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Stator für einen Stoßstrom-Wechselstromgenerator Die vorliegende
Erfindung betrifft einen Stator für einen Stoßstrom-Wechselstromgenerator mit einem
Magnetkern der einen Stapel aus dünnen Magnetblechen enthalt.
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Es sind Wechselstromgeneratoren spezieller Bauart bekannt, die sehr
hohe Kurzschlußströme aushalten könnten und dazu dienen Ströme kurzer Dauer und
hoher .Stromstarke zu erzeugen, wie sie z.B. für die Prüfung der Abschaltleistung
von Schaltern oder für die Erzeugung starker magnetischer Felder bei gewissen physikalischen
Experimenten benötigt werden.
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Solche Wechselstromgeneratoren, die als Kurzschluß-oder Stoßstromgeneratoren
bezeichnet werden, brauchen nicht dauernd sondern nur intermittierend zu arbeiten.
Sie können daher im Vergleich zu elektrischen Maschinen, die die Gleiche Leistung
im Dauerbetrieb abgeben müssen, wesentlich schwächer dimensioniert werden. Insbesondere
kann man mit einer höheren Induktion im Magnetkreis und mit höherer Stromdichte
in den Wicklungen arbeiten, da die magnetischen und elektrischen Verluste nur während
eines Bruchteiles einer Sekunde bei der Stromentnahme auftreten und die jeweilige
Erwärmung in ihrem Augenblickswert durch die Wärmekapazität des jeweiligen Materials
und im Mittelwert durch die Möglichkeit einer Kühlung der Maschine
zwischen
den einzelnen Versuchen bestimmt werden.
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Die Erhöhung der elektromagnetischen Beanspruchung der Ilaschine
ist jedoch von einer Vergrößerung der mecnanischen Beanspruchungen vor und während
der Stromentnahme begleitet. Vor der Stromentnahme liegt die Energie des Stromimpulses,
nämlich als kinetische Energie es Rotors des Generators vor und die sich aus der
Zentrifugalkraft ergebenden Beanspruchungen sind für einen bestimmten Betrag dieser
Energie umso größer, je kleiner der Rotor und je größer dessen Drehzahl sind. Außerdem
wachsen die im Augenblick der Stromentnahme auStretenden magnetischen Kräfte, die
durch den Stromfluß erzeugt werden, umgekehrt proportional zum Volurnen der aktiven
Teil. Diese magnetischen Kräfte wirken auf zweierlei Weise auf den Stator des Generators:
Erstens tritt ein von der anfänglichen Winkelstellung des Rotors abhängiges veränderliches
Umkehrdrehmoment auf dessen zeitlicher Verlauf von der Ärt der Stromentnahme abhängt
also z.B. ob ein zweiphasiger, dreiphasiger, symmetrischer oder asymmetrischer Kurzschluß
vorliegt. Zweitens tritt eine Verforinungskraft auf die sich auf die @ohrung des
Stators auswirkt und dazu strebt diesen elliptisch zu verformen. Diese Verformungskraft
ist auf die gegenseitige Abstoßung von Rotorstrom und Statorstronl zurückzuführen
und lCuft mit der Drchzahl des Rotors um. Sie hat ihr Maximum auf der Höhe der Induktionsspulen,
fällt beidseits der Spulenachse mit dem Quadrat des Sinus des Drehwinkels ab und
wird in der Achse der Pole zu kill.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Stator
für einen Stoßstromgenerator anzugeben, der sowohl hinsichtlich des rückwirkenden
Drehmoments als auch der Verformungsbeanspruchungen sehr hohen Kurzschlußbelastungen
zu widerstehen vermag.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Stoßstromgenerator
der eingangs genannten Art dadurch gelöst -daß der Magnetkern aus mehreren, gleichmäßig
über die Länge des Stators verteilten Magnetblechpaketen besteht, die durch dicke,
feste Versteifungsplatten getrennt und abgestützt sind, welche
das
gleiche Innenprofil wie die Magnetbleche aufweisen und fest mit diesen verbunden
sind.
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Die dünnen Magnetbleche und die massiven Zwischen-oder Versteifungsplatten
können untereinander entweder durch Kleben oder durch Zusammenpressen unter sehr
starkem Druck verbunden werden.
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Der Stator gemäß der Erfindung weist eine Anzahl von wesentlichen
Vorteilen auf: Die vom rückwirkenden Drehmoment herrührenden Kräfte werden durch
die in Magnetkern vorgesehene und mit ihr fest verbundenen Versteifungsplatten direkt
auf ein massives erst oder das fundament übertragen. Durch eine grö-@ere Ausladung
als normal können die Beanspruchungen an den Be festigungsbolzen verringert werden.
Der Magnetkern kann außerdem viel höheren magnetischen kräften standhalten die auf
die -Bleche eirn-irken und diese oval zu verformen bzw. zu knicken streben (lie
bleche können sich dabei wie die Blitter eines tuches unter cier Wirkung einer Kraft,
die parallel zur Blätteranordnung; einwirkt werfen) als der Kern eines normalen
Generators, da das Blechpaket in Abschnitte begrenzter Länge unterteilt ist und
diese durch die fest mit ihnen verbundenen Versteifungsplatten versteift sind. Durch
die Erfindung wird also eine Statorkonstruktion angegeben, deren Gerüst in den Magnetkern
einbezogen ist. so daß sogar mit geringerem Materialgevicht eine höhere Festigkeit
erreicht wird als mit den bekannten Konstruktionen.
