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Wickelkopfhalterung für die Statorwicklung einer dynamoelektrischen
Maschine Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wickelkopfhalterung für die Statorwicklung
einer dynamoelektrischen Maschine, bei welcher schräg zur Statorachse verlaufende
Leiterstücke des Wickelkopfes und isolierende Zwischenlagen relativ zum Statorkern
verschiebbar gelagert und mittels etwa senkrecht zu den Leiterstücken verlaufender
Spannglieder zwischen radial versetzte Halterungselemente eingespannt sind.
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Bei einer bekannten Wickelkopfhalterung dieses Typs sind die radial
äußeren Enden der aus Schraubenbolzen bestehenden Spannglieder über Schwenklager,
die Tellerfedern enthalten, an einer mit dem Statorkern verbundenen Auslegeranordnung
gelagert. Die Auslegeranordnung trägt außerdem einen Isolierring, gegen den die
radial äußere Seite des Wickelkopfes angepreßt wird. Bei Temperaturänderungen der
Statorwicklung verschiebt sich der Wickelkopf in bezug auf den Isolierring. Dabei
kann ein unerwünschter Verschleiß der Wickelkopfanordnung auftreten. Da die radial
inneren Enden der Spannglieder sich praktisch nur auf Kreisbögen bewegen können,
werden die Statorleiter einer Biegebeanspruchung ausgesetzt, die eine entsprechende
Belastung der Nutisolation mit sich bringt.
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Eine Beanspruchung der Statorleiter bei Temperaturänderungen der Statorwicklung
wird bei einer anderen bekannten Anordnung vermieden, bei der die radial verlaufenden,
U-förmigen Leiterschleifen des Wickelkopfes durch axial verlaufende, rohrförmige
Spannglieder zusammengespannt sind. Die rohrförmigen Spannglieder sind verschiebbar
auf axial verlaufenden Stützen gelagert. Für moderne und in vieler Hinsicht vorzuziehende
Wickelkopfkonstruktionen mit schräg zur Statorachse verlaufenden Leiterstücken ist
eine solche Anordnung jedoch nicht ohne weiteres geeignet.
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Es ist ferner ein Verfahren zur Befestigung und räumlichen Festlegung
von Spulenköpfen bekannt, bei dem Lunten aus einem geschichteten Isolierstoff, welche
die Form von Bändern geeigneter Dicke haben können, zwischen die Schenkel der Spulen
gepreßt und auf die Spulenköpfe aufgewickelt werden, so daß nach einer Behandlung
zur Erhärtung eines Tränkmittels gleichzeitig Zwischenstücke und Bandagen aus einem
Isolierstoff großer Festigkeit entstehen. Derartige frei tragende Wickelkopfhalterungen
sind nicht überall anwendbar.
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Durch die vorliegende Erfindung soll eine Wickelkopfhalterung angegeben
werden, die die Nachteile der obenerwähnten bekannten Wickelkopfhalterungen vermeidet,
eine freizügige Konstruktion des Wickelkopfes erlaubt und trotzdem eine hohe Betriebssicherheit
auch bei großen Maschinen hoher Leistung gewährleistet.
