leiter  stäbe nachgeben kann, ist der Rahmen bzw. die  äussere     Bride    12 über spezielle Sockel 25 mit dem       Flanschring    2 verbunden. Diese Sockel 25 weisen eine  Grundplatte 26 auf, welche beispielsweise mittels  Schrauben 27 am     Flanschring    2 befestigt ist     (Fig.    2  und 3). Von der Grundplatte stehen zwei parallele  Wände 28 ab, in denen je ein Fenster 28a ausgespart  ist.

   Die zwischen je zwei Wände 28 ragende     Bride    12  wird mittels Bolzen 29 in ihrer Lage gehalten. Der       Mittelteil    29a der     Bolzen    29 ist     zylindrisch    und passt  genau in eine entsprechende Bohrung 12c in der       Bride    12. Die beiden Enden 29b des     Bolzens    29  weisen rechteckigen     Querschnitt    auf und ragen zu  beiden Seiten der     Bride    in     die    Fenster 28ä     hinein.     



  Über und unter den Enden 29b sind reibungsver  mindernde Lagerplättchen 30 satt passend     in        die     Fenster 28a eingelegt, wobei sie eine     Axialbewegung     der     Bolzen        (bezüglich    der     Statorachse)    zulassen.

   Die  Lagerplättchen 30 dienen zur Verminderung der  Gleitreibung; und. ein geeignetes Material hierfür ist  selbstschmierendes     Teflon,    wie es beispielsweise von  der     Crane        Packing        Company    unter der     Bezeichnung           Chemloy        770-07-19     verkauft wird. Deckplatten 31       schliessen    die Fenster 28a ab und     verhindern    das  Herausfallen der Lagerplättchen 30, wobei sie die  Seitenkanten der Plättchen 30 gleichzeitig gegen die       Bride    12 pressen, so dass eine gewisse     Pufferwirkung     entsteht.  



  Natürlich ist die     axiale    Breite des Fensters 28a  grösser als die entsprechende axiale Abmessung des  rechteckigen Endes 29b des     Bolzens.    Dies     ermöglicht     es den Bolzen 29, in den Fenstern zu gleiten und     ihre          Axialdistanz    zum     Flanschring    2 zu     verändern,    wobei  sie die     Bride-    12     mitnehmen.    Die Sockel 25, die über       die        Bolzen    29 die     Bride    12 tragen, bilden somit     ein     Befestigungsmittel für den Rahmen,

       welches    eine           Axialbewegung    des     Rahmens    gegenüber dem     Stator     zulässt. Für jede     Bride    12 sind zwei Sockel 25 vorge  sehen. Diese sind dank dem zylindrischen Teil 29a  der Bolzen 29 schwenkbar, so dass leichte Unter  schiede in der Lage der     einzelnen        Briden    oder Unge  nauigkeiten im     Flanschring    2     ausgeglichen    werden.  



  Die     inneren        Briden    11 dienen als     Mittel    zur       Befestigung    der     Luftspalt-Ablenkbleche    32. Diese  sind vorgesehen, um den Abfluss von Kühlgas aus  dem Luftspalt     zwischen    den Leiterstäben und dem  einen Bestandteil des Rotors bildenden Haltering 6a  zu     vermindern.    Bei früheren Konstruktionen war es  notwendig, die     Ablenkbleche    am     fixen    Teil des     Sta-          tors    zu     befestigen,

      da die     Tragmittel    für die aussen       liegenden    Teile der     Statorwicklung    vorwiegend aus       strangartigem    Material bestanden     und    keine Grund  lage für die     Befestigung    der     Ablenkbleche    boten. Bei  der beschriebenen Konstruktion -der Traganordnung  können nun die     segmentförmigen    Bleche 32     mittels     Schrauben 33 an den radialen     Briden    11 befestigt  werden.

   Die Segmente 32 bilden einen den     Ring    6a  des Rotors in     geringem    Abstand umgebenden Ring,  sodass der     Durchtritt    von Kühlgas wirksam verhindert  wird. Die     Ablenkbleche    32 machen natürlich die       Axialbewegungen    der Traganordnung     mit,    wenn die  Wicklungsstäbe sich     thermisch        verlängern    und ver  kürzen. Da aber der     Ring    6a     zylindrisch    ist, verändert  sich dabei der Abstand zwischen den Blechen 32 und  dem     genannten    Ring nicht.  



  Dank der     Verschiebbarkeit    der     Bolzen    29 in den       Fenstern    der Sockel 25     kann    sich die ganze Tragan  ordnung bei den     im    Betrieb auftretenden     Wärmedila-          tations-Bewegungen        derNutenstäbe        axial    mitbewegen.

    Dadurch werden     alle    thermisch     bedingten    Spannun  gen von der     Statorwicklung        ferngehalten,    welche  deren Isolation beschädigen     könnten.    Dabei verhin  dern aber die     Bolzen    29 jede     Radialbewegung    der  getragenen     Wicklungsteile,    welche Bewegungen in  folge von magnetischen     Kräften    auftreten könnten.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Wickelkopfhalterung für eine Statorwicklung einer dynamoelektrischen Maschine, bei welcher schräg zur Statorachse verlaufende Leiterstücke des Wickelkopfes und isolierende Zwischenlagen bezüg lich des Statorkernes verschiebbar gelagert und mit tels etwa senkrecht zu den Leiterstücken verlaufender Spannglieder zwischen radial versetzte Halterungs- organe eingespannt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den Halterungsorganen (11, 12),

   den Spanngliedern (16, 17) und den aus einem nachgiebi gen, durch Wärmeeinwirkung gehärteten Kunststoff bestehenden Zwischenlagen (15, 18, 19, 20) gebil dete Wickelkopfanordnung über Sockel (25), die mit dem Statorkern (1) fest verbunden sind, abgestützt und unabhängig von den Spanngliedern in axialer Richtung frei verschiebbar gelagert ist. UNTERANSPRÜCHE 1. Wickelkopfhalterung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass als Spannglieder zwischen den Halterungsorganen einstellbare Zugorgane (16, 17) verwendet sind.

   2. Wickelkopfhalterung nach Patentanspruch oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sockel (25) einen am Stator befestigten Teil (26) mit zwei parallelen Wänden (28) aufweisen, zwischen denen ein Teil eines der Halterungsorgane (12) axial geführt ist, und einen Bolzen (29), welcher in einer Öffnung (12c) des Halterungsorgans und axial gleit bar in Öffnungen (28a) der beiden genannten Wände sitzt, wobei der Bolzen mittels reibungsvermindernder Zwischenlagen (30)

   in den Öffnungen der Wände axial geführt ist. 3. Wickelkopfhalterung nach Patentanspruch und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axial geführten, über den Umfang verteilten Halte rungsorgane (12) zwecks Abstützung in Umfangs richtung durch Reifen (21) verbunden sind, wobei zwischen den Reifen und den benachbarten Leiter stäben (5a) schmiegsame Zwischenlagen (22) ein gelegt sind.

   4. Wickelkopfhalterung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass an den inneren Halte organen (11) eine Mehrzahl von segmentförmigen Ablenkblechen (32) befestigt ist, welche Bleche zu sammen einen vom Wickelkopf radial nach innen gerichteten Ring bilden.