Arbeitsverfahren zur Herstellung eines Schichtpolläufers einer elektrischen MaschineWorking method for producing a stratified pole rotor of an electrical machine
Die Erfindung bezieht sich auf ein Arbeitsverfahren zur Herstellung eines Schichtpolläufers einer elektrischen Maschine, mit auf einem Rotorstern mehrfach überlappt geschichteten Blechsegmenten, welche durch Schichtbolzen zusammengepresst sind, welcher letztere durch Schichtbolzen in Ausnehmungen der Blechsegmente mit sehr kleinem Spiel eingesetzt sind. Ein nach einem solchen Arbeitsverfahren hergestellter Schichtpolläufer ist in dem Buch "Konstruktion elektrischer Maschinen" von Wiedemann/Kellenberger, Springer-Verlag 1967, bekannt.The invention relates to a working method for producing a layered pole rotor of an electrical machine, with sheet segments segmentally overlapped on a rotor star, which are pressed together by layer bolts, the latter being inserted by means of layer bolts into recesses in the plate segments with very little play. A layered pole runner produced by such a working method is known in the book "Construction of electrical machines" by Wiedemann / Kellenberger, Springer-Verlag 1967.
Die Rotorblechpakete elektrischer Maschinen grossen Durchmessers werden aus versetzt geschichteten Segmentblechen hergestellt. Die Blechpakete sind ringförmig und können z.B. als Rotorkränze für von Wasserkraftmaschinen angetriebene elektrische Maschinen mit Abmessungen von 12 m im Durchmesser und 2,5 m Eisenlänge aufweisen. Bei solchen Abmessungen lassen sich die einzelnen Bleche mit einer Dicke von ca. 2 mm (bei Asynchronmaschinen und Gleichstrommaschinen ca. 0,5 mm) nicht mehr als ungeteilte Ringe sondern nur als Segmente herstellen. Die Segmentgrösse ist
mit einer Sehnenlänge von ca. 2 m begrenzt. Die einzelnen Segmentbleche sind mit einer Anzahl runder Löcher versehen, die im geschichteten (paketierten) Zustand der Eisenlänge entsprechende lange Bohrungen zur Aufnahme von Pressbolzen bilden.The rotor laminated cores of large diameter electrical machines are manufactured from segmented laminated laminations. The laminated cores are ring-shaped and can have, for example, rotor rings for electrical machines driven by hydropower machines with dimensions of 12 m in diameter and 2.5 m in iron length. With such dimensions, the individual sheets with a thickness of approx. 2 mm (in the case of asynchronous machines and DC machines approx. 0.5 mm) can no longer be produced as undivided rings but only as segments. The segment size is limited with a chord length of approx. 2 m. The individual segment sheets are provided with a number of round holes, which in the layered (packaged) state of the iron length form corresponding long bores for receiving press bolts.
Im Falle geringer mechanischer Beanspruchung infolge Flieh- kraft genügt es, ein derartiges Blechpaket durch axiales Zusammenpressen mittels Pressbolzen durch Reibschluss zusammenzuhalten. Bei grösseren Fliehkraftbeanspruchungen, wie sie bei grossen und schnellaufenden Maschinen auftreten, genügt die Reibung nicht mehr. Hier müssen Passbolzen verwendet werden, die bei fehlender oder ungenügender Reibung auf Abscherung beansprucht sind. Das umschliessende Segmentblech wird dabei auf Lochleibung beansprucht. Die Konstruktion mit Passbolzen findet insbesondere Anwendung bei wechselbeanspruchten Maschinen, wie reversierende Gleichstrommotoren und Wasserkraftmaschinen in Pumpspeicherwerken für beide Drehrichtungen, die im Motor- und Generatorbetrieb arbeiten müssen.In the case of low mechanical stress due to centrifugal force, it is sufficient to hold such a laminated core together by axially pressing it together using press bolts by means of frictional engagement. With larger centrifugal forces, as they occur with large and high-speed machines, the friction is no longer sufficient. Here, dowel bolts must be used that are subject to shear in the event of missing or insufficient friction. The surrounding segment sheet is stressed on the reveal. The design with fitting bolts is used in particular in machines subject to alternating loads, such as reversing DC motors and hydroelectric machines in pumped storage plants for both directions of rotation, which have to work in motor and generator mode.
