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Eine
elektrische Maschine, wie beispielsweise ein Generator oder auch
ein Motor, kann derart konstruiert sein, dass die elektrische Maschine
mit einem Fluid in Kontakt ist. Dieses Fluid kann flüssig oder
auch gasförmig
sein. Damit die Statorwicklung der elektrischen Maschine nicht in
direktem unmittelbaren Kontakt mit dem Fluid gerät, kann der Stator gekapselt
werden. Zur Kapselung und folglich zur Begrenzung der Ausbreitung
des Fluids können
Dichtmittel verwendet werden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, die Abdichtung der Statorwicklung
gegen Eindringen des Fluids, welches mit der elektrischen Maschine
in Kontakt ist zu verbessern. Dies betrifft insbesondere die Abdichtung
des Stators der elektrischen Maschine.
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Eine
Lösung
der Aufgabe gelingt unter anderem gemäß einem Gegenstand mit den
Merkmalen nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12.
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Bei
elektrischen Maschinen, also bei einem elektrischen Motor bzw. bei
einem elektrischen Generator, welche für eine geflutete Anwendung
vorgesehen sind, stellt die Abdichtung gegenüber der Umwelt eine Herausforderung
dar. Dies betrifft insbesondere die Abdichtung von Teilen, welche
im Betrieb der elektrischen Maschine für eine rotierende Bewegung
vorgesehen sind. Hierfür
vorgesehene rotierende (oder dynamische) Dichtungen, zum Beispiel
an einem Wellenaustritt, unterliegen im Betrieb der elektrischen
Maschine einer ständigen
Beanspruchung. Eine Möglichkeit
das Problem der Abdichtung zu lösen,
ist es, auf diese dynamische Abdichtung, wenn dies möglich ist,
ganz oder teilweise zu verzichten. Wird nun die dynamische Dichtung
z. B. ganz weggelassen, kann ein die elektrische Maschine umgebendes
Medium, also das Fluid, in einen Luftspalt der elektrischen Maschine
eintreten. Der Luftspalt der elektrischen Maschine befindet sich
zwischen dem Stator der elektrischen Masche und dem Rotor der elektrischen
Maschine. Die elektrische Maschine kann dabei entweder als ein Innenläufer ausgeführt sein,
oder auch als ein Außenläufer. Bei
einem Innenläufer
ist der Rotor vom Stator umgeben. Bei einem Außenläufer ist der Stator vom Rotor
umgeben. Wird nun auf eine dynamische Abdichtung verzichtet, so ist
der Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator durch das Fluid
geflutet. Das Fluid ist beispielsweise ein Öl (bzw. ölhaltig), Wasser (bzw. wasserhaltig) oder
auch ein Gas.
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Die
elektrische Maschine weist ein elektrisches Wicklungssystem auf.
Ein Wicklungssystem kann sich im Stator und/oder im Rotor befinden.
Befindet sich das Wicklungssystem im Stator, so kann der Stator
statisch gekapselt werden um das elektrische Wicklungssystem vor
dem Fluid zu schützen. Dies
ist insbesondere dann notwendig, wenn das Fluid aggressiv ist, also
eine zerstörerische
Wirkung auf den Stator mit dem Wicklungssystem entfalten kann. Ein
Beispiel für
ein derartiges Fluid ist salzhaltiges Seewasser aber auch salzhaltige
Seeluft. Zum Schutz des Stators kann dieser statisch gekapselt werden.
Zur Kapselung des Stators lässt
sich eine Art Schutzohr einsetzen. Ein derartiges Schutzrohr, das in
das Statorgehäuse
eingebracht ist, kann auch als Spaltrohr oder „Can” bezeichnet werden. Hierbei
ist die konstruktive Ausführung
der Dichtungsausführung
von Bedeutung und maßgeblich
für den
Erfolg. Ein Vorteil der Kapselung des Stators kann darin gesehen
werden, dass es konstruktiv einfacher bzw. auch preisgünstiger
ist eine Dichtung zu realisieren, welche kein bewegtes Teil abzudichten
hat, sondern vielmehr statisch auf unbewegte Teile wirkt. Der Rotor
ist beispielsweise als passives Element ausgelegt und weist Permanentmagnete
auf. Im Fall, dass der Rotor kein elektrisch aktives Bauteil ausweist,
besteht auch nicht die Gefahr eines Kurzschlusses, wenn der Rotor
mit elektrisch leitendem salzigem Wasser geflutet ist. Der Rotor
kann einfacher durch eine Edelstahl-Hülle gegen das Fluid gedichtet
werden, da sich diese synchron mit dem Magnetfeld des Rotors mitdreht
und dadurch keine Wirbelstromverluste induziert werden.
