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TECHNISCHES GEBIET
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Diese
Erfindung betrifft eine Rotoranordnung mit hoher Drehzahl für eine dynamoelektrische
Maschine, insbesondere, aber nicht ausschließlich, einen Generator mit
hoher Drehzahl für
eine Verwendung in Verbindung mit einem Flugzeuggasturbinentriebwerk,
und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Rotoranordnung.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Ein
anerkanntes Problem bei der Konstruktion von dynamoelektrischen
Maschinenrotoren ist, dass die Rotorwicklungen, die die sich radial
erstreckenden Pole des Rotors umschließen, sicher innerhalb des Rotorblechpaketes
gehalten werden müssen,
nicht nur gegen eine Schwingung, sondern spezieller gegen Zentrifugalkräfte, die
auf die Wicklungen ausgeübt
werden, die die Wicklungen radial nach außen schleudern, während sich
der Rotor dreht. Diese Probleme werden bei Hochgeschwindigkeitsmaschinen
erkannt, wo sich der Rotor sehr schnell dreht, und sie werden durch
Vergrößern des
Rotordurchmessers verschlimmert, um beispielsweise die Ausgangsleistung
eines Generators zu erhöhen.
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Die
Pole des Blechpaketes des Rotors erstrecken sich mit Bezugnahme
auf die Rotationsachse des Rotors radial nach außen, und während die Pole von im Wesentlichen
konstanter Dicke (gemessen in einer Umfangsrichtung) sind, nehmen
die Rotorschlitze (die Spalte zwischen peripher benachbarten Polen)
in der Breite von einem Minimum benachbart den Füßen der Pole in Richtung zu
einem Maximum zu, benachbart den radial äußersten Enden der Pole. Die
Wicklungen, die die Pole umschließen, nehmen einen Teil des
sich verjüngenden
Schlitzes zwischen benachbarten Polen in Anspruch, und es ist üblich, dass
die freien Enden der Pole mit sich peripher erstreckenden Polkanten
versehen werden, die zumindestens teilweise über den Wicklungen liegen.
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Es
ist bekannt, die Wicklungen radial mittels eines Schlitzschließelementes
anzuordnen, worauf man sich im Allgemeinen als einen Keil bezieht,
der über
den Spalt zwischen peripher beabstandeten Polen passt, wobei das
Element unterhalb der gegenseitig vorgelegten Polkanten der zwei
benachbarten Pole aufliegt und mit den radial nach außen gehenden
Enden der Wicklungen zwischen benachbarten Polen so in Eingriff
kommt, dass die periphere Belastung, die bei Benutzung auf das Schließelement durch
die Wicklungen auferlegt wird, in die Polkanten verteilt wird. Außerdem ist
es ebenfalls bekannt, ein Distanzstück mit V-förmigem Querschnitt zwischen die
benachbarten Wicklungen und unterhalb des vorangehend erwähnten Keils
einzuführen,
um die periphere Anordnung der Wicklungen zu unterstützen.
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Das
EP 1005135 beschreibt eine
Anordnung in Übereinstimmung
mit dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Das
DE 2007735 und
US 6313561 beschreiben beide Anordnungen,
bei denen Keilanordnungen verwendet werden, wobei das
DE 2007735 die Verwendung eines Keils
offenbart, um ein Distanzelement in einem Schlitz zu sichern, während das
US 6313561 die Verwendung
eines Keils offenbart, um Bauteile eines Rotors gegen dessen Polflächen zu
pressen.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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In Übereinstimmung
mit einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Rotoranordnung
für eine
dynamoelektrische Maschine bereitgestellt, wobei die Rotoranordnung
aufweist: ein Rotorblechpaket, das sich radial erstreckende Rotorpole enthält; Rotorwicklungen,
die die jeweiligen Rotorpole umschließen; sich peripher erstreckende
Polkanten jeweils am äußeren Ende
eines jeden Pols, wobei die Kanten über der Rotorwicklung liegen,
die den jeweiligen Pol umschließt;
eine Vielzahl von Rotorschlitzschließelementen, wobei jedes Schließelement
den Spalt zwischen einem Paar von benachbarten Polen überbrückt und
seitliche Flansche umfasst, die zwischen den jeweiligen Rotorwicklungen
und den dazugehörenden
Polkanten angeordnet sind; ein Distanzelement, das unterhalb eines
jeden Schließelementes
positioniert ist und mit den sich radial erstreckenden Flächen der
benachbarten Wicklungen in Eingriff kommt; und eine Schlosskeilbaugruppe, die
ein Paar kegelförmige
Schlosskeile aufweist, die sich axial von der Rotoranordnung zwischen
jedem Schließelement
und dem dazugehörenden
Distanzstück
erstrecken, wobei sich die Schlosskeile mit ihren Abschrägungen in
entgegengesetzten Richtungen erstrecken, so dass das Bewegen der
Keile in Längsrichtung
zueinander die radiale Abmessung der Kombination der Schlosskeile
vergrößert, wodurch
das dazugehörende
Distanzstück
und der Verschluss in einer radialen Richtung auseinandergetrieben
werden.
