WO2004017503A1 - Maschine mit einer in einem wicklungsträger angeordneten kühlbaren wicklung sowie mit einer drehmoment übertragenden einrichtung - Google Patents

Maschine mit einer in einem wicklungsträger angeordneten kühlbaren wicklung sowie mit einer drehmoment übertragenden einrichtung Download PDF

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WO2004017503A1
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composite body
rotor
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PCT/DE2003/002446
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Michael Frank
Adolf KÜHN
Peter Van Hasselt
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K55/00—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
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    • H02K1/30—Means for mounting or fastening rotating magnetic parts on to, or to, the rotor structures using intermediate parts, e.g. spiders
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K1/28—Means for mounting or fastening rotating magnetic parts on to, or to, the rotor structures
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    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Definitions

  • Machine with a coolable winding arranged in a winding support and with a torque-transmitting device
  • the invention relates to a machine with a rotor rotatably mounted about an axis of rotation, which has a rotor outer housing which is fastened to rotor shaft parts and encloses a winding carrier with a coolable, in particular superconducting winding.
  • the rotor also has means for holding the winding carrier within the rotor outer housing, which comprise, at least on one end face, a torque-transmitting device between the winding carrier and the associated rotor shaft part with at least one rotationally symmetrical composite body made of a plastic reinforced with fiber material.
  • a corresponding machine is shown in US 5,880,547 A.
  • Special types of electrical machines in particular generators or motors, have a rotating field winding and a fixed stator winding.
  • the current density and thereby the specific performance of the machine i.e. increase the performance per kilogram of dead weight and also increase the efficiency of the machine.
  • Cryogenic windings of electrical machines generally have to be thermally insulated from the environment and with one
  • Coolants are kept at the required low temperature. Effective heat insulation can only be achieved if the cryogenic parts of the machine are separated from the warm outside space by a vacuum with a residual gas pressure generally below 10 ⁇ 3 mbar if possible and if connecting parts between these cryogenic parts and the warm outside space transfer as little heat as possible ,
  • two variants are known for vacuum insulation of rotors with rotor windings to be deep-frozen and warm stator windings:
  • the rotor has a warm outer housing and a rotating vacuum chamber which also rotates.
  • the vacuum space should surround the cryogenic area on all sides (see, for example, “Siemens Forsch, u. Develop.-Ber.A Vol. 5, 1976, No. 1, pages 10 to 16).
  • an undesired transfer of heat to the cryogenic parts takes place via supports extending through the vacuum space.
  • the substantially cold rotor rotates in a high vacuum.
  • the outer limit of the high vacuum space is determined by the inner bore of the stand.
  • highly vacuum-tight shaft seals between the rotor and the stator cf. e.g. DE 27 53 461 A).
  • the first-mentioned variant is implemented in the machine which can be found in the aforementioned US-A document. Accordingly, their rotor has a superconducting winding inside a rotor cryostat, which forms an outer housing of the rotor with attached flange shafts. Helium cooling is provided for the superconductors of the winding. In contrast, the outer contour of the rotor outer housing is approximately at room temperature and, if necessary, also above it during operation.
  • the useful torque of the machine is generated in the rotor winding. This is arranged in a cold winding support, which in turn is suspended or held in an insulated manner in the rotor outer housing, which acts as a cryostat. This suspension or holder on the drive side of the rotor, which is often also referred to as the A side of the machine, must be stable enough to keep the torque from the cold
  • a corresponding, rigid connection Torque transmission device must therefore be dimensioned relatively solid and non-positively connected to the winding carrier and the drive-side shaft part. This leads to the inevitable introduction of heat into the cold area of the rotor. It is therefore often seen that the torque-transmitting connecting device is cooled (see, for example, “Handbook of Applied Superconducitivity *, Vol. 2: Ed .: B. Seeber, Institute of Physics Publishing, Bristol (GB), 1998, pages 1497 to 1499 and 1522 to 1530). At the same time, this connecting device also takes over the centering of the cold winding support on the drive side.
  • the torque-transmitting connecting device has a hollow cylindrical composite body made of a glass fiber reinforced plastic.
  • This hollow cylinder is provided on its two axial sides with a steel fastening part, which is non-positively connected to the winding support or the drive shaft.
  • the mechanical connection between the hollow cylinder made of plastic and the fastening parts made of steel must ensure high overload resistance and fatigue strength under changing loads, for example when starting or in the event of various malfunctions on such motors, significantly higher moments occur than in normal operation, which do not damage the Torque transmitting device may lead.
  • no details can be found in the US-A document.
  • the composite body of the torque-transmitting device should comprise, in one piece, side parts and an intermediate middle part, the side parts at least in a partial section widening outwards in a funnel shape and the middle part being hollow-cylindrical, and wherein the side parts have a wave shape at least in a partial section in the circumferential direction, while the middle part is at least largely undulated.
  • the composite body should be positively and non-positively connected on its side parts to flange-like fastening parts made of metal, in that at least each side part of the composite body is to be pressed against a form-fitting mating surface by means of a press ring body to be positively connected to the respective fastening part, with a press surface that is adapted to the shape, the The middle part of the composite body must be left free at least to a certain extent.
  • the fiber composite body can be coated with a suitable adhesive resin, which can be filled or unfilled, in particular on the corrugated surfaces in order to prevent voids from being formed during the pressing.
  • a suitable adhesive resin which can be filled or unfilled, in particular on the corrugated surfaces in order to prevent voids from being formed during the pressing.
  • a waveform of the side parts that is uniformly distributed over the circumference.
  • the waveform can preferably be sinusoidal or circular arc-like.
  • the central part of the fiber composite body in the lateral transition areas to the respective side part is to be pressed by the respective pressing ring body in a positive and non-positive manner against a corresponding part of the respective counter surface.
  • the undulating design of the remaining middle part advantageously helps to reduce the risk of bulging this part.
  • at least the larger part (ie more than half) of the fibers of the fiber material continuously extends at least over the transition area between the central part of the composite body and the respective side part. Because fibers passing through these areas contribute to the high resilience of these critical areas.
  • Known fiber materials, in particular glass fibers or carbon fibers are suitable as fibers.
  • the fastening elements are advantageously provided with a toothing on the end face which engages in a corresponding toothing of the respective counterpart.
  • the toothing can be designed in a self-locking manner.
  • Corresponding gears are known per se.
  • Either metallic low-T c superconductor material or in particular metal-oxide high-T c superconductor material can be considered for the conductors of the winding to be cooled.
  • the cooling technology is simplified by using the latter material.
  • FIG. 1 schematically shows a possible embodiment of the machine in a longitudinal section
  • 2 shows a first special embodiment of a torque-transmitting connecting device of this machine in a longitudinal section
  • FIG. 3 shows a plan view of a cross section of this connecting device according to FIG. 2
  • FIG. 4 shows the fiber composite body of this connecting device in a longitudinal section
  • FIG. 5 shows a cross section of this fiber composite body in Area of a side part
  • the figures 6 and 7 of which show a longitudinal section or a cross section through a further embodiment of a torque-transmitting connecting device in FIGS. 2 and 3
  • FIG. 8 a front view of a flange-like fastening element of the connecting device according to FIG. 2.
