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Verfahren zum Einbringen der Spulen einer supraleiten-
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den Erregerwicklung in die Nuten des Wicklungsträgers eines Turbogeneratorläufers
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einbringen der Spulen einer-supraleitenden
Erregerwicklung in die Nuten des Wicklungsträgers eines Turbogeneratorläufers, mit
je zwei aus mehreren übereinanderliegenden Profilleitern gebildeten Spulenseiten
in einer Nut, bei welchem aus zwei elektrisch in Reihe geschalteten Teilspulen bestehende
Doppelspulen nacheinander in jeweils entgegengesetztem Umlaufsinn aus einem Profilleiter
gewickelt werden, wobei der Wicklungsvorgang der teilespulen jeweils von dem unterbrechungslosen
uebergang ausgehend bei der innersten Windung beginnt, wobei die beiden Teilespulen
konzentrisch zueinander angeordnet werden und am Nutgrund beginnend unmittelbar
in eine umlaufende, in sich geschlossene Nut des Wicklungsträgers eingewickelt werden
und wobei zunächst die innere Teilspule und dann die äußere Teilspule gewickelt
wird, nach Patent .... (Patentanmeldung P 26 05 640.6-32), sowie auf einen Wicklungsträger
mit Nuten zur
Aufnahme der nach diesem Verfahren hergestellten Spulen
einer supraleitenden Erregerwicklung.
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Bei einem derartigen, im Hauptpatent .... (Patentanmeldung P 26 05
640.6-32) geschützten Verfahren werden durch die konzentrische Anordnung der beiden
Teilspulen Spulen mit einem auch im Bereich der Wickelköpfe im wesentlichen gleichbleibenden
Querschnitt geschaffen.
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Aufgrund dieses gleichbleibenden Querschnittes können die Spulen direkt
in eine umlaufende, in sich geschlossene Nut eingewickelt werden. Hierdurch ergibt
sich eine spielfreie Anlage der Leiter an der Isolation der Nutwände und eine absolut
sichere Festlegung der Wickelköpfe.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren nach dem Hauptpatent
so zu verbessern, daß auch für die elektrischen Verbindungen der Spulen mit geringem
Aufwand eine absolut sichere Festlegung geschaffen wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die elektrischen
Verbindungen benachbarter Spulen in Verbindungsnuten gelegt werden, welche in die
Mantelfläche des Wicklungsträgers eingebracht sind. Durch diese Maßnahme können
die Spulenverbindungen auf einfache Art und Weise spielfrei und absolut sicher im
Wicklungsträger festgelegt werden.
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Vorzugsweise werden die elektrischen Verbindungen benachbarter Spulen
in einen dicht unterhalb der Mantelfläche liegenden Bereich des Wicklungsträgers
gelegt.
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Hierdurch werden die Verbindungsstellen leicht zugänglich, so daß
die Verbindung z. B. durch Ultraschallschweißen leicht hergestellt werden kann.
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Die Erfindung gibt ferner einen Wicklungsträger mit
Nuten
zur Aufnahme der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Spulen einer
supraleitenden Erregerwicklung an, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß in die
Mantelfläche des Wicklungsträgers mit Abstand konzentrisch zueinander verlaufende
Nuten eingebracht sind, wobei jede der Nuten zur Aufnahme einer geschlossenen Spule
zwei gerade achsparallele Nutabschnitte und zwei in Umfangsrichtung verlaufende
Nutabschnitte aufweist und in sich geschlossen ist, daß jeweils zwischen zwei benachbarten
konzentrischen Nuten eine in die Mantelfläche des Läuferkörpers eingebrachte Verbindungsnut
zur Aufnahme einer Spulenverbindung vorgesehen ist und daß zur Halterung der Spulen
und der Spulenverbindungen ein sich über die gesamte Wicklungslänge erstreckender
durchgehender Stützzylinder die Mantelfläche des Wicklungsträgers umschließt. Bei
einem derartigen Wicklungsträger ergibt sich für die Spulen und die Spulenverbindungen
eine gleich gute Befestigung. Die Nuten zur Aufnahme der Spulen und die Verbindungsnuten
zur Aufnahme der Spulenverbindungen können hierbei auf einfache Weise durch Fräsen
hergestellt werden.
