DE1563038A1 - Elektrische Maschine - Google Patents

Description

• Elektrische -Maschine Bei elektrischen Maschinen sind im Ständer und im Läufer die elektrisch aktiven Teile, wie das ätänderblechpaket und das Läuferjoch (jeweils Mit den @@ieklungen), von `Pragkonstruktionen gehalten, welche die auftretenden Kräfte aufnehmen müssen. Da sich die aktiven Teile während des Betriebes aufwehen, z.B. durch Erwärmung, und da sie im =allgemeinen ringförmig ausgebildet sind, handelt es sich also jeweils in konstruktiver Hinsicht um die Befestigung eines Ringe;, der sich dehnen ILann, in einer starren Tragkonstruktion. Um die Beanspruchung der starren Tragkonstruktion durch die Aufvreitung des Ringes zu vermindern, ist es schon bekannt (bekanntgemachte Unterlagen der Patentanrieldung 21d1, 45, p 16 485 D), die Befestigung des Ringes in der Tragkonstruktion über mehrere, radial nachgiebige, tangential am Ring angeordnete federn vorzunehmen. Bei der bekannten Anordnung sind die Federn plattenförmig ausgebildet und die äußeren Endpunkte der Platten sind am, Ring und jeweils die Mitte ist an der Tragkonstruktion befestigt. Dadurch ergibt sich bei der Aufweitung des Ringes eine verhältnismäßig große Verformung der Feder, die insbesondere Zugbeanspruchungen in der Feder hervorruft. Die üblichen Pestigkeitsverte der als Feder verwendeten 11aterialien.reichen bei dieser Konstruktion nur aus, um verhältnismäßig geringe G'rärinedehnungen des Ringes aufzunehmen, so daß die bekannte Anordnung daher hauptsächlich für Ständerkonstruktionen geeignet ist. Das Problem der Aufweitung ergibt sich jedoch in we2entlich stärkerem Maße bei der Läuferkonstruktion, wo sich das Läuferjoch nicht nur infolge der auftretenden Erwärmungen, sondern auch infolge der Fliehkraftbeanspruchung und eventuell durch einseitigen magnetischen Zug ausdehnt. Außerdem treten bei deri Läufer .horizontaler Maschinen noch zusätzliche Beanspruchungen durch das Eigengewicht auf, die ihre Umfangsrichtung; bei jedem Urilauf zWeiiiial wechseln. Diese rufen teils Druckbeanspruchungen, teils Biegebeanspruchungen in der Jochtragkonstruktion hervor. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Konstruktion einerelektrischen Maschine zu schaffen, insbesondere eine Läuferkonstruktion, die in der Zage ist, sehr starke Ausweitungen des sich dehnenden Ringes aufzunehmen, ohne daß die zur Befestigung dienenden Federn oder die Tragkonstruktion überlastet vverdeno Gemäß der Erfindung liegen'jevaeils die äußeren Enden der =auch austauschbaren federn räumlich fest an der Tragkonstruktion und der als Festpunkt ausgebildete Angriffspunkt des sich dehnenden Ringes liegt in der Mitte der Feder, wobei die Verbindungen zu den jeweiligen Gegenteilen lösbar ausgebildet sind. -Diese _Anordnung hat den Vorteil, daß der sich durch die Aufvaeitung des Ringes verlagernde Punkt in der Mitte der Feder liegt, so daß die Verfc,rmung der Feder infolge der der Bewegung, entsprechenden Längenänderung und die damit verbundenen Zugbeanspruchungen in der Feder verhältnismäßig gering sind. Dadurch kann die Feder die durch die Zentrifugalbeanspruchung auftretende Aufwetung des Ringes und auch noch zusätzlich verhältnismäßig große Wärmedehnungen aufnehmen,. Die Konstruktion eignet sich daher insbesondere für elektrische Schlupfkupplungen, bei denen beide Maschinenteile rotieren und außerdem mit sehr hohen Erwärmungen (es können bis 250°C gefordert werden) betrieben vre rd e n .
• Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion entfällt auch bei Läuferkonstruktionen die bisher übliche Befestigung des Ringe; mittels Schrumpfen auf der Jochtragkonstruktion.: Die Tragkonstruktion wird nur noch mit der sehr viel kleineren radialen l,edervorspannkraft belastet. Daher kann der Materialaufwand für die Tragkonstruktion verringert werden. Da die Verbindungen zwischen den Federn und den jeweiligen Gegenteilen lösbar ausgebildet sind, hat die Anordnung gemäß der Erfindung den weiteren großen Vorteil, daß die Federn austauschbar sind. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit einer Verstimmung der Eigenfrequenzen der Niaschinenteile. Durch den Austausch gegen verstärkte oder geschwächte Federn ist es zu jeder. Zeitpunkt möglich, vorhandene Eigenfrequenzen zu verändern und damit noch nachträglich das Schviingungsverhalten der Maschine zu beeinflussen. Dabei lassen sich die i'eder= konstanten in Umfangsrichtung bzw. Federlängsrichtung, quer zur Federläng srichtung und senkrecht zur Federebene unabhängig voneinander beeinflussen. Dies ist sehr wichtig, weil sich die Eig.enfrequenzeneiner elektrischen Maschine nicht exakt vorausberechnen lassen, da sie unter anderem stark von den Aufstellungsbedingungen abhängig : ind. Besonders vorteilhaft ist die nachträgliche Anpassung der Eigenfrequenzen bei elektrischen Schlupfkupplungen, bei denen jede beliebige Drehfahl im Dauerbetrieb gehalten werden muß. Da die Sahlupfkupplungen aber meist in langen 'Hellensträngen eingebaut werden, z.B. auf Schiffen, ist es bei ihnen unmöglich, die Eigenfrequenz vorauszuberechnen. Es ist zweekmäß`ig; die federn als Blattfedern auszubilden, die tangential zum Ring angeordnet sind. Ihre in Umfangsrichtung (Federlängsrichtung) und quer zur Federlängsrichtung vorhandenen, Federkonstanten e ragen ein Vielfaches der Federkonstante senkrecht zur Blatifederebene. Die Federn sind also in tangentialer Richtung, abhängig von ihrem Querschnitt und ihrer Gesamtlänge, relativ steif. In radialer Richtung sind sie dagegen weich, so daß sie den Radialbewegungen des Ringes geringen Widerstand entgegensetzen. Um die infolge der Durch-Biegung auftretende Längung, welche Zugbeanspruchungen in der Feder hervorruft, herabzusetzen, empfiehlt es sich, die federn möglichst lang zu machen, z.B. kann ihre Länge angenähert dem Radius ihrer.Befestigungspunkte entsprechen. Man kann insbesondere die Anzahl -und Länge der Federn so wählen, daß sie ein geschlossene s:Polygon bilden. .Die Federn ktirinen aber auch länger als-de Seitenlänge des Polygons sein und sich kreuzen, Durch -L?ormänderungen dez Beder bei gleichzeitigen Änderung des Querschnittes kann man das: Schwingungsverhalten des Hinges in radialer, axialer und tangentialer Richtung (Brehechwingungen) und: bei gleichbleibenden Querschnitt in radialer und axialer Richtung zu jeder Zeit und einzeln für jede Schwingungsart beeinflussen, -z.B; auch für Kippschwingungen um eine in der Ringebene denkbare Achse. Soll das Verhalten in radialer Richtung verändert vrerden, soll also z.B. der Widerstand der Federn. gegen radiale Durchbiegung weiter vermindert werden, so kann die Feder lamelliert werden oder es können, in radialer Richtung gesehen, mehrere nebeneinander liegende Federn angeordnet vierden. Die lamellierten Federn bzw. die Federpalcete verändern, wenn der Gesamtquerschnitt und die Breite beibehalten werden, nicht das Federverhalten gegenüber tangential und axial Wirkenden Kräften. Umdas Federverhalten in tangentialer Richtung zu