DE102012105319A1

DE102012105319A1 - Wellfeder und Diagnosesystem für diese

Info

Publication number: DE102012105319A1
Application number: DE102012105319A
Authority: DE
Inventors: Thomas Robert Stonehouse; James Jun Xu; Elena Rozier; Lawrence Lee Sowers
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2011-06-20
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2012-12-20
Also published as: GB2492214B; KR20120140215A; US20120319698A1; KR101854473B1; GB201210612D0; US8736276B2; GB2492214A

Abstract

Es wird eine Wellenfeder mit einer oder mehreren leitenden Schichten und einer oder mehreren nichtleitenden Schichten zur Verfügung gestellt. Die leitenden Schichten und die nichtleitenden Schichten sind zusammenlaminiert, so dass sie einen symmetrischen Schichtstapel bilden. Es wird außerdem ein Verfahren zum Überwachen der Wellenfeder zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Zurverfügungstellen einer Wellenfeder, die eine Wicklung an ihrem Platz hält, wobei die Wellenfeder zumindest zum Teil in einer Statornut positioniert ist, die in einer elektromechanischen Vorrichtung definiert ist; Zurverfügungstellen einer in der Wellenfeder angeordneten leitenden Schicht und Erzeugen von Signalen durch die leitende Schicht, wobei die Signale zumindest einem Aspekt der Wellenfeder entsprechen. Bei einem analysierenden Verfahrensschritt werden die Signale analysiert, um den zumindest einen Aspekt der Wellenfeder zu ermitteln, wobei der zumindest eine Aspekt ein Erkennen von Fehlern in der Wellenfeder erleichtert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft allgemein elektrische Maschinen und insbesondere eine in einer elektrischen Maschine verwendete Wellenfeder.
Ankerwicklungen, auch als Stator-Stabwicklungen bekannt, werden bei elektrischen Generatoren routinemäßig inspiziert, um ihr Funktionieren zu überprüfen. Bei einigen Generatoren umgibt ein Statorjoch im Generator ein Ankerblechpaket und umschließt teilweise die Ankerwicklungen. Die Statorwicklungen sind aus einer Vielzahl von Kupferleitern ausgebildet, die in dem Anker zu Schleifen gewickelt sind. Die Ankerwicklungen können so in einer Statornut angeordnet sein, dass der Generator während des Betriebs die gewünschten Spannungs-Stromstärke-Eigenschaften beibehält.
Ein Generator umfasst typischerweise ein Keilsystem mit Wellenfedern, um durch Keile oder Wellenfedern eine in Radial- oder Umfangsrichtung auf den Stator einwirkende Haltekraft zu erzeugen und so die Bewegung der Stabwicklungen in der Statornut zu verringern. Wenn sich jedoch das Keilsystem selbst lockert oder ein Defekt an den Wellenfedern auftritt (sich in diesen z. B. Risse bilden), wird die Haltekraft so verringert, dass die Stabwicklungen während des Betriebs schwingen könnten. Im Verlauf der Zeit kann die relative Bewegung der Stabwicklungen eine Beschädigung der die Statorstäbe umgebenden Isolierung verursachen, und es kann durch Kurzschlüsse gegen Masse ein Defekt der Stabwicklung verursacht werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Wellenfeder mit einer oder mehreren leitenden Schichten und einer oder mehreren nichtleitenden Schichten zur Verfügung gestellt. Die leitenden Schichten und die nichtleitenden Schichten sind zusammenlaminiert, so dass sie einen symmetrischen Schichtstapel bilden.
Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Überwachen einer Wellenfeder zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Zurverfügungstellen einer Wellenfeder, die eine Wicklung an ihrem Platz hält, wobei die Wellenfeder zumindest zum Teil in einer Statornut positioniert ist, die in einer elektromechanischen Vorrichtung definiert ist; Zurverfügungstellen einer in der Wellenfeder angeordneten leitenden Schicht und Erzeugen von Signalen durch die leitende Schicht, wobei die Signale zumindest einem Aspekt der Wellenfeder entsprechen. Bei einem analysierenden Verfahrensschritt werden die Signale analysiert, um den zumindest einen Aspekt der Wellenfeder zu ermitteln, wobei der zumindest eine Aspekt ein Erkennen von Fehlern in der Wellenfeder erleichtert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind besser verständlich, wenn die folgende detaillierte Beschreibung mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen durchweg gleiche Teile bezeichnen.
1 ist eine perspektivische Endansicht einer elektrischen Maschine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Teil-Explosionsdarstellung eines Abschnitts des Stators der in 1 gezeigten elektrischen Maschine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Teilquerschnitt einer Nut in einem Stator einer elektrischen Maschine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine perspektivische Darstellung einer in der Statornut einer elektrischen Maschine verwendeten Wellenfeder gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
5 ist ein Querschnitt einer in der Statornut einer elektrischen Maschine verwendeten mehrschichtigen Wellenfeder gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
6 ist ein Querschnitt einer in der Statornut einer elektrischen Maschine verwendeten mehrschichtigen Wellenfeder gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
7 ist ein Querschnitt einer in der Statornut einer elektrischen Maschine verwendeten mehrschichtigen Wellenfeder gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
8 ist ein Querschnitt einer in der Statornut einer elektrischen Maschine verwendeten mehrschichtigen Wellenfeder gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine vereinfachte schematische Darstellung eines Messsystems gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, das zum Messen der Festigkeit der Statorwicklungen oder des Zustands der Wellenfedern in einer elektrischen Maschine verwendet wird;
10 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Diagnoseverfahrens zum Ermitteln des Zustands der Wellenfedern in einer elektrischen Maschine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 ist eine perspektivische Endansicht einer elektrischen Maschine 10. Die elektrische Maschine 10 umfasst ein Blechpaket 16 mit einer Vielzahl von Statornuten 12 zur Aufnahme einer Wicklung, um einen Magnetfluss zu erzeugen. Die Statornuten 12 sind dafür gestaltet, Statorwicklungen aufzunehmen, die in den Statornuten angeordnet werden, die um einen Innenumfang des Blechpakets 16 (auch als Statorblechpaket bezeichnet) herum definiert sind. Die Stabwicklungen können aus einer Vielzahl flacher Stableiter oder Statorstäbe ausgebildet sein, die so miteinander verbunden sind, dass sie einen vorgegebenen Wicklungspfad bilden. Bei einem Aspekt der Erfindung sind die Statorstäbe aus Kupfer hergestellt. Ein Rotor (nicht gezeigt) kann in dem Statorblechpaket 18 angeordnet sein, wobei ein Luft- oder Kühlmittelspalt zwischen dem Rotor und dem Statorblechpaket 16 definiert ist. Eine Teil-Explosionsansicht des Stators ist mit dem Bezugszeichen 20 dargestellt und wird unter Bezugnahme auf 2 ausführlich beschrieben. Die elektrische Maschine kann eine beliebige elektrische Rotationsmaschine oder dynamoelektrische Maschine sein, zum Beispiel unter anderem ein Motor oder ein Generator.
