DE2918600C2 - Hohlprofil-Stromleiter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hohlprofil-Stromleiter für die Wicklung einer elektrischen Maschine, insbesondere fur die Läuferwicklung eines elektrischen Generators, der ein Mantelrohr mit einem eckigen Außenquerschnitt und zumindest ein in das Mantelrohr eingeschobenes, ihm gegenüber unverschieblich festgelegtes Kühlkanalrohr mit einem in Rohrachsrichtung verlaufenden Kühlkanal aufweist, wobei die Innenwandung des Metallrohrs an der ihr zugekehrten Außenwand des Kühlkanalrohrs anliegt

Beim Betrieb einer elektrischen Anlage, wie eines elektrischen Generators, erwärmen sich Teile der Anlage durch Veriustwärme. Dies kann die Lebensdauer der Anlage verringern. Damit die Temperatur der elektrischen Anlage bzw. ihrer Teile gewisse Höchst- K werte nicht überschreitet, ist es üblich, für eine ausreicheade Wärmeabfuhr Sorge zu tragen.

Hierzu ist es bekannt, sogenannte Hohlprofil-Stromleiter mit einem Kühlkanal zu verwenden. Durch den Kühlkanal wird ein Kühlmittel geleitet, welches die in dem Stromleiter entstehende Verlustwärme ableitet.

Kühlmitteldurchströmte Hohlprofil-Stromleiter werden außer für die Läuferwicklung eines elektrischen Generators beispielsweise für die Spulenwicklung eines Induktionsofens sowie die Spulenwicklung von Magneten für Synchrotrons und Blasenkammern eingesetzt.

Aus der GB-PS 12 82 057 ist ein Hohlprofil-Stromleiter der oben genannten Art bekannt. Bei diesem bekannten Hohlprofil-Stromleiter ist in dem eckigen Mantelrohr lediglich ein Kühlkanalrohr vorgesehen, welches einen runden Querschnitt aufweist. Das Kühlkanalrohr wird entweder durch Druckaufweitung oder über einen Dorn im Mantelrohr festgelegt. Eine solche Ausgestaltung eines Hohlprofil-Stromleiters gestattet naturgemäß nur die Hersteilung von Stromleitern vergleichsweise geringen Querschnitts. Bei Mantelrohren größeren Querschnitts soll aber auch der Innenquerschnitt der Kühlkanalrohre entsprechend größer werden, damit genügend Kühlmittel durch den Leiter strömen kann, ohne daß die Strömungsgeschwindigkeit in unerwünschter Weise zu hoch angesetzt werden muß. Die bekannten Stromleiter eignen sich jedoch nicht für größere Querschnitte, weil dann nicht mehr gewährleistet ist, daß das Rohr an der Längsnaht dicht ist.

Auch bei kleineren Querschnitten dürfte es schwierig sein, den bekannten Stromleiter in der gewünschten Qualität herzustellen, daß heißt, es ist schwierig, bei der bekannten Anordnung das Kühlkanalrohr lediglich durch einen einfachen Ziehvorgang mittels Dorn im Mantelrohr festzulegen. Die für die Anlage des Kühlkanalrohrs im Mantelrohr erforderlichen Kräfte sind so hoch, daß sie unter Berücksichtigung des Rückfederungseffektes des Kühlkanalrohrs während eines Ziehvorgangs bei der Herstellung von endlosen Rohren nicht aufgebracht werden können. Gemäß der in der GB-PS 12 82 057 dargestellten Vorrichtung zum Herstellen der bekannten Stromleiter werden immer nur kurze Leiterabschnitte hergestellt.

Sollte der bekannte Stromleiter so modifiziert werden, daß er zwei oder mehr Kühlkanalrohre hätte, so

