Sicherungseinrichtung gegen axiale Verschiebung einer Wicklungskappe am Läufer einer elektrischen Maschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherungs einrichtung gegen axiale Verschiebung einer Wick lungskappe am Läufer einer elektrischen Maschine, wobei die Wicklungskappe wenigstens an einem ihrer Enden auf den Läufer geschrumpft ist.
Die aus dem aktiven Eisen von schnellaufenden elektrischen Maschinen herausragenden Wickelköpfe stützen sich gegen die starken Flichkräfte an den Wicklungskappen in radialer Richtung ab. Hinzu kommen die in axiale Richtung schiebenden Kräfte, die durch Längsdehnung der Leiter als Folge von Erwärmung an den Wicklungskappen wirken.
Bisher war es üblich, jede Wicklungskappe auf den über die Wickelköpfe hinausragenden Enden der Maschinenwelle und auf dem Ballenende festzu- schrumpfen. Dieser Anordnung haftete der grosse Nachteil an, dass die beidseitig festgeschrumpften Wicklungskappen die biegeelastischen Wellenschenkel starr überbrückten, was zu starken zusätzlichen Beanspruchungen in den Wicklungskappen führte bzw. die Laufruhe des Induktors herabsetzte. Zur Behebung dieses Nachteiles hat man jeweils zwischen den beiden Schrumpfsitzen eine Trennfuge vorge sehen.
Die neuere Entwicklung verzichtet ganz auf die Schrumpfsitze auf den Wellenschenkeln und sieht nur noch eine Befestigung der Wicklungskappen an den Ballenenden des Läufers vor. Diese Befestigungen bestehen aus vergrösserten Schrumpfsitzen und aus Sicherungen, die trotz hoher Beanspruchungen durch Flieh- und Schubkräfte sowie durch Schwingungen jede Änderung der Lage der Wicklungskappen, die ja mindestens eine starke Unwucht hervorruft, ver hindern sollen.
Als Sicherungen sind schon Bajonettverhakungen bekannt geworden. Axiale Nasen auf den Ballenenden und an den Innenseiten der Wicklungskappen greifen dabei in entsprechende axial gerichtete Nuten im Gegenstück ein und verbinden die beiden Teile nach einer Drehung um eine Teilung dieser Nuten form schlüssig, wobei die Kerbwirkung an den Nasen der Wicklungskappen eine zusätzliche Spannungser höhung hervorruft. Allen Bajonettverhakungen haftet der schwerwiegende Nachteil an, dass sie umfang reiche Fräsarbeiten an den Wicklungskappen er fordern.
Um elektrische Verluste durch ein zusätz liches Magnetstreufeld im Bereich der Kappen zu vermeiden, werden diese aus nichtmagnetisierbarem austenitischem Stahl hergestellt, der infolge seiner hohen mechanischen Festigkeit durch Fräsen oder Bohren fast nicht mehr zu bearbeiten ist. Am ein fachsten von allen Bearbeitungsarten gestaltet sich noch das Drehen. Es ist ebenfalls bereits vorgeschla gen worden, die Wicklungskappen mit dem Ballen- ende des Läufers zu verschrauben.
Gemäss der Erfindung greift ein koaxialer Ring mit Vorsprüngen klammerartig in Vertiefungen des Ballenendes des Läufers und des ballenseitigen Endes der Wicklungskappe ein und bildet dieser Ring eine formschlüssige Verbindung des Ballenendes mit der Wicklungskappe.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
In Fig. <B>1</B> der Zeichnung ist ein Läuferballen<B>11</B> dargestellt, auf den an den Stellen 12 eine Wicklungs kappe<B>13</B> geschrumpft ist. Ein Ring 14, den ein Schrumpfring<B>15</B> zusätzlich gegen Fliehkräfte sichert, verbindet formschlüssig den Läuferballen<B>11</B> mit der Wicklungskappe<B>13.</B>
In Fig. 2 bis 4 der Zeichnung sind Einzelheiten dieser formschlüssigen Verbindung vergrössert dar gestellt. Der Ring 14 weist in Umfangsrichtung ver- laufende Vorsprünge<B>16</B> und<B>17</B> auf, die in ent sprechende Ringnuten<B>18</B> und<B>19</B> des Ballenendes des Läuferballens<B>11</B> und des ballenseitigen Endes der Wicklungskappe<B>13</B> eingreifen. Der Ring 14 überbrückt diese Ringnuten<B>18, 19</B> nach Art einer Klammer.
