-
Aus mehreren Teilstücken zusammengebauter Läufer einer elektrischen
Maschine Die Erfindung betrifft einen Läufer einer elektrischen Maschine, welcher
mit in Längsrichtung verlaufenden Wicklungsnuten versehen ist und aus mehreren Teilstücken,
nämlich aus mindestens einer Trommel und zwei pilzförmigen Endstücken zusammengebaut
ist; wobei die Teilstücke mit ringförmig umlaufenden Schweißnähten zusammengefügt
sind.
-
Läufer für neuzeitliche Stromerzeuger großer Leistung, beispielsweise
30 bis 100 MW und darüber, bestehen hauptsächlich aus einer zylindrischen Stahlwalze
mit zwei Lagerzapfen. Die Abmessungen derselben sind etwa 1 m Außendurchmesser,
4 bis 6 m Länge des aktiven Eisens und 5 bis 8 m Abstand der Lagermitten. Die Herstellung
des gesamten Läufers aus einem einzigen geschmiedeten Rohling ist zweifellos die
bestmögliche Bauweise eines solchen Maschinenteils, doch sind nur wenige Stahlwerke
in der Lage, so große Blöcke zu gießen, wie sie für ein derart großes Stück von
etwa 30 bis 50 t Fertiggewicht erforderlich sind. Auch erfordert das Schmieden derselben
gewaltige Pressen und Wärmeöfen.
-
Deshalb wurde immer wieder versucht, solche Läufer aus einzelnen Stücken
zusammenzufügen, die je nur ein Drittel bis ein Fünftel des fertigen Läufers wiegen
und in kleineren Stahlwerken hergestellt werden können.
-
Bekanntgeworden sind Bauarten, bei denen in einer Welle von etwa halbem
Außendurchmesser des Läufers. die Polzähne in achsparallele T-Nuten eingeschoben
werden. Diese Bauweise mußte verlassen werden, weil schon geringe Verlagerungen
der Polzähne die Auswuchtung derart verdarben, daß man die Maschinen nicht weiterbetreiben
konnte.
-
Ferner sind Bauarten bekannt; bei denen die Läufer aus zylindrischen
Trommeln und Endstücken zusammengesetzt sind. Die jeweils benachbarten Stücke sind
in der Trennebene mit Vor- und Rücksprung ineinander- zentriert. In Längsrichtung
werden sie entweder durch einen zentral liegenden starken Schraubenanker oder durch
mehrere außerhalb der Querschnittsfläche der Läuferwellen liegende Schraubenanker
zusammengehalten, oder man legt in die Polhörner je zwei bis drei linealartige Längsanker
mit T-förmigen Köpfen ein, welche den ganzen Läufer zusammenhalten.
-
Es hat sich gezeigt, daß mit dieser Bauweise einigermaßen brauchbare
Polräder hergestellt werden können, doch lehrten. anderseits die Betriebserfahrungen,
daß die eingeschraubten oder eingeschrumpften Anker den Werkstoff an kritischen
Stellen unter starke Vorspannung setzten, so daß die zusätzlichen Spannungen infolge
der Fliehkräfte oder infolge von Biegemomenten, welche die Kupplung überträgt, oder
die aus Unwuchten herrühren, den Werkstoff unzulässig beanspruchen können. Demgegenüber
ist ein aus einem einzigen Schmiedestück bestehender Läufer im Vorteil. Ähnlich
verhält es sich mit einem aus mehreren Stükken zusammengeschweißten Läufer.
-
So ist ein aus trommelförmigen Teilstücken und pilzförmigen Endstücken
mittels ringförmig umlaufender Schweißnähte zusammengeschweißter Läufer bekannt.
Bei diesem Läufer verbinden die ringförmig umlaufenden Schweißnähte aber nur die
radial äußeren Teile, so daß nach dem Fräsen der Wicklungsnuten nur die radial äußeren
Teile- der zwischen diesen Nuten stehenbleibenden Zähne miteinander verbunden sind,
während zusätzliche Schweißnähte nötig sind, wenn die Teil- bzw. Endstücke des Läufers
auch entlang der Wicklungsnuten verbunden werden sollen. Diese Nähte lassen sich
nur von Hand ausführen, sind schlecht zugänglich, und ihre Güte ist kaum einwandfrei
zu überprüfen.
-
Weiter ist,die Verwendung von Zentrierbohrungen und in diese eingreifenden-Abstandsringen
an sich bereits bekannt.
-
Die Erfindung bezweckt, die bei den bekannten Läufern auftretenden
Nachteile zu vermeiden. Zu diesem Zweck erstrecken sich bei einem Läufer der eingangs
geschilderten
Art die genannten ringförmig umlaufenden Schweißnähte radial weiter nach innen als
die Wicklungsnuten.
-
Zweckmäßig werden hierbei die einander zugekehrten Flächen der zusammenzuschweißenden
Teilstücke je mit einer vorzugsweise an ihrem Grund eine halbkreisförmige Ausrundung
aufweisenden Zentrierbohrung versehen, in welche ein hinreichend breiter Abstandsring
eingepaßt wird, um eine Wurzelfuge zwischen den zu verschweißenden Teilen offenzuhalten.
-
In der Zeichnung ist als Beispiel eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
vereinfacht dargegestellt. Es zeigt Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch einen
Läufer einer elektrischen Maschine, Fig. 2 einen Querschnitt durch den Läufer nach
der Linie II-II der Fig. 1, in größerem Maßstab, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie
III-III der Fig. 2 und Fig.4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 2.
