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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur schwingungsdiagnostischen Überwachung rotierender Maschinen, insbesondere von Maschinensätzen in Wasserkraftanlagen.
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Die
DE 10 2010 020 415 A1 offenbart einen Rotor, welcher für einen drehzahlregelbaren Wasserkraft-Motor-Generator geeignet ist. Der in dieser Schrift offenbarte Rotor umfasst Wicklungselemente, welche in axial verlaufenden Nuten eines Rotorkörpers angeordnet sind, einen Wickelkopf, welcher axial neben dem Rotorkörper angeordnet ist, wobei in dem Bereich des Wickelkopfes die Wicklungselemente in axialer Richtung aus den Nuten austreten, dann in einem Winkel zur axialen Richtung verlaufen und dann im Bereich ihrer axialen Enden wieder in axialer Richtung verlaufen und mit weiteren Wicklungselementen verbunden sind, und einen Wickelkopfträger, welcher radial innerhalb des Wickelkopfs angeordnet ist, wobei der Wickelkopf über Zugbolzen, mit dem Wickelkopfträger verbunden ist. Dabei sind in jeder Nut zwei Wicklungselemente angeordnet, d.h. der Rotor umfasst zwei Wicklungslagen.
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Es hat sich gezeigt, dass für sehr schnell drehende Maschinen (> 550 Umdrehungen pro Minute), die Festigkeit der aus der
DE 10 2010 020 415 A1 bekannten Befestigung des Wickelkopfes nicht mehr ausreicht. Die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf sehr schnell drehende Maschinen beschränkt, falls der Fachmann eine Anwendung aus anderen Gründen ins Auge fassen sollte, z.B. zur Erhöhung der allgemeinen Lebensdauer oder zur Vergrößerung der Sicherheitsmargen im Betrieb.
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Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, einen Rotor für eine elektrische Maschine anzugeben, dessen Wickelkopfbefestigung eine höhere strukturelle Festigkeit als die aus dem Stand der Technik bekannte Lösung aufweist.
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Die gestellte Aufgabe wird durch einen Rotor für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den davon abhängigen Unteransprüchen.
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Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
- 1 Gattungsgemäßer Rotor in einem Schnitt senkrecht zur Achse;
- 2 Halteelemente eines erfindungsgemäßen Rotors;
- 3 Erfindungsgemäßer Rotor in einer ersten lateraler Ansicht;
- 4 Erfindungsgemäßer Rotor in einer zweiten lateraler Ansicht.
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1 zeigt in sehr schematischer Darstellung einen Ausschnitt eines Rotors gemäß dem Stand der Technik in einem Schnitt senkrecht zur Rotorachse. Der Rotor umfasst einen Rotorkörper, welcher mit 1 bezeichnet ist. Der Rotor umfasst eine Vielzahl von Wicklungselementen, von denen nur zwei dargestellt und mit 2 bzw. 3 bezeichnet sind. Die Wicklungselemente 2 und 3 sind in axial verlaufenden Nuten des Rotorkörpers angeordnet, wobei in einer Nut jeweils zwei Wicklungselemente angeordnet sind, wobei jeweils ein Wicklungselement näher an der Achse angeordnet ist, als das andere in derselben Nut angeordnete Wicklungselement. Daher ist die Wicklung des Rotors als zweilagige Wicklung mit Ober- und Unterlage ausgeführt. In 1 gehört das Wicklungselement 2 zur Oberlage und das Wicklungselement 3 zur Unterlage.
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2 zeigt zwei Haltekörper zum Halten der Wicklungselemente im Bereich des Wickelkopfes eines erfindungsgemäßen Rotors mit den zugehörigen Zugbolzen. Die Haltekörper sind mit 4 und einer der Zugbolzen mit 6 bezeichnet. Die Haltekörper 4 weisen dabei einen ersten Teil und einen zweiten Teil auf, wobei bei einem der Haltekörper 4 der erste Teil mit 8 und der zweite Teil mit 9 bezeichnet sind. Dabei ragt in Einbaulage eines solchen Haltekörpers 4 der erste Teil 8 in radialer Richtung nach außen über die gehaltenen Wicklungselemente hinaus, und der zweite Teil 9 ist im Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Wicklungselementen derselben Lage angeordnet. Dabei ist der zweite Teil 9 der Haltekörper 4 so ausgeführt, dass er die gehaltenen Wicklungselemente in tangentialer bzw. tangential-axialer Richtung abstützen kann. Es ist klar, dass der zweite Teil 9 der Haltekörper 4 dazu jeweils so breit sein muss, dass er in Einbaulage an die beiden benachbarten gehaltenen Wicklungselemente angrenzt.
