DE3613039A1 - Laeufer einer dynamoelektrischen maschine, insbesondere turbogenerator-laeufer mit supraleitender erregerwicklung, und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Läufer einer dynamo- elektrischen Maschine, insbesondere einen Turbogenerator- Läufer mit supraleitender Erregerwicklung, und mit je einem Wellenschenkel auf der Antriebsseite und auf der Erregerseite zur drehbaren Lagerung, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Läufer in der Form eines Turbogenerator-Läufers mit supraleitender Erregerwicklung ist durch die EP-PS 00 12 318 bekannt. Eine vorteilhafte Lagerung für einen solchen Turbogenerator-Läufer mit supraleitender Erregerwicklung ist in der CH-PS 6 48 162 dargestellt. Ein besonderes Problem bei bisher bekannten Läufern mit supraleitender Erregerwicklung ist das Einbringen bzw. das "Einwickeln" der einzelnen Lagen der Spulenwindungen in die vollständig innerhalb des Ballenteils des Nutkörpers angeordneten Nuten; es gibt dabei keine Wickelköpfe im herkömmlichen Sinne mehr. Vielmehr müssen die aus supraleitendem Material, z. B. einer Niob-Titan-Verbindung, bestehenden Erregerleiter der im folgenden abgekürzt als SL-Wicklung bezeichneten supraleitenden Erregerwicklung innerhalb des Ballenteils des Nutkörpers vollkommen und spielfrei eingebettet sein, obwohl sie zugleich von einem ihre Überflutung und Durchflutung mit den kryogenen Kühlmittel, insbesondere flüssigem Helium, gewährleistenden Kühlkanalsystem umgeben bzw. durchdrungen sind.

Der Einwickelvorgang stellt damit ein kompliziertes Verfahren dar, weil die von einer Vorratstrommel abgespulten Erregerleiter behutsam in die Nuten eingelegt werden und dabei jeweils mit entsprechenden Isolier- Formteilen fixiert werden müssen. Dabei muß man bedenken, daß die axial gerichteten Schenkel der einzelnen Windungen der SL-Wicklung in radialen Nuten angeordnet sind, d. h. die beiden Schenkel divergieren nach außen, und im Übergangsbereich von den axial gerichteten Schenkeln zu den tangential bzw. circumferential gerichteten Teilen der Spulenwindungen ergeben sich komplizierte, weil auf Raumkurven angeordnete, Übergänge von der axialen in die circumferentiale Richtung.

Zudem macht die zerspanende Bearbeitung des Läuferkörpers große Schwierigkeiten wegen der zähen Konsistenz des zu verwendenden tieftemperaturbeständigen Stahles; sie ist deshalb zeitaufwendiger als die Bearbeitung anderer gängiger Stähle, bei denen die Tieftemperaturbeständigkeit nicht gefordert wird. Kritisch ist insbesondere der Fräsvorgang der Nuten im Eckleiterbereich, wobei die Toleranzgrenzen im allgemeinen höchstens ±0,2 mm betragen dürfen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Läufer so auszubilden, daß unter Umgehung der geschilderten Schwierigkeiten

• - das Einfräsen von Wicklungsaufnahmenuten in einen Läuferkörper aus Stahl, insbesondere in einen solchen aus Tieftemperaturstahl, entfallen kann und
• - der komplizierte Vorgang des "Einwickelns" eines Wicklungsleiters, insbesondere eines solchen für eine SL- Wicklung, in die axial, tangential und - im Übergangsbereich - axial-tangential verlaufenden und eine entsprechende Nuttiefe aufweisenden Wicklungsaufnahmenunuten Lage für Lage von unten nach oben unter Beachtung der engtolerierten Nutbegrenzungen nicht mehr notwendig ist.

Eine Unteraufgabe besteht darin, den gattungsgemäßen Läufer so auszubilden, daß der auf den Nutkörper, also auf den die Nut-Zahn-Konfiguration und die darin befindliche Erregerwicklung aufweisenden Körper, aufgeschrumpfte Tragzylinder nicht mehr aus Tieftemperaturstahl besteht, sondern aus einem aufgebrachten Wickelzylinder aus faserverstärktem Kunststoff (im folgenden abgekürzt als FvK bezeichnet), und hierbei für eine geeignete Verbindung dieses Tragzylinders mit den zugehörigen Wellenschenkelteilen Sorge zu tragen.

Eine weitere Unteraufgabe besteht darin, den gattungsgemäßen Läufer so auszubilden, daß auch sein Außenzylinder, der bekanntlich einen mitrotierenden Kälteschild zusammen mit dem in seinem Inneren unter Zwischenschaltung eines Vakuumraumes angeordneten Wicklungsträger (= Nutkörper + Tragzylinder + Wellenschenkelteile) bildet, nicht mehr aus Stahl, sondern ebenfalls aus einer FvK-Wickelkonstruktion aufgebaut werden kann, wozu auch die beiden Wellenschenkel des Läufers gehören.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Läufer durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen, welche auch die Lösung der vorerwähnten Unteraufgaben zum Gegenstand haben, sind in den Unteransprüchen 2 bis 20 angegeben.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung des in den Ansprüchen 1 bis 20 definierten gegenständlichen Läufers, so wie es im Oberbegriff des Anspruches 21 gegeben ist. Durch dieses Verfahren ist die Aufgabe gelöst, zumindest den Nutkörper des Läufers einer dynamoelektrischen Maschine, insbesondere eines Turbogenerator- Läufers mit SL-Wicklung, so herzustellen, daß das Einfräsen von axialen, tangentialen und axial-tangentialen Nuten in den Außenumfang eines Läuferballens aus zähem, tieftemperaturbeständigem Material nicht erforderlich ist und darüber hinaus die Montage der einzelnen Windungslagen der SL-Wicklung wesentlich einfacher als bisher erfolgen kann. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens nach der Erfindung, so wie im Anspruch 21 angegeben, sind in den weiteren Verfahrens-Unteransprüchen 22 bis 26 enthalten.

Hier wie im folgenden wird unter FvK ein faserverstärkter Kunststoff verstanden, welcher entweder im Formpreßverfahren hergestellt ist oder aber sukzessive durch mehrmaliges Bewickeln mit Fasern oder Bändern und jeweiliges Einstreichen oder Tränken - gegebenenfalls im Vakuum - mit einem aushärtbaren Kunststoff als Wickelzylinder hergestellt wird. Als Verstärkungsfasern kommen insbesondere Glasfasern in Betracht (GFK = glasfaserverstärkter Kunststoff), oder Fasern aus Kohlenstoff (CVK = kohlefaserverstärkter Kunststoff) oder Aramidfasern (AFK = aramidfaserverstärkter Kunststoff). Als Harz kommt insbesondere ein Epoxidharz in Betracht, in welchen dann im fertigen Zustand die Armierungsfasern, vorzugsweise in Wirrstruktur, eingebettet sind, jedoch ist FvK nicht auf Harz-Härter-Systeme aus Epoxidharz beschränkt.

Im folgenden werden anhand der Zeichnung, in welcher vier Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt sind, der Läufer nach der Erfindung sowie das Verfahren zu seiner Herstellung noch näher erläutert. Darin zeigt unter Fortlassung der für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Teile:

Fig. 1 einen Läufer mit SL-Erregerwicklung mit lediglich angedeuteten Wellenschenkeln und Außenzylinder in einem Axialschnitt, bei dem im Rahmen eines ersten Ausführungsbeispiels (Beispiel I) in die Wicklungshalterung des Nutkörpers ein auf den hohlen Innenkern aus Stahl aufgebrachter FvK- Wickelzylinder integriert ist;

Fig. 2 einen achsnormalen Schnitt nach der Linie II-II durch den in Fig. 1 dargestellten Läufer;

Fig. 3 in einem Querschnitt entsprechend der Darstellungsweise nach Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel (Beispiel II), bei dem auf den hohlen Innenkern aus Stahl des dargestellten Läufers eine Nut-Zahn-Konfiguration, bestehend aus Polform- Spulenabstützteilen und Zwischen-Spulenabstützteilen, und die supraleitende Erregerwicklung selbst ohne Zwischenschaltung eines FvK- Wickelzylders aufgebracht und daran befestigt sind;

Fig. 4 die Einzelheit IV aus Fig. 3, vergrößert, d. h. einen Ausschnitt der Nut-Zahn-Konfiguration mit in den Aufnahmenuten befindlichen Teilspulen der Erregerwicklung;

Fig. 5 eine zum Beispiel II nach Fig. 3 und Fig. 4 gehörige Herstellungs-Zwischenstufe mit perspektivisch im Ausschnitt dargestellter Hohlwelle aus Stahl und einem daran befestigten Polform-Spulenabstützteil sowie sechs um dieses herumgewickelte Teilspulen der Erregerwicklung;

Fig. 6 perspektivisch und vergrößert herausgezeichnet das räumliche Gebilde eines Zwischen-Spulenabstützteiles für den Eckenbereich der Erregerwicklung im Rahmen von Beispiel II;

Fig. 7 ein drittes Ausführungsbeispiel (Beispiel III), bei dem der in Beispiel I und Beispiel II aus Stahl bestehende Tragzylinder durch einen FvK- Wickelzylinder ersetzt ist und bei dem dann besondere Vorkehrungen zur Verbindung der aus Stahl bestehenden Wellenschenkelteile mit diesem FvK- Tragzylinder getroffen sind. Diese Fig. 7 zeigt einen axialen Teilschnitt entsprechend der Darstellungsweise nach Fig. 1;

Fig. 8 die Einzelheit VIII aus Fig. 7, vergrößert, d. h., die Verbindung der Stahl-Wellenschenkelteile mit dem FvK-Tragzylinder mittels einer Verklammerung;

Fig. 9 ein viertes Ausführungsbeispiel (Beispiel IV), ebenfalls in einem Axialschnitt, bei dem der Aufbau des Nutkörpers im Prinzip so gestaltet ist wie beim Beispiel I oder III, bei dem jedoch nicht nur der Tragzylinder als FvK-Wickelkörper ausgebildet ist, sondern darüber hinausgehend die beiden Wellenschenkel des Läufers und der Außenzylinder in FvK-Wickelkörpertechnik aufgebaut sind, wobei es besonderer Kunstgriffe zur Ausbildung der inneren Vakuumräume und zur axial- sowie radial-zentrisch wärmebeweglichen Verbindung des erregerseitigen Wellenschenkels mit dem Außenzylinder bedarf;

Fig. 10 den Schnitt nach der Linie X-X aus Fig. 9, d. h., einen Querschnitt durch den Läuferkörper;

Fig. 11 die Einzelheit XI in Form eines sektorförmigen Ausschnitts aus Fig. 10, d. h., die Nut-Zahn-Konfiguration mit eingelegten Teilspulen der Erregerwicklung am Außenumfang des inneren FvK-Wickelzylinders und umgeben von den Schichten des äußeren Fvk-Wickelzylinders;

Fig. 12 die Einzelheit XII aus Fig. 9, vergrößert, d. h., die axial- und radial-zentrisch wärmebewegliche Verbindung des FvK-Wickelkörpers des erregerseitigen Wellenschenkels mit dem FvK-Wickelkörper des Außenzylinders und

Fig. 13 eine isometrische Darstellung eines Nutkörpers mit teilweise bewickeltem FvK-Hohlzylinder im Ausschnitt als ergänzende Darstellung zum Beispiel I nach Fig. 1 und 2.