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Zur
Kapselung des Stators der elektrischen Maschine, also zur Kapselung
des Teils der elektrischen Maschine, welches elektrische Wicklungen aufweist,
welche im Betrieb der elektrischen Maschine elektrischen Spannung
bzw. elektrischen Strom führen,
kann eine Edelstahlhülse
als ein Schutzrohr in ein Gehäuse
des Stators eingebracht sein. Dieses Schutzrohr ist eine Hülse, die
beispielweise aus Edelstahl ausgeführt ist. Die Edelstahlhülse ist
z. B. in bzw. an das Statorgehäuse
geschweißt,
so dass dadurch der Stator gekapselt ist. Durch eine möglichst dünne Ausführung der
Edelstahlhülse
(eine dünne Wandstärke) können energetische
Verluste reduziert werden. Verluste entstehen beispielsweise durch
in die Hülse
induzierte elektrische Wirbelströme.
Bei elektrischen Maschinen kleinerer Leistung halten sich diese
Verluste noch im Rahmen. Je größer die elektrische
Leistung der entsprechenden elektrischen Maschine ist, desto problematischer
werden die Verluste. Hohe Wirbelstromverluste sollten vermieden
werden. Bei elektrischen Maschinen hoher Leistung (größer 250
kW) wird auch die Herstellung der Hülse (insbesondere einer Edelstahlhülse) immer aufwendiger
und teuerer.
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Neben
der Kapselung des Stators durch ein Anschweißen der Hülse kann die Kapselung auch mittels
einer Dichteinrichtung zwischen Hülse und Statorgehäuse erfolgen,
welche eine elastische Abdichtung aufweist. Eine entsprechende elektrische Maschine
weist also einen Stator und einen Rotor auf, wobei der Stator gekapselt
ist, wobei zur Kapselung eine Hülse
zwischen dem Rotor und einem Aktivteil des Stators angeordnet ist,
wobei zur Kapselung eine elastische Abdichtung vorgesehen ist. Das Aktivteil
des Stators weist dabei insbesondere Statorwicklungen und ein Statorblechpaket
auf. Die elastische Abdichtung weist z. B. einen elastischen Gummiring,
einen Siliconring, eine Siliconmasse, ein Chloropren-Kautschuk-Material, oder dergleichen auf.
Durch den Verzicht auf eine Schweißnaht zur Abdichtung, kann
die Herstellung der Kapselung vereinfacht werden.
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Wird
als Material für
die Hülse
nicht ein Edelstahl sondern ein Verbundwerkstoff, insbesondere ein
Faserverbundwerkstoff, verwendet, werden Verluste reduziert, welche
bei einer Edelstahlhülse
durch Wirbelströme
verursacht werden.
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Die
Hülse,
welche als ein Schutzrohr für
den Stator dient, weist also vorteilhaft einen Faserverbundwerkstoff
auf, oder besteht aus einem Faserverbundwerkstoff. Der Faserverbundwerkstoff
ist insbesondere elektrisch nichtleitend. Durch die Verwendung von
nichtleitenden Faserverbundwerkstoffen als Werkstoff für die Hülse, erfolgt
vorteilhaft keine Beeinflussung des Magnetfeldes zwischen Rotor
und Stator, es werden somit auch keine Wirbelstromverluste in der
Hülse erzeugt.
Der Faserverbundwerkstoff ist insbesondere ein Glasfaserverstärkter Kunststoff.