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In Übereinstimmung
mit einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Herstellung einer Rotoranordnung für eine dynamoelektrische Maschine
bereitgestellt, die aufweist: beginnend mit einem Rotorblechpaket,
das eine Vielzahl von peripher beabstandeten und sich radial erstreckenden
Polen umfasst, die durch entsprechende Rotorwicklungen umschlossen
werden; ein entsprechendes Distanzstück, das im Spalt zwischen den
Wicklungen eines jeden peripher benachbarten Paares von Wicklungen
aufgenommen wird; ein entsprechendes Schließelement, das peripher den
Spalt zwischen den Polen eines jeden benachbarten Paares von Polen überbrückt, wobei
jedes Schließelement
seitliche Flansche umfasst, die zwischen einer entsprechenden Wicklung
und der Unterseite einer entsprechenden sich peripher erstreckenden
Polkante aufgenommen werden, und wobei das Verfahren das Einführen einer
entsprechenden Schlosskeilbaugruppe zwischen einem jeden Distanzstück und seinem
dazugehörenden
Verschluss umfasst, wobei jede Schlossbaugruppe einen ersten und
zweiten länglichen
kegelförmigen
Keil aufweist, wobei sich ihre Abschrägungen in entgegengesetzten
Richtungen axial von der Rotoranordnung erstrecken, wobei der erste
und zweite Keil ihre Abschrägung
radial von der Rotoranordnung angeordnet aufweisen, wobei der erste
Keil eine Fläche
in Kontakt mit dem entsprechenden Schließelement aufweist, wobei der
zweite Keil eine Fläche
in Kontakt mit dem entsprechenden Distanzstück aufweist, und wobei die
zwei Keile ihre entgegengesetzte Fläche in einem gleitenden Kontakt
aufweisen, und wobei die Keile axial von der Rotoranordnung getrieben
werden, um ihre breiteren Enden in Richtung der quergerichteten
Mittelebene der Rotoranordnung zu bewegen, um so das entsprechende
Schließelement
und das entsprechende Distanzstück
radial auseinanderzutreiben.
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Zweckmäßigerweise
werden die Schlosskeile jeweils in einem länglichen Kanal aufgenommen, der
im entsprechenden Schließelement
und Distanzstück
gebildet wird.
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Alternativ
werden die Schlosskeile jeweils in entsprechenden länglichen
entgegengesetzt liegenden Kanälen
aufgenommen, die in einem entsprechenden länglichen Ausrichtungselement
gebildet werden, angeordnet zwischen dem entsprechenden Schließelement
und Distanzstück.
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Vorzugsweise
zeigen die Schließelemente und
die Distanzstücke
eine gleiche Länge
wie die axiale Länge
der Pole des Rotorblechpaketes, und der erste und zweite Schlosskeil
sind anfangs von einer Länge,
die die axiale Länge
der Pole übersteigt,
wobei die Abmessungen der Keile, der Schließelemente und der Distanzstücke so sind,
dass der erste und zweite Keil im Wesentlichen vollständig durch
die axiale Länge
des Rotors eingesetzt werden, bevor eine bedeutende radiale Kraft
am entsprechenden Distanzstück
und Schließelement
angewandt wird, wobei die Keile dann weiter gepresst werden, um
das entsprechende Distanzstück
und das entsprechende Schließelement
radial auseinander zuzuführen,
und wobei anschließend
die vorstehenden Bereiche des ersten und zweiten Keils an beiden
axialen Enden der Rotoranordnung beschnitten werden, um im Wesentlichen
mit den axialen Enden der Distanzstücke und Schließelemente
bündig
zu sein.