  • corresponding parts are provided with the same reference numerals.
  • the embodiment of the machine indicated below can in particular be a synchronous motor or a generator.
  • the machine according to the invention comprises a rotating, normally conductive or superconducting rotor winding, which in principle permits the use of metallic low-T c - superconductor material or in particular oxidic high-T c - superconductor material.
  • the winding can consist of a coil or a system of coils in two, four or other multipole arrangement.
  • FIG. 1 The basic structure of such a synchronous machine can be seen in FIG. 1, starting from known embodiments of such machines (cf. the publications mentioned).
  • the machine generally designated 2, comprises a stationary machine outer housing 3, which is at room temperature, with a stator winding 4 therein.
  • a rotor 5 is rotatably supported in bearings 6a and 6b about an axis of rotation RA.
  • the rotor has a rotor outer housing 7 designed as a vacuum vessel, in which a winding carrier 9 is held with a winding 10 to be cooled, for example HTS winding 10.
  • This rotor outer housing comprises on its axially opposite (end) sides in each case a disk or annular disk-shaped housing part 7a or 7b.
  • Each of these housing parts is rigidly connected to an axial rotor shaft part 5a or 5b, with each rotor shaft part being assigned one of the bearings 6a or 6b.
  • a rigid, rotationally symmetrical device 8a is provided between the winding support and the disk-shaped housing part 7a firmly connected to the rotor shaft part 5a.
  • the torque transmission also takes place via this device designed according to the invention, hereinafter referred to as connecting device 8a, with front flange-like fastening parts 12a and 12b and a fiber composite body 13 running between them (cf. in particular FIGS. 2 and 3).
  • This composite body advantageously consists essentially of a poorly heat-conducting hollow cylinder, which consists of a plastic material reinforced with fibers such as glass fibers (so-called “GFK ⁇ material).
  • the fibers are preferably placed over the entire axial extent in the plastic material serving as a matrix and selected from the point of view of strength.
  • the fibers in the plastic material advantageously run obliquely with respect to the axis of rotation RA, that is to say not parallel or perpendicular to it. If necessary, they can also be in different positions, whereby their angles with respect to the axis can also be different.
  • the composite material formed in this way then ensures a sufficiently high mechanical rigidity for the torque transmission. speed and a large thrust module (G module) with low thermal conductivity. Further details of the torque-transmitting connection device are shown in particular in FIGS. 2 to 5.
  • a further connecting device 8b is arranged between the winding carrier 9 and the lateral, disk-shaped housing part 7b of the rotor outer housing 7 on the non-drive side opposite the drive side A, designated B below.
  • a coolant supply for cooling the in particular superconducting winding 10 takes place from outside the machine via the hollow cylindrical shaft part 5b. Details of the coolant supply and the seal are known. A detailed representation of these parts was therefore omitted in the figure.
  • a vacuum enclosing the winding support 9 with the winding 10 to be cooled is designated by V. The vacuum is present in particular between the warm rotor outer housing 7 and the cold winding carrier 9.
  • known measures for thermal insulation such as super insulation was dispensed with.
  • parts made of GRP are advantageous.
  • a special embodiment of the connecting device 8a designed according to the invention on the drive side A can be seen from the longitudinal section in FIG.
  • the connecting device 8b on the non-drive side B can have corresponding features.
  • the latter device should also be designed so that an axial expansion compensation is possible due to shrinkage of the cooled rotor parts.
  • the rotationally symmetrical fiber composite body 13 enclosing the axis RA is composed of at least three parts, namely a hollow cylindrical middle part 13c and two funnel-shaped axially outwards from the radius of the middle part
  • each of these side parts should be structured in such a way that a regular corrugation with elevation
  • the waveform can be seen in more detail in the lateral view of the cross section of FIG. 3 and in particular from the cross section of FIG.
  • Such a corrugation can preferably be made in the manufacture of the fiber composite body by means of a corresponding shape.
  • the fiber composite body 13 with its central part 13c and its front side parts 13a and 13b
  • the corrugation of the side parts on which the figures are based is preferably sinusoidal and in particular evenly distributed over the entire circumference.
  • other waveforms such as e.g.
  • the counter surfaces 14a and 14b of the respective have a corrugation adapted to the corrugation of the associated side part.
  • a pressing ring body 15a or 15b is provided, as can also be seen in FIG. 2.
  • These pressing ring bodies also have a corrugation on their pressing surfaces 19a and 19b which bear against the respective side part, which is adapted to the corrugation of the respective side part on its side facing away from the counter surface.
  • Pressing bodies 15a and 15b are screwed to the fastening parts 12a and 12b by means of spreader bolts 20a and 20b in such a way that the side parts are pressed immovably onto the associated mating surfaces.
  • the fiber composite body 13 can optionally be coated with a suitable, filled or unfilled adhesive resin on the side parts before assembly, so that no voids are created during the pressing. If the metal surfaces of the fastening parts are treated with release agent, the structure can advantageously also be dismantled in the event of a fault in the fiber composite body.
  • a positive and non-positive pressing is now provided.
  • the fastening elements 12a and 12b and the press ring bodies 15a and 15b include not only the side parts 13a and 13b of the fiber composite body 13, but also to a certain extent also the middle part 13c.
  • the distance a to be kept clear, in particular between the ring pressed bodies 15a and 15b, ie without any metallic parts in contact, is determined on the one hand from the point of view of strength and on the other hand from the point of view of the lowest possible heat transfer. In this way, particular forceful loads on the transition area from the corrugated side parts to the non-corrugated middle part are to be prevented.
  • An effective torque transmission between the metallic fastening parts 12a and 12b and the non-metallic fiber composite body 13 is to be ensured in this way without there being any risk of damage to the connection area between these parts when high torsional forces occur. In addition, possible crack formation on edges is also prevented.
  • FIGS. 6 and 7 show a further embodiment of such a fiber composite body 23 in a connecting device 21a in a longitudinal or cross-sectional view corresponding to FIGS. 2 and 3.
  • the device 21a essentially differs by a special shape of its fiber composite body 23 between fastening parts 22a and 22b made of metal.
  • the fiber composite body 23 has a tubular, non-corrugated central part 23c.
  • its side parts 23a and 23b are specially designed.
  • a waveform can only be provided for the end parts 23a 2 and 23b 2 .
  • the corrugated end parts 23a 2 and 23b 2 are inserted into correspondingly milled grooves of the respective flange-like fastening part 22a or 22b and lie with their funnel-shaped partial sections 23a ⁇ and 23b ⁇ on a formally adapted counter surface 2 ⁇ a or 26b of the corresponding one Fastener.
  • the frictional connection between these parts is in turn effected by means of press ring bodies 15a and 15b, which press the fiber composite body 23 against the counter surfaces 26a and 26b of the respective fastening part 22a and 22b via their press surfaces 19a and 19b.