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Glasfaserverstärkte Kunststoffe
(GFK) sind ein kostengünstiger
und hochwertiger Faser-Kunststoff-Verbund. In mechanisch hoch beanspruchten Anwendungen
findet sich glasfaserverstärkter
Kunststoff auch als Endlosfaser in Geweben oder in UD(unidirektionalen)-Bändern. Glasfaserverstärkter Kunststoff
zeigt in aggressiver Umgebung ein gutes Korrosionsverhalten. GFK
zeigt abhängig
von der verwendeten Matrix eine gute elektrische Isolationswirkung.
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Im
Folgenden sind Beispiele für
Faserverbundwerkstoffe aufgeführt.
- • Phenol-Formaldehydharz-Laminat;
- • Silikonharz-Laminat;
- • Melaminharz-Laminat;
- • Epoxidharz-Laminat;
- • Polyesterharz-Laminat;
und
- • PTFE-Laminat.
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Es
können
Kurz- und langfaserverstärkte Verbundmaterialien
aus faserverstärktem
Kunststoff gebildet werden. Kurzfaserverstärkte Verbundwerkstoffe weisen
eine gute Formbarkeit auf und bieten eine große Gestaltungsfreiheit. Kurzfaserverstärkte Bauteile
weisen meist ein quasi isotropes Verhalten auf, da die Kurzfasern
zufällig
verteilt vorliegen. Eine schwach ausgeprägte Orthotropie kann allerdings beim
Spritzguss von kurzfaserverstärkten
Thermoplasten entstehen, da sich die Fasern entlang der Fließlinien
des Spritzgusses orientieren. Die Beimischung von Kurzglasfasern
zu Thermoplasten verbessert deren Steifigkeit, Festigkeit und insbesondere
deren Verhalten bei hohen Temperaturen, was beim Einsatz in einer
elektrischen Maschine vorteilhaft ist.
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Endlosfaserverstärktes Verbundmaterial kann
mit definierten Materialeigenschaften hergestellt werden. Ein derartiges
Verbundmaterial weist beispielsweise ein Gewebe/Gelege oder Rovings auf.
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Zur
Ausbildung der Hülse
der elektrischen Maschine wird beispielsweise ein Spritzgussverfahren
oder ein Strangziehverfahren verwendet. Die Hülse kann auch mittels eines
Wickelverfahrens hergestellt werden. Hierzu wird ein Verbundmaterial
auf einen Dorn aufgelegt.
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Die
Ausbildung der Hülse,
also des Spaltrohres, mit einem Faserverbundwerkstoff wie GfK hat wie
bereits beschrieben den Vorteil, dass der Wirkungsgrad der elektrischen
Maschine durch die Reduktion der Wirbelströme verbessert wird. Dies kommt
insbesondere bei größeren elektrischen
Maschinen zum Tragen. Ein Beispiel für eine derartige elektrische
Maschine ist ein Gezeitenstromgenerator.
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Weist
die Hülse
einen Faserverbundwerkstoff auf, so ist die technische Realisierung
der Kapselung des Stators mittels eines elastischen Dichtmittels
von besonderer Bedeutung. Um nun die Hülse in einfacher Weise montieren
zu können,
weist diese eine besondere Gestalt auf. Die Hülse weist in einer Ausführungsform
zumindest drei unterschiedliche Außendurchmesser auf. Vorteilhaft
nehmen die Außendurchmesser
der Hülse
kontinuierlich ab bzw. zu, abhängig
von der Betrachtungsrichtung. Dadurch lässt sich die Hülse bei
der Montage der elektrischen Maschine einfach in den Stator einführen. Vorteilhaft weist
auch der Stator entsprechend zur Hülse korrespondierende Innendurchmesser
auf.
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In
einer Ausführungsform
weist die Hülse
im Bereich des Statorblechpaketes des Aktivteils des Stators eine
geringere Wanddicke auf, als in einem Bereich der elastischen Abdichtung.
Dies hat den Vorteil, dass im Bereich des Luftspaltes zwischen dem
Stator und dem Rotor das kraftbildende Magnetfeld nicht übergebühr nachteilig
beeinflusst wird.