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Eine Wickelkopfhalterung für die Statorwicklung einer dynamoelektrischen
Maschine, bei welcher schräg zur Statorachse verlaufende Leiterstücke des Wickelkopfes
und isolierende Zwischenlagen relativ zum Statorkern verschiebbar gelagert und mittels
etwa senkrecht zu den Leiterstücken verlaufender Spannglieder zwischen radial versetzte
Halterungselemente eingespannt sind, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß die aus den Halterungselementen, den Spanngliedern und den in an sich bekannter
Weise aus einem nachgiebigen, durch Wärmeeinwirkung härtbaren Kunststoff bestehenden
und bei montiertemWickelkopf gehärtetenZwischenlagen gebildete Wickelkopfanordnung
durch Arme, die mit dem Statorkern fest verbunden sind, abgestützt und unabhängig
von den Spanngliedern in axialer Richtung frei verschiebbar gelagert ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfaßt die Abstützanordnung
mindestens einen Halterungsarm, der ein am Stator befestigtes, ruhendes Element
mit einem flanschartigen, gabelförmigen Ansatz enthält,
der axial
ein Teil einer ersten Halterung einschließt; ferner durchsetzt ein Bolzen Ausnehmungen
in der ersten Halterung und dem gabelförmigen Flansch und kann in Axialrichtung
in den Löchern des Flansches gleiten, und zur Verminderung der Reibung beim Gleiten
des Bolzens sind in den Ausnehmungen des Gabelflansches Einlagen vorgesehen.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist an den in Umfangsrichtung im
Abstand angeordneten ersten Halterungsgliedern ein sich in Umfangsrichtung erstreckender
Reifen befestigt, der diese nach der Seite abstützt, und es sind außerdem zwischen
dem Reifen und den Leiterstäben bei den ersten Halterungsgliedern anschmiegsame
Zwischenlagen angeordnet.
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Die Erfindung soll nun an Hand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung
mit der Zeichnung näher erläutert werden, dabei bedeutet F i g.1 eine perspektivische
Teilansicht des unteren Teiles eines Ständerendes, aus der die Lage der Ständerwicklung
bezüglich des Ständerkernes ersichtlich ist, F i g. 2 eine teilweise im Schnitt
gehaltene Seitenansicht mit der Halterungsanordnung am einen Ende des Ständers eines
Generators und F i g. 3 eine auseinandergezogene Teilansicht einer Halteklammer,
die den Halterungsrahmen für eine axiale Bewegung hält.
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Die Anordnung gemäß der Erfindung enthält innere und äußere, in radialer
Richtung abständige Halterungsglieder, die miteinander durch Spannglieder verbunden
sind, die so zwischen den Ständerstäben hindurchlaufen, daß die gesamte Gruppe der
Endschleifen oder Wicklungsköpfe als starre Struktur gehalten wird. Zur vollständigen
Abstützung der Leiterstäbe sind anpassungsfähige Zwischenstücke oder Polster zwischen
die Leiterstäbe und die Halterungsglieder eingefügt. Das zur Halterung dienende
Rahmenwerk ist in speziellen Armen oder Klampen axial gegenüber dem Ständergehäuse
verschieblich gelagert, so daß ein Wärmedehnungsspiel ermöglicht wird. Die inneren
Halterungsglieder dienen ihrerseits zur Halterung eines segmentierten Luftspalt-Baffles.
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F i g. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Teil eines Ständers
1 mit einer Preßplatte 2. Der nicht dargestellte Rotor läuft in der Bohrung 3 oben
in F i g. 1. Wie dem Fachmann bekannt ist, umfaßt die Ständerstruktur die Preßplatten
2 und andere, nicht dargestellte Halterungselemente, die eine große Anzahl von genuteten
Statorblechen umgeben und haltern, die den Statorkern mit der Bohrung3 bilden und
die in den Nuten gelegenen Teile der oberen :und unteren Statorstäbe 4 bzw. 5 aufnehmen.
Die oberen Leiterstäbe 4 sind nach dem Austreten aus der Nut sowohl in Umfangsrichtung
als auch in Radialrichtung gebogen und verlaufen längs einer eingerollten, verwickelten
Kurve, wie bei 4 a in F i g. 1 gezeigt ist. In ähnlicher Weise sind die unteren
Leiterstäbe 5 nach dem Austritt aus der Wicklungsnut gekrümmt, verlaufen jedoch
in der umgekehrten Umfangsrichtung, wie bei 5 a dargestellt ist. Die Teile
4a, 5 a verlaufen also gegenüber der Statorachse geneigt, wie aus F i g.
