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Aus Blechsegmenten geschichteter Radkranz für Polräder elektrischer
Maschinen Die Erfindung betrifft ein Polrad für umlaufende elektrische Maschinen,
dessen die Pole tragender Radkranz aus einem Stapel flacher Ringe besteht. die durch
Zusammenfügen von Segmenten gebildet sind, wobei die Stoßfugen der Segmente in den
einzelnen Schichten gegeneinander versetzt und die Schichten durch Bolzen zusammengehalten
sind. Solche Polräder werden als Blechkettenläufer bezeichnet.
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Die Polräder oder Läufer elektrischer Maschinen, insbesondere von
durch hydraulische Turbinen angetriebenen Wechselstromgeneratoren, tragen auf dem
äußeren Umfang ihres Radkranzes die Pole und die entsprechenden Erregerwicklungen.
Ein solcher Radkranz muß den mechanischen Beanspruchungen widerstehen, die auf die
Fliehkraft zurückzuführen sind, welche sich aus seiner eigenen Masse und aus der
Masse der Induktorpole ergibt. Der Radkranz muß außerdem von genügendem Querschnitt
sein, um den Durchgang des induzierenden Magnetflusses zu erlauben. Ferner müssen
die Pole und ihre Wicklungen wegen der in ihnen auftretenden Verlustwärme durch
Luftzirkulation gekühlt werden. Bei derartigen bekannten Blechkettenläufern sind
die Pole durch Schwalbenschwänze oder Zapfen, Dübel, Splinte u. dgl. befestigt.
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Es ist ferner bereits bekannt, die Kühlung derartiger Läufer durch
Zufuhr von Frischluft von beiden Seiten des Polrades her zu bewirken, wobei die
Kühlluft in axialer Richtung zwischen den Induktorpolen zu dem Mittelbereich des
Rotors strömt. Die Kühlluft entweicht dabei in radialer Richtung quer durch die
in ihm den festen Anker der Maschine bildenden Kranz aus magnetischem Material vorgesehenen
Luftkanäle. Die Luft, die bis zu dem Mittelteil des Läufers gelangt, ist mengenmäßig
vermindert und ist bereits auf dem Wege längs der Induktorwicklungen erhitzt. Die
Luft bewirkt somit - wie die Erfahrung es bestätigt - nur eine unvollkommene Kühlung
des Mittelbereichs der Maschine, und zwar sowohl des Induktors als auch des Ankers.
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Die Zufuhr von Frischluft in diesen Bereich kann dadurch erzielt werden,
daß in dem Radkranz des Polrades zwischen den Induktorpolen radiale Luftkanäle vorgesehen
sind. Wenn diese Luftkanäle einen für den gewünschten Luftzustrom notwendigen Querschnitt
haben sollten, so bestünde jedoch im allgemeinen nur ein ungenügender Radkranzquerschnitt,
um den Widerstand gegenüber den auf die Fliehkraft zurückführenden Kräften zu sichern
und um den Durchgang des induzierenden Magnetflusses zu gestatten. Außerdem ist
man dazu gezwungen, die Anzahl an Lüftungskanälen auf einen Wert zu begrenzen, der
niedriger liegt als derjenige, der für Sicherstellung einer guten Lüftung notwendig
wäre.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Polrad der eingangs
genannten Art zu schaffen, das mit den Erfordernissen des mechanischen Widerstandes
seines Radkranzes, dem Durchgang des Magnetzuflusses und der Kühlung der elektrischen
Maschine vereinbar ist, ohne daß zu einer größeren und damit kostspieligeren Dimensionierung
gegriffen wird. Diese Aufgabe ist bei dem hier vorgeschlagenen Polrad der einleitend
definierten Gattung vor allem dadurch gelöst, daß in dem Stapel der ringartigen
Schichten einzelne aus verkürzten und daher nicht aufeinanderstoßenden, Laschen
bildenden Segmenten bestehende Zwischenschichten eingefügt sind, die in Umfangsrichtung
gegenüber den verschiedenen, von den Stoßfugen zwischen gewöhnlichen Segmenten eingenommenen
Lagen unter Kompensation oder überkompensierung der auf diese Stoßfugen zurückzuführenden
Schwächung des mechanischen Widerstandes verteilt und mit den gewöhnlichen Segmenten
über die die Gesamtheit des Radkranzes zusammenhaltenden Bolzen verbunden sind.
