CH652253A5 - Mehrebenen-leiterstab fuer elektrische maschinen, insbesondere fuer turbogeneratoren, und verfahren zu seiner herstellung sowie verwendung desselben. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mehrebenen-Leiterstab für elektrische Maschinen, insbesondere für Turbogeneratoren, wie er im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definiert ist. Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung des genannten Mehrebenen-Leiterstabes wie auch die Verwendung eines solchen Leiterstabes für die Ständerwicklung eines supraleitenden Turbogenerators gemäss den Patentansprüchen 2 bzw. 3

Ein Mehrebenen-Leiterstab gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist durch die DE-AS' 1 231 342 bekannt. Dabei handelt es sich um einen 4-Ebenen-Leiterstab, bei dem die Teilleiter der beiden inneren Ebenen über den Verdril-lungsbereich in entgegengesetztem Verdrillungssinne die jeweils benachbarte äussere Ebene und anschliessend die benachbarte innere Ebene durchlaufen, während die Teilleiter der beiden äusseren Ebenen jeweils die nicht benachbarte innere Ebene und anschliessend die gegenüberliegende äussere Ebene durchlaufen. Ein solcher Stab muss zur Erzielung der gewünschten Verdrillung geflochten werden, was einen relativ hohen Fertigungsaufwand bedeutet. Durch die vorliegende Erfindung soll demgegenüber ein Mehrebenen-Leiterstab mit vier miteinander verdrillten Ebenen und darüber hinausgehend ein 6-, ein 8- usw., allgemein gesprochen ein n-Ebenen-Leiterstab (n = 4,6, 8..., n —2, n) geschaffen werden, zu dessen Herstellung eine Flechtarbeit nicht erforderlich ist, sondern bei dem durch Abkröpfen der einzelnen Teilleiter in einer Kröpfschablone und Zusammenfügen der gekröpften Teilleiter zu Teilleitersäulen und anschliessendes Zusammenfügen der Teilleitersäulen der gesamte Mehrebenen-Leiterstab hergestellt werden kann. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung des erwähnten Mehrebenen-Leiterstabes anzugeben und dieses Verfahren so einfach zu gestalten, dass die Herstellung nicht nur von 4-Ebenen oder 6 Leiterstäben, sondern auch die Herstellung von Leiterstäben mit einer höheren Ebenenzahl relativ einfach nach einem vorgegebenen Schema ermöglicht ist.

Erfindungsgemäss wird die gestellte Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, dass trotz einer relativ komplizierten Verdrillung bei 4, 6, 8 usw. Ebenen der Mehrebenen-Leiterstab ohne die Ausführung fertigungsaufwendiger Flechtarbeiten herstellbar ist. Die Kröpfung der einzelnen Teilleiter sowie ihr Zusammenfügen zu den Teilleitersäulen der jeweiligen Ebene und schliesslich zum gesamten Stab lässt sich relativ einfach durchführen. Demgemäss ist Gegenstand der Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrebenen-Leiterstabes der geschilderten Aufbauform mit e Ebenen und t Teilleitern je Ebene gemäss Patentanspruch 2. Hierbei kann die provisorische Verbindung der einzelnen Teilleiter-Säulen durch

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Umwickeln von Isolierband in regelmässigen Abständen um den Mehrebenen-Leiterstab sowie die endgültige durch an sich bekannte Imprägnierungs- und Ausback-Verfahren erfolgen.

Durch die DE-PS 478 873 ist es zwar bekannt, einen um 360° verdrillten Zwei-Ebenen-Roebelstab dadurch herzustellen, dass eine glatte (unverdrillte) Teilleiter-Ebene mit 2n Teilleitern, wobei die Teilleiter entsprechend schräg verlaufen, dreimal gefaltet wird, wobei die Faltungsachsen bei 'A, Vi und % der Ausgangs-Mehrleiter-Höhe verlaufen. Hierbei handelt es sich, wie gesagt, um einen glatten Ausgangs-Stab, der erst durch das Falten verdrillt wird. Demgegenüber ist Ausgangsstab zur Herstellung des erfindungsgemässen Mehrebe-nen-Leiterstabes ein 2-Ebenen-Roebelstab, d.h. ein Stab, der bereits verdrillt ist. Ausserdem ist dieser Ausgangsstab ein fiktiver Stab, der lediglich zu Definitionszwecken herangezogen wird; in der Praxis braucht von einem solchen Stab nicht ausgegangen zu werden, da die einzelnen Teilleiter der jeweiligen Stabebene mittels einer Kröpfschablone abgekröpft und anschliessend zur jeweiligen Teilleitersäule vereinigt werden.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass der Anzahl der Ebenen des erfindungsgemässen Mehrebenen-Leiterstabes nach oben aus Fertigungsgründen keine Grenzen gesetzt sind. So können Leiterstäbe mit 10, 12, 14, 16 usw. Ebenen hergestellt werden, sofern entsprechend breite Einlegenuten für die aus den Leiterstäben herzustellende Wicklung gegeben sind und die fertigungstechnisch maximal mögliche Kröpfstellenzahl pro Länge nicht überschritten wird. Jedoch ist durch die derzeitige Maschinengrösse eine natürliche Grenze gesetzt, die im Bereich zwischen 10 und 20 Ebenen pro Leiterstab liegt. Der erfindungsgemässe Mehrebenen-Leiterstab ist deshalb in hervorragendem Masse für Maschinen mit grossem Strombelag geeignet. Erfindungsgemäss wird deshalb ein nach dem Verfahren des Patentanspruchs 2 hergestellter Mehrebenen-Leiterstab gemäss Patentanspruch 3 für die Ständerwicklung von supraleitenden Turbogeneratoren verwendet. Insbesondere bei den Luftspaltwicklungen werden Leiter mit relativ grosser Ebenen-Anzahl benötigt; so ist beim heutigen Stand der Technik eine Ebenenzahl von n= 12 bereits ein Konzept.

