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Genuteter Eisenkörper für elektrische Maschinen und Apparate aus Blech
mit magnetischer Vorzugsrichtung Bleche mit magnetischer Vorzugsrichtung bieten
sowohl bezüglich der Erregerleistung sowie der Eisenverluste erhebliche Vorteile.
Unter diesen Umständen ist ein hoher Anreiz gegeben, derartige Bleche bei elektrischen
Maschinen und Geräten anzuwenden, insbesondere, wenn diese größere Abmessungen aufweisen
und die Abfuhr der Verlustwärme einen größeren Aufwand bedingt. Der Anwendung von
Blechen mit magnetischer Vorzugsrichtung bei elektrischen Maschinen steht nun der
Umstand entgegen, daß in den die Wicklungsleiter tragenden Zahnpartien der Maschinen
die Kraftlinien in der Längsrichtung der Zähne, jedoch in dem anschließenden eigentlichen
Eisenkranz, z. B. Ständerkern, im Verhältnis zum Blechkranz tangential, d. h. etwa
senkrecht zu den Kraftlinien in den Ständerzähnen verlaufen. Will man nun bei größeren
elektrischen Maschinen, z. B. Turbogeneratoren, die Verringerung der Erregerleistung
sowie der Eisenverluste von Blechen mit magnetischer Vorzugsrichtung ausnutzen,
so ergibt sich die Unmöglichkeit, die Ständer in der bisherigen Weise aus mit Zähnen
versehenen Blechsegmenten aufzubauen Ähnliches gilt für die Ausführung geblechter
Läufer elektrischer Maschinen.
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Es ist bereits bekanntgeworden, Eisenblechpakete elektrischer Maschinen
aus kornorientierten Blechen in der Weise aufzubauen, daß der Rücken des Blechpaketes
aus Segmenten aufgebaut ist, die in tangentialer Richtung zum Blechpaket eine magnetische
Vorzugsrichtung aufweisen. In Nuten von Winkel-, Kreisbogen- oder Schwalbenschwanzform
sind bei dieser Anordnung einzelne Zahnlamellen eingesetzt, die entsprechend dem
Verlauf der Kraftlinien in den Zähnen in Längsrichtung der Zähne eine magnetische
Vorzugsrichtung aufweisen. Ein Nachteil dieser Bauart besteht jedoch darin, daß
die Verbindung der Zähne mit den Segmenten der Blechlamellen des Ständerrückens
außerordentlich schwierig ist, wenn eine feste, Schwingungen ausschließende Verbindung
zwischen den Zähnen und dem Ständerrücken sichergestellt sein soll. Selbst bei Anwendung
schwerer mechanischer Spannkonstruktionen zur Sicherung der Lage der Zahnlamellen
gegenüber dem Ständerrücken dürfte bei dieser Anordnung eine hinreichende sichere
Verbindung der Zahnlamellen mit dem Ständerrücken, die den Anforderungen des Dauerbetriebes
gewachsen ist, nicht zu erreichen sein.
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Erfindungsgemäß wird eine wesentlich verbesserte Ausführung der Eisenblechkörper
elektrischer Maschinen mit in tangentialer Richtung zum Maschinenunifang eine magnetische
Vorzugsrichtung aufweisenden Eisenblechlamellen des Blechpaketrückens und mit in
Richtung der Zahnlängsachse eine magnetische Vorzugsrichtung aufweisenden Zahnlamellen
dadurch erreicht, daß zusätzlich zu den genannten Teilen des Blechpaketes weitere
Zahnsegmente vorhanden sind, die sich radial über die gesamte Blechpaketrückenhöhe
erstrecken und derart mit den übrigen Zahnsegmenten und den den Paketrücken bildenden
Segmenten verschachtelt und verbunden sind, daß sämtliche Segmente starr miteinander
verklammert werden.
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Die erfindungsgemäße Lösung macht eine praktisch starre, Schwingungen
ausschließende Verbindung der zum Aufbau dienenden einzelnen Blechlamellen der Zahnpartie
und des Eisenkranzes möglich. Eine besonders günstige Vereinigung der Teile des
Blechpaketes kann dadurch erreicht werden, wenn die verschiedenen, den Eisenkörper
bildenden Blechsegmente durch einen festen mechanischen Zusammenhang sicherstellende
Bindemittel miteinander vereinigt werden. Durch diese gewissermaßen ein Verkleben
der einzelnen Blechsegmente herstellende Verbindung werden die Eisenzahnkranzsegmente,
die Einzelzahnsegmente sowie die schmalen, sich radial über den gesamten Eisenkranz
erstreckenden "Zahnsegmente zu einem einheitlichen festen Körper vereinigt, wobei
den eine Verklammerung darstellenden, sich über den Blechpaketrücken erstreckenden
Zahnsegmenten eine besondere Bedeutung zukommt. An sich ist das Verkleben der Segmente
eines Blechkörpers bereits bekannt. Im vorliegenden Fall kommt diesem Merkmal jedoch
in Verbindung mit der Verschachtelung der sich bis über den Blechpaketrücken erstreckenden
Zahnsegmente
mit den übrigen Blechsegmenten eine besondere Bedeutung zu. Eine Verwirklichung
des Erfindungsgedankens auf anderem Wege ist jedoch auch in der Weise möglich, daß
durch äußere Spannkonstruktionen die verschiedenen Blechlamellen des Eisenkörpers
zusammengehalten werden.
