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In den Läufer einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Turbomaschine,
einzubauender Kurzschlußkäfig Bei elektrischen Maschinen großer Baulänge, namentlich
bei Läufern von Turbogeneratoren, -motoren und -phasenschiebern, ist es wegen der
Baulänge nicht möglich, Kurzschlußkäfige mit unzerlegten Stäben einzubauen. Da ferner
mit Rücksicht auf die Läuferwicklung ein Zusammenschweißen der einzelnen Käfigstäbe
mit den Stirnlängen wegen der Hitzewirkung nicht möglich ist, werden Kurzschlußkäfige
derart aufgebaut, daß die Stirnringe mit Stabansätzen entsprechend der Nutenteilung
von beiden Seiten in die Läufernuten eingeschoben werden und daß einfach oder auch
mehrfach noch unterteilte Stabstücke vorher in die Läufernuten eingelegt sind. Die
elektrische Verbindung dieser Teile untereinander wird dann durch den Kontaktdruck
hergestellt, der sich aus dem Einspanndruck zwischen den vom Verschlußkeil befestigten
Kurzschlußstäben und der Erregerwicklung ergibt. Diese Verspannung, bei der die
in der Nut liegende Läuferwicklung den Gegendruck hergeben muß, ist jedoch nicht
zuverlässig, weil die Isolierung dieser Wicklung und das Arbeiten der Wicklung bei
schwankender Erwärmung einen genügend hohen Kontaktdruck auf die Dauer nicht erwarten
lassen. Es ist bekannt, diesen Kontaktdruck bei laufender Maschine durch die Zentrifugalwirkung
der in den Nuten unterhalb der Käfigstäbe liegenden Erregerwicklung zu verstärken.
Eine solche Anordnung genügt aber nicht in den Fällen, in denen der Kurzschlußkäfig
bereits im Stillstand stromführend sein soll, also beispielsweise dann, wenn er
als Anlaufwicklung benutzt werden soll.
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Es ist dabei ein in den Läufer einer elektrischen Maschine, insbesondere
einer Turbomaschine, einzubauender Kurzschlußkäfig mit in der Länge unterteilten
Käfigstäben
ausgerüstet, wobei sich der Kurzschlußkäfig im oberen Teil der Nuten der Erregerwicklung
befindet und wobei in an sich bekannter Weise für die Aufnahme des Kurzschlußkäfigs
durch Erweiterung der Nut gebildete Schultern der Läuferzähne vorgesehen sind. Erfindungsgemäß
befinden sich in den Nuterweiterungen außer den Käfigstäben noch in ihrer Länge
ebenfalls unterteilte Nutenverschlußkeile, die die Unterteilungsstellen der Käfigstäbe
überbrücken und die mit den Käfigstäben oder mit anderen zusätzlichen Mitteln sich
an den Schultern der Nuterweiterungen als Widerlager abstützen und dadurch radiale
Verspannungskräfte erzeugen, die die Käfigstäbe und die darüberliegenden Nutenverschlußkeile
in radialer Richtung aneinanderpressen und so einen Kontaktdruck zwischen den Käfigstäben
und den Nutenverschlußkeilen hervorrufen.
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Bei Turbogeneratoren ist bereits eine Anordnung bekannt, bei der der
Nutenverschlußkeil der Erregerwicklung in Längsabschnitte unterteilt ist und zugleich
den Stab einer Käfigwicklung bildet, zu welchem Zweck die einzelnen Teilstücke des
Nutenkeiles mit abgeflachten Enden aneinanderliegen. Der für den Stromübergang erforderliche
gute Kontakt zwischen diesen abgeflachten Enden soll dabei jedoch durch Paßstücke
erzielt werden, die in Ausnehmungen der abgeflachten Enden der Keilstücke eingreifen
und mit ihren Seitenflanken an den Keilstücken gut anliegen. Es ist auch bereits
eine Anordnung bekannt, bei der die Stäbe einer Dämpferwicklung mit den Stirnkappen
für die Wicklungsköpfe elektrischer Maschinen dadurch gut leitend verbunden werden,
daß die Dämpfungsstäbe mit Hilfe von Keilen, die sich an Schultern der Nut abstützen,
nach außen und damit an die Stirnkappe bzw. einen Zwischenring an dieser angepreßt
werden. Dabei handelt es sich aber nicht um die Erzielung eines guten Kontaktes
zwischen den Teilstücken eines Dämpfungsstabes. Außerdem ist bei dieser bekannten
Anordnung infolge der weitaus größeren Dehnung der Stirnkappe bzw. des Zwischenringes
bei Anwendung der Vorspannung an den Nutschultern ein guter Kontaktdruck nicht zu
erzielen.