Durch die versetzte Schichtung der Segmentbleche zu Ringen im Durchmesser mehrerer Meter kommt es durch Addition der Teilungstoleranzen der Einzelbleche zu Ungenauigkeiten, dem sogenannten Schichtversatz. Die Passbolzenlöcher werden dadurch in der Grössenordnung von Zehntelmillimetern enger. Um das Passmass der Löcher wieder herzustellen, wurden bisher die Löcher im zusammengepressten Blechpaketzustand mit Reibahlen aufgerieben. Die Blechpaketpressung wird dabei beim Aufreiben z.B. von Hilfspressbolzen aufgebracht, die im Durchmesser kleiner als die Pressbolzen
ausgeführt sind und dadurch in die verengten Passbolzenlöcher eingebracht werden können. Für das Aufreiben eines Loches werden ein oder mehrere Hilfspressbolzen herausgenommen und nach dem Aufreiben durch Passbolzen ersetzt.The offset layering of the segment sheets to form rings with a diameter of several meters results in inaccuracies, the so-called layer offset, when the division tolerances of the individual sheets are added. The dowel pin holes are narrowed in the order of a tenth of a millimeter. In order to restore the fit of the holes, the holes have previously been reamed with reamers in the compressed sheet metal package state. The sheet metal package pressing is applied when rubbing on, for example, auxiliary pressing bolts, which are smaller in diameter than the pressing bolts are executed and can thus be inserted into the narrowed locating pin holes. For reaming a hole, one or more auxiliary press bolts are removed and replaced after the reaming with fitting bolts.
Ein grosser Nachteil des Aufreibens der Passlöcher, das ab einer bestimmten Maschinengrösse auf der Baustelle vorgenommen werden muss, ist die relativ lange und damit teuere Bearbeitungszεit. Je nach Maschinengrösse sind 500 und mehr Passbolzenlöcher zu bearbeiten. Zum Einsatz kommen Spezialbohrmaschinen, deren Hub für die grossen Eisenlängen in den meisten Fällen nicht ausreicht, so dass die Reibwerkzeuge mehrmals neu angestellt werden müssen. Zudem müssen die Bohrmaschinen entlang dem Blechpaketumfang ständig umgesetzt werden. Ein gravierender Nachteil ist der Anfall von Bearbeitungsspänen, deren Beseitigung zur Vermeidung von Schäden an der elektrischen Isolation der Maschine besondere Sorgfalt gewidmet werden muss, was einen zusätzlichen Zeit- und Lohnaufwand bedeutet.A major disadvantage of reaming the pass holes, which must be made on the construction site from a certain machine size, is the relatively long and therefore expensive processing time. Depending on the machine size, 500 or more dowel pin holes have to be machined. Special drilling machines are used, the stroke of which is not sufficient for the large lengths of iron in most cases, so that the reaming tools have to be adjusted several times. In addition, the drilling machines have to be continuously moved along the circumference of the laminated core. A serious disadvantage is the occurrence of machining chips, the elimination of which must be given special care to avoid damage to the electrical insulation of the machine, which means additional time and wages.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, den Arbeitsaufwand für die Mass- und formgenaue Herstellung der Passbolzenlöcher in Schichtpolläufern auf das gewünschte Passmass merklich zu vermindern und das Auftreten von Bearbeitungsspänen zu vermeiden.It is the object of the invention to noticeably reduce the amount of work for the dimensionally and shape-accurate manufacture of the locating pin holes in stratified pole runners to the desired dimension and to avoid the occurrence of machining chips.
Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht erfindungsgemäss bei dem eingangs erwähnten Arbeitsverfahren darin, dass die Bohrungen in den übereinandergeschichteten Blechsegmenten durch Aufwalzen mittels einer aus einem zylindrischen Körper mit an der Peripherie des zylindrischen Körpers einge
legten konischen Walzen auf genaues Mass gebracht werden. Durch die Anwendung einer spanlosen Bearbeitung wird das Auftreten von Bearbeitungsspänen vermieden, so dass eine Wicklungsbeschädigung während des Betriebes, welche durch in die Wicklung hineingezogene Bearbeitungsspäne hervorgerufen werden kann, mit Sicherheit vermieden wird. Ausserdem ist die erforderliche Antriebsleistung der Maschine wesentlich geringer als einer solchen zum Aufreiben, wodurch die Maschine handlicher ist, als bei der bekannten Maschine.According to the invention, in the working method mentioned at the outset, the problem is solved in that the bores in the sheet metal segments stacked one on top of the other are inserted by rolling out one of a cylindrical body at the periphery of the cylindrical body tapered rollers are brought to precise dimensions. The use of non-cutting machining prevents the occurrence of machining chips, so that damage to the winding during operation, which can be caused by machining chips drawn into the winding, is avoided with certainty. In addition, the required drive power of the machine is much lower than that for reaming, which makes the machine more manageable than in the known machine.
Die Verwendung von solchen Walzen zum Einwalzen von Rohren in Röhrenkesseln und Wärmeaustauscher ist an und für sich bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren sind die Löcher der Rohrplatte, in die die Rohre eingewalzt werden, mit einem grδsseren Durchmesser gebohrt, als der äussereThe use of such rolls for rolling pipes in tubular boilers and heat exchangers is known per se. In this known method, the holes of the tube plate into which the tubes are rolled are drilled with a larger diameter than the outer one
Durchmesser der Rohre. Beim Einwalzvorgang werden dabei die Rohre aufgeweitet und füllen die Bohrung im Rohrboden völlig aus. Im Gegensatz zu dem Einwalzverfahren beim Einwalzen der Rohre von Rohrkesseln, wie dies z.B. in dem Buch "Grundlagen der chemischen Technik" Band 4, "Wärmeaustauscher" Arau und Frankfurt 1959, Seite 337-338 beschrieben ist , erfährt das Material der Segmentbleche (in der Regel Kohlenstoffstahl oder silizierter Stahl) im Bereich der Lochwandung durch den Walzvorgang eine Verdichtung und eine Kaltverfestigung, die entweder den Einsatz von Blechen geringerer Festigkeit oder eine geringere Passbolzenanzahl erlaubt. Bei gleicher Bolzenzahl ist es auch denkbar, den Passbolzendurchmesser zu verringern. Damit ergibt sich ein weiterer Vorteil durch das erfindungsgemässe Verfahren. Mit diesem Verfahren ist es wei
ter möglich, Grenzbeanspruchungen der Lochleibung besser zu beherrschen.Diameter of the pipes. During the rolling process, the tubes are expanded and completely fill the hole in the tube sheet. In contrast to the process of rolling in the pipes of tubular boilers, as described, for example, in the book "Fundamentals of Chemical Technology", Volume 4, "Heat Exchangers" Arau and Frankfurt 1959, page 337-338, the material of the segment sheets (in the Rule carbon steel or siliconized steel) in the area of the hole wall due to the rolling process, compression and strain hardening, which either allows the use of sheets of lower strength or a smaller number of fitting bolts. With the same number of bolts, it is also conceivable to reduce the fitting bolt diameter. This results in a further advantage from the method according to the invention. With this procedure it is white possible to better control the limit stresses of the reveal.