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In
einer Ausgestaltung der elektrischen Maschine stehen die elastische
Abdichtung, die Hülse und
ein Statorgehäuseteil
in einem direkten physikalischen Kontakt, zumindest über die
elastische Abdichtung. Damit lässt
sich ein einfacher und kompakter Aufbau der Dichteinrichtung erzielen.
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In
einer Ausgestaltung der elektrischen Maschine ist die elastische
Abdichtung ein O-Ring. Es kann ein O-Ring oder auch eine Vielzahl
von O-Ringen zur Abdichtung verwendet werden. Der O-Ring bzw. die
O-Ringe weisen beispielsweise ein Fluorelastomere-Material oder
ein Neopren-Material auf. In einer weiteren Ausgestaltung der elektrischen
Maschine werden in der elektrischen Maschine O-Ringe unterschiedlichen
Materials verwendet.
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In
einer Ausgestaltung der elektrischen Maschine ist zur Abdichtung
der Hülse
stirnseitig der Hülse
(also zumindest in einem Endbereich der Hülse; vorteilhaft auch an beiden
stirnseitigen Endbereichen der Hülse)
ein O-Ring (als ein Dichtungsring) in einer Dreiecksnut (eine Nut
mit einem dreicksartigen Querschnitt) vorgesehen. Der O-Ring ist über ein Klemmelement
(insbesondere einen Klemmring) axial verpresst, wobei insbesondere
die Hülse
mittels des O-Rings auch gehalten ist. Der O-Ring dient folglich
in einer Ausführungsform
auch der Positionierung der Hülse.
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In
einer Ausgestaltung der elektrischen Maschine weist die äußere Oberfläche der
Hülse im
Bereich der elastischen Abdichtung einen geringeren Mittenrauwert
auf, als die äußere Oberfläche der
Hülse im
Bereich des Statorblechpaketes. Der Mittenrauwert ist ein Maß für die mittlere
Rauhigkeit einer Oberfläche.
Im Bereich der elastischen Abdichtung ergeben sich besonders hohe
Anforderungen an eine geringe Rauhigkeit der Oberfläche um die
Dichtwirkung zu verbessern. Diese hohen Anforderungen, die beispielsweise
durch eine spezielle Oberflächenbehandlung
erzielt werden können,
sind in anderen Bereichen der Hülse
nicht gegeben.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der elektrischen Maschine weist der
Stator einen Klemmflansch auf. Auf den Klemmflansch kann ein Klemmelement
montiert werden, mittels dessen die elastische Abdichtung einklemmbar
ist. Es wird also eine Art Vorspannung auf die elastische Abdichtung
gegeben. Die elastische Abdichtung ist folglich durch ein Zusammenwirken
von z. B. Klemmflansch und Klemmelement verformbar. Das Klemmelement
kann ein separates z. B. ringförmiges
Element sein, aber auch die Hülse
selbst kann als eine Art Klemmelement genutzt werden.
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Die
elektrische Maschine ist weiterhin derart ausbildbar, dass diese
in dem Bereich, in welchem sich im eingebauten Zustand der Hülse die
Hülse und der
Klammflansch gegenüber
stehen, ein Innendurchmesser des Klemmflansches kleiner ist als
der Außendurchmesser
der Hülse.
Damit ergibt sich ein Spiel zwischen den beiden Bauteilen, welches
das Einsetzen der Hülse
erleichtert. Ein Einpressen der Hülse in den Stator ist folglich
nicht notwendig.
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In
dem Bereich, in welchem sich im eingebauten Zustand der Hülse die
Hülse und
der Klammflansch gegenüber
stehen, ist der Innendurchmesser des Klemmflansches beispielsweise
mindestens 1/10 Millimeter größer als
der Außendurchmesser der
Hülse.
Durch ein kleines Spiel kann die Dichtwirkung verbessert werden.
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Die
elektrische Maschine ist in einer weiteren Ausprägung derart gestaltbar, dass
die elastische Abdichtung am Klemmelement und am Klemmflansch und
an der Hülse
anliegt. Durch die Verwendung von z. B. diesen drei Elementen kann
ein Raum gut definiert werden, in welchem sich die elastische Abdichtung
zur Entfaltung der Dichtwirkung verformt.
