Aus einzelnen Blechsegmenten geschichteter Läufer einer elektrischen Grossmaschine Das Blechpaket von Läufern :elektrischer Gross maschinen wird, besonders :bei solchen mit relativ grossem Läuferdurchmesser, üblicherweise aus Blech segmenten geschichtet. .Hierbei :
stossen .die in Um fangsrichtung weisenden Kanten (Stossstellen) der Blechsegmente stumpf aneinander, so dass sich aus einer Anzahl derartig .gestossener Blechsegmente das ringförmige Blech .ergibt. Dieses bildet für den Ma gnetfluss den Jochteil, während die Pole in beispiels weise schwalbenschwanzförmigen Nuten der Bleche angeordnet und mit idiesen fest verbunden sind.
Jedoch kann das ringförmige Blech auch mit Nuten zur Aufnahme der elektrischen Leiter, z. B. einem Volltrommelläufer, ausgebildet sein; hierbei entfallen -dann die besonders ausgebildeten Pole.
Um das so aus Einzelblechen (bzw. deren Blech segmenten) gebildete Paket zusammenzuhalten, sind Bolzen vorgesehen, die ,durch entsprechende Löcher der Blechsegmente geführt werden. Die Stossstellen der Blechsegmente liegen dabei zumeist in Achs- richtung .nicht hintereinander, sondern werden von Blechlage zu Blechlage versetzt angeordnet; mehrere Blechlagen ergaben dabei eine Schicht und mehrere Schichten die Pakethöhe.
Hierbei :sind im allgemei nen die Schichten untereinander mit gleicher Lagen folge ausgebildet, wobei unter Lagenfolge der Ab stand eines Stosses in einer Lage zum Stoss in der folgenden Lage usf. gemeint ist.
In bekannten Ausführungen sind dabei innerhalb eines Blechsegmentes mehrere Löcher vorgesehen, die in Umfangsrichtung hintereinander und zumeist. mit gleichem Abstand zueinander in das jeweilige Blechsegment eingestanzt werden.
Es ergibt sich daraus, dass die durch diese Löcher gesteckten Bolzen von :den jeweiligen Stossstellen innerhalb eines Blech segmentes verschieden weit entfernt -:sind. Es ergibt sich fernerhin, :dass der rdurch die gesamte Pakethöhe hindurchtretende Bolzen in jeder Blechlage eine andere Entfernung von der genannten Stossstelle hat als in,der folgenden Lage.
Aufgabe der Erfindung ist es, hier gegenüber Iden bekannten Anordnungen :eine optimale Lösung lan- zugeben, um so mit möglichst .geringem Aufwand an Material, Arbeitskraft und -zeit eine maximale Haltekraft für das gesamte Blechpaket zu erreichen.
Gegenstand der Erfindung ist ;ein aus einzelnen Blechsegmenten geschichteter Läufer :einer elektri schen Grossmaschine, bei welchem mehrere Blech lagen der Blechsegmente :eine Schicht und mehrere Schichten die Pakethöhe des:
Läufers ergeben, wobei idie Blechsegmente mittels Bolzen, welche @durch in jenen angeordnete Löcher gesteckt sind, unterein- ander fest verbunden sind,
wobei fernerhin die Blechsegmente mit ihren Stossstellen von Blechlage au Blechlage zueinander um einen Lochabstand oder ein ganzzahliges Vielfaches davon ersetzt sind und so eine Lagenfolge :bilden (nämlich die fortlaufend gezählte Nummer der :
Blechlage, bei der die nächste, also um nur einen Lochabstand versetzte, Stossstelle angeordnet ist). Erfindungsgemäss ist die Anzahl ,der Löcher pro Blechsegment gleich der Anzahl der Lagen pro Schicht, weiterhin gehorcht die Lagen folge innerhalb einer Schicht im Gesetz nachstehen der Folgen: entweder, für die Anzahl :der Lagen <I>n</I> =gerade Zahl: 1,3<B>...</B> (n-1),<I>n,</I> (n-2)...2 oder, für<I>n</I> = ungerade Zahl:
1,3<B>...</B><I>n, (n-1), (n-3)</I><B>...</B><I>2,</I> wobei die jeweils nachfolgende Schicht mit der gleichen Lagenfolge ausgebildet ist wie die vorher gehende.