Im folgenden wird anhand von vier in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen die Erfindung noch näher erläutert und die Wirkungsweise beschrieben.

Darin zeigen:

Fig. 1 A, B, C, D in vereinfachter Darstellung in einem Querschnitt einen 4-Ebenenstab, hergestellt durch Faltung eines (fiktiven) 2-Ebenen-Roebelstabes;

Fig. 2A und 2B in einer mehr der Praxis entsprechenden Darstellung zwei Verdrillungsphasen bei der Herstellung eines 4-Ebenenstabes aus einem (fiktiven) 2-Ebenen-Roebel-stab, wobei Fig. 2A der Fig. 1B und die Fig. 2B der Fig. 1D entsprechen und wobei anstelle von drei Teilleitern je Ebene der 4-Ebenenstab nunmehr 12 Teilleiter je Ebene enthält;

Fig. 2C, 2D, 2E und 2F die bei den einzelnen Teilleitern der ersten (Fig. 2C), der zweiten (Fig. 2D), der dritten (Fig. 2E) und der vierten Teilleiterebene (Fig. 2F) durchzuführenden Kröpfschritte bei einer Verdrillung um 360° ; d.h. die normalerweise senkrecht zur Papierebene orientierten Kröpfschritte der jeweiligen Teilleiterebene sind in die Papierebene hineingedreht;

Fig. 3A im Ausschnitt perspektivisch die Ansicht auf die Oberseite eines 4-Ebenen-Leiterstabes ;

Fig. 3B die Ansicht auf die Unterseite;

Fig. 4A im Aufriss schematisch den Verlauf eines Teilleiters in den verschiedenen Höhenlagen über die Leiterstab-Länge gesehen bei 180o/540o/180°-VerdrilIung, woraus ersichtlich ist, dass die vom Nutenquerfeld herrührenden Leiterspannungen voll ausgeglichen sind;

Fig. 4B die zugehörige Draufsicht auf den 4-Ebenen-Lei-

terstab nach Fig. 4A, woraus die einzelnen Kröpfschritte eines Teilleiters und der Vollausgleich der vom radialen Stirnkopfstreufeld herrührenden Leiterspannungen ersichtlich sind;

Fig. 5A, 5B, 5C und 5D einen 6-Ebenen-Leiterstab, hergestellt durch Faltung eines fiktiven 2-Ebenen-Roebelstabes in einer in den Fig. lAbis 1D entsprechenden Darstellungsweise;

Fig. 6A und 6B in einer mehr der Praxis entsprechenden Darstellung einen 6-Ebenen-Leiterstab (Fig. 6B), gewonnen durch zweifache Faltung eines fiktiven 2-Ebenen-Roebelstabes (Fig. 6A), wobei Fig. 6A der Fig. 5B und Fig. 6B der Fig. 5D entsprechen;

Fig. 6C, 6D, 6E, 6F, 6G und 6H die für die einzelnen Ebenen durchzuführenden Kröpfschritte der Teilleiter des 6-Ebe-nen-Leiterstabes entsprechend der Darstellung nach Fig. 2C bis 2F;

Fig. 7A und 7B im Ausschnitt perspektivisch die Ansicht auf die Oberseite bzw. die Unterseite eines 6-Ebenen-Leiter-stabes nach Fig. 6A bis 6H ;

Fig. 8A im Aufriss schematisch den Höhenverlauf einer Teilleiterschleife bei einem 2-Ebenen-Roebelstab bei 540°-Verdrillung. Dieser Stab dient als fiktiver Ausgangsstab zur Herstellung eines voll ausgeglichenen 6-Ebenen-Leitersta-bes, der in

Fig. 8B und Fig. 8C für eine Leiterschleife im Aufriss bzw. im Grundriss dargestellt ist;

Fig. 9A, 9B, 9C und 9D einen 8-Ebenen-Leiterstab, hergestellt durch dreifache Faltung eines als fiktiver Ausgangsstab dienenden 2-Ebenen-Roebelstabes, und

Fig. 10A, 10B und 10C einen 10-Ebenen-Leiterstab, hergestellt durch vierfache Faltung eines als fiktiver Ausgangsstab dienenden 2-Ebenen-Roebelstabes in entsprechender Darstellungsweise zu Fig. 1 A, IB und 1D.

