DE2423020A1

DE2423020A1 - Vorrichtung zur halterung von wicklungselementen

Info

Publication number: DE2423020A1
Application number: DE2423020A
Authority: DE
Inventors: Gabor Dipl Phys Liptak; Roland Schuler
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1974-04-17
Filing date: 1974-05-13
Publication date: 1975-11-06
Also published as: NO139194C; CH574183A5; NO139194B; FR2268380A1; FR2268380B1; ATA286175A; DE7416597U; SE396517B; CA1033397A; NO751319L; IT1037382B; AT342145B; SE7504271L

Description

PL/Ca

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.-Baden (Schweiz)

Vorrichtung zur Halterung von Wicklungselementen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Halterung von Wicklungselementen in den Nuten rotierender elektrischer Maschinen, wobei die Vorrichtung einen Verschlusskeil und mindestens ein federndes. Element enthält.

In den Nuten am Umfang des Statorblechpaketes einer rotierenden Maschine sind üblicherweise mehrere Wicklungselemente, d.h. isolierte Leiter oder Leiterbündel, angeordnet. Infolge Stromdurchflutung der isolierten Leiter wirken auf diese mit doppelter Betriebsfrequenz pulsierende, elektromagnetische Kräfte, die radial zum Nutengrund gerichtet sind. Um eine mechanische Beschädigung der Wicklungselemente infolge Leitervibrationen zu vermeiden, die unweigerlich zu einem elektrischen Durchschlag und damit dem Ausfall der Maschine führen würde, müssen die Amplituden der Vibrationen über möglichst lange Zeit minimal

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gehalten werden. Da eine geringe Verformung der Nutenfüllung, insbesondere die der federnden Verspannelemente, mit der Zeit kaum zu vermeiden ist und damit die durch die Verschlusskeile erzeugten Verkeilkräfte kleiner, die Vibrationsamplituden zugleich grosser werden, kommt, den zusätzlichen federnden Elementen eine grosse Bedeutung zu.

Nach der heute üblichen Praxis der Befestigung der meistens kunstharzisolierten Wicklungselemente werden diese in die Nut hineingelegt, eventuell vorgepresst, und anschliessend werden die Nuten mittels steifen Verschlusskeilen verschlossen. In einigen Fällen werden zusätzliche federnde Elemente von verschiedenen Formen mit linearer Federcharakteristik in den Nuten eingebaut. In DOS 1 46 3 872 und 2 12 3 5 20 sind gewellte Formstücke und in D-PS 9 64 161 gewölbte Formstücke beschrieben und dargestellt.

Im Laufe des Betriebes nimmt erfahrungsgemäss die mit dem steifen Verschlusskeil erzeugte Vorspannung, d.h. die Verkeilkraft, je nach konstruktiver Ausführung und verwendetem Material oft schon nach kurzer Zeit wesentlich ab, so dass ein aufwendiges Nachverspannen in vielen Fällen erforderlich wird, um eine Beschädigung der mit immer grosser

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werdenden Amplituden vibrierenden Wicklungselemente zu vermeiden. Dies bedingt jedoch ein Abstellen und Demontieren der Maschine, was vor allem bei Maschinen mit grosser Leistung einen wesentlichen wirtschaftlichen Nachteil bedeutet. Das Nachlassen der Verkeilkraft ist auf mehrere Gründe zurückzuführen, wie gegenseitige bessere Anpassung im Laufe der Betriebszeit der beim Einbau nicht genau ebenen Flächen der verschiedenen Elemente, sowie bleibende leichte Deformationen der einzelnen Elemente der Nutenfüllung. Bei Verwendung von zusätzlichen federnden Elementen ist die bleibende Verformung weitgehend durch diese bestimmt, da sie an der Gesamtverformung mit mehr als 50 % beteiligt sind. Ein weiterer Nachteil der verschiedenen, bisher bekannten Verkeilarten besteht darin, dass die Verkeilkräfte nicht auf die ganze Leiterfläche gleichmässig verteilt sind, sondern nur stellenweise übertragen werden, was zu hoher spezifischer Flächenpressung führt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, bei.welcher die oben genanten Nachteile wegfallen,

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d.h. die isolierten Wicklungselemente in der Nut so befestigt werden, dass die Amplitude der Leitervibration während des Betriebes praktisch nicht zunimmt und die Verkeilkräfte über der gesamten Leiteroberfläche gleichmassig verteilt werden.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das federnde Element aus mindestens einer Filzschicht und einer harten Schicht besteht und eine in Bezug auf die Federkaft degressive Federcharakteristik aufweist, wobei das Verhältnis der Dicken der Filzschicht und der harten Schicht vorzugsweise 3 : 1 ist.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein solches federndes Element eine praktisch konstant bleibende Elastizität auch unter Dauerdruckbeanspruchung besitzt, so dass die anfängliche Verspannkraft für lange Zeit gleich bleibt und die infolge der in Bezug auf die Federkraft degressiven Federcharakteristik sowie der Auswahl des Arbeitspunktes bereits anfänglich kleine Vibrationsamplitude nicht grosser werden kann, womit eine Begrenzung der mechanischen Beanspruchung der Wicklungsisolation erzielt wird.

