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Elektrischer Generator oder Motor mit flüssigkeitsgekühlten Statorwieklungsträgem.
Die Erfindung betrifft einen Elektrogenerator bzw. Motor, bei welchem durch hohle Wicklungsträger oder sonstige Teile Kühlflüssigkeit geleitet wird und besteht in einer verbesserten Konstruktion gewisser Kühlelemente, insbesondere der Statorwicklungsträger.
In der Zeichnung zeigt :
Fig. i einen Teil des Stators, nämlich das eine Ende des Statorinnenkörpers eines Ein-, Zwei-oder Dreiphasengenerators im Schnitt ;
Fig. i a zwei Windungsarten der schräg zu den Statorlamellen liegenden Endwicklungen eines Wechselstromgenerators in schematischer Darstellung mit einem Teil des Statorkerns im Schnitt ;
Fig. 2 einen der hohlen, an den beiden Enden des Statorkörpers angesetzten Endwicklungsträger, im rechten Winkel zu Fig. i von aussen gesehen, mit zwei Lagen sich kreuzender Wicklungen, jede derselben in Vertiefungen eingebettet, welche durch bzw. zwischen gekrümmten Ansätzen am Träger gebildet werden.
In dem Quadranten rechts unten ist ein Teil eines diesen Träger abdeckenden, äusseren, gleichfalls hohlen, die äussere Wicklungsschichte stützenden, gleichzeitig aber auch zum Zusammenspannen des Statorinnenkörpers dienenden Hilfs-oder Aussenträgers eingezeichnet.
Fig. g zeigt denselben, nämlich den inneren der beiden Endwicklungsträger in derselben Ansicht, wobei jedoch der Deutlichkeit halber beide Wicklungsschichten sowie die äussere Gruppe oder Lage von gekrümmten Ansätzen weggelassen ist. Man sieht hier die gekrümmten Ansätze, welche zwischen sich die Vertiefungen oder Kanäle für die Wicklungen bilden. Der Boden dieser Vertiefungen wird durch dünne Metallplatten gebildet, welche darunterliegende Flüssigkeitskanäle abdecken. Eine dieser Abdeckplatten ist teilweise weggeschnitten gezeichnet, um den erwähnten Flüssigkeitskanal und ein darin angeordnetes Flüssigkeitsablenkungsorgan (Diaphragma) ersichtlich zu machen.
In der linken Hälfte sind diese Abdeckplatten ganz weggelassen,
Fig. 4 zeigt eine abweichende, für grosse Maschinen berechnete Konstruktion des Endwicklungsträgers, der hier aus mehreren zusammengeschraubten Sektoren besteht. Links ist einer der Sektoren nur teilweise, der benachbarte Sektor ohne die Abdeckplatte und ein anderer Sektor mit der Abdeckplatte dargestellt ;
Fig. 5 zeigt einen einzelnen der füi die innere Entwicklungsschichte angewendeten gekrümmten Ansätze, wie sie in Fig. i und 2 ersichtlich sind ;
Fig. 5 a einen der gekrümmten Ansätze, welche die äussere Gruppe bilden bzw. die äussere Wicklungsschichte stützen, kreuzweise zu den inneren Ansätzen angeordnet werden und in Fig. i sowie Fig. 2 eingezeichnet, in Fig. 3 und 4 dagegen weggelassen sind ;
Fig. 6 und 7 stellen die dünnen Metallplatten dar, welche die Flüssigkeitskanäle abdecken ;
Fig. 6 und 7a zeigen solche Platten für Wicklungsträger nach Fig. 4 ;
Fig. 8 ist die Ansicht eines jener Wicklungsträger, die in den Statorkern eingebaut werden ;
Fig. 9 ein Querschnitt durch den Wicklungsträger nach Fig. 8 ;
Fig. 9 a ein Teil von Fig. 9 in vergrössertem Massstabe ;
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Fig. ro der Quelschnitt eines ähnlichen Trägers ;
Fig. roua tin Teil von Fig. io in vergrössertem Massstabe ;
Fig. II zeigt die Innenseite des äussersten Endträgers.
Mit 1 sind die ringförmigen flachen Mittelträger, mit 2 einer der beiden konischen Endträger und mit 3 der äusserste, konische, als Ergänzung des Trägers 2 anzusehende und zugleich als Abschlussklemmorgan dienende Endträger bzw. Hilfsträger bezeichnet. Die Endträger 2 und 3 sind der bekannten konischen Form der Endwicklungen angepasst, bei welcher, wie in Fig. ra schematisch dargestellt ist, die Enddrähte in zwei konischen Schichten angeordnet sind. Die äussere Schichte 5 wird erfindungsgemäss vom Endring 3 gestützt bzw. getragen, die innere Lage 4 vom Träger 2. Im Innern des Statorkörpers können die Wicklungen entweder in einer Schichte (linke Hälfte der Fig. i a) oder in zwei Schichten (rechte Hälfte) angeordnet sein.