1 und besonders auch aus F i g. 2 ersichtlich ist. In F i g. 2 sind die Wicklungsköpfe
4 a, 5 a in die Zeichnungsebene gedreht, selbstverständlich verlaufen sie
in Wirklichkeit in entgegengesetzter Umfangsrichtung. Die Wicklungsteile 4 a, 5
a sind so abgebogen, daß sie eine Kegelstumpffiäche tangieren, die rotationssymmetrisch
zur Statorachse liegt. In F i g. 2 ist ein Teil des in der Bohrung 3 des Ständers
liegenden Läufers 6 dargestellt.
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Ein oberer Leiterstab auf einer Seite des Ständerumfanges ist mit
einem unteren Stab ungefähr diametral gegenüber mit einer Serienschleife 8 verbunden.
In F i g. 2 ist diese Serienschleife 8 in die Zeichnungsebene gedreht, um die richtigen
Abstände der Teile in radialer Richtung darstellen zu können; natürlich verbindet
dieses Leiterteil8 in Wirklichkeit nicht die Leiterstäbe 4 und 5 derselben Nut.
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In Abständen längs des Ständerumfanges wird Leistung von der Ständerwicklung
durch flexible Leitungen 9 entnommen, die zu längs des Umfanges verlaufenden Sammelschienen
verlaufen, von denen eine bei 9 a dargestellt ist. Die Sammelschienen 9 a sind ihrerseits
mit den nicht dargestellten Hochspannungsausgangsklemmen verbunden.
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Die ringförmigen Sammelschienen 9 a werden von einer Halterungsanordnung
10 gehalten. Längs des Statorumfanges außerhalb der Wicklungsköpfe befinden sich
eine Anzahl solcher Halterungsanordnungen 10, die an der Preßplatte oder dem Umfangsflansch
2 durch Schrauben oder Schweißen an radialen Rippen 2 a befestigt sind, die vorzugsweise
mit der Preßplatte 2 aus einem Stück bestehen. Die Halterungsanordnung für die Sammelschienenringe
wird durch ein mit einem Flansch versehenes Teil 10a gehalten, dessen Unterseite
mit einem sich axial erstreckenden Teil 10 b verschraubt ist. Ein oberes
Winkelstück 10 c enthält einen kurzen Schenkel 10 d, der sich an die Stirnfläche
des Teiles 10 a
anlegt und verhindert, daß sich dieses in Richtung
auf den Ständer bewegt; ein langer Schenkel 10 e verläuft über die Sammelringe9a
annähernd parallel zum unteren Teil 10 b. Das Ende des langen Schenkels 10e kann
in einem Loch 10g eines Halterungsstückes 10f gleiten. Das Halterungsstück
10f kann sich transversal frei zu den Sammelringen 9 a bewegen da sein unteres Ende
in einer Nut 10h in dem unteren Bauteil 10b gleitend gelagert ist. Das Halterungsstück
10f ist ferner mit einem unteren Flansch 10 i, der den ersten Sammelring 9 a abstützt,
verbunden.
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Zwischen dem innersten Sammelring und dem kurzen Schenkel 10 d befindet
sich ein Abstandsblock 10j. Es ist ersichtlich, daß bei Bewegungen des Stützteiles
10f in Richtung auf den Stator die Sammelringe 9 a zwischen das Teil 10 f und den
Abstandsblock 1®j eingeklemmt werden. Zwischen den einzelnen Sammelringen 9 a befindet
sich ein Winkelstück 10 m, dessen unterer Schenkel die Außenseite der Sammelringe
abstützt. Zwischen den einzelnen Sammelringen und dem langen Schenkel des Winkelstückes
10 m liegen Polster 10 n aus verformbarem Werkstoff.
Sie bestehen vorzugsweise aus einem isolierenden Werkstoff und sollten anfangs nachgiebig
oder plastisch sein, um Unregelmäßigkeiten der Sammelringe ausgleichen zu können.
Die Polster 10 n bestehen vorzugsweise aus einem in der Wärme härtenden Kunststoff,
der gehärtet wird, nachdem die Halterungsanordnung um die Sammelringe montiert ist.
Zwischen der Oberseite der Sammelringe und dem oberen Teil 10 c befindet sich ein
zusätzliches Polster 10p aus verformbarem Werkstoff.