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Wünschenswerterweise
wendet eine Keileinsetzvorrichtung eine vorgegebene Kraft gleichzeitig auf
die breiteren Enden des ersten und zweiten Keils einer jeden Keilanordnung
an, um die breiteren Enden des ersten und zweiten Keils in Richtung
zueinander zu treiben, wobei die gleichzeitig auf beide Keile angewandte
vorgegebene Kraft berechnet wird, um die Keile in eine Position
zu bewegen, in der eine vorgegebene gewünschte radiale Belastung am
entsprechenden Distanzstück
und Schließelement
angewandt wird.
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Wünschenswerterweise
werden der erste und zweite Keil aus einem Kohlefaserverbundmaterial
hergestellt.
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Vorzugsweise
weisen der erste und zweite Keil jeweils eine Abschrägung von
2° über ihre
gesamte Länge
auf.
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Vorzugsweise
wird ein einzelner keilförmiger Rohrling
geschnitten, um im Wesentlichen einen identischen ersten und zweiten
Keil herzustellen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Ein
Beispiel der Erfindung wird in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht,
die zeigen:
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1 eine
zeichnerische Seitenansicht einer Rotoranordnung einer dynamoelektrischen
Maschine mit hoher Drehzahl, wobei Teile davon der Deutlichkeit
halber weggelassen wurden;
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2 eine
Ansicht in der Richtung des Pfeiles „A" in 1 in einem
vergrößerten Maßstab;
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3 eine
vergrößerte Schnittdarstellung
eines Teils aus 2;
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4 eine
Schnittdarstellung auf der Linie Z-Z in 2;
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5 eine
Seitenansicht eines Distanzstückes
der Rotoranordnung aus 1 und 2;
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6 eine
Seitenansicht eines Schließelementes
der Rotoranordnung aus 1 und 2;
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7 eine
Querschnittsdarstellung des Schließelementes aus 6;
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8 eine
Draufsicht eines Schlosskeils der Rotoranordnung;
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9 eine
Seitenansicht eines Paares Schlosskeile der Rotoranordnung;
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10 eine
Draufsicht eines der Elektrobleche der Rotoranordnung;
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11 und 12 entgegengesetzt
auseinandergezogene perspektivische Darstellungen einer Abwandlung
der Keilbaugruppe; und
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13a und 13b jeweils
eine perspektivische und Seitenansicht der Keilbaugruppe aus 11 und 12 in
einem Betriebszustand.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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Mit
Bezugnahme auf die Zeichnungen umfasst die Rotoranordnung einen
länglichen
im Allgemeinen zylindrischen Körper
oder ein Rotorblechpaket, der bei Benutzung auf eine Rotorwelle
für eine Drehung
damit um die Achse der Rotorwelle innerhalb einer entsprechenden
Statoranordnung montiert ist. Die Konstruktion des Rotorblechpaketes
ist für
die vorliegende Erfindung nicht von besonderer Bedeutung, und es
wird erkannt werden, dass das Rotorblechpaket aus einer Vielzahl
von Elektroblechen gebildet werden kann, wenn es gewünscht wird.
Das hierin beschriebene Rotorblechpaket ist geblecht, und 10 veranschaulicht
eines der Elektrobleche, von denen eine Vielzahl in einer Fläche-an-Fläche-Ausrichtung gestapelt
und miteinander in einer konventionellen Weise gesichert ist. Das
Rotorblechpaket umfasst sechs gleichwinklig beabstandete und sich
radial erstreckende integrierte Pole 12, von denen zwei
teilweise in 3 gesehen werden, wo sie jeweils
durch die Bezugszahlen 12a und 12b gekennzeichnet
werden. Die Pole 12 zeigen einen rechteckigen Querschnitt
und definieren so zwischen sich im Allgemeinen V-förmige Rotorschlitze.
