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Durch Ringscheiben und Stellschrauben zusammengespanntes Ständerblechpaket
elektrischer Maschinen Bei der bekannten Konstruktion großer, dynamoelektrischer
Maschinen, zum Beispiel wasserstoffgekühlter Turbogeneratoren, ist der aus Blechlamellen
aufgebaute Ständerkern in dem Maschinengestell zwischen starren Endplatten befestigt,
die durch Schrauben axial zusammengezogen werden, so daß sie die Lamellen zwischen
sich einklemmen. Mit der Zeit ändert sich die Länge des Ständerkerns durch ein,
gewisses Altern: Winzige Unregelmäßigkeiten in den Lamellen werden aufgenommen,
winzige Erhöhungen des Lacks zwischen ihnen unter der Einwirkung von Wärme und Druck
abgeflacht, und so verkürzt sich die Länge des Kerns, so daß die Schrauben nachgezogen
werden müssen. Die Endplatten können über den äußeren Umfang des Kerns radial vorstehen,
wodurch sich die Notwendigkeit ergibt, zwischen dem den Ständerkern umgebenden Manteljoch
und dem Kern selbst einen Abstand zu lassen.
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Das Zusammenspannen des Ständerblechpakets mittels durchgehender,
auf Zug beanspruchter Schrauben (Dehnungsschrauben) befriedigt um so weniger, je
länger das Ständerpaket in axialer Richtung sein muß. Denn mit dem Altern der Bleche
und der dadurch bedingten Verkürzung des Pakets verlieren die Schrauben, da sie
ja nicht über die Elastizitätsgrenze des Schraubenwerkstoffs hinaus angezogen sein
dürfen, ihre Spannkraft, so daß sie im Betrieb immer und immer wieder nachgezogen
werden müssen. Auch die Einführung von auf Druck beanspruchten Schrauben, die man
schon vorgeschlagen hat, bot keinen befriedigenden Ausweg, da auch hier das Nachspannen
immer wieder notwendig wurde.
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Gegenüber diesem unbefriedigenden Stande der Technik beruht die Erfindung
auf dem grundlegend anderen Gedanken, an Stelle der axialen Zug- oder Druckspannungen
in den Spannelementen (Schrauben) Biegespannungen einzusetzen, die mit Durchfederungen
wesentlich größeren Betrages, ja sogar anderer Größenordnung verbunden sind, als
man sie mit den elastischen Längsdehnungen von Schrauben erreichen kann, selbst
wenn man die auf Zug beanspruchten Schrauben wie üblich im Schaft dünner dreht,
als dem Kerndurchmesser ihres Gewindes entspricht.
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Erfindungsgemäß ist daher ein Ständerblechpaket elektrischer Maschinen,
das durch Ringscheiben und Stellschrauben zusammengespannt wird, die gegen die tragenden
Konstruktionsteile abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der radial innenliegende
Teil mindestens eitler Ringscheibe innerhalb ihrer Elastizitätsgrenze so verbogen
ist, daß das so gebildete Federelement jeder Veränderung der axialen Länge des Ständerblechpaketes
durch Alterung oder thermischen Einfluß mit praktisch gleichbleibendem Druck zu
folgen vermag. Diese Anordnung bildet eine Anzahl von Vorteilen. Das Ständerpaket
wird ohne Verwendung von das gesamte Blechpaket durchdringenden axialen Spannbolzen
in axialer Richtung zusammengespannt, und die Bleche werden unter einem gleichbleibenden
Druck befestigt, der durch alterungsbedingte Veränderungen in der Länge des Kerns
nicht beeinflußt wird. Ferner braucht die das Einspannen bewirkende Federung sich
nicht über den äußeren Umfang des Kerns hinaus zu erstrecken. Dadurch entfällt die
Notwendigkeit, zwischen dem Kern und dem Manteljoch einen Zwischenraum zu lassen,
und man kann das Joch mit kleinerem Durchmesser ausführen. Dies gestattet eine Verkleinerung
des äußeren Gesamtdurchmessers der Maschine. Das Federungsvermögen der Ringscheiben
kann dadurch erhöht werden, daß man den Teil der Scheibe zwischen Außen- und Innenrand
hohl dreht, so daß man einen stetig veränderlichen Querschnitt erhält.
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Zwischen dem radial inneren Teil der Ringscheiben und dem Ständerpaket
sind nichtmagnetische Fingerplatten eingelegt, die den Axialdruck der Ringscheiben
auf das Ständerpaket übertragen.