Allgemeine Erläuterung gattungsgemäßer Merkmale anhand von Fig. 1 und 2 (Beispiel I).

Der Turbogenerator-Läufer R 1 (im folgenden abgekürzt als Läufer bezeichnet) gehört zu einem Turbogenerator mit supraleitender Erregerwicklung RW (im folgenden abgekürzt als SL-Wicklung bezeichnet), dessen stationäre Teile, da zum Verständnis der Erfindung nicht erforderlich, nicht dargestellt sind. Auf der Antriebsseite AS weist der Läufer R 1 einen als Ganzes mit WS 1 bezeichneten Wellenschenkel auf und auf der Erregerseite ES einen Wellenschenkel WS 2. Der Wellenschenkel WS 1 umfaßt den inneren Wellenschenkelteil ws 11 des Wicklungsträgers WT und den äußeren Wellenschenkelteil ws 12 des Außenzylinders AZ, der auf der Erregerseite ES angeordnete Wellenschenkel WS 2 umfaßt den inneren Wellenschenkelteil ws 21 des Wicklungsträgers WT un den äußeren Wellenschenkelteil ws 22 des Außenzylinders AZ, welch letzterer als äußerer Läuferkörper unter Zwischenschaltung von Hochvakuum- Räumen 100 als mitrotierendes Kälteschild den Wicklungsträger WT umgibt sowie mit diesem drehmoment-übertragend und unter wechselweiser axial- sowie radialzentrisch wärmebeweglicher Lagerung verbunden ist. Diese Verbindung wie auch die zugehörigen Lager des Läufers R 1 sind in Fig. 1 und 2 wie auch in den weiteren Beispielen als nicht zur Erfindung gehörig nicht dargestellt; es kann aber eine Ausführung vorgesehen sein, wie sie grundsätzlich in der schon erwähnten CH-PS 6 48 162 beschrieben ist. Dabei können die beiden Wellenschenkelteile ws 11 und ws 12 baulich zu einem einzigen Wellenschenkel WS 1 vereinigt sein, wogegen der Wellenschenkel WS 2 auf der Erregerseite ES in seiner dargestellten aufgeteilten Form mit je einem getrennten Wellenlager für die beiden Wellenschenkelteile ws 21 und ws 22 versehen ist.

Der auf Tieftemperatur gekühlte Wicklungsträger WT besteht aus den folgenden Hauptkomponenten:

• a) Dem hohlzylindrischen Nutkörper NK, welcher an seinem Außenumfang mit den axial, tangential und axial-tangential verlaufenden Wicklungsaufnahmenuten 200 (im folgenden abgekürzt: Nuten 200) und der in diesen eingebetteten SL-Wicklung versehen ist;
• b) Mitteln zur Kühlung der SL-Wicklung RW mit einem kryogenen Kühlmittel, insbesondere Helium, bestehend aus einem die SL-Wicklung RW mit dem Kühlmittel umspülenden Kühlkanalsystem K mit radialen, axialen und tangentialen Kühlkanälen k 1, k 2 und k 3, vergleiche insbesondere Fig. 2, woraus die von der vom zentralen Hohlraum 300 (Rotorbohrung) des Nutkörpers NK zu nutgrundseitigen Axialkanälen k 2 sich erstreckenden Radialkanäle k 1 erkennbar sind, ferner sind an den Spulenseiten der oberen Polspule rw 1 der SL-Wicklung RW nutgrundseitige und nutkopfseitige Tangentialkanäle k 3 angedeutet. Die Kanäle k 2 und k 3 sind aus Fig. 1 nicht erkennbar. Von einem schematisch angedeuteten externen stationären Kühlmittelversorgungssystem KM erfolgt über die Zufuhr-Leitungsanordnung km 1 und einen Kühlmittelanschlußkopf, von dem lediglich schematisch zwei konzentrische Rohrleitungen r 11 (auf größerem Durchmesser liegende äußere Rohrleitung) und r 12 (auf kleinerem Durchmesser liegende innere Rohrleitung) dargestellt sind, die Zufuhr des flüssigen Heliums gemäß Strömungspfeilen h 1 über den Ringraum, der sich zwischen dem Innenumfang des Hohlraums 300 und etwa dem Außenumfang der äußeren Rohrleitung r 11 ergibt. Es bildet sich ein angeschleuderter Flüssigkeitsring Hel aus flüssigem Helium am Innenumfang des Hohlraums 300 aus (gestrichelt angedeutet), won dem Teilströme aufgrund der Pumpwirkung des umlaufenden Rotors R 1 in das Kühkanalsystem K der SL-Wicklung gedrückt werden und dementsprechend die SL-Wcklung kühlen. Das aufgewärmte Helium kann durch radiale Kühlkanäle, deren Mündungen auf kleinerem Durchmesser liegen als diejenigen der dargestellten radialen Kühlkanäle k 1 in teilweise gasförmiger Phase und deshalb spezifisch leichter zu dem sich im Inneren des Flüssigkeitsringes Hel ausbildenden Hohlraum zurückströmen, in dem sich ein Zweiphasengemisch aus flüssigem und gasförmigem Helium befindet. Von hier kann das aufgewärmte Helium über die innere Rohrleitung r 12 wieder zum Kühlmittelanschlußkopf und von dort über die Abfuhrleitungsanordnung km 2 zum Kühlmittelversorgungssystem KM zurückgefördert werden. Es ist gemäß Strömungspfeilen h 2 auch möglich, das aufgewärmte Helium vom Außenumfang der SL-Wicklung zurückzuführen und zwar z. B. durch den Ringspalt 4 zwischen Außenumfang der Hohlkörper 2 und Innenumfang des inneren Wellenschenkelteils ws 21, wobei mit 500 zentrierende Abstandshalter zwischen den genannten Teilen 2 und ws 21 bezeichnet sind. Im übrigen kommt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf die Ausgestaltung des Kühlkreislaufes im einzelnen nicht an; dieser ist detailierter in der bereits erwähnten EP-PS 00 12 318, was das Rotorkühlsystem angeht, erläutert. Deshalb wird im Vorliegenden auch nicht auf die Kühlung des Rotors mittels Außenschleifen (Torque Tube) und die Anordnung sowie Kühlung der Erregerstromzuleitungen eingegangen;
• c) weiter besteht der Läufer R 1 aus einem den Nutkörper NK mit seinem Kühlkanalsystem K fliehkraftsicher und drehmomentfest umschließenden Tragzylinder TZ aus einem zäh-elastischen Tieftemperaturstahl mit den an diesen anschließenden, schon erwähnten Wellenschenkelteilen ws 11 auf der Antriebsseite AS und ws 21 auf der Erregerseite ES. Die mechanische Verbindung zwischen den beiden Wellenschenkelteilen ws 11 und ws 21 mit dem Tragzylinder erfolgt mittels kräftiger Flanschschrauben, wie bei 600 schematisch angedeutet.

Nähere Erläuterung des Beispiels I gemäß Fig. 1, 2 und 13

Der Hohlkörper 1 ist erfindungsgemäß als zylindrischer Innenkern aus Stahl ausgebildet, auf den ein FvK-Hohlzylinder 3 aufgebracht ist, dessen Mantelflächen mit dem Durchmesser D ₁ die zylindrische Basis für den Aufbau der supraleitenden Erregerspulen bildet. Unter Innenkern 1 wird derjenige Teil der Hohlwelle 2 verstanden, auf dessen axialer Länge sich der FvK-Hohlzylinder 3 befindet. Am antriebsseitigen Ende ist der Innenkern 1 durch einen verstärkten Boden 1.0 verschlossen. Zur Erregerseite ES hin setzt sich der Innenkern 1 als dünnwandige Hohlwelle 2 fort. Der als konzentrische Bohrung innerhalb der Hohlwelle 2 ausgeführte Hohlraum 300 dient, wie bereits erläutert, zur Aufnahme des nur mit seinen koaxial und zentrisch angeordneten Rohrleitungen r 11, r 12 dargestellten Versorgungseinsatzes für Helium und die Zuführung des Erregerstromes sowie zugehöriger Kühleinrichtungen. Darüber hinaus dient die Hohlwelle 2 zur Lagerung des Innenkerns 1 auf einer (nicht dargestellten) Wickelmaschine. Auf der Antriebsseite AS ist die strichpunktiert angedeutete Hilfswelle 4 zur Lagerung des Innenkerns an der Wickelmaschine vorgesehen. Der Innenkern 1 ist mit der Hilfswelle 4, z. B. über ein Gewinde 4.1, lösbar verbunden.

Der FvK-Hohlzylinder kann ein vorgefertigter Formkörper sein, dessen Armierungsfasern in Wirrstruktur oder aber spiralig angeordnet sind und der mit axial sich erstreckenden Vorsprüngen und Ausnehmungen an seinem Innenumfang in entsprechende axial gerichtete Ausnehmungen und Vorsprünge am Außenumfang des Innenkerns 1 axial aufgeschoben und in dieser Position arretiert wird, wobei ein Schrumpfsitz durch Vorwärmen des Hohlzylinders 3 und/oder ein Unterkühlen des Innenkerns 1 bzw. der Hohlwelle 2 erreicht werden kann. Fertigungstechnisch noch günstiger ist es jedoch, den FvK-Hohlzylinder unter Benutzung der erwähnten Wickelmaschine lagenweise aus Bändern, welche die Armierungsfasern enthalten, zu wickeln und, nachdem die Rohform des Hohlzylinders 3 gewickelt ist, aus der Wickelmaschine herauszunehmen, in einer Vakuumtränkwanne mit dem Harz-Härter-System eines härtbaren mit den aufgebrachten Wickelbändern eine homogene Struktur ergebenden Tränkharz zu imprägnieren, diesen Rohling dann aus der Tränkwanne herauszunehmen und in einem Ofen fertig auszuhärten und schließlich nach Abkühlung den so vorgefertigten FvK-Hohlzylinder wieder drehbar zu lagern, z. B. in der zu diesem Zweck mit einem Drehantrieb versehenen Wickelmaschine, und darin den FvK-Hohlzylinder 3 auf den gewünschten Wickeldurchmesser D ₁ zu überdrehen.

Es kann zweckmäßig sein, den Außenumfang 1.1 des Innenkerns 1 durch Aufrauhen, durch Ausbildung einer Riffelung und/oder durch Verdrehsicherungsbolzen mit dem Innenumfang des FvK-Hohlzylinders zu verzahnen. Für die Riffelung würde eine radiale Tiefe bzw. Erstreckung der vorzugsweise axial gerichteten, im Querschnitt z. B. sägezahnförmigen Vorsprünge und Vertiefungen im Millimeterbereich genügen. Außerdem haben eine Verdrehsicherungsfunktion auch die kräftigen Stahlmuttern im 1, im 2 an den beiden Enden des hohlen Innenkerns 1, welche auf entsprechende Außengewinde des Innenkerns 1 aufgeschraubt sind, und mit konischen Flanken sowie zylindrischen Mantelflächen gegen entsprechende Gegenflächen an den beiden Stirnseiten des FvK-Hohlzylinders 3 zu dessen axialer Fixierung festgeschraubt sind. Das Gegenmoment, welches der Rotor R 1 in seinem Betriebszustand auf die Rotorwelle, deren Achse als Ganzes mit w bezeichnet ist, ausübt, ist dabei zweckmäßig in Festdrehrichtung der Stahlmuttern im 1, im 2 gerichtet.