  • each pressing ring body and the associated mating surfaces can capture the tubular middle part (without corrugation) to a certain extent.
  • each fastening part can advantageously have an end face, with teeth 29a protruding from the side view of the figure, with protruding teeth 29a and groove-like spaces or
  • the toothing can be designed in a manner known per se so that a force conclusive, self-centering connection is achieved, whereby the moment can be passed on over a relatively large radius.
  • the counter surface of the winding carrier 9 or the housing part 7a has a corresponding toothing, the teeth 29a of the toothing 29 of the flange-like fastening part 12a engaging in corresponding grooves in the counter surface of the winding carrier or the housing part.
  • bores 30i for screwing the fastening part 12a to the winding support 9 are also indicated.
  • GRP glass fiber reinforced plastic
  • other fibers such as Plastics reinforced with carbon fibers can be used, provided that these materials can be used to ensure torque transmission with low heat transmission.
  • a connecting device designed according to the invention can have a plurality of concentrically enclosing composite bodies, which may also be assigned their own flange-like, concentrically enclosing fastening parts.
  • the counter surfaces against which the respective composite body is pressed by means of a plurality of press ring bodies which may also be formed by a single component, are formed on the respective fastening part.
  • the respective fastening part can also be composed of several bodies for this purpose.

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  • Power Engineering (AREA)
  • Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)

Abstract

Die Maschine (2) weist einen Rotor (5) mit einer zu kühlenden, insbesondere supraleitenden Wicklung (10) in einem Wicklungsträger (9) auf. Zur Halterung des Wicklungsträgers innerhalb eines Rotoraussengehäuses (7) ist auf einer Drehmoment übertragenden Seite (A) eine Einrichtung (8a) mit einem Verbundkörper (13) aus faserverstärktem Kunststoff vorgesehen. Der Verbundkörper (13) soll einstückig aus Seitenteilen und einem Mittelteil bestehen, wobei sich die Seitenteile trichterförmig nach aussen hin erweitern und der Mittelteil hohlzylinderförmig ist. Die Seitenteile sollen zumindest teilweise in Umfangsrichtung gesehen eine Wellenform aufweisen und mit flanschartigen Befestigungsteilen (12a, 12b) aus Metall form- und kraftschlüssig mittels Pressringkörpern verbunden sein.

Description

Beschreibung
Maschine mit einer in einem Wicklungsträger angeordneten kühlbaren Wicklung sowie mit einer Drehmoment übertragenden Einrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Maschine mit einem um eine Rotationsachse drehbar gelagerten Rotor, der ein Rotoraußengehäuse hat, das an Rotorwellenteilen befestigt ist und einen Wicklungsträger mit einer kühlbaren, insbesondere supraleitenden Wicklung umschließt. Der Rotor weist ferner Mittel zur Halterung des Wicklungsträgers innerhalb des Rotoraußengehäuses auf, die zumindest an einer Stirnseite eine Drehmoment übertragende Einrichtung zwischen dem Wicklungsträger und dem zugeordneten Rotorwellenteil mit mindestens einem rotationssymmetrischen Verbundkörper aus einem mit Fasermaterial verstärkten Kunststoff umfassen. Eine entsprechende Maschine geht aus der US 5,880,547 A hervor.
Besondere Typen von elektrischen Maschinen, insbesondere Generatoren oder Motoren, besitzen eine rotierende Feldwicklung und eine feststehende Ständerwicklung. Durch Verwendung von tiefgekühlten und insbesondere supraleitenden Leitern kann man dabei die Stromdichte und dadurch die spezifische Leis- tung der Maschine, d.h. die Leistung pro Kilogramm Eigengewicht, erhöhen und auch den Wirkungsgrad der Maschine steigern.
Tiefkalte Wicklungen elektrischer Maschinen müssen im Allge- meinen von der Umgebung thermisch isoliert und mit einem
Kühlmittel auf der geforderten Tieftemperatur gehalten werden. Eine effektive Wärmeisolation kann dabei nur erreicht werden, wenn die tiefkalten Teile der Maschine von dem warmen Außenraum möglichst durch ein Vakuum mit einem Restgasdruck im Allgemeinen unter 10~3 mbar getrennt sind und wenn Verbindungsteile zwischen diesen tiefkalten Teilen und dem warmen Außenraum möglichst wenig Wärme übertragen. Für eine Vakuumisolation von Rotoren mit tiefzukühlenden Läuferwicklungen und warmen Ständerwicklungen sind insbesondere zwei Varianten bekannt: Bei einer ersten Ausführungsform hat der Rotor ein warmes Außengehäuse und einen mitrotierenden, abgeschlossenen Vakuumraum. Der Vakuumraum sollte dabei den tiefkalten Bereich allseitig umgeben (vgl. z.B. „Siemens Forsch, u. Entwickl.-Ber.A Bd. 5, 1976, No . 1, Seiten 10 bis 16). Über sich durch den Vakuumraum erstreckende Abstützungen erfolgt jedoch eine unerwünschte Übertragung von Wärme auf die tiefkalten Teile.
Bei einer zweiten Ausführungsform rotiert der im Wesentlichen kalte Rotor in einem Hochvakuum. Dabei wird die äußere Begrenzung des Hochvakuumraumes durch die Innenbohrung des Ständers festgelegt. Eine solche Anordnung erfordert jedoch hochvakuumdichte Wellendichtungen zwischen dem Rotor und dem Ständer (vgl. z.B. DE 27 53 461 A) .
Bei der aus der genannten US-A-Schrift entnehmbaren Maschine ist die erstgenannte Variante realisiert. Demnach befindet sich bei ihrem Rotor eine supraleitende Wicklung im Inneren eines Lauferkryostaten, der mit angebrachten Flanschwellen ein Außengehäuse des Rotors bildet. Für die Supraleiter der Wicklung ist eine Heliumkühlung vorgesehen. Demgegenüber befindet sich die Außenkontur des Rotoraußengehäuses etwa auf Raumtemperatur und im Betrieb auch gegebenenfalls darüber. Das Nutzdrehmoment der Maschine wird in der Rotorwicklung er- zeugt. Diese ist in einem kalten Wicklungsträger angeordnet, der seinerseits isoliert in dem als Kryostaten wirkenden Rotoraußengehäuse aufgehängt bzw. gehaltert ist. Dabei muss diese Aufhängung bzw. Halterung auf der Antriebsseite des Rotors, die häufig auch als A-Seite der Maschine bezeichnet wird, stabil genug sein, um das Drehmoment von dem kalten
Wicklungsträger auf einen antriebsseitigen, wärmeren Wellenteil zu übertragen. Eine entsprechende, starre Verbindungs- einrichtung zur Drehmomentübertragung muss daher verhältnismäßig massiv dimensioniert und kraftschlüssig mit dem Wicklungsträger und dem antriebsseitigen Wellenteil verbunden sein. Dadurch bedingt kommt es zu einer unvermeidlichen Wär- meeinleitung in den kalten Bereich des Rotors. Häufig sieht man sich deshalb zu einer Kühlung der Drehmoment übertragenden Verbindungseinrichtung veranlasst (vgl. z.B. „Handbook of Applied Superconducitivity* , Vol. 2: Ed.: B.Seeber, Institute of Physics Publishing, Bristol (GB) , 1998, Seiten 1497 bis 1499 und 1522 bis 1530) . Zugleich übernimmt diese Verbindungseinrichtung auch die antriebsseitige Zentrierung des kalten Wicklungsträgers. Auf der gegenüberliegenden Rotorseite, die auch als Nichtantriebs- oder allgemein auch als B- Seite bezeichnet wird, an der für einen Betrieb der Maschine wichtige Verbindungen wie z.B. eine Kühlmittelzufuhr vorgesehen sind, wird praktisch kein Drehmoment ausgeleitet. Daher ist hier im Wesentlichen nur die Funktion einer Zentrierung und thermischen Isolierung zu erfüllen. Darüber hinaus werden dort im Allgemeinen Maßnahmen zu einem Ausgleich der Schrump- fung des abgekühlten Wicklungsträgers eingeplant.