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Die Verbiegung der Ringscheibe in axialer Richtung vom Ständerpaket
weg wird dadurch herbeigeführt, daß durch ihren radial inneren Teil auf einem Kreis
verteilte Schrauben axial hindurchgehen und jede dieser Schrauben an einem Finger
der Fingerplatte anliegt, während der radial äußere Teil der Ringplatte im Maschinengestell
gegen eine Bewegung
vom Ständerpaket weg gesichert ist. In einem
Ausführungsbeispiel wird die Erfindung durch die Zeichnungen veranschaulicht.
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Fig. 1 ist ein unterbrochener Längsschnitt durch eine Dynamomaschine,
in der die Erfindung verwendet wird; Fig.2 und 3 sind zwei vergrößerte Schnittansichten
eines Endkopfes des Ständerkerns aus Fig.1, einmal während des Zusammenbaus und
einmal fertig zusammengebaut; Fig. 4 ist ein Schnitt nach der Linie IV-IV von Fig.
3 ; Fig. J zeigt ein Lamellensegment aus dem Ständerkern der Maschine von Fig.1;
Fig.6 ist eine Einzelheit in Endansicht; Fig. 7 und 8 zeigen vergrößert einen Teil
der Einzelheit aus Fig. 6 in Endansicht und im Schnitt nach der Linie VIII-VIII
von Fig. 7.
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Bei der in Fig.l dargestellten Dynamomaschine handelt es sich um einen
Turbogenerator mit einem Läufer 11 und einem Ständer 12; diese sind in einem Gehäuse
eingeschlossen, das normalerweise mit Wasserstoff als Kühlgas gefüllt werden kann.
Das Gehäuse besteht aus einem zvlindrischen Außenmantel 13 und daran befestigten
Endschilden 14 und 15.
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Der Läufer 11 enthält einen zylindrischen genuteten magnetischen Kern,
der vorzugsweise mit der Welle 16 ein Ganzes bildet und mit einer Feldwicklung 21
ausgestattet ist.
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Der Ständer 12 enthält einen aus Lamellen aufgebauten genuteten Kern,
der gleichachsig mit dem Läufer 11 angeordnet ist und von dem -Maschinengehäusr
getragen wird. Dieses Gehäuse enthält eineu zylindrischen -Mantel 26, der gleichachsig
innerhalb des äußeren Mantels 13 liegt und nur an seinen gegenüberliegenden Enden
in starren, mit dem äußeren Mantel 13 ein Ganzes bildenden Endplatten 27 und 28
hefestig t ist.
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Der Ständerkern ist aus genuteten Lamellen 29 (Fig. 5) aufgebaut;
diese sind in bekannter Weise auf Längsstäben 30 aufgeschichtet, die am inneren
Mantel 26 befestigt sind; Fig. 5 zeigt ein Stück des Mantels 26 mit zwei Stäben
30 im Schnitt. Die Kernlamelleli können beim Altern des Kerns nachgeben, wenn winzige
Unregelmäßigkeiten in den Lamellen aufgenoininen und winzige Erhöhungen des Lacks
unter der Einwirkung von Wärme und Druck sich abflachen: Dies verursacht Verkürzungen
der Kernlänge.
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Die Vorrichtung zum Zusammenspannen der Ständerkern-Lamellen unter
einem vorbestimmten axialen Druck und zur Längenbegrenzung des Kerns enthält Fingerplatten
33 (Fig. 6 bis 8) aus nichtmagnetischem Material. vorzugsweise in einer Anzahl,
die der Zahl der Zähne des Ständerkerns entspricht, und radial Seite an Seite neben
dem Endlamellen des Kerns angeordnet, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Jede Fingerplatte
33 hat ein gegabeltes Ende mit zwei Fingern 34 und 35, die an den Kernzähnen 22
anliegen.
