EP4476814A1 - Verfahren zur herstellung einer ringförmigen wickelkopfabstützung sowie wickelkopfabstützung - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer ringförmigen wickelkopfabstützung sowie wickelkopfabstützung

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EP4476814A1
EP4476814A1 EP22817067.6A EP22817067A EP4476814A1 EP 4476814 A1 EP4476814 A1 EP 4476814A1 EP 22817067 A EP22817067 A EP 22817067A EP 4476814 A1 EP4476814 A1 EP 4476814A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ring
ring segments
winding head
head support
rotor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22817067.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Yassar GHANIMI
Alexander John
Oliver JANTSCHER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Andritz Hydro GmbH Austria
Original Assignee
Andritz Hydro GmbH Austria
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Andritz Hydro GmbH Austria filed Critical Andritz Hydro GmbH Austria
Publication of EP4476814A1 publication Critical patent/EP4476814A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/50—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto
    • H02K3/51—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto applicable to rotors only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/50—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto
    • H02K3/505—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto for large machine windings, e.g. bar windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/12—Machines characterised by the modularity of some components

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an annular end winding support for a rotor of a rotating electrical machine.
  • the invention further relates to an end winding support for a rotor of an electrical machine, having at least one ring.
  • End winding supports for rotors of electrical machines and methods for producing the same are known from the prior art. Such winding head supports are used to absorb the centrifugal forces acting on a winding head of the rotor as a result of rotation, so that impermissible deformations of the winding head are avoided.
  • Prior art end-winding supports are typically formed from a high-strength material, typically high-strength, non-magnetizable steel, and often include one or more rings, as described in document AT 508622 A1, for example, where appropriate rings are typically produced by forging and rolling and optionally other methods for achieving particularly high strength.
  • winding head supports can only be formed up to a maximum size predetermined by a given rolling device. Furthermore, a maximum size of such end winding supports is also limited by a transport route from a production facility to a location at which the electrical machine is to be operated, usually a power plant. So far, end-winding supports can only be produced up to a maximum inner diameter of up to about 6 m, which means that they can also become a limiting factor in machine design.
  • the object of the invention is to specify a method of the type mentioned at the outset, with which a winding head support can be produced independently of a limitation specified by a forging or rolling device. Such a winding head support is also to be specified.
  • the first object is achieved according to the invention by a method of the type mentioned at the outset, in which ring segments are formed, after which the ring segments are connected to form a ring forming the end winding support.
  • the production of corresponding ring segments no longer requires forging or rolling devices which are suitable for producing complete rings with a corresponding diameter, but that it is then sufficient to provide devices with which only the ring segments are formed.
  • the ring segments can be produced in any manner known from the prior art, for example by machining or forming. It is also fundamentally possible to connect the individual ring segments in any manner known from the prior art, in particular in a positive, non-positive or material manner.
  • the individual ring segments thus no longer extend around the entire circumference of the ring, but each form only part of the ring circumference, which is why they can be produced very easily.
  • the ring is divided into ring segments along planes, which planes contain an axis of rotation of the ring.
  • One of the ring segments usually extends over a range of 20 degrees to 180 degrees of an entire ring, so that the ring can be formed from two to 18 ring segments, for example, which have essentially identical dimensions.
  • the ring segments are formed from plate-shaped elements by forming, in particular by cold forming, preferably by bending. Production can then take place, for example, by first cutting metal sheets with corresponding external dimensions from a plate-shaped material, such as sheet metal of a corresponding thickness and material, after which the sheets are formed, usually by cold forming or by bending, in order to initially approximately flat metal sheets to form corresponding circle segments with a radius corresponding to the end winding support to be formed. Additional hardening, in particular strain hardening, can take place as a result of the forming.
  • the ring segments can be formed from any material that is suitable for absorbing the mechanical and thermal loads occurring in a winding head support, such as a metal, a composite material or a fiber composite material. Provision is particularly preferably made for the ring segments to have a steel, in particular austenitic steel, or to consist of such a steel. Non-magnetizable steel is usually used in order to avoid electrical losses in the end winding as far as possible.
