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Elektrische 1Vlaschine mit hohlen, flüssigkeitsgekühlten Wicklungsstützen.
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Generator oder Motor derjenigen
Art, bei welchem die in der Maschine entstandene Wärme durch hohle Kühlelemente
abgeleitet wird, die von Flüssigkeiten durchflossen werden und dazu dienen, die
Wicklungen des Stators oder Rotors abzustützen.
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Die Erfindung bezieht sich auf die Verbesserung dieser Kühlelemente
und der Wicklungsstützen.
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In der Zeichnung zeigt Fig. i eine teilweise im Schnitt dargestellte
Ansicht des Stators eines Ein-, Zwei- oder Dreiphasengenerators.
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Fig. ia ist ein Teilschnitt durch den Statorkern eines Wechselstromgenerators
oder Motors, bei welchem die Wicklungen in einem Winkel angeordnet sind.
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Fig. 2 ist eine Ansicht im rechten Winkel zu Fig. i auf den Statorkern.
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Die Zeichnung zeigt dabei zwei Schichten von Endwicklungen, von denen
jede in Ausschnitten liegt, die durch spiralige Vorsprünge an den Haltern oder Stützen
gebildet werden. Im rechten unteren Viertel ist auch eine äußere hohle Klammer ersichtlich,
welche die äußere Wicklungsschicht stützt.
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Fig. 3 ist eine weitere Ansicht im rechten Winkel zu Fig. i auf den
Statorkern unter Weglassung der Wicklungen und der erwähnten äußeren Schicht der
spiraligen Vorsprünge. Die rechte Hälfte dieser Figur zeigt. die Vorsprünge, welche
Wicklungsausschnitte bilden, deren Basis durch eine dünne Deckplatte gebildet wird,
unter welcher Kanäle für die Kühlflüssigkeit liegen und eine Scheidewand. Eine Deckplatte
ist teilweise weggeschnitten, so daß man unter derselben die Kanäle und die Scheidewand
erblickt. In der linken Hälfte der Figur ist die Deckplatte ganz weggelassen.
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Die Fig. q. zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der hohlen Wicklungsstützen
für große Maschinen, wo es erwünscht ist, diese Stütze aus zusammengebolzten Sektoren
herzustellen. Links in der Figur ist ein Sektor nur teilweise dargestellt und ein
benachbarter Sektor ist unter Weglassung der Deckplatte gezeichnet, während der
andere benachbarte Sektor mit der Deckplatte in Stellung dargestellt ist, wobei
die die Wicklungsausschnitte bildenden Vorsprünge punktiert eingezeichnet sind.
Die übrigen Sektoren sind mit den spiraligen Vorsprüngen dargestellt.
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Fig. 5 ist eine Einzeldarstellung einer inneren Schicht der spiraligen
Vorsprünge nach Fig. i und 2, während Fig. 5a einen Spiralvorsprung der äußeren
Schicht der Fig. i und 2 zeigt, wie c ie bei den. Fig. 3 und q. weggelassen sind
und welche kreuzweise auf der Innenschicht der in Fig. 5 dargestellten Vorsprünge
liegen.
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Fig. 6 und 7 sind eine Einzeldarstellung der dünnen Einlageplatten
zum Abdecken der Kühlkanäle.
Fig. 6a und 7a sind ähnliche Einzeldarstellungen
der dünnen metallenen Deckplatten für die hohle Wicklungsstütze der Fig. 2 und q..
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Fig. 8 ist eine Ansicht rechtwinklig zur Fig. i, entgegengesetzt zu
den Fig. 2, 3 und q., also vom Statorkern aus gesehen. Sie zeigt auf der an die
Außenschicht der Endwicklungen anstoßenden Seite die Stirnfläche der äußeren hohlen
Klemmstütze für die äußere Wicklungsschicht.