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Die
Hülse kann
wie bereits angemerkt ein Material aufweisen, welches ein Verbundwerkstoff ist.
Ein Beispiel für
einen Verbundwerkstoff ist Glasfaserverstärkter Kunststoff. Durch die
Verwendung eines derartigen Materials, welches elektrisch nichtleitende
Eigenschaften aufweist, kann die Bildung von Wirbelströmen in der
Hülse unterbunden
werden. Dies reduziert Verluste.
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Zur
Kapselung des Stators der elektrischen Maschine kann als Material
für die
elastische Abdichtung ein Material verwendet sein, welches ein Fluorelastomer
aufweist. Fluorelastomer ist ein elastischen Material und beständig gegenüber Meerwasser.
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Eine
elektrische Maschine mit einem oder mehreren der obig beschriebenen
Merkmale kann bei einer Unterwasserturbine eingesetzt werden. Die Unterwasserturbine
weist die elektrische Maschine auf, wobei die Unterwasserturbine
derart konstruktiv ausgeführt
ist, dass der Rotor der elektrischen Maschine im Betriebszustand
der Unterwasserturbine bzw. der elektrischen Maschine von Meerwasser
umflutet ist. Der Rotor der elektrischen Maschine ist insbesondere
passiv ausgeführt,
d. h. der Rotor weist keine elektrischen Wicklungen auf, welche
für eine Bestromung
vorgesehen sind. Der Rotor weist beispielsweise Permanentmagnete
auf.
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Der
Stator der elektrischen Maschine der Unterwasserturbine weist zur
Kühlung
der Statorwickelköpfe
ein Kühlmittel
auf.
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Das
Kühlmittel
ist beispielsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit. Zum Ausgleich von
Druckunterschieden kann die Unterwasserturbine auch eine Druckausgleichseinrichtung
aufweisen.
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Die
beschriebene elektrische Maschine kann beispielsweise in einem Gezeitenstromkraftwerk
verwendet sein. Das Gezeitenkraftwerk weist die elektrische Maschine,
Turbinenflügel
und eine Hohlwelle auf, mittels derer die Turbinenflügel mit
dem Rotor der elektrischen Maschine mechanisch gekoppelt sind. Die
Höhlwelle
ist von Wasser geflutet, wobei das Wasser vorteilhaft auch eine
Kühlwirkung
in Bezug auf die elektrische Maschine bewirkt.
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In
einer Ausführungsform
weist die Unterwasserturbine eine elektrische Maschine auf, welche in
einer der obig beschriebenen Ausgestaltungen realisiert ist. Dabei
ist der Rotor der elektrischen Maschine im Betriebszustand der Unterwasserturbine von
Meerwasser umflutet.
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In
einer Ausführungsform
der Unterwasserturbine sind Statorwicklungen in Luft gekapselt,
wobei der Stator durch umstömendes
Wasser wassergekühlt
ist. Der Stator weist vorteilhaft eine Drucksausgleichseinrichtung
auf.
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Ein
Gezeitenstromkraftwerk kann derart ausgeführt sein, dass dieses aufweist:
- • eine
elektrische Maschine in einer der obig beschriebenen Ausführungsformen;
und
- • eine
Turbineneinheit mit einem Turbinenflügel.
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Das
Gezeitenstromkraftwerk kann ein Turbinengehäuse aufweisen, welches drehbar
auf einem Turbinenstandfuß gelagert
ist.
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Nachfolgend
wird die Erfindung an Hand von Figuren beispielhaft beschrieben.
Dabei zeigt:
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1 ein
Gezeitenstromkraftwerk;
-
2 einen
dreidimensionalen Schnitt durch eine elektrische Maschine;
-
3 einen
Schnitt durch den Stator der elektrischen Maschine;
-
4 eine
erste Ausgestaltung einer Kapselung des Stators;
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5 eine
weitere Ausgestaltung einer Kapselung des Stators im Bereich einer
ersten Stirnseite der elektrischen Maschine;
-
6 die
weitere Ausgestaltung einer Kapselung des Stators im Bereich der
zweiten Stirnseite der elektrischen Maschine;
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7 eine
Kapselung mittels zweier elastischer Abdichtungen; und
-
8 eine
Ausgestaltung der Kapselung, welche einen Entlastungskanal aufweist.
