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PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zum Fixieren von Nutenkeilen für die Befestigung elektrischer Wicklungen in den am Umfang des Statorund/oder Rotormagnetkerns einer elektrischen Maschine angeordneten Längsnuten, wobei der Magnetkern radiale Ventilationskanäle aufweist, welche die Längsnuten in Querrichtung dazu durchstossen, wobei an den Längsnuten-Seitenwänden im Oberteil der letzteren Längsrillen (4) vorhanden sind, die in den Endteilen jeder Längsnut untergebrachte Fixierkeile (19) enthalten, welche Fixierkeile mit den ihnen benachbarten Nutenkeilen (10) in Berührung stehen, an ihren beiden Seitenflächen in die genannten Seitenlängsrillen (4) der Längsnut eingreifende Vorsprünge (20) aufweisen und zum Verhindern einer axialen Verschiebung der Nutenkeile in den Längsnuten bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet,
dass jeder Fixierkeil (19) an mindestens einer dem Grund der Längsnut (3) parallelen Fläche Zähne (23) hat, dass der jeweilige Zahn (23) durch eine von dem zugehörigen Ende der Längsnut aus dem Mittelteil der Längsnut (3) zugewandte Schrägfläche (25) und eine zur Achse des Magnetkerns (1) senkrechte Fläche gebildet ist, dass eine Sperrschelle (31) vorgesehen ist, die an der Kreuzungsstelle der Längsnuten (3) mit den im Magnetkern (1) aussenliegenden Ventilationskanälen (32) angeordnet und entsprechend der Form der Schrägfläche (25) der Zähne (23) ausgeführt ist, dass die der Wicklung (5) zugewandten Flächen der Sperrschelle (31) dicht an den dazugehörigen Teilen des Fixierkeils (19) anliegen, während die Seitenteile der Sperrschelle (31) sich in einem Abstand von den Seitenflächen des Fixierkeils (19) befinden, so dass Spalte (34) entstehen,
die eine Verschiebung des Fixierkeiles (19) in der Richtung zum Mittelteil der Längsnut (3) von dem zugehörigen Ende der Längsnut aus ermöglichen, dass die eine Stirnkante (35) der Sperrschelle (31) mit der zur Achse des Magnetkernes (1) senkrechten Fläche (24) des Zahnes (23) am Fixierkeil (19) in Berührung steht, und dass die andere Stirnkante (36) der Sperrschelle (31) gegen eine Stirnwand (33) des radialen Ventilationskanals (32) drückt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (23) an der Aussenseite des Fixierkeils (19) ausgeführt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (23) an der Aussen- und Innenseite des Fixierkeiles (19) ausgeführt sind.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Sperrschelle (31) aus einem elastischen Werkstoff ausgeführt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Sperrschelle nicht geschlitzt ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fixieren von Nutenkeilen für die Befestigung von Wicklungen in den am Umfang des Stator- und/oder Rotormagnetkernes einer elektrischen Maschine angeordneten Längsnuten, wobei der Magnetkern radiale Ventilationskanäle aufweist, welche die Längsnuten in Querrichtung dazu durchstossen, wobei an den Längsnuten-Seitenwänden im Oberteil der letzteren Längsrillen vorhanden sind, die in den Endteilen jeder Längsnut untergebrachte Fixierkeile enthalten, welche Fixierkeile mit den ihnen benachbarten Nutenkeilen in Berührung stehen, an ihren beiden Seitenflächen in die genannten Seitenlängsrillen der Längsnut eingreifende Vorsprünge aufweisen und zum Verhindern einer axialen Verschiebung der Nutenkeile in den Längsnuten bestimmt sind.
Im Stator oder Rotor einer elektrischen Maschine, zum Beispiel eines leistungsfähigen Wechselstromgenerators, werden die die elektrische Wicklung bildenden isolierten Stäbe in den am Umfang des Kernes angeordneten Längsnuten des letzteren untergebracht. Die Wicklungsstäbe werden in den Nuten gegen Verschiebung in radialer und axialer Richtung mit Hilfe von über diesen Stäben angebrachten Keilen festgehalten.