Die Erfindung w .ird an Hand der Zeichnung bei spielsweise :erläutert. In ihr zeigt idie Fig. 1 eine be kannte Ausführung :eines Ausschnittes von aus Blech segmenten geschichteten Läufern elektrischer Ma schinen; die Fig. 2 bis 6 zeigen die Lastangriffspunkte an vier Bolzen der Fig. 1;
Fig. 7 bis 12 zeigen (das selbe wie die Fig. 1 .bis 6, jedoch bei einer Aus führung nach der Erfindung. Fig. 13 erläutert dann noch eine Weiterbildung der Erfindung.
Bei den Betrachtungen zu der Zeichnung wind davon ausgegangen, dass einerseits die .aus :den Rei- bungskräften resultierenden Haltekräfte nicht exakt eimittelbar und auch wesentlich geringer sind als die von den Bolzen ausgehenden. .Sie werden daher vernachlässigt;
man darf @dieses tun, @da man sich dabei auf der sicheren Seite -befindet. Anderseits wind davon ausgegangen, dass die Richtung der Haupt beanspruchung des Blechpaketes bzw. der darin an geordneten Bolzen, .besonders wenn ges sich #uin Läufer elektrischer Maschinen mit Durchmessern von mehre ren Metern handelt, in Umfangsrichtung weist;
denn bei den dabei auftretenden radialen Blechdicken von nur etwa 30 cm sind die radial nach .aussen gerichte ten und so auf :die Bolzen wirkenden Kräfte ausser- ordentlich gering.
Wickelt man nun den Läuferumfang bzw. das (diesen bildende Blechpaket ab, 'so :ergibt sich als Beispiel einer bekannten Ausführung rdie Fig. 1 im achsparallelen Schnitt. Hierbei ist nur eine Schicht aus fünf Blechlagen 1 bis 5 dargestellt;
die weiteren Schichten befinden sich also unterhalb der Fig. 1 und sind aus Gründen der übersichtlichkeit weg gelassen.
Jede Blechlage ist aus einer Anzahl von Blechsegmenten aufgebaut, die an den Stosssteilen .6 stumpf aneinanderstossen. Diese Stossstellen 6 sind von Blechlage zu Blechlage um einen Lochabstand 7 zueinander versetzt und ergeben so die Lagerfolge. Die Bleche bzw.
Blechsegmente werden "durch die Bolzen 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 untereinander zusammengehalten und fest mit dem {nicht gezeichne ten) Läufer verbunden.
Betrachtet man die Bolzen 9 bis 13 und die an diese angreifenden Kräfte, so erhält man die Fig. 2 bis 6.
Am Bolzen 9, der in der Fig. 2 -dargestellt ist, greifen das oberste und das unmittelbar -darunter- liegende Blechsegment in .r den Pfeilrichtungen 17, 18 an, und zwar nur von diesen Lagen ausgehend definiert, da hier in unmittelbarer Nachbarschaft des Bolzens 9 Stossstellen 6 angeordnet ,
sind. Die unteren .drei Blechlagen würden wohl im Idealfalle ebenfalls eine Kraft auf den Bolzen ausüben können, die theo retisch den eingezeichneten Kräften 17, 18 der Fig. 2 in ihrem skalaren Wert jeweils identisch ist.
Es ist aber bei dieser Betrachtung in Zusammenhang mit der Fig.1 leicht ersichtlich,
dass schon bei geringsten Fertigungsungenauigkeiten Verschiebungen in tder theoretischen Kraftverteilung .auftreten müssen und "das aus Sicherheitsgründen jeweils nur die Kräfte angesetzt werden können, die in Fig. 2 dargestellt sind.
Für das Moment ergibt sich dadurch, wenn man ,die Kräfte 17, 18 jeweils mit Pbezeichnet und den Hebelarm, d. h. der Abstand zwischen den beiden Angriffspunktender Kräfte 17, 18 mit b, ."bei Rechts- drehsinn ein Wert von M = + P- b.
Dasselbe er gibt sich für .die Fig. 3 bis 5, bei welchen die Kräfte 19 bis 24 mit ihren jeweiligen Angriffspunkten an den Balzen 10 bis 12 dargestellt sind. Auch in diesen Fällen ist also jeweils M = -f- <I>P</I> # <I>b.</I> Fig. 6 zeigt nun ,den Kraftangriff 25, 26 am Bolzen 13. Hierbei ergibt sich für das. Moment M =<I>P - 4b.</I>
Daraus folgt, dass bei sonst gleicher Bolzendic e und gleichen Beanspruchungsrichtungen innerhalb der jeweiligen Blechsegmente im dargestellten bekannten Fall auf vier Bolzen das gleiche Moment einwirkt, während der fünfte Bolzen ein vierfaches Moment aufzunehmen hat. Das gleiche würde sich bei näherer Betrachtung für die weiteren Bolzen ergeben.