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Die
Darstellung gemäß 1 zeigt
ein Gezeitenstromkraftwerk 1. Das Gezeitenstromkraftwerk 1 weist
eine Unterwasserturbine 9 mit einem Turbinengehäuse 5 auf,
wobei die Unterwasserturbine 9 drehbar auf einem Turbinenstandfuß 7 gelagert
ist. Das Gezeitenstromkraftwerk 1 ist für eine Aufstellung unter Wasser
vorgesehen. Die Unterwasserturbine 9, welche im Übrigen nicht
nur bei einem Gezeitenkraftwerk 1 sondern auch bei einem
Kraftwerk eingesetzt werden kann, welches Meeresströmungen zur
elektrischen Energieerzeugung nutzt, weist Turbinenflügel 3 auf.
Die Turbinenflügel 3 treiben
als Generator eingesetzte elektrische Maschine 11 an. Gemäß der Ausgestaltung
des Gezeitenstromkraftwerkes 1 nach 1 weist
dieses auch eine Drucksausgleichseinrichtung 38 auf. Die
Drucksausgleichseinrichtung 38 passt den Druck in einem
gekapselten Stator der elektrischen Maschine 11 an den
Tiefendruck an.
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Die
Darstellung gemäß 2 zeigt
eine elektrische Maschine 11, welche einen Stator 13 und einen
Rotor 15 aufweist. Der Stator 13 weist ein Aktivteil 14 auf.
Das Aktivteil 14 weist elektrisch bestrombare Wicklungen 18 und
ein Statorblechpaket 12 auf. Der Rotor 15 weist
Permanentmagnete 16 auf. Zur Kapselung des Stators 13 weist
dieser eine Hülse 17 auf.
Neben der Hülse 17 weist
der Stator 13 auch einen Klemmflansch 34, ein
Klemmelement 35 und eine elastische Abdichtung 19 auf.
Mit Hilfe des Klemmelementes 35 wird ist die elastische
Abdichtung 19 auf den Klemmflansche 34 und die
Hülse 17 gepresst.
Zur Kapselung des Stators 13 kann jedes geeignete Statorgehäuseteil 29 herangezogen
werden, indem die elastische Abdichtung 19 einen Druck durch
eine Vorspannung auf dieses ausübt.
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Die
Darstellung gemäß 3 zeigt
einen Ausschnitt eines Schnittes durch den Stator 13 der elektrischen
Maschine 11. Für
gleiche Elemente werden die gleichen Bezugszeichen wie in 1 und 2 verwendet.
Dies gilt auch für
die nachfolgenden Figuren. Die Hülse 17 nach 3 weist
4 unterschiedliche Abschnitte mit unterschiedlichen Wanddicken 25, 26 und 27 der
Hülse 17 auf.
Von einer ersten Wanddicke 25 verjüngt sich die Hülse, wobei
die verjüngte
Hülse 11 eine
Wanddicke 27 aufweist, welche kleiner ist als die Wanddicke 25.
Nach der Wanddicke 27 verjüngt sich die Hülse 17 abermals,
so dass die Hülse
im Bereich des Blechpaketes 12 eine Wanddicke 26 aufweist,
welche kleiner der Wanddicke 25 bzw. 27 ist. Im
Bereich der elastischen Abdichtung 19 ist dann die Wanddicke 27 der
Hülse 17 wieder
erhöht.
Große
Wanddicken verbessern die Stabilität der Hülse 17, wo hingegen
geringere Wanddicken 26 im Bereich des Statorblechpaketes 12 den
magnetischen Fluss weniger stören.
Das Klemmelement 35 ist mittels Schrauben 41 an
dem Klemmflansch 34 befestigt. Die Schrauben 41 dienen
als Klemmschrauben. Die Hülse 17 weist
einen rotationssymmetrischen Aufbau bezüglich einer Achse 42 auf.