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Die Zähne der Endlamellen des Ständerkerns -sind abgetreppt, um Wirbelstromverluste
zu vermeiden, die sich aus dem Eintritt von Induktionsfluß in die Seiten der Lamellen
ergeben könnten. Blöcke 39 aus nichtleitendem und unmagnetischem Material sind ebenfalls
den Lamellen entsprechend abgetreppt und gegenüber jedem Endzahn des Ständerkerns
angeordnet. Die Blöcke 39 werden in ihrer Lage durch den Klemmdruck gesichert, der
durch die Finger der Fingerplatten 33 auf sie ausgeübt wird. Die Finger 34, 35 haben
Spitzen 40, die in Achsenrichtung einwärts gegen eine abgetreppte Fläche der Blöcke
39 gerichtet sind. Zwei Ringscheiben 41 und 42, die im weiteren Verlauf der Beschreibung
als »Federscheiben« bezeichnet werden, sind, eine an jedem Ende des Kerns, dazu
bestimmt (in einer weiter unten zu beschreibenden Art und Weise), auf jede Fingerplatte
33 an den beiden Enden des Kerns einen axialen Druck auszuüben, und zwar an einer
Stelle, die etwa in der Mitte zwischen den Enden jeder Fingerplatte liegt. Die Federscheiben
41 und 42 sind schwere Stahlringe, die nach der Mitte zu etwas vertieft sind, wie
in Fig.2 an Hand der Scheibe 41 gezeigt ist. Ein Anzahl von Paaren zusammengehöriger
und ineinandergreifender Keile 43 und 44 sind im Kreis in einer ringförmigen Keilnut
des inneren Mantels 26 an jedem Ende des Ständerkerns verteilt. Die Zwischenräume
38 (Fig. 4) zwischen je zwei benachbarten Keilpaaren bilden Durchlässe für das Ständerkernkühlgas
zur Kühlung der Stirnseiten des Blechpaketes. Aus Fig.2 und 3, die nur das linke
Ende des Ständerkerns aus Fig. 1 mit der Federscheibe 41 zeigen, ist zu ersehen,
daß jeder- Keil 44 über einen Teil seines Gegenkeils 43 hinweggreift und daß eine
Schulter in der Federscheibe über jeden der Keile 44 hinweggreift, um die Keile
in der Keilnut zu verspannen. Die Keile 44 liegen an der Stirnfläche der Schulter
in der Federscheibe 41 an und sichern dadurch das radial äußere Ende der Federscheibe
gegen eine Axialbewegung von dem Ständerkern weg. Die Federscheibe 42 ist in ähnlicher
Weise in der ringförmigen Keilnut am anderen Ende des Ständerkerns durch Keilpaare
43, 44 gesichert.
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Der Klemmdruck der Federscheiben 41 und 42 wird auf die Fingerplatten
33 an jedem Ende des Kerns übertragen. Hierzu dienen gesondert einstellbare Einrichtungen,
zum Beispiel Innensechskantschrauben 45 (von denen in Fig. 2 und 3 nur eine sichtbar
ist), die in gleichmäßiger Umfangsteilung um den radial inneren Teil jeder Federscheibe
angeordnet sind; in Fig. 4 ist dies hinsichtlich der Federscheibe 41 gezeigt. Jede
Schraube 45 sitzt in dem zugehörigen Muttergewinde ihrer Federscheibe, und ihr Ende
findet einen Sitz in einer runden Vertiefung einer Verstärkung 46 der Fingerplatte
etwa in der Mitte zwischen ihren Enden. In diese Vertiefung ist eine Stahlscheibe
47 eingelassen, um einen verschleißfesten Sitz für die Schraube zu liefern. Wenn
die Federscheiben (wie weiter unten beschrieben wird) in ihre endgültige Lage gebracht
und gespannt oder verformt sind (vgl. Fig. 3), so stehen die Achsen der Schrauben
45 normal zum Ständerkern, also parallel zur Drehachse der Maschine. Während des
Zusammenbaus ist daher jede Schraube 45 zur Maschinenachse leicht geneigt, wie Fig.2
erkennen läßt, bis die Federscheiben verbogen werden.
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Beim Zusammenbau des Ständerkerns schichtet man die Lamellen auf die
Federscheibe 41 und die zugehörigen Fingerplatten 33, und schließlich werden andere
Fingerplatten auf den geschichteten Stapel aufgelegt, und die Federscheibe42 wird
durch geeignete Mittel, zum Beispiel hydraulische Druckpressen, in Stellung gedrückt.
