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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem
zylinderförmigen
Stator, der ein Blechpaket, eine Wicklung, einen Wickelkopf und
eine Wicklungsschaltung aufweist. Die Wicklungsschaltung ist dabei
axial vor dem Wickelkopf angeordnet. Darüber hinaus betrifft die vorliegende
Erfindung insbesondere einen Generator, der mit einem derartigen
Stator ausgebildet ist.
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Ist
aufgrund des zur Verfügung
stehenden Bauraums eine Schaltung der Statorwicklung radial außen auf
dem Statorwickelkopf nicht möglich,
wird die Schaltung axial vor dem Statorwickelkopf angeordnet. Durch
die sich in diesem Fall ergebende weite axiale Ausladung ist ein
ungünstigeres
mechanisches Verhalten zu erwarten, dass vor allem bei elektrischen
Störungen
das Risiko von Beschädigungen infolge
hoher Stromkräfte
und daraus resultierenden mechanischen Belastungen erhöht. Dies
tritt vor allem bei Maschinen mit hoher Leistungsdichte auf.
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Um
diesem Problem zu begegnen wird bislang bei Maschinen, in deren
Wicklungen auslegungsbedingt höhere
Ströme
auftreten, eine Schaltung, die axial vor dem Wickelkopf angeordnet
werden muss, aus Schaltringen mit Flachkupfer aufgebaut. Hierdurch
wird die Steifigkeit der gesamten Anordnung erhöht und die axiale Ausladung
etwas reduziert, was eine Verbesserung aber keine grundsätzliche
Lösung
des Problems darstellt. Außerdem
bedingt die Fertigung der Schaltung aus Flachkupferringen höhere Kosten
und einen höheren
Zeitaufwand als die Fertigung der Schaltung aus der sonst verwendeten
Ableitungs-/Schaltlitze.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, bei geringen
Fertigungskosten eine stabile Wicklungsschaltung an einem Stator
zur Verfügung
zu stellen.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst durch
eine elektrische Maschine mit einem zylinderförmigen Stator, der ein Blechpaket,
eine Wicklung, einen Wickelkopf und eine Wicklungsschaltung aufweist,
wobei die Wicklungsschaltung axial vor dem Wickelkopf angeordnet
ist, und eine feste Abstützeinrichtung
die Wicklungsschaltung gegenüber
dem Blechpaket abstützt.
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In
vorteilhafter Weise ermöglicht
die feste Abstützeinrichtung,
dass für
die Wicklungsschaltung Schaltlitzen verwendet werden. Damit können die Fertigungskosten
gegenüber
der Fertigung der Schaltringe mit Flachkupfer deutlich reduziert
werden. Außerdem
gewährleistet
die feste Abstützeinrichtung,
dass die Wicklungsschaltung stabil gegenüber dem Blechpaket abgestützt ist.
Dadurch können problemlos
höhere
Kräfte
in der Wicklungsschaltung wirken, ohne dass diese beschädigt wird.
Darüber
hinaus trägt
die feste Abstützeinrichtung
bzw. die feste Abstützung
dazu bei, dass das mechanische Verhalten der Wicklungsschaltung
positiv beeinflusst wird.
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Vorzugsweise
besitzt die Abstützeinrichtung mehrere
in Umfangsrichtung verteilte Stützstäbe, die axial
ausgerichtet sind und an dem einen Ende mit dem Blechpaket sowie
an dem anderen Ende mit der Wicklungsschaltung verbunden sind. Diese
Stützstäbe stellen
sicher, dass der gesamte Wickelkopf nahezu ungehindert weiterhin
mit Kühlmittel
umströmt werden
kann.
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Darüber hinaus
kann die Abstützeinrichtung mindestens
einen Stützring
aufweisen, an dem die Wicklungsschaltung befestigt ist. Ein derartiger Stützring gewährleistet,
dass die Wicklungsschaltung am gesamten Umfang gestützt werden
kann.
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Weiterhin
kann der Stützring
mehrere Flanschelemente aufweisen, mit denen er an den Stützstäben befestigt
ist. Hierdurch lässt
sich der Stützring beispielsweise
ohne hohen Arbeitsaufwand an die Stützstäbe anschrauben.