Zur Verminderung der Wärmeeinleitung in den gekühlten Supraleitungsbereich des Rotors ist bei einer speziellen Ausführungsform der aus der genannten US-A-Schrift zu entnehmbaren Maschine vorgesehen, dass zumindest auf der Antriebsseite die Drehmoment übertragende Verbindungseinrichtung einen hohlzy- lindrischen Verbundkörper aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff aufweist. Dieser Hohlzylinder ist an seinen beiden axialen Seiten jeweils mit einem Befestigungsteil aus Stahl versehen, der mit dem Wicklungsträger bzw. der Antriebswelle kraftschlüssig verbunden ist. Die mechanische Verbindung zwischen dem Hohlzylinder aus Kunststoff und den Befestigungsteilen aus Stahl muss eine hohe Überlastfestigkeit und Dauerfestigkeit bei wechselnden Beanspruchungen gewährleisten, da beispielsweise beim Anlaufen oder bei verschiedenen Störfällen an solchen Motoren deutlich höhere Momente als im normalen Betriebsfall auftreten, die nicht zu einer Schädigung der Drehmoment übertragenden Einrichtung führen dürfen. Diesbezügliche Einzelheiten sind jedoch der US-A-Schrift nicht zu entnehmen .
Solche Einzelheiten sind in der US 6,129,477 A angesprochen. Hier wird eine Drehmomentübertragung über eine Verbindungseinrichtung zwischen verschiedenen Teilen dieser Einrichtung aus Materialien mit unterschiedlichen Schermodulen an einer konisch verlaufenden Fläche ausgenutzt, wobei eine Verklebung dieser Teile an dieser Fläche vorgesehen ist. Ein erster Teil der Verbindungseinrichtung besteht dabei aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff, während ein zweiter aus Metall gefertigt ist. Auch hier hängt die Funktionsfähigkeit der Drehmomentübertragung im wesentlichem Maße von der Dauerhaftigkeit der Verklebung zwischen diesen Teilen ab.
Neben den seit langem bekannten metallischen Supraleitermaterialien wie z.B. NbTi oder NbSn, wie sie bei den vorstehend erwähnten Maschinen eingesetzt werden, sind seit 1987 auch metalloxidische Supraleitermaterialien mit Sprungtemperaturen von über 77 K bekannt. Mit Leitern unter Verwendung solcher Hoch (High) -Tc-Supraleitermaterialien, die auch als HTS- Materialien bezeichnet werden, versucht man, supraleitende Wicklungen von Maschinen zu erstellen (vgl. z.B. WO 98/02953 A) . Auch Maschinen von diesem Leitertyp erfordern auf Grund der Temperaturunterschiede zwischen der Betriebstemperatur des Supraleitermaterials und der Außentemperatur des wärmeren Rotoraußengehäuses Maßnahmen zur Verminderung der Temperatureinleitung in den Supraleitungsbereich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Maschine mit den eingangs genannten Merkmalen dahingehend auszugestalten, dass ihre Verbindungseinrichtung zur Drehmomentübertragung auf verhältnismäßig einfache Weise eine kraftschlüssige, eine hohe Dauer- und Überlastfestigkeit gewährleistende Verbindung zwischen dem kalten Wicklungsträger und dem zugeordneten war- men Rotorwellenteil ermöglicht und dabei Wärmeeinleitungsverluste zum kalten Wicklungsträger begrenzt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An- spruchs 1 gelöst. Dementsprechend soll bei der Maschine mit den eingangs genannten Merkmalen der Verbundkörper der Drehmoment übertragenden Einrichtung einstückig Seitenteile und einen dazwischen liegenden Mittelteil enthalten, wobei die Seitenteile zumindest in einem Teilabschnitt sich trichter- förmig nach außen hin erweiternd und der Mittelteil hohlzy- linderförmig ausgebildet sind und wobei die Seitenteile zumindest in einem Teilabschnitt in Umfangsrichtung gesehen eine Wellenform aufweisen, während der Mittelteil zumindest weitgehend ungewellt ist. Dabei soll der Verbundkörper an seinen Seitenteilen mit flanschartigen Befestigungsteilen aus Metall form- und kraftschlüssig verbunden sein, indem wenigstens jeder Seitenteil des Verbundkörpers mittels eines mit dem jeweiligen Befestigungsteil kraftschlussig zu verbindenden Pressringkörpers mit formmäßig angepasst Pressfläche an eine formmäßig angepasste Gegenfläche zu pressen ist, wobei der Mittelteil des Verbundkörpers zumindest ein Stück weit freizulassen ist.
Die mit dieser Ausgestaltung der Maschine verbundenen Vortei- le sind darin zu sehen, dass durch die besondere Ausgestaltung des rotationssymmetrischen Faserverbundkörpers zumindest im Bereich seiner stirnseitigen Seitenteile und wegen der entsprechenden Gestaltung der flanschartigen Befestigungsteile im Verbindungsbereich mit diesen Seitenteilen eine gute form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen dem schlechtwärmeleitenden Teil des Verbundkörpers und den Metallteilen des Wicklungsträgers erreicht wird. Dabei werden vorteilhaft im Verbindungsbereich zwischen Kunststoff und Metall, der ansonsten eine Schwachstelle der Drehmomentübertragung dar- stellt, Probleme einer Scherfestigkeit insbesondere bezüglich Überlast und im Dauerbetrieb umgangen, indem das Moment nunmehr an den formschlüssig aneinanderliegenden Teilen mit an- gepasster Wellung in erster Linie durch Druck bzw. Presskraft und weniger durch Scherung übertragen wird.