Nach Ablauf einer gewissen Betriebszeit der elektrischen Maschine kann der Sitz der Nutenkeile infolge der Einwirkung elektrischer und mechanischer Kräfte sowie einer Alterung der Befestigungselemente und der Wicklungsisolation bzw. aus anderen Gründen wesentlich verschlechtert werden. Dabei beginnen die Wicklungsstäbe während des Betriebs der elektrischen Maschine in den Nuten des Kerns periodische radiale Schwingungen auszuführen und bei einigen Frequenzen unter bestimmten Umständen sogar zu resonieren, wodurch schwerwiegende Erosionsbeschädigungen der Stabsisolation durch Einwirkung der infolge der Unterbrechung des kapazitiven Stroms bei Bewegung der Stäbe entstehenden Nutenentladungen, Rissbildungen in den Teilleitern der Stäbe, ein mechanischer Verschleiss der Stabilisation mit nachfolgendem Durchschlag derselben sowie die Erzeugung akustischer Geräusche herbeigeführt werden.
Überdies kann sich der Nutenkeil infolge der Sitzschwächung in der Längsnut des Kerns frei verschieben und sogar aus dieser heraustreten, was wiederum zu beträchtlichen Schäden der Wicklung und sonstiger Teile der elektrischen Maschine führt. Diese Defekte sind so bedeutend, dass sie die Lebensdauer der elektrischen Maschine wesentlich herabsetzen und ihre öftere Reparaturen bedingen.
Es ist eine Befestigung der Nutenteile einer Wicklung mit Hilfe von Nutenkeilen bekannt, die einen gleichmässigen Querschnitt über ihre ganze Länge haben. Solche Keile gleichen die radiale Spalte zwischen dem Wicklungsstab und dem Keil, welche durch die fertigungstechnisch bedingten Unterschiede in den Abmessungen der Stäbe und der Kernnut hervorgerufen werden, schlecht aus, und deshalb werden zwischen dem Keil und den Stäben abdichtende Zwischenlagen verschiedener Stärke angeordnet.
Die Herstellung solcher Keile und deren Montage in die Nuten der elektrischen Maschine sowie die Reparatur sind hinreichend einfach. Jedoch ist es schwierig, mit Hilfe dieser Keile den erforderlichen Druck auf die Wicklungsstäbe in radialer Richtung zu erzeugen. Wenn es erforderlich ist, solche bekannte Keile nach Ablauf einer gewissen Betriebszeit der Maschine nachzuspannen, so müssen diese aus der Nut entfernt, eine stärkere abdichtende Zwischenlage angebracht und dann die Keile wieder eingesetzt werden. Sehr oft müssen neue Keilsätze angewendet werden. Dadurch wird die Einrichtezeit im Laufe der Montage und Reparatur einer elektrischen Maschine verlängert. Das Fixieren der Lage eines solchen Keils erfolgt nur durch Reibungskräfte, die mit der Zeit natürlich schwächer werden.
Es ist auch eine Befestigung der Nutenteile einer Wicklung mittels eines Systems von Keilen zweier Typen bekannt, die längs der Nut abwechselnd verlaufen und an ihren Endteilen gegeneinandergerichtete und aneinander anliegende Schrägflächen aufweisen. Bei der Verkeilung einer Wicklung werden die Keile vom ersten Typ, die mit ihren Schrägteilen auf die ihnen entsprechenden Schrägteile der Keile vom zweiten Typ aufgelegt sind, in den Nuten in axialer Richtung verschoben, wobei die Schrägteile der Keile des ersten Typs über die ihnen entsprechenden Schrägteile der Keile des zweiten Typs gleiten und dadurch einen Druck in radialer Richtung auf die Keile des zweiten Typs und über diese auf die Wicklung sichern.