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In 2 ist der im oberen Teil dargestellte Haltekörper 4 dafür vorgesehen, in einem Bereich an die Wicklungselemente anzugreifen, in dem dieselben in axialer Richtung verlaufen, während der im unteren Teil dargestellte Haltekörper dafür vorgesehen ist, in einem Bereich an die Wicklungselemente anzugreifen, in dem dieselben zur axialen Richtung geneigt verlaufen. Wie aus 3 hervorgeht ist der Abstand zwischen zwei benachbarten Wicklungselementen in dem Bereich größer, in dem dieselben in axialer Richtung verlaufen, als in dem Bereich, in dem dieselben geneigt zur axialen Richtung verlaufen. Daher ist in 2 der zweite Teil 9 des oberen Haltekörpers 4 breiter als der zweite Teil 9 des unteren Haltekörpers 4. Dabei verläuft die Abstützung durch den zweiten Teil 9 der gehaltenen Wicklungselemente beim oberen Haltekörper 4 in tangentialer Richtung und beim unteren Haltekörper 4 in tangential-axialer Richtung (, da die gehalten Wicklungselemente hier geneigt zur axialen Richtung verlaufen). Die Haltekörper 4 mit erstem 8 und zweiten 9 Teil sind dabei aus einem Stück hergestellt.
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Durch die beschriebene Abstützfunktion erhält der Rotor eine höhere strukturelle Festigkeit, wobei durch die Ausführung der erfindungsgemäßen Haltekörper 4 aus einem Stück die Anzahl der benötigten Teile klein gehalten wird.
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Die Haltekörper 4 in 2 können ferner eine Einsenkung aufweisen, welche in 2 mit 10 bezeichnet ist, und welche dafür vorgesehen ist, den Kopf der Bolzen 6 aufzunehmen, wobei ein solcher Bolzenkopf mit 11 bezeichnet ist. Dadurch kann vermieden werden, dass sich der Durchmesser des Wickelkopfes erhöht.
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3 zeigt einen Teil eines erfindungsgemäßen Rotors in einer vorteilhaften Ausführungsform in lateraler Ansicht im Bereich des Wickelkopfes. 3 zeigt eine Anzahl von Wicklungselementen, wobei in 3 nur die über den Rotorkörper hinausragenden Enden der Wicklungselemente dargestellt sind, welche so einen axial neben dem Rotorkörper angeordneten Wickelkopf bilden. In 3 sind ein zur Oberlage gehörendes Wicklungselement mit 2 und ein zur Unterlage gehörendes Wicklungselement mit 3 bezeichnet. 3 zeigt eine Vielzahl von Haltekörpern 4 zum Halten der Wicklungselemente gemäß 2, welche an den Wicklungselementen angreifen. Der Rotor umfasst ferner eine Vielzahl von Zugbolzen 6 und einen Wickelkopfträger, wobei die Zugbolzen den Wickelkopf mit dem Wickelkopfträger verbinden, indem sie den Wickelkopf radial durchdringen. 3 zeigt vom Wickelkopfträger der Übersichtlichkeit halber nur eine einzelne Leiste, welche mit 5 bezeichnet ist und welche Gewindebohrungen aufweist, in welche die Zugbolzen 6 eingeschraubt werden können. Der Wickelkopfträger 5 ist radial innerhalb des Wickelkopfes angeordnet. Alle aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsformen von Wickelkopfträgern sind für einen erfindungsgemäßen Rotor geeignet, sofern dieselben mit einer Befestigung durch Zugbolzen 6 kompatibel sind. Die Zugbolzen 6 durchdringen die Haltekörper 4 und verbinden diese mit dem Wickelkopfträger 5. Die Haltekörper 4 bilden dabei eine erste und eine zweite Gruppe, wobei die Haltekörper der ersten Gruppe an die Wicklungselemente der Oberlage angreifen und die Haltekörper der zweiten Gruppe an die Wicklungselemente der Unterlage angreifen. Bei einem Rotor gemäß dem Stand der Technik greifen alle Haltekörper an die Wicklungselemente der Oberlage an. Das führt dazu, dass die Wicklungselemente der Unterlage nur mittelbar durch die Wicklungselemente der Oberlage und den dort angreifenden Haltekörpern gehalten werden. Dadurch werden die Isolationsschichten der Wicklungselemente an den Kreuzungspunkten der Wicklungselemente gegeneinandergepresst, was aufgrund der relativ kleinflächigen Belastung zu einer Quetschung und Verformung der Isolationsschichten führen kann, wodurch die strukturelle Festigkeit des Wickelkopfes bei hohen Belastungen beeinträchtigt sein und über die Zeit auch bei normalen Belastungen beeinträchtigt werden kann.