In der vereinfachten Darstellung nach Fig. 1, Fig. 2 erkennt man sattelförmige Polform-Spulenabstützteile 5 im Bereich der Polzonen pz der beiden SL-Wicklungs-Spulen rw 1 (obere Spule) und rw 2 (untere Spule). Die Polachse ist mit p-p und die diese unter einem rechten Winkel kreuzende neutrale Achse dieses zweipoligen Läufers R 1 ist mit n-n bezeichnet (Fig. 2). Die Polform-Spulenabstützteile 5 haben einen kreisringsektorförmigen Querschnitt, ebenso die Zwischen-Spulenabstützteile 6 und 7 und die weiteren in der neutralen Achse n-n angeordneten Zwischen-Spulenabstützteile 5.0, welche in den keilförmigen Zwischenräumen zwischen den je einem Pol zugeordneten Spulenanordnungen rw 1, rw 2 angeordnet sind.

Wie man es aus der isometrischen Darstellung nach Fig. 13 in Verbindung mit Fig. 1 und Fig. 2 erkennt, sind in den FvK-Hohlzylinder 3 zur Aufnahme der Spulenabstützteile 5, 6, 7, 5.0 Nuten 9 a für die Polform-Spulenabstützteile 5, und Nuten 9 b für die Zwischen-Spulenabstützteile 6 und 7, ferner Nuten 9 c für die weiteren, in der neutralen Achse liegenden Zwischen-Spulenabstützteile 5.0 eingefräst. Da die einzelnen Spulen 12, 13, 14 axial und tangential (circumferential) verlaufende Spulenschenkel sowie im Eckbogenbereich zwischen diesen beiden Spulenschenkeln axial-tangential verlaufende Spulenteile aufweisen, so sind die Spulenabstützteile 5, 6, 7 mit ihren Flanken an diesen Verlauf angepaßt, und entsprechend weisen die zugehörigen Aufnahmenuten 9 a bzw. 9 b axial, tangential und - im Eckbogenbereich - axial-tangential verlaufende Nutflanken auf. Die Aufnahmenut 9 c für die in der neutralen Achse n-n angeordneten weiteren Zwischen-Spulenabstützteile 5.0 haben lediglich axial verlaufende Flanken. Die am Nutgrund angeordneten Sitzflächen der Nuten 9 a, 9 b, 9 c liegen auf Zylindermänteln, ebenso die Sitzflächen 200.0 der Spulenaufnahmenuten 200. Während die Polform- Spulenabstützteile 5 einstückig und sattelförmig sind, ist es aus Montagegründen erforderlich, die Zwischen- Spulenabstützteile 6 und 7 zu unterteilen, vergleiche insbesondere Fig. 13, und zwar in axial, tangential und axial-tangential verlaufende Spulenabstützteile 6.1, 6.2, 6.3 bzw. 7.1, 7.2, 7.3. Die auf Zylindermantelflächen liegenden Sitzflächen am Grunde der Aufnahmenuten 9 a, 9 b, 9 c und der Wicklungsaufnahmenut 200 saind mit 9 a 0, 9 b 0, 9 c 0 bzw. 200.0 bezeichnet. In Fig. 13 ist die Axialprojektion der Aufnahmenuten 9 a, 9 b, 9 c für die Spulenabstützteile 5, 6, 7, 5.0 gestrichelt auf der ringscheibenförmigen Endplatte 8 eingezeichent, welch letztere noch erläutert wird. In die Zwickelräume 9 d, welche jeweils zwischen der äußersten Spule 14, der Endplatte 8 und dem Spulenabstützteil 5.0 freibleiben, werden entsprechend geformte Füllstücke 10 aus FvK eingefügt.

Nach dem Einfräsen der geschilderten Aufnahmenuten 9 a, 9 b, 9 c werden im Bereich der Spulenauflageflächen (Spulensitzflächen) 200.0 die schon erwähnten radialen Kühlbohrungen k 1 zur Versorgung der Spulen 12 bis 14 bzw. rw 1, rw 2 mit flüssigem Helium vorgesehen. Als nächstes werden die Polform-Spulenabstützteile 5 im Zylinderbogenbereich der beiden Polzonen auf ihre Sitzflächen 9 a 0 am Außenumfang des FvK-Hohlzylinders 3 aufgebracht und in dieser Position, z. B. mittels radial orientierter FvK- Dübel 11, verdübelt. Zusätzlich kann die konkave Unterseite der Spulenabstützteile 5 mit den Sitzflächen 9 a 0 jeweils durch Verkleben verbunden sein, ferner ist es möglich zusätzlich zur oder anstelle der Verklebung eine Verzahnung vorzusehen, z. B. durch ineinandergreifende Riffelungen, durch Aufrauhen und/oder durch axial orientierte Verdrehsicherungsbolzen, welche in entsprechende axial orientierte Verdrehsicherungsbohrungen im Bereich der Grenzflächen zwischen Hohlzylinder 3 und Spulenabstützteil 5 vorgesehen werden.

Nach dem Aufbringen der Polform-Spulenabstützteile 5 erfolgt das Wickeln der ersten Spule 12 um jene herum, Lage für Lage (die einzelnen Lagen sind in Fig. 1, 2 und 13 der Einfachheithalber nicht dargestellt). Erst nach dem Fertigstellen der ersten Spule 12 werden die Zwischen-Spulenabstützteile 6, und zwar im einzelnen 6.1 bis 6.3, montiert und verdübelt. Unter Anlage an den montierten Zwischen-Spulenabstützteilen 6 wird nunmehr die zweite Spule 13 gewickelt. In gleicher Weise wird in der Folge mit den Abstützteilen 7, und zwar im einzelnen 7.1, 7.2 und 7.3, und der auf den Außenumfang dieser Abstützteile aufzubringenden Spule 14 verfahren. Die einzelnen Spulen bzw. Windungen werden mit Vorspannung aufgewickelt und radial mit nicht dargestellten Fixiervorrichtungen festgehalten. Der fertig auf dem Pluspol und Minuspol mit den beiden Spulen rw 1 und rw 2 bewickelte Nutkörper NK erhält Nutkopfleisten 15 (Fig. 1 und 2) und die schon erwähnten ringscheibenförmigen Endplatten 8 aus Isoliermaterial, insbesondere auch aus FvK, sowie Abschlußringe 16 aus Stahl zur axialen Wicklungsbegrenzung und -Fixierung. Die Befestigung der Abschlußringe 16 kann durch Aufschrauben auf ein entsprechendes Außengewinde am FvK-Hohlzylinder erfolgen, und ihre Verdrehsicherung durch Einfügen von radialen Verdrehsicherungsbolzen (nicht dargestellt). Zusammen mit seinen Spulenfixiervorrichtungen wird der so gebildete Nutkörper NK in eine Vakuumtränkwanne eingebracht und unter Vakuum von möglichen Lufteinschlüssen befreit sowie dann mit dem Tränkharz überflutet. Nach Beendigung des Tränkvorganges und dem Abtropfen wird der so gebildete Nutkörper-Rohling in einem Ofen auf Aushärttemperatur gebracht, derart, daß die Kunstharz-Isolierung seiner Erregerwicklung RW ausgehärtet wird und sich eine innige Verbindung zwischen dieser Isolierung sowie den Abstützteilen und dem FvK-Hohlzylinder ergibt, ohne daß sich die axialen, radialen und tangentialen Kühlkanäle k 1 bis k 3 der Wicklung RWzusetzen können. Letztere können zu diesem Zweck mit entsprechendem demontierbaren oder außschmelzbarem Füllmaterial ausgefüllt sein. If ≦λτalle des ausschmelzbaren Füllmaterials muß dessen Schmelzpunkt höher liegen als die Aushärtetemperatur im Ofen.

Nach dem Vakuumtränk- und Aushärtevorgang der Wicklung und nach der Demontage der Wicklungsfixiervorrichtungen wird der gewünschte Durchmesser D ₂ (vergleiche Fig. 1) auf Maß gedreht. Danach wird ein wärmebeständiger hohlzylindrischer Isolationsmantel 17, vorzugsweise ebenfalls in FvK-Wickeltechnik, aufgebracht, und nachdem letzterer getränkt und ausgehärtet ist, wird der komplette Nutkörper NK auf den Fertigdurchmesser D ₃ überdreht. Zuletzt wird auf den fertigen Nutkörper NK der Tragzylinder TZ aus Stahl aufgeschrumpft.

Während der vorerwähnten Verfahrensschritte war die Hilfswelle 4 in den Boden 1.0 des Innenkerns 1 (so wie in Fig. 1 dargestellt) eingeschraubt; sie kann nun demontiert werden, und jetzt können an den fertig bearbeiteten Enden des Tragzylinders TZ, jmt lg nmko ptylgga, qmt AS- und ES-Wellenschenkelteile ws 11 bzw. ws 21 angeflanscht werden. Der fertige Läufer R 1 wird, wie bereits eingangs erläutert, von dem in Fig. 1 nur angedeuteten Außenzylinder AZ aus Stahl mit einem integrierten elektrischen Dämpfer az 1, z. B. aus Kupfer bestehend, umschlossen. Diese Ausführung eines Außenzylinders AZ mit Dämpfermantel az 1 entspricht einer nach heutigem Stand bekannten Technik.

Der schon erwähnte Hochvakuumraum 100 zwischen dem Wicklungsträger WT (innerer Läufer) und dem Außenzylinder AZ dient als thermische Isolation. Die in den Fig. 1, 2 und 13 dargestellte, als Ganzes mit WF 1 bezeichnete Wicklungshalterung ist am Außenumfang des FvK-Hohlzylinders 3 angeordnet und, wie erläutert, fliehkraftsicher und drehmomentfest; sie umfaßt außer der SL-Wicklung RW bzw. den einzelnen Spulen 12 bis 14 der beiden Polspulenanordnungen rw 1 und rw 2 die an diesen anliegenden bzw. diese aufnehmenden Spulenabstützteilen 5 bis 7, 5.0, 10, 8, wodurch eine Nut-Zahn-Konfiguration mit eingebetteter SL-Wicklung RW gebildet ist, deren kreiszylindrische Außenkontur zum Innenumfang des aufgeschrumpften Tragzylinders TZ hin durch den Isolierzylinder 17 abgedeckt ist, welch letzterer axial durch die Ringschultern 16.1 der Abschlußringe 16 gegen axiale Verschiebung gesichert ist.

In Fig. 1, 2 und 13 wurden die radialen, axialen und tangentialen Kühlkanäle k 1, k 2 und k 3, welche die Spulenschenkel umgeben bzw. diese durchdringen nicht im Detail erläutert; dies geschieht im folgenden noch anhand der Beispiele II und IV.

Beispiel II gemäß Fig. 3 bis 6: Wicklungshalterung WF 2 ohne Zwischenschaltung eines FvK-Hohlzylinders 3 direkt auf Innenkern 1 aufgebracht.