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Zum Zusammenpressen der Halterung und der Polster 10 n, 10 p dient
ein abgeschrägtes Widerlager 10q, das durch einen diagonal verlaufenden Schraubenbolzen
10r
gehalten wird, der das Halterungsstück 10f durchsetzt. Beim Anziehen des
Schraubenbolzens 10 r zieht die senkrecht zu den Sammelringen wirkende Kraftkomponente
das verschiebbar angeordnete Halterungsstück 10f in Richtung auf den Abstandsblock
10 j, so daß sich die Polster 10 n, 10p
der Form
der Ringe anpassen.
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In der Halterungsanordnung für die Wicklungsköpfe des Ständers werden
die herausreichenden Teile 4 a des oberen Leiterstabes und die herausreichenden
Teile 5 a des unteren Leiterstabes durch innere Halterungsglieder 11 und
äußere Halterungsglieder 12 gehalten. Die inneren und äußeren Halterungsglieder
11, 12 sind in Umfangsrichtung um die Ständerbohrung in Abständen angeordnet
und erstrecken sich im wesentlichen axial und radial auswärts von dieser weg.
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Die Halterungsglieder 11,12 liegen also im wesentlichen in
einer Ebene mit der Ständerachse. Bei der dargestellten Ausführungsform ist für
je drei Ständernuten ein Paar von Halterungsgliedern 11, 12 vorhanden. Die
inneren Halterungsglieder 11 bilden Auflageflächen 11a, die parallel zu der erwähnten
Rotationskegelstumpffläche verlaufen, d. h., die Auflageflächen 11a der inneren
Halterungsglieder 11
divergieren wie die Erzeugende eines Kegels von der Ständerachse,
während die Leiterstabteiie 4 a sie diagonal kreuzen. In entsprechender Weise bilden
die äußeren Halterungsglieder 12 Auflageflächen 12a, die ebenfalls wie die Erzeugenden
eines Kegels von der Ständerachse divergieren, während die Leiterstabteile
5 a sie diagonal kreuzen. Die Flächen 11a, 12a verlaufen nicht
exakt parallel, sondern müssen in Radialrichtung geringfügig voneinander divergieren,
da die radialen Abstände zwischen den oberen und unteren Leiterstäben in der Nähe
der Nut, wie bei 13 dargestellt ist, kleiner sind als die radialen Abstände am äußeren
Ende 14 des Wicklungskopfes bei der Serienschleife B.
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Die Halterungsglieder 11, 12 bestehen vorzugsweise aus einem isolierenden
Werkstoff hoher Festigkeit. Ein geeignetes Material ist beispielsweise ein Verbundwerkstoff
aus dünnen Holzfurnierschichten, die mit einem in der Wärme aushärtenden Kunststoff
verbunden sind.
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Die Auflageflächen 11a, 12a der Halterungsglieder 11, 12 sind
mit Längsnuten 11b bzw. 12b
versehen. Die Tiefe der Nuten kann sich
in ihrem Verlauf ändern, wie bei 11c, 12e angedeutet ist, um eine Sperrung oder
Verriegelung zu ergeben, wie weiter unten noch genauer ausgeführt werden wird. In
den Nuten 11 b, 12 b und auf den Flächen 11 a,
12a befinden
sich längliche Polster 15 aus einem Duroplast. Sie werden während der Montage
im nicht ausgehärteten, bildsamen Zustand eingebracht. Für diesen Zweck sind eine
ganze Reihe von Duroplasten, d. h. hitzehärtbaren Werkstoffen im Handel erhältlich.
Es gibt Werkstoffe, die in der Hitze steinhart werden und eine gute Druckfestigkeit
und eine gute Isolationsfähigkeit besitzen.