Sowie die radial äußeren Teile der Federscheiben durch die Keile 43 und 44 gegen
Beiegung im -Mantel 26 gesichert sind, werden die radial inneren Teile der Federscheiben
innerhalb ihrer Elastizitätsgrenze axial verbogen; dadurch werden die Federscheiben
unter Spannung gesetzt, und ihre radial inneren Teile üben durch die Schrauben 45
einen axialen Spanndruck auf die Enden des Ständerkerns aus, wie in Fig.3 an der
Scheibe41 gezeigt ist. Die Verbiegung der Federscheiben ist erheblich größer als
die Verkürzung oder das Nachgeben der Kernlamellen
infolge thermischen
Alterns; dies sichert einen gleichbleibenden Druck auf die Kernlamellen unabhängig
von Veränderungen der Kernlänge infolge eines solchen Alterns oder anderer thermisch
bedingter Veränderungen. Die Federneigung ergibt einen verhältnismäßig hohen gleichbleibenden
Druck auf die Kernlamellen, wie er durch Kernschrauben nicht gleichbleibend aufrechtzuerhalten
ist. Der Querschnitt jeder Federscheibe ist schwach kegelig oder so geformt, wie
es in Fig.2 und 3 gezeigt ist, um eine gleichmäßigere Spannung zu ergeben und für
ein Material gegebener Festigkeit eine größere Verformung zu gestatten. Das Anziehen
oder Lockern einer Schraube45 verändert den Druck der zugehörigen Federscheibe auf
die entsprechende Fingerplatte, gegen die die Schraube 45 drückt; so hat man eine
Einrichtung, um den Klemmdruck der Federscheiben auf die Fingerplatten individuell
zu verändern. Hierdurch kann man den Druck auf die eine Fingerplatte relativ zum
Druck auf eine andere Fingerplatte einstellen und den Federdruck so verteilen, daß
die größte Gleichförmigkeit des Druckes auf die Lamellen gewährleistet wird. Die
Verstellung der Schrauben 45 nimmt auch Veränderungen in der Stärke der Kernlamellen
auf, die als Folge von Fabrikationstoleranzen entstehen können und beispielsweise
als eine vom Walzvorgang bei ihrer Herstellung herrührende Wölbung in jeder Lamelle
erscheinen.
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Eine Ständerwicklung 49 ist in Nuten des Ständerkerns untergebracht.
Sie besteht aus Leitern, die so geformt und eingebaut sind, daß sie axiale Lüftungskanäle
in den Kernnuten bilden und das Kühlgas im wesentlichen in unmittelbare Berührung
mit den Leitern bringen. Ein Hohlzylinder 51 aus nichtleitendem und urimagnetischem
Material, vorzugsweise aus einem gegossenen, gepreßten oder geschichteten wärmebeständigen
Stoff hergestellt, ist um die Wicklungsköpfe der Ständerwicklung herumgelegt. Er
reicht bis zur Federscheibe 41 und' ist mit Ausnehmungen versehen, um zwischen der
Federscheibe 41 und dem Hohlzvlinder Kanäle 53 zu bilden, die den freien Fluß des
Kühlgases durch die Kühlkanäle zum Lüften des Ständerkerns gestatten.
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Da die Federscheibe 41 eine große Metallmasse im Wege des Stirnstreuflusses
ist, so schützt man sie vor Erwärmung infolge von Wirbelströmen. Ein magnetischer
Weg von niedrigem Widerstand ist für den Streufluß vorgesehen. Dieser Weg geringen
Widerstands wird durch Ringe 54 gebildet, mit axialem Abstand eingebaute Kerne,
die durch spiralig aufgewikkelte, in den Hohlzylinder 51 eingebettete Bänder gebildet
werden. Die Ringe 54 schaffen einen unterteilten magnetischen Weg zwischen Magnetpolen
für einen Induktionsfluß, der durch die Wickelköpfe der Ständerwicklung erregt wird
und der sonst zu der Federscheibe41 und zum Ständerjoch gehen würde. Die durch die
Ringe 54 geschaffene magnetische Abschirmung erstrebt auch eine Vergrößerung des
Streuflusses von den Wickelköpfen aus, insbesondere bei zweipoligen Maschinen, und
dies begrenzt Kurzschlußströme besser. Ein Hohlzylinder 52, ähnlich dem Hohlzylinder
51, ist um die Endwindungen oder Wikkelköpfe der Ständerwicklung in der Nähe der
Federscheibe 42 herumgelegt. Er hat ebenfalls eingebettete Ringe 54, um eine magnetische
Abschirmung für die Federscheibe42 und das Ständerjoch zu ergeben.
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Die den Ständerkern haltenden Federscheiben verlangen erfindungsgemäß
selbst nach thermischem Altern des Kerns keine Nachstellung, und solche Federscheiben
sind vor übermäßiger Erwärmung infolge von Spulenendverlusten geschützt.