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Die Käfigstäbe einerseits und die Verschlußkeile andererseits werden
zweckmäßig schwach keilförmig ausgebildet. Selbst unter Berücksichtigung der Toleranzen,
die einerseits bei der Herstellung der Nutenverbreiterung und andererseits bei der
Herstellung der prismatischen Käfigstäbe und Verschlußkeile zuzulassen sind, ist
ein zuverlässiger Kontaktdruck bei sattem Aufeinanderliegen der Kontaktflächen erreichbar.
Wenn eine allmähliche Lockerung des Kontaktdruckes infolge Verformung in Sonderfällen
in Rechnung zu ziehen ist, dann empfiehlt es sich, in die Nutenerweiterung ein Stahlblech
einzulegen, das durch seine elastische Kraft den notwendigen Kontaktdruck auch nach
gewissen Verformungen des Käfigstabes aufrechterhält. Eine derartige Stahlblechfeder
kann man auch dann anwenden, wenn Verschlußkeil und Käfigstab als zwei Gegenkeile
ausgeführt sind.
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Eine oder mehrere Trennstellen zwischen den Verschlußkeilen sind zweckmäßig
so zu legen, daß sie gegenüber den Trennstellen des Käfigstabes versetzt sind, damit
jeweils ein Käfigstabstück eine Trennstelle des Nutenkeiles überbrückt, und umgekehrt,
um den Stromweg auf alle Fälle zu sichern. Der Druck, der zur Kontakthaltung angewendet
wird, soll zweckmäßigerweise nur radial wirken, und indem zwischen den einzelnen
Stabenden des Käfigs Spiel gelassen ist, sollen Wärmedehnungen der Stabteile ermöglicht
werden. Für den Zusammenbau ist es dann zweckmäßig, die einzelnen Stabstücke des
Käfigs an ihrem Platz festzulegen, etwa durch einen Bolzen in der axialen Mitte,
so daß die Wärmeausdehnungen nach beiden Seiten unbehindert möglich sind oder an
einem Ende.
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An der Stirn des Läuferballens reicht der Nutenverschlußkeil nicht
ganz bis an den Kurzschlußring heran. Infolgedessen ist in diesem Bereich der für
den Strom verfügbare Leiterquerschnitt verringert, weil hier der Nutenverschlußkeil
sich an der Stromleitung nicht beteiligt. Es ist daher angebracht, in diesem Bereich
den Käfigstäben einen verstärkten Querschnitt zu geben, etwa durch Verbreiterung
der Nut in tangentialer Richtung oder auch durch Verdickung des Käfigstabes in radialer
Richtung. Das Metall für den Verschlußkeil wird zweckmäßig so gewählt, daß bleibende
Formänderungen auf ein Minimum beschränkt bleiben. Die Fläche des Verschlußkeiles,
welche auf dem Käfigstab aufliegt, und zweckmäßig auch die Berührungsfläche auf
dem Käfigstab werden, um Kontaktverschlechterungen durch Oxydation zu vermeiden,
versilbert.
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Zur Erläuterung der Erfindung dienen sieben Figuren. Fig.I zeigt einen
Querschnitt durch eine Läufernut mit dem Wicklungskupfer I , einen Käfigstab 2 und
einen Verschlußkeil 3. Die Breite der Wicklung I gibt die Breite der Nut an. Die
Nut ist nun erweitert, so daß sich Schulterflächen 4 bilden, und diese Schulterflächen
bilden die Auflage für den Käfigstab 2, der also eine größere Breite hat als die
Wicklung i in der Nut. Der Käfigstab 2 ruht auf den Schultern 4 und kann nun durch
axiales Eintreiben der Keile 3 fest eingeklemmt werden. Dabei kommt es darauf an,
daß ein hoher Kontaktdruck zwischen dem Stab 2 und dem Keil 3 entsteht, und zwar
nicht erst durch die Zentrifugalwirkung auf die Wicklung i. Der radiale Kanal s,
welcher das Wicklungskupfer, den Käfigstab und den Verschlußkeil durchtrennt, ist
ein Kühlkanal, der aber für die vorliegende Erfindung keine Bedeutung hat.