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Vorzugsweise werden gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung
die Eisenkörper, insbesondere Ständerkörper, bei größeren Maschinen aus einzelnen
ringförmigen Lamellenpaketen aufgebaut, die für sich vor dem Zusammenbau bzw. Einbau
in das Maschinengehäuse durch die vorerwähnte Verschachtelung und Verbindung der
einzelnen Teile des Blechpaketes hergestellt werden.
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Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand der Zeichnung erläutert
werden.
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Fig. 1 gibt einen Schnitt durch ein Eisenpaket eines erfindungsgemäß
ausgebildeten Ständers für einen Turbogenerator wieder, der axial in bezug auf die
Maschinenachse geführt ist; Fig. 2 bis 4 geben teilweise Querschnitte an den Stellen
II-II, III-III und IV-IV der Fig. 1 wieder; Fig. 5 zeigt einen entsprechenden Schnitt
für eine etwas abgewandelte Ausführungsform.
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In Fig. 1 bedeutet 60 einen Blechpaketteil eines Ständereisenkörpers
7 für eine elektrische Maschine. Das Eisenpaket besteht aus einzelnen nebeneinanderliegenden
Blechschichten 2, 3 und 4, die aus sich bis über den Ständerrücken erstreckenden
Einzelzahnsegmenten 43, den Ständerrückensegmenten 41 sowie den kurzen Zahnsegmenten
42 aufgebaut sind. Jede der Blechschichten 2, 3 und 4 ist, wie die Fig. 2 bis 4
genauer zeigen, in verschiedener Weise aus Blechsegmenten aufgebaut.
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Wie die Fig. 3 und 4 erkennen lassen, sind die Blechlagen 3 und 4
einerseits aus den den Eisenkranz, d. h. Ständerrücken bildenden Segmenten 41, andererseits
den Zahnsegmenten 42 zusammengesetzt. Die in den Blechlagen 3 und 4 gegeneinander
versetzt den Ständerrücken bildenden Segmente 41, die an den Trennfugen 44 bzw.
45 zusammenstoßen, weisen tangential zum Maschinenumfang eine magnetische Vorzugsrichtung
auf. Andererseits sind die die Zahnpartie bildenden Zahnlamellen 42, die bei 46
an den Lamellen 41 anliegen, so ausgeführt, daß die magnetische Vorzugsrichtung
in Richtung der Zahnlängsachse verläuft. Die magnetische Vorzugsrichtung ist durch
Doppelpfeile 47 bzw. 48 in den Segmenten 41 bzw. Zahnsegmenten 42 angedeutet. Zwischen
den einzelnen Zahnlamellen 42 liegen Nuten 11 für die Wicklungsleiter 12, die in
an sich bekannter Weise für Innenkühlung mit Kanälen 13 ausgeführt sein können.
40 bedeuten noch Kanäle oder Bohrungen zur axialen Hindurchleitung des Kühlmittelstromes
durch das Ständereisenpaket. 38 schließlich sind Löcher für Spannbolzen zum Verspannen
des Blechpaketes. Die den Ständerrücken bildenden Blechsegmente 41 werden so ausgeführt,
daß sie sich nur über einen beschränkten Teil des Maschinenumfanges erstrecken,
damit die Abweichung des Kraftlinienverlaufes von der magnetischen Vorzugsrichtung
nicht zu groß wird. Günstigste Verhältnisse ergeben sich, wenn der Winkelbereich
der Segmente 41 des ringförmigen Ständerrückens etwa 30° beträgt; jedoch ergeben
sich auch in einem Winkelbereich, der etwa zwischen 15 und 40° liegt, in der Regel
noch annehmbare Verhältnisse.
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Fig. 2 gibt eine Ansicht auf die Blechlage 2 der Fig. 1 wieder, welche
aus einzelnen Zahnsegmenten 43 gebildet wird, die sich radial über den ganzen Bereich
des Ständerrückens erstrecken. Mit 49 ist der Zahnteil, mit 51 der im Ständerrücken
liegende segmentförmige Teil der Zahnsegmente 43 bezeichnet. Die einzelnen Blechsegmente
43 liegen an den Stoßkanten 54 aneinander an. Durch die Blechlagen bzw. die einzelnen
Segmente 43 wird eine feste Verklammerung zwischen den den Ständerrücken bildenden
Blechsegmenten 41 und den reinen Zahnsegmenten 42 möglich gemacht. Werden die einzelnen
Blechlamellen der Zahnpartie und des Ständerrückens unter mechanischer Verklammerung
durch die sich über den Ständerrücken erstreckenden Zahnsegmente 51 durch ein Bindemittel,
z. B. Wasserglas, Siliconlacke, Kunstharze od. dgl., gegebenenfalls unter Anwendung
von Hitze und Druck, miteinander verklebt bzw. verbunden, so entsteht ein völlig
starrer einheitlicher Körper, bei dem die Deformation der einzelnen Blechteile ineinander,
insbesondere Schwingungen, sicher ausgeschlossen werden können.