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Jeder
Pol wird durch eine Rotorwicklung umschlossen, und daher nehmen
die sich axial erstreckenden Bereiche der benachbarten Rotorwicklungen
entgegengesetzte Seiten des V-förmigen
Rotorschlitzes in Anspruch. Die sechs Rotorwicklungen werden in 2 veranschaulicht,
wo sie jeweils mit den Bezugszahlen 13, 14, 15, 16, 17, 18 gekennzeichnet
werden, und in 3 werden die axialen Bereiche
der Wicklungen 13 und 18, die den gleichen Rotorschlitz
zwischen den Polen 12a, 12b in Anspruch nehmen,
jeweils als 13a und 18b gekennzeichnet. Die genaue
Beschaffenheit der Rotorwicklungen ist für die vorliegende Erfindung
nicht von Bedeutung, aber man kann sehen, dass die Windungen der
Rotorwicklungen aus einem Kupferstreifen mit rechteckigem Querschnitt
gebildet werden, und dass sie zusammengepackt werden, um eine Wicklung
mit rechteckigem Querschnitt zu bilden. Die Wicklungen liegen an
den sich radial erstreckenden Flächen
ihrer jeweiligen Pole an, und aus 3 kann man
sehen, dass die Basis eines jeden Rotorschlitzes einen jeweiligen
Flächenbereich 11a, 11b aufweist,
die sich unter rechtem Winkel zu einem jeweiligen Pol erstrecken,
und an dem die Basis der jeweiligen Wicklung liegt.
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An
ihren radial äußersten
Enden umfassen die Pole 12 integrierte Polenden 19,
die die äußere Umfangsfläche des
Rotorkörpers
definieren, die Teile eines Zylinders sind, dessen Achse mit der
Rotationsachse des Rotorkörpers übereinstimmt.
Die Ausführung
der Polenden 19 erstreckt sich über die volle axiale Länge der
Pole 12, und die Polenden werden über die Seitenwände ihrer
jeweiligen Pole hinaus in einer Umfangsrichtung verlängert, um
sich seitlich erstreckende Polkanten 19a, 19b zu
definieren, die sich nach außen über die
jeweiligen Rotorwicklungen durchgehend über die gesamte axiale Länge der Pole
erstrecken und teilweise den jeweiligen Rotorschlitz verschließen.
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Die
Polkanten 19a, 19b liegen nicht vollständig über den
jeweiligen Rotorwicklungen, und um die Rotorwicklungen an Ort und
Stelle gegen eine Bewegung radial nach außen und eine Zentrifugalkraft
zu halten, während
sich der Rotor dreht, wird innerhalb eines jeden Rotorschlitzes
ein Rotorschlitzschließelement 21 bereitgestellt
(am besten in 3, 6 und 7 zu
sehen). Auf derartige Rotorschlitzschließelemente bezieht man sich
manchmal im Fachgebiet als „Keile".
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Jedes
Schließelement 21 ist
länglich,
wobei es eine Länge
gleich der axialen Länge
der Pole 12 des Rotors aufweist. Jedes Schließelement
wird aus einem Material mit hoher Festigkeit und relativ niedrigem
Gewicht gebildet, beispielsweise Titan, und obgleich jedes Schließelement 21 einen
im Wesentlichen gleichmäßigen Querschnitt über seine
gesamte Länge
aufweist, ist aus 1 und 7 ersichtlich, dass
sich Aussparungen 22 in den mittleren Abschnitt des Schließelementes
von dessen Außenfläche an einer
Vielzahl von Stellen erstrecken, die entlang der Länge des
Schließelementes
beabstandet sind, um das Gewicht des Schließelementes zu minimieren, ohne
dass seine Festigkeit bedeutend beeinträchtigt wird. Die Querschnittsform
eines jeden Schließelementes 21 ist
im Allgemeinen dreieckig, wobei die Basis des Dreieckes die äußerste Fläche des
Schließelementes
ist, und wobei sich die Spitze des Dreieckes nach unten in einen
jeweiligen Schlitz erstreckt und abgeflacht ist. Jedes Schließelement
ist entlang seiner seitlichen Ränder
ausgespart, um die jeweiligen Polkanten 19a, 19b auf
entgegengesetzten Seiten des Rotorschlitzes aufzunehmen, der durch
das Schließelement überbrückt wird,
und das Schließelement
umfasst integrierte seitliche sich nach außen erstreckende Flansche 23a, 23b,
die sich unterhalb der jeweiligen Polkanten 19a, 19b erstrecken
und zwischen den Polkanten und ihren jeweiligen Rotorwicklungen
liegen, wobei die Flansche 23a, 23b dementsprechend
winkelig sind, um sich so im Wesentlichen unter rechten Winkeln
zu den benachbarten Polen 12a, 12b zu erstrecken.
Die abgeflache Spitze eines jeden Schließelementes 21 ist
geformt, um eine Nut mit rechteckigem Querschnitt zu definieren,
die sich über
die gesamte Länge
des Schließelementes
erstreckt und eine Basiswand 21a aufweist, die bei Benutzung
unter rechtem Winkel zu einer sich radial erstreckenden Ebene ist,
die den jeweiligen Rotorschlitz entlang seiner Länge halbiert.
