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Rotor mit ausgeprägten Polen und abnehmbaren Polschuhen für dynamo-elektrische
Maschinen Bei der Konstruktion von Feldmagneten für die Rotoren von dynamoelektrischen
Maschinen ist es üblich, eine vorgefertigte Spule auf den Magnetkern des Poles so
aufzuschieben, daß die Spule zu Reparaturzwecken ausgebaut werden kann. Bei der
üblichen Konstruktion wird der Magnetpol aus Blechen aufgebaut, die sich an der
dem Luftspalt zugewandten Seite zu Polschuhen verbreitern und an der dem Rotorkörper
zugewandten Seite schwalbenschwanzförmig gestaltet sind. Die vorgefertigte Spule
wird bei der Montage von der Rotorseite auf den Pol aufgeschoben und der Pol mit
der Spule dann in den Rotor eingesetzt, wobei der schwalbenschwanzförmige Teil in
eine entsprechende Nut in dem Rotor eingreift. Die Spule wird somit durch die Polschuhe
gehalten. Dabei ist die Beanspruchung durch die Zentrifugalkräfte an der Stelle
der Schwalbenschwanzbefestigung ziemlich hoch. Diese Konstruktion wird zwar schon
lange verwendet, jedoch treten bei hohen Umlaufgeschwindigkeiten und bei -stark
belasteten Maschinen in zunehmendem Maße Schwierigkeiten auf,
da
die Geschwindigkeit und die hohe Leistung es notwendig machen, die Pole auf dem
Rotor so zu befestigen, daß auch sehr starke Zentrifugalkräfte ertragen werden können.
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Eine andere Konstruktion, die zu dem Zweck getroffen worden ist, die
Spule ausbauen zu können und die Belastung der mechanischen Verbindung bei der oben
beschriebenen Konstruktion zu vermindern, besteht darin, den Polkern mit dem Rotor
aus einem Stück zu fertigen. Die vorgefertigten Spulen werden dann von der Seite
des Luftspaltes aus auf die Pole aufgeschoben, und die Polschuhe werden an der Luftspaltseite
des Polkerns befestigt. Dabei vermindert sich das von den Befestigungsmitteln aufzunehmende
Gewicht auf das Gewicht der Polschuhe und der Spulen, jedoch wird dieser Vorteil
in erheblichem Maße dadurch wieder aufgewogen, daß die bisher verwendeten Befestigungsmittel,
z. B. Schrauben, sogenannte Hammerkopfbefestigungen bzw. gewöhnliche Schwalbenschwanzanordnungen,
entweder die Polschuhe schwächen oder daß nur verhältnismäßig kleine Auflageflächen
entstehen, welche die ganzen Zentrifugalkräfte aufnehmen müssen, so daß nur ein
geringer Vorteil gegenüber der ersterwähnten Konstruktion besteht.
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Die Erfindung bezweckt, eine Rotorpolkonstruktion zu schaffen, bei
welcher zum Ausbau der Spule nur der Polschuh entfernt wird, und bei welcher der
Vorteil des geringen Gewichtes der abnehmbaren Teile nicht durch Schwächung der
Polschuhe oder durch den Nachteil sehr hoher Flächendrucke aufgewogen wird.
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Die Erfindung geht hierzu aus von einem Rotor mit ausgeprägten Polen
für dynamo-elektrische Maschinen, deren Polkerne mit dem Rotorkörper aus einem Stück
bestehen und bei denen die Erregerspulen durch abnehmbare Polschuhe gehalten werden,
die an der dem jeweiligen Polkern zugewendeten Seite trapezförmige Ansatzkörper
besitzen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Grundflächen der Trapezkörper
an der Seite der Polschuhe liegen und daß die Seitenflächen der Trapezkörper mit
Zähnen versehen sind, die in entsprechende Nuten im Polkern einhaken.