Der hieraus zu ziehende Schluss ist, dass bei einer Lager folge 1, 2, 3, 4, 5, 1 .... für vier Bolzen ein relativ niedriges Einspannmoment anzusetzen ist, während sich für den fünften Bolzen eine Vervierfachung des Einspannmomentes :ergibt.
Wird die Anzahl der Bleche n von fünf auf bei- spielsweise acht erhöht, so würde sich bei zu Fig. 1 analoger Anordnung für sieben .Bolzen jeweils Idas gleiche Moment ergeben, wähnend am achten Bolzen ,ein um 8 - 1 = 7mal erhöhtes Moment angreift.
Ganz allgemein. ist also zu sagen, dass bei einer der Fig. 1 äquivalenten Anordnung das auf den letzten Bolzen wirkende Moment jeweils (n-1)
-fach grösser ist als das auf -die übrigen Bolzen wirkende. Ähnlich ungünstige Verhältnisse ergeben sich bei allen be kannten anderen Lagerfolgen. Es müssen also alle Bolzen so dimensioniert sein, dass sie Idas (n-1)-fache Moment aufzunehmen in rder Lage -sind, bezogen auf das Minimalmoment.
In Fig. 7 wird nun an fünf Blechlagen eine Lager folge nach der Erfindung dargestellt, bei welcher wohl auf jeden einzelnen Bolzen höchstens "das :doppelte Moment einwirkt wie bei der bekannten Anordnung nach Fig. 1; aber auch nicht mehr.
Die Vervierfachung :des Momentes beim letzten Balzen (nach Fig. 1) fällt also bei einerRTI ID="0002.0231" WI="18" HE="4"LX="1608" LY="1730"> Anordnung nach der Erfindung weg.
Um (das im einzelnen zu veranschau lichen, sind die Fig. 8 Abis 12 analog zu den Fig. 2 bis 5 :
dargestellt und, .ebenfalls wie @Fig. 7 zu Fig. 1, m *t i idengleichen Bezugszeichen versehen. Wie leicht nachzuprüfen ist, gilt für jede .andere Anzahl von Blechlagen,
@dass bei geeigneter Wahl der Lagerfolge nie ein höheres Moment Aals "das Doppelte auf den Bolzen einwirkt.
Als allgemeines Gesetz ergibt sich daraus, dass die Lagerfolge n innerhalb einer Schicht nach nach- stehenden Folgen aufzubauen ist: entweder, für An- zahl der Lagen n =gerade Zahl: l., 3, 5 . . . (n--1); <I>n, (n-2),</I> (n-4) ... 2 oder, für<I>n</I> = ungerade Zahl: 1,<B>3,5 ...</B> n, :(n,1), (n-3)... 2.
Eine Anordnung ,der Lagerfolge nach der Erfin dung benötigt also lediglich reine gegenüber ;bekannten Anordnungen neue Schichtungsart (Schichtungsfolge) ,der einzelnen Blechsegmente innerhalb einer jeden Schicht, ohne dass dabei der Blechschnitt geändert werden muss.
Die höchstmöglichen auf einen Bolzen auftreffenden Momente sind nunmehr wesentlich vermindert: Bei bekannten Anordnungen sind sie <I>M = P - b - (n-1),</I> afs!o, um beim Beispiel nach der Erfindung zu bleiben, M = P - b # -4;
tatsächlich ist aber die Anzahl der Blechsegmentlagen pro Schicht im allgemeinen wesentlich höher und dadurch .auch ider Wert für (n -.1). Bei einer .Anordnung nach der Erfindung ist das höchst auftretende Moment M = P <I>b -</I> [n-(n --2)] <I>= P - b</I> . 2;
also wesentlich geringer. ,Die Folge ist, dass man die bisher relativ dicken Bolzen und @dementsprechend grossen Löcher in den Blech segmenten entsprechend verringern kann, ohne dass dadurch die Festigkeitseigenschaften der gesamten Anordnung gemindert werden.
