Verfahren zum Herstellen einer rotierenden elektrischen Maschine Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer rotierenden elektrischen Maschine, die einen Stator und einen vom Stator umschlossenen Rotor mit Achse und Lager enthält, welcher Stator einen mit Wicklungsnuten versehenen und aus Blechsegmenten zusammengesetzten Magnetkern aufweist.
Mit Blechseg- menten sind hier Blechlamellen ,gemeint, deren peripheri- sche Erstreckung nur einem Teil des Umfangs des Stators entspricht.
Es ist unter Maschinenfabrikanten eine weit ver breitete Ansicht, dass die Grösse der für die Herstellung von rotierenden elektrischen Maschinen erforderlichen Werkzeugmaschinen notwendigerweise in einem<B>g</B>ewis sen Verhältnis zu den Dimensionen der rotierenden elek- trischen Maschinen stehen muss, die man herzustellen gedenkt. Ein Verfahren nach der Erfindung hat es er möglicht, sehr grosse rotierende elektrische Maschinen, z.
B. von der Grössenordnung 10 MW, in kleinen Werk stätten herzustellen, in denen bei konventionellen Ar beitsmethoden nur Maschinen mit einigen hundert Kilo watt hergestellt werden können, was eine wesentliche Preissenkung des fertigen Produkts zur Folge hat. Der Grund der Preisreduktion liegt teils darin, dass nur kleine und billige Werkzeugmaschinen erforderlich sind, teils in der Tatsache, dass man sich bezüglich der Wahl der Teilverfahren und Konstruktionsdetails so gut den unkonventionellen Fabrikationsverhältnissen angepasst hat, dass die erforderliche Arbeitsstundenzahl - trotz ge ringem Einsatz maschineller Hilfsmittel - im Vergleich mit der bei bekannten Herstellungsverfahren erforder lichen Zeit reduziert wird.
Lamellierte Statoren von rotierenden elektrischen Maschinen werden bis zu einem gewissen Durchmesser gewöhnlich mit ringförmigen Blechlamellen ausgeführt. Bei grösseren Maschinen sind solche Lamellen wirt schaftlich nicht tragbar, weshalb die Maschine aus Blechsegmenten zusammengebaut wird, die schichtweise zu Ringen zusammengefügt und so angeordnet werden, dass die Segmente der einzelnen Schichten einander überlappen.
Das Zusammenbauen der Maschine erfolgt dann gewöhnlich dadurch, dass das Statorgehäuse zuerst fertiggestellt wird und mit axial verlaufenden, festge- schweissten Befestigungsbalken versehen ist, deren Querschnitt gewöhnlich eine Schwalbenschwanzform hat und die dazu vorgesehen sind, mit grosser Genauigkeit in entsprechende Ausstanzungen in den Blechsegmenten zu passen.
Darüber hinaus, dass die Befestigungsbalken den Statorkern im Statorgehäuse festhalten sollen, haben sie auch zur Aufgabe, das Schichten der Bleche so zu steuern, dass jedes der Blechsegmente eine korrekte Lage zum übrigen Statorkern erhält. Es ist deshalb er forderlich,
dass die schwalbenschwanzförmigen Nuten mit kleinen Toleranzen ausgestanzt werden und dass die Befestigungsbalken gründlich oberflächenbehandelt und auf der Innenseite des Statorgehäuses mit sehr genauer Teilung und längs einer streng kreisförmigen Fläche ver teilt werden, was nur durch genaues Drehen erhalten werden kann.