Das Fixieren der Keile gegen Verschiebung in axialer Richtung nach der Verkeilung kann mittels einer Riffelung in Form von schrägen Einschnitten erfolgen, die an den Seitenflächen der Keile des ersten Typs ausgeführt werden und ein verstärktes Anhaften an den Seitenwänden der Nut gewährleisten. Das Fixieren der Keile durch die Riffelung an deren Seitenflächen
ist jedoch unausreichend sicher, weil das durch diese Riffelung gewährleistete Zusammenhaften zwischen den Seitenflächen der Keile und den Nutenwänden nicht genügend fest ist, und die Riffelung selbst, wie auch die Seitenkanten der Keile, im Laufe der Verkeilung und des Betriebs der elektrischen Maschine abgerieben werden kann. Ausserdem erfolgt das Nachspannen der Keile bei einer Schwächung der Wicklung in der Nut aus irgendwelchen Gründen durch das Verstellen jedes vorangehenden Keils mit der Riffelung in der Richtung zum Mittelteil der Nut, was wenig bequem ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Bauart der Vorrichtung zum Fixieren der Lage des Keils in der Nut des Kerns einer elektrischen Maschine zu entwickeln, durch die axialen Verschiebungen der Keile in der Nut vermieden und der Heraustritt der Keile aus der Nut während des Betriebs der elektrischen Maschine unter der Einwirkung elektrischer und mechanischer Kräfte ausgeschlossen sind.
Diese Aufgabe wird bei der Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäss so gelöst, wie dies im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 definiert ist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Fixieren von Nutenkeilen gestattet das Nachspannen der schwach gewordenen Keile in der Kernnut einer elektrischen Maschine leicht auszuführen, ohne dass diese auseinander genommen und zu dem genannten Zweck jeder einzelne Keil in der Nut verstellt werden muss, vermindert weiterhin wesentlich die Schwächung der Wicklungseinpressung durch die axiale Verschiebung der Keile und steigert die Betriebssicherheit der gesamten elektrischen Maschine.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung durch Beschreibung von Ausführungsbeispielen derselben und anhand der beigelegten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 den Kern des Stators einer elektrischen Maschine mit der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Fixieren von Keilen in der Nut des Kerns im Längsschnitt;
Fig. 2 dasselbe in vergrössertem Massstab, Querschnitt durch die Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 die Vorrichtung zum Fixieren von Nutenkeilen nach Fig. 1 in vergrössertem Massstab;
Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum Fixieren von Nutenkeilen im Längsschnitt, und
Fig. 5 dasselbe andere Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum Fixieren von Nutenkeilen in vergrössertem Massstab.
Der Magnetkern, zum Beispiel der Kern 1 (Fig. 1) des Stators einer elektrischen Maschine, ist aus geschichteten Blechen 2 gefertigt, die ein Profil haben, mit dessen Hilfe im Kern 1 eine Vielzahl von Längsnuten 3 ausgebildet wird, die im wesentlichen einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Diese Längsnuten verlaufen parallel zur Achse des Kerns 1 und sind gleichmässig an dessen Umfang verteilt. Jede Längsnut 3 hat in den Seitenwänden Ausschnitte oder Rillen 4, die im Oberteil der Nut 3 ausgeführt sind und die Form eines Schwalbenschwanzes besitzen.
In der Längsnut 3 wird eine aus Stäben bestehende Wicklung 5 der elektrischen Maschine untergebracht, von denen in der Fig. 2 nur ein einziger Oberstab 6 dargestellt ist, der aus einer Mehrzahl isolierter Teilleiter 7 besteht, die mit einer festen Nutisolationsschicht 8 umfasst sind. Über dem Oberstab 6 ist längs der Nut 3 eine isolierende abdichtende Zwischenlage 9 angeordnet. Oberhalb der abdichtenden Zwischenlage 9 ist eine Reihe von die Wicklung 5 festhaltenden Nutenkeile 10 und 11 angeordnet. Hierbei liegen die Keile 10 und 11 hintereinander, und als Aussenkeile in dieser Reihe dienen die Keile 10.