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Bei einem erfindungsgemäßen Rotor gemäß der Ausführungsform von 3 werden die Wicklungselemente 3 der Unterlage dagegen direkt durch eigene an den Wicklungselementen 3 der Unterlage angreifenden Haltekörpern 4 gehalten. Dadurch muss einerseits ein Haltekörper nur die von einer Lage von Wicklungselementen aufgebrachten Kräfte aufnehmen können und anderseits greifen die Haltekörper mit einer größeren Fläche an die Isolationsschicht der Wicklungselemente an. Beides führt zu einer geringeren Gefahr einer Quetschung bzw. Verformung der Isolationsschichten. Dadurch wird die strukturelle Festigkeit des Rotors weiter erhöht.
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In 3 wird dabei jeweils ein Halteelement 4 von genau einem zugehörigen Zugbolzen 6 durchdrungen und mit dem Wickelkopfträger 5 verbunden, so dass auch die Zugbolzen 6 eine erste und eine zweite Gruppe bilden, wobei die Zugbolzen der ersten Gruppe die Haltekörper der erste Gruppe und die Zugbolzen der zweiten Gruppe die Haltekörper der zweiten Gruppe mit dem Wickelkopfträger verbinden.
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Es sind jedoch auch Ausführungsformen mit Haltekörpern denkbar, die von mehr als einem Zugbolzen durchdrungen und gehalten werden. Beispielsweise könnten bezugnehmend auf 3 mehrere der dort dargestellten nahe beieinander liegenden Haltekörper eine Einheit bilden, d.h. z.B. eine gebogene Leiste mit mehreren Vorsprüngen bilden, welche senkrecht zur Achse angeordnet ist, wobei die Vorsprünge durch mehrere zweite Teile 9 gebildet werden.
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Ferner sind auch Ausführungsformen denkbar, bei denen ein Zugbolzen sowohl einen Haltekörper der ersten als auch einen weiteren Haltekörper der zweiten Gruppe durchdringt und hält. Dazu könnte der Zugbolzen beispielsweise einen zusätzlichen Vorsprung oder Ring aufweisen, welcher an den Haltekörper der zweiten Gruppe angreifen kann, und die Haltekörper der ersten Gruppe könnten größere Öffnungen als die Haltekörper der zweiten Gruppe aufweisen, sodass der genannt Vorsprung oder Ring zwar durch die Öffnung des Haltekörpers der ersten Gruppe, jedoch nicht durch die Öffnung des Haltekörpers der zweiten Gruppe hindurchgeführt werden kann.
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Die Ausführungsformen mit separaten Gruppen von Zugbolzen für jede Lage bietet gegenüber der im letzten Abschnitt genannten Ausführungsform jedoch den Vorteil, dass die Zugbolzen einfacher gestaltet sein können, und durch die höhere Anzahl der Zugbolzen entweder der Querschnitt derselben niedriger gewählt werden kann oder die strukturelle Festigkeit weiter erhöht wird.
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Damit ein Haltekörper ein Wicklungselement halten kann, muss der Haltekörper wenigstens teilweise in radialer Richtung über das jeweils gehaltene Wicklungselement nach außen hinausragen. Es ist klar, dass in der Ausführungsform gemäß 3 daher ein radial angeordneter Zwischenraum zwischen den Wicklungselementen der Ober- und der Unterlage vorzusehen ist, in dem die über die Wicklungselemente der Unterlage hinausragenden Teile der Haltekörper angeordnet sind.
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4 zeigt eine weitere laterale Ansicht des erfindungsgemäßen Rotors. Die Bezeichnungen entsprechen dabei denen aus 3. 4 zeigt, dass die Wicklungselemente 3 der Unterlage im Bereich des Wickelkopfes eine in radialer Richtung nach innen verlaufende Biegung aufweisen, wobei die Biegung mit 7 bezeichnet ist. Dadurch ergibt sich ein Zwischenraum zwischen den Wicklungselementen der Ober- und der Unterlage, in dem die über die Wicklungselemente 3 der Unterlage hinausragenden Teile der Haltekörper 4 angeordnet sind. Im Prinzip ist es auch denkbar, dass die Wicklungselement 2 der Oberlage eine in radialer Richtung nach außen verlaufende Biegung aufweisen, oder dass sowohl eine Biegung der Wicklungselemente 3 der Unterlage nach innen als auch eine Biegung der Wicklungselemente 2 der Oberlage nach außen vorliegt. Die Ausführungsform gemäß 4 hat dabei jedoch den Vorteil, dass der Durchmesser des Rotors im Bereich des Wickelkopfes nicht größer ausfällt, als bei einem entsprechenden Rotor gemäß dem Stand der Technik.
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Es ist zu erwähnen, dass die vorliegende Erfindung auch ausgeführt werden kann, indem nur einige der Haltkörper 4 gemäß der Ausführungsform von 2 ausgeführt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010020415 A1 [0002, 0003]