Den Körper des Trägers 2 bildet ein konischer Ring aus Kanonenmetall, Bronze oder dgl., in dessen Keilnuten 9 die den ganzen Statorkörper zusammenhaltenden Keile 10 eingreifen. Die Schlitze 11 an der inneren Peripherie fallen mit den Schlitzen 8 des Stators zusammen, bilden also einenen einheitlichen Schlitz für das aus dem Statorkern laufende Drahtbündel.
Bei Generatoren und Motoren gebräuchlicher Bauart ist jener Teil der Wicklung, der ausserhalb der Schlitze im Statorkern liegt,'bei Kurzschluss oder Überlastung einer besonders starken mechanischen Beanspruchung ausgesetzt, Brüche treten daher zumeist an dieser Stelle oder nahe derselben ein. Beim Erfindungsgegenstand ist als wesentlichstes Merkmal
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werden, damit die den erwähnten Beanspruchungen standhalten können. Zur Abstützung dieser ausserhalb der Statorkernschlitze liegenden Wicklungsteile dienen die Vertiefungen oder Kanäle 12 (Fig. 3), die an der äusseren konischen Fläche des Trägers 2 zwischen den Seiten 14 der am Träger angegossenen oder befestigten, bereits erwähnten Ansätze 15 liegen.
Die Breite dieser spirallinig gekrümmten, vertieften Zwischenräume kann für einen oder mehrere Leiter gewählt und dementsprechend die Anzahl der Kanäle variiert werden.
Die Enden der in der inneren Schichte liegenden Leiter 4 sind bei 6 an der Peripherie des Trägers an die Leiter 5 der äusseren Schichte angeschlossen und in einem Winkel zu diesem abgebogen. Die Drähte 5 der äusseren Schichte werden durch die gekrümmten Kanäle des äussersten Trägers 3 aufgenommen und gestützt, die, wie Fig. 11 zeigt, analog den Kanälen des Trägers 2 ausgeführt sind. Die Kanalwände werden hier durch die Seiten 16 der Ansätze 17 gebildet.
In gewissen Fällen er cheint es zweckmässig, den Träger 3 in eine Anzahl von Segmenten zu unterteilen, wie dies in der unteren Hälfte von Fig. II und im rechten unteren Quadranten der Fig. 2 dargestellt ist. Die Segmente werden durch Schraubenbolzen 18 und Flanschen 19 (Fig. i, 2 und 7 a) zu einem kompletten Ring zusammengehalten.
Die Isolierung der Wicklung ist gewöhnlich in kaltem Zustande hart, im warmen dagegen bildsam. Um die Drähte in die Kanäle schmiegsam einbetten zu können, empfiehlt es sich daher, sie zu erwärmen, eine diesem Zwecke dienende Einrichtung wird später erörtert.
Wenn alle Drähte eingelegt und die äussersten Wicklungsstützen 3 den Statorkern zusammenspannend befestigt sind, ist die Lage aller dieser Teile die in Fig. i und in
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durch die Stellschrauben 22 angedrückt.
Für die Kühlung der Träger 2 und 3 sind die Flüssigkeitskanäle 23 und 24 vorgesehen, in welchen Diaphragmen (Ablenkungsorgane) 25 und 26 den Flüssigkeitsstrom gleichmässig verteilen. Zweckmässig werden die Träger 2 und 3 mit den Diaphragma als ein Stück gegossen und zwar so, dass die Flüssigkeitskanäle offen liegen. Diese werden dann am Rande mit einem Falz versehen, durch eingelegte dünne Platten 27, 27 a aus Hartbronze o. dgl. abgedeckt und die Randfugen dann autogen oder elektrisch verschweisst bzw. verlötet. Fig. 6 und 6a zeigen die Platten für sich allein. Fig. 7 und ? a eingeschweisst bzw. verlötet.
Dieser Vorgang wird gewählt, um die Platten 27 und 27 a, welche dicht an den Wicklungsdrähten liegen, möglichst dünn ausführen zu können und so die in denselben induzierten Wirbelströme auf ein Minimum zu bringen.
Der Luftraum 29 zwischen Statorgehäuse und Wicklung gestattet genügende Ausdehnung der letzteren. Zweckmässig werden an dieser Stelle die Verbindungsdrähte von den Wicklungen zu den Maschinenklemmen herausgeführt, für die Verbindungen zu den Phasenklemmen und bei Dreiphasenmaschinen zum neutralen Sternpunkt ist im Raum 30 Platz.