beeinflussen, muß der wirksame Federquerschnitt verändert werden bzw. eine andere, das Widerstandsmoment vergrößernde Formgebung erhalten. Man kann aber auch die Feder in axialer Richtung lamellieren. Das Federverhalten in axialer Richtung kann hierdurch, sowie durch Veränderung der Breite mit oder ohne Veränderung des wirksamen Federquerschnittes beeinflußt werden. Das gleiche gilt für das Federverhalten gegenüber Kippschwingungen. Das vorausberechnete Federverhalten und die auftretende Beanspruchung treffen umso genauer zu, je kleiner die Bearbeitungstc-, leranzen für die Feder und die Anschlußbauteile werden. Man kann größere Fertigungstoleranzen mit Vorteil dadurch ausgleichen, daß jeweils ein Befestigungspunkt der Feder durch Keile ausrichtbar ist. Mit der Verkeilung läßt sich außerdem, falls gewünscht oder erforderlich, eine tangentiale Druck- oder Zu, 'vorspannung auf die Federn aufbringen. Man kann aul3erdea.,i die in den federn auftretenden Zugbeanspruchungen dadurch herabsetzen bzw. vermeiden, daß man jeweils von den Befestigungspunkten der Federn an der Tragkonstruktion einen festlegt und den anderen gleitend bzw. elastisch verspannt ausführt, insbe--

  sondere derart, daß/der Tragkonstruktion jeweils ein Festlager

  mit einem gleitenden oder elastisch nachgebenden Auflager abljechselt o Es ist Meterhin vorteilhaft, mehrere oder alle Federelemente fest miteinander zu verbinden, da dadurch die Anzahl der erforderlichen schubfe=sten Befestigungen an der Tragkonstruktion reduziert werden kann. Ferner empfiehlt es sich, den Federn_ eine radiale Vorspannung zu geben, sö_daß sie im kalte=n Zustand der Maschine bei Stillstand radial zur Welle vorgebogen sind. -Dadurch kann man erreichen, daß die Durchbiegung der Pedes im Normalbetrieb Null wird, und in ungünstigsten Betriebsfall eine nach außen gerichtete Durchbiegung entritt..Die Beanspruchungen der Feder werden also innormalen Betrieb am geringsten. Im folgenden sei die Erfindung an Hand der in den Figuren 1 bis 5 dargestellt=en Ausführungsbeispiele näher erläutert.
• Fige 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer elektrischen Schlüpfkupplüng im Längsschnitt. F!-g. 2 zeigt im Schema die erfindungsgemäße Befestigung eines Läuferjochringes an der Tragkonstrukticn In der Fig. 3 ist, auseinandergezogen gezeichnet, eine einzelne Feder mit den Befestigungselementen an der Tragkonstruktion und am.Läuferjochring-dargestellt. Die Figuren 4 und 5 zeigen einen Befestigungspunkt der Feder mit einer Verkeilung. Die elektrische Schlupfkupplung 1 zu=r, Verbindung der gellen 2 und 3 besitzt zwei rotierende :Läufer 4 und 5. Der Läufer 5 enthält den Jochring 6, der auf der Innenseite, d.1. in der Bohrung; die nichtdargestellte Wicklung trägt. Da in die Bohrung des Jochringes 6 der Läufer 4 mit den Polen 7 und den Jochring 8 hineinragt, ist der Jochring 6 einseitig mit seiner Tragkonstruktion 9 verbunden, die an der Welle 3 angeflanscht ist. Die Tragkonstruktion 10 des Läufers 4 ist an der V'lelle 2 ange-1la nscht . Beide Jochringe 6 und 8 unterliegen während des Betriebes der Schlupfkupplung einer Aufrieitung infolge der Fliehkraftbeanspruchung, die außerdem noch bei einem oder beiden Läufern durch die Eigenerwärmung erheblich vergrößert werden kann. Bei der herkömmlichen Konstruktion von Schlupfkupplungen, bei denen der Jochring auf der Tragkonstruktion aufgeschrumpft ist, wird insbesondere die Tragkonstruktion 9 besonders uiigüilstig, beansprucht. Durch die Einführung der am Außendurchmesser der Tragkonstruktion 9 