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Magnetischer Nutverschlußkeil für elektrische Maschinen Die Erfindung
bezieht sich auf einen aus Eisendrähten bestehenden magnetischen Nutverschlußkeil
für offene, mit profilierten Zahnkopfflanken versehene Nuten elektrischer Maschinen,
bei dem parallel über- und nebeneinanderliegende Eisendrähte von Zahnkopfflanke
zu Zahnkopfflanke in einem nach außen gewölbten Bogen verlaufen. Es ist bekannt,
solche Nutverschlußkeile in die Nutöffnung einzudrücken, wo sie dann zur endgültigen
Form verpreßt werden. Dabei kann der Keil aus einem Stück bestehen, oder er kann
auch aus zwei Teilen zusammengesetzt sein, die einen Schlitz zwischen sich frei
lassen, der mit einer geeigneten Masse ausgefüllt, verkittet oder verkeilt wird.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, einen Nutverschlußkeil zu schaffen,
der auf eine erheblich einfachere Weise hergestellt sein kann. Erfindungsgemäß sind
die Hohlräume zwischen den Lagen des mit den Zahnkopfflanken verklebten Drahtkeiles
mit ausgebackenem und gehärtetem Kunststoff, z. B. Gießharz, Klebelack, Siliconkautschuk,
gefüllt, ist ferner der in den Luftspalt zwischen den Blechpaketen hineinragende
Teil des Drahtgewölbes abgearbeitet und der Innnenraum des Gewölbes mit vorzugsweise
elatischem Isolierstoff ausgefüllt.
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Die Erfindung soll an Hand der F i g. 1 bis 18 der Zeichnungen näher
erläutert werden.
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F i g. 1 zeigt einen in die Nut eines Blechpaketes einer elektrischen
Maschine eingebrachten Verschlußkeil in perspektivischer Ansicht. Mit 1 sind eine
Reihe parallel über- und nebeneinanderliegender Eisendrähte bezeichnet. Sie liegen
in der gewünschten Flußrichtung. Wie bei Wicklungsspulen ist bei unter Verwendung
von Eisenrunddrähten ein Eisenfüllfaktor von über 50% erreichbar. Die Hohlräume
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zwischen den Einzeldrähten sind mit einem gut haftenden Isoliermaterial,
z. B. Gießharz, Klebelack oder Siliconkautschuk, ausgefüllt. Die von Zahnflanke
zu Zahnflanke reichende oberste Drahtschicht 3 erfüllt überwiegend mechanische Funktionen.
Die durch diese Drahtschicht bewirkte Streuflußvergrößerung ist unbedeutend, da
bereits bei relativ kleiner Nutdurchflutung die Drahtschicht in magnetische Sättigung
gelangt und damit als Streuwegbrücke ausfällt. Gegebenenfalls kann diese Drahtlage
auch aus amagnetischem Material bestehen. Der zwischen den Drahtlagen und dem Wickelraum
der Nut liegende Zwischenraum ist mit einem elastischen Isolierstoff 4 ausgefüllt.
Die für das Einschieben der Keile in die Nut notwendige Festigkeit in Längsrichtung
kann durch Armierung der Kunststoffüllung 4 mit Hilfe längsgerichteter Glasfasern
5 oder Textilfasern oder anderer hierfür geeigneter Werkstoffe erreicht werden.
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Im Gegensatz zu Pulversintermagnetkeilen liegen auf dem Flußweg des
Keiles gemäß der Erfindung keine unmagnetischen Teilstrecken, die hohe magnetische
Spannungsabfälle bewirken. Der Keil führt damit zu magnetischen Eigenschaften, wie
sie bei einer halbgeschlossenen Nut vorhanden sind.
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Durch Aufteilung des magnetischen Pfades im Keil in von den Eisendrähten
geführte Flußröhren mit Durchmessern von meist weniger als 0,5 mm wird der Bildung
unerwünschter Wirbelströme wirksam entgegengetreten.
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Die mechanische Funktion der obersten Drahtlage 3 besteht darin, daß
sie, ähnlich wie bei einer Hängebrücke, sowohl die Radial- als auch die Tangentialrüttelkräfte
aufnehmen soll. Die Widerlager bei dieser mechanischen Beanspruchung der Keile sind
die Zahnflanken 6. Durch die Radialkräfte treten in den Drähten der Drahtlage 3
Zugbeanspruchungen auf. Die elastische Isolierstoffüllung 5 wird hierbei auf Druck
beansprucht. Bei den in tangentialer Richtung auftretenden Rüttelbeanspruchungen
wirkt die Drahtschicht 3 zusammen mit der Kunststoffüllung 4 wie eine mechanische
Feder. Im Gegensatz zu andersartigen magnetischen Nutverschlußkeilen gestattet der
Keil gemäß der Erfindung verschiedene Kombinationen von Kunststoffen mit Metallen.
Damit besteht die Möglichkeit, magnetische Nutverschlußkeile zu schaffen, die bei
betriebsmäßig hohen mechanischen Beanspruchungen eine befriedigende Lebensdauer
aufweisen.