dürfte es zwar nicht schwierig sein, die einzelnen Kühlkanalrohre ähnlich wie oben beschrieben in dem Mantelrohr festzulegen, allerdings ist zu berücksichtigen, daß das Mantelrohr als Ausgangsrohr für den Hohlprofil-Stromleiter mindestens zwei an den Außendurchmesser der Kühlkanalrohre angepaßte durchlaufende Kanäle haben muß. Würde ein solcnes Mantelrohr im Strangpreßverfahren mit anschließendem Mehrfachziehen gefertigt, wäre es erforderlich, im Rahmen der Strangpresse ein sogenanntes Brückenwerkzeug einzusetzen. Dieses ist bekanntlich extrem aufwendig und entsprechend teuer. Außerdem ist dann beim Strangpressen ein sehr hoher Preßdruck notwendig. Abgesehen von diesem großen Aufwand ermöglicht ein Brückwerkzeug jedoch nur in geringem Umfang Abwandlungen in den Außen- und Innenabmessungen eines Hohlprofil-Stromleiters.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, einen Hohlprofil-Stromleiter der oben genannten Art anzugeben, der mit vergleichsweise geringen Kosten gefertigt werden kann, und zwar auch bei unterschiedlichen, genau vorgegebenen Abmessungen des Außenquerschnitts des Stromleiters sowie des Kühlkanalquerschnitts und bei Vorhandensein von wenigstens zwei sich innerhalb des Stromleiters erstreckenden Kühlkanälen. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Hohlprofil-Stromleiters abgegeben werden.

Die Aufgabe wird bei dem Hohlprofil-Stromleiter der oben genannten Art dadurch gelöst, daß in ein Mantelrohr etwa rechteckigen Innenquerschnitts mehrere Kühlkanalrohre eingebettet sind, die jeweils einen etwa rechteckigen, vorzugsweise quadratischen Außenquerschnitt mit einer Kantenlänge entsprechend der kürzesten Kantenlänge des Innenquerschnitts des Mantelrohrs aufweisen.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlprofil-Stromleiters dieser Art kennzeichnet sich dadurch, daß das Mantelrohr und die Kühlkanalrohre unter gemeinsamem Durchziehen durch ein Ziehwerkzeug, vorzugsweise Ziehring mit Innenwerkzeug, bei gleichzeitiger Querschnittsveränderung des Mantelrohrs mit Aufeinanderziehen von Mantelrohr und Kühlkanalrohren gegeneinander unverschieblich festgelegt werden.

Indem nunmehr die Kühlkanalrohre einen eckigen, insbesondere quadratischen Außenquerschnitt haben, ist es möglich, mehrere Kühlkanalrohre in horizontaler und/oder vertikaler Anordnung satt aneinanderliegend vorzusehen, so da3 jetzt ein vergleichsweise dünnwandiges Mantelrohr mit umfangsseitig nahezu gleicher Wanddicke im Durchlaufverfahren auf die Kühlkanalrohre gezogen werden kann. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung können also die wirtschaftlichen Vorteile des Durchlaufverfahrens uneingeschränkt genutzt und unbegrenzte Rohrlängen erzeugt werden. Ferner besteht jetzt die Möglichkeit, die praxisbedingten Forderungen bezüglich der Wanddicken in die Querschittsabmessungen der einzeln gefertigten Kühlkanalrohre zu legen. Dadurch werden die Schwierigkeiten vermieden, die im bekannten Fall bei der Herstellung des Mantelrohrs mit zwei durchgehenden Kanälen zum Einsetzen der runden Kühlkanalrohre zwangsläufig auftreten. Durch die Dünnwandigkeit des Mantelrohrs und durch das Aufziehverfahren ist zu gewährleisten, daß die Außenfläche der Kühlkanalrohre nicht nur satt aneinanderliegen, sondern auch satt an die Innenfläche des Mantelrohrs gepreßt werden, so daß mit absoluter Sicherheit keiee Spalten zwischen den

Kühlkanalrohren und dem Mantelrohr vorhanden sind.

Die Überprüfung der Wandabschnitte des Hohlprofil-Stromleiters üuf Materialfehler kann außerdem in getrennten Prüfvorgängen einzeln am Metallrohr sowie an den Kühlkanalrohren vorgenommen werden, das heißt vor Einschieben der Kühlkanalrohre in das Mantelrohr. Hieraus ergibt sich eine leichte Uberprüfbarkeit des Hohlprofil-Stromleiters auf Materialfehler, und zwar auch in kleinsten Abmessungsbereichen. Es kommt hinzu, daß der erfindungsgemäße Hohlprofil-Stromleiter nach seiner Fertigung ohne weiteres drei oder mehr Kühlkanäle aufweisen kann, ohne daß für seine Erstellung besondere und entsprechend teure Werkzeuge zur Anwendung kommen müssen. Die gute Wärmeabfuhr an das durch die Kühlkanäle des Stromleiters geführte gasförmige oder flüssige Kühlmittel ergibt sich aufgrund der gegenseitigen Berührung der Innenwandung des Mantelrohrs mit den ihr zugekehrten Außenwandabschnitten der Kühlkanalrohre.