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Im Längsschnitt zeigt Fig. 2 diese Anordnung. Der Verschlußkeil 3
liegt über dem Käfigstab 2. Unter diesem liegt eine Isolationszwischenlage 6, und
darunter ist die Nut mit dem Wicklungskupfer I gefüllt. Der Verschlußkeil 3 reicht
in Richtung auf die Ballenstirnfläche 7 nur bis ungefähr an die Läuferwicklungskappe
B. Der Kurzschlußring 9 beginnt aber erst außerhalb der Stirnfläche 7 des Läuferballens.
Da der Verschlußkeil3 ohne Isolation auf dem Kurzschlußstab 2 aufliegt, und zwar
mit hohem Druck, beteiligt er sich an der Stromführung, so daß für das Stück der
Käfigstäbe zwischen dem Ende des Verschlußkeiles 3 bis zum Anfang des Kurzschlußringes
9 eine Verstärkung des Kupferquerschnitts des Stabes 2 von Vorteil ist. Diese Verstärkung
ist in Fig. 2 in radialer
Richtung erzielt, indem der Stab im wesentlichen
nahezu um die Dicke der Isolationseinlage 6 verstärkt ist.
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Fig. 3 gibt einen Schnitt durch den Käfigstab 2 wieder mit radialer
Blickrichtung. Man erkennt einen Teil des Kurzschlußringes 9 und in Draufsicht den
Käfigstab 2. Dieser bildet an seinem Anfang mit dem Kurzschlußring 9 einen einheitlichen
Körper. An diesen ist eine Verlängerung IO längs einer Ansatzfläche II hart angelötet
oder angeschweißt.
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Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch eine Nut mit einem eingelegten
Käfigstab I3 und einem Verschlußkeil 3, und zwar ist ein Ausschnitt aus der Mitte
der Ballenlänge wiedergegeben. Der Verschlußkeil3 ist von einem weiteren Keilstück
I2 verlängert, jedoch so, daß die beiden Keile 3 und I2 genügenden Spielraum für
Wärmedehnung haben. Der Stab I3 bildet die Fortsetzung zum Stabteil 2. Auch zwischen
diesen beiden Teilen ist eine Dehnungsfuge gelassen, die aber elektrisch leitend
überbrückt ist durch den Verschlußkeil 3. In der Ballenmitte ist der Verschlußkeil
unterteilt und setzt sich in einem Teil I2 fort; hier übernimmt der Käfigstabteil
I3 die elektrisch leitende Überbrückung zwischen den Keilen 3 und I2. Damit nun
der Käfigstab I3 beim Eintreiben des Verschlußkeiles 3 oder I2 sich nicht verschieben
kann, sind zwei Bolzen I4 und I5 in den Läuferzahn eingetrieben, die auch in Fig.
I zu erkennen sind. Der Teil des Käfigstabes I3, der zur Überbrückung der Trennstelle
zwischen den Verschlußkeilen 3 und I2 dient, kann auch sattelförmig ausgebildet
sein unter entsprechender Anwendung von Aussparungen an den Verschlußkeilen I2 und
3.
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In Fig.5 ist der Einbau einer federnden Stahlplatte I6 gezeigt. Diese
Platte ist unter starkem seitlichem Druck eingesetzt und sucht sich daher nach oben
durchzukrümmen, wodurch der erwünschte Kontaktdruck entsteht und selbst dann aufrechterhalten
bleibt, wenn der Käfigstab I7 durch Wärmedehnung sich verformt haben sollte.
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Die Seitenansicht der Fig. 5 ist in Fig. 6 wiedergegeben. Diese Figur
gleicht weitgehend der Fig. 2. Man erkennt, daß das Stahlblech I6 ebenfalls nur
bis ungefähr an die Wicklungskappe 8 heranreicht, so daß rechts von dem Ende dieser
Stahlblecheinlage I6 eine radiale Querschnittssteigerung des Käfigstabes I7 möglich
ist.
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Aus Fig. 7 erkannt man weiterhin, daß der Käfigstab I7 nicht nur in
radialer Richtung, sondern auch durch eine zusätzliche Verbreiterung eine Querschnittsvergrößerung
erfahren hat, die bis zum Übergang des Stabes I7 in den Kurzschlußring I8 sich erstreckt.
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Die verbreiterten Enden der Käfigstäbe werden in dem Bereich der Verbreiterung
in erweiterte Nuten an der Stirnseite des Läufers aufgenommen, die ein Widerlager
bilden für die radialen Kräfte, welche durch das Aufschrumpfen der Kappe erzeugt
werden.