Auch die magne tischen Eigenschaften werden gebessert, da idie Lö cher in den Blechsegmenten je nach dem Wert ihres Durchmessers ein mehr oder weniger grosses Hinder nis für den Magnetflussbilden.
Der gleiche Erfolg wird erzielt, wenn man - in einer Weiterbildung des Gegenstandes ider Erfin dung - idie Löcher in an sich bekannter Weise durch Lochgruppen ersetzt, wie beispielsweise in Fig. 13 dargestellt.
Diese zeigt eine Draufsicht auf ein Blech- s@egment, bei welcher die Löcher 27 jeweils zu einer Lochgruppe 28 zusammengefasst sind, Diese Anord nung wird besonders vorteilhaft bei Wasserkraft generatoren mit senkrechter Welle angewandt, wo grosse Kräfte zu beherrschen und -daher eine grosse Zahl von .Bolzen und Löchern anzuordnen sind.
Die Fertigung und der Zusammenbau derartiger Blechsegrnentanordnungen kann dann in an sich be kannter Weise etwa wie folgt vorgenommen werden:
Nach dem Stanzen der leinzelnen Sagenente wenden diese geschichtet und ,die dann in achsparalleler Richtung fluchtenden Löcher bzw. Lochgruppen bei- spielsweise so weit aufgerieben, dass idie durch sie hindurchzuführenden Bolzen genügend ,Platz, wenn auch mit,enger Toleranz, haben.
Nachdem Einführen der Bolzen wird d arnn ,das Blechpaket durch geeignete Massnahmen mit der Läuferwelle verbunden und so alles zusammengehalten.
Es können jedoch auch (die Löcher bzw. Loch gruppen von vornherein so gross ausgeführt werden, ,dass auch nach erfolgtem Zusammenbau und trotz der dabei entstehenden Fertigungsungenauigkeiten noch die Bolzen hindurchgeführt werden können. Auch .in .diesem Falle kann danach der Läufer einer Schleuderprobe unterworfen werden, bei welcher sich die einzelnen Blechsegmente mit einem Teil ihrer Lochwandungen,
einseitig und mehr oder weniger eng an die Bolzen anlegen, während auf der anderen Seite das Bolzens ein relativ grosser Zwischenraum zwischen diesem und ider Lochwandung entsteht. Die bereits vor der Schleuderprobe eingetriebenen Teile werden dann zum Ausgleich der so entstande nen Zwischenräume in bekannter Weise nachgetrie ben.
Allen,diesen Fertigungsverfahren haften folgernde Nachteile an: Dias Aufreiben sämtlicher Löcher ver langt einen erheblichen Arbeitsaufwand und dem gemäss eine Verteuerung aderelektrischen Maschine, wobei noch nicht einmal ein sattes Anliegen sämt- licher Blechsegmente bzw.
der Lochwandungen an den Bolzen gewährleistet ist. 'A' bnliches gilt auch für die Fertigung nach idem Prinzip des Naehkeilens.
Daher wird meiner Weiterbildung des Gegen standes edier Erfindung vorgeschlagen, dass nur :die Iden Stossstellen der Blechsegmente benachbarten U cher bzw.
Lochgruppen mit enger Toleranz zu den in ihnen angeordneten Bolzen ausgebildet ;sind; die Bolzen in ,den übrigen Löchern ibzw. Lochgruppen liegen durch vergrösserte Ausbildung der jeweiligen Lochdurchmesser nicht ,an :den Lochwandungen an.
Dabei kann man in vorteilhafter Weise die (den Stossstellen benachbarten Löcher bzw. Lochgruppen vor .dem Schichten enger als die entsprechenden Bolzen ausbilden und nach dem Schichten .gemein- sam soweit aufreiben, dass die gewünschte enge Toleranz erreicht wird.
Bei dem Läufer nach oder Erfindung greifen an den Bolzen nur definierte Kräfte an. Sie selbst wer den, bei zu engem Lochabstand, -durch von den Ble chen ausgehende Spannungen nicht verwölbt, so dass eine zusätzliche unnötige Beanspruchung vermieden wird.
Derartige Anordnungen ,sind idann besonders vorteilhaft, wenn, wie beispielsweise bei Wasserkraft- generatoren mit senkrechter Welle, grosse Kräfte be- herrrscht werden müssen und daher eine grosse Zahl von Bolzen den Löchern anzuordnen sind.