Fig. 1A bis 1D zeigen in vereinfachter, schematischer Darstellung für ein z.B. an einem Stabende liegendes Querschnittsbild die wichtigsten Schritte bei der Herstellung eines 4-Ebenen-Stabes (Fig. 1D), ausgehend von einem 2-Ebenen-Roebelstab (Fig. 1A). Dieser Roebelstab hat zwei Teilleiter-Ebenen I und II, deren jede sechs radial übereinanderliegende Teilleiter 1 bis 6 und 7 bis 12 aufweist. Durch die Pfeile ist der Verdrillungsumlauf der einzelnen Teilleiter verdeutlicht, welche im dargestellten Falle die Ebene I von unten nach oben durchlaufen, dann zur Ebene II hinübergekröpft werden und die letztgenannte Ebene von oben nach unten bis zu einer Kröpfstelle k2 durchlaufen. Die obere Kröpfstelle ist mit kl bezeichnet. Zieht man nun die obere Hälfte des als Ganzes mit r bezeichneten Ausgangsstabes in der Ebene ff der Faltungsachse von der unteren Hälfte des Ausgangs-Stabes r ab, so erhält man ein Querschnittsbild, welches in Fig. 1B angedeutet ist mit den zusätzlichen, flexibel bzw. zumindest biegsam zu denkenden Kröpfstellen k3, k4. Das obere Roebelstab-Paket rl wird nun gemäss Fig. 1B, IC um die Faltungsachse f in Gegenzeigerrichtung gemäss Pfeil gz so gefaltet, dass zunächst die Zwischenstufe nach Fig. IC entsteht und bei weiterer Faltung ein 4-Ebenen-Roebelstab nach Fig. 1D mit den 4-Teilleiterebenen el, e2, e3 und e4 und den Teilleiter-Kröpfstellen kl4, k43, k32 und k21. Es ist damit, wenn man die gesamte Stablänge betrachtet und unterstellt, dass der 2-Ebenen-Roebelstab r um 360° verdrillt war, ein 4-Ebenen-Leiterstab St IV entstanden, der gleichfalls um 360° verdrillt ist, d.h. bei einem 360°-Umlauf nimmt jeder der Teilleiter 1 bis 12 jede Höhen- und jede Seitenlage innerhalb der 4-Ebenen el bis e4 ein.

In der Praxis ist es nun nicht erforderlich, den 4-Ebenen-stab St IV durch Faltung eines 2-Ebenen-Roebelstabes herzustellen - die anhand der Fig. 1A bis 1D geschilderte Prozedur diente lediglich dem besseren Verständnis -, vielmehr ist es möglich, die einzelnen Teilleiter der jeweiligen Stabebene el

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bis e4 in einer Kröpfschablone so abzukröpfen, dass sie zu einer Teilleiter-Säule übereinandergeschichtet werden können. Die einzelnen Teilleiter-Säulen können dann anschliessend zum kompletten 4-Ebenen-Leiterstab ineinandergeschoben und miteinander vereinigt werden. Für diese Vereinigung genügt es, wenn an mehreren über die Stablänge verteilten Stellen die Teilleiter durch Umbandeln mittels tränkbaren Isolierbandes zusammengehalten werden, derart, dass eine ausreichende mechanische Festigkeit dieses Mehrebenenstabes erreicht wird, damit dieser dann, insbesondere maschinell, vollständig mit Isolierband umbandelt werden oder aber in einer Tränkanlage unter Vakuum mit Kunstharz vollständig durchimprägniert und anschliessend ausgehärtet werden kann.

