Wickelkopfhalterung für eine Statorwicklung einer dynamoelektrischen Maschine Die Erfindung betrifft eine Wickelkopfhalterung für eine Statorwicklung einer dynamoelektrischen Maschine, insbesondere für Grossgeneratoren.
Bei der Konstruktion einer Halterung für die isolierten Ankerstäbe im Bereich der Stirnseiten des Stators, wo die Leiter ausserhalb der Nuten verlaufen und den sogenannten Wickelkopf bilden, sind vieler lei Gesichtspunkte zu berücksichtigen. Das Problem ist wieder aktuell geworden mit der vermehrten Ver wendung von starren, warmhärtenden Isoliermateria lien für die Leiterstäbe, welche Materialien gegenüber den Befestigungsmitteln für die Leiter nicht genügend nachgiebig sind, wie dies bei früher üblichen Isolier materialien, wie beispielsweise Asphalt, der Fall war.
Auf die Leiter der Statorwicklung, sowohl auf die in den Nuten verlaufenden Abschnitte wie auch auf die ausserhalb der Nuten geführten, bogenförmigen Partien, wirken im Betrieb Kräfte verschiedener Art von beträchtlichem Ausmass ein. Einerseits können bei einem Grossgenerator magnetische Kräfte zwi schen den Leitern entstehen, welche auf unsymmetri sche Belastung oder Kurzschlussbedingungen zurück zuführen sind.
Ferner bewirken die Kupferverluste in den Leitern eine starke Erhitzung derselben, welche selbst bei wirksamer Gas- oder Flüssigkeitskühlung eine thermische Expansion und Kontraktion der Stäbe bezüglich der Statornuten zur Folge hat, wodurch die stirnseitigen, gebogenen Endteile der Leiter be- züglich der Stator-Mittelebene axial verschoben wer den.
Der Zweck der Erfindung besteht in der Schaf fung einer Halterung für den Wickelkopf einer Stator- wicklung, welche Halterung die Leiter in geeigneter Weise abstützt und dabei eine gewisse Axialbewegung, derselben zulässt.
Die erfindungsgemässe Halterung geht aus von einer Anordnung, bei welcher schräg zur Statorachse verlaufende Leiterstücke des Wickel kopfes und isolierende Zwischenlagen bezüglich des Statorkernes verschiebbar gelagert und mittels etwa senkrecht zu den Leiterstücken verlaufender Spann glieder zwischen radial versetzte Halterungsorgane eingespannt sind. Die Wickelkopfhalterung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die aus den Halterungsorganen,
den Spanngliedern und den. aus einem nachgiebigen, durch Wärmeeinwirkung gehärteten Kunststoff bestehenden Zwischenlagen gebildete Wickelkopfanordnung über Sockel, die mit dem Statorkern fest verbunden sind, ,abgestützt und unabhängig von den Spanngliedern in axialer Rich tung frei verschiebbar gelagert ist.
Nachstehend wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Fig. 1 ist eine perspektivische Teilansicht einer unten liegenden Stirnpartie des Stators, aus welcher die Lage der Leiterstäbe bezüglich des Statorkerns ersichtlich ist, Fig. 2 ist ein teilweise radial geschnittener Aufriss der gleichen Partie,
und Fig. 3 ist eine auseinandergezogene Darstellung eines Halterungsorgans mit den Teilen zu deren Be festigung am Stator.
In Fig. 1 ist ein Teil des Statorkemes 1 mit dem über den ganzen Umfang. verlaufenden stirnseitigen Flanschring 2 sichtbar. Der Rotor (nicht dargestellt) dreht sich in der Statorbohrung 3 am oberen Rand der Fig. 1.
Wie üblich, stützen und umschliessen die tragenden Teile des Stators, wie beispielsweise der Flanschring 2 und andere (nicht dargestellte) Teile eine Vielzahl genuteter Statorlamellen, welche die Statorbohrung bilden und in deren Nuten die betref- fenden Abschnitte der oberen Nutenstäbe 4 und unteren Nutenstäbe 5 verlaufen.