befestigten c'edern 11 , die gemäß der Erfindung den Jochring tragen, wird. die Dehnung des Jochringes 6 in radialer Richtung nicht mehr behindcrt und damit die Tragkonstruktion 9 von Schrumpfkräften und auch von S üülpirior:ieiiten - herrührend von der einseitigen Anordnung des Läuferjoches -entlastet. Die Anordnung der Federn 11 zwischen der Tragkonstruktion 9 und dem Jochring 6 ist in der Fig. 2 schematisch dargestellt,. Man hat die Tragkonstruktion 9 als sechsarmigen Nabenstern 12 auagebildet, an dessen äußerem Umfang sechs Federn 11 jeweils den zwischen zwei Armen liegenden Raum überbrücken> Die Federn -11, die eine hlattfederartige Form haben, sind daher' verhältnis-_ mäßig lang: Ehre Länge entspricht ungefähr dem Radius ihrer Befestigungspunkte. Dadurch sind die Federn 11. in radialer Richtung sehr weich. Die federn 11 sind an ihren Enden schubfest in: tangentialer und axialer Richtung am Nabenstern 12 - eingespannt. Mit dem: Jochring 6 sind sie in der Mitte ebenfalls biegesteif verbunden. Die Feder 11 vjeist jeweils an den Befestigungsstellen sowohl zun, Jochring 6 als auch zum Nabenstern 1'2 paßfederähnliche Ansätze 1.3 auf, die quer zur Federlängsachse verlaufen und in entsprechend in den Gegenteilen eingearbeitete Nuten 1 eingreifen... Diese Nuten. 14 liegen also sinnäl in dien Aufnahmeflächen 15 für die Federn 11 am Nabenstern 12 und ;nicht dargestellt) in den Auflageflächen des Jochringes 6. Außerdem ist in den Aufnah.mefläeh.en noch eine tangential verlaufende Nut 16 eingearbeitet, deren Breite der Breite der Feder 11 entspricht: Dadurch ist die Feder 11 also von den Auflageflächen teilweise seitlich umfaßt und somit auch gegenüber Axialkräften biegesteif eingespannt., Um ein Abheben der federn 1'j: von dem Nabens-Lern- bzwe JochringauElageflächen unter Einwirkung von Biegemomenten zu verhindern, wird die Feder an den Befestigungss.tellen? jeweils von Spannelerienten 17 gehalten, welche von den Befestigun@wrrii L-Leln (Bolzen 18) durchsetzt.vieraen-. Die Spannelemente 17 haben eine Tut 1_5, die so breit wie die Feder 11 ist, so daß diese teilvreise seitlich umfaßt wird. Die Bolzen °18 rait den Spannelementen 17 drücken die Feder 11 jeweils fest an die Auflageflächen. Dabei liegen die Bohrungen 20 zur Aufnahire der Bolzen 18 fluchtend in den Ansätzen 13 bzw. den Nut@-z1 14, um die Bolzen 18 von Biegekräften zu entlasten. Die Befestigungspunkte der federn 11 sind jeweils verstärkt ausgeführt, während die dazwischenliegenden eingeschnürten feile 21 mit deri Querschnitt 22 als aktiver Federteil wirken. Eurch Veränderung des Querschnittes 22 oder durch Lumellierung der Teile 21 lassen sich die Federkonstanten in den verschiedenen Richtungen variieren. In Abweichung von der in der fig. 3 dargestellten Ausbildung der Befestigungspunkte der Federn kann man aber auch eine Verkeilun.g an den Befestigungspunkten Vorsehen, wodurch sich die P;Töglichkeit ergibt, Fertigungstoleranzen ausgleichen zu können. Eine solche Ausführungsform zeigen die Figuren 4 und 5, bei denen die Fig. 5 eine axiale Ansicht eineu Befestigungspunktes der Feder 11 am Rabenstern 12 zeigt, während die Fig. 4 einen Schnitt entlang der Unterkante der Kdile und der Feder darstellt. hie Feder 11 hat an der Auflagefläche an den Befestigungspunkten den paßfederähnlichen Ansatz 13, der bei dieser besonderen AucfÜhrungsform mit ivei schrägverlaufenden Seitenwänden 23 der* gleichen Steigung versehen ist. Die Nut 14. in den Auflageflächen der Gegenteile ist breiter als der Ansatz 13 an seiner dicksten Stelle, so