  • the ring segments to form the ring can basically be connected in a wide variety of ways.
  • the ring segments are formed by a steel such as an austenitic steel, it is preferably provided that the ring segments are connected by welding.
  • a connection is possible both by fusion welding and by pressure welding, such as, for example, friction stir welding.
  • the ring is mechanically processed after the ring segments have been connected, in particular after heat treatment, in particular by a machining manufacturing process, in order to achieve defined dimensions.
  • the ring formed by the assembled ring segments or the winding head support can be machined, for example, by turning and/or milling.
  • a winding overhang support according to the invention can in principle be used for electrical rotating machines of the most varied sizes.
  • a corresponding winding head support is used particularly favorably on particularly large machines, especially since this means that problems in the area of production and transport that are otherwise to be expected with correspondingly large one-piece rings can easily be avoided.
  • the ring segments and the ring have an inner radius of more than 0.5 m, preferably more than 2 m, in particular more than 3 m.
  • the individual ring segments are only assembled on site to form a ring or a winding head support, so that they can be attached to the system individually and thus in a space-saving manner can be transported.
  • a winding head support of the type mentioned at the outset in which the ring is formed by connected ring segments. Provision is particularly preferably made for the end winding support to be produced in a method according to the invention.
  • Such a winding head support is particularly easy to produce compared to winding head supports of the prior art and, in particular, does not require any Forging and rolling equipment designed to produce one-piece rings of the appropriate diameter.
  • the ring segments are connected by welding.
  • the end winding support has at least one ring with an inner diameter of more than 1 m, in particular more than 4 m, preferably more than 6 m.
  • the winding head support is designed according to the invention. All ring-shaped winding head supports of the machine are particularly preferably designed according to the invention.
  • end winding support or the ring is arranged on the rotor in such a way that an axis of rotation of the ring essentially coincides with a rotor axis.
  • FIG. 1 shows an electrical machine designed as an asynchronous machine
  • Figure 2 shows a prior art end turn support
  • FIG. 5 shows a flowchart of a method according to the invention.
  • the rotor 1 shows a rotor 1 of an electrical machine designed here as an asynchronous machine, which can be used, for example, in a hydroelectric power station as a motor or generator.
  • the rotor 1 has a rotor shaft and a laminated rotor core 3 in which a rotor winding is arranged.
  • the rotor winding protrudes beyond the rotor laminated core 3 at the end, as a result of which end windings are formed.
  • ring-shaped end winding supports are provided around the winding heads against centrifugal forces occurring during operation due to a rotation of the rotor 1 about a rotor axis 4.
  • the end winding supports can have an outer ring and an inner ring, only the rings 2 of the end winding support, which are designed as outer rings, being visible in FIG.
  • a basic structure of a winding head support with an outer ring and an inner ring is known, for example, from document AT 508622 A1.
  • FIG. 2 shows in detail an approximately hollow-cylindrical ring 2 of a winding overhang support of the prior art, which could be used, for example, as an outer ring in the rotor 1 shown in FIG.
  • this winding head support is designed in one piece.
  • the production of corresponding rings 2 is associated with considerable effort, particularly for rotors 1 with large diameters, and generally requires appropriately dimensioned rolling and forging devices. A transport of corresponding rings 2 is also only possible with great effort.
  • the winding head support which in turn is approximately hollow-cylindrical or ring-shaped, consists of a plurality of ring segments 6 of the same size, which are connected to form a ring 2 .
  • the individual ring segments 6 each extend around part of a circumference of the ring 2 , which part corresponds to a total circumference divided by the number of ring segments 6 .
  • the ring segments 6 shown in FIG. 3 each extend over approximately 120 degrees and the ring segments 6 shown in FIG. 4 each extend over approximately 90 degrees. As a result, these ring segments 6 are easier to produce and can be transported in a smaller space than the finished ring 2.