Nach einer bekannten Konstruktion, bei der der Statorkern eine polygonförmige Endansicht hat und aus trap.ezähnlichen Segmenten zusammengesetzt ist, hat man - um grössere Herstellungstoleranzen erlauben zu können - den Statorkern und die beim Schichten der Bleche notwendigen Steuerschienen ausserhalb des Sta- torgestells, im folgenden auch Statorstativ genannt, zu sammengebaut und dann das von den in den Enden ein gesteckten Steuerschienen zusammengepresste Blechpa ket mit zugehörigen Pressringen in ein Statorstativ mon tiert, das u. a.
aus einer Anzahl in axialer Richtung hin tereinander angeordneter Ringscheiben besteht. Die Ringscheiben sind mit halbkreisförmigen Ausneh- mungen versehen, die mit genauer Teilung längs der inneren Peripherie der Ringscheibe angeordnet und für die Steuerbalken des Statorkerns vorgesehen sind, wobei die Steuerbalken auch als Befestigungsbalken zum Fest halten des Kerns gegenüber dem Statorstativ dienen.
Die halbkreisförmigen Ausnehmungen sind durch Bohren von kreisförmig verteilten Löchern mit darauf folgendem Drehen entstanden, wobei das Entfernen des radial innerhalb des Lochzentrums liegenden Materials der Ringscheiben durch das Drehen erfolgt.
Zu dem oben beschriebenen bekannten Verfahren gehören viele zeitraubende und mit grosser Genauigkeit verknüpfte Arbeitsmomente, und man muss auch über eine Drehbank verfügen, die eine so grosse Zentrumhöhe hat, dass die Ringscheiben des Stativs gedreht werden können.
Ein grundsätzliches Prinzip bei der Entwicklung des Verfahrens, das den Gegenstand der vorliegenden An meldung ausmacht, ist, in an sich bekannter Weise Lager anzuwenden, deren Lagen im Verhältnis zum Statorkör- per bei der Montierung justierbar sind,
und dabei voll und ganz die Justierbarkeit auszunützen und. die Genauig- keit beim Formgebungsprozess durch Genauigkeit bei der Justierung zu ersetzen. Weiter ist es wichtig, dass man sowohl bezüglich der zugehörigen Konstruktions elemente als auch der verwendeten Teilverfahren zu ei ner optimalen Kombination gelangt.
Um den Wünschen. nach kleinen Werkzeugmaschinen und einfacher Her stellung nachkommen zu können, hat es sich als notwen dig erwiesen, die folgenden Bedingungen zu erfüllen: Der Statorkern muss aus Blechsegmenten mit einer trapezähnlichen Form zusammengesetzt sein, und seine Endansicht soll eine Polygonform haben.
Das Statorstativ muss aus einer Mehrzahl axial hin- tereinander angeordneter Ringscheiben bestehen, die miteinander und mit zwei Stirnplatten mittels festge- schweisster Versteifungsbalken verbunden sind, wobei es möglich sein soll, so grosse Toleranzen zu erlauben, dass die vollständige Formgebung der Ringscheiben aus geführt werden kann. Drehen von Konturen soll nicht notwendig sein.
Beim Schichten der Bleche muss die Steuerung mit Hilfe von Wicklungsnuten und einer zentralen, in diese eingreifenden Steuervorrichtung geschehen, so dass keine besonderen, genau ausgeformten Steuerungsnuten erforderlich sind.
Das Zusammenpressen der Blechpakete soll mittels Pressplatten in einer zu der Maschinenkonstruktion nicht gehörenden Pressvorrichtung erfolgen.
Der Statorkern soll im Statorstativ mittels radial ein- gepresster axial verlaufender Befestigungsbalken be festigt werden.
