CH387769A - Safety device against axial displacement of a winding cap on the rotor of an electrical machine - Google Patents

Safety device against axial displacement of a winding cap on the rotor of an electrical machine

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CH387769A
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CH
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ring
rotor
winding cap
winding
ball
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Application number
CH341761A
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German (de)
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Blaesius Wolfram
Lambrecht Dietrich
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Licentia Gmbh
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/46Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/50Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto
    • H02K3/51Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto applicable to rotors only

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)

Description

  

  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.

 

Claims (1)

<B>PATENTANSPRUCH</B> Sicherungseinrichtung gegen axiale Verschiebung einer Wicklungskappe am Läufer einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Turbogenerators,<B>wo-</B> bei die Wicklungskappe wenigstens an einem ihrer Enden auf den Läufer geschrumpft ist, dadurch ge kennzeichnet, dass ein koaxialer Ring mit Vorsprün gen klammerartig in Vertiefungen des Ballenendes des Läufers und des ballenseitigen Endes der Wick lungskappe eingreift und eine formschlüssige Ver bindung des Ballenendes mit der Wicklungskappe bildet. <B> PATENT CLAIM </B> Securing device against axial displacement of a winding cap on the rotor of an electrical machine, in particular a turbo generator, <B> where </B> the winding cap is shrunk onto the rotor at least at one of its ends, characterized in this that a coaxial ring with projections engages like a clamp in recesses of the ball end of the runner and the ball-side end of the winding cap and forms a positive connection of the ball end with the winding cap. <B>UNTERANSPRÜCHE</B> <B>1.</B> Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring durch axiale Schrumpf kräfte über seine Vorsprünge die Wicklungskappe gegen das Ballenende presst. 2. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring aus Segmenten besteht oder als Sprengring ausgebildet ist und dass ein aussen aufgebrachter Schrumpfring die Segmente oder den Sprengring durch Schrumpfung gegen Fliehkräfte sichert. <B> SUBClaims </B> <B> 1. </B> Device according to patent claim, characterized in that the ring presses the winding cap against the barrel end via its projections through axial shrinkage forces. 2. Device according to patent claim, characterized in that the ring consists of segments or is designed as a snap ring and that an externally applied shrink ring secures the segments or the snap ring against centrifugal forces by shrinking. <B>3.</B> Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpressflächen der Vor sprünge und der Vertiefungen gegen die Radien zur Wellenachse geneigt sind und der Ring mit dem Läuferballen und der Wicklungskappe unter einer Keilwirkung verspannt ist. 4. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, Cr dass der Ring und der Schrumpfring aus einem nicht magnetisierbaren Werkstoff bestehen. <B> 3. </B> Device according to claim, characterized in that the contact surfaces of the projections and the recesses are inclined against the radii to the shaft axis and the ring with the rotor ball and the winding cap is clamped under a wedge effect. 4. Device according to claim, characterized in that the ring and the shrink ring are made of a non-magnetizable material.
CH341761A 1960-03-23 1961-03-22 Safety device against axial displacement of a winding cap on the rotor of an electrical machine CH387769A (en)

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DEL35705A DE1146185B (en) 1960-03-23 1960-03-23 Protection against axial displacement of the winding caps on the runners of electrical machines

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DE1146185B (en) 1963-03-28

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