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Ferner
kann die Abstützeinrichtung
mehrere Stützringe
aufweisen, wobei zwischen einem Flanschelement eines ersten Stützrings
und einem Flanschelement eines zweiten Stützrings, welche beiden Flanschelemente
auf den gleichen Stützstab
montiert sind, ein Abstandshalter auf den Stützstab gesteckt ist. Hierdurch
wird ein sehr flexibles Bausteinsystem zur Verfügung gestellt, bei dem je nach
Bedarf einer oder mehrere Abstützringe
im jeweils gewünschten Abstand
auf den Stützstäben aufgebracht
werden kann.
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In
einer speziellen Ausführungsform
sind der oder die Stützringe
aus einem Glasfasermaterial hergestellt. Diese sorgen zum einen
für die
notwendige mechanische Festigkeit und fügen sich zum anderen elektrisch
neutral in die Wicklungsschaltung ein.
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Des
Weiteren kann der Stator ein Statorblechpaket mit Zugstäben aufweisen,
wobei jeder der Stützstäbe direkt
an einem der Zugstäbe
befestigt ist. Insbesondere können
dabei die Zugstäbe
einteilig mit den Stützstäben gebildet
sein, was sich positiv im Hinblick auf Montageaufwand und Logistik
der Fertigungskomponenten auswirkt.
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Besonders
günstig
ist es, wenn der Durchmesser der Abstützeinrichtung einschließlich der Flanschelemente
kleiner ist als der Durchmesser des Blechpakets einschließlich der
Zugstäbe
und der Zugstabbefestigungen. Dadurch kann der Stator beispielsweise
mit der Wicklungsschaltung nach vorne in ein Gehäuse eingeschoben werden, ohne
dass das Gehäuse
allein wegen der Wicklungsschaltung vergrößert werden müsste.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, die
eine perspektivische Ansicht eines stirnseitigen Teils eines Stators
mit Wicklungsschaltung zeigt.
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Die
nachfolgend näher
geschilderten Ausführungsbeispiele
stellen bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dar.
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In
der Figur ist der Wicklungsträger
bzw. das Blechpaket eines Stators insbesondere für einen Generator einschließlich des
Blechpakets lediglich durch einen stirnseitigen Druckring 1 des
Blechpakets angedeutet. Aus ihm heraus sind in axialer Richtung
die einzelnen Statorwicklungen geführt. Diese axial über den
Druckring 1 vorstehenden Teile der Statorwicklungen bilden
den Wickelkopf 2. Die einzelnen Wicklungen werden mit Hilfe
flexibler Litzen 3 miteinander verschaltet. Dadurch ergibt
sich eine Statorschaltung 4. Die Statorschaltung 4 befindet sich
bezogen auf die Mittelachse des Stators axial vor dem Wickelkopf 2.
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Da
sich die Wicklungsschaltung 4 axial vor dem Wickelkopf 2 befindet,
d. h. der Wickelkopf 2 befindet sich zwischen Wicklungsschaltung 4 und
stirnseitigem Druckring 1 des Blechpakets, bedarf es einer
stabilen Abstützung
der Wicklungsschaltung, um deren mechanischen Belastungen (Schwingungen) soweit
wie möglich
zu unterdrücken
und die auf sie wirkenden Kräfte
aufzunehmen. Daher ist erfindungsgemäß eine Abstützeinrichtung vorgesehen, die
hier acht in Umfangsrichtung verteilte Stützstäbe 5 aufweist. Diese
Stützstäbe 5 sind
hier einteilig mit den Statorzugstäben (in der Figur nicht dargestellt) gebildet.
Mit anderen Worten, die Stützstäbe 5 bilden axiale
Verlängerungen
der Zugstäbe.