Durch das im Flüssigkeitskanal 23 (Fig. 3) angeordnete Diaphragma 25 wird die
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beliebiger Richtung erfolgen, und zwar durch die Löcher 31, an die irgendwelche, eventuell mit Luftventilen versehene Zu-bzw. Ableitungen angeschlossen sind, z. B. Auslässe 31 (Fig. i) oder Querrohre 32 usw. Man kann die Flüssigkeit in einem Strom um den ganzen Trägerumfang herumführen oder zwei bzw. mehrere Ströme anwenden, von denen jeder die Hälfte bzw. einen Teil des Trägers bestreicht. Die Anschlüsse an die Ein-und Auslasslöcher 33 (Fig. II) des Trägers 3 können in ganz analoger Weise wie beim Träger 2 ausgeführt werden.
Anstatt die Ansätze anzugiessen kann man sie auch als separate Stücke 15, 17 (Fig. 5 und 5 a) herstellen und auf der Kegelmantelfläche der Träger 2 und 3 befestigen, beispielsweise durch Schrauben mit versenkten Köpfen, die in die Löcher 34,35 (Fig. 5 und 5 a) der Ansätze eingesteckt werden. Die Ansätze 17 können anstatt auf die konische Fläche des Stützringes 3 auf die obere bzw. äussere Fläche der Ansätze 15 aufgeschraubt werden, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Als Material für separat herzustellende Ansätze eignet sich nichtmagnetisches Metall mit hohem elektrischen Widerstande, vulkanisierter Fiber, hartes Holz o. dgl. Wenn sie aus Metall sind, empfiehlt es sich, in dieselben, um die Wirbelstrominduktion zu verringern, Sägeschnitte 36,37 zu machen und diese zwecks Versteifung mit Isoliermasse auszufüllen.
Für grössere Maschinen ist es zweckmässig, die Träger 2 und 3 in mehreren Teilen (Segmenten) herzustellen und für die Abdeckplatte eine kräftige Stütze zu schaffen, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Hier sind sechs Sektoren durch Schraubenbolzen 18 und Flanschen 19 zu einem ganzen Ring vereinigt und die Ansätze aufgeschraubt. Links ist in Fig. 4 ein Segment abgebrochen gezeichnet, um den Ansatz 15 allein zu zeigen. Für jeden Sektor ist
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für die Flüssigkeit dient und mit einer Durchlassöffnung 38 versehen ist. Die analoge Ausführung des Trägers 3 ist in der unteren Hälfte der Fig. II dargestellt ; der Ansatz 17 ist in der Lage eingezeichnet, welche er gegenüber dem Träger 3 einnimmt, gleichgültig, ob er an diesem oder an der oberen Fläche des anliegenden Ansatzes 15 des Trägers 2 angeschraubt ist.
Die übrigen Ansätze 17 sind weggelassen, um die konische Trägerfläche mit den Abdeckplatten 27 a deutlicher zu zeigen, welch letztere analog der Anordnung nach Fig. 4 eingesetzt sind.
Details einer Segmentkonstruktion der Träger 2 und 3 sind aus Fig. 7 a ersichtlich.
Die mittleren, in den Statorkörper eingefügten Wicklungsträger 1 erhalten im Profil dieselbe Form wie die in Fig. i und i a im Querschnitt dargestellten Statorscheiben, welches Profil je nach der Art der Maschine variiert. Die Träger sind ungefähr i cm dick und mit Kanälen 40 für das durchlaufende Kühlwasser ausgestattet. Da diese Träger im Magnetfelde
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sehenen Peripherie genügend stark, dabei aber in Lamellen unterteilt sein, um die Wirbelstrominduktion zu vermindern. Diesen Anforderungen entspricht die in Fig. 8 bzw. 9 und 9 a veranschaulichte Konstruktionsart.
Die untere Hälfte der Fig. 8 zeigt den Träger mit der Kanalabdeckplatte 43, in der oberen Hälfte ist die letztere weggelassen, so dass man den Kanal 40 offen und auch den Falz 44 sieht. Für grössere Maschinen können auch diese Träger in Sektoren unterteilt werden, im sonstigen bleibt jedoch die Konstruktion dieselbe wie bei kleinen. Die äussere Peripherie des Trägers 1 wird durch einen Ring aus Bronze o. dgl. gebildet, der genügend stark ist, um das Einschneiden der Keilnuten 9 und des Falzes 44 zu gestatten.
Die innere Peripheriewand setzt sich aus den beiderseitigen Deckplatten 43 und den Ringen 46 zusammen, die breit genug sein müssen, um die Wicklungsschlitze 42 einschneiden zu können. Um den Kanal für den Hin-und Rückfluss zu unterteilen, wird ein Streifen 47 mit der einen Kante auf eine der Platten 43 aufgelötet oder angeschweisst. Die zweite Kante wird, wenn der Träger eingebaut ist'und zusammengepresst wird, an die zweite Platte angedrückt und so abgedichtet. In analoger Weise werden die das Kühlwasser ablenkenden Platten 48 angelötet.