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Es ist zweckmässig, wenn die Filzschicht aus ring- und/ oder spiralförmig verlaufenden synthetischen Fasern besteht. Der Vorteil ist darin zu sehen, dass solche Fasern sich nur in Richtung des Druckes und zudem gleichmässig verformen. Das ermöglicht eine nahezu ideale Flächenpressung im Gegensatz zu den bereits bekannten Lösungen mit Vielpunktpressung z.B. bei den gewellten federnden Elementen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Filzschicht beid^- seitig mit je einer Hartgewebelage abgedeckt ist. Durch diese Anordnung gewinnt man doppelte Gleitflächen, was für eine bessere axiale Bewegungsmöglichkeit bei Thermodehnungen günstig ist.

Weiter"kann die Filzschicht mit weni^tens einer Zwischenschicht, vorzugsweise aus synthetischem Gummi, getrennt sein, wobei das Verhältnis der Dicken der Filzschicht und der Zwischenschicht vorzugsweise 5 : 1 bis 3 : 1 ist. Das federnde Element kann je nach Anforderung für Presskraft und Federweg aus mehreren Lagen von Filzschichten und Zwischenschichten aufgebaut sein. Diese Ausbildung, nach welcher auch bei dickeren federnden Elementen die Filzschicht selbst nicht zu dick wird, ist vorteilhaft, weil

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dicke Filzschichten grossere dauerhafte Verformung aufweisen. Eine Unterteilung der Filzschicht ist besonders bei hohen Verkeilkräften erforderlich.

Bei einer weiterhin zweckmässigen Ausführung liegt das federnde Element zwischen dem Verschlusskeil und dem Wicklungselement mit seiner Filzschicht auf der Hauptisolation des Wicklungselementes, wobei sich die harte Schicht direkt unter dem Verschlusskeil befindet. In diesem Fall erübrigt sich die normalerweise benötigte Verschlusskeilunterlage, wodurch die ganze Konstruktion einfacher wird.

Bei den elektrischen Maschinen mit Oberstäben und Unterstäben und deren festen Zwischenlagen und Unterlagen kann das federnde Element zwischen dem Oberstab und dem Unterstab und/oder zwischen dem Unterstab und dem Nutengrund angeordnet sein, wobei dieses federnde Element die feste Zwischenlage·und/oder die feste Unterlage wenigstens teilweise ersetzen kann. Durch diese Anordnung wird eine gleichmässigere Kraftübertragung gegenüber einer solchen mit ausschliesslieh festen Zwischenlagen und/oder festen Unterlagen gewährleistet.

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Gemäss einer weiteren Ausgestaltung sind wenigstens zwei federnde Elemente übereinander angeordnet, wobei bei zwei federnden Elementen wenigstens eine der beiden harten Schichten nach aussen liegt oder beide harten Schichten nach aussen liegen. Im Hinblick auf Thermodehnungen lässt sich dann im letzteren Fall eine verbesserte, axiale

Bewegungsmöglxchkext erreichen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Nutenquerschnitt mit zwei isolierten Stäben und mit der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Festhalten von Wicklungselementen,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Anordnung zweier federnder Elemente gemäss der Erfindung,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine andere Anordnung zweier federnder Elemente gemäss der Erfindung und

■Fig. i+- eine typische Federkennlinie für die erfindungsgemässe Filzschicht und eine Federkennlinie für bekannte federnde Elemente.

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Gemäss Fig. 1 ist mit 1 eine Filzschicht bezeichnet. Mit der Bezugsziffer 2 ist eine Zwischenschicht benannt. Eine harte Schicht ist durch die Zahl 3 gekennzeichnet. Die Ziffer 4 bedeutet einen Verschlusskeil. Die Bezugszahl 5 bezieht sich auf einen Oberstab mit einer oberen Hauptisolation 6 und die Bezugszahl 7 bezieht sich auf einen Unterstab mit einer unteren Hauptisolation 8. Mit der Bezugsziffer 9 ist eine feste Zwischenlage bezeichnet und mit der Zahl 10 eine feste Unterlage. Die Ziffer 11 bedeutet eine Verschlusskeilunterlage und mit der Bezugsziffer 12 ist eine Nut benannt.