Fig. 2A und 2B entsprechen den Herstellungsphasen nach Fig. 1B und 1D, jedoch mit dem Unterschied, dass hier pro Ebene, wie es in der Praxis vorkommt, wesentlich mehr Teilleiter, nämlich 12, vorgesehen sind und die Teilleiter selbst wesentlich flacher als in der vereinfachten schematisierten Darstellung nach Fig. 1A bis 1D sind. Fig. 2C bis 2F zeigen die einzelnen Teilleiter-Säulen Tl, T2, T3 und T4, jeweils bestehend aus 12 Teilleitern, die gemeinsam in eine nicht näher dargestellte Kröpfschablone eingelegt waren und in dieser säulenweise, die aus den Fig. 2C bis 2F im einzelnen dargestellten Kröpfungen erhalten haben. Betrachtet man in Fig. 2C beispielsweise den Teilleiter 12, so sieht man, dass er auf der Stablänge bei 360°-Verdrillung zunächst von Ebene el drei Kröpfschritte nach Ebene e4 abgebogen ist, anschliessend einen Kröpfschritt in entgegengesetztem Sinne zur Teilleiterebene e3, dann einen weiteren Kröpfschritt in gleichem Sinne zur Teilleiterebene e2 und schliesslich zurückkehrend um einen weiteren Kröpfschritt zur Teilleiterebene e 1, was durch vergleichende Betrachtung von Fig. 2B leicht verständlich ist. Entsprechende, jedoch räumlich phasenverschobene Abkröpfungen weisen auch die übrigen Teilleiter der Säule Tl auf. Entsprechendes gilt für die Teilleiter-Säulen T2 bis T4 nach Fig. 2D bis Fig. 2F. Nachdem die einzelnen Teilleiter in der Kröpfschablone vorgebogen sind, können sie zu einer Teilleiter-Säule (Tl, T2, T3 oder T4) vereinigt werden. Die einzelnen Teilleiter-Säulen werden, wie bereits geschildert, dann zum 4-Ebenenstab ineinandergeschoben und miteinander vereinigt, was aus Fig. 3 A und 3B deutlich hervorgeht. Die Kröpfstellen sind in Fig. 2B sinngemäss zu Fig. 1D mit kl4, k43, k32 und k21 bezeichnet, wobei die erste Indexzahl mit der Indexzahl der Ebene el ...e4 übereinstimmt, aus der der jeweilige Teilleiter t kommt, und die zweite Indexzahl mit der Indexzahl der Ebene el ...e4 übereinstimmt, in welche der jeweilige Teilleiter t hinübergekröpft wird.

Fig. 3A zeigt die Oberseite des 4-Ebenen-Leiterstabes nach Fig. 2B bis 2F. Es ist ersichtlich, dass der jeweils obere Teilleiter der Ebene el um 3 Teilleiterbreiten im Uhrzeigersinn abgekröpft wird (bei Betrachtung des Stabquerschnittes von seinem linken Ende aus) und dann in der Ebene 4 nach unten wandert. Unten angekommen, werden die jeweiligen Teilleiter um eine Teilleiterbreite zur Ebene e3 abgekröpft, wandern diese Ebene nach oben und werden, oben angekommen, um eine weitere Teilleiterbreite zur Ebene e2 hin abgekröpft und durchwandern diese Ebene von oben nach unten. Unten angekommen, werden die Teilleiter jeweils um eine weitere Teilleiterbreite zur Ebene el hin abgekröpft, durchwandern diese Ebene von unten nach oben und gelangen bei einer 360°-Verdrillung wieder an ihren Ausgangsplatz (siehe auch die Ansicht der Stabunterseite nach Fig. 3B). Die Umbandelung des Teilleiter-Stab-Paketes ist in den Fig. 3A, 3B mit b bezeichnet. Es ist aus diesen Figuren auch ersichtlich, dass den einzelnen Teilleitern eine bestimmte Neigung a gegeben ist, derart, dass sie bei einer 360°-Verdrillung und einem 4-Ebenenstab auf einem Viertel der Stablänge gerade die Stabhöhe h durchlaufen haben. Bei Betrachtung von Fig.

2A und 2B sowie 1A erkennt man, dass die Faltungsachse f bzw. die Faltungsebene ff des fiktiven 2-Ebenen-Roebelstabes r bei h*/2 liegt. Diese Höhenlage ist auch durch die Beziehung m-2h*/n gegeben, wenn man für m den Wert 1 einsetzt und für n den Wert 4, worin n die Ebenenzahl des herzustellenden Mehrebenen-Leiterstabes bedeutet (n = 4,6, 8..., n — 2, n) und wobei für die Faltungszahl m bei einer Faltung der Wert 1 einzusetzen ist, bei zwei Faltungen die Werte 1 und 2, bei drei Faltungen die Werte 1, 2 und 3 einzusetzen sind usf., d.h. m ist immer kleiner als die Hälfte der gewählten Ebenenzahl n.

In bevorzugter Ausführungsform ist der 4-Ebenenstab nach dem ersten Ausführungsbeispiel (siehe Fig. 3A, 3B) hinsichtlich der vom Nutenquerfeld und vom radialen Stirnkopfstreufeld erzeugten Spannungen voll ausgeglichen, was bei dem geschilderten 4-Ebenenstab dann erreicht wird, wenn er in den beiden Wickelkopfbereichen um jeweils 180° verdrillt ist (hier genügt eine Verdrillung zwischen zwei jeweils benachbarten Ebenen) und im Nutbereich um 540°, d.h. insgesamt um 900°. Fig. 4A zeigt dies für eine Teilleiterschleife im Aufriss, wobei erkennbar ist, dass die in den im Uhrzeigersinn orientierten Teilleiterschleifen induzierten Spannungen (0-Vorzeichen) und die in den im Gegenzeigersinn orientierten Leiterschleifen induzierten Spannungen (©-Vorzeichen) einander aufheben. Diese Spannungen werden bekanntlich durch das Nutenquerfeld induziert. lw bedeutet Stab- bzw. Leiterlänge im Wickelkopfbereich, 1 bedeutet Stab- bzw. Leiterlänge im Nutbereich.