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Innerhalb
des dreieckigen Hohlraumes zwischen den Wicklungen in jedem Rotorschlitz
und der Unterseite des Schließelementes 21 wird
ein Distanzstück 24 mit
V-förmigem
Querschnitt aufgenommen (am besten in 3 und 5 zu
sehen). Jedes Distanzstück 24 ist
länglich,
wobei es in der Länge
gleich der Länge
der Pole 12 des Rotors ist, und es wird zweckmäßigerweise
aus Aluminium gebildet. Jedes Distanzstück 24 kann eine Länge sein,
die aus einem Aluminiumstrangpressteil geschnitten wird, und für die Zwecke
der Gewichtsverringerung weist jedes Distanzstück 24 eine sich in
der Längsrichtung erstreckende
Durchgangsbohrung 31 auf. Die äußeren sich in Längsrichtung
erstreckenden Flächen
des Distanzstückes 24 sind
zueinander unter einem Winkel geneigt, der dem Winkel gleicht, der
sich zwischen den Achsen der benachbarten Pole 12 erstreckt,
und die Abmessungen eines jeden Distanzstückes 24 sind so, dass
das Distanzstück
zwischen Wicklungen eines Rotorschlitzes aufgenommen wird, wobei
seine Außenflächen mit
den jeweiligen Wicklungen entlang ihrer axialen Länge in Eingriff
kommen. Die an der Spitze gelegene Kante des Distanzstückes 24 ist
abgerundet und liegt benachbart der Basis des jeweiligen Schlitzes,
wobei sich die divergierenden Schenkel des Distanzstückes 24 nach
außen
in Flächenkontakt
mit den jeweiligen Wicklungen (13 und 18 in 3)
erstrecken, wobei sie benachbart der Unterseite des jeweiligen Schließelementes 21 enden.
Zwischen seinen jeweiligen Schenkeln definiert ein jedes Distanzelement 24 einen
sich in Längsrichtung
erstreckenden Kanal mit rechteckigem Querschnitt, dessen Basiswand 24a bei
Benutzung parallel zur Basiswand 21a des Kanals des dazugehörenden Schließelementes 21 liegt.
Die Wände 24a, 21a sind
radial von der Rotoranordnung voneinander beabstandet.
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Das
Schließelement 21 und
das dazugehörende
Distanzstück 24 werden
in jeden Rotorschlitz in einer axialen Richtung eingesetzt, indem
zuerst das Distanzstück 24 an
Ort und Stelle geschoben und danach das Schließelement 21 eingeführt wird. Obgleich
die Flansche 23a, 23b des Schließelementes 21 einen
relativ festen Sitz zwischen der Unterseite der Polkanten 19a, 19b und
den Wicklungen zeigen, besteht eine geringe Gefahr der Beschädigung der
Wicklungen durch axiales Einführen
des Schließelementes 21,
da die Wicklungen durch eine äußere isolierende
Schicht, die aus einem Isolierlack, einer isolierenden Umwicklung
oder beiden gebildet wird, und durch Überlagern von isolierenden
Distanzstreifen geschützt
werden, die dem Einsetzen des Schließelementes 21 widerstehen
können.
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Um
jedes Schließelement 21 und
sein dazugehörendes
Distanzstück 24 in
einem jeweiligen Rotorschlitz zu verriegeln, wird dort eine Schlosskeilbaugruppe
bereitgestellt, die einen ersten und zweiten länglichen Keil 25, 26 aufweist.
Die Keile 25, 26 sind identisch, da sie zweckmäßigerweise
durch Schneiden aus einem einzelnen gemeinsamen Rohling gebildet
werden. Wünschenswerterweise
werden die Keile als Kohlefaserverbundstoffe hergestellt, und ein
einzelner Kohlefaserverbundstoffrohling kann aufgeschnitten werden,
um zwei oder mehr identische Keile herzustellen. Durch Herstellen
der Keile aus einem einzelnen Rohling wird die Möglichkeit von Dimensionsunterschieden
zwischen den zwei Keilen eines Keilpaares in starkem Maß minimiert.
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Anfangs
ist ein jeder Keil 25, 26 bedeutend länger als
die axiale Länge
der Pole 12, Schließelemente 21 und
Distanzstücke 24.