2 zeigt eine Teil-Explosionsansicht eines Abschnitts der elektrischen Maschine 10 aus 1. Bei einem Aspekt der Erfindung umfasst der Stator 20 eine untere Stabwicklung 22, eine obere Stabwicklung 24, und es sind ein oder mehrere Nutfüllelemente 26, 28 zumindest zum Teil innerhalb jeder Statornut 21 angeordnet. Das Keil- oder Haltesystem umfasst eine Haltevorrichtung oder Wellenfeder 32. Bei einem Aspekt der Erfindung umfasst die Haltevorrichtung eine Wellenfeder 32, die zumindest zum Teil innerhalb der Statornut 21 angeordnet ist, so dass die Wellenfeder 32 dem Nutfüllelement 26 und/oder dem Nutfüllelement 28 benachbart ist. Die Wellenfeder 32 wird anschließend mithilfe einer Vielzahl von Statorkeilschlitten 34 und Statorkeilen 36 in der Statornut 21 befestigt. Die Wellenfeder 32 kann auch durch eine der Wellenfedern 400, 500, 600, 700 und 800 ersetzt werden, die nachfolgend ausführlicher beschrieben werden. Beispielsweise wird durch das Bewegen der Statorkeilschlitten 34 in eine erste Richtung (durch den Pfeil 38 gezeigt und auf die Statorkeile 36 bezogen) oder durch Bewegen der Statorkeile 36 in eine zweite Richtung (durch den Pfeil 40 gezeigt und auf die Statorkeilschlitten 34 bezogen) ein Haltedruck auf den äußeren Statorstab 22 und den inneren Statorstab 24 ausgelöst, so dass die Befestigung des äußeren Statorstabs 22 und des inneren Statorstabs 24 in der Statornut 21 gefördert wird.
3 zeigt einen Querschnitt einer Statornut gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung. Der Stator 300 umfasst ein Statorblechpaket 301 und ist Teil einer dynamoelektrischen Maschine oder elektrischen Maschine, wie zum Beispiel eines Motors oder eines Generators. Das Statorblechpaket 301 umfasst eine Vielzahl radial verlaufender Statornuten 302 zur Aufnahme der Wicklungen oder Statorstäbe 322 und 324. Es ist nachvollziehbar, dass das Statorblechpaket 301 sich um eine Mittelachse herum erstreckt und dass die Statornuten 302, wie auch die Statorstäbe 322 und 324, in Längsrichtung parallel zu dieser Achse und im Wesentlichen radial in Innenrichtung verlaufen. Bei der dargestellten Form halten die seitlichen Wellenfedern 342 und 344 die Statorstäbe 322, 324 fest gegen die entgegengesetzten Seiten der Statornut 302 gedrückt. Die seitlichen Wellenfedern 342 und 344 können auch durch eine der Wellenfedern 400, 500, 600, 700 und 800 ersetzt werden, die nachfolgend ausführlicher beschrieben werden. In Radialrichtung liegender Raum in den Statornuten 302 kann durch radiale Füllelemente 350 eingenommen werden. Eine obere Haltevorrichtung 330 umfasst die Statorkeile 336, die in Längsrichtung entlang einem in Radialrichtung innen liegenden Abschnitt der Statornuten 302 verlaufen, wobei ihre seitlichen Kanten in geformten Nuten oder Schwalbenschwänzen 337 ruhen, die in den Statornuten 302 ausgebildet sind, sowie eine obere Wellenfeder 332, die zumindest zum Teil innerhalb der Statornut 302 angeordnet ist, so dass die Wellenfeder 332 zumindest einem Nutfüllelement 328 benachbart ist. Die obere Wellenfeder 332 wird anschließend mithilfe einer Vielzahl von Statorkeilschlitten 334 und Statorkeilen 336 in der Statornut 302 befestigt. Die obere Wellenfeder 332 kann auch durch eine der Wellenfedern 400, 500, 600, 700 und 800 ersetzt werden, die nachfolgend ausführlicher beschrieben werden.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Wellenfeder 400 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Die Wellenfeder 400 hat eine Länge 401, die sich entlang einer Längsachse 402 erstreckt, und weist eine Breite 403 auf, die sich entlang einer Achse erstreckt, die im Wesentlichen orthogonal zu der Längsachse verläuft. Die Wellenfeder 400 hat außerdem eine im Wesentlichen sinusförmige Oberfläche bzw. Form, und die sinusförmige Oberfläche weist einen Wellenzyklus bzw. eine Wellenlänge W_L auf. Die Oberfläche besteht aus einer Reihe miteinander abwechselnder Gipfel 410 und Täler 411, und die Wellenlängenrichtung oder -achse kann im Wesentlichen parallel zu der Längsachse 402 verlaufen. Die Täler 411 verlaufen entlang einer Talachse 413, die im Wesentlichen parallel zu der Querachse verlaufen kann. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Wellenlängenachse und/oder die Talachse auch in jeder geeigneten Richtung ausgerichtet sein könnte, unter anderem parallel zur Längsachse, parallel zur Querachse oder in jedem geeigneten dazwischen liegenden Winkel.
Die Wellenfeder 400 besteht aus einer Schichtung bzw. einem Stapel aus einer oder mehreren nichtleitenden Schichten 422 und einer oder mehreren leitenden oder halbleitenden Schichten 424, wobei alle diese Schichten einen symmetrischen Stapel bzw. eine Schichtung bilden. Die nichtleitenden Schichten 422 können aus mehreren Schichten bestehen, wobei zumindest eine erste Schicht im Wesentlichen aus unidirektionalen Fasern besteht, die entlang einer ersten Achse ausgerichtet sind, und zumindest eine zweite Schicht im Wesentlichen aus unidirektionalen Fasern besteht, die entlang einer zweiten Achse ausgerichtet sind, wobei die erste Achse im Wesentlichen orthogonal zu der zweiten Achse verläuft. Hier nur ein Beispiel: Die erste Schicht kann Fasern aufweisen, die entlang der Längsachse 402 ausgerichtet sind, und die zweite Schicht kann Fasern aufweisen, die entlang der Talachse 413 ausgerichtet sind. Die leitenden Schichten 424 können Kohlenstofffasern, Graphit, Kupfer, Silber, Gold und Aluminium enthalten. Die leitenden Schichten 424 können elektrisch und/oder thermisch leitend sein, je nachdem, wie es für die spezifische Anwendung gewünscht wird.