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Zur Fertigung derartiger eisendrahtarmierter Nutverschlußkeile sind
verschiedene Verfahren möglich.
Eines dieser Verfahren soll an Hand
der F i g. 2 bis 5 näher erläutert werden.
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In der F i g. 2 ist ein Wickeldorn 7 mit Viereckquerschnitt dargestellt,
auf dem mehrere Lagen 8 aus Isolierstoffgewebe, z. B. Galsseidengewebe oder
Textilfäden, aufgewickelt sind. Das Gewebe ist mit einem Binder oder Kleber vorimprägniert,
der nach Wärmeeinwirkung zu einer kompakten Verklebung der einzelnen Schichten führt.
Auf den Isolierstoffwickel werden nach F i g. 3 mehrere Lagen Eisendraht 9 unter
leichter mechanischer Vorspannung aufgewikkelt, wobei zwecks Wickelzeiteinsparung
mehrere Drähte 10 parallel gewickelt werden können. Ob der Wickeldorn umläuft
wie bei Feldspulenwickelmaschinen oder der Dorn stillsteht und dafür die Drahtspulen
um den Wickeldorn geführt werden wie bei Bandagiermaschinen für Blankdrähte, ist
eine Frage der vorhandenen Fertigungseinrichtungen und der Keilabmessungen.
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Der fertige Wickel wird nachfolgend getränkt, wobei alle Hohlräume
zwischen den Eisendrähten durch Kunststoff ausgefüllt sein sollen. Nach Ausbacken
und Aushärten der Wickel unter Wärmeeinwirkung folgt das Aufschneiden und Profilfräsen
entsprechend F i g. 4. Dabei werden zunächst die Polygonecken nach den eingezeichneten
Schnittlinien 11,12,13 und 14 abgetragen. Es folgt das Auftrennen des Wickels
durch vier Radialschnitte 15, 16, 17 und 18. Damit fallen vier Keilrohlinge
an, die durch Fräsen entsprechend den Linien 19, 20, 21 und 22 ihr
endgültiges Profil erhalten. Die F i g. 5 zeigt den fertigen Keil 23, der dem Keil
nach F i g. 1 entspricht. Falls, wie dies bei Großmaschinen teilweise der Fall ist,
die Ständerbohrung oder die Läuferbohrung nach Fertigstellung der Wicklung nochmal
spanabhebend bearbeitet wird, kann das Abtragen der Polygonecken 11,12,13
und 14 (F i g. 4) entfallen. Der Drehstahl 24 bewirkt dann, daß der
Luftspalt unter den Zähnen und unter dem magnetischen Nutverschlußkeil gleich groß
ist. Um den in den Zahnflanken verklebten Nutkeil bei disem Arbeitsvorgang nicht
loszubrechen oder zu deformieren, bedarf es eines kleinen Spanvorschubes und geringer
Schnittiefe. Unter Umständen ist die Verwendung eines rotierenden Schälmessers zweckmäßiger
als die eines Drehstahles.
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Ein anderes Fertigungsverfahren soll an Hand der F i g. 6 bis 9 erläutert
werden. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für die Serienfertigung von Nutkeilen
kleiner Abmessungen, z. B. unter 10 mm Breite und unter 3 mm Stärke. Ausgangsmaterial
ist ein vorprofilierter Isolierstab 25 (F i g. 6) aus verklebtem oder verbackenem
Glasfaser- oder Textilgewebe oder stranggepreßtem, andersartigem Werkstoff. Dieser
Isolierstab wird während des Fertigungsverfahrens zwischen Rollenpaaren
26,27 geführt. Zwischen zwei Rollenpaaren wird der Eisendraht aufgewickelt,
wobei die Vorratsspulen 28 und 29 umlaufen (s. F i g. 9). Sie sind in zwei oder
mehr Spulengruppen derartig auf dem umlaufenden Gestell angeordnet, daß die radial
wirkenden Drahtzüge den Isolierstab nicht einseitig durchbiegen. Gestaffelt angeordnete
Drahtführungen 30 und 31 (s. F i g. 6) ermöglichen das gleichzeitige Wickeln
mehrerer Drahtlagen. Der Vorschub des Isolierstabes in Längsrichtung und die Umlaufdrehzahl
der Wickelanordnung sind aufeinander abgestimmt.
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Nach Verlassen der Wickeleinrichtung oder auch während des Wickelns
durchläuft der Isolierstab eine Tränkeinrichtung 32 (s. F i g. 9), in der die Hohlräume
zwischen den Drähten mit Gießharz oder einem anderen geeigneten Material ausgefüllt
werden. In einem Ofen 33 wird das Tränkmaterial ausgehärtet. An Stelle des Tränkverfahrens
könnte auch unter Umständen ein Kunststoff-Wirbelsinterverfahren angewendet werden.
Der ausgehärtete, mit Eisendraht bewickelte Isolierstab 34 nach F i g. 7 wird schließlich
durch drei Trennschnitte 35, 36 und 37 in zwei Nutkeile aufgeteilt und profiliert
(s. F i g. 8).