Beim Erkalten des in erwärmtem Zustand aufgebrachten Ringes 14 presst dieser durch axiale Schrumpfkräfte über seine Vorsprünge<B>16</B> und<B>17</B> die Wicklungskappe<B>13</B> fest gegen das Ballenende. Diese Kräfte verhindern, dass sich die Wicklungs kappe<B>13</B> infolge der schiebenden Kräfte der erwärm ten Wickelkopfleiter und infolge von Schwingungen aus ihrer genau axialen Lage mit dem Läufer ver schiebt, was eine beträchtliche Unwucht und damit eine starke dynamische Beanspruchung der Läufer welle und der Maschinenlager sowie eine grosse Laufunruhe bedeuten würde.
Den Ring 14 umschliesst ein weiterer Schrumpf ring<B>15,</B> der den Ring 14 oder dessen Teile gegen Fliehkräfte sichert und der die Schrumpfkräfte im Ring 14 unterstützt. Ein kleiner in Umfangsrichtung verlaufender Vorsprung 20 des Ringes 14 greift in eine Ringnut des Schrumpfringes<B>15</B> ein und ver hindert so dessen axiale Verschiebung.
Die Anpressflächen der Vorsprünge<B>16</B> und<B>17</B> und, der Ringnuten<B>18</B> und<B>19</B> sind gegen die Radien zur Wellenachse geneigt, und der Ring 14 ist mit dem Läuferballen<B>11</B> und der Wicklungskappe<B>13</B> unter einer Keilwirkung verspannt. Die in Umfangsrichtung in dem Ring 14 und dem Schrumpfring<B>15</B> wirkenden Schrumpfkräfte unterstützen durch diese Keilwirkung die axialen Schrumpfkräfte im Ring 14 und tragen ebenfalls zu einer festen Anpressung der Wicklungs kappe<B>13</B> an den Läuferballen<B>11</B> bei.
Der Ring (14) kann aus zwei Halbringen oder mehreren Ringsegmenten bestehen oder ein Spreng- ring sein. Stahlbandagen 21 (s. Fig. 4) können diese Teile zusammenhalten, nachdem sie mittels geeigneter Vorrichtungen in die Ringnuten<B>18, 19</B> eingepresst worden waren. Die durch verschiedene Einpresstiefen entstehenden Massdifferenzen lassen sich abdrehen, bevor der Schrumpfring<B>15</B> aufgebracht wird. Zwecks Verminderung von Streufeldern bestehen der Ring 14 und der Schrumpfring<B>15</B> vorzugsweise aus einem nicht magnetisierbaren Werkstoff.
Der Ring (14) lässt sich während des Aufschrump- fens der Wicklungskappe oder nach diesem Auf schrumpfen anbringen und wird zweckmässigerweise z. B. durch Keile in axialen Nuten des Läuferballens und des Ringes gegen Verdrehen gesichert.
Safety device against axial displacement of a winding cap on the rotor of an electrical machine The invention relates to a safety device against axial displacement of a winding cap on the rotor of an electrical machine, the winding cap being shrunk onto the rotor at least at one of its ends.
The winding heads protruding from the active iron of high-speed electrical machines are supported against the strong forces on the winding caps in the radial direction. In addition, there are the forces pushing in the axial direction, which act on the winding caps due to the longitudinal expansion of the conductors as a result of heating.
Up to now it has been customary to shrink each winding cap onto the ends of the machine shaft projecting beyond the winding heads and onto the barrel end. This arrangement had the major disadvantage that the winding caps, which were shrunk on both sides, rigidly bridged the flexurally elastic shaft legs, which led to strong additional stresses in the winding caps and reduced the running smoothness of the inductor. To remedy this disadvantage, one has to see a parting line between the two shrink seats.
