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Vorrichtung zur Uberwachung des Luftspaltes elektrischer Maschinen
durch in den Luftspalt hineinragende Teile
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Überwachung des Luftspaltes elektrischer Maschinen durch in den Luftspalt hineinragende
Teile, die bei Berührung durch den Läufer ein Warnsignal auslösen oder die Maschine
ausschalten.
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Bei kleinem Luftspalt elektrischer Maschinen, besonders von Drehstrommotoren,
streift hei Lagerschäden der umlaufende Teil der Maschine an der Bohrung des Ständers;
die Maschine läuft auf.
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Durch die Reibung zwischen umlaufendem und feststehendem Teil wird
Wärme erzeugt, die Nutenverschlußkeile und die in den Nuten liegenden Wicklungsteile
verkohlen; Isolation und Wicklung werden durch die Erwärmung schadhaft. Nehmen die
Lagerschäden größeren Umfang an, so verkohlen auch die Isolierzwischenlagen zwischen
den einzelnen Blechen des Ständers und des Läufers; es kommt eine elektrische Verbindung
der einzelnen Bleche der Blechpakete zustande, wodurch die Wirbelstromverluste der
Maschine und damit auch die Temperatur der Blechpakete unzulässig; ansteigen. Erhält
eine Maschine, bei der die Isolierzwischenlagen der Bleche schon verkohlt oder angekohlt
sind, eine neue Wicklung, so wird diese
nach ganz kurzer . Zeit
schon wieder schadhaft werden, da die Temperatur der Maschine schon im Leerlauf
wegen der erhöhten Eisenverluste zu hoch ist. Vielfach werden beim Auflaufen des
umlaufenden Teils in der Ständerbohrung die Blechpakete auch mechanisch beschädigt.
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Der Lagerverschleiß wird immer in der Richtung der größten Lagerbelastung
auftreten. In den meisten Fällen wird deshalb der Läufer auf dem unteren Teil des
Ständers auflaufen. Bei Antrieben, bei denen durch Riemenzug oder durch den Zahndruck
eines Ritzels die Lagerbelastung eine andere Richtung erhält, kann das Auflaufen
auch an einer -anderen Stelle des Ständers eintreten. Das gleiche kann der Fall
sein bei Maschinen, die schlecht ausgerichtet sind, die also außer der Lagerbelastung
durch das Gewicht des Läufers noch zusätzliche Lagerbelastungen durch Druck von
der Kupplung her erhalten. Bei Maschinen mit Wälzlagern kann außerdem das Auflaufen
auch an jeder beliebigen Stelle stattfinden, wenn ein Wälzlagerkörper schadhaft
wird.
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Zweck der Erfindung ist es, bei Eintritt von Lagerstörungen ein Streifen
des umlaufenden Teils im Ständer sofort durch ein Signal kenntlich zu machen und
bei Antrieben, die keine Notlaufeigenschaft haben müssen, die Maschine sofort stillzusetzen.
Die Vorrichtung arbeitet also vollkommen selbsttätig.
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Erfindungsgemäß sind am Ständer der Maschine z. B. fest in die aus
Isoliermasse hergestellten Nutenverschlußkeile eingebettet oder an den Polschuhen,
Metallkontaktstreifen angeordnet, die im Schadensfall durch den Läufer unmittelbar
berührt werden und dadurch den Signalstromkreis über den Läufer schließen. Der Metallkontaktstreifen
besteht aus unmagnetischem Metall, um eine Störung der Kraftflußverteilung in der
Maschine zu vermeiden.
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Zweckmäßig sind eine Anzahl solcher Metallkontaktstreifen über den
Umfang des Ständers verteilt, damit ein Streifen des Läufers nach jeder Richtung
hin bemerkbar -wird. Diese Metallstreifen sind iiber eine Stromquelle mit einer
Relaisspule verbunden, deren anderes Ende an der Masse der Maschine angeschlossen
ist und die zur Auslösung des Signals oder des Ausschalters dient. Bei Verwendung
von Lagern aus Kunstharz oder Isolierstoffen für den Läufer werden ein besonderer
Schleifring auf der Läuferwelle und eine Schleifbürste am Gehäuse der Maschine fest
angeordnet, über die eine Verbindung des Relais mit dem Läufer hergestellt wird.