Dieses Beispiel II unterscheidet sich vom Beispiel I zunächst dadurch, daß die Sitzflächen 9 a 0 für die Polform- Spulenabstützteile 5, die Sitzflächen 9 b 0 für die hier als Ganzes mit A 1 und im einzelnen mit A 11 bis A 19 bezeichneten Zwischen-Spulenabstützteile und die Sitzflächen 9 c 0 für die weiteren Zwischen-Spulenabstützteile 5.0, die in der neutralen Achse angeordnet sind, am Außenumfang des Innenkernes 1 aus Stahl sitzen und nicht am Außenumfang eines zwischen diesem Innenkern 1 und der Wicklungshalterung angeordneten FvK-Hohlzylinders. Gleiche Bauteile dieses Beispiels II sind, soweit als möglich mit den gleichen Bezugszeichen wie im Beispiel I bezeichnet. Es wird deshalb auf Aufbau und Herstellung des Rotors R 2 nach diesem Beispiel II nur insoweit eingegangen, als abweichende Merkmale bezüglich des Beispiels I bestehen.

Die ebenfalls sattelförmigen, in ihrem Querschnitt ähnlich dem Beispiel I kreisringsektorförmigen Polform-Spulenabstützteile 5 sind nun direkt auf den Außenumfang des Innenkerns 1 mittels der FvK-Bolzen 11 aufgeschraubt; zwischen ihrer Unterseite und dem Außenumfang des Innenkerns 1 kann wieder eine Verzahnung (durch Aufrauhen, Riffeln od. dgl.) zusätzlich angeordnet sein. Pro Pol sind in diesem Beispiel zehn Einzelspulen A 00 bis A 09 sukzessive mit der Einzelspule A 0 beginnend konzentrisch um den jeweiligen Spulenabstützteil herumgewickelt, wobei nach Wickeln der ersten Einzelspule A 00 die erste Lage A 11 der Zwischen-Spulenabstützteile A 1 aufgelegt wird; um diese entsprechend dem ersten Beispiel aus axial, tangential und im Eckbogenbereich aus axial-tangential verlaufenden Abstützteilen bestehende Lage wird dann die zweite Einzelspule A 01 gewickelt und so fort bis zur letzten Einzelspule A 09, und zwischen die einander gegenüberliegenden Lagen werden dann noch im Querschnitt die keilförmigen Zwischen-Spulenabstützteile 5.0 (Bereich der neutralen Achse n-n) eingefügt.

Aus Fig. 4 erkennt man, daß die Polform-Spulenabstützteile 5 im radial außen liegenden Bereich ihrer Seitenflanken mit tangential vorspringenden Überhängen 5.1 versehen sind und daß auch die Zwischen-Spulenabstützteile A 1 (dargestellt sind die Teile A 11 bis A 14) im radial außen liegenden Bereich ihrer äußeren Seitenflanken mit tangential vorspringenden Überhängen 18 versehen sind. Durch die Überhänge 5.1 und 18, die einander gegenüberliegenden Seitenflanken 19-20 bzw. 21-20 und durch Nutgrund- Isolierteile 22 werden die vier Seiten der Wicklungsaufnahmenuten 200 begrenzt, innerhalb welcher die Spulenwindungen A 0 bzw. die Spuleneinzelwindungen A 00 bis A 09 angeordnet sind. Zwischen den Seitenflanken 19, 20 bzw. 21, 20 und den Einzelspulen A 00, A 01 usw. bleiben jeweils radial verlaufende Kühlkanäle frei, welche über schräg verlaufende Verbindungskanäle k 5 in den Überhängen 5.1 bzw. 18 mit axial gerichteten Nutkopf-Verteilerkanälen k 22 kommunizieren und welche über - ebenso wie die Verbindungskanäle k 5 - schräg aufwärts gerichtete Verbindungskanäle k 4 in den Nutengrund-Isolierteilen 22 mit ebenfalls axial gerichteten Nutgrund-Verteilerkanälen k 21 für das Kühlmittel kommunizieren. Die radialen Kühlkanäle k 12, k 13 sind gleichmäßig über die axiale, tangentiale und axial-tangentiale Länge der Einzelspulen verteilt; sie bilden einen Kühlkanalraster, der durch weitere Kühlkanäle, welche notwendigerweise nicht radial verlaufen müssen, ergänzt werden kann, so daß die Einzelspulen und ihre Teilleiter a 0 vom Kühlmittel intensiv umspült werden.

Aus Fig. 3 und Fig. 4 sind noch tangentiale Sammelkanäle k 31 ersichtlich, welche in den Außenumfang des Innenkerns eingefräst sind und über die Radialkanäle k 1 mit flüssigem Helium versorgt werden. Sie führen dann über die axialen Nutgrund-Verteilerkanäle k 21, welche durch Aussparungen in den Nutengrund-Isolierteilen 22 und den Zwischen- Spulenabstützteilen A 1 gebildet werden das Kühlmittel den radialen Wicklungskühlkanälen k 13 auf der Seite der Flanke 20 direkt und den radialen Wicklungskühlkanälen k 12 auf den Seiten der Flanken 19 bzw. 21 über die Verbindungskanäle k 4 zu. Die Nutengrund-Isolierteile 22 weisen die radial orientierten Sitzflächen 200.0 auf und sind vergleichbar mit den zwischen den Nuten 9 a und 9 b bzw. zwischen den Nuten 9 b-9 b stehenbleibenden, im Querschnitt trapezförmigen Stegen nach dem ersten Beispiel, wobei diese Stege ebenfalls die radial orientierten Sitzflächen 200.0 für die Wicklungsspulen 12 bis 14 aufweisen. Die Überhänge 5.1 bzw. 18 nach Beispiel II entsprechen in ihrer Funktion den Nutkopfleisten 15 nach dem Beispiel I. Der Unterschied besteht darin, daß durch diese Ausführung nach Beispiel II die Spulenabstützteile mit den Nutkopfleisten jeweils einstückig sind.

Fig. 5 zeigt in einer ähnlich perspektivischen und schematischen Darstellung wie Fig. 13 den Innenkern 1 aus Stahl, versehen mit einem demontabel eingeschraubten oder aber angeformten Wellenschenkelteil 23 und ferner versehen mit einem Polform-Spulenabstützteil 5, um welchen bereits ein Teil der Einzelspulen, und zwar A 00 bis A 05 und die zugehörige Zwischen-Spulenabstützteile A 12 bis A 16 herumgruppiert sind (die Eizelspulen A 00 bis A 05 sind verdeckt). Anhand des Zwischen-Spulenabstützteils A 11 ist gezeigt, daß dieses in axiale Abstützteile A 11 a, in tangentiale Abstützteile A 11 b und in Eckbogenbereich-Abstützteile A 11 c unterteilt ist.

Fig. 6 zeigt einen einzelnen Eckbogenbereich-Spulenabstützteil, zum Beispiel A 11 c, der eine verhältnismäßig komplizierte Raumform aufweist. Der Vorteil ist, daß, abgesehen vom Wicklungsanfang und -ende der jeweiligen Polspule, die Eckbogenbereich-Spulenabstützteile, die man generell mit A 1 c bezeichnen kann wegen der gleichen Krümmungsradien auch gleichartig zueinander ausgebildet werden können. Dagegen ändert sich die axiale bzw. tangentiale Länge der axialen und tangentialen Zwischen- Spulenabstützteile A 11 a (bzw. generell A 1 a) und A 11 b (bzw. generell A 1 b), wenn man die Darstellung nach Fig. 5 betrachtet. Für einen Nutkörper sind dann aber im allgemeinen jeweils vier axiale Zwischen-Spulenabstützteile A 1 a und vier tangentiale Zwischen-Spulenabstützteile A 1 b zueinander gleichartig. Die Polform- und die Zwischen- Spulenabstützteile werden als Formpreßteile, insbesondere aus FvK, vorgefertigt, wie bereits angedeutet.

Beispiel III gemäß Fig. 7 und Fig. 8: Läufer R 3 mit in eine Nut-Zahn-Konfiguration aus FvK eingebetteter SL- Wicklung und einem FvK-Tragzylinder.

Der Nutkörper NK ist dabei bevorzugt so aufgebaut wie der Nutkörper NK nach dem Beispiel I, wenn auch grundsätzlich ein Aufbau wie nach dem Beispiel II möglich wäre. Bezüglich Aufbau und Herstellungsschritten wird deshalb auf das im Zusammenhang mit Beispiel I Ausgeführte verwiesen.

Der Tragzylinder TZ 1 wird in diesem Beispiel aus FvK hergestellt. Die Temperatur der aus Stahl hergestellten Wellenschenkelteile ws 11 und ws 21 auf der Antriebs- und auf der Erreger-Seite AS, ES beträgt im Betrieb ca. 340 K. Über die Länge L wird diese Temperatur im Tragzylinder TZ 1 aus FvK von 340 K auf ca. 5 K abgebaut. Im Vergleich zu einem Tragzylinder TZ aus Stahl (Fig. 1 bis 3) weist der FvK-Tragzylinder TZ 1 nach Fig. 7 folgende Vorteile auf:

• - Hoher Wärmewiderstand, trotzdem
• - hohe Biege- und Torsionsfestigkeit,
• - geringes Gewicht, geringe Beanspruchung durch Eigenfliehkräfte.

Der hohe Wärmewiderstand von FvK reduziert den Wärmefluß von außen in den Tieftemperaturbereich.

Die Kühlung des FvK-Tragzylinders TZ 1 mit kaltem Heliumgas kann bei entsprechender Zylinderlänge L ganz entfallen oder aber, wenn man Gaskühlung anwendet, ergibt sich im Vergleich zum Tragzylinder aus Stahl eine kürzere Baulänge L bzw. ein kleinerer Lagerabstand des Läufers R 3.

Der FvK-Tragzylinder TZ 1 wird als Band unter Vorspannung mit Hilfe einer Wickelmaschine in vielen Einzellagen aufgebracht. Anschließend wird der Tragzylinder TZ 1 samt dem bewickelten Innenkern einem Vakuumtränk- und Aushärteprozeß unterzogen. Zur Fertigung werden auf Antriebs- und Erregerseite AS und ES stopfenartig ausgebildete, strichpunktiert dargestellte Stützzylinder 24, 25 benötigt, die zur Erleichterung des Aufbaues nach dem Tränk- und Aushärteproezß aus einzelnen Segmenten bestehen. Zuletzt werden der Außendurchmesser und die Enden des Tragzylinders TZ 1 (nach dem Entfernen der Stützzylinder 24, 25) zur Aufnahme der Wellenschenkel ws 11, ws 12 bearbeitet.

Die Befestigung der Wellenschenkel ws 11 und ws 21 aus Stahl an dem Tragzylinder TZ 1 aus FvK kann mittels je einer Verklammerung 26 erfolgen. Diese besteht jeweils aus den mit Innen- und Außengewinde 27, 28 versehenen Tragzylinder-Enden, den mit einem Gewindehals 29.1 in das Tragzylinder-Innengewinde 27 einschraubbaren beiden Wellenschenkel-Flanschen 29, dem am Außenumfang der Wellenschenkel- Flansche 29 angeordneten Außengewinden 29.2 und aus dem mit einem Innengewinde 30.1 auf das Außengewinde 29.2 der Wellenschenkel-Flansche 29 und das Außengewinde 28 des FvK-Tragzylinders TZ 1 aufschraubbaren Spannringen 30 aus Stahl, wie es Fig. 8 zeigt. Dabei ist das Außengewinde 29.2 des jeweiligen Wellenschenkel-Flansches 29 koaxial und anschließend zum zugehörigen oder angrenzenden Außengewinde 28 des Tragzylinders TZ 1 ausgebildet. Der äußere Spannring 30 wird mit Schrumpf aufgebracht.