An den Stellen, wo die oberen Stäbe 4 die Nuten verlassen, biegen sie sowohl in Umfangsrichtung als auch radial ab und verlaufen in einem Bogen 4a (Fig. 1). Auch die un teren Stäbe 5 verlaufen radial nach aussen, jedoch in entgegengesetzter Umfangsrichtung wie die Bogen 4a, wie bei 5a in Fig. 1 ersichtlich. Die Partien 4a und 5a verlaufen somit windschief zur Statorachse, wie an hand der Fig. 1 erkennbar ist.
In Fig. 1 sind die Stababschnitte 4a und 5a in die Zeichenebene ver- schwenkt gezeichnet, doch kreuzen sie natürlich in Wirklichkeit einander in entgegengesetzter Umfangs richtung. Die Abschnitte 4a und 5a verlaufen in einem Bogen, wobei sie eine Kegelstampf-Fläche tangential berühren, die als Rötationsfläche um die Statorachse besteht.
In Fig. 2 ist auch ein Teil des Rotors 6 dargestellt, welcher in der Statorbohrung 3 rotiert.
Ein oberer Nutenstab auf der einen Seite des Statorumfanges ist jeweils mit einem ungefähr gegen überliegenden unteren Nutenstab verbunden, wobei die Verbindung durch eine Serieschleife 8 herge stellt wird. Es ist zu betonen, dass die Schleife 8 nicht zwei aus der gleichen Nut austretende Leiter miteinander verbindet, sondern in Fig. 2 lediglich in die Zeichenebene geschwenkt dargestellt ist, um den richtigen radialen Verlauf der Abschnitte 4a und 5a zu zeigen.
An verschiedenen Stellen des Umfangs wird die Leistung aus der Ankerwicklung über flexible Leiter 9 nach Sammelringen abgeleitet, die über den ganzen Umfang verlaufen und deren einer mit 9a bezeichnet ist. Die Sammelringe 9a sind ihrerseits mit den Hoch spannungs-Ausgangsklemmen des Generators verbun den (nicht dargestellt).
Die tragenden Teile für die Sammelringe 9a sind gesamthaft mit 10 bezeichnet. Mehrere Trageinheiten 10 für die Sammelringe sind über den Umfang des Stators verteilt und am Flanschring 2 bzw. an von diesem abstehenden Rippen 2a befestigt, beispiels weise angeschraubt oder angeschweisst.
Jede Trageinheit 10 geht von einem Winkel 10a aus, an dessen Unterseite ein axial verlaufender Un terseil 10b festgeschraubt ist. Ein oberes Winkelstück 10c liegt mit dem kurzen Arm 10d an der Seite des Winkels 10a an, und dessen langer Arm 10e verläuft im wesentlichen parallel zum Unterteil 10b oberhalb der Sammelringe 9a. Das Ende des langen Armes 10e sitzt in einer öffnung lOg eines Gleitschuhs 10f. Letzterer lässt sich gegenüber den Sammelringen 9a längs einer Nut 10h im Unterteil 10b axial verschie ben.
Der Gleitschuh 10f weist eine Nase 10i auf, auf welcher der erste Sammelring 9a sich abstützt.
Zwischen dem innersten Sammelring 9a und dem kurzen Arm 10d befindet sich ein Distanzstück 10j. Somit werden bei Verschiebung des Gleitschuhs 10f nach dem Stator hin sämtliche Sammelringe 9a zwi schen dem Gleitschuh und dem Distanzstück zusam- mengepresst. Zwischen je zwei Sammelringen 9a ist ferner ein Winkel 10m angeordnet,
dessen unterer Arm jeweils einen Sammelring abstützt. Zwischen jeden Sammehing und dem langen Arm des Zuge hörigen Winkels 10m befindet sich ferner eine Zwi schenlage lOn aus nachgiebigem Material. Die Zwi schenlagen bestehen vorzugsweise aus Isoliermaterial und sollen federnd oder schmiegsam sein, um Unre- gelmässigkeiten der Sammelringe auszugleichen. Be sonders geeignet für die Zwischenlagen 10n ist ein warmhärtendes Material bzw. Harz, welches sich verfestigen lässt, nachdem die Trageinheiten 10 um die Kollektorringe herum festgezogen sind.