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Durch die Erfindung wird eine Rotorpolkonstruktion von viel größerer
Festigkeit geschaffen, die sich für hohe Umlaufgeschwindigkeiten eignet und daher
die Konstruktion von Generatoren großer Leistung für hohe Umlaufgeschwindigkeiten
erlaubt, welche bisher wegen der Schwierigkeit der Polkonstruktion praktisch nicht
ausgeführt werden konnten.
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Es ist an sich bereits bekannt, die Rotorstäbe einer elektrischen
Maschine derart auszubilden, daß jeder Rotorstab in seinem Querschnitt an der dem
Rotor zugewendeten Seite eine trapezförmige Gestalt besitzt, wobei die Grundlinie
der Trapeze auf der Seite des Luftspaltes liegt und die Trapezfläche in entsprechende
Aussparungen des Rotoreisens hineinragt. Auf den Seitenflächen dieser trapezförmigen
Ansätze sind Zähne vorgesehen, die in entsprechende Nuten im Rotoreisen einhaken.
Dabei ist eine dünne Isolationsschicht zwischen die Zähne an den Seitenflächen der
trapezförmigen Ansatzkörper und die entsprechenden Nuten im Rotoreisen eingefügt.
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Fig. I zeigt einen Rotorpol gemäß der Erfindung, wobei dessen linke
Seite im durch die Polmitte verlaufenden Schnitt gezeichnet ist; Fig. 2 ist eine
vergrößerte Ansicht eines Schnittes längs der Linie A-A in Fig. I; Fig. 3 ist eine
Darstellung einer anderen Ausführungsform, und zwar ebenfalls im Schnitt längs der
Linie A-A; Fig. 4 zeigt wiederum eine andere Ausführungsform in einer der Fig. 2
entsprechenden Darstellung; Fig. 5 bis 7 zeigen verschiedene Ausführungsformen für
als Verschlußstück des aus Einzelteilen aufgebauten Poles dienende Füllstücke.
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In Fig. I ist ein Teil eines Rotors dargestellt und ein einziger Pol.
Der Rotorkörper ist in bekannter Weise aus einer Reihe von Stahlplatten I aufgebaut,
die mittels Endplatten 2 durch Schraubenbolzen 3 zwischen den in Flansche auslaufenden
Wellenstücken 4 und 5 befestigt sind. Die Platten I und die Endplatten 2 sind mit
Polschäften 6 (Fig. 2) versehen. In den aus diesen Polschäften gebildeten Polkern
ist von der Luftspaltseite her eine trapezförmige Aussparung eingearbeitet, deren
Profil in den Platten I in Fig. 2 bei 7 durch eine ausgezogene Linie angedeutet
ist. Diese Aussparung nimmt den trapezförmigen Ansatzkörper I6 des Polschuhes auf.
Gemäß der Erfindung ist dieses Profil derart, daß die Grundflächen der Trapezkörper
I6 (Fig. 2 und 3) auf der Seite der Polschuhe 14 liegen und daß die Seitenflächen
der Trapezkörper mit Zähnen versehen sind, die in entsprechende Nuten 7 im Polkern
einhaken. Das Profil der Nut in den Endplatten 2 ist mit 8 punktiert angedeutet
und besitzt eine ähnliche Gestalt, ist aber weniger breit als das Profil in den
Stahlplatten I. In der Polmitte (Fig. I) ist ein schmaler transversaler Spalt 9
angebracht; das Profil dieses Spaltes ist in Fig. 2 durch die punktierte Linie Io
angedeutet. Die Endplatten II des Polschuhes tragen Nasen I2, an denen die Spulen
anliegen, und besitzen ferner Ansätze, welche in die Nuten 8 (Fig. 2) der Rotorendplatten
eingreifen. Die Endplatte 2 der Polkerne und die Endplatten II der Polschuhe bestehen
vorzugsweise aus Schmiedestahl, da sie im Betriebe den größten Teil der. Beanspruchung
aufzunehmen haben. Die Polschuhbleche I4 tragen Nasen I5, an die sich die Spulen
anlegen, und ferner auf ihrer Unterseite noch die vorerwähnten Ansätze I6, welche
in die Nuten 7 (Fig. 2) im Polkern hineinpassen.