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)ie erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert, es zeigen.
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Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Staters för
einen Stoßstrom-Generator gemäß einem Ausfährungsbeizpiel der Erfindung; Fig. 2
eine Draufsicht auf ein Magnetblechpaket des @tators@
Fig. 3 eine
Draufsicht einer Versteifungsplatte des Stators, und Fig. 4 eine Draufsicht auf
eine andere Ausführungsform einer Versteifungsplatte des Stators.
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Der in Fig. 1 als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte
Stator für einen Stoßstrom-Wechselstromgenerator enthält mehrere Pakete 1 aus dünnen
Magnetblechen, die zwischen massiven Versteifungsplatten 2 angeordnet sind. Bei
der dargestellten Ausführungsform des Stators sind vier Magnetblechpakete zwischen
fünf Versteifungsplatten 2 angeordnet, von denen zwei als Endplatten dienen. Selbstverständlich
könnte auch eine größere oder kleinere Anzahl von Blechpaketen und Versteifungsplatten
verwendet werden.
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Die Magnetblechpakete 1 und die Versteifungsplatten 2 können entweder
durch Kleben oder, wie dargestellt durch axial verlaufende Spannbolzen 3, die von
der i4agnetkernanordnung isoliert sind und alle Blechpakete und Versteifungsplatten
durch setzen, verbunden sein. Die Spannbolzen eisen am einen Ende jeweils einen
Kopf 4 auf, der sich über eine zur Verteilung des Druckes dienende Unterlegscheibe
5 auf die eine Endplatte abstützt während das andere Ende des Bolzens mit einem
Gewinde versehen ist, auf das eine mit einer Unterlegscheibe 7 versehene Spannmutter
6 aufgeschraubt ist.
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Wie Fig. 2 zeigt, besteht jedes dünne Magnetblech der Stapel 1 wrzugsweise
aus vier einen Ring bildenden aneinandergrenzenden Sektoren la, lb, lc und ld, die
jeweils einen viertel Kreis einnehmen. Die Sektoren der Magnetbleche sind vorzugsweise
jeweils so angeordnet, daß die Stoßstellen 8 zwischen den Sektoren la bis ld jedes
Bleches im wesentlichen in der Mitte der Sektoren der beiden benachbarten Bleche
liegen.
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Jedes Magnetblech weist innen Stuten 9 auf, deren Abstände von der
Wicklung abhängen. Entsprechende Nuten aller Bleche des montierten Stators fluchten
miteinander. Die Sektoren la bis ld eisen außerdem jeweils zwei Löcher 11 für die
Spannbolzen
7 auf.
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Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebene Ausbildung
der Magnetbleche beschränkt. Diese könnten insbesondere aus einem einzigen Stanzteil
bestehen, wobei man dann gegebenenfalls mit weniger als acht Spannbolzen 3 auskommen
kann.
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In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer Versteifungsplatte 2
dargestellt. Diese relativ dicke und massive Versteifungsplatte hat eine im wesentlichen
ringförmige Gestalt wie die dünnen Magnetbieche, ihr Außendurchmesser kann jedoch
größer sein als das der Magnetbleche, so daß die Platte außen über den Blechstapel
vorsteht. Am Innenrand weist die Versteifungspratte 2 in regelmäßigen Abständen
gluten 12 auf, die bei montiertem Stator mit den Nuten 9 der Magnetbleche fluchten.
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Die Versteifungsplatte 2 weist ferner acht gleichmäßig um die Achse
verteilte Löcher 13 für die Spannbolzen 3 auf.
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Der mittlere Teil der Versteifungsplatte 2 ist seitlich durch zwei
Befestigungsschenkel 14 und 15 verlängert, die symmetrisch zu einer senkrechten
Achse Y-Y' liegen, welche durch die Achse des Stators verläuft. Die Befestigungsschenkel
14, 15 sind mit entsprechenden Befestigungs-Längsplatten 16 und 17 versehen. Die
Versteifungsplatten 2 dienen also als Trägergestell oder Gerüst des Stators.
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Die Versteifungsplatte 2 weist ferner Ausnehmungen 16 auf, die teilweise
am Außenrand der Platte und teilweise in der Platte selbst in dem Bereich, an dem
die Schenkel 14 und 15 ansetzen, angeordnet sind. Diese Ausnehmungen 18 dienen zur
Aufnahme von Verbindungsstangen, die die verschiedenen Versteifungsplatten 2 miteinander
verbinden, um eine Konstruktion großer axialer Festigkeit zu erreichen.
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Bei der in Fig. 4 dargestellten abgewandelten Ausführungsform weist
die Versteifungsplatte 2 vier Schenkel auf,
nämlich die beiden unteren
Befestigungsschenkel 14 und 15 sowie zwei ober-e Befestigungsschenkel 19 und 21,
die zur senkrechten Ebene Y-Y' und zur waagerechten Ebene X,X' paarweise symmetrisch
sind. Die Befestigungsschenkel sind mit Längsplatten 16, 17 bzw. 19 und 21 verbunden.
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Die in den Ausnehmungen 18 der Versteifungsplatten angeordneten Verbindungsstangen
können auch in die Magnetbleche der Pakete 1 eingelassen sein, um die Übertragung
des Drehmomentes zu verbessern.