Gegebenenfalls kann noch zur Verbesserung der Kraftübertra- gung der Faserverbundkörper vor der Montage mit einem geeigneten Klebeharz, das gefüllt oder ungefüllt sein kann, insbesondere an den gewellten Flächen bestrichen werden, um bei der Verpressung keine Hohlräume entstehen zu lassen. Mit einer solchen Verpressung und der angepassten Wellung wird nicht nur ein Verrutschen des Faserverbundkörpers bezüglich der Befestigungsteile verhindert; vielmehr wird dadurch auch im Verbindungsbereich „Metall-Kunststoff* die Kraftübertragung mittels Druckkräften statt durch Scherkräfte verbessert.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Maschine gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
So wird insbesondere eine über den Umfang gleichmäßig verteilte Wellenform der Seitenteile vorgesehen. Dabei kann vor- zugsweise die Wellenform sinusartig oder kreisbogenartig sein. Mit einer solchen Ausgestaltung der Seitenteile sowie der an ihnen formschlüssig anliegenden Flächen der Pressringkörper und der Befestigungselemente ist eine besonders gleichmäßige Kraftübertragung zwischen diesen Teilen zu ge- währleisten. Die Wellung der Seitenteile braucht dabei jeweils nur in einem Teilabschnitt realisiert zu sein.
Als besonders vorteilhaft ist es anzusehen, wenn der Mittelteil des Faserverbundkörpers in seitlichen Übergangsbereichen zu dem jeweiligen Seitenteil von dem jeweiligen Pressringkörper form- und kraftschlüssig gegen einen entsprechenden Teil der jeweiligen Gegenfläche zu pressen ist. Auf diese Weise ist eine besondere Belastung der Übergangsbereiche zwischen den gewellten Seitenteilen und dem ungewellten Mittelteil zu vermeiden. Die ungewellte Ausbildung des verbleibenden Mittelteils hilft dabei vorteilhaft die Gefahr einer Ausbeulung dieses Teils zu vermindern. Ferner ist es besonders günstig, wenn sich zumindest der größere Teil (d.h. mehr als die Hälfte) der Fasern des Fasermaterials ununterbrochen zumindest über den Übergangsbereich zwischen dem Mittelteil des Verbundkörpers und dem jeweiligen Seitenteil erstreckt. Denn über diese Bereiche durchgehende Fasern tragen zu einer hohen kräftemäßigen Belastbarkeit dieser an sich kritischen Bereiche bei. Als Fasern kommen bekannte Fasermaterialien, insbesondere Glasfasern oder Kohlen- stofffasern, in Frage.
Zur Verbesserung des Kraftschlusses und zu einer guten Drehmomentübertragung zwischen den flanschartigen Befestigungselementen und dem Wicklungsträger bzw. dem antriebsseitigen Gehäuse- oder Rotorwellenteil sind vorteilhaft die Befestigungselemente mit einer stirnseitigen Verzahnung versehen, die in eine entsprechende Verzahnung des jeweiligen Gegenstücks eingreift. Die Verzahnung kann dabei in sich selbst sichernder Weise ausgebildet sein. Entsprechende Verzahnungen sind an sich bekannt.
Für die Leiter der zu kühlenden Wicklung kann entweder metallisches Niedrig-Tc-Supraleitermaterial oder insbesondere me- talloxidisches Hoch-Tc-Supraleitermaterial in Frage kommen. Durch die Verwendung des letztgenannten Materials wird die Kühltechnik vereinfacht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Maschine sind Gegenstand der restlichen, vorstehend nicht an- gesprochenen Unteransprüche.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Maschine nach der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung noch weiter erläutert. Dabei zeigen jeweils schematisch deren Figur 1 eine mögliche Ausführungsform der Maschine in einem Längsschnitt, deren Figur 2 eine erste spezielle Ausgestaltung einer Drehmoment übertragenden Verbindungseinrichtung dieser Maschine in einem Längsschnitt, deren Figur 3 eine Aufsicht auf einen Querschnitt dieser Verbindungseinrichtung nach Figur 2, deren Figur 4 den Faserverbundkörper dieser Verbindungseinrichtung in einem Längsschnitt, deren Figur 5 einen Querschnitt dieses Faserverbundkörpers im Bereich eines Seitenteils, deren Figuren 6 und 7 einen Längsschnitt bzw. einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Drehmoment übertragenden Verbindungseinrichtung in den Figuren 2 und 3 entsprechender Darstellung sowie deren Figur 8 eine Frontansicht auf ein flanschartiges Befestigungselement der Verbindungseinrichtung nach Figur 2. In den Figuren sind sich entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.
Bei der nachfolgend angedeuteten Ausführungsform der Maschine kann es sich insbesondere um einen Synchron-Motor oder einen Generator handeln. Selbstverständlich sind auch andere Anwen- dungs- bzw. Einsatzgebiete entsprechender Maschinen wie für hohe Drehzahlen, kompakte Antriebe z.B. von Schiffen oder für sogenannte Offshore-Eirichtungen wie z.B. Bohrplattformen möglich. Die erfindungsgemäße Maschine umfasst eine rotierende, normalleitende oder supraleitende Rotorwicklung, die prinzipiell eine Verwendung von metallischem Niedrig-Tc- Supraleitermaterial oder insbesondere oxidischem Hoch-Tc- Supraleitermaterial gestattet. Die Wicklung kann aus einer Spule oder einem System von Spulen in zwei-, vier- oder sonstigen mehrpoligen Anordnung bestehen. Der prinzipielle Aufbau einer solchen Synchronmaschine geht aus Figur 1 hervor, wobei von bekannten Ausführungsformen solcher Maschinen ausgegangen wird (vgl. die genannten Veröffentlichungen). Die allgemein mit 2 bezeichnete Maschine umfasst ein feststehendes, auf Raumtemperatur befindliches Maschinenaußengehäuse 3 mit einer Ständerwicklung 4 darin. Innerhalb dieses Außengehäuses und von der Ständerwicklung 4 umschlossen ist ein Rotor 5 drehbar um eine Rotationsachse RA in Lagern 6a und 6b gehaltert. Hierzu weist der Rotor ein als Vakuumgefäß gestaltetes Rotoraußengehäuse 7 auf, in dem ein Wicklungsträger 9 mit einer zu kühlenden, beispielsweise HTS-Wicklung 10 gehaltert ist. Dieses Rotoraußengehäuse umfasst an seinen axial gegenüberliegenden (Stirn-) Seiten jeweils einen Scheiben- o- der ringscheibenförmig gestalteten Gehäuseteil 7a bzw. 7b. Jeder dieser Gehäuseteile ist mit einem axialen Rotorwellenteil 5a bzw. 5b starr verbunden, wobei jedem Rotorwellenteil eines der Lager 6a bzw. 6b zugeordnet ist. Auf der sogenann- ten Antriebsseite A des Rotoraußengehäuses 7 ist eine starre, rotationssymmetrische Einrichtung 8a zwischen dem Wicklungsträger und dem scheibenförmigen, mit dem Rotorwellenteil 5a fest verbundenen Gehäuseteil 7a vorgesehen. Über diese erfindungsgemäß gestaltete, nachfolgend als Verbindungseinrichtung 8a bezeichnete Einrichtung mit stirnseitigen flanschartigen Befestigungsteilen 12a und 12b sowie einem dazwischen verlaufenden Faserverbundkörper 13 (vgl. insbesondere die Figuren 2 und 3) erfolgt insbesondere auch die Drehmomentübertragung. Vorteilhaft besteht dieser Verbundkörper im Wesentlichen aus einem schlecht-wärmeleitenden Hohlzylinder, der aus einem mit Fasern wie beispielsweise Glasfasern verstärkten Kunststoffmaterial (sogenanntes „GFKλ -Material) besteht. Dabei sind in an sich bekannter Weise die Fasern in das für sie als Matrix dienende, unter Festigkeitsgesichtspunkten ausgewählte Kunst- stoffmaterial vorzugsweise über die gesamte axiale Ausdehnung gelegt. Die Fasern verlaufen dabei im Kunststoffmaterial vorteilhaft schräg bezüglich der Rotationsachse RA, also nicht parallel oder senkrecht dazu. Gegebenenfalls können sie sich auch in verschiedenen Lagen befinden, wobei ihre Winkel be- züglich der Achse auch unterschiedlich sein können. Das so gebildete Verbundmaterial gewährleistet dann eine für die Drehmomentübertragung hinreichend große mechanische Steifig- keit und einem großen Schubmodul (G-Modul) bei gleichzeitig geringer Wärmeleitfähigkeit. Weitere Einzelheiten der Drehmoment übertragenden Verbindungseinrichtung sind insbesondere in den Figuren 2 bis 5 dargestellt.