Ein Werkzeug zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine von einer Antriebsmaschine angetriebenen konischen Spindel, auf welcher ein zylinderförmiger, einen kleineren Durchmesser als die Passlöcher aufweisender Hohlkörper angeordnet ist, welcher an seinem Umfang schräg zur Achsrichtung verlaufende Ausnehmungen aufweist, in welchen Walzen, deren Durchmesser sich in Längsrichtung zur Spindelmitte hin geringfügig verringern, drehbar angeordnet sind, wobei der über die Aussenflächen der Walzen gelegte Kreis in seinem Durchmesser dem endgültigen Durchmesser der Ausnehmung entspricht. Das kontinuierliche Aufwalzen der relativ tiefen Ausnehmungen wird durch eine Schrägstellung der Walzen relativ zur Spindelachse erreicht. Die Walzen bewegen sich dadurch zwangsläufig in Schraubenlinien entlang der Tiefe der Ausnehmung.A tool for carrying out the method according to the invention is characterized by a conical spindle driven by a drive machine, on which a cylindrical hollow body having a smaller diameter than the pass holes is arranged, which has circumferential recesses which run obliquely to the axial direction, in which rollers, the Diameter decrease slightly in the longitudinal direction towards the center of the spindle, are rotatably arranged, the diameter of the circle placed over the outer surfaces of the rollers corresponding to the final diameter of the recess. The continuous rolling of the relatively deep recesses is achieved by tilting the rollers relative to the spindle axis. As a result, the rollers inevitably move in helical lines along the depth of the recess.
Weitere Einzelheiten und Merkmale des erfindungsgemässen Verfahrens bzw. der Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sind aus den beiden Zeichnungen zu entnehmen.Further details and features of the method according to the invention and the device for carrying out this method can be found in the two drawings.
Es zeigenShow it
Fig. 1 eine Ansicht eines Schichtpolläufers,1 is a view of a layered pole rotor,
Fig. 2 einen Schnitt durch einen Schichtpolläufer,2 shows a section through a layered pole rotor,
Fig. 3 eine schematische, überhöhte Darstellung der
Lage der einzelnen Bleche an einer Ausnehmung undFig. 3 is a schematic, excessive representation of the Location of the individual sheets on a recess and
Fig. 4 eine Ansicht des für die Durchführung des Verfahrens erforderlichen Werkzeuges.Fig. 4 is a view of the tool required for performing the method.
In der Zeichnung ist mit 1 der aus versetzt gegeneinander angeordneten Blechsegmenten bestehende Schichtpolläufer bezeichnet, während mit 2 die zugehörige Pressplatte bezeichnet ist. Mit 3 ist eine der Ausnehmungen im Schichtpolläufer bezeichnet, während mit 4 ein Pressbolzen mit Muttern 5 bezeichnet ist. Die einzelnen Blechsegmente 1 sind gegeneinander versetzt auf einem Rotorstern 6 angeordnet (siehe Fig. 1) und weisen an ihrem äusseren Umfang schwalbenschwanzförmige Ausnehmungen 7 auf, in welche die Pole 8 eingesetzt sind.In the drawing, 1 denotes the layered pole runner consisting of sheet metal segments arranged offset with respect to one another, while 2 denotes the associated press plate. 3 denotes one of the recesses in the streamer, while 4 denotes a press bolt with nuts 5. The individual sheet metal segments 1 are arranged offset on one another on a rotor star 6 (see FIG. 1) and have on their outer circumference dovetail-shaped recesses 7, in which the poles 8 are inserted.
