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Ausbildung der Nutöffnung und des Nutkeils an elektrischen Maschinen
Es sind zahlreiche Ausführungen von Nutkeilen zum Verschluß der Wicklungsnuten elektrischer
Masehinen bekanntgeworden. Hierbei handelt es sich jedoch um Vorschläge, die darauf
hinzielen, die elektrischen, magnetischen oder mechanischen Eigenschaften der Nutkeile
zu verändern oder die Belüftung des Blechpaketes zu verbessern.
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Bei der Verwendung von Nutkeilen für elektrisch hochbelastete Maschinen,
z. B. solchen, die zur Ve:rkeilung von Dämpferstäben bei Läufern von Einphasen-Synchrongeneratoren
notwendig sind, ist insbesondere ihre hohe thermische Beanspruchung zu beachten.
Infolgedessen werden bei bekannten Ausführungen derartige Nutkeile im allgemeinen
metallisdh massiv ausgebildet. Ihre an sich wünschenswerte Ausführung aus magnetisch
und/oder elektrisch nichtleitfähigem Material, insbesondere Kunststoffen, ist nämlich
wegen der sehr hohen Wärmebeanspruchung nicht möglich.
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Auch ist es bekanntgeworden, Nutverschlußkeile so auszubilden, daß
das Kühlmittel um deren Längsachse zirkulieren kann. Dadurch wird der Keil erheblich
geschwäch=t und kann den mechanischen und magnetischen Bedingungen nicht mehr ausreichend
gerecht werden. Insofern haben sich derartige Keile für hochbeanspruchte Maschinen
nicht durchsetzen können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Nestöffnung mit einem Nutkeil zu
schaffen, von welchem einerseits direkt oder indirekt selbst bei höchsten thermischen
Beanspruchungen noch ausreichend Wärme abgeführt wird, so daß dieser aus den genannten
Materialien hergestellt werden kann, der andererseits aber auch einfach zu fertigen
ist.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Ausbildung der Nutöffnung und des
Nutkeils an elektrischen Maschinen, wobei der Nutkeil in keiner Richtung elektrisch
und/oder magnetisch durchgehend leitfähig ist. Erfindungsgemäß ist die Nutöffnung
im Blechpaket zur Zirkulation des Kühlmediums um die Längsachse des Nutkeils zickzackförmig
versetzt, wobei der Nutkeil querschnittsverengt ausgebildet sein muß.
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Durch die Erfindung ist es im Gegensatz zu bekannten Ausführungen
nunmehr möglich, das Kühlmedium unmittelbar an die Wärmequelle, nämlich die Wicklung,
heranzuführen, ohne die mechanische Festigkeit des Nutkeils wesentlich zu mindern,
da die Querschnittsverengung desselben klein gehalten werden kann. Die aus den Wicklungen
sonst durch Wärmeleitung in die Nutkeile übertretende Verlustwärme wird also zum
großen Teil gleich direkt an das Kühlmedium abgeführt, so daß das Maximum der Betriebstemperatur
der Nutkeile schon allein deswegen wesentlich herabgesetzt werden kann. Letztere
werden außerdem selbst durch das um sie herumstreichende Kühlmedium zusätzlich nach
weiter he@runtergekühlt. Härmbare Kunststoffe (z. B. Epoxydharze), welche bekanntlich
nur bei relativ niedrigen Tempera)turen anwendbar sind, können nun unter Umständen
mit Füllmaterial oder -gewebe angereichert, zu einem Nutkeil auch für hochbeanspruchte
Maschinen geformt werden, welcher dann in wünschenswerter Weise weder elektrisch
noch magnetisch leitfähig ist. Er besitzt auch genügend Festigkeit um die Wicklungen
zuhalten und den notwendigen Preßdruck auf sie auszuüben.
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Die Erfindung ward an Hand, der Zeichnung, welche einige Ausführungsbeispiele
angibt, beschrieben. Nach F i g. 1 befindet sich in einer in den Roto:rblechen 1
angeordneten Nut eine aus einer Anzahl von Stäben ausgebildete Wicklung 2. Oberhalb
derselben befindet sich der Nutkeil3, welcher in Höhe des dargestellten Schnitts
mit einer Ausfräsung 4 versehen ist. Er ist in der F i g. 2 als Ansicht mit den
gleichen Bezugszeichen noch einmal dargestellt. Durch die Pfeile 5, 6 und 7 wird
dar Weg des Kühlmediums angedeutet.