Jede Schicht der Wellenfeder 400 kann Glas- oder Kohlenstofffasern enthalten. Die Glasfasern können im Wesentlichen unidirektionale Glasfasern sein, E-Glasfaser (z. B. Aluminium-Borsilikat-Glas), S-Glasfaser (z. B. Aluminium-Silikat-Glas), Glasfaser oder jedes geeignete faserverstärkte Polymer aus einer mit feinen Glasfasern verstärkten Kunststoffmatrix. Die Kohlenstofffaser kann ein aus vielen einzelnen Kohlenstofffasern gebildetes Gewebe oder jedes andere geeignete Kohlenstofffasermaterial oder -verbundmaterial sein.
Bei einigen bekannten Wellenfedern nach dem Stand der Technik, die einen asymmetrischen Schichtstapel aufweisen, haben sich entlang der Täler Risse entwickelt. Die asymmetrische Anordnung führte zu ungleichen inneren Federkräften, die eine höhere Beanspruchung in den äußeren Lagen hervorriefen. Die ungleichen inneren Federkräfte waren besonders bei den Lagen oder Schichten problematisch, die sich in der Nachbarschaft von Schichten befanden, die in Richtung der Wellenlänge oder Achse ausgerichtet waren. Diese Risse können schließlich zu einem Defekt der Wellenfeder und anschließend möglicherweise zu einem Defekt der Wicklungen führen.

Demzufolge ist die Wellenfeder 400 aus einer oder mehreren Schichten (oder Lagen) ausgebildet, die zusammenlaminiert und anschließend zusammengeformt werden, so dass sie eine Wellenfeder mit einem symmetrischen Schichtstapel und mit verbesserter Rissbeständigkeit und Biegefestigkeit bilden. In der nachfolgenden Tabelle wird die ungefähre Biegefestigkeit bzw. Bruchkraft einer Wellenfeder mit einem asymmetrischen Schichtstapel mit der erfindungsgemäßen Wellenfeder mit symmetrischem Schichtstapel verglichen. TABELLE 1

	Bruchkraft in	kN (lbf)
	SWF	OWF
Asymmetrische Wellenfeder	0,12–0,17 (27–38)	0,49 (110)
Symmetrische Wellenfeder	ca. 0,24 (54)	ca. 0,60–0,64 (135–145)
Symmetrische Wellenfeder mit Kohlenstofffaser	ca. 0,66 (149)	ca. 0,69 (154)

Bei der asymmetrischen oberen Wellenfeder betrug die Bruchkraft circa 0,49 kN (ca. 110 lbf (poundforce)), und bei der erfindungsgemäßen symmetrischen oberen Wellenfeder betrug die Bruchkraft circa 0,62 kN (ca. 140 lbf), während bei der erfindungsgemäßen oberen Wellenfeder mit Kohlenstofffaser die Bruchkraft circa 0,69 kN (ca. 154 lbf) betrug. Bei einer Wellenfeder mit einer geringeren Biegefestigkeit besteht eine größere Tendenz zur Rissentwicklung oder einer Fehlfunktion während des Betriebs der elektrischen Maschine. Die praktische Erfahrung zeigte, dass die asymmetrische Wellenfeder beim Betrieb vorzeitig Risse entwickelte und dass dies zu unerwünschten Maschinenabschaltungen und teuren Reparaturen führte. Die symmetrische Wellenfeder verfügt über erhöhte Festigkeit, was einen deutlichen praktischen Nutzen mit sich bringt, da die Rissneigung im Vergleich zu den asymmetrischen Wellenfedern beseitigt oder zumindest beträchtlich verringert wird. Tatsächlich wurde durch Ändern der Anordnung und Ausrichtung jeder Schicht bei der symmetrischen Wellenfeder ein höheres Ergebnis (d. h. verbesserte Biegekraft) als erwartet erzielt. Die Biegekraft kann durch das Hinzufügen von Kohlenstofffaserschichten weiter erhöht werden.
5 zeigt einen Querschnitt einer Wellenfeder 500 mit einem symmetrischen Schichtstapel und mit verbesserter Biegekraft bzw. Biegefestigkeit. Die Wellenfeder 500 kann aus einer oder mehreren unteren Schichten 510, einer oder mehreren mittleren Schichten 520 sowie einer oder mehreren oberen Schichten 530 ausgebildet sein. Bei dieser Anordnung ist die Wellenfeder symmetrisch zu der gestrichelten Linie 502. Es werden zwei Exemplare jeder Schicht gezeigt, aber es sollte beachtet werden, dass für einige oder alle der verschiedenen Abschnitte eine, zwei drei oder noch mehr Schichten verwendet werden könnten. Die unteren Schichten 510 sind aus unidirektionalen Glasfasern ausgebildet, und die Fasern sind im Wesentlichen entlang der Längsachse oder Wellenlängenachse 402 ausgerichtet, die als horizontal quer über die Seite verlaufend dargestellt ist. Die mittleren Schichten 520 sind ebenfalls aus unidirektionalen Glasfasern ausgebildet, und diese Fasern sind im Wesentlichen entlang der Talachse 413 ausgerichtet, die als in die Seite hinein bzw. aus der Seite hinaus verlaufend dargestellt ist. Die oberen Schichten 530 sind aus unidirektionalen Glasfasern ausgebildet, und die Fasern in den oberen Schichten sind im Wesentlichen entlang der Wellenlängenachse 402 ausgerichtet.
Jede Schicht kann durch Imprägnieren eines unidirektionalen Glasgewebes mit einem Bindemittel ausgebildet werden. Mehrere Schichten können nach dem Trocknen oder partiellen Aushärten zu einem Laminat geformt werden, und jedes geformte Laminat könnte eine Dicke im Bereich von ca. 0,10 mm bis ca. 0,20 mm (ca. 4 bis ca. 8 mil) aufweisen. Aufgrund der symmetrischen Gestaltung können diese Laminate daher zusammengeformt werden, damit sie eine einheitliche und symmetrische Wellenfeder mit den gewünschten Wellenzyklen bilden. Das imprägnierende Bindemittel kann folgende Stoffe enthalten, wobei diese Beispiele nicht einschränkend sein sollen: Epoxid, Polyester, Polyesterimid, Polyamid-Imid, Epoxid-Phenol, Epoxid-Novolac-Harz, Epoxid-Polyimid oder deren Kombinationen oder jedes geeignete andere Bindemittel, dessen thermische Belastbarkeit über der Betriebstemperatur einer elektrischen Maschine liegt. Diese imprägnierenden Harzbindemittel können mit elektrisch und/oder thermisch leitenden Materialien gefüllt werden, um das Zerstreuen der angesammelten Ladungen sowie der angesammelte Wärme auf oder in Oberflächen isolierter Statorstäbe zu den Wänden aus Stahl gefertigter Nute hin zu verbessern.