Eine weitere Zwischenlage 10p aus solchem Material ist zwischen der Oberseite der Sammelringe und dem langen Arm 10e eingelegt.
Um die Trageinheit zusammenzuziehen und die Zwischenlagen 10n und 10p zum satten Anliegen zu bringen, ist eine schiefe Unterlage 10q mit einer diese und den Gleitschuh 10 f durchdringenden Schraube 10r vorgesehen. Wenn die Schraube 10r angezogen wird, entsteht eine axiale Bewegung des Gleitschuhs 10f, wodurch die Sammelringe und die Zwischenlagen gegeneinandergepresst werden.
Es folgt nun die Beschreibung der Halterung für den Wickelkopf, der durch die ausserhalb der Nuten verlaufenden Teile 4a, 8 und 5a der Ankerwicklung gebildet ist. Die oberen Partien 4a und die unteren Partien 5a werden je zwischen zwei radial versetzten Halterungsorganen, nämlich einer inneren Bride 11 und einer äusseren Bride 12 zusammengehalten. Diese Briden sind paarweise entlang der Endkante der Statorbohrung über den Umfang verteilt und verlaufen sowohl in axialer als auch in radialer Richtung.
Die Briden 11 und 12 liegen somit im wesentlichen in einer Ebene mit der Statorachse. Im dargestellten Fall ist für je drei Statornuten eine Bride 11 und eine Bride 12 vorgesehen. Die inneren Briden 11 weisen eine Stützfläche 11a auf, welche parallel zur erwähnten Kegelstumpf-Fläche verläuft, d. h. jede Stützfläche 11a läuft als Mantellinie eines Konus von der Statorachse weg, wobei diese Mantel linie von den Leiterabschnitten 4a gekreuzt wird.
Ähnlich bilden auch die Stützflächen 12a der äusseren Briden Mantellinien eines Konus, welche von den Leiterabschnitten 5a gekreuzt werden. Die Stützflä- chen 11a und 12a sind nicht genau parallel, sondern laufen leicht radial auseinander, weil der Radialab- stand zwischen den oberen und unteren Leiterstäben in der Nähe der Nut, bei 13, geringer ist als bei 14 in der Nähe der Serieschleife B.
Die Briden 11 und 12 werden vorzugsweise aus Isoliermaterial von hoher Festigkeit hergestellt. Ein geeignetes Material ist ein Laminat aus Holzfournier, verbunden mit einem synthetischen, warmhärtenden Harz, welches unter dem Namen Permali von der Permali Inc. in den Handel gebracht wird.
In den Stützflächen 11a und 12a sind Längs nuten 11b bzw. 12b vorgesehen. Diese weisen-wech- selnde Tiefe auf, wie bei 11c, 12c angedeutet, um aus einem weiter unten zu nennenden Grund eine Art Längsanschlag zu bilden. In den Nuten 11b, 12b und über die Stützflächen 11a, 12a erstrecken sich läng liche Zwischenlagen 15 aus warmhärtendem Harz. Diese werden während der Montage in ungehärtetem, plastischen Zustand in die Nuten eingelegt.
Es eignen sich verschiedene im Handel erhältliche Materialien, beispielsweise das unter dem Namen Glaskyd 1901 von den Perrysburg Laboratories verkaufte warm härtende Harz. Dieses Material hat die Eigenschaft, bei erhöhter Temperatur vollständig auszuhärten, und ist sowohl druckfest als auch ein guter Isolator.
Die innere Bride 11 und die äussere Bride 12 sind durch Spannglieder 16 und 17 untereinander verbunden. Das Spannglied 17 weist einen flexiblen, mit warmhärtendem Harz imprägnierten Strang 17a auf, welcher an seinen Enden an T-förmigen Zug schrauben 17b verankert ist.