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Die inneren und äußeren Halteglieder 11, 12 sind miteinander durch
Spannglieder fest verbunden, beispielsweise durch einen Schraubenbolzen 16a und
ein besonders isolierendes Spannglied 17. Das Spannglied 17 besteht aus einem flexiblen
Sei117a, das mit einem hitzehärtbaren Kunststoff getränkt und an T-förmigen, einstellbaren
Schraubenbolzen 17b befestigt ist. Der Schraubenbolzen 16 soll irgendeine geeignete
Spannvorrichtung versinnbildlichen, diese kann z. B., wie dargestellt, aus einem
Stahlstab 16a bestehen, der am einen Ende in, ein Winkelstück 12d des äußeren Halterungsgliedes
12 eingeschraubt ist und am anderen Ende in einer Vertiefung 11 d im inneren Halterungsglied
11 verschraubt ist. Der Bolzen 16 und das isolierende Spannglied 17 können zum Zusammenpressen
der Halterungsglieder 11, 12 angezogen werden, so daß letztere aneinandergedrückt
und die Polster 15 aus dem hitzehärtbaren Werkstoff zusammengepreßt werden. Das
Halterungsglied 11
wird also radial nach außen und das I-Ialteningsglied 12
radial nach innen gezogen. Es soll hier betont werden, daß verschiedene herausstehende
Leiterstabteile 4 a, 5 a ein Polster 15 diagonal kreuzen, wie besonders klar
aus F i g. 1 ersichtlich ist, und daß sich die Leiterstäbe an den Stellen, wo sie
ein Halterungsglied kreuzen, in die Polster einpressen, da diese anfänglich formbar
und anpassungsfähig sind.
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Um eine radiale Trennung zwischen den Teilen 4a, 5a der Leiterstäbe
zu gewährleisten, werden Abstandshalter 18, 19, 20 aus einem ausreichend festen
Isolierstoff zwischengefügt. Diese Abstandshalter nehmen die Druckkräfte zwischen
den Teilen 4 a, 5 a
auf, die durch die Spannglieder 16a, 17 ausgeübt werden.
Der gekrümmte Abstandshalter 19 ist dicker als der gekrümmte Abstandshalter
18, da die Leiterstabenden divergieren. Schließlich können auch noch radiale
Abstandshalter 20, die sich mit den Stützgliedern 11, 12 decken, verwendet
werden. Die Abstandshalter 18, 19, 20 können Polster aus Duroplasten sein, es können
aber auch andere geeignete isolierende Werkstoffe verwendet werden.
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Zur zusätzlichen Abstützung der äußeren Halterungsglieder 12 in Umfangs-
oder Seitenrichtung dienen starre, isolierende Ringe oder Reifen 21, die an den
Halterungsgliedern 12 durch geeignete Mittel, wie Stifte 21a, befestigt sind. Die
Ringe 21. sind jeweils mit einer Ringnut 21 b versehen, in der zusätzliche Polster
aus einem hitzehärtbaren Kunststoff 22 liegen. Das Polster 22 befindet sich bei
der Montage noch im unausgehärteten Zustand.
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Alle anpassungsfähigen Polster 10n, 10p, 15, 18, 19,
20 und 22, die im vorstehenden erwähnt wurden, können in vorgereckte Gummihülsen
eingeschlossen sein, um ihre Anpassungsfähigkeit und Schmiegsamkeit weiter zu verbessern.
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Die Ringe 21 bestehen vorzugsweise aus einem isolierenden Werkstoff
hoher Festigkeit. Ein geeigneter Werkstoff hierfür ist glasfaserverstärkter Polyester,
der in den dargestellten Querschnitt gegossen und gehärtet ist.
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Die erwähnten inneren und äußeren Halterungsglieder 11, 12, die Spannglieder
16, 17, die Abstandshalter 18, 19, 20 und die Reifen 21 bilden
zusammen eine Halterungsanordnung oder einen Käfig, der um die Leiterstäbe zusammengespannt
ist und die Wicklungsköpfe fest in ihrer Lage hält. Die zusammengespannte Anordnung
paßt sich den Unregelmäßigkeiten der Leiterstäbe infolge der noch unausgehärteten,
bildsamen Duroplastpolster an, an deren Stelle jedoch auch elastische Polster verwendet
werden können. Wenn der Halterungskäfig fest um die Wicklungsköpfe gespannt ist,
kann er als praktisch starr angesehen werden.