Die Innenseite 12 des Nutenkeils 10 und die Aussenseite 13 des Nutenkeils 11 wie auch ein Teil der Aussenseite 14 des Nutenkeils 10 und ein Teil der Innenseite 15 des Nutenkeils 11 sind durch die zum Boden der Längsnut 3 parallel liegenden Ebenen gebildet. Dabei liegt die Innenseite 12 des Nutenkeils 10 auf der abdichtenden Zwischenlage 9 auf, während die Innenseite 15 des Nutenkeils 11 über der abdichtenden Zwischenlage 9 mit einem gewissen Spalt 16 angeordnet ist. An den Endteilen der Nutenkeile 10 und der Nutenkeile 11 sind entgegengesetzt gerichtete Schrägfläche 17 bzw. 18 vorhanden. Die Schrägflächen 17 der Nutenkeile 10 liegen hierbei an den dazugehörigen Schrägflächen 18 der Nutenkeile 11 an.
Die Seitenflächen jedes Nutenkeils 10 sind flach und verlaufen parallel zu den Seitenwänden der Längsnut 3, während die Seitenflächen jedes Nutenkeils 11 Vorsprünge aufweisen, die im Querschnitt ein schwalbenschwanzförmiges Profil bilden. Die Keile 11 besitzen die Möglichkeit, sich in der Nut 3 in Längsrichtung über die ihnen entsprechenden Rillen 4, welche ebenfalls ein schwalbenschwanzförmiges Profil aufweisen, zu verschieben.
Bei der Verschiebung der Keile 10 und 11 in der Längsnut 3 in Richtung von den Endteilen zum Mittelteil des Kerns 1 wird infolge des Gleitens eines Keils über die Schrägflächen des anderen Keils ein Druck erzeugt, der radial nach unten auf die Wicklung 5 gerichtet ist, wodurch das Festhalten der Wicklung 5 in der Längsnut 3 des Kernes 1 der elektrischen Maschine gewährleistet wird.
In den Endteilen der Längsnut 3 sind Fixierkeile 19 untergebracht, die mit den äusseren Nutenkeilen 10 in Berührung stehen und als Bestandelemente der Vorrichtung zum Fixieren von Nutenkeilen dienen, die eigentlich als Gegenstand der vorliegenden Erfindung gilt.
Die Seitenflächen der Fixierkeile 19 besitzen, wie auch die Keile 11, Vorsprünge 20 (Fig. 2), die durch Schrägflächen 21 und 22 gebildet sind. Diese Vorsprünge bilden im Querschnitt auch ein schwalbenschwanzförmiges Profil und bieten den Fixierkeilen 19 ebenso die Möglichkeit wie es bei den Nutenkeilen 11 der Fall ist, sich in der Nut 3 längs der Längsrillen 4 zu verschieben. Die Aussenfläche jedes Fixierkeils 19 hat jedoch im Gegensatz zu den Keilen 10 und 11 Zähne 23 (Fig. 3), die durch vertikale Flächen 24 die senkrecht zur Achse des Kernes 1 liegen, und dem Mittelteil des Kerns 1 zugewandte Schrägflächen 25 gebildet werden. Die Kreuzung der vertikalen Fläche 24 und der Schrägfläche 25 bildet einen Scheitel 26 des Zahns 23 des Fixierkeils 19.