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Beidseitig
der elektrischen Maschine 11 sind Klemmringe 35 angeordnet.
Damit können
die Dichtungselemente 19 (die elastische Abdichtung), sowie das
Schutzrohr (die Hülse)
in einfacher Weise demontiert und ersetzt werden. Ein Auspressen
des Schutzrohres mittels aufwendiger Vorrichtungen ist nicht erforderlich.
Durch die Verwendung spezieller Faserverbund-Werkstoffe, als Material für das Schutzrohr,
gibt es keine Beeinflussung des Magnetflusses. Zusätzlich besitzen
diese Werkstoffe eine hohe Beständigkeit
gegen aggressive Medien (z. B. Seewasser). Die Verpressung der Dichtungselemente 19 (z.
B. O-Ringe), erfolgt über
beidseitig am Statorgehäuse
verschraubte Klemmringe 35 (Klemmelement). Dabei werden
die Dichtungselemente durch die, aus Statorstirnwand, Schutzrohr
und Klemmring gebildete Dreiecksnut statisch am Schutzrohr angepresst.
Durch die Anpressung der Dichtungselemente an das Schutzrohr wird
dieses in seiner Lage fixiert. Unterschiedliches thermisches Wachsen
von Statorgehäuse
und Schutzrohr kann durch das Walken des Dichtungselements aufgenommen
werden. Bei innenseitiger Druckbeaufschlagung des Schutzrohrs führt dies
zu dessen Aufweitung. Hierbei kommt es zum teilweisen Anliegen der
Schutzrohraussenseite am Statorblechpaket. Um die Gefahr einer mechanischen
Beschädigung
der Schutzrohroberfläche zu
verhindern, wird beispielsweise eine Schutz- und Gleitfolie 52 (z.
B. PTFE) zwischen Statorblech 12 und Schutzrohr 17 eingebaut.
Der erfinderische Schritt liegt also in der Funktionsintegration
aller Anforderungen in der O-Ring-Dichtung mit Dreiecksnut.
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Die
Darstellung gemäß 4 zeigt
einen Ausschnitt einer Schnittdarstellung des Stators 13. Es
ist ein Spalt 44 zwischen der Hülse 17 und dem Klemmflansch 34 dargestellt.
Der Spalt 44 ist vorteilhaft in etwas 1/10 Millimeter bis
2/10 Millimeter breit. Auch ein Spalt mit einer Dicke von ca. 5/10
Millimeter ist noch ausreichend. Die Dicke der Hülse 17 beträgt ca. 12
Millimeter. Vorteilhaft weist die Hülse 17 zwei unterschiedliche
Dicken auf. Eine Stufe 50 bildet den Übergang zwischen den verschiedenen
Dicken der Hülse 17.
Die Hülse 17 ist
in ihrem Endbereich dünner
als in einem daran anschließenden
eher mittigen Bereich. Dies erhöht
dort im mittigen Bereich die Stabilität der Hülse 17. Die Stufe 50 befindet
sich vorteilhaft in einem radial äußeren Bereich der Hülse 17. Der
innere Radius der Hülse 17 ist
vorteilhaft konstant.