Der freie Durchtrittsquerschnitt jedes Kühlkanalrohrs kann unterschiedlich ausgebildet sein. Die Wärmeabfuhr an das durch das Kühlkanalrohr hindurchgeführte Kühlmittel kann dadurch vergrößert werden, daß die Kühlkanalrohre Innenrippen aufweisen.

Gleichermaßen große elektrische Leitfähigkeit sowie große Wärmeleitfähigkeit innerhalb des Stromleiters erhält man dann, wenn das Mittelrohr und die Kuhlkanalrohre durch Kupferrohre gebildet sind.

Mantelrohr und Kühlkanalrohr können aber auch aus unterschiedlichen Metallen bestehen. Im Hinblick auf den niedrigen Preis von Aluminium sowie auf das geringe spezifische Gewicht von Aluminium im Vergleich zu Kupfer ist es vorteilhaft, wenn bei einem Hohlprofil-Stromleiter, bei dem das Mantelrohrmaterial und das Kühlkanalrohrmaterial verschieden sind und das Mantelrohr vorzugsweise als Kupferrohr ausgebildet ist, vorgesehen wird, daß die Kühlkanalrohre durch Aluminiumrohre gebildet sind.

to Das Verfahren zum Herstellen der erfindungsgemäßen Hohlprofil-Stromleiter zeichnet sich dadurch aus, daß das Mantelrohr und die Kühlkanalrohre unter gemeinsamen Durchziehen durch ein Ziehwerkzeug, vorzugsweise Ziehring mit Innenwerkzeug, bei gleiches zeitiger Querschnittsveränderung des Mantelrohrs mit Aufeinanderziehen von Mantelrohr und Kühlkanalrohren gegeneinander unverschieblich festgelegt werden. Hierbei ist es nicht erforderlich, das Mantelrohr und die Kühlkanalrohre innerhalb der Ziehmatrize mit einem solchen Druck aufeinander zu pressen, daß eine Verschweißung der einander berührenden Flächen von Mantelrohrund Kühlkanalrohren erfolgt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen mehrteiligen Hohlprofil-Stromleiter gemäß der Erfindung in einem Ausführungsbeispiel mit zwei in ein Mantelrohr eingebrachten Kühlkanalrohren, Fig.2 das Mantelrohr des Hohlprofil-Stromleiters gemäß F i g. 1 ohne eingebrachte Kühlkanalrohre,

Fig.3 die beim Hohlprofil-Stromleiter der Fig. 1 in das Mantelrohr eingebrachten beiden Kühlkanalrohre ohne Mantelrohr und

Fig.4 die beiden bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in das Mantelrohr einzubringenden Kühlkanalrohre ohne Mantelrohr mit gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel verschieden ausgebildeten freiem Durchtrittsquerschnitt der Kühlkanalrohre.

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Der Hohlprofil-Stromleiter gemäß Fig. 1 bis 4 ist nach der vorliegenden Erfindung mehrteilig, und zwar jeweils dreiteilig ausgeführt.

Es ist der Hohlprofil-Stromleiter gemäß Fig. 1 bis 4 jeweils durch die Kombination eines Mantelrohrs 2 sowie zweier, in das Mantelrohr 2 nebeneinander eingeschobener und ihm gegenüber sowie gegeneinander unverschieblich festgelegter Kühlkanalrohre 3 gebildet, von denen jedes einen in Rohrachsrichtung X verlaufenden Kühlkanal 2 besitzt.

Es liegt die Innenwandung 4 des Mantelrohrs 2 beim fertigen erfindungsgemäßen Hohlprofil-Stromleiter, wie Fi g. 1 zeigt, an die ihr zugekehrten Außenwandabschnitte 5 der Kühlkanalrohre 3 unter gegenseitiger Berührung an.

Das Mantelrohr 2 und die beiden Kühlkanalrohre 3 sind jeweils durch nahtlose Rohre gebildet, wobei diese drei Rohre 2, 3 übereinstimmend in getrennten Herstellungsstufen unter Warm-Strangpressen hergestellt sind.