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Bei einem dritten, an Hand der F i g. 10 bis 15 zu erläuternden Fertigungsverfahren
wird entweder von einem Gewebeband ausgegangen, dessen Querfäden aus Eisendraht
und dessen Längsfäden beispielsweise aus Glas bestehen, oder von einer aus Stahlwolle
hergestellten Filzmatte.
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Keile aus einem Bandgewebe mit Querfäden aus Eisendrähten und Längsfäden
aus Textil- oder Glasseidefasern sind an sich bekannt.
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Die F i g. 10 zeigt ein Eisendraht-Glasseide-Bandgewebe mit den Querfäden
40 aus Eisen und den Längsfäden 41 aus Glasseide oder Textilien. Bei der Stahlwollematte
nach F i g. 11 sind die Einzeldrähte in Querrichtung ausgerichtet. Einzelne zusätzliche
Textil- oder Glasfasern geben die Längsverbindung. Die Matte ist mit Binde- oder
Klebemittel vorgepreßt. Um einen guten Eisenfüllfaktor zu erreichen, dürfen die
einzelnen Drähte der Stahlwolle nicht gekräuselt sein. Die F i g. 12 zeigt, wie
je eine Lage imprägnierter Isolierstoffe 43, z. B. Glasseidengewebe 43, auf eine
Lage Eisengewebe 42 oder Stahlwollefilz gelegt wird und unter gleichzeitiger Wärmeeinwirkung
die beiden Schichten in Rollenpressen aufeinandergepreßt und miteinander verklebt
werden. An Stelle der Rollenpressen können auch beheizte Formen verwendet werden.
Nachdem der Kleber abgebunden und ausgehärtet ist, folgt das Profilfräsen der Nutkeile.
Die F i g. 13 zeigt das Abfräsen der überstehenden Isolierstoffschichten, die F
i g. 14 das Planfräsen und die F i g. 15 das Fräsen des seitlichen Keilprofils.
Auf das Planfräsen kann unter Umständen verzichtet werden, wenn nachträglich die
Ständerbohrung oder die Läuferoberfläche, z. B. bei Schleifringläufern, über dreht
wird.
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Zum Verschluß der Nuten von gleichstromerregten Wicklungen, z. B.
im Läufer von Vollpolsynchronmaschinen, werden vorzugsweise Keile verwendet, die
aus Drähten mit dauermagnetischen Eigenschaften aufgebaut sind. Damit wird die Remanenzspannung
erhöht und die Selbsterregung erleichtert. Bei Verwendung solcher Keile werden gemäß
F i g. 16 zusätzliche unmagnetische Zwischenlagen 44 angeordnet, um einen
Kurzschluß des Keil-Remanenzflusses über die Zähne zu vermeiden.
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Um eine möglichst große Anlage- und Klebefläche zwischen den Zähnen
und den Keilen zu erhalten, können die Keile entsprechend F i g. 17 geformt werden.
Während bei unmagnetischen oder nur wenig magnetischen Keilen jede Schwächung der
Zahnquerschnitte unerwünscht ist, ergeben sich bei Keilen, die z. B. aus Rechteckeisendrähten
aufgebaut sind und daher einen hohen Eisenfüllfaktor besitzen, kaum ins Gewicht
fallende Nachteile. Dafür ist durch eine derartige Anordnung eine größere mechansiche
Festigkeit gegen Rüttelbeanspruchungen erzielt. Für die Fertigung der Keile sind
im Grundprinzip die gleichen Verfahren anwendbar, wie sie oben erläutert sind.
Um
den mechanischen Zusammenhalt eines Keiles zu verbessern, kann er in Keillängsrichtung
durch ein dünnes Glasfasergewebeband eingehüllt werden (s. F i g. 18). Die beiden
Enden des Glasfasergewebebandes 46 überlappen sich zwischen dem Keil und der Wicklung.
Der Keil und die Glasfasergewebeverkleidung sind mit Gießharz verklebt.
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Für die Fertigung der Keile können auch Eisendrähte verwendet werden,
die mit einem Klebelack überzogen sind. Durch Wärmeeinwirkung werden die einzelnen
Drahtwindungen verbacken, wodurch das Fertigungsverfahren vereinfacht und eine innigere
mechanische Verbindung erzielt ist.
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Die Erfindung gibt die Möglichkeit, die Keile durch Aufwickeln von
mehreren Lagen eines Drahtes auf einem Dorn herzustellen. Eine Verpressung des Keiles
zu seiner endgültigen Form ist nicht erforderlich. Außerdem trägt nur die innere
Drahtlage zur Streuflußvergrößerung bei, die aber unbedeutend ist, da bereits bei
relativ kleiner Nutdurchflutung die Drahtschicht in magnetische Sättigung gelangt
und damit als Streuwegbrücke ausfällt. Damit kann die gleiche Wirkung erreicht werden
wie bei Keilen, die aus zwei Stücken bestehen, die miteinander verkittet sind, aber
auf erheblich einfachere Weise.