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Schutzring an dem radialen Luftspalt der in axialer Richtung geteilten
Wicklungskappe am Läufer elektrischer Maschinen Die Erfindung betrifft eine Kappe
für die aus Längs- und Querleitern bestehenden Wickelköpfe elektrischer Maschinen.
Die Kappe besteht aus zwei Teilen, einer mit dem Läuferkörper der Maschine verbundenen
inneren Teilkappe und einer auf der Läuferwelle befestigten äußeren Teilkappe. Ein
schmaler Luftspalt trennt die beiden gleichachsig hintereinander angeordneten zylindrischen
Kappenteile voneinander.
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Die Wickelköpfe der Läuferwicklungen elektrischer Maschinen unterliegen
im Betrieb hohen Fliehkraftbeanspruchungen. Als Schutz gegen diese Kräfte dienen
Drahtbandagen, die aus mehreren unter Zug aufgebrachten Windungen bestehen, die
anschließend miteinander verlötet werden. Bei Turbogeneratoren sind als Fliehkraftsicherung
Stahlkappen bekannt, die in erwärmtem Zustand über die Wickelköpfe geschoben werden.
Während des Erkaltens schrumpfen diese Kappen auf dem äußersten Ende des Läuferkörpers
und auf dem freien Wellenschenkel fest. Eine solche Kappe kann die Wickelköpfe auch
bei den gebräuchlichen hohen Drehzahlen sicher halten. Auf die Laufruhe der Maschine
wirkt sich jedoch die von der beiderseits fest aufgeschrumpften Kappe gebildete
starre Überbrückung des elastischen Wellenschenkelansatzes an dem Läuferkörper nachteilig
aus. Der Wellenschenkel kann die Kräfte durch das Gewicht des Läuferkörpers nicht
mehr elastisch aufnehmen, vielmehr wirken diese Kräfte auf die Schrumpfverbindungen
der Kappe mit Wellenschenkel und Läuferkörper und können auf die Dauer zusammen
mit den Fliehkräften von Wickelköpfen und Kappenmaterial zu einer Lockerung der
Schrumpfsitze führen.
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Mit der bekannten Aufteilung der beidseitig aufgeschrumpften Kappe
in zwei gleichachsig hintereinanderliegende Teilkappen, zwischen denen ein Luftspalt
liegt, verschwinden die mit der starren Überbrückung des elastischen Wellenschenkels
verbundenen Unzuträglichkeiten. Der Wellenschenkel kann sich nun wieder elastisch
verbiegen, wobei sich der Luftspalt zwischen den beiden Teilkappen örtlich mehr
oder weniger verengt oder verbreitert. Das bedeutet, daß sich die am Luftspalt gelegenen
inneren Kanten der zylindrischen Teilkappen relativ zueinander und gegenüber den
Wickelköpfen bewegen. Dabei kann sich die äußerste Isolierung der durch Fliehkraft
gegen die Teilkappen gepreßten Wickelköpfe in den Luftspalt quetschen. Die Kanten
der Teilkappen arbeiten sich in die Isolierung ein und können im Laufe der Zeit
zu Kurzschlüssen und ; Leiterbrüchen führen.
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Es wurde auch schon vorgeschlagen, zum Schutze der Wickelkopfisolation
beim Aufziehen der heißen Kappe einen dünnen Messingbleehring zwischen Kappe und
Wickelkopfisolation anzuordnen, der auch den Luftspalt zwischen beiden Teilkappen
überbrückt. Die Wechselbeanspruchungen, denen dieser dünne Ring im Bereich des Kappenspaltes
ausgesetzt ist, führt aber sofort zum Bruch des Messingblechringes über seinen ganzen
Umfang. Damit wird dieser Ring nicht nur völlig wirkungslos, sondern sogar schädlich,
da die Bruchkanten nunmehr die Wickelkopfisolation zerstören.
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Die Erfindung beseitigt diese Gefahren mit einer Kappe für die Wickelköpfe
der Läufer von elektrischen Maschinen, insbesondere von Turbogeneratoren, die aus
einer zylindrischen, mit dem Läuferkörper verbundenen inneren Teilkappe und aus
einer gleichachsigen zylindrischen, mit der Läuferwelle verbundenen äußeren Teilkappe
besteht, wobei ein schmaler Luftspalt die beiden Teilkappen voneinander trennt und
zwischen der Wickelkopfisolation und den beiden Kappenteilen eine Schutzeinrichtung
für die Wickelkopfisolation vorgesehen ist, und die dadurch gekennzeichnet ist,
daß in einer an der Innenseite beiderseits des radialen Luftspaltes sich erstreckenden
und in Umfangsrichtung verlaufenden Aussparung ein Ring angeordnet ist, der den
Luftspalt überbrückt und der nur mit seinen axialen Enden beiderseits des Luftspaltes
an den Teilkappen aufliegt, so daß zwischen seinen Auflageflächen in axialer Richtung
ein weiter Abstand besteht, über dem der Ring freiliegt und den örtlich verschiedenen
Kräften nachgeben kann.