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Weiterhin
sind in der Figur Schweißelemente 6 zu
erkennen, welche zum Verschweißen
des Blechpakets dienen. An dem von dem Blechpaket abweisenden Ende
sind hier zwei Stützringe 7 angebracht. Die
Stützringe 7 werden
mit Flanschelementen 8 auf die Stützstäbe 5 aufgesteckt und
mit Hilfe von Muttern 9 dort festgeschraubt. Die Flanschelemente 8 können insbesondere
als Klemmen ausgebildet sein, so dass ein Stützring 7 zwischen
zwei Flanschelementen 8 eingeklemmt und fixiert wird. Die
Abstützeinrichtung
lässt sich
somit baukastenartig auf bauen. Zunächst wird beispielsweise auf
jeden Stützstab
jeweils ein Flanschelement 8 aufgesteckt. Daraufhin wird
in eine entsprechende Nut der Flanschelemente 8, die aus
einem glasfaserverstärkten
Kunststoff bestehen können,
ein Glasfaserstützring 7 eingelegt. Anschließend wird
wieder auf jeden Stützstab 5 ein korrespondierendes
Flanschelement 8 aufgesteckt, so dass mit dem ersten Flanschelement
jeweils eine Klemme zum Fixieren des Stützrings 7 entsteht.
Da in dem vorliegenden Beispiel für die Abstützeinrichtung ein weiterer
Stützring 7 eingesetzt
wird, wird nun ein derartiges Paket aus Flanschelementen 8 und
einem Stützring 7 erneut
auf die Stützstäbe 5 gesteckt. Schließlich ist
auf das Gesamtpaket der Abstützeinrichtung
an jedem Stützstab 5 eine
Mutter 9 aufgeschraubt, so dass die Flanschelemente 8 die
Stützringe 7 fest
einklemmen. Gegebenenfalls erfolgt die Montage der Abstützeinrichtung
gleichzeitig mit dem Verlegen der Schaltlitzen. Andernfalls können die Schaltlitzen
nachträglich
beispielsweise mit Bandagen an den Stützringen befestigt werden.
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Erfindungsgemäß kann somit
ermöglicht werden,
dass eine aus Litze ausgeführte
Schaltung axial vor dem Wickelkopf platziert wird, welche auch bei
höheren
Belastungen, z. B. durch Stromkräfte eine
ausreichende Festigkeit gewährleistet.
In dem dargestellten Beispiel kommt hierzu ein direkt auf den Zugstäben des
Statorblechpakets abgestützter
Ring zum Einsatz, auf dem die Schaltung befestigt wird. Alternativ
kann der Ring auch entfallen, und die Abstützung der Schaltung kann punktuell
beispielsweise durch entsprechende Ösen an den Enden der Stützstäbe erfolgen.
Damit würde
die Schaltung im Wesentlichen eine vieleckige Gestalt annehmen.
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Durch
die Flexibilität
der Litze 3 wird eine schwingungstechnische Entkopplung
zwischen dem Statorwickelkopf 2 und der nun separat abgestützten Schaltung 4 erreicht.
Der negative Effekt der weiten axialen Auslegung ist somit erheblich
reduziert.
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Durch
die Verwendung einfach zusammenzusetzender Bauteile für den Schaltungsstützring bzw.
die Schaltungsstützringe 7 wie
in dem obigen Ausführungsbeispiel
können
die Kosten gegenüber der
Fertigung der Schaltung aus Flachkupferringen reduziert werden,
obwohl zusätzlich
der Schaltungsstützring
angefertigt werden muss. Insbesondere entfällt die aufwendige Isolierung
von Flachkupferringen.
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Dadurch,
dass der Schaltungsstützring/die Schaltungsstützringe
auf den Zugstäben
des Statorblechpakets abgestützt
wird/werden und nicht auf dem Statorgehäuse, bleibt die fertigungstechnische Entkopplung
von Statorblechpaket mit Wicklung und Statorgehäuse erhalten. Ein weiterer
Vorteil des Stators mit der erfindungsgemäßen Abstützeinrichtung liegt darin,
dass die Schaltlitzen nicht radial über dem Wickelkopf, sondern
axial davor angeordnet werden können.
Somit kann ein radialer Luftstrom zum Kühlen von oben bzw. von außen durch
den Wickelkopf dringen und wird nicht durch die Wicklungsschaltung gehemmt.