Zweckmäßigerweise
zeigt jeder Keil 25, 26 mindestens die zweifache Länge der
Pole. Wo, wie in dem in den Zeichnungen veranschaulichten Beispiel,
die Pole, Schließelemente
und Distanzstücke
165 mm (6½ in.)
lang sind, wird daher dann ein jeder Keil 25, 26 anfangs
eine Länge von
mindestens 330 mm (13 in.) aufweisen. Die Keile 25, 26 werden,
das schmale Ende zuerst, in den Spalt zwischen den jeweiligen Wänden 21a, 24a des dazugehörenden Schließelementes 21 und
dem Distanzstück 24 eingesetzt.
Der Keil 25 wird von einem axialen Ende des Rotors aus
eingeführt,
während
der Keil 26 gleichzeitig vom entgegengesetzten axialen Ende
des Rotors aus eingeführt
wird. Außerdem
werden die Keile so ausgerichtet, dass ihre zunehmende Dicke radial
von der Rotoranordnung angeordnet wird. Die Keile 25, 26 werden
gleichzeitig in Richtung zueinander gedrückt, so dass sich ihre dicksten
Enden axial in Richtung der quergerichteten Mittelebene der Rotoranordnung
bewegen.
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Die
Abmessungen des jeweiligen Distanzstückes 24 und Schließelementes 21 sind
so, dass annähernd
an der Stelle, an der die schmalsten Enden der Keile aus den entgegengesetzten
axialen Enden des Rotors vorstehen, die Wirkung der sich kegelförmigen Keile,
die übereinander
gleiten, die Basiswände 21a und 24a in
einem Maß so
radial auseinandergedrückt
haben, dass das Distanzstück 24 fest
mit den Wicklungen seines dazugehörenden Schlitzes in Eingriff
kommt und die Flansche 23a, 23b des Schließelementes
fest mit der Unterfläche ihrer
jeweiligen Polkanten 19a, 19b in Eingriff kommen.
Daher ist an dieser Stelle kein Spiel in einer radialen Richtung
zu verzeichnen, aber es wurde kein bedeutender Klemmdruck durch
die Keile 25, 26 erzeugt. Danach wird eine Belastung
auf die breiteren Enden der Keile 25, 26 gleichzeitig
aufgebracht, so dass die Keile weiter durch die Rotoranordnung gedrückt werden,
und die radiale „Expansion" der Keilbaugruppe,
die eine Folge bei der weiteren Bewegung der Keile ist, bringt eine
Belastung des Distanzstückes 24 an
der jeweiligen Rotorwicklung, während gleichzeitig
eine Belastung der Flansche 23a, 23b des dazugehörenden Schließelementes
an den Polkanten 19a, 19b erfolgt. Die gleichzeitig
auf die zwei Keile 25, 26 angewandte Belastung
ist auf einen vorgegebenen Wert begrenzt, um so die Belastung des Distanzstückes 24 an
den Wicklungen und des Schließelementes 21 an
den Polkanten zu begrenzen. Zweckmäßigerweise werden nicht mehr
als etwa 445 Newton (100 lbs. Kraft) an den Enden der Keile 25, 26 angewandt,
und wünschenswerterweise
wird die Kraft auf etwa 356 Newton (80 lbs. Kraft) begrenzt. Ein Überschreiten
dieser Werte bringt das Risiko mit sich, dass die Belastung des
Schließelementes 21 die
Polkanten 19a, 19b in ausreichendem Maß überlastet,
aber diese Werte können
nicht für
alle Anwendungen geeignet sein, und die tatsächlichen Werte können leicht
vom Fachmann ermittelt werden.
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Die
durch die Keile 25, 26 angewandte Schließkraft verriegelt
das Distanzstück 24,
das Schließelement 21 und
die Wicklungen 13–18 starr an
Ort und Stelle, ausreichend fest, um eine Schwingung und Zentrifugalkraft
selbst bei den hohen Drehzahlen aufzunehmen, denen der Rotor bei
Benutzung ausgesetzt wird.