In Fig. 2 und 3 sind gleiche Teile mit denselben Bezugszahlen versehen wie in Fig. 1.

In Fig. 4 sind zwei Federkennlinien dargestellt, wobei diejenige für die Filzschicht mit dem Kennbuchstaben a versehen ist und diejenige für bekannte Elemente mit dem Kennbuchstaben b.

Gemäss Fig. 1 sind als Wicklungselemente der Oberstab 5 mit der oberen Hauptisolation 6 und der Unterstab 7 mit der unteren Hauptisolation 8 in der Nut 12 dargestellt. Zwischen dem Oberstab 5 und dem Unterstab 7 befindet

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sich die feste Zwischenlage 9 aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff. Mittels der aus glasfaserverstärkten Kunststoff bestehenden festen Unterlage 10 ist der Unterstab 7 mit seiner unteren Hauptisolation 8 vom Nutengrund getrennt. Die isolierten Wicklungselemente sind in der Nut 12 mittels des aus zwei Filzschichten 1, einer.Zwischenschicht 2 und einer harten Schicht 3 bestehenden federnden Elementes und mittels eines üblichen Verschlusskeils M- aus Hartgewebe verspannt und befestigt.

Zwischen dem Verschlusskeil H und dem federndem Element 1,2, 3 liegt die übliche Verschlusskeilunterlage 11. Da die Breite des federnden Elementes 1, 2, 3 gleich jener der Hauptisolation 6, 8 einschliesslich des Kupfers ist und das federnde Element 1, 2, 3 eine harte Schicht besitzt, die eine Gleitfläche bildet, kann die übliche Verschlusskeilunterlage 11 wegfallen, wenn die Fabrikation dimensionsricht-ig ist. Die Länge des federnden Elementes 1, 2, 3 entspricht vorzugsweise jener des Verschlusskeils 4, es ist jedoch möglich, auch längere oder kürzere federnde Elemente einzubauen.

Die harte Schicht 3 dient als Trägermaterial, hauptsächlich jedoch zur Erleichterung der Einführung.des

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Verschlusskeils 4- beim Verspannen der Stäbe 5, 7. Sie besteht vorzugsweise aus einem Hartgewebe oder einem glasfaserverstärkten Kunststoff und weist eine Schichtdicke von vorzugsweise 0,3 bis 1 mm auf. Die Filzschichten sind vorzugsweise je 1 bis 2 mm dick, wobei das Verhältnis der Dicken der Filzschicht 1 und der harten Schicht 3 vorzugsweise 3 : 1 ist. Der Filz selber weist eine besondere Federcharakteristik a nach Fig. 4 auf. Eine solche Federcharakteristik kann man z.B. dadurch erzielen, dass der Filz aus feinen, temperaturbeständigen Kunststoff-Fasern in Spiralform aufgebaut wird. Weiter kann eine ähnliche Charakteristik durch besondere Web- oder Strickart erzielt werden. Als Fasermaterial eignen sich z.B. Polyamid- oder Polyamidfasern. Dabei ist es wichtig, dass die Filzschicht 1 nicht zu dick ist. Sie muss daher durch eine oder mehrere Zwischenschichten 2 unterteilt werden. Besonders eignet sich eine solche aus temperaturbeständigem synthetischem Gummi und dient gleichzeitig als Befestigungsschicht der Fasern. Das Verhältnis der Dicken der Filzschicht und der Zwischenschicht 2 ist vorzugsweise 5 : 1 bis 3:1. Wenn besonders hohe Verkeilkräfte erforderlich sind, kann man mehrere Filzschichten 1 und Zwischenschichten 2 übereinander legen, wobei die Zwischen-

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s'chichten 2 noch mit- Glasgewebe verstärkt werden können. Die federnden Elemente 1,2, 3 können nach Bedarf zwischen dem Oberstab 5 und dem Unterstab 7 eingelegt werden, wodurch eine gleichmässigere Kraftübertragung als allein mittels der festen Zwischenlage 9 gewährleistet ist. Das Gleiche gilt für das Einlegen dieses federnden Elementes 1, 2, 3 unter den Unterstab 7. Bei dieser Anordnung kann die übliche feste Zwischenlage 9 und/oder die übliche feste Unterlage 10 ganz oder teilweise entfallen.