Die meisten Risse scheinen sich entlang der Talachse 413 zu bilden; daher sollte die Wellenfeder 500 rissbeständiger werden, wenn die in Riss- oder Talrichtung ausgerichteten Schichten von der Oberfläche der Wellenfeder entfernt angeordnet werden. Die Oberfläche könnte entweder die obere oder die untere Oberfläche sein, da beide Oberflächen in Kontakt mit Abschnitten der elektrischen Maschine oder der Halteanordnung stehen. Die Wellenfeder 500 ist aus einer Vielzahl von Schichten mit abwechselnder Faserrichtung ausgebildet, und diese abwechselnde Anordnung ist für das Erhalten der Festigkeit der Wellenfeder von Bedeutung. Wären beispielsweise alle Schichten in dieselbe Richtung ausgerichtet und es würde sich ein Riss bilden, so würde sich dieser schnell entlang der gesamten Wellenfeder ausbreiten. Indem man die Faserrichtungen sich auf eine bestimmte Weise abwechseln lässt und die Schichten symmetrisch anordnet, können sowohl die Festigkeit der Wellenfeder als auch ihre Beständigkeit gegenüber Rissen und Rissausbreitung verbessert werden. Beispielsweise beträgt bei der symmetrischen oberen Wellenfeder 500 die Bruchkraft circa 0,62 kN (140 lbf).
6 zeigt einen Querschnitt einer Wellenfeder 600 mit einem symmetrischen Schichtstapel. Die Wellenfeder 600 kann aus einer (wie dargestellt) oder mehreren unteren Schichten 610, einer oder mehreren mittleren Schichten 620, einer oder mehreren oberen Schichten 630 sowie den leitenden oder halbleitenden Schichten 640, 650 ausgebildet sein. Es sollte allerdings beachtet werden, dass für jeden der verschiedenen Abschnitte eine, zwei, drei oder noch mehr Schichten verwendet werden könnten. Bei dieser Anordnung ist die Wellenfeder symmetrisch zu der gestrichelten Linie 602. Die untere Schicht 610, die mittleren Schichten 620 und die obere Schicht 630 sind nichtleitende Schichten, die aus unidirektionalen Glasfasern ausgebildet sind. Die Fasern in den Schichten 610 und 630 sind im Wesentlichen entlang der Wellenlängenachse 402 ausgerichtet. Die mittleren Schichten 620 sind ebenfalls aus unidirektionalen Glasfasern ausgebildet, aber die Fasern in diesen Schichten sind im Wesentlichen entlang der Talachse 413 ausgerichtet. Die erste elektrisch und/oder thermisch leitende Schicht befindet sich zwischen der unteren Schicht 610 und der mittleren Schicht 620. Die zweite elektrisch und/oder thermisch leitende Schicht 650 befindet sich zwischen der mittleren Schicht 620 und der oberen Schicht 630. Die leitenden Schichten 640, 650 können aus Kohlenstofffasermaterial ausgebildet sein. Das Kohlenstofffasermaterial verleiht der Wellenfeder 600 zusätzliche Festigkeit. Das Kohlenstofffasermaterial kann zusätzlich dazu verwendet werden, den Zustand oder die Komprimierung jeder Wellenfeder oder den Zustand und die Festigkeit des Wicklungssystems im Allgemeinen zu erkennen. Mithilfe eines Zeit-Temperatur-Profils des Aushärtungsprozesses und unter Verwendung von Bindemittel kann jede Laminatschicht kann so geformt werden, dass sie eine Wellenfeder bildet. Der Grad der Aushärtung kann nach dem Formen und Nachhärten mithilfe der Glasübergangstemperatur des Bindemittels gesteuert und überwacht werden. Beispielsweise beträgt bei dieser symmetrischen oberen Wellenfeder 600 die Bruchkraft circa 0,69 kN (154 lbf).
7 zeigt einen Querschnitt einer Wellenfeder 700 mit einem symmetrischen Schichtstapel. Die Wellenfeder 700 kann aus einer oder mehreren leitenden oder halbleitenden Kohlenstofffaserschichten 710, 730 einer nichtleitenden ersten Schicht 740, einer oder mehreren nichtleitenden mittleren Schichten 720 und einer nichtleitenden zweiten Schicht 750 ausgebildet sein. Es sollte allerdings beachtet werden, dass für jeden der verschiedenen Abschnitte eine, zwei, drei oder noch mehr Schichten verwendet werden könnten. Bei dieser Anordnung ist die Wellenfeder symmetrisch zu der gestrichelten Linie 702. Die leitende untere Schicht 710 und die leitende obere Schicht 730 können aus Kohlenstofffasermaterial ausgebildet sein. Das Kohlenstofffasermaterial verleiht der Wellenfeder 700 zusätzliche Festigkeit. Die erste Schicht 740 befindet sich zwischen der unteren leitenden Schicht 710 und der mittleren Schicht 720, und die erste Schicht 740 ist aus unidirektionalen Glasfasern ausgebildet, die im Wesentlichen entlang der Wellenlängenachse 402 ausgerichtet sind. Die mittleren Schichten 720 sind ebenfalls aus unidirektionalen Glasfasern ausgebildet, und diese Fasern sind im Wesentlichen entlang der Talachse 413 ausgerichtet. Die zweite Schicht 750 befindet sich zwischen der mittleren Schicht 720 und der oberen leitenden Schicht 730, und die zweite Schicht 750 ist aus unidirektionalen Glasfasern ausgebildet, die im Wesentlichen entlang der Wellenlängenachse 402 ausgerichtet sind. Jede Schicht kann mithilfe jedes geeigneten Epoxidmaterials oder Bindemittels mit benachbarten Schichten verbunden werden. Darüber hinaus können die Laminatschichten so zusammengeformt werden, dass Wellenfederplatten ausgebildet werden, aus denen eine einzelne Wellenfeder jeder gewünschten Abmessung geschnitten werden kann.
