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Die
hier offenbarte Technologie betrifft allgemein die Reparatur rotierender
Maschinen, und insbesondere Keile, die dazu dienen, Leiter-(oder
Stator)-Stäbe in den Statorkernnuten dynamoelektrischer
Maschinen zu halten.
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HINTERGRUND
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Große
dynamoelektrische Maschinen, beispielsweise elektrische Generatoren,
nutzen einen laminierten Statorkern, um induzierte Spannungen über
Statorleiterstäbe zu den Generatoranschlusspolen zu übertragen.
Die Magnetkreise werden gewöhnlich hergestellt, indem bereits
mit Schlitzen versehene („genutete") Stanzbleche oder Lamellen
in einem ringförmigen Gehäuse zusammengesetzt
werden, das der späteren Aufnahme des Generatorrotors dient.
Die genuteten Stanzbleche legen nach ihrem Zusammenbau radial offene
Axialnuten fest, die an dem radialen Innenumfang des Statorringspalts enden.
Die Statorstäbe oder Leiter werden in die Nuten gelegt,
und es wird ein Verkeilungssystem verwendet, um die Stäbe
gegen elektromagnetische Kräfte, die im Betrieb der Maschine
auftreten, an Ort und Stelle zu halten. Falls das Verkeilungssystem nicht
einwandfrei ist, kann die Isolierung von Leitern durch die sich
ergebende Schwingung beschädigt werden, was schließlich
unausweichliche Ausfallzeiten des Generators zur Folge hat.
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Elektromagnetische
Felder üben während des normalen Betriebs oder
unter Kurzschlussbedingungen auf Statorstäbe in dem Generator
Kräfte aus, die Keile erfordern, um die Stäbe
in den Statornuten zu tragen und zu halten.
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Gegenwärtig
wird zur Herstellung der Keile Glasfaserstofffolienschichtmaterial
(beispielsweise G11 von der National Electrical Manufacturers Association
(NEMA)) verwendet, das zwar eine gute mechanische Festigkeit liefert,
dabei aber die Statorlamellen abrasiv verschleißt.
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Es
wurde auch auf phenolischer Baumwolle basierendes Material als ein
Keilmaterial verwendet, das den Kern zwar nicht verschleißt,
jedoch schlechtere thermische und mechanische Eigenschaften gegenüber
Glasfaserstofffolienschichten wie G11 aufweist. Die reduzierte mechanische
Festigkeit und die schlechteren thermischen Eigenschaften phenolischer
Baumwolle schränken den Anwendungsbereich von Keilen ein,
die unter Verwendung dieses Materials hergestellt sind.
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Andere
Lösungsansätze, beispielsweise der Einsatz von
Beschichtungen, die geringe Reibung aufweisen, haben sich hauptsächlich
aufgrund ihrer ungenügenden Abriebfestigkeit nicht als
vollständig geeignet erwiesen.
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In
dem
US-Patent 4 200 818 ist
ein Statorkeil offenbart, der teilweise mit einem aus Kevlar
® hergestellten vliesartigen Filz
bedeckt ist, und das Patent Nr. 4 607 183 offenbart einen Keil mit
einer gegen Abrieb beständigen Schicht.
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Es
besteht weiter ein Bedarf nach Keilen, die die Eigenschaften von
Glasfaserstofffolienschichten wie G11 aufweisen, die jedoch eine
nicht abrasive Fläche für den Einsatz in dynamoelektrischen
Maschinen aufweisen.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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In
einem Aspekt betrifft die vorliegenden Erfindung einen Nutenkeil
für einen Generatorstator, mit einem Keilkörper,
der Ober- und Unterseiten und ein Paar entgegengesetzt geneigte
Seitenoberflächen aufweist, wobei wenigstens die entgegengesetzt
geneigten Flächen mit einem gewebten Aramidgewebe bedeckt
sind. Das gewebte Aramidgewebe stellt eine nicht abrasive Grenzfläche
zwischen dem Glasfaserstoffkeilkörper und den Statorkernlamellen bereit.