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Bei einem Wicklungsträger für einen zweipoligen Läufer sind die Nuten
vorzugsweise in zwei radial gegenüberliegenden Scharen in die Mantelfläche des Wicklungsträgers
eingebracht, wobei jeweils die Nuten einer Schar mit Abstand konzentrisch zueinander
verlaufen und wobei jeder Nut einer Schar eine Nut gleicher Abmessung der anderen
Schar radial gegenüberliegt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Wicklungsträgers sind die
Verbindungsnuten zwischen zwei benachbarten konzentrischen Nuten zu einem achsparallelen
Nutabschnitt fluchtend angeordnet und münden in einen in Umfangsrichtung verlaufenden
Nutabschnitt der zunächst
außenliegenden Nut ein. Eine derartige
Anordnung der Verbindungsnuten ist besonders leicht herzustellen und ergibt einen
harmonischen Verlauf von Spulen und Spulenverbindungen.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 den Läuferkörper eines zweipoligen Turbogenerators
in stark vereinfachter schematischer Darstellung, Fig. 2 eine für den in Fig. 1
dargestellten Läuferkörper bestimmte Wicklungsspule, Fig. 3 eine ausschnittsweise
Draufsicht auf drei zueinander konzentrisch angeordnete und in den Läuferkörper
eingebettete Wicklungsspulen, Fig. 4 einen Schnitt gem. der Linie IV-IV der Fig.
3, Fig. 5 einen Schnitt gem. der Linie V-V der Fig. 3, Fig. 6 einen Schnitt gem.
der Linie VI-VI der Fig. 3 und Fig. 7 eine in eine Verbindungsnut eingebettete Spulenverbindung
in einem zum Schnitt der Fig.VI senkrechten Längs schnitt.
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Der Läuferkörper besteht aus einem Hohlzylinder 1, der sich über die
gesamte Wicklungslänge, also auch über den Bereich der Wickelköpfe, mit gleichmäßigem
Durchmesser erstreckt. In die Mantelfläche 2 dieses Hohlzylinders 1 ist nunmehr
eine erste Schar von Wicklungsnuten 3 entsprechend dem Spulenverlauf, beispielsweise
im Kopierfräsverfahren eingebracht. Für jede der Wicklungsspulen ergibt sich somit
eine geschlossene umlaufende Nut, die
sowohl die geraden achsparallelen
Nutabschnitte 4 als auch die in Umfangsrichtung verlaufenden Nutabschnitte 5 für
den Wickelkopfbogen umfaßt. Die einzelnen Wicklungsnuten 3 dieser ersten Schar sind
konzentrisch mit Abstand zueinander angeordnet, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten
Wicklungsnuten 3 in die Mantelfläche 2 des Hohl zylinders 1 eine Verbindungsnut
7 eingebracht ist. Diese Verbindungsnuten 7 dienen zur Aufnahme von später noch
zu beschreibenden Spulenverbindungen.
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Der ersten Schar von Wicklung.snuten 3 ist auf der radial gegenüberliegenden
Seite des Hohlzylinders eine zweite Schar von in die Mantelfläche 2 eingebrachten
Wicklungsnuten 8 zugeordnet. Diese Wicklungsnuten 8 der zweiten Schar entsprechen
hinsichtlich ihrer Anordnung und Größe den Wicklungsnuten 3 der ersten Schar. Zwischen
jeweils zwei benachbarten Wicklungsnuten 8 sind ebenfalls Verbindungsnuten vorgesehen,
die den entsprechenden Verbindungsnuten 7 der ersten Schar radial gegenüberliegen
und aus der Darstellung der Fig. 1 nicht ersichtlich sind.
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Zur Halterung der Wicklung im Hohlzylinder 1 wird nach dem Einbringen
der Wicklung über die gesamte Länge des Hohlzylinders 1 ein in der schematischen
Darstellung der Fig. 1 strichpunktiert angedeuteter Stützzylinder 6 aufgeschrumpft.