Die Lage der Rotorlager im Verhältnis zum Stator- stativ muss innerhalb eines verhältnismässig grossen Be reichs justierbar sein.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Ver fahren zum Herstellen einer rotierenden elektrischen Maschine, die einen Stator und einen vom Stator um schlossenen Rotor mit Achse und Lager enthält, welcher Stator einen mit Wicklungsnuten versehenen und aus Blechsegmenten zusammengesetztem Stalorkern aufweist,
beiwelchem jedesSegment radial nach eussen nach einer geraden Linie verläuft, welcher Statorkern in einem Sta- torgestell montiert ist, das eine Anzahl den Statorkern umschliessender Ringscheiben und zwei an den Statoren- den angeordnete Stirnplatten sowie axial verlaufende,
radial ausserhalb des Statokerns angeordnete, zwischen den Stirnplatten verlaufende Versteifungsbalken und in axialer Richtung verlaufende Befestigungsbalken um- fasst, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Blech segmente gestapelt werden, um den genannten Magnet kern zu formen und dabei von einer zentral angeordne ten, in Nutenausstanzungen der Segmente eingreifenden Steuervorrichtung gesteuert werden,
wonach der Ma- gnetkern zwischen den Stimplatten oder zwischen beson- deren Pressplatten mittels eines nicht zu der fertigen Ma schine gehörenden Pressorgans zusammengepresst wird, und dass - nachdem Stirnplatten,
Ringscheiben und Versteifungsbalken zu einem steifen Gestell zusammen- geschweisst worden sind - die genannten axial verlau fenden Pressbalken radial nach innen gegen den Stator- kern gepresst und in eingepresster Lage mittels einer Mehrzahl mechanischer Verbindungen zwischen Balken und Gestell dauernd befestigt werden, wonach der Rotor in den Stator hineingebracht wird,
die Lager auf der Rotorachse angeordnet werden und die Justierung der Lager im Verhältnis zum Statorkern vorgenommen wird.
Die Erfindung wird im folgenden unter Hinweis auf die beigefügte schematische Zeichnung beispielsweise be schrieben, in denen Fig. 1 in Seitenansicht und teilweise im Schnitt durch das Statorstativ ein Beispiel einer nach der Erfindung hergestellten Maschine zeigt. Fig. 1 a zeigt im Schnitt parallel mit der Maschinenachse einen Lager- fuss im Detail.
Fig. 2 zeigt in axialem Schnitt den Stator einer nach der Erfindung hergestellten Maschine und Fig. 3 stellt denselben Stator im Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 2 dar.
Auch der in Fig. 5 und 6 gezeigte Stator ist durch ein erfindungsgemässes Verfahren her gestellt worden. Fig. 4 zeigt einen Schnitt entsprechend der Linie A-A in Fig. 5, die den Stator teils in Endan- sicht und teils im Schnitt entsprechend der Linie C-C in Fig. 4 darstellt.
In der Zeichnung bezeichnet 1 Aden aus Blechsegmen ten 2 aufgebauten Statorkern. Der Statorkern besteht aus mehreren in,axialer Richtung nacheinander angeordneten Schichten, die je eine Dicke haben, die wenigstens gleich der Blechdicke ist.
Jede Schicht bildet somit einen Zylin der mit polygonförmigem Querschnitt, und die Zylinder sind in zwei verschiedenen Winkellagen verteilt. Die Ecken 3 der Zylinder mit der einen Winkellage liegen mitten zwischen den Ecken 4 der Zylinder mit der anderen Winkellage.
Das Statorstativ enthält zwei Stirn platten 5, eine für jedes Statorende, die bei den in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen teils mittels rohrförmiger Versteifungsbalken 6 und teils mittels massiver Versteifungsbalken 8 starr miteinander verbun den sind, und bei der in den Fig. 4 und 5 gezeigten Aus führungsform mittels rohrförmiger Versteifungsbalken 6 und Befestigungsbalken 9.
Die genannten Versteifungs balken sind direkt an einer Anzahl axial hintereinander angeordneter Ringscheiben 12 festgeschweisst. Bei der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsform ist die Innenseite der Stirnplatte 5 grösser als der maximale Kerndurchmesser, während die Stirnplatte 5 in den Fig. 4 und 5 eine so geringe Innenweite hat, dass die Stirn platte auch als Pressplatte dient.