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Nach.einem bekannten Verfahren erfolgt die Überwachung des Luftspaltes
von Wechselstrommaschinen so, daß die durch die Luftspaltänderung hervorgerufenen
Änderungen der Feldstärke im Luftspalt durch Spannungsmessung an im Ständer verteilten
Hilfswicklungen oder an verschiedenen Teilen der Betriebswicklung des Ständers bestimmt
werden Während also bei diesem bekannten Verfahren in den Meßwicklungen ein Strom
induziert wird, dessen Spannung jeweils von der Feldstärke abhängt, wird der bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung des Luftspaltes vorgesehene Stromkreis
erst im Augenblick der Berührung des Läufers mit dem Metallstreifen geschlossen.
Der Fortschritt, der durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erzielt wird, besteht
darin, daß sie vollkommen selbsttätig arbeitet, während bei dem bekannten Verfahren
eine regelmäßige Messung der Spannung einer Vielzahl von Stromkreisen erforderlich
ist. Da aber diese Spannungswerte auch von durch andere Einflüsse auftretenden Schwankungen
der Feldstärke beeinflußt werden, ist eine einwandfreie Überwachung des Luftspaltes
bei dem bekannten Verfahren nicht möglich. Es kommt hinzu, daß die Anordnung besonderer
Wicklungen in den Nuten des Ständers nur bei Maschinen möglich ist, bei denen die
Nuten so groß sind, daß sie außer der eigentlichen Motorwicklung noch die Meßwicklungen
aufnehmen können.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend an Hand
der Zeichnung erläutert.
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Es zeigt Abb. I eine Teilansicht eines Läufer- und Ständerblechpaketes
einer Wechselstrommaschine mit den Metallkontaktstreifen gemäß der Erfindung, Abb.
2 einen mit dem Metallkontaktstreifen versehenen Nutenverschlußkeil in Seitenansicht,
Abb. 3 eine Seitenansicht eines in den Nutenverschlußkeil einzulegenden metallischen
Kontaktstreifens und Abb. 4 eine Ausführungsform der Erfindung bei einer Gleichstrommaschine.
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In Abb. 1 bezeichnet a den mit den Läuferstäben al versehenen Läufer
einer elektrischen Wechseistrommaschine. b bezeichnet das Ständerblechpaket. c sind
die Nuten in dem Ständerblechpaket, während mit d Schnitte durch die Kupferleiter
der einzelnen Nuten bezeichnet sind. Es sind lediglich zwei Nuten mit Kupferleiter
dargestellt.
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Selbstverständlich enthalten auch die anderen Nuten Wicklungskupfer.
e bezeichnet einen Nutenverschlußkeil, der sich über die ganze Länge der Nut in
ihrem verjüngten Teil erstreckt und normalerweise dazu dient, das Wicklungskupfer
fest in der Nut zu halten. Abb. 2 zeigt eine Seitenansicht des Nutenverschlußkeiles
e. Der Nutenverschlußkeil besteht aus Isoliermasse. In ihn ist ein Metallstreifen,'
eingesetzt, der aus Abb. 3 erkennbar ist.