  • the individual ring segments 6 are usually formed by cold forming from austenitic, high-strength and non-magnetic sheets, so that these sheets have a corresponding radius, which can be 3 m or more, for example, for the end winding supports shown in Figs. 3 and 4, in order to form a ring 2 with to form an inner diameter 7 of, for example, 6 m.
  • the individual ring segments 6 are then connected, usually by welding, after which heat treatment and final mechanical processing can be carried out.
  • weld seams 5 on the contact surfaces between the ring segments 6 can be seen in FIGS. 3 and 4, which weld seams 5 run approximately parallel to the rotor axis 4, which corresponds to an axis of the ring.
  • FIG. 5 shows a flow chart of a method according to the invention for the production of an end turn support like that shown in FIGS. 3 and 4.
  • FIG. In a first process step S1, flat, plate-shaped elements or sheets are cut from an austenitic, non-magnetic and high-strength steel, for example by laser cutting, after which in a second process step S2 the cut sheets are formed by rolling, bending and/or cold forming until these have a desired radius of, for example, 3 m for a ring 2 with an inner diameter 7 of 6 m. Further hardening of the material can also take place in the course of the forming.
  • a next, third method step S3 the individual ring segments 6 are connected by welding in order to form the ring 2.
  • Parting planes, which divide the ring 2 into the individual ring segments 6, usually contain the rotor axis 4, which is why the weld seams 5 usually run parallel to the rotor axis 4.
  • other planes of division for example oblique planes, are of course also possible.
  • the ring 2 is heat treated, which depends on the material used, usually an austenitic, non-magnetic, high-strength steel.
  • fifth method step S5 a final mechanical processing takes place in order to achieve exact dimensions of the end winding support and in particular to reduce an imbalance.
  • a winding head support produced according to the invention it is possible in particular to form particularly large rotors 1 for electrical machines such as asynchronous machines, especially since here, in contrast to one-piece winding head supports, no devices are required that enable the production of components that have a size corresponding to a diameter of the rotor 1 exhibit.
  • winding head supports produced according to the invention can also only be formed on site at a construction site, so that even transport through rough terrain is easily possible, especially since only the individual ring segments 6, but not the entire winding head support with a correspondingly large diameter, then have to be transported.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer ringförmigen Wickelkopfabstützung für einen Rotor (1) einer rotierenden elektrischen Maschine. Um auch eine Wickelkopfabstützung für besonders große Maschinen auf einfache Weise herstellen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass Ringsegmente (6) gebildet werden, wonach die Ringsegmente (6) zu einem die Wickelkopfabstützung bildenden Ring (2) verbunden werden. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor (1), wobei der Rotor (1) endseitig zumindest einen Wickelkopf aufweist, wobei eine Wickelkopfabstützung vorgesehen ist, um bei einem Betrieb auftretende Fliehkräfte aufzunehmen.

Description

Verfahren zur Herstellung einer ringförmigen Wickelkopfabstützung sowie Wickelkopfabstützung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer ringförmigen Wickelkopfabstützung für einen Rotor einer rotierenden elektrischen Maschine.
Weiter betrifft die Erfindung eine Wickelkopfabstützung für einen Rotor einer elektrischen Maschine aufweisend zumindest einen Ring.
Wickelkopfabstützungen für Rotoren elektrischer Maschinen sowie Verfahren zur Herstellung derselben sind aus dem Stand der Technik bekannt. Derartige Wickelkopfabstützungen werden eingesetzt, um die auf einem Wickelkopf des Rotors aufgrund einer Rotation wirkenden Zentrifugalkräfte aufzunehmen, sodass unzulässige Verformungen des Wickelkopfes vermieden werden. Wickelkopfabstützungen des Standes der Technik werden in der Regel durch ein hochfestes Material, üblicherweise durch einen hochfesten, nicht magnetisierbaren Stahl, gebildet und weisen häufig wie beispielsweise im Dokument AT 508622 A1 beschrieben, einen oder mehrere Ringe auf, wobei entsprechende Ringe üblicherweise durch Schmieden und Walzen und gegebenenfalls weitere Verfahren zur Erreichung einer besonders hohen Festigkeit gebildet werden.