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Die Verbindung zwischen dem Polschuh und dem Polkern mittels der in
den Polkern eingearbeiteten Nuten und mittels der entsprechenden Formgebung des
Polschuhes kann man als eine Art von Schwalbenschwanzbefestigung betrachten. Eine
solche Schwalbenschwanzbefestigung hat also eine trapezförmige Umrandung, wobei
die Grundlinie des Trapezes an derjenigen Seite liegt, nach der die
Zugkraft
wirkt, und an den beiden Seitenflächen des Trapezes eine Reihe von Einschnitten
oder Zähnen vorhanden ist. Bei der speziellen in Fig. 2 dargestellten Anordnung
sind drei gleich weit voneinander entfernte Zähne an den beiden Seiten des Trapezes
vorhanden. Jeder Zahn besitzt eine Fläche I7, die etwa senkrecht zur Vertikalachse
des Poles verläuft, d. h. senkrecht zur Richtung der Zentrifugalkräfte. Die Fläche
I7 kann auch geneigt angebracht werden, um einer Gefahr der Verbiegung der Zähne
am Polkern unter dem Einfluß der Zentrifugalkräfte vorzubeugen.
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Zur Fertigstellung eines Poles wird die vorgeformte rechteckige Feldspule
I8 auf den Polkern aufgeschoben. Die Polschuhendplatten II, welche, wie in Fig.
2 dargestellt, mit einem schmaleren, trapezförmigen Ansatz mit seitlichen Zähnen
versehen sind als die Bleche I4, werden in den Spalt 9 eingesetzt und bis in die
in Fig. I dargestellte Lage verschoben, in welcher sie in die Nut 8 in den Rotorendplatten
2 eingreifen. Ein Ansatz I9 an der Endplatte 2 greift in eine entsprechende Aussparung
in der Endplatte II ein und bildet einen Anschlag. Im Betrieb wird die durch das
Gewicht der Spule und der Polschuhe ausgeübte Fliehkraft von den Zähnen aufgenommen.
Die Spule I8 legt sich an die Nasen I2 der Polschuhendplatten II an, so daß diese
Endplatten sich auch nicht mehr verlagern können. Die Polschuhbleche I4 sind mit
Nasen I5 versehen und tragen auf ihrer Unterseite trapezförmig gestaltete und auf
den Seiten des Trapezes mit Zähnen versehene Ansätze I6, welche in die Nuten 7 des
Polkerns eingreifen. Die Polschuhbleche I4 werden in den Spalt 9 eingesetzt, der,
wie in Fig. 2 durch die punktierte Linie Io angedeutet, genügend große Abmessungen
hat, um die trapezförmigen Ansätze I6 in die Aussparungen des Polkörpers einführen
zu können. Die Polschuhbleche werden dann durch die Nuten 7 verschoben, bis sie
an den Endplatten II bzw. an den schon vorher eingeführten Blechen ihren Anschlag
finden. Da die Polschuhbleche sehr dünn sind, können sie unter einer schwachen Neigung
gegen die Längsachse des Poles (in der Zeichenebene der Fig. I liegend) eingeschoben
und dann in ihre endgültige Stellung gedreht werden. Beim Schichten der Polschuhbleche
kann man von Zeit zu Zeit auf die schon eingeführten Bleche einen Preßdruck ausüben.
Wenn die Polschuhbleche bis zum Spalt 9 gestapelt sind, wird ein geeigneter Füllkörper
in diesen Spalt eingesetzt, wodurch dann der Pol fertiggestellt ist. Der Füllkörper
muß ebenfalls gegen die Zentrifugalkräfte gehalten werden und abnehmbar sein, um
die Spule ausbauen zu können, und soll vorzugsweise aus magnetischem Material bestehen.