Zur Drehmomentaufnahme der Verklammerung 26 sind radiale Paßbolzen 31 aus Stahl vorgesehen, welche in radiale Paßbolzenbohrungen eingesetzt sind. Letztere erstrecken sich durch den Spannring 30 und den FvK-Tragzylinder TZ 1 hindurch bis in den Gewindehalt 29.1 des Wellenschenkel- Flansches 29 hinein. Die Paßbolzen 31 selbst sind versenkt angeordnet und werden durch in die Paßbolzenbohrungen 31.1 versenkt einschraubbare Verschlußschrauben 32 gegen Fliehkraftlockerung gesichert.

Der komplette Wicklungsträger WT nach Beispiel III wird entsprechend dem Beispiel I oder II vom Außenzylinder AZ und dem zwischen Außenzylinder und Wicklungsträger liegenden Hochvakuumraum 100 umschlossen und bildet so den kompletten Läufer R 3.

Beispiel IV gemäß den Fig. 9 bis 12: In den Hauptkomponenten ganz aus FvK gefertigter supraleiternder Generatorläufer.

Der Aufbau erfolgt wieder auf einem hohlen Innenkern aus unmagnetischem Tieftemperaturstahl, der auf der Erregerseite ES eine Rohrverlängerung 2 zur Aufnahme des nicht dargestellten Versorgungseinsatzes für Helium und den Erregerstrom aufweist. Auf der Antriebsseite AS dient wieder ein stabiles dickwandiges Rohr 4 und auf der Erregerseite ES die Rohrverlängerung 2 als Anker zur Aufnahme des Innenkerns 1 auf einer Wickelmaschine zum Aufbringen der einzelnen FvK-Wicklungslagen. Das Rohr 4 weist zur Axialverspannung im eingeschraubten Zustand seines Gewindehalses 4.2 einen Ringkragen 4.3 auf; es ist wieder in das Gewindesackloch 4.1 im Boden 1.0 des Innenkerns 1 demontabel eingeschraubt und dient als Hilfswellenschenkel. Der Innenkern 1 wird zuerst im elektrisch aktiven Bereich mit einem FvK-Wickel 3 versehen, der die Basis für den Aufbau der SL-Wicklung RW bildet, deren einzelne Spulen so wie in Fig. 1 mit 12, 13, 14 bezeichnet sind. Die Wicklungshalterung WF 4 gleicht also derjenigen WF 1 im Beispiel I.

Mit Hilfe von hier nicht gezeigten Haltevorrichtungen wird, wie anhand der Beispiele I bis III bereits erläutert, die SL-Wicklung RW aufgebaut. Dazu werden distanzierende FvK-Formstücke für die Spulenabstützteile 5, 6, 7, 5.0 (vergleiche auch Fig. 9 und Fig. 10) benötigt. Nach Aufbringen eines kräftigen, die SL-Wicklung RW axial begrenzenden FvK-Wickels 33 und 34 auf die zwecks axialer Fixierung des FvK-Hohlzylinders 3 auf die Enden des Innenkerns 1 aufgeschraubten Stahlmuttern im 1 und im 2 auf der Antriebs- und der Erregerseite AS, ES wird eine FvK- Bandage 17 mit Vorspannung über die Spulen der Wicklung RW gewickelt. Diese hält die SL-Wicklung RW in ihrer radialen Position fest. Im nächsten Arbeitsschritt wird der fertig bewickelte Nutkörper NK, den man auch als Läuferkern bezeichnen kann, vakuumgetränkt und anschließend bei erhöhter Temperatur, z. B. bei 250°C, im Ofen ausgehärtet.

Der ausgehärtete Läuferkern wird auf den Durchmesser D ₃ fertig gedreht. Danach wird mit leichtem Schrumpf ein dünnwandiger, aus einer Kupferlegierung hergestellter Dämpferzylinder 35 aufgeschrumpft. Die Schrumpftemperatur wird dabei so niedrig gewählt, daß die Supraleiter der SL-Wicklung RW und die FvK-Teile nicht beschädigt werden.

Fig. 10 zeigt einen Schnitt entlang der Linie X-X aus Fig. 9. Der Aufbau der SL-Wicklung RW auf den FvK-Wickelzylinder 3 mit den FvK-Spulenabstützteilen 5, 6, 7 und 5.0 zwischen den einander benachbarten Seiten der Einzelspulen 12, 13, 14 ist zu erkennen. Die Polformstücke 5 sind zur Momentenübertragung wieder mit FvK-Bolzen 11 am FvK-Wickelzylinder 3 befestigt. Die SL-Wicklung RW wird vom Dämpferzylinder 35 umschlossen, der die Wicklung gegen Wechselfelder abschirmt.

Fig. 11 zeigt einen Ausschnitt gemäß Detail XI aus Fig. 10, wobei zusätzlich zu Fig. 10 weitere Distanzstücke 36 zwischen den Leitersäulen 12.1, 12.1 bzw. 13.1, 13.1 bzw. 14.1, 14.1 einer Einzelspule 12, 13, 14 erkennbar sind. In den Stahlkern 1 und den FvK-Wickelzylinder 3 sind mit axialem und radialem Teilungsabstand radiale Bohrungen k 11 eingebracht, die die Zentralbohrung 300 mit unter der SL-Wicklung RW verlaufenden axialen Kanälen k 21 verbinden, welch letztere in den Außenumfang des FvK-Wickels 3 eingebracht sind. Mit gleiche axialer Teilung sind in den FvK-Wickelzylinder 3 an dessen Außenumfang sowie an dem durch die Spulenabstützteile 5, 6, 7, 5.0 und Nutkopfeinlagen 15.1 ausgebildeten Außenumfang Umfangsnuten k 31 bzw. k 32 eingestochen, so daß die Umfangsnuten k 31 die Radialkanäle k 11 und die Axialkanäle k 21 anschneiden. Analog dazu sind in die Spulenabstützteile 5 . . . 7 weitere axial verlaufende Kanäle k 22 und im Nutkopfbereich der Distanzstücke 36 - in Umfangsrichtung abwechselnd mit den Axialkanälen k 22 - Nutkopfaxialkanäle k 23 eingearbeitet. Die Axialkanäle k 21, k 22 sind über Radialbohrungen k 15 miteinander verbunden. Die SL-Wicklung RW wird über viele mit dem beschriebenen Teilungsabstand in den Distanzstücken angeordnete radiale Kühlkanäle k 14 direkt mit flüssigem Helium (LHe) gekühlt. Das somit aus axialen, radialen und tangentialen Kühlkanälen bestehende Verteilersystem ist mit LHe gefüllt. Die Kühlmittelströmung entsteht durch Thermosiphonwirkung, die bei Betrieb (n = 50 s^-1) durch das Fliehkraftfeld forciert wird, d. h. das flüssige, noch kalte Helium wird z. B. durch die Pumpwirkung des umlaufenden Läufers R 4 vom angeschleuderten LHe-Ring Hel durch die Radialkanäle k 11 und k 15 in das äußere Verteilerkanalnetz k 22-k 32-k 23 gefördert, überflutet die Wicklungsspulen in den Kanälen k 14, sich auf seinem Wege erwärmend und dadurch spezifisch leichter werdend, so daß es entgegengesetzt zur Fliehkraft über Kanäle k 31, k 21 und k 11 wieder in die Zentralbohrung 300 zurückgefördert werden kann.

Bevor der gesamte äußere Läuferkörper GZ durch Bewicklung mittels FvK-Lagen hergestellt werden kann, werden - siehe Fig. 9 - auf den Wellenteile der Hilfswelle 4 und der Rohrverlängerung 2 Hilfsformkörper 37 und 38 aus thermoplastischem Kunststoff aufgebracht, die für die folgende FvK-Bewicklung die Basis bilden. Durch Überdrehen der Hilfsformkörper 37, 38 wird die gewünschte Kontur hergestellt. Das thermoplastische Material der Körper 37, 38 wird nach dem Wickeln und Aushärten des äußeren Läuferkörpers GZ einschließlich Nutkörper bzw. Läuferkern NK bei höherer, jedoch für den Läufer R 4 unschädlicher Temperatur ausgeschmolzen. Mit dieser Technik können Hohlräume 37.0 und 38.0 erzeugt werden, die ihrer Funktion als Hochvakuum- oder Kühlmittelräume dienen.

Auf die Hilfsformkörper 37, 38 und den Nutkörper bzw. Läuferkern NK wird der äußere Läuferkörper GZ mit der AS-Kupplung 39 und den Wellenschenkeln WS 1, WS 2 schichtweise im Wickelverfahren aufgebracht. Die Kupplungspartie auf der Erregerseite ES ist mit 40 bezeichnet. Hierbei werden, wie z. B. beim Wickeln des Kupplungsflansches 40, hier nicht näher dargestellte Vorrichtungen zur seitlichen Begrenzung des Wickelraumes benutzt.

Der schichtweise Wicklungsaufbau des äußeren Läuferkörpers GZ endet zunächst bei der Durchmesserkontur D ₄ (Fig. 9 und 12). Danach wird die so gebildete Zylinderpartie TZ 2 des Läuferkörpers R 4, die in Analogie zu den bisherigen Beispielen auch als Tragzylinder bezeichnet wird, getränkt und ausgehärtet. Zur Ausbildung eines den Tieftemperaturkern umschließenden Hochvakuumraums 41.0, der die thermische Isolation der SL-Wicklung RW gegen den Außenraum bildet, müssen zuerst die Radialbohrungen 42.0, 43.0 mit thermoplastischem Kunststoff ausgefüllt werden, siehe Stopfen 42, 43, und muß ein Formzylinder 41 aus thermoplastischem Kunststoff auf die Basis der Durchmesserkontur D ₄ aufgebracht und auf den gewünschten Durchmesser D ₅ überdreht werden. Ohne das thermoplastische Material steht über die in den äußeren Läuferkörper GZ eingebrachten Radialbohrungen 42.0, 43.0 der Vakuumraum 37.0, 38.0 mit dem zylindrischen Vakuumraum 41.0 in Verbindung.

Der auf die Durchmesserkontur D ₅ des Formzylinders 41 aufgewickelte FvK-Außenzylinder AZ 2 umschließt den Hochvakuumraum und erreicht bei Betrieb eine Temperatur von ca. 340 K.