Derartige Wickelkopfabstützungen können allerdings nur bis zu einer von einer gegebenen Walzvorrichtung vorgegebenen maximalen Größe gebildet werden. Weiter ist eine maximale Größe derartiger Wickelkopfabstützungen auch durch einen Transportweg von einer Fertigungseinrichtung zu einem Ort, an dem die elektrische Maschine betrieben werden soll, üblicherweise ein Kraftwerk, begrenzt. Bislang sind somit Wickelkopfabstützungen lediglich bis zu einem maximalen Innendurchmesser von bis zu etwa 6 m herstellbar, wodurch diese auch zu einem limitierenden Faktor bei einer Maschinenauslegung werden können.
Hier setzt die Erfindung an. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem eine Wickelkopfabstützung unabhängig von einer durch eine Schmiede- oder Walzeinrichtung vorgegebenen Limitierung herstellbar ist. Weiter soll eine solche Wickelkopfabstützung angegeben werden.
Die erste Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem Ringsegmente gebildet werden, wonach die Ringsegmente zu einem die Wickelkopfabstützung bildenden Ring verbunden werden.
Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass durch Herstellung entsprechender Ringsegmente keine Schmiede- bzw. Walzeinrichtungen mehr erforderlich sind, welche zur Herstellung vollständiger Ringe mit entsprechendem Durchmesser geeignet sind, sondern es dann ausreichend ist, Einrichtungen zur Verfügung zu stellen, mit welchen lediglich die Ringsegmente gebildet werden. Die Ringsegmente können grundsätzlich in jeder beliebigen aus dem Stand der Technik bekannten Weise hergestellt werden, beispielsweise durch spanende Formgebung oder Umformung. Ebenfalls ist es grundsätzlich möglich, die einzelnen Ringsegmente in jeder beliebigen aus dem Stand der Technik bekannten Weise zu verbinden, insbesondere form-, kraft- oder stoffschlüssig.
Die einzelnen Ringsegmente erstrecken sich somit nicht mehr um einen gesamten Umfang des Ringes, sondern bilden jeweils nur einen Teil des Ringumfanges, weswegen diese sehr einfach hergestellt werden können. Üblicherweise ist der Ring entlang von Ebenen in Ringsegmente geteilt, welche Ebenen eine Rotationsachse des Ringes enthalten.
Um eine besonders hohe Effizienz zu erreichen und die Herstellbarkeit einer entsprechenden Wickelkopfabstützung bereits bei niedrigen Kosten gewährleisten zu können, ist bevorzugt vorgesehen, dass etwa gleiche Ringsegmente eingesetzt werden. Dadurch wird ein hoher Gleichteilgrad in einer Fertigung erzielt, sodass eine besonders einfache Herstellung möglich ist. Üblicherweise erstreckt sich eines der Ringsegmente über einen Bereich von 20 Grad bis 180 Grad eines gesamten Ringes, sodass der Ring beispielsweise aus zwei bis 18 Ringsegmenten gebildet werden kann, welche im Wesentlichen idente Abmessungen aufweisen.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass zwei bis zehn, insbesondere drei oder vier, Ringsegmente gebildet werden, welche sich jeweils über gleiche Teile eines Umfangs des Ringes erstrecken. Es versteht sich, dass ein Umfangsbereich, welcher dann durch ein Ringsegment abgedeckt wird, einem gesamten Umfang des Ringes geteilt durch die Anzahl der Ringsegmente entspricht, bei drei Segmenten somit etwa 120 Grad je Ringsegment.