Als Folge der unterschiedlichen Massenverteilung
in den Wickelköpfen verformen sich die Teilkappen verschieden. Die damit verbundenen
radialen Versetzungen der Auflageflächen des Ringes erzeugen im Ring selbst zusätzliche
Biege- und Torsionskräfte, denen der Ring durch die erfindungsgemäße Auflage an
seinen Enden standhalten kann. Eine Unterteilung des Ringes in mehrere Ringsegmente
verhindert die Ausbildung von Tangentialspannungen im Ring und vermindert die Torsionsbeanspruchungen.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Auflage des Ringes und seine Lage zu den Spulen
bewirkt, daß die Relativbewegungen der freien Teilkappenenden durch deren übertragung
auf den Ring keine nachteiligen Wirkungen auf die obersten Leitern der Spulen und
auf die Isolation zwischen Wickelkopf und Kappe mehr hervorrufen. Die Kappenbewegungen
werden auf eine größere axiale Länge verteilt, wobei der Ring als Gelenk wirkt.
An den beiden Auflagestellen des Ringes mit den zwei Teilkappen ist eine für die
Isolation nachteilige Bewegung vermieden.
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Weitere Merkmale der Erfindung seien an einem Ausführungsbeispiel
erläutert.
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Die Zeichnung zeigt in einem Längsschnitt die innere Teilkappe
10, deren nicht gezeichnetes linkes Ende mit dem Läuferkörper verbunden ist.
Die äußere Teilkappe 11 ist mit ihrem rechten Ende auf den freien Wellenschenkel
aufgeschrumpft. Der Ring 12 überbrückt in den in Umfangsrichtung verlaufenden
Aussparungen 13 und 14 der Teilkappen 10 und 11 den Luftspalt 15 zwischen den Teilkappen.
In den Aussparungen 13 und 14 bilden die ebenfalls in Umfangsrichtung
verlaufenden Vorsprünge 16 und 17
definierte Auflageflächen 18 und
19 für den Ring 12 an dessen axialen Enden. Durch diesen größtmöglichen Abstand
der Auflageflächen kann der Ring von verschiedenen Kräften besser elastisch nachgeben,
als wenn eine solche definierte Auflage nicht vorgesehen wäre. Außerdem wird die
Höhe der mechanischen Beanspruchung für den Ring 12 erheblich vermindert
und in weiten Grenzen unabhängig von der Größe der relativen Kappenbewegung gehalten,
da diese sehr viel kleiner ist als der Abstand der Auflagestellen. Auch an den axialen
Enden des Ringes können in Umfangsrichtung verlaufende Vorsprünge vorgesehen sein,
die sich entweder auf den Vorsprüngen 16 und 17 oder auf glatten zylindrischen
Innenflächen der Aussparungen 13, 14 abstützen. Zwischen den Auflageflächen
18 und 19 liegt der Ring 12 frei.
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Dabei ist der Abstand zwischen den freien Teilkappenenden und dem
Ring so groß, daß dieser auch bei stärksten Relativbewegungen der Teilkappen nicht
an einem Teilkappenende aufsitzt.
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Die Isolation 20 bildet einen geschlossenen Mantel um die Wickelköpfe.
Mit 21 und 22 sind zwei Querleiter eines Wickelkopfes bezeichnet, die von dem Ring
12 teilweise überdeckt werden. Das Füllstück 23 füllt den Zwischenraum zwischen
den Querleitern 21 und 22 aus und hält diese auf Abstand. Die von den Querleitern
21 und 22 ausgehenden Fliehkräfte wirken somit auf die Teilkappen
und, wie die Pfeile andeuten, nur auf die Auflageflächen 18 und
19 des Ringes 12 und erzeugen keine nennenswerten Biegebeanspruchungen im
Ring 12. Die Isolation 12 kann sich nicht mehr durch betriebsmäßige Schwingungen
der Teilkappen in den Spalt 15 quetschen, womit die Gefahr von Isolationsschäden
beseitigt ist. Eine Unterteilung des Ringes 12 in Ringsegmente verhindert, daß sich
im Ring Tangentialspannungen durch die in Richtung auf die Teilkappen wirkenden
betriebsmäßigen Fliehkräfte ausbilden. Da die beiden Teilkappen wegen der unterschiedlichen
Massenverteilung in den Wickelköpfen ungleichmäßige Form-
änderungen erfahren,
liegen die Stoßstellen der einzelnen Ringsegmente erfindungsgemäß dort, wo wegen
dieser ungleichmäßigen Formänderungen im Ring die stärksten Verdrehung auftreten
würde. Das ist zumeist in der Nähe des von einem Längsleiter des Wickelkopfes mit
dem zugehörigen Querleiter gebildeten überganges der Fall. Die Stoßstellen sollten
nach Möglichkeit vollständig über Füllstücken liegen, damit bei Verletzungen der
Isolation 20 durch die Kanten der Stoßstellen der Ringsegmente, wiederum
können Schwingungen der Teilkappen die Ursache sein, keine unmittelbare Kurzschlußgefahr
entsteht. Der Vermeidung von Isolationsschäden dienen auch radial und schräg zur
Querschnittsebene sich erstreckende Stoßflächen der Ringsegmente.
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Erfindungsgemäß zeichnet sich der Ring durch eine sehr glatte Oberfläche
aus, wie sie durch Polieren oder ähnliche Bearbeitungsverfahren entsteht. Das setzt
einerseits den Verschleiß durch Reibung etwa an den Auflageflächen herab und vermeidet
andererseits die bei wechselnder Beanspruchung gefährlichen Spannungsspitzen durch
Kerbwirkung.
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Vorzugsweise besteht der Ring aus einem Material, dessen Streckgrenze
os größer ist als 80 kg/mmf.