Als weiteres Spannglied 16 ist ein Gewindebolzen 16a vorgesehen, welcher mit seinem Kopf in einer Einsenkung 11d und mit seinem andern Ende an einem an der Bride 12 festgeschraubten Block 12d angreift. Selbstverständlich liesse sich dieses Spann glied auch auf andere Weise ausbilden. Durch An ziehen der beiden als einstellbare Zugorgane ausge bildeten Spannglieder 16 und 17 werden die Briden 11 und 12 gegeneinandergezogen, wobei sie die Zwischenlagen 15 zusammenpressen.
Es soll an dieser Stelle nochmals erwähnt werden, dass, wie klar aus Fig: 1 ersichtlich, die Zwischenlagen 15 von mehre ren Leiterabschnitten 4a bzw. 5a gekreuzt werden und dass an jeder Kreuzungsstelle die nachgiebigen Zwischenlagen von dem betreffenden Leiterstück etwas eingedrückt werden.
Um den richtigen Radialabstand zwischen den Leiterabschnitten 4a einerseits und den Abschnitten 5a anderseits zu gewährleisten, sind zwischen diesen Abschnitten Distanzstücke 18, 19 und 20 aus einem geeigneten festen Isoliermaterial eingelegt. Diese nehmen die von den Zugorganen 16 und 17 bzw. den Briden 11 und 12 ausgeübten Druckkräfte auf. Das gebogene Distanzstück 19 ist etwas dicker als das gebogene Distanzstück 18 wegen der unterschiedli chen Neigung der oberen Leiterabschnitte gegenüber den unteren Leiterabschnitten. Die Distanzstücke 20 sind parallel zu den Briden 11 und 12, also radial ausgerichtet.
Diese Distanzstücke oder Zwischenlagen 18, 19 und 20 können aus dem oben beschriebenen warmhärtenden Material oder aus einem anderen geeigneten Isoliermaterial gefertigt sein.
Zwecks Distanzhaltung zwischen den äusseren Briden 12 in der Umfangsrichtung sind isolierende Reifen 21 vorgesehen, welche durch geeignete Mittel, beispielsweise Stifte 21a, mit den Briden 12 im Ein griff stehen. Die Reifen 21 weisen Umfangsnuten 21b auf, in welche weitere Zwischenlagen 22 aus warmhärtendem Harz, beispielsweise Glaskyd 1901, eingelegt sind. Die Zwischenlagen 22 werden bei der Montage ebenfalls im unausgehärteten, plastischen Zustand eingelegt.
Alle erwähnten Zwischenlagen 10n, 10p, 15, 18, 19, 20 und 22 können in vorgespannten Gummi- schläuchen eingeschlossen sein, um deren plastische Eigenschaften zu verbessern.
Die Reifen 21 sind vorzugsweise als starre Isolier- körper von hoher Festigkeit ausgebildet. Ein geeig netes Material für deren Herstellung ist Polyesterglas,. welches in der erforderlichen Form gegossen und anschliessend ausgehärtet wird.
Die erwähnten Briden 11 und 12; die Zugorgane 16 und 17, die Zwischenlagen 18, 19 und 20 sowie die Reifen 21 bilden zusammen einen Tragrahmen oder Käfig , welcher die Leiterstäbe umspannt und starr in ihrer gegenseitigen Lage hält.
Der Rahmen passt sich im gespannten Zustand allfälligen Unregel- mässigkeiten der Leiterstäbe an, dank dem unaus- gehärteten, plastischen Zustand der warmhärtenden Zwischenlagen; es wären auch Zwischenlagen aus federnd nachgiebigem Material denkbar. Nachdem der Rahmen um die zu tragenden Leiterabschnitte festgezogen ist, kann er im wesentlichen als starr betrachtet werden.
Um diesem starren Rahmen eine gewisse Axial bewegung zu ermöglichen, so dass er der thermisch bedingten Ausdehnung und Verkürzung der Leiter stäbe nachgeben kann, ist der Rahmen bzw. die äussere Bride 12 über spezielle Sockel 25 mit dem Flanschring 2 verbunden. Diese Sockel 25 weisen eine Grundplatte 26 auf, welche beispielsweise mittels Schrauben 27 am Flanschring 2 befestigt ist (Fig. 2 und 3). Von der Grundplatte stehen zwei parallele Wände 28 ab, in denen je ein Fenster 28a ausgespart ist.