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Die
Darstellung gemäß 5 zeigt
eine weitere Ausgestaltung der Kapselung des Stators 13. Der
Klemmflansch 34 weist eine zusätzliche Nut 46 auf,
welche mit Verbindungsbohrungen zum Statorraum verbunden ist. Dadurch
soll ein unzulässiger Druckaufbau
des im Bereich des Spalts zwischen Hülse und Klemmflansch verbliebenen
Fluids beim Anlegen der Hülse
aufgrund des höheren
Aussendruckes vermieden werden. Das Klemmelement 35 weist
einen Innendurchmesser 36 auf welcher größer ist
als der Außendurchmesser 23 der
gegenüberliegenden
Hülse 17. Über eine
Stufe 50 vergrößert sich der
Außendurchmesser 22 im
Bereich der Wicklungen 18 des Stators 13. Eine Äußere Oberfläche 31 im Bereich
der elastischen Abdichtung 19 weist vorteilhaft einen kleineren
Mittenrauwert auf, als eine Oberfläche 32 im Bereich
der Wicklungen 18. Durch eine geringere Oberflächenrauhigkeit
im Bereich der elastischen Abdichtung 19 lässt sich
die Dichtwirkung verbessern. Im Bereich der elastischen Abdichtung weist
die Außenseite
der Hülse
beispielsweise einen Rauhigkeitswert von ca. Ra =
3,2 auf. Im Bereich des Statorblechpakets weist die Oberfläche der
Hülse beispielsweise
einen Wert von ca. Ra = 25. Im Bereich der
elastischen Abdichtung 19 befindet sich vorteilhaft ein
Korrosionsschutz 55. Der Korrosionsschutz 55 ist
beispielsweise eine fettbasierte Füllung eines Hohlraumes, welcher
an die elastische Abdichtung 19 angrenzt. Der Raum der
Fettfüllung 55,
bzw. der Raum des Korrosionsschutzes 55 ist mittels einer Verschlussschraube 40 abgeschlossen.
Das Klemmelement 35 kann also sowohl Verschlussschrauben 40,
wie auch Klemmschrauben 41 aufnehmen.
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Für eine gute
Montierbarkeit der Hülse 17 ist ein
axialer Abstand 48 zwischen Hülse 17 und Klemmelement 35 vorgesehen.
Die Darstellung gemäß 5 zeigt
einen Ausschnitt einer Stirnseite der elektrischen Maschine. Die
Darstellung gemäß 6 zeigt
den Ausschnitt einer entsprechenden der ersten Stirnseite gegenüber liegenden
Stirnseite der elektrischen Maschine.
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Die
Darstellung gemäß 6 zeigt
neben dem Außendurchmesser 22 einen
weiteren Außendurchmesser 21 der
Hülse 17.
Aus einer Zusammenschau der 6 und 7 wird
ersichtlich, dass der Außendurchmesser
der Hülse 17 stetig
zunimmt bzw. abnimmt. Durch diese Äußere Form der Hülse 17 ist
eine leichte Montierbarkeit der Hülse 17 möglich. Dadurch,
dass der Außendurchmesser
der Hülse 17 im
Vergleich zum korrespondierenden Teil des Stators kleiner ist, lässt sich
die Hülse 17 einfach
in den Stator einschieben. Eine Einpressung der Hülse 17 in
den Stator ist nicht notwendig. Nachdem die Hülse 17 in den Stator,
von dem hier insbesondere der Klemmflansch 24 dargestellt
ist, eingeführt
ist, verbessert die Nut 46 eine Dichtwirkung. Dies trifft insbesondere
dann zu, wenn hohe Druckunterschiede zwischen dem Innenbereich der
Maschine und dem Außenbereich
auftreten.
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Die
Darstellung gemäß 7 zeigt
eine Anordnung mit drei Nuten 46, wobei zwei Nuten 46 ganz oder
teilweise mit einer elastischen Abdichtung 19, 20 gefüllt sind.
Zwischen den gefüllten
Nuten 46 befindet sich eine weitere Nut, welche aus Korrosionschutzgründen mit
Fett verfüllt
ist und keine elastische Abdichtung aufweist. Die Dichtwirkung ergibt
sich in 7 daraus, dass der Klemmflansch 34 und
die Hülse 17 gegenüber liegen
und dass die elastische Abdichtung 19, 20 auf
die äußere Oberfläche der
Hülse 17.
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Die
Darstellung gemäß 8 zeigt,
dass die Nut 46 über
einen Entlastungskanal 57 verbunden ist. Der Entlastungskanal 57 ist
z. B. eine Bohrung. Durch diesen Entlastungskanal ist ein Druckausgleich
zwischen der Nut 46 und dem inneren der Maschine möglich. Vorteilhaft
wird dadurch das Eindringen aggressiven Fluids in das Innere der
Maschine erschwert. Dies ist vor allem dann der Falle wenn im inneren
der Maschine ein höherer
Druck herrscht als außerhalb
der Maschine.