Der Ein-und Auslass für die Kühlflüssigkeit wird durch starke, gezogene Rohre 49, 49 gebildet, deren äusseres Ende mit sogenannten Holländer-Verschraubungen o. dgl. versehen, das der Kanalhöhe entsprechend flachgedrückte Innenende aber in den äusseren Ring 45 eingelötet ist.
Die Verlötung bzw. Verschweissung an den in der Zeichnung tiefschwarz gekennzeichneten Stellen wird wie folgt vorgenommen : Jeder innere Ring 46 wird an seiner anliegenden Deckplatte 43 durch die an seiner inneren Peripherie herumgehende Verlötung 50 befestigt. Dann wird die eine Kante der Streifen 47 und 48 aufgelötet. Hierauf werden die Platten 43 im Falz 44 des Ringes 45 durch die Lötstelle 53 befestigt. In die mittlere Fuge zwischen den Ringen 46 lässt man das Lot von aussen einfliessen, bis es in der vorher verzinnten Nut 51 eine kräftige Lötstelle bildet.
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Platte 43 aufgelötet, ebenso die Ringe 46 an der Stelle 54. Schliesslich wird die zweite
Deckplatte 55 an den Stellen 56 und 57 eingelötet. Hier liegen alle Lötfugen bzw.
Schweiss- stellen aussen und können während der Arbeit kontrolliert werden.
Bei beiden Ausführungsarten berühren sich zwar die Ringe 46, haben jedoch mit Aus- nahme der Lötstellen keine innige metallische Verbindung, so dass Wirbelströme nur sehr schwach auftreten können. An der Aussen-und Innenperipherie werden die Träger 1 so bearbeitet, dass deren Keilnuten 9 und Wicklungsschlitze 42 genau mit den Nuten und
Schlitzen der Statorscheiben zusammenfallen, wenn der Statorkern zusammengesetzt und eingebaut ist.
Die Kanäle stehen zwar unter keinem nennenswerten Flüssigkeitsdruck, sollen aber doch einem mittleren Dampfdruck standhalten, so dass man die Träger während der Arbeit überprüfen und die Isolation durch Dampfwärme geschmeidig machen kann, um die Wicklungen in der schon erwähnten Weise einzubetten.
Für gewisse Zwecke ist es vorteilhaft, die Wicklungen wasserdicht zu machen, so dass die Maschine in feuchten Räumen oder'selbst wenn sie überflutet wird, arbeiten kann. Für diesen Zweck werden die geraden Wicklungspartien mit Mikanitpapier o. dgl. überzogen, das in heissen Pressen wie üblich behandelt wird und einen fugenlosen dichten Abschluss ergibt. Die wasserdichte Abdeckung der gekrümmten Endwicklungen soll durch ein Material erfolgen, das-erwärmt-einen dichten Anschluss an das Mikanitpapier ergibt und alle Fugen bzw. Zwischenräume zwischen den Wicklungen, den Trägern 2 und 3 sowie dem Statorgehäuse 10 ausfüllt. Hierfür hat sich eine gewisse Sorte von Isolierstoff kombiniert mit nicht vulkanisiertem Kautschuk von genügender Dicke als geeignet erwiesen.
Wenn die mit dem Isolierband überzogenen Wicklungen einmontiert sind, werden die Kühlelemente durch Dampf erhitzt und der miteingebrachte Kautschuk vulkanisiert, wobei er in allen Fugen einen wasserdichten Abschluss bildet. Dieser Vorgang sichert das Ganze auch gegen Vibrationen und ergibt eine zusätzliche Abstützung der Wicklung.
Als Kühlflüssigkeit kann Wasser oder auch eine sonstige Flüssigkeit verwendet werden.
Die erwähnten Luftventilröhrchen wurden in der Zeichnung der Deutlichkeit halber weggelassen, können aber bei jedem der hohlen Träger zur Anwendung gelangen.
PATENT-ANSPRÜCHE : I. Elektrischer Generator oder Motor mit hohlen flüssigkeitsgekühlten Statorwicklungsträgern, dadurch gekennzeichnet, dass die Endträger (2, 3) mit angegossenen oder separat hergestellten und irgendwie befestigten, zwischen sich Kanäle (12) für die Aufnahme der Endwicklungen bildenden und die Wicklungen stützenden Ansätzen (15, 17) bzw. Zwischenstücken versehen sind, wobei der äussere Endträger (3) als Abschlussorgan des Statorkörpers die Endwicklungen in ihrer Lage festhält.