Wie ferner aus Figur 1 hervorgeht, ist auf der der Antriebsseite A gegenüberliegenden, nachfolgend mit B bezeichneten Nicht-Antriebsseite eine weitere Verbindungseinrichtung 8b zwischen dem Wicklungsträger 9 und dem seitlichen, scheiben- förmigen Gehäuseteil 7b des Rotoraußengehäuses 7 angeordnet. Auf dieser Seite B erfolgt über den hohlzylindrisch ausgeführten Wellenteil 5b unter anderem eine Kühlmittelzufuhr zur Kühlung der insbesondere supraleitenden Wicklung 10 von außerhalb der Maschine. Einzelheiten der Kühlmittelzufuhr und der Abdichtung sind bekannt. Auf eine detaillierte Darstellung dieser Teile wurde deshalb in der Figur verzichtet. Ein den Wicklungsträger 9 mit der zu kühlenden Wicklung 10 umschließendes Vakuum ist mit V bezeichnet. Das Vakuum ist insbesondere zwischen dem warmen Rotoraußengehäuse 7 und dem kalten Wicklungsträger 9 vorhanden. Auf die Darstellung weiterer, bekannter Maßnahmen zu einer thermischen Isolation wie z.B. einer Superisolation wurde verzichtet.
Zur Verminderung einer Wärmeeinleitung von den auf Raumtempe- ratur befindlichen, somit wärmeren seitlichen Gehäuseteilen 7a und 7b des Rotoraußengehäuses in den auf Tieftemperatur befindlichen kalten Teil des Wicklungsträgers 9 und damit in die kalte Wicklung 10 kommen vorteilhaft Teile aus GFK in Frage. Eine spezielle Ausführungsform erfindungsgemäß gestal- teten Verbindungseinrichtung 8a auf der Antriebsseite A geht aus dem Längsschnitt der Figur 2 hervor. Die Verbindungseinrichtung 8b auf der Nicht-Antriebsseite B kann entsprechende Merkmale aufweisen. Letztere Einrichtung sollte darüber hinaus so gestaltet sein, dass ein axialer Dehnungsausgleich auf Grund von Schrumpfungen der abgekühlten Rotorteile ermöglicht wird. Neben der Forderung nach Minimierung der Wärmeübertragung müssen zwischen dem Faserverbundkörper 13 aus GFK und den flanschartigen Befestigungsteilen 12a und 12b aus Metall insbesondere auch hohe Drehmomente der Maschine übertragen wer- 5 den können. Hierzu setzt sich der rotationssymmetrisch gestaltete, die Achse RA umschließende Faserverbundkörper 13 setzt sich aus zumindest aus drei Teilen zusammen, nämlich einem hohlzylinderformigen Mittelteil 13c sowie zwei sich a- xial nach außen hin trichterförmig von Radius des Mittelteils
10 auf größere Radien erweiternden Seitenteilen 13a und 13b
(vgl. hierzu auch Figur 4). Dabei sollen diese Seitenteile in ihrem einzigen Teilabschnitt abweichend von einer glatten, ungewellten Trichterform jeweils so strukturiert sein, dass in Umfangsrichtung gesehen eine regelmäßige Wellung mit Erhe-
15 bungen 17j und Vertiefungen 18j erhalten wird. Die Wellenform ist in der seitlichen Aufsicht auf den Querschnitt der Figur 3 und insbesondere aus dem Querschnitt der Figur 5 näher ersichtlich. Eine solche Wellung kann vorzugsweise bei der Herstellung des Faserverbundkörpers mittels entsprechender Form-
20. gebungswerkzeuge im noch verformbaren Zustand eingeprägt werden, wobei vorteilhaft die Faserverstärkung nicht beschädigt wird und so die mechanische Stabilität des Verbundwerkstoffes erhalten bleibt. Der Faserverbundkörper 13 mit seinem Mittelteil 13c und seinen stirnseitigen Seitenteilen 13a und 13b
25 ist somit einstückig ausgebildet. Die für die Figuren zugrunde gelegte Wellung der Seitenteile ist aus Gründen einer guten Drehmomentübertragung vorzugsweise sinusförmig und insbesondere über den gesamten Umfang gleichmäßig verteilt. Gegebenenfalls können jedoch auch andere Wellenformen wie z.B.
30 Kreisbogenformen vorgesehen werden, und auch der Umfang braucht nur in einzelnen Bereichen mit einer solchen Wellung versehen zu werden. Demgegenüber soll der Mittelteil 13c zumindest weitgehend ungewellt sein.