Unter gemeinsamen Hindurchziehen durch ein Ziehwerkzeug, vorzugsweise Ziehring mit Innenwerkzeug, sind das Mantelrohr 2 und die beiden Kühlkanalrohre 3 unter gegenseitiger enger Berührung aufeinandergezogen.

Das Mantelrohr 2 besitzt im wesentlichen rechteckige Außen- und Inr.enquerschnitte. Andererseits weisen die Kühlkanalrohre 3 im Fall der Fig. 1 bis 4 jeweils einen etwa rechteckigen Außenquerschnitt mit einer Kantenlänge 1 entsprechend der kürzesten Kantenlänge 1 des Innenquerschnitts des Mantelrohrs 2 auf. Die Kühlkanalrohre 3 besitzen im Fall der Fig. 1 bis 3 einen quadratischen, im Fall der Fig.4 einen nichtquadratischen rechteckigen Außenquerschnitt.

Die Kühlkanäle 1 der beiden Kühlkanalrohre 3 haben im Fall der Fig. 1. 2 und 3 einen kreisringförmigen, im Fall der F i g. 4 einen elliptischen Durchtrittsquerschnitt, wobei im letzteren Fall zusätzlich Innenrippen 6 vorgesehen sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Hohlprofil-Stromleiter für die Wicklung einer elektrischen Maschine, insbesondere für die Läuferwicklung eines elektrischen Generators, der ein Mantelrohr mit einem eckigen Außenquerschnitt und zumindest ein in das Mantelrohr eingeschobenes, ihm gegenüber unverschieblich festgelegtes Kühlkanalrohr mit einem in Rohrachsrichtung verlaufenden Kühlkanal aufweist, wobei die Innenwandung des Mantelrohrs an der ihr zugekehrten Außenwand des Kühlkanalrohrs anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß in ein Mantelrohr (2) etwa rechteckigen Innenquerschnitts mehrere Kühlkanalrohre (3) eingebettet sind, die jeweils einen etwa rechteckigen, vorzugsweise quadratischen Außenquerschnitt mit einer Kantenlänge (1) entsprechend der kürzesten Kantenlänge (ä) des Inuenquerschnitts des Mantelrohrs (2) aufweisen.

2. Hohlprofil-Stromleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr (2) und die Kühlkanalrohre (3) durch nahtlose Rohre gebildet sind.

3. Hohlprofil-Stromleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanalrohre (3) Innenrippen (6) aufweisen.

4. Hohlprofil-Stromleiter nach einem der Ansprüche ' bis 3, wobei das Metallrohr und das wenigstens eine Kühlkanalrohr aus dem gleichen Metall bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr (2) und die Kühlkanalrohre (3) durch Kupferrohre gebildet sind.

5. Hohlprofil-Stromleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Mantelrohrmaterial und das Kühlkanalrohrmaterial verschieden sind und das Mantelrohr (2) vorzugsweise als Kupferrohr ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanalrohre (3) durch Aluminiumrohre gebildet sind.

6. Verfahren zur Herstellung eines Hohlprofil-Stromleiters für die Wicklung einer elektrischen Maschine gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr (2) und die Kühlkanalrohre (3) unter gemeinsamen Durchziehen durch ein Ziehwerkzeug, vorzugsweise Ziehring mit Innenwerkzeug, bei gleichzeitiger Querschnittsveränderung des Mantelrohrs (2) mit Aufeinanderziehen von Mantelrohr (2) und Kühlkanalrohren (3) gegeneinander unverschieblich festgelegt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlprofil-Stromleiter nach dem Aufeinanderziehen von Mantelrohr (2) und Kühlkanalrohren (3) in mindestens einem weiteren Ziehvorgang auf Fertigmaß gebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr (2) und/oder die Kühlkanalrohre (3) vor ihrem gegenseitigen Festlegen unter getrenntem Hindurchführen durch ein Ziehwerkzeug mindestens einmal einer Querschnittsveränderung unterworfen werden, gegebe- eo nenfalls mit nachfolgender Zwischenglühung.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ziehvorgang auf dem Wege der Kaltumformung durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr (2) und die Kühlkanalrohre (3) in getrennten Fertigungsstufen durch Strangpressen hergestellt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Strangpressen auf dem Wege der Warmumformung durchgeführt wird.