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In Fig. = sind Wicklungsstützen von zwei Ausführungsformen i und 2
mit einer äußeren hohlen Klammer 3 für die Stütze 2 dargestellt. Die Wicklungsstützen
2 und 3 sind so ausgebildet, daß sie sich der bekannten konischen Form der Endwicklung
anpassen, wo die Endverbindungen in, zwei konischen Schichten angeordnet sind, wie
dies in der üblichen Form bei Fig. ia gezeigt ist. Die Statorstäbe bestehen aus
einem Stück oder sind verbunden mit einer Gruppe von Endverbindungen, die in einem
Winkel zu ihnen abgebogen sind und eine innere Schicht q. bilden, oder sie Sind
mit einer Gruppe von Endwicklungen verbunden, welche eine Außenschicht 5 bilden.
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Bei der Erfindung ist die äußere Schicht 5 nahe der Mittelachse der
Maschine durch die Wicklungsstütze 3 abgestützt und die innere Schicht durch die
Wicklungsstütze 2. Innerhalb des Statorkernes sind die Wicklungen entweder in einer
oder in zwei Schichten angeordnet, wie dies abänderungsweise auf der rechten und
der linken Seite der Fig. ia dargestellt ist.. Die Wicklungsstütze 2 besteht aus
einem Rahmenwerk aus Kanonenmetall, Hartmessing oder anderem geeigneten Metall,
welches mittels Nuten 9 und Keilen io der Statorlamellen in Eingriff steht und letztere
dicht aneinander klemmt. An dem an dieses Rahmenwerk anstoßenden Teil der Kernschlitze
ii sind Wicklungsschlitze (Fig. x bis q.) aus dem Metall des Rahmenwerkes ausgearbeitet,
welche den Schlitzen 8 im Statorkern entsprechen, so daß ein ununterbrochen gleichmäßiger
Wicklungsschlitz für den Leiter entsteht, wenn, er aus dem Kernschlitz austritt.
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Bei den elektrischen Generatoren und Motoren der üblichen Art wird
der nicht in den Kernnuten liegende Teil der Wicklungen mechanischen Beanspruchungen
bei Kurzschluß und Überlastung ausgesetzt, deshalb kommen gerade hier oder in der
Nähe dieses Teiles Brüche vor. Der Zweck der Erfindung ist, diese Wicklungen durchlaufend
zu stützen, so daß sie solchen mechanischen Beanspruchungen widerstehen können.
Eine derartige Unterstützung für die nicht in den Kernnuten liegenden Teile der
Wicklungen geschieht durch Ausschnitte 12 (Fig.3) an der Oberfläche der Wicklungsstütze
2. Diese Ausschnitte haben Spiralform an der außen konischen Fläche des Rahmenwerken
2, wobei die Seiten 14 der Ausschnitte durch die Wände oder Vorsprünge 15 gebildet
werden (Fig. 7), welche mit dem Rahmenwerk 2 aus einem Stück gegossen oder an ihm
befestigt sind. Die Breite dieser Ausschnitte wird vorteilhaft genügend gemacht,
um mehrere Verbindungsdrähte aufzunehmen. Bei starken Verb Bindungsdrähten kann
aber auch für jeden ein besonderer Ausschnitt vorgesehen sein, doch kann die Erfindung
so ausgeführt werden, daß entweder zahlreiche Ausschnitte von geringer Breite oder
weniger Ausschnitte von großer Breite vorgesehen sind, in welche mehrere Stücke
gelegt sind.
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Die Enden der inneren Schichten der Verbindungsdrähte q. enden bei
6 (s. Fig. 2) nahe dem Außenumfang der Stütze 2 und werden hier mit den Verbindungsdrähten
verbunden, welche die Außenschicht 5 bilden, gleichfalls spiralig gebogen sind und
dabei die Innenschicht der Verbindungsdrähte q, überdecken. Die Außenschickt der
Verbindungsdrähte ist hierbei in umgekehrter Richtung gebogen, so daß der Winkel
der Wicklungssteigung zustande kommt. Die Verbindungsdrähte 5 der Außenschicht liegen
in einer Reihe von Spiralausschnitten der äußeren Wicklungsstütze 3, ähnlich wie
dies für die Wicklungsstütze 2 beschrieben wurde, wobei eine größere oder geringere
Anzahl von Wicklungsäusschnitten von größerer oder geringerer Breite an der Innenseite
der Wicklungsfläche der äußeren Stütze 3 vorgesehen ist, wie dies aus Fig. 8 ersichtlich
ist.