Fig. 4B zeigt in einer Draufsicht schematisch den Verlauf einer Teilleiterschleife bei 180°/540° /180° -Verdrillung für den 4-Ebenenstab, wobei ersichtlich ist, dass die vom radialen Stirnkopfstreufeld in den einzelnen Teilleiterschleifen induzierten Spannungen (©-Vorzeichen bei Uhrzeiger-Umlaufsinn der Teilleiter und ©-Vorzeichen bei Gegenzeigersinn der jeweiligen Teilleiterschleifenorientierung) einander aufheben, da ebenso wie in Fig. 4A die eingeschlossenen Flächen mit ©-Vorzeichen und diejenigen mit ©-Vorzeichen gleich gross sind.

Fig. 5A, 5B, 5C und 5D zeigen in entsprechender Darstellungsweise zu Fig. 1A, 1B, IC und 1D einzelne Phasen bei Herstellung eines 6-Ebenenstabes, ausgehend von einem fiktiven 2-Ebenen-Roebelstab (Fig. 5A), der auf der Stabhöhe von Vi x h* und Vi x h* je einmal gefaltet wird (Faltungsachsen fl und f2). Das Ergebnis ist ein 6-Ebenen-Leiterstab mit den Stabebenen el bis e6 und den Kröpfstellen k 14 bis k21 (siehe Fig. 5D). Die Faltungen erfolgen gemäss Pfeilen gz 1 und gz 2 (siehe Fig. 5B) jeweils in Gegenzeigerrichtung, die resultierende Stabhöhe h beträgt 'A der Stabhöhe h* des fiktiven Ausgangsstabes r, dessen durch Auseinanderziehen gewonnene Stabteilpakete mit rl, r2 und r3 (Fig. 5B) bezeichnet sind. Aus Gründen der Vereinfachung hat hier der 6-Ebenenstab pro Stabebene lediglich drei Teilleiter; in der Praxis sind es wesentlich mehr, wie es Fig. 6A und 6B zeigen, wobei Fig. 6A der Fig. 5B und die Fig. 6B der Fig. 5D entspricht, jedoch mit dem Unterschied, dass der fertige 6-Ebenenstab zwölf Teilleiter pro Stabebene aufweist und dementssprechend der fiktive Ausgangsstab 3 x 12 = 36 Teilleiter pro Stabebene. Im einzelnen folgen 6 verschiedene Kröpfstellen kl4 - k45 - k56 - k63 - k32 - k21 bei einem 360°-Umlauf aufeinander (Fig. 6B).

Fig. 6C bis 6H zeigen wiederum die einzelnen Teilleiter-Säulen TI bis T6, die mittels einer Kröpfschablone ihre in Umfangsrichtung weisenden Abkröpfungen erhalten haben. Bei Betrachtung des oberen Teilleiters 12 der Säule Tl aus Fig. 6C in Verbindung mit Fig. 6B wird deutlich, dass der Teilleiter 12 zunächst um drei Teilleiterbreiten im Uhrzeigersinn zur Ebene e4 (Kröpfstelle kl4) abgekröpft wird, die Ebene e4 von oben nach unten durchläuft und - unten abgekommen - im Gegenzeigersinn um eine Teilleiterbreite zur Ebene e5 (Kröpfstelle k45) abgekröpft wird, diese Teilleiter5

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ebene von unten nach oben durchläuft und - oben angekommen - im Uhrzeigersinn um eine weitere Teilleiterbreite zur Ebene e6 (Kröpfstelle k56) abgekröpft wird, diese Ebene von oben nach unten durchläuft und - unten angekommen - wiederum um drei Teilleiterbreiten im Uhrzeigersinn zur Ebene e3 (Kröpfstelle k63) abgekröpft wird, diese Ebene von unten nach oben durchläuft und - oben angekommen - im Gegenzeigersinn um eine Teilleiterbreite zur Ebene e2 (Kröpfstelle k32) abgekröpft wird, diese Ebene von oben nach unten durchläuft und - unten angekommen - im Uhrzeigersinn an der Kröpfstelle k21 um eine weitere Teilleiterbreite zu seiner Ausgangsebene el abgekröpft wird und diese bis zu seiner Ausgangsposition von unten nach oben durchläuft. Hierbei ist eine 360°-Verdrillung zugrundegelegt, d.h. jeder Teilleiter des 6-Ebenenstabes nimmt innerhalb des Stabpaketes St VI jede Höhenlage und jede Seitenlage ein.