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Zusätzlich kann aber auch, wenn man die Sicherheit noch erhöhen will,
eine kräftige äußere mechanische Verspannung des gesamten Blechkörpers vorgesehen
werden. Wie ohne weiteres zu erkennen ist, ergeben sich bei genauer Bearbeitung
auch für den Kraftfluß günstige Verhältnisse, da die Spalte an den Stoßstellen der
Bleche sowie zwischen den Blechlagen sehr klein gehalten werden können.
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Die Zahnlamellen 43 werden vorteilhafterweise so ausgeführt, daß sie
sich über eine Nutteilung erstrecken, wie es Fig. 2 zeigt. Bei der in dieser Figur
dargestellten Anordnung sind die Blechlagen 2 vollständig aus gezahnten Blechlamellen
43, die sich über den Ständerrücken erstrecken, aufgebaut. Zwischen je zwei Lagen
2 liegen abwechselnd mehrere Blechlagen 3 und 4, die aus den Segmenten 41 und 42
zusammengesetzt sind (Fig. 1).
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Wie aus Fig. 5 hervorgeht, ist es aber auch möglich, den Eisenkörper
aus Blechen mit magnetischer Vorzugsrichtung in der Weise aufzubauen, daß die sich
über den Ständerrücken erstreckenden Zahn-. segmente 43' mit dem Teil 51' zwischen
schmäleren Ständerrückensegmenten 41' eingeschaltet werden, wobei in den einzelnen
aufeinanderfolgenden Lagen der Siegmente 41 die sich über den Ständerrücken erstreckenden
Zahnsegmente 43' in der Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind. Auch in diesem
Fall wird durch die Zahnsegmente 43' eine wirksame Verklammerung der Teile der Blechkörper
erreicht.
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Die Fig. 6 zeigt noch den Zusammenbau des Ständers für einen größeren
Turbogenerator unter Verwendung erfindungsgemäß ausgebildeter Blechkörper. In Fig.
6 bedeutet 29 das äußere Gehäuse eines z. B. für Wasserstoffkühlung ausgebildeten
Generators. 31 bis 35 sind Querrippen, mit denen unter Zwischenschaltung entsprechender
Spann- oder Befestigungsglieder die Ringteile 21 bis 24 des Innengehäuses verbunden
sind. In kreisabschnittförmigen Aussparungen oder Nuten der Gehäuseteile 21 bis
24 liegen Haltebolzen 16, an denen der Eisenblechkörper bzw. die Blechlamellen in
Aussparungen 37 aufgereiht werden. Die Spannbolzen 16 greifen an einen Ring 61 an,
durch den die Druckkräfte über den magnetischen Endschild 62 auf einen Druckring
63 und von diesem über den Fingerring 64 auf das erfindungsgemäß ausgebildete Blechpaket
60 übertragen werden. Der magnetische Endschild 62 ist, wie an sich bekannt, ebenfalls
lamelliert ausgeführt, um die Streufeldverluste gering zu halten. Wesentlich ist
nun für den erfindungsgemäßen Aufbau des Ständereisenkörpers, daß einzelne Blechpakete
60, die für sich unabhängig vom Gehäuse hergestellt und zu einheitlichen Eisenpaketen
verfestigt
sind, einzeln von oben unter Führung an den Spannbolzen
16 in das Gehäuse eingeschoben und in diesem verspannt werden, Grundsätzlich ist
hierbei die Ausbildung der Spannkonstruktion am oberen Ende des Maschinengehäuses
die gleiche, wie in Fig. 6 unten dargestellt ist. Auch der Endschild 62 für das
Streufeld kann aus Material mit magnetischer Vorzugsrichtung aufgebaut und in der
vorstehend erläuterten Weise unter Anwendung eines Bindemittels bei Verschachtelung
der Blechlamellen hergestellt werden.
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Der erfindungsgemäße Zusammenbau der Ständer von Wechselstrommaschinen,
wie er an Hand der Fig. 6 erläutert wurde, bedeutet arbeitstechnisch einen wesentlichen
Fortschritt, weil es nicht mehr erforderlich ist, wie bisher die Blechlagen einzeln
in das Maschinengehäuse einzubringen. Hierdurch wird die Fertigung wesentlich erleichtert.
Auch der Abfall an hochwertigem Material durch Stanzverluste wird durch die Erfindung
klein gehalten. Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf Ständer von Wechselstrommaschinen
beschränkt und auch bei Läufern möglich, dergleichen unter Umständen auch bei Apparaten,
z. B. Drehtransformatoren und Schubtransformatoren.