Dieser Stützzylinder 6 besteht aus unmangnetischem Stahl, der im Falle einer supraleitenden
Erregerwicklung zusätzlich auch ti eftemperaturbeständig ist. Der Stützzylinder
6 bietet auch bei supraleitenden Erregerwicklungen eine optimale Wi cklungsabstützung.
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Voraussetzung für eine derartige Ausbildung des Läuferkörpers ist
allerdings eine tbereinstimmung des ärmedehnungsverhaltens der Wicklung mit dem
Läuferkörper über den auftretenden Temperaturbereich.
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In Fig. 2 ist eine Wicklungsspule 9 dargestellt, welche
für
die Einbettung in die von innen her gesehen erste Wicklungsnut 3 des in Fig. 1 dargestellten
Läuferkörpers vorgesehen ist. Die Wicklungsspule 9 kann hierbei in bereits gewickeltem
Zustand in die Wicklungsnut 3 eingelegt werden oder auch zur Erzielung eines besseren
Haltes direkt in die Wicklungsnut 3 eingewickelt werden. Ein entsprechendes Verfahren
zum direkten Einwickeln einer derartigen Wicklungsspule ist in der US-Patentanmeldung
mit der Ser.-No. 766 962 beschrieben. Die Wicklungsspule 9 ist als Doppelspule mit
konzentrischer Innen- und Außenspule ausgebildet, wobei der Übergang von der Innen-
zur Außenspule unterbrechungslos am Nutgrund erfolgt.
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Die beiden Spulenverbindungen 90 und 91 liegen in der obe.rsten Leiterschicht
der aus einem zusammenhängenden Leiter gewickelten Wicklungsspule 9. Die äußere
Spulenverbindung 90 stellt die Verbindung zu der nächsten Wicklungsspule dar. Die
innere Spulenverbindung 91 ist senkrecht nach unten abgekröpft, so daß sie durch
eine entsprechende Bohrung des Läuferkörpers geführt werden kann. Derartige Abkröpfungen
sind aber nur für die beiden jeweils ganz innen angeordneten und radial einander
gegenüberliegenden Wicklungsspulen vorgesehen, während die beiden ganz außen angeordneten
Wicklungsspulen durch eine Spulenverbindung miteinander verbunden sind.
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Fig. 3 zeigt eine ausschnittsweise Draufsicht auf die Mantelfläche
2 des in Fig. 1 dargestellten Hohl zylinders 1 mit drei inrnangeordneten Wicklungsnuten
3. Ganz innen ist hierbei die in Fig. 2 dargestellte Wicklungsspule 9 in die entsprechende
Wicklungsnut 3 eingebracht.
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Die äußere Spulenverbindung 90 geht im Bereich einer Verbindungsnut
7 in die innere Spulenverbindung 101 der nächsten konzentrisch angeordneten Wicklungsspule
10 über. In gleicher Weise geht die äußere Spulenverbindung 100 der Wicklungsspule
10 im Bereich einer Verbindungsnut 7 in die innere Spulenverbindung 111 der nächsten
Wicklungsspule
11 über. Die Verbindung im Bereich einer Verbindungsnut 7 kann beispielsweise durch
Ultraschallschweißung hergestellt werden.
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Fig. 4 zeigt in einem Schnitt gemäß der Linie IV-IV der Fig. 3 die
Nutform der geraden achsparallelen Nutabschnitte 4 der Wicklungsnuten 3. Die einzelnen
Nutabschnitte 4 sind U-förmig ausgebildet und radial nach innen ausgerichtet in
die Mantelfläche 2 des Hohlzylinders 1 eingebracht. Am Beispiel der Wicklungsspule
10 ist dargestellt, wie die einzelnen Leiter in den Nutabschnitten 4 angeordnet
sind. Zur besseren Ubersichtlichkeit sind dem Fachmann geläufige Maßnahmen, wie
die Anordnung von Kühlkanälen, die Isolierung der Nutwände und die Ausfüllung des
Nutgrundes sowie des keilförmigen Bereiches zwischen der Innen- und Außenspule mit
Isoliermaterial, in der Zeichnung nicht dargestellt.