Günstig ist es, wenn die Ringsegmente durch Umformen aus plattenförmigen Elementen gebildet werden, insbesondere durch Kaltverformen, vorzugsweise durch Biegen. Eine Herstellung kann dann beispielsweise erfolgen, indem aus einem plattenförmigen Material, wie beispielsweise einem Blech entsprechender Stärke und aus einem entsprechenden Material, zunächst Bleche mit entsprechenden Außenabmessungen geschnitten werden, wonach die Bleche umgeformt werden, üblicherweise durch Kaltverformen bzw. durch Biegen, um die zunächst etwa ebenen Bleche zu entsprechenden Kreissegmenten mit einem der zu bildenden Wickelkopfabstützung entsprechenden Radius umzuformen. Durch die Umformung kann eine zusätzliche Verfestigung, insbesondere eine Kaltverfestigung, erfolgen.
Grundsätzlich können die Ringsegmente aus jedem beliebigen Material gebildet sein, welches dazu geeignet ist, die in einer Wickelkopfabstützung auftretenden mechanischen und thermischen Belastungen aufzunehmen, wie beispielsweise einem Metall, einem Verbundwerkstoff oder einem Faserverbundwerkstoff. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Ringsegmente einen Stahl, insbesondere austenitischen Stahl, aufweisen oder aus einem solchen Stahl bestehen. Üblicherweise wird ein nicht magnetisierbarer Stahl eingesetzt, um elektrische Verluste im Wickelkopf nach Möglichkeit zu vermeiden.
Wie ausgeführt können die Ringsegmente zur Bildung des Ringes grundsätzlich auf verschiedenste Weisen verbunden werden. Insbesondere dann, wenn die Ringsegmente durch einen Stahl wie beispielsweise einem austenitischen Stahl gebildet sind, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Ringsegmente durch Schweißen verbunden werden. Dabei ist ein Verbinden sowohl durch Schmelzschweißen als auch durch Pressschweißen wie beispielsweise Rührreibschweißen möglich.
Um eine besonders hohe Festigkeit der Wickelkopfabstützung zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass nach einem Verbinden der Ringsegmente eine Wärmebehandlung durchgeführt wird. Bei der Wärmebehandlung können auch durch die vorhergehenden Verfahrensschritte eingebrachte Spannungen reduziert werden, beispielsweise durch Spannungsarmglühen.
Insbesondere zur Reduktion einer verbleibenden Unwucht bzw. zur Erreichung einer maximal tolerierbaren Unwucht ist es günstig, wenn der Ring nach einem Verbinden der Ringsegmente insbesondere nach einer Wärmebehandlung, mechanisch bearbeitet wird, insbesondere durch ein spanendes Fertigungsverfahren, um definierte Abmessungen zu erreichen. Der durch die zusammengefügten Ringsegmente gebildete Ring bzw. die Wickelkopfabstützung kann hierzu beispielsweise durch Drehen und/oder Fräsen bearbeitet werden.
Eine erfindungsgemäße Wickelkopfabstützung kann grundsätzlich für elektrische rotierende Maschinen unterschiedlichster Größen eingesetzt werden. Besonders günstig wird eine entsprechende Wickelkopfabstützung an besonders großen Maschinen eingesetzt, zumal dadurch andernfalls bei entsprechend großen einteiligen Ringen zu erwartende Probleme im Bereich der Fertigung und des Transportes einfach vermieden werden können. Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass die Ringsegmente und der Ring einen Innenradius von mehr als 0,5 m, vorzugsweise mehr als 2 m, insbesondere mehr als 3 m, aufweisen. Dadurch können auf einfache Weise Ringe mit einem Innendurchmesser von beispielsweise 6 m oder mehr gebildet werden. Abhängig von einem Transportweg zu einer Anlage, an welcher die entsprechende elektrische Maschine eingesetzt werden soll, kann dabei auch vorgesehen sein, dass die einzelnen Ringsegmente erst vor Ort zu einem Ring bzw. zu einer Wickelkopfabstützung zusammengesetzt werden, sodass diese einzeln und somit platzsparend zur Anlage transportiert werden können.