Zwischen dem auf ca. 4K liegenden Wicklungsträger WT, umfassend die Teile NK, 17, 35 und TZ 2, d. h. alles was innerhalb des Durchmessers D ₄ liegt, und dem gesamten Außenzylinder AZ 2 des Läufers R 4 treten große axiale Dehnungsdifferenzen auf, die nur durch besondere konstruktive Maßnahmen beherrscht werden können.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung erfolgt der axiale Dehnungsausgleich zwischen dem Wicklungsträger WT und dem Außenzylinder AZ 2 über eine auf der Erregerseite ES angeordnete Dehnungsmembrane 44 aus Stahl, Glasfaser- oder Kohlefasermaterial (siehe auch die Detaildarstellung nach Fig. 12). Die Dehnungsmembrane 44 hat eine etwa lampenschirmartige Gestalt; sie ermöglich eine axial- und radial- zentrisch wärmebewegliche Anlenkung des Außenzylinders AZ 2 an den erregerseitigen Wellenschenkel WS 2. Sie besteht aus einem auf größerem Durchmesser, nämlich dem Durchmesser D ₆, befindlichen Umfangswand 44 a, welche an ihrem Außenumfang - wie dargestellt - genutet ist, und einer auf kleinerem Durchmesser, nämlich dem Durchmesser D ₇, befindlichen Umfangswand 44 c, ebenfalls an ihrem Außenumfang genutet. Beide Umfangswände 44 a, 44 c sind durch eine achsnormale kreisringförmige Verbindungwand 44 b miteinander verbunden, so daß durch die Wandteile 44 a, 44 b eine Art Glocke gebildet wird. Bezeichnet man also die beiden Wandteile 44 a, 44 b als Glockenteil und den Wandteil 44 c als Halsteil, so sind Glocken- und Halsteil an ihrem Außenumfang mit Umfangsrillen und -Zähnen zwecks verzahnenden Eingriffs des noch erläuterten Wickelverbandes az 21 bzw. der FvK-Bandage 45 versehen.

Nach dem Fertigdrehen des Durchmessers D ₅ - vergleiche Fig. 9 und 12 - werden vorerst der innere Außenzylinderteil az 21 mit etwa seiner halben Dicke s 1, d. h. seine inneren Lagen az 21 a, aufgebracht, getränkt, ausgehärtet und auf Paßsitz-Durchmesser D ₆ überdreht. Zugleich wird der Wellenschenkel WS 2 auf den Paßsitz D 7 überdreht; der entsprechende Wellenschenkelteil wird mit ws 20 bezeichnet. Auf die Sitze mit den Durchmessern D ₆ und D ₇ wird die Dehnungsmembrane 44 geschrumpft. Danach werden die äußeren Lagen az 21 b des Außenzylinderteils az 21 mit der Dicke s 2 und die FvK-Bandage 45 aufgewickelt und ausgehärtet.

Nach Überdrehen des inneren Außenzylinderteils az 21 auf den Durchmesser D ₈ wird der Warmdämpfer 46, der aus einer Kupferlegierung besteht, aufgeschrumpft. Abschließend werden die FvK-Bandage az 22 als äußere FvK-Außenzylinderteil und die ES-Kupplung 40 (Fig. 9) aufgewickelt und in einem letzten Prozeß vakuumgetränkt und ausgehärtet.

An dem nun in allen Kunststoff-Komponenten fertigen Läufer wird bei einer Temperatur kleiner als 300°C der thermoplastisches Kunststoff 37, 38, 41, 42, 43 ausgeschmolzen. Durch Schrägstellung der Läuferachse sowie durch langsames Schwenken und Drehen kann die thermoplastische Masse über die Ringkanäle 47 und 48 auslaufen.

Nach Entfernen der Hilfswelle bzw. des Ankers 4 auf der Antriebsseite AS aus dem Innenkern 1 erfolgt die mechanische Bearbeitung der Läufer-Außenkontur sowie der Einbau eines hier nicht dargestellten Versorgungseinsatzes auf der Erregerseite ES für die Helium- und Erregerstromzu- und -abfuhr in die Bohrung 300 der Rohrverlängerung 2 (Fig. 9).

Zuletzt werden die FvK-Lagerstellen der Welle durch Metallbeschichtung lauftüchtig gemacht.

Mit dem teilweise oder ganz aus FvK hergestellten Generatorläufer mit SL-Wicklung gemäß vorstehend beschriebenen vier Ausführungsbeispielen I bis IV ergeben sich zusammenfassend gegenüber der konventionellen Stahl-Bauweise folgende Vorteile:

• - Sehr gute thermische Isolation. Die axialen Längen der Anschlußzylinder des Wicklungsträgers auf der Antriebs- und der Erregerseite AS und ES können optimal kurz bemessen werden. Damit werden sehr kurze Lagerabstände erreicht;
• - viele Schweiß-, Schraub- und Schrumpf-Verbindungen können entfallen, insbesondere bei einer Ausführung nach Beispiel IV;
• - ausgezeichnete Helium- und Vakuumdichtheit, keine Dichtungselemente erforderlich;
• - gute Laufstabilität durch kurze Bauweise. Vermeidung von langen Schrumpfverbindungen mit der Gefahr von Veränderungen im Laufverhalten;
• - Einwickeln der supraleitenden Spulen fertigungstechnisch einfach und unter Vorspannung möglich;
• - einfache Ausführung der für die Heliumführung und den Kraftschluß zwischen den Spulen notwendigen Stützelemente als Formpreßteile in FvK, die in wenigen Formen billig herstellbar sind;
• - keine elektrischen Isolationsprobleme, keine Erdschlußgefahr, und
• - im Vergleich zum Stahlläufer Gewichtsreduzierung auf ca. 1/3.

Claims (32)

1. Läufer einer dynamo-elektrischen Maschine, insbesondere Turbogenerator-Läufer mit supraleitender Erregerwicklung (RW) und mit je einem Wellenschenkel (WS 1) auf der Antriebsseite (AS) und WS 2) auf der Erregerseite (ES) zur drehbaren Lagerung, bestehend aus:

• - einem auf Tieftemperatur gekühlten Wicklungsträger (WT) mit den Hauptkomponenten
  • -- eines hohlzylindrischen Nutkörpers (NK), welcher an seinem Außenumfang mit den axial, tangential und axialtangential verlaufenden Nuten (200) und der in diesen eingebetteten Erregerwicklung (RW) versehen ist,
  • -- Mitteln zur Kühlung der Erregerwicklung (RW) mit einem kryogenen Kühlmittel, insbesondere Helium, bestehend aus einem die Erregerwicklung (RW) mit dem Kühlmittel umspülenden Kühlkanalsystem mit radialen, axialen und tangentialen Kühlkanälen, welches mit einem im Inneren des Nutkörpers (NK) und im Inneren zumindest des einen erregerseitigen Wellenschenkels (WS 2) angeordneten Kühlmittel-Zu- und -Abfuhrsystem einen Kühlkreislauf bildet,
  • -- einem den Nutkörper (NK) mit seinem Kühlkanalsystem fliehkraftsicher und drehmomentfest umschließenden Tragzylinder (TZ, TZ 1, TZ 2) mit an diesen anschließenden Wellenschenkelteilen (WS 11, WS 12; WS 1, WS 2) auf der Antriebsseite (AS) und der Erregerseite (ES)

und bestehend aus

• - einem äußeren Läuferkörper (AZ, AZ 2), welcher unter Zwischenschaltung von Hochvakuum-Räumen (100; 41.0) als mitrotierendes Kälteschild den Wicklungsträger (WT) umgibt sowie mit diesem drehmoment-übertragend und unter wechselweiser axial- sowie radial-zentrisch wärmebeweglicher Lagerung verbunden ist,

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
der Nutkörper (NK) ist zusammengesetzt aus:

• - einem hohlzylindrischen Innenkern (1) aus Stahl, dessen Innenraum zur Verbindung eines Kühlmittel-Versorgungseinsatzes mit dem Kühlkanalsystem der Erregerwicklung (RW) dient,
• - einer aus faserverstärktem Kunststoff (FvK) bestehenden und am Außenumfang des Innenkerns (1) fliehkraftsicher sowie drehmomentfest angeordneten und befestigten Wicklungshalterung (WF 1, WF 2, WF 3, WF 4), welche zumindest aus an den axial, tangential und axial-tangential verlaufenden Wicklungsspulen (12. . .14; A 0) der Erregerwicklung (RW) anliegenden und diese aufnehmenden Spulen-Abstützteilen (5, 6, 7, 8, 5.0; 11; 36, A 1) zur Bildung einer Nut-Zahn-Konfiguration aufgebaut ist und
• - der in diese Nut-Zahn-Konfiguration eingebetteten Erregerwicklung (RW) mit ihren Wicklungsspulen (12, 13, 14; A 0), wobei an der Nut-Zahn-Konfiguration sowie zwischen dieser und den Wicklungsspulen jeweils ein Raster von axialen, tangentialen und radialen Kühlkanälen zur Bildung des Kühlkanalsystems der Erregerwicklung (RW) freibleibt und wobei die Erregerwicklung (RW) zusammen mit der Nut-Zahn-Konfiguration eine kreiszylindrische Umfangslinie des Nutkörpers (NK) ergibt.

2. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen-Abstützteile (5, 6, 7, 5.0, 8, 11; A 1) der Nut-Zahn-Konfiguration als Preßteile aus härtbarer, faserverstärkter Harzpreßmasse hergestellt sind.

3. Läufer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut-Zahn-Konfiguration zumindest aus den folgenden Teilen besteht:

• - sattelförmigen Polform-Spulenabstützteile (5), angeordnet an Sitzflächen (9 a 0) des Innenkerns (1) oder eines auf diesen aufgebrachten Fvk-Zylinders (3) in den Polbereichen, um deren axial, tangential und axial- tangential verlaufende Seitenflanken die inneren Spulen (12; A 00) der Erregerwicklung (RW) herumgewickelt sind;
• - Zwischen-Spulenabstützteilen (6, 7, 5.0; A 11 . . . A 19), angeordnet an axial, tangential oder im Eckenbereich der Spulenwindungen - axial-tangential verlaufenden Sitzflächen (9 b 0) am Zylindermantel des Innenkerns (1) oder des FvK-Zylinders (3) in den Zwischenräumen zwischen einander benachbarten Einzelspulen (12, 13, 14; A 00 . . A 09) oder in den Zwischenräumen zwischen den je einem Pol zugeordneten Polspulen (rw 1, rw 2);
• - ringförmigen Endplattenanordnungen (16; 33), welche zumindest in ihrem an der Wicklung (RW) anliegenden Stirnseitenbereich aus Isoliermaterial, insbesondere faserverstärktem Kunststoff, bestehen und die Wicklung (RW) in axialer Richtung festlegen,
• - wobei die befestigten Spulenabstützteile (WF 1 . . . WF 4), einschließlich der Endplattenanordnungen (16; 33), mit dem Innenkern (1) und/oder mit dem FvK-Zylinder (3) mechanisch fest durch Verdübeln, Verschrauben und/oder Verkleben verbunden sind.

4. Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Wicklungshalterung (WF 2), welche unmittelbar auf den Innenkern (1) aufgebrachte Spulen-Abstützteile aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß Außenumfangsflächen des Innenkerns (1) und die an diesen anliegenden Innenumfangsflächen der Spulen-Abstützteile (5 . . . 8, 5.0; A 1), z. B. durch Aufrauhen, durch Ausbildung ineinandergreifender Riffelungen und/oder durch Verdrehsicherungsbolzen, drehmomentübertragend miteinander verzahnt sind.

5. Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Wicklungshalterung (WF 1, WF 3, WF 4), die einen auf den Innenkern (1) aufgebrachten FvK-Zylinder (3) und auf dessen Außenumfang aufgebrachte Spulenabstützteile (5 . . . 8, 5.0) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennflächen zwischen Innenkern (1) und FvK-Zylinder (3) und die Trennflächen zwischen FvK-Zylinder (3) und den Spulenabstützteilen (5 . . . 8, 80) drehmomentübertragend miteinander verzahnt sind.

6. Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Polform-Spulen-Abstützteile (5) im radial außenliegenden Bereich ihrer Seitenflanken mit tangential vorspringenden Überhängen (5.1) versehen und daß auch die Zwischen-Spulenabstützteile (A 11 . . . . A 19) im radial außenliegenden Bereich ihrer äußeren Seitenflanken mit tangential vorspringenden Überhängen (18) verseheen sind und daß durch die Überhänge (5.1, 18), die einander gegenüberliegenden Seitenflanken (19, 20), und durch Nutgrund-Isolierteile (22) Wicklungsaufnahmenuten (200) zur Aufnahme der Spulenwindungen (A 0; 12, 13, 14) begrenzt sind, welche über Verbindungskanäle (A 7) in den Überhängen (5.1) und (18) in den Nutengrund- Isolierteilen (22) mit Nutkopf- bzw. Nutgrundverteilerkanälen (k 22) bzw. (k 21) für das Kühlmittel kommunizieren, wobei zwischen den Begrenzungswänden (19, 20 bzw. 21, 20) der Wicklungsaufnahmenuten (200) und den darin gehaltenen Spulenseiten ein Raster von Wicklungskühlkanälen (k 12), umfassend zumindest radiale Wicklungskühlkanäle, zum Umspülen der Spulenseiten mit Kühlmittel vorgesehen ist.

7. Läufer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzflächen (9 a 0, 9 b 0) für die Spulenabstützteile (5, 6, 7, 5.0) am Grunde von axial und/oder tangential verlaufenden, in den FvK-Zylinder (3) eingearbeiteten Nuten (9 a, 9 b) angeordnet sind.

8. Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Nut-Zahn-Konfiguration eingebettete Erregerwicklung (RW) von mit Kühlkanälen des Kühlkanalsystems versehenen Nutkopfleisten (15, 15.1) abgedeckt ist, welche in die radial äußeren Bereiche der von den Spulenabstützteilen (5, 6, 7, 5.0, 3.6) gebildeten Wicklungsaufnahmenuten (200) eingefügt sind, daß in den Raster des Wicklungskühlkanalsystems (k 12, k 13; k 14) radiale Kühlkanäle (k 1, k 11) über ein System aus Nutgrund- Verteilerkanälen (k 2, k 21; k 3, k 31) münden, welche die Wand des Innenkerns (1) und den Fvk-Hohlzylinder (3) durchdringen, und daß auf den Außenumfang des Nutkörpers (NK) ein hohlzylindrischer Isolationsmantel (17) aufgebracht ist.

9. Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen den Nutkörper umhüllenden Tragzylinder (TZ) aus Stahl zur Fliehkraftabstützung der Wicklung (RW) und zur Verbindung des Nutkörpers (NK) mit den Wellenschenkelteilen (ws 11, ws 12) zwecks Bildung eines Wicklungsträgers (WT) (Fig. 1).

10. Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen den Nutkörper (NK) umhüllenden Tragzylinder (TZ 1) bzw. einem Innenzylinder aus faserverstärktem Kunststoff (FvK) zur Fliehkraftabstützung der Wicklung (RW) und zur Verbindung des Nutkörpers (NK) mit den AS- und ES-Wellenschenkelteilen (ws 11, ws 21; ws 1, ws 2) (Fig. 7, 8 bzw. Fig. 9 bis 12).

11. Läufer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß aus Stahl bestehende Wellenschenkel (ws 11, ws 21) mit dem FvK-Tragzylinder (23) mittels je einer Verklammerung (26) verbunden sind, bestehend aus den mit Innen- und Außengewinde (27, 28) versehenen Tragzylinder-Enden, den mit einem Gewindehals (29.1) in das Tragzylinder-Innengewinde (27) einschraubbaren beiden Wellenschenkel-Flanschen (29), dem am Außenumfang der Wellenschenkel-Flansche (29) angeordneten Außengewinden (29.2), welche koaxial und anschließend zum zugehörigen Außengewinde (28) des Tragzylinders (TZ 1) ausgebildet sind, und bestehend aus mit Innengewinde (30.1) auf das Außengewinde (29.2) der Wellenschenkel-Flansche (29) und das Außengewinde (28) des Fvk-Tragzylinders (TZ 1) aufschraubbaren Spannringen (30) aus Stahl (Fig. 8).

12. Läufer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehmomentaufnahme der Verklammerung (26) radiale Paßbolzen (31) aus Stahl in radiale Paßbolzenbohrungen eingesetzt sind, welch letztere sich durch den Spannring (30) und den Fvk-Tragzylinder (TZ 1) hindurch bis in den Gewindehals (24 a 1) hinein erstrecken (Fig. 8).

13. Läufer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Paßbolzen (31) durch in die Paßbolzenbohrungen versenkt einschraubbare Verschlußschrauben (32) gegen Fliehkraftlockerung gesichert sind (Fig. 8).

14. Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Nutkörper (NK) umhüllender Tragzylinder (TZ 2) der Fvk- Innenzylinder eines insgesamt als FvK-Wickelzylinder aufgebauten äußeren Läuferkörpers (GZ) ist, welcher mit gleichfalls im FvK-Wickelverfahren hergestellten hohlen Wellenschenkeln (WS 1, WS 2) integral ist, wobei im Innern der Wellenschenkel und in einem Zwischenraum zwischen dem FvK-Innenzylinder (TZ 2) und dem FvK-Außenzylinder (AZ 2) des äußeren Läuferkörpers (GZ) erste und zweite Hochvakuumräume (37.0, 38.0; 41.0) in Gestalt von Rotationskörpern eingeformt sind, welche den vom Wicklungsträger (WT) mit Isolationszylinder (17) und Dämpferzylinder (35) gebildeten Tieftemperaturkern des Läufers (R 4) von den außerhalb der Vakuumräume liegenden äußeren Läuferteilen (AZ 2) thermisch isolieren (Fig. 9).

15. Läufer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Hochvakuumräume (37.0, 38.0; 41.0) über radiale, den FvK-Innenzylinder (TZ 2) im Axialbereich außerhalb des Nutkörpers (NK) durchdringende Verbindungskanäle (42.0, 43.0) miteinander in Verbindung stehen (Fig. 9).

16. Läufer nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der mit nur einem Ende an den FvK-Innenzylinder (TZ 2) angewachsene FvK-Außenzylinder (AZ 2) mit seinem freien Ende über ein elastisch deformierbares, vakuumdichtes Verbindungselement in Form einer lampenschirmartigen Dehnungsmembrane (44) an den einen erregerseitigen Wellenschenkel (WS 2) axial-zentrisch wärmebeweglich angelenkt ist (Fig. 9, Fig. 12).

17. Läufer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsmembrane (44) mit der auf größerem Durchmesser befindlichen Umfangswand (44 a) ihres Glockenteils (44 a, 44 b) in den Wickelverband (az 21) des FvK-Außenzylinders (AZ 2) und mit ihrem auf kleinerem Durchmesser befindlichen Halsteil (44 c) in die FvK-Bandage (45) des Wellenschenkels (WS 2 eingewickelt ist (Fig. 12).

18. Läufer nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß Glocken- und Halsteil (44 a, 44 b, 44 c) zumindest an ihrem Außenumfang mit Umfangsrillen und -zähnen zwecks verzahnenden Eingriffs des Wickelverbandes (az 21 a) bzw. der FvK-Bandage (45) versehen sind (Fig. 12).

19. Läufer nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsmembrane (44) aus Stahl besteht.

20. Läufer nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsmembrane (44) aus zäh-elastischem Kunststoff, insbesondere aus dem gleichartigen faserverstärkten Kunststoff wie der an ihr angreifende Wickelverband (az 21) bzw. die FvK-Bandage (45), besteht.

21. Verfahren zur Herstellung des Läufers einer dynamoelektrischen Maschine, insbesondere eines Turbogenerator- Läufers mit supraleitender Erregerwicklung, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

• a) ein zwecks drehbarer Lagerung mit zwei Wellenschenkelteilen (2, 4; WS 10, WS 20; 101, 102) versehener hohler Innenkern (1; 100) aus Stahl wird in seinem zur Aufnahme der Erregerwicklung vorgesehenen Axialbereich und im Zylinderbogenbereich der Polzonen (pz) mit Sitzflächen (9 a 0) für Polform-Abstützteile (5) und im restlichen Zylinderbogenbereich beidseits der neutralen Achse (n-n) mit Sitzflächen (9 b 0, 9 c 0) für Zwischenspulensbstützteile (6, 7, 5.0; A 11 . . . A 19) versehen, wobei zwischen den einander benachbarten Sitzflächen (9 b 0, 9 c 0) der Zwischen-Spulenabstützteile (6, 7, 5.0) oder den Sitzflächen (9 b 0, 9 a 0) der Zwischen- Spulenabstützteile (6) und der Polform-Spulenabstützteile (5) radial orientierte Spulen-Sitzflächen (200.0) zum Einbringen der Erregerwicklung (RW, rw 1, rw 2) und zum Einfügen oder Anformen von Nutengrund-Isolierteilen freibleiben und wobei in die Wand des Innenkerns radiale, die Nutengrund-Isolierteile durchdringende Kühlbohrungen (k 1, k 11, k 12, k 4) zur Versorgung der Spulen (12 bis 14; A 0) der zu montierenden Erregerwicklung (RW) mit Kühlmittel eingebracht werden, und wobei schließlich in oder an dem Oberflächenbereich, der durch die Spulen-Sitzflächen (200.0) und die Sitzflächen (9 b 0, 9 c 0) für die Zwischenspulenabstützteile gebildet wird, Nutgrund- Verteilerkanäle (k 21; 37, 38), angeordnet oder eingebracht werden, welche mit den radialen Kühlbohrungen (k 1, k 11, k 12, k 4) kommunizieren;
• b) im Zylinderbogenbereich der Polzonen (pz) werden etwa sattelförmige Polform-Spulenabstützteile (5) auf ihre Sitzflächen (9 a 0) aufgebracht und daran befestigt;
• c) um die Polform-Spulenabstützteile (5) wird lagenweise die erste Spule (12; A 00) unter Vorspannung und unter Anlage an ihren Sitzflächen (200.0) und an den Seitenflanken des betreffenden Polform-Spulenabstützteiles (5) gewickelt und in Position gehalten, und hierauf werden erste Zwischen-Spulenabstützteile (6; A 11) unter Anlage an den Spulenaußenseiten auf ihre Sitzflächen (9 b 0) aufgebracht und daran fixiert;
• d) die zweite Spule (13; A 01) wird unter Anlage an den montierten ersten Zwischen-Spulenabstützteilen (6; A 11) gewickelt und in Position gehalten, hierauf werden die zweiten Zwischen-Spulenabstützteile (7, A 12) unter Anlage an den Außenseiten der zweiten Spule (13; A 01) montiert, u.s.f., bis sämtliche Spulenwindungen der Wicklung (RW) gewickelt sind und so ein auf dem Plus- und Minuspol bewickelter Nutkörper (NK) gebildet wird;
• e) die Außenseiten der Spulen (12-14; A 0) des fertig bewickelten Nutkörpers (NK) werden durch mit Nutkopfverteilerkanälen versehene Nutkopf-Isolierteile (15; 5.1, 18) abgedeckt, welche in die radial äußeren Bereiche der von den Polform- und Zwischen-Spulenabstützteilen (5, 6, 7; A 1) gebildeten Wicklungsaufnahmenuten (200) ragen oder eingefügt werden, und die Stirnseiten der Wicklung (RW) bzw. der äußeren Spule (14; A 19) werden durch ringförmige Endplattenanordnungen (8, 16) axial fixiert, welche zumindest in ihrem der Wicklung (RW) zugewandten Stirnseitenbereich aus Isoliermaterial bestehen;
• f) die Wicklung (RW) wird mit ihrem Nutkörper (NK) einem Vakuumtränk- und Aushärtprozeß unterzogen, und nach dem Aushärten und Abkühlen des Tränkharzes werden durch Drehbearbeitung o. dgl. des Nutkörpers (NK) im Axialbereich zwischen seinen beiden Endplattenanordnungen Sitzflächen auf definiertem Durchmesser D ₂) geschaffen, auf welche ein hohlzylindrischer Isolationsmantel (17) aufgebracht wird;
• g) der Nutkörper (NK) wird durch Aufbringen eines Tragzylinders (TZ, TZ 1, TZ 2) und durch Verbinden mit Wellenschenkelteilen (ws 11, ws 12; WS 1, WS 2) zu einem Wicklungsträger (WT) komplettiert;
• h) der Wicklungsträger (WT) wird mit einem ihn mit zumindest radialen Abstand unter Bildung eines Vakuumraumes (100; 41.0) umgebenden äußeren hohlzylindrischen Läuferkörper (AZ, AZ 2; 43) drehfest, jedoch radial- und axial-zentrisch-wärmebeweglich verbunden und so zum Trommelläufer mit den Wellenschenkeln (WS 1, WS 2), komplettiert.