8 zeigt einen Querschnitt einer Wellenfeder 800 mit einem symmetrischen Schichtstapel. Die Wellenfeder 800 kann aus einer oder mehreren nichtleitenden unteren Schichten 810, einer nichtleitenden ersten Schicht 840, einer oder mehreren leitenden oder halbleitenden mittleren Kohlenstofffaserschichten 820, einer nichtleitenden zweiten Schicht 850 sowie einer oder mehreren nichtleitenden oberen Schichten 830 ausgebildet sein. Es sollte allerdings beachtet werden, dass für jeden der verschiedenen Abschnitte eine, zwei, drei oder noch mehr Schichten verwendet werden könnten. Bei dieser Anordnung ist die Wellenfeder symmetrisch zu der gestrichelten Linie 802. Die nichtleitende untere Schicht 810, die nichtleitende erste Schicht 840, die nichtleitende zweite Schicht 850 und die nichtleitende obere Schicht 830 können aus unidirektionalen Glasfasern ausgebildet sein. Die Fasern in der unteren Schicht 810 und der oberen Schicht 830 sind im Wesentlichen entlang der Wellenlängenachse 402 ausgerichtet. Die Fasern in der ersten Schicht 840 und der zweiten Schicht 850 sind im Wesentlichen entlang der Talachse 413 ausgerichtet. Die leitenden mittleren Schichten 820 können aus Kohlenstofffasermaterial ausgebildet sein, und das Kohlenstofffasermaterial verleiht der Wellenfeder 800 zusätzliche Festigkeit. Jede Schicht kann mithilfe jedes geeigneten Epoxidmaterials oder Bindemittels mit benachbarten Schichten verbunden werden.
Während ihrer Verwendung ist die Wellenfeder 400 zumindest zum Teil in der Statornut 21 angeordnet, und die Statorkeile 36 werden dann in die Statornut 21 eingeführt, um eine auf die Wellenfeder 32 (in 2 gezeigt) wirkende Druckkraft hervorzurufen. Genauer ausgedrückt, werden die Statorkeile 36 neu angeordnet, um das Komprimieren der Wellenfeder 400 zu erleichtern, so dass diese im Wesentlichen flach ist, wobei zu diesem Zeitpunkt eine vollständige radiale Haltekraft erreicht wird. Wenn die Wellenfeder 400 beispielsweise nicht komprimiert ist, d. h., die Wellenfeder 400 ist entspannt, kann die nicht veränderte Höhe 405 der Wellenfeder 400 zwischen circa 2,54 mm (100 mil (2,540 Mikrometer bzw. 0,1 Zoll)) und ca. 6,1 mm (240 mil) betragen. Wird die Wellenfeder 400 jedoch durch die Statorkeile 36 komprimiert, wird die Wellenfeder auf eine Dicke zwischen circa 1 mm und 1,8 mm (40 mil und ca. 70 mil) komprimiert.
Folglich ändert sich die Dicke 405 der Wellenfeder 400 in der Statornut 21 als Reaktion auf eine Schwingung während des Betriebs oder eine Zunahme (oder Abnahme) des Keildrucks, wenn der Druck auf die Wellenfeder 400 während des Betriebs der elektrischen Maschine 10 durch eine Neuanordnung der Keile 36 in der Statornut 21 erhöht (oder verringert) wird. Die Dicke 405 der Wellenfeder ist im komprimierten und nichtkomprimierten Zustand mithilfe der leitenden Schicht 424 – die so gestaltet ist, dass sie Signale auf der Grundlage der in der Statornut 21 vorhandenen mechanischen Grenzbedingungen reflektiert und/oder erzeugt – sowohl vorhersagbar als auch messbar. Ein Messinstrument kann dazu verwendet werden, ein Profil der Wellenfeder 400 zu erfassen. Das gemessene Profil wird dann dazu verwendet, die Festigkeit der Statorwicklung in der Statornut 21 und/oder den Zustand der einzelnen Wellenfedern 400 zu ermitteln.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist zumindest eine leitende oder halbleitende Schicht 424 in die Wellenfeder eingebettet oder an dieser befestigt. Die leitende(n) Schicht(en), die Kohlenstofffaser enthalten können, sind so gestaltet, dass sie Signale erzeugen können, die zu zumindest einem Aspekt der Wicklung und der Feder in Beziehung stehen können. Die Dicke oder Höhe der Wellenfeder 400 können zum Beispiel dazu verwendet werden, die Festigkeit der Statorwicklung 22, 24 anzuzeigen.
9 zeigt ein Messsystem 900, das dazu verwendet werden kann, die Festigkeit der Statorwicklung 22, 24 und/oder den Zustand der Wellenfeder 400 in einer elektromechanischen Vorrichtung wie unter anderem der elektrischen Maschine 10 (in 1 gezeigt) zu messen. Das Messsystem 900 umfasst eine Messvorrichtung 910. Die Messvorrichtung 910 umfasst einen Transceiver oder einen Sensor 920, der dafür konfiguriert ist, einen Parameter in Verbindung mit der leitenden Schicht 424 zu erkennen. Dieser Parameter kann zum Beispiel die Kapazität sein. Das Messsystem 900 kann außerdem einen Computer 930 umfassen, der dafür konfiguriert ist, Daten von der Messvorrichtung 910 zu empfangen und von dem Transceiver 920 empfangene Daten zu analysieren. Der Transceiver 920 kann jede geeignete Vorrichtung zum Messen der Kapazität oder jedes gewünschten Parameters sein. Bei einem anderen Aspekt umfasst die Messvorrichtung 910 eine Stromquelle 940 zur Versorgung der Messvorrichtung 910 und des Transceivers 920 mit Strom. Der Begriff „Computer”, wie er hier verwendet wird, bezieht sich nicht ausschließlich auf die integrierten Schaltungen, die in dem Fachgebiet als Computer bezeichnet werden, sondern er bezieht sich im weiteren Sinn auf Computer, Prozessoren, Mikrocontroller, Mikrocomputer, Speicherprogrammierbare Steuerungen, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen sowie jede andere programmierbare Schaltung.