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Nachdem
die Keile 25, 26 so weit bewegt wurden, wie es
für das
Erreichen der maximalen vorgegebenen axialen Belastungskraft auf
die Keile erforderlich ist, werden die Teile der Keile beschnitten, die
an beiden axialen Enden des Rotors vorstehen, um sowohl die schmaleren
als auch dickeren vorstehenden Enden der beiden Keile zu entfernen,
und um die Enden der Keile etwas über die Enden des jeweiligen
Schließelementes 21 und
des Distanzstückes 24 vorstehen
zu lassen (siehe 4). Danach wird ein Endband
in der Form eines Metallringes 30 an jedem axialen Ende
der Rotoranordnung befestigt, um über den beschnittenen Rändern der
Keile 25, 26 zu liegen und so ein „Herausbewegen" der Keile zu verhindern,
was anderenfalls im Ergebnis der Schwingung bei Benutzung erfolgen
könnte.
Nur ein Endband 30 wird in 1 gezeigt,
wobei das andere Endband der Deutlichkeit halber weggelassen wurde.
Wie aus 4 ersichtlich wird, sind die
Endbänder 30 in
Position durch Kopfschrauben gesichert, die sich durch die Endbänder erstrecken
und in die Endbereiche der Schließelemente 21 geschraubt
werden. Das Beschneiden der Keile, um einen kleinen Vorsprung an
beiden Enden des Rotorblechpaketes zu belassen, erleichtert das
Herausziehen der Keile für
die Wartung/Reparatur der Rotoranordnung, wenn es erforderlich ist.
Es soll jedoch verstanden werden, dass die Keile im Wesentlichen
bündig
mit den Enden des Rotorblechpaketes beschnitten werden könnten, wenn
es gewünscht
wird.
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Es
wird erkannt werden, dass, da die Schlosskeile 25, 26 identische
und komplementäre Kegelwinkel
aufweisen, die kombinierte Wirkung der zwei Keile 25, 26,
die zwischen dem jeweiligen Distanzstück 24 und dem Schließelement 21 wirken, eine
radiale Expansion in einer gleichmäßigen Weise bewirkt, die gleichzeitig über die
gesamte Länge
eines jedes Distanzstückes 24 und
des dazugehörenden
Schließelementes 21 zur
Anwendung kommt. Die durch die gemeinsame Wirkung der zwei Keile bereitgestellte
Expansionskraft wird daher nicht an einzelnen Stellen zur Anwendung
gebracht, sondern sie wird gleichzeitig und gleichmäßig über die
gesamte Länge
der Rotoranordnung angewandt. Daraus folgt, dass die Belastung,
die durch das Distanzstück 24 auf
die Wicklungen und das Schließelement 21 auf
die Polkanten angewandt wird, ebenfalls gleichmäßig und gleichzeitig über die
gesamte axiale Länge
des Rotors angewandt wird. Es besteht daher ein geringes Risiko
einer Beschädigung
an der Wicklungsisolierung während
der radialen Expansion der Schlosskeilbaugruppe 25, 26,
da die tatsächliche
Bewegung des Distanzstückes 24 relativ
zu den Wicklungen während
dieses Vorganges vernachlässigbar ist.
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Kohlefaserverbundstoff
wurde als das Material erkannt, das für die Keile 25, 26 ausgewählt wird, da
es für
die Herstellung von genau identischen Keilen geeignet ist. Es soll
jedoch verstanden werden, dass andere Materialien genutzt werden
könnten, wenn
es gewünscht
wird.
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Die
Kombination von Schließelement 21, Distanzstück 24 und
Keilen 25, 26 ist besonders für eine Rotoranordnung geeignet,
die eine größere axiale
Länge als
konventionell zeigt. Beispielsweise wurde die Anordnung bei 6-Pol-Rotoren
mit einer axialen Länge
von 165 mm (6,5 in.) getestet, und sie wurde als besonders wirksam
ermittelt, trotz der Tatsache, dass die verfügbaren Schlitzabmessungen, um
die Anordnung aufzunehmen, bei einer 6-Pol-Maschine der veranschaulichten
Ausführung
bedeutend verringert sind (im Vergleich zu der konventionelleren 4-Pol-Maschine)
und trotz der größeren axialen
Länge und
daher der erhöhten
Drehmasse.
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Wünschenswerterweise
zeigen die Keile 25, 26 anfangs die 2-fache Länge der
Rotoranordnung und weisen einen Kegelwinkel von 2° auf, wobei
sie an ihren dünneren
Enden 1 mm dick sind. Es soll jedoch verstanden werden, dass es
nicht wichtig ist, dass die Keile die 2-fache axiale Länge des
Rotors aufweisen, und dass kürzere
oder längere
Keile bereitgestellt werden könnten,
wenn es gewünscht wird.