In den Fig. 4 und 5 sind weiter die Befestigungsbalken 9 radial nach innen mittels Keilen 10 gedrückt und zusammen mit diesen an den Ringscheiben 12 festgeschweisst, während die Befesti gungsbalken in den Fig. 1 und 2 radial nach innen ge- presst und permanent in eingepresster Lage mittels der in die Versteifungsbalken eingesteckten Schraubenbolzen 11 befestigt sind.
Die Wicklungsnuten des Stators sind mit 13 bezeichnet und der vom Stator umschlossene Rotor mit 14.
Bei Herstellung der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Maschine werden die Stirnplatten 5, die Versteifungs balken 6 und 8 und die Ringscheiben 12 zu einem stei fen Stativ zusammengeschweisst. Der Statorkern I> wird mit einem der Pressringe 7 als Unterlage mit Hilfe einer zentral angeordneten, in die Wicklungsnuten 13 ein greifenden Steuervorrichtung zu der oben beschriebenen Form gestapelt. Auf dem oberen Ende des fertiggesta pelten Kerns wird dann der zweite Pressring 7 ange bracht, und der Statorkern wird zwischen den zwei Ringen 7 zusammengepresst.
Das Zusammenpressen ge schieht vorzugsweise mit Hilfe einer mit der genannten Steuervorrichtung zusammengebauten Pressvorrichtung, die eine zentral angeordnete Stange mit winkelrecht an geordneten Greifhaken oder dergleichen für die untere Pressplatte und eine Pressmutter für die obere Press- platte enthält. Es ist auch möglich, ein ganz ausserhalb des Stators angeordnetes Presswerkzeug anzuwenden, z. B. eine hydraulische Presse mit einem an der oberen Pressplatte anliegenden Druckkolben. Im letzteren Falle ist es notwendig, dass die Ringscheiben 12 so angeordnet sind, dass sie den Statorkern schon vor dem Zusammen pressen umgeben.
Nach beendetem Zusammenpressen des Statorkerns und nachdem die Ringscheiben mit dazugehörigen Ver steifungsbalken so angeordnet sind, dass sie den Stator- kern umschliessen und an der vollständigen unteren Stirnplatte festgeschweisst sind, wird auch der zu der oberen Stirnplatte gehörende Pressring 7 am übrigen Stativ festgeschweisst.
Die Befestigungsbalken 9, die bis zu diesem Stadium dicht an den Befestigungsbalken 8 lagen, werden nun in radialer Richtung mittels Schrau- benbolzen 10 in den Statorkern hineingepresst und wer den danach dauernd eingepresst gehalten, wobei sie ein starkes Festhalten des Statorkerns ergeben.
Da die äussere Peripherie des Kerns von der Kreisform stark abweicht, wird gewährleistet, dass die radial eingedrück ten Befestigungsbalken eine Drehung des Statorkerns im Verhältnis zum Statorstativ verhindern.
In diesem Zustand wird der Rotor 14 in den Stator- kern 1 eingeführt, und die Lager 16, die je ein Achsen ende umschliessen, werden mit ihren Füssen 17 auf ei nen Bodenrahmen 18 gestellt, auf welchem auch das Statorstativ aufgestellt ist, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Die Füsse des Lagers 16 sind wie die des Statorstativs und des Bodenrahmens so ausgeführt, wie in Fig. la gezeigt ist, in der mit 21 und 22 zwei flach aneinander anlie gende Stahlplatten bezeichnet sind, von welchen die oberste am Lager 16 festgeschweisst ist.
Eine Anzahl Schraubenbolzen 23 laufen frei durch Löcher in der Platte 21 und sind durch durchgehende Löcher der Platte 22 gesteckt. Die Lager sind je auf einer Erhöhung 20 des Bodenrahmens angeordnet. Die Platte 22 ist an einer Anzahl flacher Stahlkörper 25 festgeschweisst, die ihrerseits an der Erhöhung 20 festgeschweisst sind. Die Justierung der Lager in eine korrekte Lage im Verhält nis zum Statorkern - d. h. so, dass der Rotor konzen trisch wird und eine korrekte axiale Lage einnimmt - muss vorgenommen werden, bevor die Platte an der Un terlage mittels der Elemente 25 festgeschweisst wird.