Weiterhin ist es unter Umständen zweckmässig zwei oder mehrere federnde Elemente 1, 2, 3 übereinander anzuordnen, z.B. so, dass zwei harte Schichten 3 aufeinander liegen. Somit lässt sich dann

eine bessere axiale Bewegungsmöglichkeit im Hinblick auf Thermodehnungen erzielen. Ebenfalls ist es möglich, nach Bedarf zwei federnde Elemente 1, 2, 3 mit einer der harten Schichten 3 nach aussen (Fig. 2) oder mit beiden harten Schichten 3 nach aussen (Fig. 3) legen Es ist weiterhin noch möglich, die Filzschicht 1 beidseitig mit je einer Hartgewebelage abzudecken,' damit eine doppelte Gleitfläche entsteht.

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Die Wirkungsweise und der besondere Vorteil des Gegenstandes der Erfindung sind aus Fig. M- ersichtlich. Die Kennlinien a und b stellen den Zusammenhang zwischen der Federkraft F und dem relativen Federweg s dar, wobei der maximal mögliche Federweg s mit 100 % bezeichnet ist. Unter gleichen Bedingungen, d.h. bei gleich grosser Verspannung F und bei gleich grosser Amplitude A F der elektromagnetischen Kräfte, ist bei dem federnden Element nach der Erfindung nur ein geringer Federweg Λ s , d.h. eine kleinere Vibrationsamplitude der verspannten Wicklungselemente möglich, als bei den üblichen federnden Elementen, wo dieser Federweg u> s„ wesentlich grosser ist.

Die federnden Elemente gemäss der Erfindung haben im Hinblick auf ihre Federcharakteristik ein wesentlich besseres Langzeitverhalten, als die für diese Zwecke eingesetzte^ bekannten federnden Elemente. Es ist also möglich, isolierte Wicklungselemente in der Nut nach vorliegender Erfindung wesentlich wirksamer zu befestigen als mit bisher bekannten federnden Elementen. Durch die möglichst enge Begrenzung der Vibrationsamplitude der Wicklungselemente gelingt es, die dynamisch-mechanische Beanspruchung in Grenzen zu halten, wodurch eine erhöhte

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Betriebssicherheit und Lebensdauer erzielt wird.

Die federnden Elemente zum Verspannen von Wicklungselementen in den Nuten elektrischer Maschinen lassen sich im Vergleich zu den bisher üblichen federnden Elementen, einfach und wirtschaftlich herstellen, und man kann praktisch beliebige Federkräfte und Federwege je nach Wahl und Aufbau der federnden Elemente einstellen.

Der Einbau und das Verspannen der federnden Elemente erfolgt auf sehr einfache Art, da sie zweckmassigerweise wenigstens auf einer ihrer Breitseiten eine harte, gleitende Oberfläche besitzen, auf der der Verschlusskeil ohne besonderen Aufwand verschoben werden kann.

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Claims

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1.j Vorrichtung zur Halterung von Wicklungselementen in den Nuten rotierender elektrischer Maschinen, wobei diese Vorrichtung einen Verschlusskeil und mindestens ein federndes Element enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das federnde Element aus mindestens einer Filzschicht (1) und einer harten Schicht (3) besteht und eine in Bezug auf die Federkraft (F) degressive Federcharakteristik Ca) aufweist, wobei das Verhältnis der Dicken der Filzschicht (1) und der harten Schicht (3) vorzugsweise 3 : 1 ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filzschicht (1) aus ring- und/oder spiralförmig verlaufenden synthetischen Fasern besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filzschicht (1) beidseitig mit je einer Hartgewebelage abgedeckt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filzschicht (1) mit mindestens einer Zwischenschicht (2), vorzugsweise aus synthetischem Gummi, versehen ist,

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wobei das Verhältnis der Dicken der Filzschicht (1) und der Zwischenschicht (2) vorzugsweise 5 : 1 bis 3 : 1 ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das federnde Element je nach Anforderung für Presskraft und Federweg aus mehreren Lagen von Filzschichten (1) und Zwischenschichten (2) aufgebaut ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das federnde Element zwischen dem Verschlusskeil (4) und dem Wicklungselement mit seiner Filzschicht (1) auf der Hauptisolation des Wicklungselementes liegt, wobei sich die harte Schicht (3) direkt unter dem Verschlusskeil (4) befindet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das federnde Element zwischen einem Oberstab (5) und einem Unterstab (7) und/oder zwischen dem Unterstab (7) und dem Nutengrund angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei federnde Elemente übereinanderangeordnet sind, wobei bei zwei federnden Elementen mindestens eine der beiden harten Schichten (3) aussen oder beide harte Schichten (3) innen liegen.

Π Q R L R I η 9 7 Π ^{BBC Aktien}g^esellschaft üdbAb/ÜZ/U Brown, Boveri & Cie.

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