The more recent development completely dispenses with the shrink fit on the shaft legs and only provides for the winding caps to be attached to the ball ends of the rotor. These fastenings consist of enlarged shrink seats and fuses that are supposed to prevent any change in the position of the winding caps, which causes at least one strong imbalance, despite high stresses from centrifugal and thrust forces and vibrations.
Bayonet catches have already become known as fuses. Axial lugs on the barrel ends and on the inside of the winding caps engage in corresponding axially directed grooves in the counterpart and connect the two parts in a form-fitting manner after a rotation by one division of these grooves, the notch effect on the lugs of the winding caps causing an additional increase in tension . All bayonet hooks have the serious disadvantage that they require extensive milling work on the winding caps.
In order to avoid electrical losses due to an additional magnetic stray field in the area of the caps, these are made of non-magnetizable austenitic steel which, due to its high mechanical strength, can hardly be machined by milling or drilling. Turning is the simplest of all types of machining. It has also already been proposed to screw the winding caps to the ball end of the rotor.
According to the invention, a coaxial ring with projections engages in a clamp-like manner in depressions in the ball end of the rotor and the ball-side end of the winding cap and this ring forms a positive connection between the ball end and the winding cap.
Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing.
In Fig. 1 of the drawing, a runner ball 11 is shown, onto which a winding cap 13 is shrunk at points 12. A ring 14, which is additionally secured against centrifugal forces by a shrink ring <B> 15 </B>, connects the rotor ball <B> 11 </B> with the winding cap <B> 13 </B> in a form-fitting manner
In Fig. 2 to 4 of the drawing details of this positive connection are enlarged is provided. The ring 14 has projections <B> 16 </B> and <B> 17 </B> running in the circumferential direction, which are inserted into corresponding annular grooves <B> 18 </B> and <B> 19 </B> > the ball end of the rotor ball <B> 11 </B> and the ball-side end of the winding cap <B> 13 </B> engage. The ring 14 bridges these annular grooves <B> 18, 19 </B> in the manner of a clamp.
When the ring 14, which is applied in the heated state, cools, it presses the winding cap <B> 13 </B> firmly against the barrel end via its projections <B> 16 </B> and <B> 17 </B> by means of axial shrinkage forces. These forces prevent the winding cap <B> 13 </B> from moving out of its precisely axial position with the rotor as a result of the pushing forces of the heated end-winding conductors and as a result of vibrations, which creates a considerable imbalance and thus a high dynamic load the rotor shaft and the machine bearings as well as a great uneven running would mean.
The ring 14 is surrounded by a further shrink ring <B> 15 </B> which secures the ring 14 or its parts against centrifugal forces and which supports the shrinkage forces in the ring 14. A small circumferential projection 20 of the ring 14 engages in an annular groove of the shrink ring 15 and thus prevents its axial displacement.
The contact surfaces of the projections <B> 16 </B> and <B> 17 </B> and of the annular grooves <B> 18 </B> and <B> 19 </B> are inclined against the radii to the shaft axis, and the ring 14 is clamped with the ball of the rotor 11 and the winding cap 13 under a wedge effect. The shrinkage forces acting in the circumferential direction in the ring 14 and the shrink ring <B> 15 </B> support the axial shrinkage forces in the ring 14 through this wedge effect and also contribute to a firm pressing of the winding cap <B> 13 </B> on the Runner ball <B> 11 </B>.
The ring (14) can consist of two half-rings or several ring segments or it can be a snap ring. Steel bandages 21 (see FIG. 4) can hold these parts together after they have been pressed into the annular grooves <B> 18, 19 </B> by means of suitable devices. The differences in dimension resulting from the different offset depths can be turned off before the shrink ring <B> 15 </B> is applied. In order to reduce stray fields, the ring 14 and the shrink ring <B> 15 </B> are preferably made of a non-magnetizable material.
The ring (14) can be attached while the winding cap is being shrunk on or after it is shrunk on. B. secured against rotation by wedges in the axial grooves of the rotor ball and the ring.