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Flüssigkeitsgekühlte elektrische Maschine Die direkte Flüssigkeitskühlung
der Leiter elektrischer Maschinen ermöglicht es, das wirksame Eisen und das Wicklungskupfer
um ein Vielfaches höher als bei bekannten Kühlmethoden zu belasten. Auf diese Weise
kann auch die Leistung der Maschinen wesentlich über die bisher bekannten Größenordnungen
hinaus gesteigert werden, ohne daß die Abmessungen der Maschinen größer werden.
Das bedeutet also maximale Ausnutzung des Kupfers und Eisens der Maschine.
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Die volle Wirksamkeit der Flüssigkeitskühlung wird aber nur dann erzielt,
wenn man nicht nur die Wicklungsleiter, sondern alle Teile der Maschine, an denen
Verlustwärme anfallen könnte, z. B. die Schaltverbinder an den Wickelköpfen, ebenfalls
direkt mit Flüssigkeit kühlt. Man hat deshalb auch schon vorgeschlagen, die ringförmigen
Schaltverbinder um die Ständerwickelköpfe elektrischer Maschinen ebenfalls als Hohlleiter
auszubilden und mit einer Flüssigkeit zu kühlen. Allerdings war die Kühlung der
Schaltverbinder niemals ganz vollständig, da die letzten Abschnitte der Schaltverbinder,
nämlich die Anschlüsse zu den Stabenden der Statorwicklung über massive ungekühlte
Stromschienen erfolgte. Gerade diese massiven Anschlußschienen sind aber, weil sie
ungekühlt sind, latente Gefahrenpunkte, die eine Belastung der Maschine bis zu dem
durch die Wasserkühlung möglichen Maße verhindert. Auch in einer elektrischen Maschine
ist die mögliche Belastung aller stromführenden Teile nicht größer als bei ihrem
schwächsten Abschnitt. Die massive Ausbildung der Anschlüsse von den Schaltverbindern
zu den Wicklungsstäben im Stator muß also zwangsläufig zu einem Teilverlust des°durch
die Flüssigkeitskühlung erzielbaren technischen Fortschritts führen, da örtliche
Überhitzungen an diesen Anschlußschienen infolge mangelhafter Kühlung die mit der
Wasserkühlung mögliche Ausnutzung des stromführenden Querschnittes nicht zulassen.
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Die übliche Methode zur Verhinderung von Heißpunkten an den Anschlüssen
zwischen den Stäben und den Schaltverbindern, nämlich die Erhöhung des Querschnittes
der Anschlußschienen zur Verminderung der Strombelastung ist bei großen flüssigkeitsgekühlten
Turbogeneratoren nicht möglich, da in der Enge des Wickelkopfraumes für größere
Schienenquerschnitte und die notwendigen Sicherheitsabstände zwischen den Anschlußschienen
einerseits und den am Erdpotential liegenden Maschinenteilen andererseits der erforderliche
Raum nicht mehr zur Verfügung steht.