Die in Figur 2 dargestellte Rohrwalze besteht im wesentlichen aus einer konischen Spindel 11 mit einem Anschlussstück 11.1, auf welche die Antriebsmaschine, wie z.B. ein mobiler Elektromotor oder auch ein Druckluftmotor aufgesetzt werden kann. Auf der Spindel 11 ist der zylindrische Hohlkörper 12 aufgesetzt, dessen Aussendurchmesser kleiner ist als der Durchmesser der aufzuweitenden Ausnehmung 3. Der zylindrische Hohlkörper 12 weist an seinem Umfang eine Anzahl von schräg zur Längsachse verlaufenden Ausnehmungen auf, in welche Rollen 14 eingesetzt sind, deren Durchmesser sich zur mittleren Partie des Hohlkörpers 12 hin in gleicher Weise wie der Winkel der konischen Spindel 11 mit ihrer Längsachse verringern, womit der um die Aussenflachen der Walzen 14 gelegte Kreis auf deren gesamten Länge den
gleichen Durchmesser aufweist. Die Längsachse der Ausnehmungen 13 bilden mit der Längsachse der Spindel 11 einen Winkel α . Der die Oberflächen der Walzen 14 berührende Kreis weist den gleichen Durchmesser auf wie der Durchmesser der aufgeweiteten Bohrungen 3 des Schichtpolläufers.The tube roller shown in Figure 2 consists essentially of a conical spindle 11 with a connector 11.1, on which the drive machine, such as a mobile electric motor or a compressed air motor can be placed. The cylindrical hollow body 12 is placed on the spindle 11, the outer diameter of which is smaller than the diameter of the recess 3 to be widened. The cylindrical hollow body 12 has on its circumference a number of recesses running obliquely to the longitudinal axis, into which rollers 14 are inserted, the diameter of which decrease towards the middle part of the hollow body 12 in the same way as the angle of the conical spindle 11 with its longitudinal axis, so that the circle placed around the outer surfaces of the rollers 14 over their entire length has the same diameter. The longitudinal axis of the recesses 13 form an angle α with the longitudinal axis of the spindle 11. The circle touching the surfaces of the rollers 14 has the same diameter as the diameter of the widened bores 3 of the layered pole rotor.
Die Spindel 11 weist an ihrer dem Anschlussstück 11.1 zugewandten Partie ein Gewinde 15 auf, auf welches Muttern 16 eingeschraubt sind. Gegen die Mutter 16 stützt sich ein Längskugellager 17 ab.The spindle 11 has a thread 15 on its part facing the connector 11.1, onto which nuts 16 are screwed. A longitudinal ball bearing 17 is supported against the nut 16.
Beim Einwalzen wird die Spindel 11 in eine der Ausnehmungen 3 des Schichtpolläufers eingeführt und in Drehung versetzt. Dabei werden die Walzen 14 durch den konischen Schaft der Spindel 11 nach aussen gedrückt und durch den Reibschluss mit der Spindel 11 in Drehung versetzt. DieWhen rolling in, the spindle 11 is inserted into one of the recesses 3 of the streamer and set in rotation. The rollers 14 are pressed outwards by the conical shaft of the spindle 11 and set in rotation by the frictional engagement with the spindle 11. The
Walzen 14 wandern durch die Drehung auf der konischen Spindel 11 in Richtung auf die Mitte des Hohlkörpers 12 auf den grösseren Spindeldurchmesser aus, womit der Durchmesser des die Aussenflächen der Walzen 14 berührenden Kreises vergrössert wird und eine Ausweitung der Ausnehmung 3 solange erfolgt bis der in Längsrichtung verschiebbare Hohlkörper 12 sich an das Längskugellager 17 anlegt. Durch die Einstellung des Längskugellagers 17 in Längsrichtung lässt sich so der Durchmesser der Ausnehmung 3 in bestimmten Grenzen einstellen.
Rollers 14 migrate to the larger spindle diameter due to the rotation on the conical spindle 11 in the direction of the center of the hollow body 12, whereby the diameter of the circle touching the outer surfaces of the rollers 14 is increased and the recess 3 is widened until it extends in the longitudinal direction displaceable hollow body 12 bears against the longitudinal ball bearing 17. By adjusting the longitudinal ball bearing 17 in the longitudinal direction, the diameter of the recess 3 can be set within certain limits.