Die Justierung in Höhenrichtung erfolgt dabei mit Hilfe der Schraubenbolzen 23. Schliesslich werden die Muttern 27 angezogen, und eine Mehrzahl konischer Löcher wer den in die Platten 21 und 22 gebohrt und mit Steuer stiften 26 versehen, die zur Aufgabe haben, die richtige Lage nach einer eventuellen Demontierung wieder ein zunehmen. Wenn die Rotorachse nach der Lagerjustie rung zu viel von der Horizontallage abweicht - was bei den grossen Toleranzen und den speziellen Montage methoden, die ein Verfahren nach der Erfindung bedeu tet - leicht eintreffen kann, kann diesem durch Justie rung an den Füssen 24 des Statorstativs oder Füssen 19 des Bodenrahmens leicht abgeholfen werden.
Gewisse strukturelle Unterschiede zwischen den zwei oben beschriebenen Ausführungsformen haben entspre chende Unterschiede des Montageverfahrens zur Folge. So ist, wie erwähnt, bei der in den Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsform eine Stirnplatte verwendet, deren ra- dial innerer Teil :
den Pressring ersetzt, und die Stirn- platte ist mit Löchern 28 versehen, die dazu vorgesehen sind, um mit grossem Spiel die Befestigungsschienen 9 aufzunehmen. Der äussere Teil der Stirnplatte ist mit Löchern für die Versteifungsbalken 6 versehen, die ähn lich wie die Löcher 28 mittels eines Sauerstoffbrenners ausgeschnitten sind.
Beim Zusammenbau des Stators der letztgenannten Maschine wird das Statorblechpaket ver tikal gestapelt und mit Hilfe der Stirnplatten 5 zusam- mengepresst, nachdem der Statorkern von den Ring scheiben 12 umschlossen ist. Auch das Zusammen- schweissen der Versteifungsbalken 6, Ringscheiben 12 und der untersten Stirnplatte kann mit Vorteil in diesem Stadium schon ausgeführt sein.
Nach dem Zusammen pressen des Blechpakets und unter Beibehalten der Press- kraft wird die obere Stirnplatte 5 an den mit den Ring scheiben 12 und der unteren Stirnplatte starr verbunde nen Versteifungsbalken 6 festgeschweisst. Die durch die Löcher 28 eingeführten Befestigungsbalken 9 werden nun radial nach innen gepresst mit Hilfe der Keile 10, die zwischen die Befestigungsbalken 9 und Ringscheiben 12 hineingetrieben und durch Schweissen befestigt wer den.
Die Befestigungsbalken 9 werden auch an die Stirn platten 5 geschweisst. Schliesslich wird das Statorstativ auf einem Bodenrahmen angeordnet, der Rotor einge führt und werden die Lager in der oben beschriebenen Weise justiert.
Die in der Zeichnung dargestellten und beschriebe nen Maschinen sind nur als Beispiele für nach der Er findung hergestellte Maschinen gedacht. Viele davon ab weichende Konstruktionen sind im Rahmen der Erfin dung denkbar. Man kann sich z. B. vorstellen, die Be festigungsbalken 9 mit kreisförmigem oder rechteckigem Querschnitt auszuführen, und sie brauchen auch nicht am Statorkern in dessen nach aussen gerichteten Ecken anzuliegen, sondern können mit einer axial verlaufen den, die radial äusseren Ecken aufzunehmenden Nute ausgeführt werden.
Die Befestigungsbalken können auch ganz einfach derart angeordnet werden, dass jeder Be festigungsbalken nur gegen miteinander parallele Lamel- lenseiten gepresst wird. Weiter kann es vorteilhaft sein, selbsthärtendes Plastikmaterial auf den Statorkern zu spritzen, um ihm eine grössere Steifheit zu verleihen.