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In
einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
eines Nutenkeils für einen Generatorstator, mit den Schritten:
(a) Bereitstellung eines keilförmigen Körpers
mit Ober- und Unterseiten, die durch entgegengesetzt geneigte Seitenoberflächen
verbunden sind; und (b) Bedecken wenigstens der entgegengesetzt
geneigten Seitenoberflächen mit einem gewebten Aramidgewebe. Das
gewebte Aramidgewebe stellt eine nicht abrasive Grenzfläche
zwischen dem Glasfaserstoffkeilkörper und den Statorkernlamellen
bereit.
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Die
hier offenbarte Statorkeiltechnologie wird im Folgenden im Einzelnen
in Verbindung mit den untenstehend gekennzeichneten Zeichnungen
beschrieben.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
in einer perspektivischen Teilansicht einen unteren Abschnitt eines
Generatorstators, der herkömmliche Schwalbenschwanzkeile
aufweist; und
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2 veranschaulicht
in einer perspektivischen Ansicht einen Druckkeil, gemäß der
vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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1 zeigt
einen unteren Abschnitt eines Statorkerns 10 einer dynamoelektrischen
Maschine. Die dynamoelektrische Maschine enthält einen
(nicht gezeigten) Rotor und einen Statorkern, wobei Letzterer einen
ringförmigen Aufbau aufweist und den Rotor nach dessen
Einbau in der dynamoelektrischen Maschine umgibt. Der Statorkern
setzt sich aus genuteten Stanzblechen oder Lamellen 12 zusammen. Der
Statorkern ist mit einer von der Konstruktion abhängigen
Anzahl von radialen Nuten 14 (von denen lediglich einer
gezeigt ist) versehen, die in Umfangsrichtung um den Umfang des
inneren Ringspalts beabstandet angeordnet sind, und die sich längs
der axialen Länge des Statorkerns erstrecken, und die an ihren
radial innenliegenden Abschnitten, wie nach dem Stand der Technik
gut verstanden, in einer Schwalbenschwanznut 16 enden.
Die Leiter 18 basieren auf isolierten Leitersträngen,
zu denen radial innere und äußere Stäbe 20 bzw. 22 gehören.
Die Leiter oder Leiterstäbe weisen gewöhnlich
eine (nicht gezeigte) elektrische Isolierung auf, die um die Umfangsbereiche
der Leiterpackung gewickelt ist.
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In
Zusammenhang mit dem Vorausgehenden kann sich axial (in Längsrichtung)
entlang des gegenüber dem Stab 22 radial innen
angeordneten Spalts ein Füllstoffstreifen 24 erstrecken.
Eine Anzahl von Schwalbenschwanzkeilen 26 sind (längs
der axialen Länge der Nut 14 voneinander beabstandet)
in die Nut 14 eingeführt, um radial gegen den
isolierenden Füllstoffstreifen 24 in Anlage zu
kommen. Die Schwalbenschwanzkeile sind mit entgegengesetzt gegenüberliegenden
Schrägflächen 28 ausgebildet, die mit
Schrägflächen der Schwalbenschwanznut 16 in
Eingriff kommen, um den Zusammenbau des Statorstabverkeilungssystems
zu vereinfachen. Das Material der Schwalbenschwanzkeile 26 basiert
vorzugsweise auf einem hohe Festigkeit aufweisenden Isoliermaterial,
das sich schneiden oder spritzgießen lässt, um
die gewünschte Keilgestalt zu erhalten. Die Keile sind
daher vorzugsweise aus einer harzhaltigen Verbindung unter Einsatz
eines die Festigkeit steigernden geeigneten Füllstoffs
spritzgegossen, oder in einer Abwandlung aus beliebigen geeigneten,
kostengünstig herzustellenden, auf phenolischer Baumwolle
basierenden Materialien beispielsweise Textolite® (einer
eingetragenen Handelsmarke von General Electric) ausgebildet. In
einigen Konstruktionen fehlt einem allein auf phenolischer Baumwolle
basierendem Keil die erforderliche mechanische Festigkeit für dünnere
Keilkonstruktionen.