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Um diesen Mängeln abzuhelfen, schlägt die Erfindung eine flüssigkeitsgekühlte
elektrische Maschine mit direkt gekühlten Schaltverbindern an der Ständerwicklung,
die mit den Leiterstäben der Ständerwicklung über Klemmen lösbar verbunden sind,
vor, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Schaltverbinder bis unmittelbar in
die Klemmverbindungen mit den Leiterstäben als Hohlleiter ausgebildet und mit Flüssigkeit
gekühlt sind. Die an die Leiterstäbe geklemmten Enden der Schaltverbinder sind untereinander
durch Isolierstoffschläuche derart verbunden, daß drei parallele Kühlwege gebildet
werden. Die lösbare Befestigung der Schaltverbinder an den Leiterstäben erfolgt
über Klemmverbindungen. Diese Klemmverbindungen sind zweigeteilt, derart, daß von
dem mit dem Leiterstab unlösbar verbundenen Kontaktkörper ein Bügel ablösbar ist,
der zusammen mit dem Kontaktkörper eine Bohrung bildet, in die das Ende einer Schaltverbindung
eingelegt werden kann, die durch den wieder aufgeschraubten Bügel fest verspannt
wird. Eine zusätzliche Verspannung der Schaltverbinderenden erfolgt durch einen
zwischen dem Bügel und dem Ende der Schaltverbinder einschraubbaren Keil. Um die
Flüssigkeitskühlung bis unmittelbar in die Klemmverbindungen hineinführen zu können,
sind die in die Klemmverbindungen eingespannten hohlen Enden der Schaltverbinder
durch innen eingelegte Stahlrohrstücke armiert, so daß ein Zusammendrücken des Kühlquerschnittes
durch den Klemmdruck verhindert wird. Diese Armierung ist auch notwendig, um zu
verhindern, daß der Kontaktdruck während des Betriebes durch Fließen des Kupfersallmählich
abgebaut wird. Es empfiehlt sich natürlich, zur Verringerung der Kontaktwiderstände
die Kontaktflächen der Klemmverbindungen zu versilbern. In jedem der drei parallelen
durch die Schaltverbinder gebildeten Kühlwege ist außerhalb des Maschinengehäuses
ein Regelventil angeordnet,
das dafür sorgt, daß auch bei unterschiedlicher
Länge der Kühlwege die Kühlwassererwärmung in allen drei Kühlwegen gleich bleibt.
Um die infolge von Wärmedehnungen eintretende Axialwanderung der Wickelköpfe relativ
zu den Schaltverbindern zu ermöglichen, werden die Zuleitungsenden der Schaltverbinder
bis zu den Klemmverbindungen mit den Leiterstäben biegeweich ausgeführt. Die erfindungsgemäße
Klemmverbindung ist aus folgenden Gründen den bekannten Klemmverbindungen und allen
Lötverbindungen vorzuziehen: Sie ermöglicht die Montage der Maschine, ohne daß dabei
die Wasserdichtheit der Wasserkammern gefährdet wird, was bei Lötungen wegen der
Erwärmungen und bei üblichen Klemmverbindungen wegen Verformungen in unmittelbarer
Nähe der Wasserkammern nicht zu vermeiden wäre. Außerdem läßt die Enge des Wickelkopfraumes
einer flüssigkeitsgekühlten Maschine solche Lötarbeiten nicht zu. Darüberhinaus
ermöglicht die erfindungsgemäße Klemmverbindung eine leichte und schnelle Austauschbarkeit
der Wicklungsstäbe.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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F i g. 1 zeigt einen Querschnitt durch den Ständerwickelkopf einer
elektrischen Maschine mit der erflndungsgemäßen Klemmverbindung; F i g. 2 zeigt
eine Ansicht dieses Ständerwickelkopfes von der Stirnseite her; F i g. 3 stellt
die drei durch die Schaltverbinder gebildeten parallelen Kühlwege schematisch dar;
F i g. 4 zeigt die erfindungsgemäße Klemmverbindung im Querschnitt; F i g. 5 zeigt
diese Klemmverbindung in Richtung der Schaltverbinderenden gesehen.