Die weitere Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Wickelkopfabstützung der eingangs genannten Art gelöst, bei welcher der Ring durch verbundene Ringsegmente gebildet ist. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Wickelkopfabstützung in einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
Eine derartige Wickelkopfabstützung ist verglichen mit Wickelkopfabstützungen des Standes der Technik besonders einfach herstellbar und erfordert insbesondere keine Schmiede- und Walzeinrichtungen, die zur Herstellung von einteiligen Ringen mit entsprechendem Durchmesser ausgebildet sind.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Ringsegmente durch Schweißen verbunden sind.
Günstig ist es, wenn die Wickelkopfabstützung zumindest einen Ring mit einem Innendurchmesser von mehr als 1 m, insbesondere mehr als 4 m, vorzugsweise mehr als 6 m, aufweist.
Bei einer elektrischen Maschine mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Rotor einseitig einen Wickel köpf aufweist, wobei eine Wickelkopfabstützung vorgesehen ist, um bei einem Betrieb auftretenden Fliehkräfte aufzunehmen, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Wickelkopfabstützung erfindungsgemäß ausgebildet ist. Besonders bevorzugt sind sämtliche ringförmige Wickelkopfabstützungen der Maschine erfindungsgemäß ausgebildet.
Es versteht sich, dass die Wickelkopfabstützung bzw. der Ring derart am Rotor angeordnet wird, dass eine Rotationsachse des Ringes im Wesentlichen mit einer Rotorachse zusammenfällt.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgend ausgeführten Ausführungsbeispiele. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen:
Fig. 1 eine als Asynchronmaschine ausgebildete elektrische Maschine;
Fig. 2 eine Wickelkopfabstützung des Standes der Technik;
Fig. 3 und 4 erfindungsgemäße Wickelkopfabstützungen;
Fig. 5 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 1 zeigt einen Rotor 1 einer hier als Asynchronmaschine ausgebildeten elektrischen Maschine, welche beispielsweise in einem Wasserkraftwerk als Motor oder Generator eingesetzt werden kann. Der Rotor 1 weist eine Rotorwelle und ein Rotorblechpaket 3 auf, in welchem eine Rotorwicklung angeordnet ist. Die Rotorwicklung überragt das Rotorblechpaket 3 endseitig, wodurch Wickelköpfe gebildet werden. Um die Wickelköpfe gegenüber bei einem Betrieb durch eine Rotation des Rotors 1 um eine Rotorachse 4 auftretenden Fliehkräften abzustützen, sind ringförmig ausgebildete Wickelkopfabstützungen vorgesehen. Die Wickelkopfabstützungen können einen Außenring und einen Innenring aufweisen, wobei in Fig. 1 lediglich die als Außenringe ausgebildeten Ringe 2 der Wickelkopfabstützung ersichtlich sind. Ein grundsätzlicher Aufbau einer Wickelkopfabstützung mit einem Außenring und einem Innenring ist beispielsweise aus dem Dokument AT 508622 A1 bekannt.
Fig. 2 zeigt einen etwa hohlzylindrisch ausgebildeten Ring 2 einer Wickelkopfabstützung des Standes der Technik, welcher beispielsweise bei dem in Fig. 1 dargestellten Rotor 1 als Außenring eingesetzt werden könnte, im Detail. Wie ersichtlich ist diese Wickelkopfabstützung einteilig ausgebildet. Die Herstellung entsprechender Ringe 2 ist insbesondere für Rotoren 1 mit großen Durchmessern mit beträchtlichem Aufwand verbunden und erfordert in der Regel entsprechend dimensionierte Walz- und Schmiedeeinrichtungen. Ein Transport entsprechender Ringe 2 ist ebenfalls nur mit großem Aufwand möglich.