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In Fig. 7 ist ein Schnitt in der gleichen Richtung wie in Fig. i durch
den Pol dargestellt, und ferner ein geeigneter Füllkörper I9. Dieser Füllkörper
ist eine Stahlplatte von derselben Dicke wie die Breite des Spaltes 9 und ragt mit
seinem oberen Ende 2o über die Polschuhstirnfläche hinaus. Er wird an den Stellen
2I mit den benachbarten Polschuhblechen I4 verschweißt. Zum Herausnehmen des Füllkörpers
und zum Abbau des Poles sowie zur Entfernung der Spule wird die Schweißverbindung
abgeschlagen und ein Zugstück an den Füllkörper 2o angeschweißt, so daß dann eine
ausreichende Zugkraft auf den Füllkörper I9 ausgeübt werden kann.
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Unterhalb der Spule können Keile 22 (Fig. 2 und 3) eingeschlagen werden,
so daß die Spule fest an dem Polschuh bzw. seinen Nasen I2 (Fig. I) und I5 (Fig.
2) anliegt und die Zähne der Ansätze I6 an den Polschuhblechen fest in den Polkern
eingreifen.
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In Fig. 3 ist eine Befestigung mittels eines mit Zähnen versehenen
trapezförmigen Ansatzes an den Polschuhblechen ähnlich wie in Fig. 2 dargestellt,
jedoch mit dem Unterschied, daß die trapezförmigen Ansätze I6 der Polschuhe bis
unter die Ansatzstelle der Polkerne an dem Rotorkörper hinunterreichen. Da hier
also der trapezförmige Ansatz länger ist als jede Erregerspule I8, können auch Keile
23 unterhalb der Spule I8 eingetrieben werden, um eine feste Verbindung der Polschuhe
mit den Polkernen herzustellen. Die Fig. 3 zeigt z. B. eine Befestigung mit fünf
Zähnen an jeder Trapezseite, und die Keile 22 können unter der Spule I8 in derselben
Weise wie in Fig. 2 eingeschlagen werden.
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In Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform dargestellt, welche sich
von der Ausführung nach Fig. I und 2 dadurch unterscheidet, daß zwei Trapeze I6a
und I6b mit Zähnen vorgesehen sind. Die Ansatzstelle der Trapeze an den Polschuhblechen
liegt dabei oberhalb der Spule I8, so daß ein Keil 25 oberhalb der Spule I8 eingetrieben
werden kann. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind die abnehmbaren Polschuhe
leichter als bei den Ausführungsformen nach Fig. 2 und 3, was manchmal einen Vorteil
darstellt.
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In Fig. 5 ist eine Teilansicht des linken Teils von Fig. I enthalten,
an der eine weitere Ausführungsform des Füllstückes erläutert werden soll. Bei dieser
Ausführungsform befindet sich der Spalt 9, statt wie in Fig. i in der Mitte des
Poles, unmittelbar neben einer Endplatte 2. Die Polschuhbleche werden durch den
Spalt 9, ebenso wie an Hand der Fig. i beschrieben, eingeführt. Sodann wird in den
Spalt 9 ein Füllkörper 26 eingeführt und dadurch befestigt, daß ein Riegel 27 in
eine senkrecht zur Zeichenebene' der Fig. 5 verlaufende Nut in der Endplatte i i
eingefügt wird, der gleichzeitig oberhalb der Spule 18 in eine Nut im Füllkörper
26 eingreift. Der Riegel 27 läßt sich bequem mit einer Schraube 28 befestigen. Bei
dieser Ausführungsform kann der Pol nach der Entfernung dieser Schraube und nach
Entfernung des Riegels sowie des Füllkörpers bequem abgebaut werden. Die Innenflächen
der Polendplatten i i können ebenfalls abgeschrägt werden derart, daß ihr Abstand
voneinander oben etwas größer ist als unten, um keilförmige Füllkörper verwenden
zu können, die sich leichter ausbauen lassen. Ferner kann man, um den Ausbau der
Füllkörper noch weiterhin zu erleichtern, Kanäle für die Einführung von
01 unter hohem Druck vorsehen.
Bei der beschriebenen Anordnung
wird der Polschuh aus dünnen Blechen aufgebaut, wie sie gewöhnlich für Magnetpole
von Rotoren verwendet werden und die zwischen Endplatten von größerer Dicke liegen,
die vorzugsweise aus Schmiedestahl bestehen.