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In gleicher Weise werden 'die Seiten 16 dieser Wicklungsausschnitte
durch die Wände von Vorsprüngen 17 (s. Fig. 5a und 8) gebildet.
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Zuweilen kann es vorteilhaft sein, die Wicklungsstütze 3 in eine Anzahl
von Sektoren zu zerlegen, wie dies in der unteren Hälfte der Fig. 8 ersichtlich
ist und ebenso im rechten unteren Viertel der Fig. i. Diese Sektoren bilden zusammen
einen Ring auf der Außenschicht der Verbindungsdrähte, wie aus Fig. 8 hervorgeht,
wobei die Sektoren mittels Bolzen 18 zusammengehalten sind, welche durch Lappen
oder Flansche i9 der verschiedenen Sektoren gehen, wie dies aus den Fig. i, 2 und
7a ersichtlich ist.
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Die Isolation der Verbindungsdrähte ist gewöhnlich von einer solchen
Beschaffenheit, daß sie in kaltem Zustande steif und in warmem Zustande biegsam
ist. Es ist daher erwünscht, Mittel vorzusehen, die Verbindungsdrähte anzuwärmen,
ehe und während die Wicklungsstützen 3 an Ort und Stelle befestigt werden, so daß
die Wicklungen.sicher in Form gebracht werden können und dann leicht und genau in
die für sie bestimmten Ausschnitte passen. Diese Erwärmungsmittel werden später
beschrieben.
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Wenn alle Verbindungsdrähte angebracht
sind und die
äußeren Wicklungsstützen aufgebracht sind, ist ihre gegenseitige Stellung die in
Fig. z und in einzelnen Teilen in Fig. 2 angegebene.
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Die Wicklungsstütze 3 oder die verschiedenen sie bildenden Sektoren
werden gegen eine Drehbewegung durch die Keile 2o der Fig, z zusammengehalten, welche
in den Statorrahmen 2= eingreifen, und auf den Wicklungen mittels Stellschrauben
22 festgeklemmt, welche in die Vorsprünge zwischen den Wicklungsschlitzen der Stützen
2 eingesetzt sind.
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Zur Kühlung der Wicklungsstützen 2 und 3 dienen innere Kanäle 23 und
24 (s. Fig. 7, 7a und 8), durch welche die Kühlflüssigkeit hindurchströmt und die
mit Scheidewänden 25 und 26 versehen sind, welche dazu dienen, die Kühlflüssigkeit
gleichmäßig durch die verschiedenen Kanäle zu verteilen.» Zur Vereinfachung der
Bauart sind die Stützen 2 und 3 vorteilhaft mit den festen Wänden und Scheidewänden
aus einem Stück gegossen, wobei die Kanäle für die Kühlflüssigkeit an, ihrer oberen
Seite offen gelassen sind und dann durch dünne Platten aus Hartmessing oder ähnlichem
Metall 27 und 27a geschlossen werden. Diese werden auf angearbeitete Stufen 28 aufgelegt
und elektrisch oder autogen aufgeschweißt oder aufgelötet, wie dies aus den Fig.
6, 7, 6a und 7a ersichtlich ist. Die Deckplatten 27 und 27a sind in den Fig. 6 und
6a für sich dargestellt und in den Fig. 7 und 7a an Ort und Stelle.