Fig. 3 und 4 zeigen erfindungsgemäße Wickelkopfabstützungen, wobei die in Fig. 3 dargestellte Wickelkopfabstützung dreiteilig und die in Fig. 4 dargestellte Wickelkopfabstützung vierteilig ausgebildet sind. Wie ersichtlich besteht hier die wiederum etwa hohlzylinderförmige bzw. ringförmige Wickelkopfabstützung jeweils aus mehreren gleich großen Ringsegmenten 6, die zu einem Ring 2 verbunden sind. Die einzelnen Ringsegmente 6 erstrecken sich dabei jeweils um einen Teil eines Umfangs des Ringes 2, welcher Teil einem gesamten Umfang geteilt durch die Anzahl der Ringsegmente 6 entspricht. Entsprechend erstrecken sich die in Fig. 3 dargestellten Ringsegmente 6 über jeweils etwa 120 Grad und die in Fig. 4 dargestellten Ringsegmente 6 über jeweils etwa 90 Grad. Dadurch sind diese Ringsegmente 6 einfacher herstellbar und auf kleinerem Raum transportierbar als der fertige Ring 2.
Üblicherweise werden die einzelnen Ringsegmente 6 durch Kaltumformung aus austenitischen, hochfesten und nicht magnetischen Blechen gebildet, sodass diese Bleche einen entsprechenden Radius aufweisen, welcher bei den in Fig. 3 und 4 dargestellten Wickelkopfabstützungen beispielsweise 3 m oder mehr betragen kann, um einen Ring 2 mit einem Innendurchmesser 7 von beispielsweise 6 m zu bilden. Anschließend werden die einzelnen Ringsegmente 6 verbunden, üblicherweise durch Schweißen, wonach eine Wärmebehandlung und eine finale mechanische Bearbeitung durchgeführt werden können. Entsprechend sind in den Fig. 3 und 4 Schweißnähte 5 an den Kontaktflächen zwischen den Ringsegmenten 6 ersichtlich, welche Schweißnähte 5 etwa parallel zur Rotorachse 4 verlaufen, weicher einer Achse des Ringes entspricht.
Fig. 5 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Wickelkopfabstützung wie den in Fig. 3 und 4 dargestellten. Dabei werden in einem ersten Verfahrensschritt S1 flache, plattenförmige Elemente bzw. Bleche aus einem austenitischen, nicht magnetischen und hochfesten Stahl zugeschnitten, beispielsweise durch Laserschneiden, wonach in einem zweiten Verfahrensschritt S2 die zugeschnittenen Bleche durch Walzen, Biegen und/oder Kaltverformen umgeformt werden, bis diese einen gewünschten Radius von beispielsweise 3 m für einen Ring 2 mit einem Innendurchmesser 7 von 6 m aufweisen. Im Zuge der Umformung kann auch eine weitere Verfestigung des Materials erfolgen.
In einem nächsten, dritten Verfahrensschritt S3 werden die einzelnen Ringsegmente 6 durch Schweißen verbunden, um den Ring 2 zu bilden. Teilungsebenen, welche den Ring 2 in die einzelnen Ringsegmente 6 teilen, enthalten üblicherweise die Rotorachse 4, weswegen die Schweißnähte 5 üblicherweise parallel zur Rotorachse 4 verlaufen. Grundsätzlich sind jedoch natürlich auch andere Teilungsebenen, beispielsweise schräge, möglich.
In einem weiteren, vierten Verfahrensschritt S4 erfolgt eine Wärmebehandlung des Ringes 2, welche abhängig vom eingesetzten Material ist, üblicherweise einem austenitischen, nicht magnetischen, hochfesten Stahl.
In einem weiteren, fünften Verfahrensschritt S5 erfolgt eine finale mechanische Bearbeitung, um exakte Abmessungen der Wickelkopfabstützung zu erreichen und insbesondere eine Unwucht zu reduzieren.
Es versteht sich, dass die einzelnen Verfahrensschritte sowohl in einem Produktionswerk als auch vor Ort an einer Baustelle, an welcher ein Kraftwerk mit einer elektrischen Maschine, an welcher die Ringe 2 als Wickelkopfabstützung eingesetzt werden sollen, umgesetzt werden können. Natürlich ist es auch möglich, nur einige der Verfahrensschritte in einer Fertigungsanlage durchzuführen und beispielsweise eine Verbindung der einzelnen Ringsegmente 6 und die darauffolgenden Verfahrensschritte an einem Einsatzort durchzuführen, um Abmessungen von zu transportierenden Gegenständen zu reduzieren.