35 Um einen Formschluss zwischen den so gewellten Seitenteilen 13a und 13b mit dem jeweiligen Befestigungsteil 12a bzw. 12b zu gewährleisten, sollen die Gegenflächen 14a und 14b des je- weiligen Befestigungsteils eine an die Wellung des zugehörenden Seitenteils angepasste Wellung besitzen. Um einen festen Sitz der Seitenteile 13a und 13b auf diesen Gegenflächen 14a und 14b zu gewährleisten, ist, wie ferner aus Figur 2 er- sichtlich ist, jeweils ein Pressringkörper 15a bzw. 15b vorgesehen. Diese Pressringkörper haben an ihren an dem jeweiligen Seitenteil anliegenden Pressflächen 19a bzw. 19b ebenfalls eine Wellung, die an die Wellung des jeweiligen Seitenteils auf dessen der Gegenfläche abgewandter Seite angepasst ist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 können die
Presskörper 15a und 15b mittels Versehraubungen 20a und 20b so an den Befestigungsteilen 12a bzw. 12b angeschraubt werden, dass die Seitenteile unverrückbar auf die zugehörigen Gegenflächen kraftschlüssig gepresst werden. Zu einer besse- ren Kraftübertragung kann gegebenenfalls der Faserverbundkörper 13 vor der Montage noch mit einem geeigneten, gefüllten oder ungefüllten Kleberharz an den Seitenteilen bestrichen werden, um so bei der Verpressung keine Hohlräume entstehen zu lassen. Wenn die Metalloberflächen der Befestigungsteile mit Trennmittel behandelt werden, kann vorteilhaft der Aufbau in einem Störungsfall des Faserverbundkörpers auch demontiert werden. Bei der erfindungsgemäßen Maschine wird also statt einer bisher üblichen, rein klassischen Verklebungstechnik bei der Metall-Faserverbundwerkstoff-Verbindung nunmehr eine form- und kraftschlüssige Verpressung vorgesehen.
Wie außerdem aus Figur 2 hervorgeht, umfassen die Befestigungselemente 12a und 12b und die Pressringkörper 15a und 15b nicht nur die Seitenteile 13a und 13b des Faserverbundkörpers 13, sondern ein Stück weit auch den Mittelteil 13c. Der freizuhaltende Abstand a insbesondere zwischen den Ringpresskörpern 15a und 15b, d.h. ohne anliegende metallische Teile, ist dabei einerseits von Festigkeitsgesichtspunkten und andererseits unter dem Gesichtspunkt einer möglichst geringen Wär e- Übertragung festgelegt. Auf diese Weise sind besondere kräftemäßige Belastungen des Übergangsbereichs von den gewellten Seitenteilen auf den ungewellten Mittelteil zu verhindern. Eine effektive Drehmomentübertragung zwischen den metallischen Befestigungsteilen 12a und 12b und dem nicht-metallischen Faserverbundkörper 13 ist so zu gewährleisten, ohne dass eine Gefahr von Beschädigungen der Verbindungsberei- ehe zwischen diesen Teilen bei auftretenden hohen Torsionskräften besteht. Außerdem wird zugleich einer eventuellen Rissbildung an Kanten vorgebeugt.
Selbstverständlich sind auch andere Ausgestaltungen der Sei- tenteile 13a und 13b des Faserverbundkörpers 13 und damit der zugeordneten Gegenflächen des jeweiligen Befestigungselementes 12a, 12b und der Pressringkörper 15a, 15b möglich, soweit in U fangsrichtung gesehen und in dieser Richtung regelmäßig verteilt ineinander greifende Erhebungen und Vertiefungen der zu verbindenden Teile ein gegenseitiges Verdrehen in Umfangsrichtung ausschließen und die geforderte Drehmomentübertragung gewährleisten. Insbesondere mit der an Hand der Figuren 2 und 3 gezeigten Wellung sind diese Forderungen zu erfüllen. Aber auch andere ineinander greifende Strukturen wie z.B. Verzahnungen sind denkbar. Solche andere Strukturen sollen von der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Faserverbundkörpers und der der zugeordneten Teile unter dem Begriff „Wel- lungλ (bzw. „gewellt*) mit umfasst sein.
Die Figuren 6 und 7 zeigen im Längs- bzw. Querschnitt in den Figuren 2 und 3 entsprechender Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel eines solchen Faserverbundkörpers 23 in einer Verbindungseinrichtung 21a. In Abweichung von der Verbindungseinrichtung 8a nach Figur 2 unterscheidet sich die Ein- richtung 21a im Wesentlichen durch eine besondere Gestalt ihres Faserverbundkörpers 23 zwischen Befestigungsteilen 22a und 22b aus Metall. Wie der Faserverbundkörper 13 weist der Faserverbundkörper 23 einen rohrförmigen, ungewellten Mittelteil 23c auf. Jedoch sind seine Seitenteile 23a und 23b be- sonders gestaltet. Diese setzen sich nämlich jeweils aus zwei Teilabschnitten 23aι, 23a2 bzw. 23bι, 23b2 zusammen, wobei die an den Mittelteil 23c angrenzenden Teilabschnitte 23ax und 23bι jeweils sich trichterförmig nach außen hin erweiternd ausgebildet sind und die Teilabschnitte 23a2 und 23b2 hohlzy- linderförmige, sich achsenparallel nach außen erstreckende Endteile bilden. Zumindest einer der beiden Teilabschnitte jedes Seitenteils weist wiederum eine Wellung auf. So kann, wie für das Ausführungsbeispiel angenommen, z.B. nur für die Endteile 23a2 und 23b2 eine Wellenform vorgesehen werden. Es ist jedoch auch möglich, zusätzlich oder stattdessen eine Wellenform für die trichterförmigen Teilabschnitte 23aι und 23bι gemäß Figur 2 einzuplanen. Zur Montage der Verbindungseinrichtung 21a werden die gewellten Endteile 23a2 und 23b2 in entsprechend gefräste Nuten des jeweiligen flanschartigen Befestigungsteils 22a bzw. 22b eingefügt und liegen mit ihren trichterförmigen Teilabschnitten 23aχ und 23bι jeweils an ei- ner formmäßig angepassten Gegenfläche 2βa bzw. 26b des zugehörenden Befestigungsteils an. Der Kraftschluss zwischen diesen Teilen wird wiederum mittels Pressringkörpern 15a und 15b bewirkt, die über ihre Pressflächen 19a und 19b den Faserverbundkörper 23 an die Gegenflächen 26a und 26b des jeweiligen Befestigungsteils 22a bzw. 22b pressen. Selbstverständlich können auch bei dieser Ausführungsform jeder Pressringkörper und die zugeordneten Gegenflächen ein Stück weit den rohrför- migen Mittelteil (ohne Wellung) mit erfassen.
Zur Übertragung der hohen Drehmomente zwischen den flanschartigen Befestigungsteilen 12a und 12b oder 22a und 22b einerseits und dem Wicklungsträger 9 bzw. dem antriebsseitigen Gehäuseteil 7a andererseits wird vorteilhaft der jeweilige flanschartige Befestigungsteil an dem Wicklungsträger 9 bzw. dem Gehäuseteil 7a nicht nur angeschraubt. Vielmehr kann, wie mit der Darstellung des für die Figur 8 ausgewählten Befestigungsteils 12a angedeutet ist, jeder Befestigungsteil vorteilhaft eine stirnseitige, aus der Seitenaufsicht der Figur für ersichtliche Verzahnung 29 mit hervorstehenden Zähnen 29a und dazwischenliegenden, nutenartigen Zwischenräumen bzw.