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Der Metallstreifen f besitzt zwei nicht näher bezeichnete Vorsprünge,
die durch den Nutenverschlußkeil e hindurchtreten und an seiner Oberfläche ein wenig
hervorstehen, 'derart, daß sie, wie Abb. I zeigt, in den Luftspalt zwischen dem
Läufer und dem Ständer hineinragen. Der Metallstreifen t ist unmagnetisch, so daß
er den magnetischen Kraftfluß nicht stört. Der Metallstreifen steht seitlich, wie
aus Abb. 2 ersichtlich ist, etwas aus dem Nutenverschlußkeil hervor und ist mit
der vorstehenden Stelle an einen Draht g (Abb, I) angeschlossen. Es sind am Umfang
des Ständers eine Anzahl Nutenverschlußkeile mit den eingelegten Kontaktstreifen
vorgesehen. Jeder der Drähte g wird an einen Sammeldraht h angeschlossen, der seinerseits
über eine Leitung z an einer Strom-
quelle k liegt. Der andere Pol
der Stromquelle führt über eine Relaisspule m und eine Leitung fl an die Masse o
der Maschine.
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Solange der Läufer ordnungsmäßig in seinen Lagern läuft und der Luftspalt
über den Gesamtumfang gleichmäßig eingehalten wird, ist die Relaisspule m stromlos,
da die Metallstreifen / den Läufer nicht berühren. In dem Augenblick, in dem der
Läufer am Ständer streift bzw. schon kurz vorher, streift er an einem der Metallstreifen
f Hierdurch wird der Stromkreis der Stromquelle k und der Relaisspulem über die
Masse o der Maschine und den Metallstreifen,' geschlossen, so daß ein durch die
Relaisspule m ausgelöstes Signal in Tätigkeit tritt. Es ist auch möglich, die Relaisspule
m unmittelbar zur Auslösung eines Ausschalters zu benutzen, durch den die Zuleitung
zu der elektrischen Maschine selbst unterbrochen wird.
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Dadurch können nennenswerte Schäden sofort bemerkt und behoben werden.
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Bei dem in Abb. 4 schematisch dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel
ist die aus dem Ständers und dem Läufer r bestehende Gleichstrommaschine mit der
Vorrichtung gemäß der Erfindung in der Weise ausgestattet, daß die Metallstreifen,'
in den Polschuhen t untergebracht sind. Die Metallstreifen f, deren Ausbildung auch
hier der in Abb. 3 dargestellten entspricht, sind in keilförmigen Isolierstücken
untergebracht und durch Glimmerstreifen gegen das Blechpaket der Polschuhe isoliert.
Die Polschuhe t selbst haben an zwei Stellen schwalbenschwanzförmige Nuten zur Aufnahme
der Kontaktstreifen und der zugehörigen Isolierstücke Die Metallstreifen sind, wie
bei der Ausführungsform nach Abb. I, an eine Sammelleitung lt angeschlossen, die
über die Stromquelle k mit der Relaisspule m in Verbindung steht. Der andere An
schluß der Relaisspule m ist über die Leitung n an einen nicht näher bezeichneten
Schleifring geführt.
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Die Instandsetzung einer mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung
versehenen, schadhaft gewordenen elektrischen Maschine gestaltet sich bedeutend
billiger, einfacher und besser als die Instandsetzung einer elektrischen Maschine,
bei der der Läufer bereits einige Zeit am Ständer gestreift hat.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung wurde in einen einen Luftspalt von
0,75 mm Breite aufweisenden Motor eingebaut und arbeitet einwandfrei. Es genügt
vollständig, wenn die Metallstreifen f nur um einen Betrag von etwa ein Fünftel
bis ein Zehntel der Breite des Luftspaltes über das Blechpaket des Ständers hinausragen.
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PATENTANSPRVCHE: 1. Vorrichtung zur Überwachung des Luftspaltes elektrischer
Maschinen durch in den Luftspalt hineinragende Teile, die bei Berührung durch den
Läufer ein Warnsignal auslösen oder die Maschine ausschalten, dadurch gekennzeichnet,
daß am Ständer der Maschine, z. B. fest in die aus Isoliermasse hergestellten Nutenverschlußkeile
(e) eingebettet oder an den Polschuhen, Metallkontaktstreifen (f) angeordnet sind,
die im Schadensfall durch den Läufer unmittelbar berührt werden und dadurch den
Signalkreis über den Läufer schließen.