Die Stromquelle 940 kann einen Energy-Harvesting-Mechanismus umfassen, der möglicherweise Strom aus dem magnetischen Fluss in der Umgebung oder aus Schwingungen in der elektrischen Maschine erzeugt. Während des Betriebs wird das Messsystem 900 durch die Stromquelle 940 mit Strom versorgt, so dass Energie zu dem Transceiver 920 übertragen wird. Die Messvorrichtung 910 ist so konfiguriert, dass der Transceiver im Zusammenwirken mit der leitenden Schicht 424 ein Signal erkennt. Die Kapazität zwischen dem Transceiver 920 und der leitenden Schicht 424 ist umgekehrt proportional zu dem Abstand zwischen den beiden Elementen. Die Kapazitätsänderung, während der Transceiver sich entlang der Nut 21 bewegt, kann mit der jeweiligen Komprimierung jeder Wellenfeder sowie der Festigkeit des Sitzes der entsprechenden in der Nähe angeordneten Keile korreliert werden. Eine Kapazitätsänderung kann auf eine Änderung oder Abweichung in Bezug auf die Festigkeit der Wicklung oder eine Fehlfunktion oder einen Defekt einer Wellenfeder hinweisen.
Bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Transferfunktionen, die die Kapazität zum Messwert der Dicke, Höhe oder Entspannung der Wellenfeder 400 in Beziehung setzen, dazu verwendet, die Festigkeit der Wicklung und/oder den Zustand der Wellenfeder in der elektromechanischen Vorrichtung 10 zu ermitteln. Im Fall einer Abweichung von einem vorgegebenen Wert für die Festigkeit der Wicklung kann ein Fehlersignal erzeugt werden. Das Fehlersignal kann außerdem mithilfe jedes geeigneten Kommunikationsmittels an einen gewünschten Ort übermittelt werden. Das Wellenfederprofil kann außerdem beispielsweise mithilfe der Messvorrichtung 910 oder des mit der Messvorrichtung verbundenen Computers 930 erfasst werden, um eine Dicke, Höhe oder Entspannung der Wellenfeder 400 zu ermitteln. Gleichermaßen kann in dem Fall, dass eine übermäßige Entspannung oder Dicke erkannt werden, ein Fehlersignal erzeugt werden. Ein solches Fehlersignal kann dazu verwendet werden, Fehler mithilfe einer Korrekturmaßnahme zu entschärfen, beispielsweise durch Abschalten der elektrischen Maschine 10. Es sollte beachtet werden, dass das Fehlersignal zur Diagnose und zum Entschärfen von Fehlern beiträgt. Ein in dem Messsystem 900 realisiertes Verfahren wird in 10 beschrieben.
10 ist ein Flussdiagramm eines Diagnoseverfahrens 1000 zum Überwachen der Festigkeit der Wicklungen und/oder des Zustands der Wellenfedern gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Durch das hier beschriebene Verfahren wird ein Bediener so unterstützt, dass er auf einfache Weise das Wicklungssystem einer elektromechanischen Vorrichtung (z. B. eines Generators, Motors usw.) überprüfen kann, um die Festigkeit des Wicklungssystems in der Statornut oder den Zustand der Wellenfedern zu ermitteln. Die hier beschriebenen Verfahren erleichtern insbesondere das genaue Messen der Festigkeit des Sitzes der Keile, wenn das Wellenfedersystem während des Betriebs der elektromechanischen Vorrichtung in Gebrauch ist.
Das Verfahren 1000 umfasst das Zurverfügungstellen einer oberen oder seitlichen Wellenfeder, die eine Wicklung an ihrem Platz (1010) hält. Die Wellenfeder ist zumindest zum Teil in einer Statornut angeordnet, die in der elektromechanischen Vorrichtung (1020) definiert ist. In der Wellenfeder (1030) ist eine leitende Schicht vorgesehen bzw. angeordnet. Die leitende Schicht kann aus einem der folgenden Stoffe oder aus Kombinationen der folgenden Stoffe ausgebildet sein: Kohlenstofffaser, Graphit, Kupfer, Silber, Gold, Aluminium, Aluminiumoxide und Aluminiumnitride. Die leitende Schicht erzeugt Signale, die zumindest einem Aspekt der Wellenfeder (1040) entsprechen. Die Signale der leitenden Schicht werden analysiert, um den zumindest einen Aspekt oder Zustand der Wellenfeder (1050) zu ermitteln, der dazu beitragen könnte, Fehler zu entschärfen oder zu erkennen oder fehlerhafte Wellenfedern zu erkennen. Die Signale können beispielsweise die Komprimierung der Wellenfeder anzeigen oder anzeigen, ob die Wellenfeder Risse aufweist.
Vorteilhafterweise kann das erfasste Profil der Wellenfedern dann von einem Bediener dazu verwendet werden, zu ermitteln, ob für einen festeren Sitz der Keile gesorgt werden muss oder die Wellenfedern ausgetauscht werden müssen, oder um zu schätzen, wann in der Zukunft für einen festeren Sitz der Keile gesorgt werden muss. Die hier vorgeschlagenen Kapazitätsmessungen sind relativ einfach vorzunehmen und erfordern nur ein Minimum an elektrischen Komponenten, was zu einem preisgünstigen System führt. Die leitende Schicht 424 ist in die Wellenfedern integriert, die Statorkomponenten an ihrem Platz halten. Die Elektronik könnte ebenfalls in die Wellenfeder integriert werden oder außerhalb des Generators an der Benutzerschnittstelle angeordnet werden, was für Flexibilität des Mess- und Diagnosesystems sorgt.
Die Wellenfeder kann so gestaltet sein, dass sie elektrisch und/oder thermisch leitend ist – bei Anwendungen mit seitlichen Wellenfedern, deren spezifischer Oberflächenwiderstand circa 15.000 bis 750.000 Ohm pro Quadrat (15.000 bis 750.000 ohms/square) betragen kann – und dass sie bei Anwendungen mit oberen Wellenfedern elektrisch isolierend ist. Elektrisch leitende oder halbleitende seitliche Wellenfedern können beim Schließen der seitlichen Nut in Generatoren das elektrisch sichernde Element umfassen. Außerdem können die seitlichen Wellenfedern leitendes oder halbleitendes Material enthalten oder mit diesem getränkt sein, wie unter anderem: Graphit, Metall, Metalllegierungen, leitende oder halbleitende Fasern oder leitende oder halbleitende Pulver, leitende oder halbleitende Polymere, leitende oder halbleitende Elastomere und leitende oder halbleitende Kunststoffe, deren thermische Belastbarkeit oder Wärmeklasse über der Betriebstemperatur der elektrischen Maschine liegen. Es können elektrisch isolierende obere Wellenfedern bevorzugt werden, und es können elektrisch isolierende Materialien zur Ausbildung der oberen Wellenfedern verwendet werden. Jedoch können bei einigen Anwendungen elektrisch leitende oder halbleitende Materialien zur Herstellung oberer Wellenfedern verwendet werden, und bei diesen Anwendungen kann das leitende oder halbleitende Material sich in der Nähe der Federmitte befinden oder sandwichartig in der Federmitte eingebettet sein, damit direkter Kontakt mit benachbarten Oberflächen verringert wird.