Vertiefungen 29b aufweisen. Die Verzahnung lässt sich dabei in an sich bekannter Weise so ausbilden, dass eine kraft- schlüssige, sich selbst zentrierende Verbindung erreicht wird, wobei das Moment auf einem relativ großen Radius weitergegeben werden kann. Die Gegenfläche des Wicklungsträgers 9 bzw. des Gehäuseteils 7a weist eine entsprechende Verzah- nung auf, wobei die Zähne 29a der Verzahnung 29 des flanschartigen Befestigungsteils 12a in entsprechende Nuten in der Gegenfläche des Wicklungsträgers bzw. des Gehäuseteils eingreifen. In der Figur sind außerdem noch Bohrungen 30i für eine Verschraubung des Befestigungsteils 12a an dem Wick- lungsträger 9 angedeutet.
Bei den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen wurde davon ausgegangen, dass für die Faserverbundkörper 13 und 23 ein glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) verwendet wird. Selbstverständlich sind auch mit anderen Fasern wie z.B. mit Kohlenstofffasern verstärkte Kunststoffe einsetzbar, sofern mit diesen Materialien die Drehmomentübertragung bei gleichzeitig geringer Wärmeübertragung zu gewährleisten ist.
Darüber hinaus kann eine erfindungsgemäß ausgebildete Verbindungseinrichtung auch statt eines einzigen hohlzylindrischen Faserverbundkörpers mehrere, sich konzentrisch umschließende Verbundkörper aufweisen, denen gegebenenfalls auch eigene flanschartige, sich konzentrisch umschließende Befestigungs- teile zugeordnet sind.
Ferner wurde bei den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen davon ausgegangen, dass die Gegen lächen, an die der jeweilige Verbundkörper mittels mehrerer, gegebenen- falls auch nur durch ein einziges Bauteil gebildeten Pressringkörpern gepresst wird, an dem jeweiligen Befestigungsteil ausgebildet sind. Selbstverständlich kann hierzu der jeweilige Befestigungsteil auch aus mehreren Körpern zusammengesetzt sein.

Claims

Patentansprüche
1. Maschine mit einem um eine Rotationsachse drehbar gelagerten Rotor, der - ein Rotoraußengehäuse hat, das an Rotorwellenteilen befestigt ist und einen Wicklungsträger mit einer zu kühlenden Wicklung umschließt, und
- Mittel zur Halterung des Wicklungsträgers innerhalb des Rotoraußengehäuses aufweist, die zumindest an einer Stirnseite des Wicklungsträgers eine Drehmoment übertragende Einrichtung zwischen dem Wicklungsträger und dem zugeordneten Rotorwellenteil mit mindestens einem rotationssymmetrischen Verbundkörper aus einem mit Fasermaterial ver- stärkten Kunststoff umfassen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Verbundkörper ( 13 , 23 ) einstückig Seitenteile (13a, 13b; 23a, 23b) und einen dazwischen liegenden Mittelteil (13c, 23c) enthält, wobei die Seitenteile zumindest in einem Teilabschnitt (13a,
13b; 23aι, 23bι) sich trichterförmig nach außen hin erweiternd und der Mittelteil hohlzylinderförmig ausgebildet sind und wobei die Seitenteile zumindest in einem Teilabschnitt (13a, 13b; 23a2, 23b2) in Umfangsrichtung gesehen eine Wellenform aufweisen, während der Mittelteil (13c, 23c) zumindest weitgehend ungewellt ist, und an seinen Seitenteilen (13a, 13b) mit flanschartigen Befestigungsteilen (12a, 12b) aus Metall form- und kraft- schlüssig verbunden ist, indem wenigstens jeder Seitenteil (13a, 13b; 23a, 23b) des Verbundkörpers (13, 23) mittels eines mit dem jeweiligen Befestigungsteil (12a, 12b; 22a, 22b) kraftschlüssig zu verbindenden Pressringkörpers (15a, 15b) mit formmäßig angepasster Pressfläche (19a, 19b) an eine formmäßig angepasste Gegenfläche (14a, 14b; 26a, 26b) zu pressen ist, wobei der Mittelteil (13c, 23c) des Ver- bundkörpers (13, 23) zumindest ein Stück weit (a) freizulassen ist.
2. Maschine nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t durch eine in Umfangsrichtung gesehen gleichmäßige Wellenform der Seitenteile (13a, 13b; 23a, 23b) .
3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, g e k e n n z e i c h n e t durch eine in Umfangsrichtung gesehen sinusartige oder kreisbogenartige Wellenform der Seitenteile (13a, 13b; 23a, 23b) .
4. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Gegen- flächen (14a, 14b; 26a, 26b) an dem jeweiligen Befestigungsteil (12a, 12b bzw. 22a, 22b) ausgebildet sind.
5. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zumindest der trichterförmige Teilabschnitt jedes Seitenteils (13a, 13b; 23a, 23b) die Wellenform aufweist.
6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Seitenteile (23a, 23b) des Verbundkörpers (23) jeweils einen trichterförmigen Teilabschnitt (23ax, 23bι) und einen hohlzylinderförmigen Endabschnitt (23a2, 23b2) aufweisen, wobei die Endabschnitte und/oder die trichterförmigen Teilabschnitte die Wellenform aufweisen/aufweist .
7. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Mittelteil (13c, 23c) des Faserverbundkörpers (13, 23) in seitlichen Übergangsbereichen zu dem jeweiligen Seitenteil (12a, 12b; 22a, 22b) von dem jeweiligen Pressringkörper (15a bzw. 15b) form- und kraftschlüssig gegen einen entsprechenden Teil der jeweiligen Gegenfläche (14a, 14b; 26a, 26b) zu pressen ist.
8. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sich zumindest der größere Teil der Fasern des Fasermaterials ununterbrochen zumindest über jeden Übergangsbereich zwischen dem jeweiligen Seitenteil (13a, 13b; 23a, 23b) und dem Mittelteil (13c, 23c) des Faserverbundkörpers (13, 23) erstreckt.
9. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Fasermaterial des Faserverbundkörpers (13, 23) in Form von Glasfasern oder Kohlenstofffasern vorliegt.
10. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die flanschartigen Befestigungsteile (12a, 12b; 22a, 22b) jeweils mit einer stirnseitigen Verzahnung (29) versehen sind, die in ei- ne entsprechende Verzahnung des zugehörenden Teils des Wicklungsträgers (9) bzw. des mit dem Rotorwellenteil (5a) verbundenen seitlichen Gehäuseteils (7a) des Rotoraußengehäuses (7) eingreifen kann.
11. Maschine nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verzahnung sich selbst zentrierend ausgebildet ist.
12. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die flanschartigen Befestigungsteile (12a, 12b; 22a, 22b) aus einem Stahl bestehen.
13. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, g e - k e n n z e i c h n e t durch eine Verschraubung (20a, 20b) der Pressringkörper (15a, 15b) mit dem jeweiligen Befestigungsteil (12a, 12b; 22a, 22b) .
14. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Leiter der Wicklung (10) metallisches Niedrig-T0-Supraleitermaterial oder metalloxidisches Hoch-Tc-Supraleitermaterial enthalten.
15. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Wicklungsträger (9) von einem Vakuum (V) umgeben ist.
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