22. Verfahren nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch die folgenden zusätzlichen Verfahrensschritte:

a1) der zwecks drehbarer Lagerung mit zwei Wellenschenkelteilen (2, 4) versehene hohle Innenkern (1) aus Stahl wird in einer Wickelmaschine drehbar gelagert und in seinem zur Aufnahme der Erregerwicklung vorgesehenen Axialbereich zunächst mit einer mehrlagigen Bewicklung aus faserverstärktem Kunststoff (FvK) versehen, so daß ein hohlzylindrischer Wickelkörper (3) entsteht;

a2) der Wickelkörper (3) wird in eine Tränkwanne o. dgl. eingebracht, darin evakuiert und mit aushärtbarem, mit dem FvK verträglichen bzw. in FvK einbaubarem Kunstharz getränkt und anschließend in einem Ofen ausgehärtet;

a3) die Einheit aus Innenkern (1) und Wickelkörper (3) wird entsprechend dem Maß der aufzubringenden Erregerwicklung (RW) und entsprechend dem Maß von Polform- und Zwischen-Spulenabstützteilen (5; 6, 7; 5.0), welche in die von den Spulenwindungen (12 . . . 14) nicht belegten Zwischenräume eingefügt oder in die Grenzräume am Außenumfang der Einheit angefügt werden, mit den sich in axialer und/oder tangentialer Richtung erstreckenden Sitzflächen (200.0, 9 a 0, 9 b 0, 9 c 0) versehen und dabei auf Maß bearbeitet;

a4) ferner werden in die Einheit (1-3) im Bereich der Spulensitzflächen (200.0) die radialen Kühlbohrungen (k 1, k 11) zur Versorgung der Spulen (12 bis 14; A 0) mit flüssigem Kühlmittel, insbesondere Helium, eingebracht, welche die Wand des Innenkerns (1) und den Wickelkörper (3) durchdringen, wobei zumindest im Oberflächenbereich der Spulen-Sitzflächen (200.0) Nutengrund-Isolierteile gebildet oder zusätzliche Nutengrad-Isolierteile (22) eingefügt werden, welche ein mit den radialen Kühlbohrungen (k 1, k 11) kommunizierendes Nutgrund-Verteilkanalsystem (k 2, k 21; k 3) definieren, und daß sodann die weiteren Verfahrensschritte gemäß (b-h) nach Anspruch 21 durchgeführt werden.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus Stahl bestehender, mit den AS- und ES-Wellenschenkeln (WS 11, WS 22) verbindbarer Tragzylinder (TZ) nach Demontage des als Hilfswellenschenkel dienenden AS-Wellenschenkels (4) auf den Nutkörper (NK) aufgeschrumpft wird.

24. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, gekennzeichnet durch die Herstellung eines aus FvK bestehenden Tragzylinders (TZ 1) in folgenden Schritten:

• - viellagiges, unter Vorspannung erfolgendes Aufwickeln einer FvK-Bandage auf den Nutkörper (NK);
• - Kunstharz-Vakuum-Tränkung und anschließendes Aushärten des aus Nutkörper (NK), Stützzylindern (24, 25, 27) und Tragzylinder-Wickelkörper bestehenden Rohlings;
• - Demontieren der vorzugsweise aus Segmenten zusammengesetzten Stützzylinder (24, 25) und
• - Bearbeitung des Außenumfanges des Tragzylinder-Wickelkörpers (TZ 1) sowie Bearbeitung seiner Enden zur Schaffung von Verbindungsflächen für die anzubauenden Wellenschenkel (WS 11, WS 21).

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, gekennzeichnet durch die Herstellung des Läuferkörpers, ausgehend von einem mit einem Isolationsmantel (17) versehenen Nutkörper (NK) in folgenden Schritten:

• - Aufbringen eines dünnwandigen, vorzugsweise aus einer Kupferlegierung bestehenden Dämpferzylinders (35) durch leichtes Aufschrumpfen auf den Außenumfang des Nutkörpers (NK);
• - Aufbringen von aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden Hilfsformkörpern (37, 38) auf die Wellenteile der Hilfswelle (4) und der Rohrverlängerung (2) auf (AS) und (ES) mit einer durch Nachbearbeitung erzielbaren Außenkontur, welche der gewünschten Innenkontur der nachfolgend durch FvK-Bewicklung herzustellenden Wellenschenkel (WS 1, WS 2) entspricht;
• - auf den Außenumfang der Hilfsformkörper (37, 38) und des Nutkörpers (NK) wird zunächst schichtweise im FvK- Wickelverfahren vom äußeren Läuferkörper (GZ) der die Durchmesserkontur (D ₄) aufweisende FvK-Innenzylinder (TZ 2), der Wellenschenkel (WS 1), vorzugsweise mit der AS-Kupplung (39), und der Kern (WS 20) des Wellenschenkels (WS 2) aufgebracht, und anschließend wird die Vakuum-Tränkung mit Kunstharz, die Aushärtung der vorhandenen FvK-Bewicklung (TZ 2, WS 1, 39, WS 20), die Bearbeitung des so gewonnenen Läuferrohlings auf Maß und das Einbringen von der späteren Verbindung von Vakuumräumen (37.0, 38.0-41.0) dienenden Radialbohrungen (42.0, 43.0) durchgeführt;
• - zur Ausbildung eines den Tieftemperaturkern (Läuferkern bis zum Durchmesser (D ₄) umschließenden Hochvakuumraumes (41.0) werden die Radialbohrungen (42.0, 43.0) mit thermoplastischem Kunststoff in Form von Stopfen (42, 43) ausgefüllt, und anschließend wird ein Formzylinder (41) aus thermoplastischem Kunststoff auf die Basis der Durchmesserkontur (D ₄) aufgebracht, wobei der Formzylinder (41) den Nutkörper (NK) axial überlappt und an dem AS-Ende des Läufer-Rohlings sich nur bis zum Ansatzbereich des AS-Wellenschenkels (WS 1) erstreckt, und wobei der Formzylinder (41) auf den gewünschten Durchmesser (D ₅) überdreht wird;
• - auf die Durchmesserkontur (D ₅) als Basis wird der FvK- Außenzylinder (AZ 21) in mehreren Lagen (az 21, az 22 unter Einfügung eines Warmdämpferzylinders (46) und unter Einfügung von Dehnungsausgleichselementen zur Ermöglichung von thermischen Relativbewegungen des FvK-Außenzylinders (AZ 2) bezüglich der innerhalb des Formzylinders (TZ 2), d. h. innerhalb des Durchmesser (D ₄), angeordneten Läuferteile aufgebracht, dann wird der FvK-Außenzylinder (AZ 2) mit Kunstharz vakuumgetränkt, ausgehärtet und auf Maß bearbeitet;
• - durch Erwärmen des Formkörpers (41), der Hilfsformkörper (37, 38) und der Stopfen (42, 43) auf die Verflüssigungstemperatur des verwendeten thermoplastischen Kunststoffes werden diese Teile aus dem Läuferinneren herausgeschmolzen, wobei durch Schrägstellen der Läuferachse sowie durch langsames Schwenken und Drehen die verflüssigte thermoplastische Masse über Ringkanäle (47, 48), die zwischen der Hilfswelle (4) und dem Innenumfang des FvK-Wellenschenkels (WS 1) auf AS bzw. zwischen der Rohrverlängerung (2) und dem Innenumfang des FvK-Wellenschenkels (WS 2) auf ES gebildet werden, herausläuft und dadurch die Vakuumräume (37.0, 38.0, 41.0, 42.0, 43.0) freigibt;
• - Entfernen der Hilfswelle (4) aus dem Nutkörper (NK) und mechanische Bearbeitung der Läufer-Außenkontur sowie Einbau eines Versorgungseinsatzes auf der Erregerseite ES für die Kühlmittel-, insbesondere Helium- und Erregerstromzu- und -abfuhr in die Bohrung (300) der Rohrverlängerung (2).

26. Verfahren nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - der FvK-Außenzylinder (AZ 2) wird zunächst mit etwa seiner halben Dicke (s 1), d. h. seinen inneren Lagen (az 21 a), auf den Außendurchmesser (D ₅) des Formzylinders (41) aufgewickelt, dann mit Kusntharz vakuumgetränkt, ausgehärtet und auf Paßsitz-Durchmesser (D ₆) überdreht;
• - der ES-Wellenschenkel (WS 2) wird mit Zylindersitzflächen des Durchmessers (D ₇) versehen;
• - auf die Sitze der inneren Lage (az 21 a) des FvK-Außenzylinders (AZ 2) mit dem Durchmesser (D ₆) und des ES- Wellenschenkels (WS 2) mit dem Durchmesser (D ₇) wird eine hohlzylindrische, als entsprechend abgestufter Körper ausgebildete Dehnungsmembrane (44) mit ihren Gegensitzflächen aufgeschrumpft;
• - hierauf werden die äußeren Lagen (az 21 b) des FvK-Außenzylinders (AZ 2) mit der Dicke (s 2) und die FvK- bandage (45) des ES-Wellenschenkels (WS 2) auf die Außenmantelflächen der Dehnungsmembrane (44) und die angrenzenden, schon gewickelten Partien (az 21 a) des FvK- Außenzylinders (AZ 2) und des ES-Wellenschenkels (WS 2) aufgewickelt und einer anschließenden Kunstharz-Vakuum- Tränkung und Aushärtung unterzogen.