In dieser schriftlichen Beschreibung werden Beispiele zur Offenbarung der Erfindung verwendet – darunter die bevorzugte (beste) Ausführungsform (best mode) – die auch dazu dienen sollen, alle Fachleute in die Lage zu versetzen, die Erfindung anzuwenden, eingeschlossen die Herstellung und Verwendung jeder Vorrichtung oder jedes Systems sowie die Durchführung jedes enthaltenen Verfahrens. Der patentierbare Schutzbereich der Erfindung ist durch die Patentansprüche definiert und kann andere Beispiele einschließen, wie sie Fachleuten einfallen könnten. Derartige andere Beispiele sollen in dem Schutzbereich der Ansprüche eingeschlossen sein, wenn diese Beispiele strukturelle Elemente aufweisen, die nicht von der wörtlichen Bedeutung der Ansprüche abweichen, oder wenn sie gleichwertige strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden zur wörtlichen Bedeutung der Ansprüche aufweisen.
Es wird eine Wellenfeder mit einer oder mehreren leitenden Schichten und einer oder mehreren nichtleitenden Schichten zur Verfügung gestellt. Die leitenden Schichten und die nichtleitenden Schichten sind zusammenlaminiert, so dass sie einen symmetrischen Schichtstapel bilden. Es wird außerdem ein Verfahren zum Überwachen der Wellenfeder zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Zurverfügungstellen einer Wellenfeder, die eine Wicklung an ihrem Platz hält, wobei die Wellenfeder zumindest zum Teil in einer Statornut positioniert ist, die in einer elektromechanischen Vorrichtung definiert ist; Zurverfügungstellen einer in der Wellenfeder angeordneten leitenden Schicht und Erzeugen von Signalen durch die leitende Schicht, wobei die Signale zumindest einem Aspekt der Wellenfeder entsprechen. Bei einem analysierenden Verfahrensschritt werden die Signale analysiert, um den zumindest einen Aspekt der Wellenfeder zu ermitteln, wobei der zumindest eine Aspekt ein Erkennen von Fehlern in der Wellenfeder erleichtert.
Bezugszeichenliste

10: elektrische Maschine
12: Statornuten
16: Blechpaket
18: Statorblechpaket
20: Stator
21: Statornut
22: untere Stabwicklung
24: obere Stabwicklung
26: Nutfüllelement
28: Nutfüllelement
32: Wellenfeder
34: Statorkeilschlitten
36: Statorkeile
38: Pfeil
40: Pfeil
300: Stator
301: Statorblechpaket
302: Statornuten
322: Statorstäbe
324: Statorstäbe
328: Nutfüllelement
330: obere Halteanordnung
332: obere Wellenfeder
334: Statorkeilschlitten
336: Statorkeile
337: Schwalbenschwänze
342: seitliche Wellenfeder
344: seitliche Wellenfeder
350: radiales Füllelement
400: Wellenfeder
401: Länge
402: Längsachse
403: Breite
405: Höhe
410: Gipfel
411: Tal
413: Talachse
422: nichtleitende Schicht
424: leitende Schicht
500: Wellenfeder
502: gestrichelte Linie
510: untere Schicht
520: mittlere Schicht
530: obere Schichten
600: Wellenfeder
602: gestrichelte Linie
610: untere Schicht
620: mittlere Schicht
630: obere Schichten
640: erste Schicht
650: zweite Schicht
700: Wellenfeder
702: gestrichelte Linie
710: untere Schicht
720: mittlere Schicht
730: obere Schichten
740: erste Schicht
750: zweite Schicht
800: Wellenfeder
802: gestrichelte Linie
810: untere Schicht
820: mittlere Schicht
830: obere Schichten
840: erste Schicht
850: zweite Schicht
900: Messsystem
910: Messvorrichtung
920: Transceiver
930: Computer
1000: Verfahren
1010: Bereitstellungs-Verfahrensschritt
1020: Positionierungs-Verfahrensschritt
1030: Anordnungs-Verfahrensschritt
1040: Erzeugungs-Verfahrensschritt
1050: ANALYSE

Claims

Wellenfeder (400), die Folgendes umfasst: eine oder mehrere leitende Schichten (424); eine oder mehrere nichtleitende Schichten (422), wobei die leitende(n) Schicht(en) (424) und die nichtleitende(n) Schicht(en) (422) zusammenlaminiert sind, so dass sie einen symmetrischen Schichtstapel bilden.
Wellenfeder nach Anspruch 1, wobei die nichtleitende(n) Schicht(en) weiter Folgendes umfassen: zumindest eine erste Schicht (510), die im Wesentlichen aus unidirektionalen Fasern besteht, die entlang einer ersten Achse ausgerichtet sind; zumindest eine zweite Schicht (520), die im Wesentlichen aus unidirektionalen Fasern besteht, die entlang einer zweiten Achse ausgerichtet sind, wobei die erste Achse im Wesentlichen orthogonal zu der zweiten Achse verläuft.
Wellenfeder nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die leitende(n) Schicht(en) zumindest einen der folgenden Stoffe enthalten: Kohlenstofffaser, Graphit, Kupfer, Silber, Gold und Aluminium.
Wellenfeder nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die nichtleitende(n) Schicht(en) zumindest einen der folgenden Stoffe enthalten: Glasfaser, E-Glasfaser, S-Glasfaser sowie faserverstärkten Polymer.
Wellenfeder nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die nichtleitende(n) Schicht(en) ein Bindemittel enthalten und wobei das Bindemittel einen der folgenden Stoffe oder Kombinationen aus diesen enthält: Epoxid, Polyester, Polyesterimid, Polyamid-Imid, Epoxidphenol, Epoxid-Novolac-Harz und Epoxid-Polyimid.
Wellenfeder nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Wellenfeder eine Länge aufweist, die sich entlang der ersten Achse (402) erstreckt, und eine Breite aufweist, die sich entlang der zweiten Achse (413) erstreckt, und eine im Wesentlichen sinusförmig geformte Oberfläche mit einer Wellenlänge aufweist, die sich entlang der ersten Achse erstreckt.