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Diese Zwischenschichten verkürzter Segmente werden vorzugsweise nicht
nach jeder Folge von Lagen von Stoßfugen zwischen gewöhnlichen Segmenten,
sondern
erst nach mehreren Folgen angeordnet; sie werden somit aus einem Stapel mehrerer
dünner verkürzter übereinanderliegender Segmente oder durch dicke verkürzte Segmente
gebildet. Diese Anordnung läßt zu, zwischen den Laschen für eine gute Lüftung genügend
breite Luftkanäle frei zu lassen.
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In der Zeichnung ist ein Polrad der erfindungsgemäßen vorgeschlagenen
Art ausschnittsweise in einer beispielsweise gewählten Ausführungsform unter Vergleich
mit einem bisher üblichen Polrad schematisch veranschaulicht.
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F i g. 1, 2 und 3 beziehen sich auf die Ausbildung des Radkranzes
eines Polrades bisher üblicher Bauweise.
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F i g. 1 zeigt in einer seitlichen Teilschnittansicht den Radkranz,
und F i g. 2 und 3 zeigen in verschiedenen Maßstäben teilweise geführte Längsschnitte
in Höhe der Verbindungsbolzen; F i g. 4, 5 und 6 lassen eine Ausführungsform eines
Teils des Polkranzes eines Polrades gemäß der Erfindung in verschiedenen Maßstäben
in einem durch die Verbindungsbolzen geführten Schnitt erkennen. F i g. 5 bringt
hierbei den Teil des Radkranzes in Seitenansicht.
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Wie aus F i g. 1 hervorgeht, ist der Radkranz in bekannter Weise aus
geschichteten Blechsegmenten 1 aufgebaut, die in aus der Zeichnung nicht ersichtlicher
Weise von Schicht zu Schicht gegenseitig verschoben sind, wobei zwischen den Segmenten
Stoßfugen 2 vorgesehen und die Segmente durch nicht dargestellte Bolzen zusammengehalten
sind und der Radkranz die Pole 3 trägt. Die Stoßfugen 2 sind gewöhnlich in den zwischen
Polen verlaufenden Achsen angeordnet.
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F i g. 2 veranschaulicht die Übertragung der Kräfte bei einem solchen
Polradkranz unter der Voraussetzung, daß zwischen den Blechen keine Reibung besteht.
Die an der betreffenden Stelle ungeschnittenen Bleche 4 widerstehen der Sprengkraft,
die durch die sich aus ihrer Dehnung ergebenden inneren Spannungen ausgeübt wird.
Die an der Stelle 2 geschnittenen oder aufgetrennten Bleche 5 übertragen die Sprengkraft
unmittelbar auf die Bolzen 6 gemäß den Pfeilen F1. Die Bolzen 6 verteilen diese
Kräfte gemäß den Pfeilen F, über die n-1 ungeschnittenen Bleche, wobei n
die Anzahl an Blechen ist, die einer Folge von Stellungen von Stoßfugen 2 entspricht.
Diese Anzahl ist bei dem hier gewählten Beispiel gleich 4, wie man aus F i g. 3
erkennen kann. Die ungeschnittenen Bleche an dieser Stelle sind in dem Verhältnis
überlastet.