Die zwischen je zwei Wände 28 ragende Bride 12 wird mittels Bolzen 29 in ihrer Lage gehalten. Der Mittelteil 29a der Bolzen 29 ist zylindrisch und passt genau in eine entsprechende Bohrung 12c in der Bride 12. Die beiden Enden 29b des Bolzens 29 weisen rechteckigen Querschnitt auf und ragen zu beiden Seiten der Bride in die Fenster 28ä hinein.
Über und unter den Enden 29b sind reibungsver mindernde Lagerplättchen 30 satt passend in die Fenster 28a eingelegt, wobei sie eine Axialbewegung der Bolzen (bezüglich der Statorachse) zulassen.
Die Lagerplättchen 30 dienen zur Verminderung der Gleitreibung; und. ein geeignetes Material hierfür ist selbstschmierendes Teflon, wie es beispielsweise von der Crane Packing Company unter der Bezeichnung Chemloy 770-07-19 verkauft wird. Deckplatten 31 schliessen die Fenster 28a ab und verhindern das Herausfallen der Lagerplättchen 30, wobei sie die Seitenkanten der Plättchen 30 gleichzeitig gegen die Bride 12 pressen, so dass eine gewisse Pufferwirkung entsteht.
Natürlich ist die axiale Breite des Fensters 28a grösser als die entsprechende axiale Abmessung des rechteckigen Endes 29b des Bolzens. Dies ermöglicht es den Bolzen 29, in den Fenstern zu gleiten und ihre Axialdistanz zum Flanschring 2 zu verändern, wobei sie die Bride- 12 mitnehmen. Die Sockel 25, die über die Bolzen 29 die Bride 12 tragen, bilden somit ein Befestigungsmittel für den Rahmen,
welches eine Axialbewegung des Rahmens gegenüber dem Stator zulässt. Für jede Bride 12 sind zwei Sockel 25 vorge sehen. Diese sind dank dem zylindrischen Teil 29a der Bolzen 29 schwenkbar, so dass leichte Unter schiede in der Lage der einzelnen Briden oder Unge nauigkeiten im Flanschring 2 ausgeglichen werden.
Die inneren Briden 11 dienen als Mittel zur Befestigung der Luftspalt-Ablenkbleche 32. Diese sind vorgesehen, um den Abfluss von Kühlgas aus dem Luftspalt zwischen den Leiterstäben und dem einen Bestandteil des Rotors bildenden Haltering 6a zu vermindern. Bei früheren Konstruktionen war es notwendig, die Ablenkbleche am fixen Teil des Sta- tors zu befestigen,
da die Tragmittel für die aussen liegenden Teile der Statorwicklung vorwiegend aus strangartigem Material bestanden und keine Grund lage für die Befestigung der Ablenkbleche boten. Bei der beschriebenen Konstruktion -der Traganordnung können nun die segmentförmigen Bleche 32 mittels Schrauben 33 an den radialen Briden 11 befestigt werden.
Die Segmente 32 bilden einen den Ring 6a des Rotors in geringem Abstand umgebenden Ring, sodass der Durchtritt von Kühlgas wirksam verhindert wird. Die Ablenkbleche 32 machen natürlich die Axialbewegungen der Traganordnung mit, wenn die Wicklungsstäbe sich thermisch verlängern und ver kürzen. Da aber der Ring 6a zylindrisch ist, verändert sich dabei der Abstand zwischen den Blechen 32 und dem genannten Ring nicht.
Dank der Verschiebbarkeit der Bolzen 29 in den Fenstern der Sockel 25 kann sich die ganze Tragan ordnung bei den im Betrieb auftretenden Wärmedila- tations-Bewegungen derNutenstäbe axial mitbewegen.
Dadurch werden alle thermisch bedingten Spannun gen von der Statorwicklung ferngehalten, welche deren Isolation beschädigen könnten. Dabei verhin dern aber die Bolzen 29 jede Radialbewegung der getragenen Wicklungsteile, welche Bewegungen in folge von magnetischen Kräften auftreten könnten.