daß der Raum zwischen den Nutwände,n 24 und den Seitenwänden 23 des Ansatzes 13 durch zwei Keile 25 ausgefüllt werden kann. Diese Keile 25 haben die gleiche Steigung wie die Seitenwände 23. Sie vierdun von einer Seite, her soweit eingetrieben, bis die Feder 11 festsitzt und genau ausgerichtet ist. Nachdem die überstehenden Enden der Keile 25 abgeschnitten sind,- verhindert- die an der Seitenfläche befestigte Sicherungsplatte 26 eine Iiage:änderung der Keile. Die Feder 1:1 ist in axialer Richtung durch- die überstehenden Seitensände 27 einer tangential verlaufenden Nut von der Breite der Pe,der gesichert. lään könnte aber zur Übertragung der Schubkräfte auf die' Feder und aus der Feder in die Anschlußteile jedoch beliebige andere zur '.Jbertragung von Schubkräften geeignete.Bauelenente, wie eingesetzte Federn, eingeriebene Paßbolzen usvi o , verwenden.

Claims (3)

1. Patentansprüche (1)Elektrische Maschine, insbesondere elektrische Sehlupfkupplung, bei welcher der sich dehnende Ring des Ständerblechpaketes bzw. Läuferjoches über mehrere, radial nachgiebige, tangential am Ring angeordnete Federn mit der Tragkonstruktion des Ständers bzw. Läufers verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die äußeren Enden der auch austauschbaren Federn (11) räumlich fest an der Tragkonstruktion (9,10,12) liegen und der als Festpunkt ausgebildete Angriffspunkt des sich dehnenden Ringes (6,£3) in der Mitte der Feder (11) liegt und daß die Verbindung zu den jeweiligen Gegenteilen lösbar ausgebildet ist.
2. 2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die federn (11) blättfederartig ausgebildet sind.
3. 3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ZUnge der Federn (11) angenähert dem Radius ihrer Be-Festigungspunkte entspricht. 9.. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (11) an den Befestigungspunkten mit der. Ring (6,8) bzw. mit der Tragkonstruktion (9,10,12) .in Diaschinenaclisrichtung verlaufend paßfederartige Ansätze (13) tragen, die in entsprechend eingearbeiteten Nuten (14) der Gegenteile eingreifen. 5. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Befestigungspunkten am Ring (6,8) bzw. an der Tragkonstruktion (9,10,1 2) in tängentialer Richtung verlaufende I Tüten (16) angeordnet sind, die der Federbreite entsprechen. 6; Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß riehrere Federn (11) bzw. Federlamellen neben- bzvi. übere in,-,.rd er angeordnet sind. 7. 2lektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jetgeile ein Befestigungspunkt der Feder durch Keile (25) ausrichtbar ist: B. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, : dadurch gekennzeichnet, daß von den Befestigungspunkten der Feder (11) an. der Tragkonstruktion (9,10,12) einer festgelegt und der andere gleitend 6zvi. elastisch nachgebend ausgef.ührt ist. . Elek-rische Aviaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, 0 daß Sich an der Tragkonstruktion (9e10,12) Fes tpua@te der Yedern (11) mit gleitend bzw. elastisch ausgebildeten Befestigung1-punkten abwechoeln. 10. Elektrische Maschine. nach'Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl und Länge der Yedern so gewählt ist, do,ß Sie ein geschlossenes Polygon bilden. 11. Elektrische Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei oder mehrere Federn (11) fest miteinander ver-' Bunden sind. 12. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (11) eine radiale Vorspannung besitzen und im kalten Zustand der 1,Jaschine bei Stillstand radial zur `delle (2,3) vorgebogen sind.