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Dieses Verfahren ist vorteilhaft, um sehr dünne Platten aus Metall
dicht auf die Leiter zu bringen, denn je dünner die Platten 27 und 27a sind, um
so kleiner werden die Wirbelströme ausfallen, welche in ihnen durch die Nachbarschaft
der wirksamen Leiter induziert werden. Um Raum für die Ausdehnung der Leiter zu
schaffen, sind Spalte 29 zwischen dem Statorrahmen und den Enden der Wicklungen,
vorgesehen. An dieser Stelle und an verschiedenen Stellen des Umfanges empfiehlt
es sich, die Verbindungsdrähte zwischen den Wicklungen und den Maschinenklemmen
herauszuführen. Der Platz für die Verbindungsdrähte nach den Phasenklemmen und im
Falle von Dreiphasenmaschinen nach dem Sternpunkt ist in dem anschließenden Raum
30 (Fig. r) vorgesehen.
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Die Kanäle 23 in der Stütze 2 sind mittels einer Scheidewand 25 schlangenförmig
ausgebildet, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist. In jeden Kanal 23 tritt die Kühlflüssigkeit
durch Löcher 31 ein und aus, welche in beliebiger geeigneter Weise, z. B. durch
Gewindeauslässe oder Querverbindungsstücke 32 der Fig. x mit Zuflußröhren, Ausflußröhren
oder Belüftungsröhren verbunden sein können. Gewünschtenfalls kann die Kühlflüssigkeit
so geleitet werden, daß sie um den ganzen Umfang der Stütze oder in zwei 1 ` oder
mehr getrennten Strömen rund um die Hälfte oder einen geringeren Teil des Umfanges
strömt.
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Die entsprechenden Ein- und Auslaßöffnungen 33 (Fig. 8) für die Kühlflüssigkeit
in der Wicklungsstütze 3 können in ähnlicher Weise mit der Stütze 3 verbunden sein.
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Eine vereinfachte Ausführungsform wäre die, die Flächen der Stützen
2 und 3, auf welchen die Wicklungen aufliegen, schwach konisch, also ohne Wicklungsausschnitte,
zu machen. Die Wicklungen werden gegen eine Verstellung in drehendem Sinne durch
Einsetzen von Vorsprüngen von geeigneter Form, wie beispielsweise 15 und 17 in den
Fig. 5 bis 7, gesichert. Diese Vorsprünge kommen zwischen die verschiedenen Wicklungsgruppen
und halten sie gegen die konischen Flächen der Stützen :z und 3, beispielsweise
mittels Schrauben mit versenkten Köpfen, welche durch Löcher 34 und 35 in den Vorsprüngen
15 und 17 gehen. Die besonderen Vorsprünge 17 können auch an den Vorsprüngen 15
anstatt an der Fläche der Wicklungsstütze 3 angeschraubt sein. Die Anordnung von
Verschraubungen auf der Fläche der Stütze 2 und auf den Flächen der Vorsprünge
15 ist aus Fig. 2 ersichtlich. Die getrennten Vorsprünge 15 und 17 sind in
den Fig. 5 und 5a dargestellt und werden aus geeignetem Metall gemacht, welches
nicht magnetisch ist und einen hohen elektrischen Widerstand besitzt oder auch aus
Vulkanfiber, Hartholz o. dgl. Bestehen sie aus Metall, so wird vorteilhaft eine
Anzahl von Einschnitten 36 und 37 eingesägt oder anderswie vorgesehen, um die Wirbelströme
zu verringern, welche in ihnen durch die wirksamen Leiter induziert werden. Zur
Wahrung der nötigen Steifheit werden diese Sägeeinschnitte nachher mit Isolation
ausge- i füllt.
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Für Maschinen großer Form empfiehlt es sich, die Wicklungsstützen
2 und 3 in einzelnen Teilen herzustellen und für die Deckplatte 27 eine stärkere
Stütze als in Fig. 3 vorzusehen. Diese Ausführungsform ist aus Fig. q. ersichtlich.
Hier besteht die Wicklungsstütze aus sechs Sektoren, die mittels Bolzen 18 und Flanschen
=9 zu einem vollständigen Ring zusammengefügt sind. Für die Wicklungen sind Ausschnitte
durch getrennte Vorsprünge =5 an der konischen Stützfläche vorgesehen, welche in
Fig. 5 gesondert dargestellt sind. Am Bodenteil der Fig. q. ist einer der sechs
Sektoren nur teilweise, und zwar im Schnitt, dargestellt, um die Vorsprünge 15 (Fig.