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Mit
Bezug auf 2 und gemäß einem
exemplarischen, nicht als beschränkend zu bewertenden Ausführungsbeispiel
der hier offenbarten Technologie ist ein beispielsweise auf der
Glasfaserstofffolienschicht G11 basierender Keil 30 mit
wenigstens einer Schicht aus gewebtem aromatischem Polyamid-(oder
Aramid-)-Gewebe 32 bedeckt. Ein solches Gewebe ist unter
dem Markennamen Kevlar® erhältlich,
jedoch ist das Gewebe in diesem Fall, im Gegensatz zu dem vliesartigen
Kevlar®-Filz, der in dem oben erwähnten
'818-Patent offenbart ist, gewebt. Das auf Aramid basierende gewebte
Deckgewebe stellt einen geringeren Reibungskoeffizienten bereit, ermöglicht
jedoch, was sogar noch wichtiger ist, mit erheblich geringerem Kostenaufwand
eine angemessene Abrieb- und Reißfestigkeit bereitzustellen,
um dem von den scharfen Lamellenrändern ausgehenden Scheuern
und Reißen zu widerstehen. Vorzugsweise bedeckt das Gewebe
wenigstens die geneigten Seitenoberflächen 34, 36,
es kann jedoch aus praktischen Überlegungen auch die Ober-
und/oder Unterseite 38 bedeckt sein.
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Der
wie oben beschriebene bedeckte Keil kann beispielsweise mittels
eines beliebigen der folgenden Verfahren hergestellt werden.
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In
einem ersten exemplarischen Verfahren wird verflüssigtes
G11-Harz in einen Formhohlraum gegossen, der eine gewebte Glasfaserrolle
enthält, die die Länge des Keils 30 aufweist.
Das gewebte Aramidgewebe 32 wird über dem Harz
angeordnet, und die Anordnung wird unter Einsatz von Wärme und
Druck in ihre endgültige Gestalt gepresst.
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In
einem zweiten exemplarischen Verfahren wird verflüssigtes
G11-Harz zusammen mit gewebten Glasfaserstoffen und dem gewebten
Aramidgewebe durch eine die gewünschte Keilgestalt hervorbringendes
Gesenk gezogen (Profilziehverfahren) oder gepresst (Extrusion).
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In
einem dritten Verfahren wird das G11-Harz durch ein beliebiges der
oben erwähnten Verfahren geformt, und das gewebte Aramidgewebe
wird danach an den Keil geklebt.
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Andere
bekannte Verfahren sind möglicherweise ebenso zum Ausbilden
des mit gewebtem Aramidgewebe bedeckten Keils der beschriebenen
Art geeignet, jedoch ist zu beachten, dass das Aramidgewebe an die
Glasfaserstofffolienschicht gebunden wird, um die Trennung von Schichten
im Betrieb zu verhindern.
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Die
Erfindung wurde zwar anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
beschrieben, von dem gegenwärtig angenommen wird, dass
es sich am besten verwirklichen lässt, es ist allerdings
selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten
Ausführungsbeispiele beschränkt sein soll, sondern
vielmehr vielfältige Abwandlungen und äquivalente
Anordnungen abdecken soll, die in den Schutzbereich der beigefügten
Patentansprüche fallen.
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Ein
Nutenkeil 30 für einen Generatorstator weist einen
Keilkörper mit Ober- und Unterseiten 38 und einem
Paar entge gengesetzt geneigte Seitenoberflächen 28 auf,
wobei wenigstens die entgegengesetzt geneigten Flächen 28 mit
einem gewebten Aramidgewebe 32 bedeckt sind. Ein verwandtes
Verfahren beinhaltet die Schritte: (a) Bereitstellen eines keilförmigen
Körpers mit Ober- und Unterseiten 38, die durch
entgegengesetzt geneigte Seitenoberflächen 28 verbunden
sind; und (b) Bedecken wenigstens der entgegengesetzt geneigten
Seitenoberflächen 28 mit einem gewebten Aramidgewebe 32.
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- 10
- Statorkern
- 12
- Mit
Nuten ausgebildete Stanzbleche oder Lamellen
- 14
- radial
offene Nute
- 16
- Schwalbenschwanznuten
- 18
- Leiter
- 20,
22
- Innere
und äußere Stäbe
- 24
- Füllstoffstreifen
- 26
- Schwalbenschwanzkeile
- 30
- Keil
- 28
- Schrägflächen
- 32
- Gewebe
- 34,
36
- Seitenoberflächen
- 38
- Ober-
und/oder Unterseite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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