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Aus F i g. 4 erkennt man, daß erfindungsgemäß nach jeder Folge von
Lagen der Stoßfugen 2 Laschen bildende, verkürzte Segmente 7 zugeführt sind, die
mit den gewöhnlichen Segmenten 4 und 5 über die Bolzen 6 verbunden
sind. Die Anzahl an Blechen, welche eine Folge von Lage von Stoßstangen 2 zu durchlaufen
gestattet, ist auf n+1, nämlich 5 in dem gewählten Beispiel gesetzt. Für eine Blechanzahl
von n (n+1), nämlich 20 in dem gewählten Ausführungsbeispiel, ist die Zahl an der
Sprengkraft widerstehenden Blechen gleich (n -1) - (n+1), nämlich hier 15, bei der
üblichen Bauweise und demgegenüber n - n,
nämlich hier 16, bei dem Polradkranz
mit Laschen gemäß der Erfindung. Der mechanische Widerstand des Polradkranzes ist
durch die erfindungsgemäß gewählte Ausbildung daher in dem Verhältnis von verbessert.
Wenn im übrigen das Gewicht der Laschen kleiner als das der gewöhnlichen Blechsegmente
ist, ist die Sprengkraft vermindert. Wenn die Größenanordnung des Gewichteverhältnisses
zwischen den Laschen und den gewöhnlichen Blechsegmenten 0,7 beträgt, sind das Gewicht
und die Fliehkraft des Polrades bei dem gewählten Ausführungsbeispiels um 6,7°/o
vermindert, während sein Widerstand gegenüber Auseinandersprengung um 6% erhöht
ist.
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F i g. 5 und 6 zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen die Stoßfugen
zwischen gewöhnlichen Blechsegmenten und demzufolge die Laschen 7 in den Achsen
8 der Pole 3 verlaufen. Die Räume 9 zwischen den Laschen 7 bieten somit die Möglichkeit,
sie zur Lüftung längs des Pfeils 10 auszunutzen, wobei im übrigen die Laschen
7 als Gebläseflügel dienen können. Der Berührungsquerschnitt der Basis der Pole
3 mit dem Polradkranz ist im übrigen völlig verfügbar für den Durchfluß des induzierenden
Magnetflusses, wobei selbstverständlich die Laschen an dieser Stelle mit dem Äußeren
des Radkranzes in Berührung treten und aus einem magnetischen Werkstoff bestehen.
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Die Anzahl der so längs des Stapels eingebrachten Luftkanäle und deren
Länge können in gewissen Grenzen beliebig gewählt werden. Vorzugsweise wird eine
geringere Anzahl breiterer Luftkanäle vorgesehen, da der dem Durchgang der Luft
gebotene Widerstand bei gleicher Luftgeschwindigkeit in schmalen Kanälen größer
ist. Weite Luftkanäle führen zum Gebrauch von dicken Laschen, die aus einem Stapel
dünner Laschen oder aus einem einzigen dicken Stück bestehen können. Aus diesem
Grunde kompensiert man die Stoßfugen zwischen gewöhnlichen Blechsegmenten nach jeder
Gruppe von Blechschichten nicht, die einer sich wiederholenden Folge von Stoßfugenlagen
entspricht, sondern konzentriert die Kompensation auf eine verminderte Anzahl von
Laschenschichten.
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F i g. 6 stellt die Übertragung der Kräfte bei einem mit Laschen 7
ausgestatteten Polradkranz gemäß der Erfindung in dem Falle dar, daß die Kompensation
durch Laschen in dicken Laschen konzentriert ist, die aus einem Stapel mehrerer
Bleche bestehen. Die geschnittenen Bleche 5 übertragen ihre Sprengkraft auf die
Bolzen 6 gemäß den Pfeilen F3, und diese legen sie auf die Laschen 7 gemäß den Pfeilen
F4. Man kann die Stoßfugen auch überkompensieren und eine gegenüber der Anzahl zu
kompensierender Stoßfugen höhere Zahl an Blechlaschen vorsehen. In diesem Falle
ist das Verhältnis an Luftkanälen größer als
und die Konzentrationen in den durch die Pole und zwischen den Polen verlaufenden
Achsen werden verschieden.