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Die durch Kröpfungen und die Uberleitung von der Innenzur Außenspule
gebildeten Spulenhohlräume sind durch Fülleiter 12 und 13 ausgefüllt. Auf der obersten
Leiterschicht der Wicklungsspule 10 und der anderen Wicklungsspulen sind Isolierstücke
14 angeordnet, welche an dem aufgeschrumpften Stützzylinder 6 abgestützt sind und
somit einen sicheren Halt der Wicklungsspulen gewährleisten.
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Fig. 5 zeigt in einem Schnitt gemäß der Linie V-V der Fig. 3 die Nutform
der in Umfangsrichtung verlaufenden Nutabschnitte 5 der Wicklungsnuten 3. Die Ausbildung
dieser Nutabschnitte 5 entspricht derjenigen der in Fig.
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4 dargestellten Ausbildung der achsparallelen Nutabschnitte 4. Wie
die einzelnen Leiter in einem Nutabschnitt 4 angeordnet sind, ist wiederum am Beispiel
der Wicklungsspule 10 aufgezeigt. Die Abstützung der Wicklungsspule 10 und der übrigen
Wicklungsspulen am Stützzylinder 6 erfolgt in diesem Wickelkopfbereich über Iso-
lierstücke
15.
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Fig. 6 zeigt in einem Schnitt gemäß der Linie VI-VI der Fig. 3 die
Ausbildung einer Verbindungsnut 7 im Vergleich zu einer Wicklungsnut 3. Die innere
Spulenverbindung 101 der Wicklungsspule 10 ist in die im Querschnitt U-förmig ausgebildete
Verbindungsnut 7 eingelegt, wobei zur besseren Übersichtlichkeit die Isolierung
der Nutwände und die Ausfüllung des Nutgrundes mit Isoliermaterial wiederum nicht
dargestellt sind. Die Abstützung der inneren Spulenverbindung 101 am Stützzylinder
6 erfolgt über ein Isolierstück 16.
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Fig. 7 zeigt in einem zum Schnitt der Fig. 6 senkrechten Längsschnitt
den Übergang der Spulenverbindungen 90 und 101 im Bereich der Verbindungsnut 7.
Die durch die strichpunktierte Linie 17 angedeutete Verbindungsstelle kann beispielsweise
durch Ultraschallschweißen hergestellt werden. Die Verbindungsstelle ist von außen
leicht zugänglich, da zum Zeitpunkt der Verbindung das Isolierstück 16 und der Stützzylinder
6 noch nicht angebracht sind.
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Zu8smm enfassung Verfahren zum Einbringen der Spulen einer supraleitenden
Erregerwicklung in die Nuten des Wicklungsträgers eines Turbogeneratorläufers Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einbringen der Spulenm einer supraleitenden
Erregerwicklung in die Nuten (3) des Wicklungsträgers eines Turbogeneratorläufers,
mit je zwei aus mehreren übereinanderliegenden Profilleitern gebildeten Spulenseiten
in einer Nut, bei welchem aus zwei elektrisch in Reihe geschalteten teilespulen
bestehende Doppelspulen nacheinander in jeweils entgegengesetztem Umlauf sinn aus
einem Profilleiter gewickelt werden. Die beiden Teilspulen werden hierbei konzentrisch
zueinander angeordnet und in eine umlaufende, in sich geschlossene Nut (3) des Wicklungsträgers
eingewickelt. Zur sicheren Festlegung der Spulenverbindungen sieht die Erfindung
vor, daß die elektrischen Verbindungen benachbarter Spulen in Verbindungsnuten (7)
gelegt werden, welche in die Mantelfläche (2) des Wicklungsträgers eingebracht sind.
Zusätzlich kann ein sich über die gesamte Wicklungslänge erstreckender durchgehender
Stützzylinder (6) die Mantelfläche (2) des Wicklungsträgers umschließen. Die Anwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens erstreckt sich auf die Herstellung von Turbogeneratoren
mit supraleitender Erregerwicklung.
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(Fig. 1).