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In F i g. 3 ist ein Nutkeil 3 dargestellt, dessen Verengungen bzw.
Ausfräsungen 4 jedoch spiralförmig um seine Längsachse angeordnet sind.
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Bei allen genannten Nutkeilen ist es außerdem möglich, auch den gesamten
Teil der am Grund des Nutkeils anliegenden Wicklung zu kühlen. Hierzu wird in Weiterbildung
der Erfindung der Nutkeil mit einer kreissegmentartigen achsparallelen Quersdhnittsverengung
versehen, wie sie beispielsweise aus F i g. 4 ersichtlich ist. Der Einfachheit halber
ist der Nutkeil 3 lediglich andeutungsweise damgestellt; die Ausfräsung 11 bewirkt,
daß der radial unterhalb des
Nutkeils 3 angeordnete (nicht gezeichnete)
Wicklungsteil nur an seinem Rande anliegt; der Mittelraum bleibt also zur Belüftung
und damit besseren Wärmeabfuhr frei.
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In F i g. 5 ist nun in einer Draufsicht das zickzackförmige Versetzen
der Nutöffnungen 8 im Blechpaket 9 dargestellt. Der Nutkeil selbst kann hierbei
in beliebiger Form, jedoch nach der Erfindung, ausgebildet sein. Seine Form ist
durch gestrichelte Linien angedeutet. Der Weg des Kühlmediums ist aus den eingezeichneten
Pfeilen 10 (ausgezogen bzw. punktiert) ohne weiteres ersichtlich.
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Eine derartige Ausbildung der Nutöffnung und des Nutkeils bewirkt
im besonderen Maße eine Vergrößerung der wärmeabstrahlenden Oberfläche. Es ist auch
möglich, die Que.rschnibtsverengungen so weit auszubilden, daß der Nutkeä aus einzelnen
Stücken mit achsparallelem Zwischenraum zueinander angeordnet erscheint. Diese Zwischenräume
würden dann also den Weg für das Kühlmedium bilden.
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Man erkennt, daß durch die Erfindung die Kühlung des Nutkeils selbst,
der Wicklung und der angrenzenden Maschinenteile in vereinfachter Weise nicht nur
ermöglicht, sondern auch wesentlich verbessert wird. Hierdurch können die sonst
im Blechpaket anzuordnenden Kühlschlitze ganz oder teilweise wegfallen, wodurch
nicht nur Fertigungskosten eingespart, sondern auch die natürlichen Wege des elektromagnetischen
Flusses beibehalten werden. Auch wird dadurch die durch die zickzackförmige Nutöffnung
hervorgerufene relative Schwächung des Zahnquerschnitts ausgeglichen, zumal die
verbesserte Wärmeabfuhr eine höhere Aufmagnetisierung der Zähne zuläßt. Gleichzeitig
wird erreicht, daß als Material für den Nutkeil härtbarer Kunststoff, beispielsweise
Epoxydharz, verwendet werden kann, welcher sieh in besonders einfacher Weise in
jede beliebige Form bringen läßt.
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Bei Schenkelpolen elektrischer Synchronmaschinen mit Dämpferstäben
ist die Wärmeabfuhr im Bereich der Polsehuhrandzone am schwierigsten. Es ist daher
dabei oft vorgeschlagen worden, an diesen Stellen die Dämpferwicklung anders auszubilden
als im Bereich der Mittelzone. Die dadurch bedingten Erhöhungen der Fertigungskosten
sind im allgemeinen jedoch so erheblich, daß dieser Vorschlag sich nicht durchzusetzen
vermag. Wird man aber die Nuten an den Polschuhrandzonen mit dem Vorschlag nach
der Erfindung versehen, so können über den ganzen Bereich des Polschuhs die Dämpferstäbe
gleichmäßig ausgebildet werden. Die voeher beschriebene Erhöhung der Fertigungskosten
fällt also weg.
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Für die in den Ansprüchen 2 und 3 der Erfindung angegebenen Anordnungen
bzw. Ausbildungen des Nutkeils wird kein Elementenschutz beansprucht; sie sind nur
im Zusamemnhang mit der Ausbildung nach dem Anspruch 1 zu werten.