5) deutlicher zu zeigen. Hier ist für jeden Sektor eine gesonderte Kühlflüssigkeitszuleitung
vorgesehen und die Bahn der Flüssigkeit durch Pfeile dargestellt. In der Mitte jedes
Sektors ist ein Durchgang 38 durch die Scheidewand 39 vorgesehen.
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Die entsprechende Unterteilung in Sektoren
bei der
Wicklungsstütze 3 ist aus der unteren Hälfte der Fig. 8 ersichtlich, wobei einer
der spiralförmigen Vorsprünge 17 in der Stellung dargestellt ist, welche er gegenüber
dieser Stütze einnimmt, wenn er darauf geschraubt wird oder wenn er auf den entsprechenden
inneren spiraligen Vorsprung 15 der Wicklungsstütze a aufgeschraubt wird. Die übrigen
Vorsprünge 17 sind aus der Fig. $ weggelassen, um die glatte konische Fläche der
Stütze zu zeigen sowie die Anordnung der Deckplatte 27a, welche der der Fig. q.
entspricht.
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In der Fig. 7a ist eine Schnittabwicklung der Stützen 2 und 3 dargestellt.
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Obgleich der Flüssigkeitsdruck, dem die Kühlkanäle ausgesetzt sind,
reicht beträchtlich ist, so müssen, sie .doch genügend stark gebaut sein, um einem
mittleren Dampfdruck widerstehen zu können. Die Wicklungsstützen können dann während
des Baues geprüft werden, und die Maschine kann angewärmt werden, um, wie beschrieben,
die Isolation des Leiters in. die richtige Form zu pressen. Für gewisse Fälle ist
es wünschenswert, eine Wicklung zu haben, welche gegen Wasser unempfindlich ist,
z. B. wenn die Generatoren oder Motoren in Feuchtigkeit oder sogar unter Wasser
arbeiten sollen. Zu diesem Zwecke werden vorteilhaft die Wicklungen in ihrer geraden
Strecke mit Mika-Papier isoliert, das in der üblichen Weise in heißen Pressen geformt
wird; um eine nahtlose wasserdichte Isolation zu ergeben. Die Isolation an den spiraligen
Endverbindungen hat dann so zu sein, daß, wenn sie erhitzt wird, sie in einem nahtlosen
Tragkörper geformt wird und dabei eine wasserfeste Verbindung mit der Mika-Isolation
ergibt und alle Spalten zwischen den Wicklungen, den Wicklungsstützen 2 und 3 und
dem Statorrahmen xo ausfüllt.
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Beispielsweise eignet sich als Isolation eine Verbindung von dem handelsüblichen
sogenannten Empire Tape mit vulkanisierbarem Gummi von beträchtlicher Dicke. Wenn
die Wicklungen alle in Stellung gebracht sind, werden die Kühlelemente mit Dampf
erwärmt, der eine genügend hohe Temperatur hat, um den Gummi zu vulkanisieren und
damit eine wasserundurchdringliche Isolationsmasse um die Wicklungen zwischen diesen
und ihren Stützen herzustellen.
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Diese Art der Herstellung schützt auch gegen Vibrationen der verschiedenen
Leiter und ergibt ein zusätzliches Stützmaterial zwischen diesen und ihren Wicklungsstützen
2 und 3.
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Als Material für die Wicklungsstützen selbst wurde Kanonenmetall oder
Messing genannt, doch sollen dies nur beispielsweise Angaben sein, es kann auch
jedes andere geeignete Material gebraucht werden. Ebenso kann die Kühlflüssigkeit
statt aus Wasser auch aus einer anderen geeigneten Flüssigkeit bestehen.
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Der Deutlichkeit halber sind Entlüftungsrohre nicht gezeichnet worden,
aber diese sind an den Zwischenräumen für die Kühlflüssigkeit in jeder hohlen Wicklungsstütze
anzubringen.