Wellenfeder nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Oberfläche der Wellenfeder einen oder mehrere Gipfel umfasst, die in einer Reihe mit einem oder mehreren Tälern angeordnet sind, wobei das Tal bzw. die Täler jeweils eine Talachse (413) aufweisen, die im Wesentlichen parallel zu der zweiten Achse verläuft, wobei die Wellenfeder so gestaltet ist, dass: die zumindest eine erste Schicht (610, 630) im Wesentlichen auf einer Außenoberfläche der Wellenfeder angeordnet ist, wobei die Außenoberfläche eine obere Oberfläche und/oder eine untere Oberfläche der Wellenfeder umfasst; die zumindest eine zweite Schicht (620) in der Mitte der Wellenfeder angeordnet ist und die leitende(n) Schicht(en) (640, 650) zwischen der zumindest einen ersten Schicht und der zumindest einen zweiten Schicht angeordnet sind.
Wellenfeder nach Anspruch 7, wobei die leitende(n) Schicht(en) zumindest einen der folgenden Stoffe enthalten: Kohlenstofffaser, Graphit, Kupfer, Silber, Gold und Aluminium.
Wellenfeder nach Anspruch 7 oder 8, wobei die nichtleitende(n) Schicht(en) ein Bindemittel enthalten, wobei das Bindemittel einen der folgenden Stoffe oder Kombinationen der folgenden Stoffe enthält: Epoxid, Polyester, Polyesterimid, Polyamid-Imid, Epoxidphenol, Epoxid-Novolac-Harz und Epoxid-Polyimid.
Wellenfeder nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Oberfläche der Wellenfeder einen oder mehrere Gipfel umfasst, die in einer Reihe mit einem oder mehreren Tälern angeordnet sind, wobei das Tal bzw. die Täler jeweils eine Talachse aufweisen, die im Wesentlichen parallel zu der zweiten Achse verläuft, wobei die Wellenfeder so gestaltet ist, dass: die leitende(n) Schicht(en) (710, 730) im Wesentlichen auf einer Außenoberfläche der Wellenfeder angeordnet sind, wobei die Außenoberfläche eine obere Oberfläche und/oder eine untere Oberfläche der Wellenfeder umfasst; die zumindest eine zweite Schicht (720) in der Mitte der Wellenfeder angeordnet ist und die zumindest eine erste Schicht (740, 750) zwischen der leitenden Schicht oder den leitenden Schichten und der zumindest einen zweiten Schicht angeordnet ist.
Wellenfeder nach Anspruch 10, wobei die leitende(n) Schicht(en) zumindest einen der folgenden Stoffe enthalten: Kohlenstofffaser, Graphit, Kupfer, Silber, Gold und Aluminium.
Wellenfeder nach Anspruch 10 oder 11, wobei die nichtleitende(n) Schicht(en) ein Bindemittel enthalten, wobei das Bindemittel einen der folgenden Stoffe oder Kombinationen der folgenden Stoffe enthält: Epoxid, Polyester, Polyesterimid, Polyamid-Imid, Epoxidphenol, Epoxid-Novolac-Harz und Epoxid-Polyimid.
Wellenfeder nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Oberfläche der Wellenfeder einen oder mehrere Gipfel umfasst, die in einer Reihe mit einem oder mehreren Tälern angeordnet sind, wobei das Tal bzw. die Täler jeweils eine Talachse aufweisen, die im Wesentlichen parallel zu der zweiten Achse verläuft, wobei die Wellenfeder so gestaltet ist, dass: die zumindest eine erste Schicht (810, 830) im Wesentlichen auf einer Außenoberfläche der Wellenfeder angeordnet ist, wobei die Außenoberfläche eine obere Oberfläche und/oder eine untere Oberfläche der Wellenfeder umfasst; die leitende(n) Schicht(en) (820) in der Mitte der Wellenfeder angeordnet sind und die zumindest eine zweite Schicht (840, 850) zwischen der zumindest einen ersten Schicht und der leitenden Schicht bzw. den leitenden Schichten angeordnet ist.
Wellenfeder nach Anspruch 13, wobei die leitende(n) Schicht(en) zumindest einen der folgenden Stoffe enthalten: Kohlenstofffaser, Graphit, Kupfer, Silber, Gold und Aluminium.
Wellenfeder nach Anspruch 13 oder 14, wobei die nichtleitende(n) Schicht(en) ein Bindemittel enthalten, wobei das Bindemittel einen der folgenden Stoffe oder Kombinationen der folgenden Stoffe enthält: Epoxid, Polyester, Polyesterimid, Polyamid-Imid, Epoxidphenol, Epoxid-Novolac-Harz und Epoxid-Polyimid.
Wellenfeder nach einem der vorangehenden Ansprüche und darüber hinaus in Verbindung mit: einer elektrischen Maschine (10) mit einem Rotor und einem Stator, wobei der Stator ein Statorblechpaket mit einer Vielzahl von Statornuten (302) aufweist; einer Vielzahl von Statorstäben (322, 324), die im Wesentlichen in der Vielzahl von Statornuten enthalten sind, wobei eine obere Haltebaugruppe (330) die Wellenfeder umfasst und zur Befestigung der Vielzahl von Statorstäben in der Vielzahl der Statornuten dient.
Verfahren (1000) zum Überwachen einer Wellenfeder, wobei das Verfahren umfasst: Zurverfügungstellen (1010) einer Wellenfeder, die eine Wicklung an ihrem Platz hält, wobei die Wellenfeder zumindest zum Teil in einer Statornut positioniert (1020) ist, die in einer elektromechanischen Vorrichtung definiert ist, Zurverfügungstellen (1030) einer in der Wellenfeder angeordneten leitenden Schicht; Erzeugen (1040) von Signalen durch die leitende Schicht, wobei die Signale zumindest einem Aspekt der Wellenfeder entsprechen; Analysieren (1050) der Signale, um den zumindest einen Aspekt der Wellenfeder zu ermitteln, wobei der zumindest eine Aspekt ein Erkennen von Fehlern in der Wellenfeder erleichtert.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Verfahrensschritt des Zurverfügungstellens einer Wellenfeder weiter Folgendes umfasst: Zurverfügungstellen einer oberen Wellenfeder, die zwischen der Wicklung und einem Statorkeil angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei der Verfahrensschritt des Zurverfügungstellens einer leitenden Schicht weiter Folgendes umfasst: Zurverfügungstellen der leitenden Schicht, die aus einem der folgenden Stoffe oder Kombinationen der folgenden Stoffe ausgebildet ist: Kohlenstofffaser, Graphit, Kupfer, Silber, Gold und Aluminium.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17–19, wobei der analysierende Verfahrensschritt weiter zumindest einen der folgenden Schritte umfasst: Ermitteln einer Komprimierung der Wellenfeder und Ermitteln, ob die Wellenfeder Risse aufweist.