Es muss jedoch erkannt werden, dass sich, damit die durch die radiale
Expansion der Keilbaugruppe 25, 26 angewandte
Belastung gleichmäßig und gleichzeitig über die
gesamte axiale Länge
des Rotors angewandt wird, die zwei Keile durchgehend über die
gesamte axiale Länge
des Rotors an der Stelle überdecken
müssen,
an der eine bedeutende Belastung durch die Expansion der Keilbaugruppe angewandt
wird. Obgleich die Keile kleiner als das 2-fache der axialen Länge des
Rotors sein können, soll
daher verstanden werden, dass sie dennoch eine Anfangslänge aufweisen
werden, die die axiale Länge
des Rotors übersteigt,
so dass beide Enden eines jeden Keils aus den axialen Enden des
Rotors vorstehen, wenn die vorgegebene axiale Kraft auf die Keile angewandt
wird.
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Bei
der in 11, 12 und 13 gezeigten Abwandlung weist die Schlosskeilbaugruppe
außerdem
ein Ausrichtungselement 28 auf. Das Ausrichtungselement 28 ist
länglich,
wobei es in der Länge der
axialen Länge
der Pole 12 des Rotors entspricht. Das Element 28 zeigt
einen „I"-förmigen Querschnitt, wodurch
zwei entgegengesetzt liegende längliche Kanäle bereitgestellt
werden, in denen jeweils die zwei Keile 25, 26 angeordnet
werden können. 12 zeigt,
wie die Keile 25, 26 angeordnet werden, einer auf
beiden Seiten des Ausrichtungselementes 28. Wenn die Keile
ausgerichtet werden, einer auf beiden Seiten des Ausrichtungselementes,
so dass das dickste Ende des einen Keils benachbart dem dünnsten Ende
des anderen Keils angeordnet wird, wird die gleichmäßige radiale
Expansion der Keilbaugruppe beibehalten, wie sie vorangehend beschrieben
wird, wie in 13a und 13b gezeigt
wird.
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Bei
Benutzung wird das Ausrichtungselement 28 in den Spalt
zwischen den Wänden 21a, 24a des
jeweils dazugehörenden
Schließelementes 21 und
Distanzstückes 24 eingesetzt,
das in die Kanäle passt,
die im Element 21 und Distanzstück 24 gebildet werden,
bevor die schmalen Enden der Keile 25, 26 in die
jeweiligen entgegengesetzten Enden ihres jeweiligen Kanals des Elementes 28 eingesetzt
werden.
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Das
Element 28 ist bei Rotoranordnungen von besonderem Vorteil,
wo die Elemente 21 und Distanzstücke 24 nicht mit den
Kanälen
gebildet werden, denen Basen die Wände 21a und 24a definieren,
da es in den Spalt zwischen das jeweilige Element 21 und
sein dazugehörendes
Distanzstück 24 passen
wird und seine eigenen Kanäle
liefern wird, die die Längsbewegung
der Keile 25, 26 relativ zueinander bei Benutzung
führen
und eine seitliche Versetzung der Keile relativ zueinander verhindern,
wie es anderenfalls erfolgen könnte.
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Außerdem ist
die Bereitstellung der Elemente 28 bei Rotoranordnungen,
wo die Kanäle
in den Elementen 21 und Distanzstücken 24 relativ zu
ihren jeweiligen Keilen 25, 26 zu breit sind,
um die Keile in ihrer jeweiligen Gleitbewegung zu führen, gleichermaßen darin
vorteilhaft, dass wiederum jedes Element 28 seine jeweiligen
Keile 25, 26 relativ zueinander während ihrer
Gleitbewegung in Längsrichtung zurückhalten
wird. Obgleich die seitliche Ausrichtung der Keile 25, 26 in
derartigen Situationen normalerweise schwierig wäre, wird daher die seitliche
Verschiebung der Keile 25, 26 während ihrer
Verschiebung in Längsrichtung,
um die Baugruppe zu expandieren, über die gesamte axiale Eingriffslänge durch Nutzung
eines Ausrichtungselementes 28 verhindert. Es wird erkannt
werden, dass, wohingegen ohne das Element 28 die Keile
in körperlichem
Gleitkontakt miteinander sind, wo das Element 28 vorhanden
ist, eine gemeinsame Basiswand der Kanäle des Elementes 28 die
Keile 25, 26 getrennt mit Abstand anordnet, die
mechanische Wirkung des Bewegens der Keile in Längsrichtung aber identisch
ist.