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In F i g. 1 ist mit 1 das Ständerblechpaket bezeichnet, in dessen
Nuten die Statorwicklung 2 angeordnet ist. Die Enden der Statorwicklungsstäbe sind
in Flüssigkeitsverteilkammern 3 eingelötet, die über ein Sammelringrohr 4 und Verteilerschläuche
5 mit Kühlflüssigkeit versorgt werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist unmittelbar
mit den Flüssigkeitsverteilkammern 3 eine Klemmverbindung 6 verbunden, in die die
Enden 10 der Schaltverbinder 7, 8
und 9 eingelegt sind. Die Flüssigkeitskühlung
führt erfindungsgemäß unmittelbar durch die Klemmverbindungen 6. Die Anschlußenden
10 sind biegeweich ausgeführt, so daß sie ohne Bruchgefahr eine axiale Wanderung
der Wickelkopfenden der Leiterstäbe 2 mitsamt der Klemmverbindung 6 zulassen. Die
in den Klemmverbindungen 6 eingelegten Enden 10
der Schaltverbinder
sind über Isolierstoffschläuche 11 miteinander verbunden. Auf diese Weise
entstehen drei parallele Kühlwege in den Schaltverbindern, die in der F i g. 3 schematisch
dargestellt sind. Diese Kühlwege schließen sich von der Klemme U nach x, der Klemme
V nach y und der Klemme W nach z. In der Zeichnung sind die drei verschiedenen Kühlwege
durch die Pfeilrichtungen und Strichstärken gekennzeichnet. Die F i g. 4 und 5 zeigen
die erfindungsgemäße Ausführung der Klemmverbindung 6.
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Die Kühlung der Anschlußenden 10 der Schaltverbinder
7, 8 und 9 bis zur Klemmverbindung 6 hat natürlich nur dann einen
Sinn, wenn auch die Klemmverbindung 6 so hinreichend gekühlt werden kann, daß deren
überhitzung selbst bei erhöhter Belastung nicht zu befürchten ist. Dies ist nur
durch die erfindungsgemäße Klemmverbindung möglich, die auch selbst vom Kühlflüssigkeitsstrom
durchspült wird.
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Der Kontaktkörper 12 dieser Klemmverbindung ist unmittelbar mit den
Enden der Leiterstäbe 2, bzw. den Flüssigkeitsverteilkammern 3, unlösbar, beispielsweise
durch Lötung, verbunden. An diesem Kontaktkörper 12 ist ein Bügel 13 angeordnet,
der über eine Art Hammerkopfprofil mit dem Teil 12 in Verbindung steht und mit Schrauben
14 festgezogen werden kann.
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Zum Einspannen der Schaltverbinderenden 10 in diese Klemmverbindung
wird der Bügel 13 gelöst, und das Schaltverbinderende 10 in eine sich dadurch
öffnende Halbrundnut 15 eingelegt. Anschließend wird der Bügel 13 wieder
aufgeschoben und mit Schrauben 14 festgespannt. Die konischen Flanken 16 des Hammerkopfprofils
an dem Kontaktkörper 12 bewirken, daß beim Anziehen der Schrauben 14 der Bügel 13
fest gegen das Schaltverbinderende 10 gedrückt wird. Eine weitere Verspannung des
Schaltverbinderendes 10 in der Klemmverbindung 6
ermöglicht ein Keil
17, der mit einer Schraube 20
in den Bügel 13 zwischen Bügeloberteil
und Schaltverbinderende 10 eingepreßt werden kann. Um zu verhindern, daß der Kühlkanal
18 der Schaltverbinderenden 10 in der Klemmverbindung 6 zusammengedrückt
wird, wodurch nicht nur die Wirksamkeit der Kühlung der Klemme 6, sondern auch die
der gesamten Schaltverbinder verringert oder gar aufgehoben würde, ist das in die
Klemme 6 eingespannte Ende der Schaltverbinder durch ein in den Kühlkanal 18 eingelegtes
Stahlrohrstück 19 armiert. Dieses Stahlrohrstück 19 trägt gleichzeitig einen Anschlußnippel
für die Verbindungsschläuche 11.
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Durch die Erfindung wird eine elektrische Maschine geschaffen, bei
der die Flüssigkeitskühlung auch die bisher vernachlässigten stromführenden Teile
erfaßt. Auf diese Weise wird es möglich, die schwachen Glieder in der Kette aller
stromführenden und mit Verlustwärme behafteten Teile auszuschalten bzw. so zu stärken,
daß die Vorteile der Flüssigkeitskühlung gänzlich ausgeschöpft und nutzbar gemacht
werden können.