-
Der Läufer ist aus drei Trommeln. 1 und zwei pilzförmigen Endstücken
2 zusammengeschweißt und mit in Längsrichtung verlaufenden Wicklungsnuten 3 versehen.
-
Die drei Trommeln 1 und die pilzförmigen Endstücke 2 sind nun mit
ringförmig umlaufenden Schweißnähten 4 zusammengefügt, welche sich radial weiter
nach innen erstrecken als die Wicklungsnuten. Die Trommeln haben eine Länge, die
nicht viel größer als ihr Durchmesser ist. Die fünf Teilstücke können geschmiedet,
vorgedreht und bereits fertigvergütet sein.
-
Gemäß Fig. 3 wird zum Schweißen an den Stirnflächen der Teilstücke
eine Zentrierbohrung 5 angedreht. Zwischen die beiden benachbarten Trommelstücke
wird hierbei zur Zentrierung ein Abstandsring 6 eingepaßt, welcher eine hinreichende
Breite hat, um für die Schweißnaht 4 eine Wurzelfuge 7 von etwa 4 bis 8 mm offenzuhalten.
-
Beim Zusammenbau des Läufers wird dann vorübergehend in eine längs
durch sämtliche zusammenzufügenden Teilstücke gehende Mittenbohrung 8 ein Anker
gesteckt, und die zusammenzuschweißenden Teile werden durch eine Mutter in Längsrichtung
verspannt. Über dem Abstandsring wird nunmehr die ringsum laufende Schweißnaht 4
lagenweise eingebracht, wobei der Läufer, auf einem mit Rollen versehenen Stuhl
liegend, langsam um seine Längsachse gedreht wird, so daß die Nähte immer von oben
geschweißt werden können.
-
Der Abstandsring 6 kann ein Metallring sein, der nach dem Schweißen
an seinem Platz verbleibt. Man kann aber auch einen nichtmetallischen Ring, beispielsweise
aus Kohle, Quarzglas, Porzellan od. dgl., einlegen, der nach dem Schweißen entfernt
wird und nur den Zweck hat, die Teile gegeneinander in der gewünschten Lage festzuhalten
und ein gesundes Durchschweißen der Wurzel zu ermöglichen, welche bei derartigen
Schweißungen die kritische Stelle der Verbindung darstellt. Der Ring wird dann nach
dem Schweißen zertrümmert und herausgenommen. Er bindet nicht mit dem Metall beim
Schweißen. Durch ein an die Innenfläche des Ringes geklebtes Textilband können auch
im Falle des Zerspringens des Ringes infolge der Hitze die einzelnen Stücke an ihrem
Orte gehalten werden.
-
Um eingelegte nichtmetallische Abstandsringe nach dem Schweißen zertrümmern
und entfernen zu können, werden die Schweißnähte zweckmäßig an mindestens zwei diametral
gegenüberliegenden Stellen radial durchbohrt, wie dies in den Fig.2 und 4 dargestellt
ist. Durch eine solche Bohrung 9 können dann zu diesem Behufe Werkzeuge von oben
eingeführt werden, wobei die einzelnen Ringstücke durch die gegenüberliegende Bohrung
nach unten herausfallen.
-
Außerdem können aber auch durch solche Bohrungen zum Zwecke der Prüfung
des eingeschweißten Werkstoffes auf seine Festigkeitseigenschaften Kernproben entnommen
werden, welche teils aus dem Schweißwerkstoff und teils aus dem Werkstoff der zusammengeschweißten
Teile bestehen.
-
Ferner können die Bohrungen zur Besichtigung der Schweißnähte unter
Einbringen eines Spiegels und einer Lampe dienen, wobei die Schweißwurzel auf Bindefehler
abgesucht werden kann.
-
Nach dem Zusammenschweißen .der einzelnen Teile und der erfolgten
Prüfung der Schweißnähte ist der Läufer fertig zur endgültigen Bearbeitung, die
erstens im Überdrehen der Außenflächen und zweitens im Einfräsen der Wicklungsnuten
besteht. Wenn die Schweißraupen in kleinen Lagen eingebracht werden, erhitzen sich
die benachbarten Gebiete in den massiven Trommeln nicht so tief, daß das Vergütungsgefüge
auf größeren Breiten rückverwandelt wird. Schmale Zonen mit etwas verringerter Festigkeit
sind ungefährlich, da sie von den Nachbarzonen gestützt werden.
-
Mit den beschriebenen Maßnahmen ist es möglich, Rohlinge für Läufer
großer Stromerzeuger herzustellen, welche die aus einem einzigen Block hergestellten
an. Güte übertreffen. Man kann nämlich bei der beschriebenen Bauart für beide Wellenenden
je das Fußstück eines Gußblockes verwenden. Bei einem aus einem einzigen Schmiedestück
bestehenden Läufer muß dagegen zwangsläufig der eine Wellenstummel aus der Kopfseite
des Blockes geschmiedet sein, welche bekanntlich stärker seigert und gelegentlich
Lunker aufweist. Beim zusammengeschweißten Läufer kann man jedes Einzelstück bequem
auf Fehlstellen absuchen, wobei ebene Flächen das Auflegen der Sender und Sonden
für die Ultraschalluntersuchung erleichtern. Auch das Besichtigen der Innenflächen
in der zentralen Bohrung wird wesentlich erleichtert, da man die Stücke einzeln
vor dem Zusammenschweißen betrachten kann.