Dies wird auch bei Betrachtung der Fig. 7A und 7B verdeutlicht, wobei Fig. 7A die Ansicht der Staboberseite und Fig. 7B die Ansicht der Stabunterseite zeigen und die Neigung der Teilleiter innerhalb des Stabpaketes wiederum mit a bezeichnet ist. Bei einer vergleichenden Betrachtungsweise der Fig. 7A und des oberen Teils der Fig. 6B bzw. der Fig. 7B und des unteren Teils der Fig. 6B wird die Verdrillung ohne weiteres verständlich. Mit b ist wiederum die Umbandelung des Stabpaketes bezeichnet, die als vorläufige Fixierung dient.

Die Herstellung des fertigen Stabpaketes St VI durch Übereinanderstapeln der vorgekröpften Teilleiter t zur jeweiligen Teilleiter-Säule TI bis T6 und das Ineinanderschieben dieser Teilleiter-Säulen sind sinngemäss zu der anhand der Fig. 2C bis 2F beschriebenen auszuführen.

Fig. 8A, 8B und 8C zeigen die bevorzugte Ausführungsform eines voll ausgeglichenen, in seinem Nutbereich um 540° verdrillten 6-Ebenenstabes, wobei der fiktive Ausgangsstab nach Fig. 8A bereits um 540° verdrillt ist und der fertige 6-Ebenenstab dadurch entstanden gedacht werden kann, dass der 2-Ebenen-Roebelstab r nach Fig. 8A zweimal um die Faltungsachsen fl bzw. f2, die bei Vih* bzw. 2Ah* liegen, gefaltet wird. Die repräsentative Leiterschleife nach Fig. 8A erhält dann die Form, die aus Fig. 8B ersichtlich ist, wo wiederum im Aufriss dargestellt ist, dass die einzelnen Teilleiterschleifen hinsichtlich der vom Nutenquerfeld erzeugten Spannungen über die Stablänge gesehen ausgeglichen sind, wie es die im Gegenzeigersinn verlaufenden ©-Leiterschleifen und die im Uhrzeigersinn orientierten ©-Leiterschleifen verdeutlichen (vgl. hierzu die Darstellung nach Fig. 4A für einen 4-Ebenen-stab). Fig. 8C zeigt in entsprechender Darstellung zu Fig. 4B die Draufsicht auf eine repräsentative Leiterschleife des 6-Ebenenstabes, der mehrere einander kreuzende Unterschleifen aufweist, wobei die im Uhrzeigersinn orientierten ©-Schleifen und die im Gegenzeigersinn orientierten ©-Schleifen in ihren Flächen gleich sind, so dass auch die vom radialen Stirnkopfstreufeld induzierten Spannungen aufgehoben werden.

Die Fig. 9A, 9B, 9C und 9D zeigen wiederum in vereinfachter, schematischer Darstellung entsprechend zu der Darstellung nach den Fig. lAbis 1D die Herstellung eines 8-Ebe-nenstabes St VIII (Fig. 9D), ausgehend von einem fiktiven, als 2-Ebenen-Roebelstab ausgebildeten Ausgangsstab r, der die Stabhöhe h* und die beiden Teilleiterebenen I und II mit Teilleitern 1 bis 12 bzw. 13 bis 24 aufweist. Um die Faltungsachse fl erfolgt die Faltung im Uhrzeigersinn gemäss Pfeil uz und um die Faltungsachsen f2 und f3 im Gegenzeigersinn gemäss Pfeilen gz 1 und gz 2. Der fertige 8-Ebenenstab St VIII weist acht Ebenen el bis e8 auf und dementsprechend acht Kröpfstellen kl2 bis k41. Wie erwähnt, dienen die schematisierten Fig. 9A bis 9D dem besseren Verständnis; in der Praxis wird natürlich kein 2-Ebenen-Roebelstab nach Fig. 9A als Ausgangsstab benutzt, vielmehr werden - wie bereits anhand der Herstellung des 4-Ebenen und des 6-Ebenensta-bes erläutert - die einzelnen Teilleiter-Säulen TI bis T8 (nicht dargestellt) durch Abkröpfen der einzelnen Teilleiter innerhalb einer Kröpfschablone und anschliessendes Zusammen-5 fügen erzielt. Da ein 8-Ebenen-Leiterstab bei Verdrillung um 360° nicht voll ausgeglichen ist, wird wiederum in bevorzugter Ausführungsform so, wie anhand des 4-Ebenenstabes erläutert, eine Verdrillung von je 180° in den beiden Wickelkopfbereichen und um 540° im Nutbereich vorgenommen, so io dass dann dieser 8-Ebenenstab hinsichtlich der vom Nutquerfeld und vom radialen Stirnkopfstreufeld induzierten Spannungen voll ausgeglichen ist. Im einzelnen ist die Reihenfolge der Kröpfstellen bei einem 360°-Verdrillungsumlauf; kl2 -k23 - k36 - k67 - k78 - k85 - k54 - k41 (Fig. 9D). 15 Die Fig. 10A, 10B und 10C schliesslich zeigen in einer den Fig. 1 A, 1B und 1D entsprechenden Darstellungsweise die Entstehung eines 10-Ebenenstabes, ausgehend von einem 2-Ebenen-Roebelstab r mit den beiden Ebenen I und II und den Teilleitern 1 bis 15 in der Ebene I und 16 bis 30 in der 20 Ebene II und mit den Faltungsachsen fl bis f4 sowie mit den einzelnen Stabteilpaketen rl bis r5. Fig. 10B zeigt die einzelnen Kröpfstellen, die zusätzlich zu den Kröpfstellen kl und k2 durch das Auseinanderziehen erhalten werden, nämlich die Kröpfstellen k3 bis klO, und zeigt auch die Faltungsrich-25 tung uzl und uz 2 für die Teilleiterpakete rl bzw. r5 und gzl bzw. gz2 für die Teilleiterpakete r2 bzw. r4. Das Ergebnis ist der 10-Ebenen-Leiterstab St X mit den Ebenen el bis elO und den einzelnen Kröpfstellen kl2 bis k41. Auch in bezug auf diesen 4-Ebenenstab gilt für die praktische Herstellung das 3o bereits zum ersten und zum zweiten Ausführungsbeispiel (4-Ebenen- und 6-Ebenenstab) Gesagte.