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In manchen Fällen kann es wünschenswert sein, um einen Polaufbau von
größerer Festigkeit zu erhalten, die Polschuhe aus verhältnismäßig starken Platten
statt aus Blechschnitten aufzubauen. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 6 dargestellt,
bei der die Platten 30 ebenfalls mit trapezförmigen Ansätzen mit Zähnen an den Trapezseiten
versehen sind und wieder in eine entsprechende Aussparung im Polkörper eingreifen.
Der Spalt wird dann wieder mit einem Füllkörper verschlossen. In Fig. 6 ist dargestellt,
daß dieser Füllkörper 31 nur etwa so weit reicht wie die Feldspule. Sodann wird
noch ein Riegel 32 in der Richtung der Polbreite eingeschoben, um den Füllkörper
zu befestigen. In dem Füllkörper selbst können noch an einigen Stellen Gewinde 33
angebracht werden, mit deren Hilfe beim Abbau des Poles der Füllkörper leichter
herangezogen werden kann.
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Wenn sogenannte Dämpferwicklungen in den Polen notwendig sind, wie
dies normalerweise der Fall ist, werden die Polschuhbleche mit geeigneten Löchern
34 (Fig. 2) versehen und durch diese Löcher die erwähnten Leiter nach dem Zusammenbau
des Poles eingeführt.
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Zum Abbau des Poles müssen natürlich diese Leiter zuerst entfernt
werden. Ferner müssen die Füllkörper I9 in Fig. 7, 26 in Fig. 5 und 3I in Fig. 6
ebenfalls mit geeigneten Löchern zur Hindurchführung dieser Dämpferwicklungsstäbe
versehen werden, wobei diese Dämpferwicklungsstäbe auch zur Verankerung der Füllkörper
dienen können, so daß diese nicht mehr mit den oben beschriebenen Mitteln besonders
befestigt zu werden brauchen.
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Durch die Erfindung wird somit eine Polkonstruktion angegeben, bei
welcher die Feldspule bequem ausgebaut werden kann und bei welcher das Gewicht,
welches die Verbindungsstelle zwischen den Polschuhen und dem Rotor belastet, verhältnismäßig
gering ist und schließlich die Beanspruchung an dieser Verbindungsstelle infolge
der beschriebenen Trapezgestalt mit ihren Zähnen im Polkern gut verteilt wird. Außerdem
wird ein abnehmbarer Polschuh geschaffen, ohne diesen selbst zu schwächen. Ferner
ist es bei der beschriebenen Konstruktion nicht mehr nötig, den Polkern länger zu
halten als die entsprechende Innenabmessung der Spule.
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Der Weg, die Zentrifugalkräfte von den Polschuhen auf den Rotor mittels
der beschriebenen trapezförmigen Ansätze mit Zähnen zu übertragen, erlaubt es, die
Polschuhansätze und die Pole selbst ebenso stark auszuführen wie bei der üblichen
Polkonstruktion, und dasselbe gilt auch für die Polendplatten und die Rotorendplatten.
Man kann also höhere Umfangsgeschwindigkeiten und höhere Leistungen oder Schwungradwirkungen
oder beides zulassen. Die Erfindung ist vorteilhaft auch bei Erregerspulen aus Aluminium
anwendbar. Aluminiumspulen sind leichter als Kupferspulen bei gleichen Magnetfeldstärken,
erfordern aber größere Abmessungen und längere Polkerne. Das Gewicht dieser längeren
Polkerne bedeutet jedoch keine zusätzliche Beanspruchung an der Befestigungsstelle
für die Polschuhe, während bei den bekannten Polkonstruktionen das zusätzliche Gewicht
von der Schwalbenschwanzbefestigung an der Ansatzstelle der Polkerne an dem Rotor
aufgenommen werden mußte und dieses zusätzliche Gewicht der Polkerne die Gewichtsersparnis
in den Erregerspulen wieder aufhob.