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Damit sich die starre Halterungsanordnung bei Wärmeausdehnungen und
-zusammenziehungen der
in den Nuten liegenden Teile der Statorstäbe
in axialer Richtung bewegen kann, werden besondere Halterungsarme 25 verwendet,
um die äußeren Halterungsglieder 12 an der Preßplatte 2 des Ständers zu haltern.
Aus F i g. 2 und 3 ist ersichtlich, daß die Arme eine Basis 26 umfassen, die durch
geeignete Mittel, wie Schrauben an der Preßplatte 2 befestigt ist. Die Basis 26
enthält ein gabelförmiges Teil in Form von zwei parallelen Flanschen 28, die jeweils
mit einem rechteckigen Durchbruch 28 a versehen sind. Das äußere Halterungsglied
12 wird mittels eines speziellen Bolzens 29 zwischen den Flanschen 28 gehalten.
Der mittlere Teil 29 a des Bolzens 29 ist zylindrisch und paßt mit
geringem Spiel in eine zylindrische Bohrung 12e des Halterungsgliedes 12. Die beiden
Enden 29 b des Bolzens 29 besitzen einen rechteckigen Querschnitt und liegen
in den Durchbrüchen 28a der Flansche 28 beidseits des Halterungsgliedes 12. Zur
Verringerung der Reibung sind in den Durchbrüchen 28a oberhalb und unterhalb der
Bolzenenden 29 b Lagerfutter 30 eingelegt, so daß die Enden 29 b satt
zwischen diesen Passen und der Bolzen in axialer Richtung gleiten kann. Die Lagerfutter
30 dienen zur Verringerung der gleitenden Reibung, ein geeigneter Werkstoff
ist ein selbstschmierendes Polytetrafluoräthylen. Ein Herausfallen der Lagerfutter
30 aus den Aussparungen 28a wird durch Abdeckplatten 31 verhindert, die auch die
Innenränder der Lagerfutter 30 gegen die äußeren Halterungsglieder 12 drücken
und damit eine Dämpfung und Beruhigung bewirken.
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Es ist ersichtlich, daß die Länge der Durchbrüche 28a in Axialrichtung
des Generators größer sein muß als die entsprechenden axialen Abmessungen der rechteckigen
Enden 29b des Bolzens. Durch diese Bemessungsunterschiede kann der Bolzen mit dem
Halterungsglied 12 in axialer Richtung bezüglich der Generatorpreßplatte 2 gleiten.
Die Arme 25, die die Halterungsglieder 12 durch die Bolzen 29 lagern, bilden also
eine Abstützung des Wickelkopfkäfigs, die eine axiale Bewegung bezüglich des Stators
erlaubt. Zur Halterung eines äußeren Halterungsgliedes 12 dienen zwei solcher Arme
25. Der zylindrische Mittelteil des Bolzens 29 erlaubt eine Verdrehung der Arme
29 gegenüber den Halterungsgliedern 12, so daß Justierfehler oder ein Arbeiten der
großen Preßplatte 2 kompensiert werden.
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Im Betrieb kann sich der ganze die Wickelköpfe umgebende Halterungskäfig
in axialer Richtung frei bewegen, wenn sich die in den Nuten des Ständerkerns gelegenen
Leiterstabteile unter dem Einfluß von Temperaturschwankungen ausdehnen und zusammenziehen,
indem die Bolzen 29 axial in den Armen 25 gleiten. Auf diese Weise wird das Entstehen
von Spannungen in den Leiterstäben verhindert, die zu einem Brechen der Isolation
führen könnte. Andererseits verhindern die Bolzen 29 jede radiale Bewegung der Wicklungsköpfe,
die durch die auf die Wicklungen wirkenden magnetischen Kräfte verursacht werden
könnte.