Mit einer erfindungsgemäß hergestellten Wickelkopfabstützung ist es insbesondere möglich, besonders große Rotoren 1 für elektrische Maschinen wie beispielsweise Asynchronmaschinen auszubilden, zumal hier im Unterschied zu einteiligen Wickelkopfabstützungen keine Einrichtungen erforderlich sind, welche die Herstellung von Bauteilen ermöglichen, die eine Größe entsprechend einem Durchmesser des Rotors 1 aufweisen.
Es ist daher insbesondere möglich, Wickelkopfabstützungen mit einem Durchmesser von 6 m oder mehr auf besonders einfache Weise herzustellen. Weiter können erfindungsgemäß hergestellte Wickelkopfabstützungen auch erst vor Ort auf einer Baustelle gebildet werden, sodass selbst ein Transport durch unwegsames Gelände leicht möglich ist, zumal dann lediglich die einzelnen Ringsegmente 6, jedoch nicht die gesamte Wickelkopfabstützung mit entsprechend großem Durchmesser, transportiert werden müssen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer ringförmigen Wickelkopfabstützung für einen Rotor (1) einer rotierenden elektrischen Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass Ringsegmente (6) gebildet werden, wonach die Ringsegmente (6) zu einem die Wickelkopfabstützung bildenden Ring (2) verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass etwa gleiche Ringsegmente (6) eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei bis zehn, insbesondere drei oder vier, Ringsegmente (6) gebildet werden, welche sich jeweils über gleiche Teile eines Umfanges des Ringes (2) erstrecken.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringsegmente (6) durch Umformen aus plattenförmigen Elementen gebildet werden, insbesondere durch Kaltverformen, vorzugsweise durch Biegen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringsegmente (6) einen Stahl, insbesondere einen austenitischen Stahl, aufweisen oder aus einem solchen Stahl bestehen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringsegmente (6) durch Schweißen verbunden werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Verbinden der Ringsegmente (6) eine Wärmebehandlung durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (2) nach einem Verbinden der Ringsegmente (6), insbesondere nach einer Wärmebehandlung, mechanisch bearbeitet wird, insbesondere durch ein spanendes Fertigungsverfahren, um definierte Abmessungen zu erreichen.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringsegmente (6) und der Ring (2) einen Innenradius von mehr als 0,5 m, vorzugsweise mehr als 2 m, insbesondere mehr als 3 m, aufweisen.
10. Wickelkopfabstützung für einen Rotor (1) einer elektrischen Maschine aufweisend zumindest einen Ring (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (2) durch verbundene Ringsegmente (6) gebildet ist, insbesondere hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
11. Wickelkopfabstützung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringsegmente (6) durch Schweißen verbunden sind.
12. Wickelkopfabstützung nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelkopfabstützung zumindest einen Ring (2) mit einem Innendurchmesser (7) von mehr als 1 m, insbesondere mehr als 4 m, vorzugsweise von mehr als 6 m, aufweist.
13. Elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor (1), wobei der Rotor (1) endseitig zumindest einen Wickelkopf aufweist, wobei eine Wickelkopfabstützung vorgesehen ist, um bei einem Betrieb auftretende Fliehkräfte aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelkopfabstützung nach einem der Ansprüche 10 bis 12 ausgebildet ist.
EP22817067.6A 2022-02-09 2022-11-24 Verfahren zur herstellung einer ringförmigen wickelkopfabstützung sowie wickelkopfabstützung Pending EP4476814A1 (de)

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PCT/AT2022/060415 WO2023150809A1 (de) 2022-02-09 2022-11-24 Verfahren zur herstellung einer ringförmigen wickelkopfabstützung sowie wickelkopfabstützung

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