Es versteht sich, dass bei den vorstehend geschilderten vier Ausführungsbeispielen, wie auch bei Mehrebenen-Leiter-stäben mit mehr als 10 Leiterebenen, die Teilleiter zum 35 Zwecke der Flüssigkeitskühlung, zumindest zu einem Teil, bezogen auf die Gesamtteilleiter-Anzahl, als Hohlteilleiter ausgeführt werden können, wobei die Hohlteilleiter untereinander und - bei Vorhandensein von Massivteilleitern, also bei einem sogenannten Mischstab - auch mit den Massivteillei-40 tern verdrillt sein können. Hierbei besteht eine bevorzugte Ausführungsform darin, dass die Hohlteilleiter insbesondere zur Wärmeabfuhr benutzt werden und weniger oder praktisch nicht zur Stromleitung (diese wird von den Massivteilleitern übernommen), wobei dann die Hohlteilleiter aus einem 45 Metall geringerer Leitfähigkeit als die Massivteilleiter gefertigt werden. So bestehen insbesondere die Massivteilleiter aus Kupfer und die Hohlteilleiter aus Stahl, was auch den Vorteil hat, dass sie bei gegebenem hydraulischen Durchmesser eine ausreichende mechanische Stabilität aufweisen, die sie in die so Lage versetzt, ohne Beeinträchtigung der mechanischen Stabilität mit den Kröpfstellen versehen zu werden und auch hinreichende Stabilität gegen Schwingungen innerhalb des Stabpaketes aufzuweisen. Auf diese Weise können die durch die Hohlteilleiter fliessenden Wirbelströme auf vernachlässig-55 bar kleinen Werten gehalten werden; jedenfalls lässt sich bei gegebenem hydraulischen Durchmesser und gegebenem Querschnitt der Hohlteilleiter eine Optimierung hinsichtlich ihres spezifischen Widerstandes derart durchführen, dass die Wirbelstromverluste über den Stabgesamtquerschnitt gesehen 60 ein Minimum werden, wie dies an sich durch die DE-PS 1 048 335 bekannt ist.

In Fig. 8A ist die axiale Länge des Nutteils des Wicklungsstabes mit 1 und seines Wickelkopfteiles mit lw bezeichnet, wobei - wie ersichtlich - im Nutteil eine 540°-Verdrillung 65 mit jeweils einem 180°-Umlauf auf 'A 1, Vi 1 und A 1 durchgeführt ist. Die axiale Länge lw des Wickelkofpteiles ist mit jeweils Vi lw auf die beiden Stabenden aufgeteilt. Dies gilt sinngemäss auch für das in Fig. 4A, 4B dargestellte Ausführungsbeispiel.

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9 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

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1. Mehrebenen-Leiterstab für elektrische Maschinen, insbesondere für Turbogeneratoren, dessen Teilleiter in mindestens 4 umfangsmässig nebeneinanderliegenden Ebenen radial übereinanderliegend angeordnet und um mindestens 360° verdrillt sind, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) die Anzahl n>4 der Teilleiter-Ebenen ist auch bei einem mehr als 4 Teilleiter-Ebenen aufweisenden Mehrebenen-Leiterstab geradzahlig;

b) der Mehrebenen-Leiterstab mit n > 4 Teilleiter-Ebenen weist eine stablängenabhängige Transposition seiner Teilleiter in Höhenrichtung und in Querrichtung des Stabes auf, welcher das folgende Bildungsgesetz zugrundegelegt ist:

bl) ein Zweiebenen-Roebelstab ist als Ausgangsstab um Faltungsachsen der Anzahl f = n/2 — 1 gefaltet, welche Faltungsachsen über seine Stabhöhe verteilt sind;

b2) die jeweilige Höhenlage h der Faltungsachsen f ist durch die Beziehung h = m h*/f + 1 = m 2h*/n definiert, wobei die Faltungszahl m definiert ist durch n/2>m = 1,2,3 ... m — 1, m und wobei h* die Stabhöhe des Zweiebenen-Roe-belstabes bedeutet;

b3) die Faltung ist so durchgeführt, dass b31) bei einem Vierebenenstab die 360°-Transpositionsfolge durch die Beziehung ±el-*- +e4->- ± e3 + e2 ->• ±el mit der zugehörigen Kröpfschrittfolge in Stabquerrichtung kl4 = 3; k43= I ; k32= I ; k2I = 1 gegeben ist;

b32) bei einem Sechsebenenstab die 360°-Transpositionsfolge durch die Beziehung ±el + e4->- +e5->- +e6-» ± e3 -* +e2~* ± el mit der zugehörigen Kröpfschrittfolge in Stabquerrichtung k 14 = 3 ; k45 = 1 ; k56 = 1 ; k63 = 3 ; k32 = 1 ; k21 = 1 gegeben ist, und dass b33) bei einem Achtebenenstab die 360° -Transpositionsfolge durch die Beziehung ±el ->• +e2->- ±e3 ->- +e6-> ±e7->- + e8->- ±e5->- +e4-* ±el mit der zugehörigen Kröpfschrittfolge in Stabquerrichtung kl2 = 1 ; k23 = 1 ; k36 = 3 ; k67 = 1 ; k78 = 1 ; k85 = 3 ; k54 = 1 ; k41 = 3 gegeben ist, wobei bedeutet: en mit der Indexzahl n= 1,2,3...n, n die betreffende Teilleiterebene des Mehrebenen-Leiterstabes, + en ein Durchwandern dieser Teilleiterebene von unten nach oben, — en ein Durchwandern dieser Teilleiterebene von oben nach unten und kpq mit den Indexzahlen p= 1,2,3...p und q= 1,2, 3...q den jeweiligen Kröpfschritt in Teilleiterbreiten beim Wechseln eines Teilleiters von einer Teilleiterebene en mit der Indexzahl n = p in die nächstfolgende Teilleiterebene en mit der Indexzahl n = q.

2. Verfahren zur Herstellung eines Mehrebenen-Leitersta-bes nach Patentanspruch 1 mit e Ebenen und t Teilleitern je Ebene, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von der durch den Stabanfang gelegten Stabquerschnittsebene die Leiter der jeweiligen Ebene (el, e2..., en— 1, en) jeweils in eine Kröpfschablone eingelegt und mit ihrer endgültigen Lage im fertig verdrillten Mehrebenen-Leiterstab entsprechenden Kröpfungen versehen werden, dass die abgekröpften Teilleiter der jeweiligen Ebene (e 1, e2..., en — 1, en) zu je einer Teilleiter-Säule übereinander geschichtet werden und dass schliesslich die einzelnen Teilleiter-Säulen ineinander geschoben und zum kompletten M ehrebenen-Leiterstab miteinander verbunden werden.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verwendung von Mehrebenen-Leiterstäben nach Patentanspruch 1 zur Herstellung einer Ständerwicklung eines supraleitenden Turbogenerators.

4. Mehrebenen-Leiterstab nach Patentanspruch 1, mit 4 Teilleiter-Ebenen, dadurch gekennzeichnet, dass er zwecks vollständigen Ausgleichs der vom Nutenquerfeld und dem radialen Stirnkopfstreufeld induzierten Spannungen in seinem Wickelkopf- und Nutbereich in der Reihenfolge: Wik-kelkopf an einem Maschinenende - Nutbereich - Wickelkopf am anderen Maschinenende um 180°, darauffolgend um 540°

und schliesslich wieder um 180° verdrillt ist, wobei die Verdrillung im Wickelkopfbereich nur zwischen zwei jeweils benachbarten Ebenen erfolgt.

5. Mehrebenen-Leiterstab nach Patentanspruch 1, mit 6 Teilleiter-Ebenen, dadurch gekennzeichnet, dass er zwecks vollständigen Ausgleichs der vom Nutenquerfeld und dem radialen Stirnkopfstreufeld induzierten Spannungen im Nutbereich um 540° verdrillt ist.

6. Mehrebenen-Leiterstab nach Patentanspruch 1 oder einem der Patentansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass seine Teilleiter zum Zwecke der Flüssigkeitskühlung zumindest zu einem Teil, bezogen auf die Gesamtteilleiter-Anzahl, als Hohlteilleiter ausgeführt sind, wobei die Hohlteilleiter untereinander und - bei Vorhandensein von Massivteilleitern - auch mit letzteren verdrillt sind.