Die Innenseite 27 des Fixierkeils 19 ist flach und steht mit der abdichtenden Zwischenlage 9 dadurch in keiner Berührung, dass der Fixierkeil 19 einen Stiitzansatz 28 aufweist. Die Aussenstirnfläche 29 des Fixierkeils 19 ist senkrecht ausgeführt, um die Verkeilung ohne weiteres durchführen zu können. Der innere Endteil 30 des Fixierkeils 19 ist geneigt ausgeführt, wobei sein Neigungswinkel dem des äusseren Nutenkeils 10, an dem der Fixierkeil 19 anliegt, entspricht, so dass die Kraftübertragung bei der Verkeilung vom Fixierkeil 19 auf den die Wicklung 5 haltenden Nutenkeil 10 gewährleistet wird.
Der Fixierkeil 19 wird von einer ungeteilten Sperrschelle 31 umfasst, die aus einem elastischen blechartigen Werkstoff ausgeführt und in radialen Ventilationskanälen 32 (Fig. 1), welche in den Endteilen des Kernes 1 vorgesehen sind, untergebracht ist. Jeder von den Kanälen 32 durchkreuzt die Längsnut 3 und weist eine Stirnwand 33 auf.
Die Form der Sperrschelle 31 entspricht der Form des Fixierkeils 19 auf dem Abschnitt des Zahnes 23 (Fig. 3) so, dass die Schelle 31 an der Schrägfläche 25 des Zahns 23 und an der Innenfläche 27 des Fixierkeils 19 dicht anliegt. Ausserdem liegt die Schelle 31 an den seitlichen Schrägflächen 21 und 22 des Fixierkeils 19 unter Bildung eines Seitenspaltes 34 (Fig. 2) an.
Dieser Spalt erlaubt eine elastische Verformung der Sperrschellen 31, wenn die Scheitel 26 der am Fixierkeil 19 vorhandenen Zähne 23 während des Verkeilungsvorgangs durch die Sperrschelle 31 hindurchgehen. Die Schräglänge der Sperrschelle 31 im Längsschnitt ist der Schräglänge der Schrägfläche 25 des Zahnes 23 gleich oder etwas geringer als diese.
Die Sperrschelle 31 berührt mit dem Oberteil ihrer Schmal kante 35 die senkrechte Fläche 24 des Zahnes 23 des Fixierkeils 19, und die Stirnkante 36 der Sperrschelle 31 drückt gegen die Stirnwände 33 des radialen Ventilationskanals 32.
In der Fig. 4 ist eine Ausführungsvariante der Vorrichtung zum Fixieren von Nutenkeilen mit Fixierkeilen 19 dargestellt, bei denen nicht nur die Aussenfläche eine sägezahnartige Form hat, sondern auch die der abdichtenden Zwischenlage 9 zugewandte Innenfläche Zähne 37 (Fig. 5) aufweist, die durch die senkrechten Flächen 38 und die ebenfalls dem Mittelteil der Längsnut 3 zugewandten Schrägflächen 39 gebildet werden.
Die Form der Sperrschelle 31 entspricht der Form der Schrägfläche der Zähne 23 und 37 am Fixierkeil 19, wobei die Breite der Schelle 31 im Querschnitt etwas grösser als die Breite des Keiles im selben Schnitt ist.
Die Montage und Wirkungsweise der oben beschriebenen Vorrichtung zum Fixieren von Nutenkeilen erfolgt folgenderweise. Nachdem in die Längsnut 3 (Fig. 1) des Kernes 1 einer elektrischen Maschine die Wicklung 5 und oberhalb dieser die isolierenden abdichtenden Zwischenlagen 9 eingelegt worden sind, wird das Einsetzen der erforderlichen Anzahl von Nutenkeilen 10 und 11 in der nötigen Reihenfolge durchgeführt.
Danach werden von beiden Enden der Nut 3 in diese die Fixierkeile 19 eingetrieben, wobei sie durch die vorläufig in die aussenliegenden radialen Ventilationskanäle 32 eingesetzten Sperrschellen 31 geführt werden. Die Vorsprünge 20 (Fig. 2) der Fixierkeile 19 verscheiben sich dabei längs der Rillen 4.
Der Durchgang der Fixierkeile 19 durch die Sperrschellen 31 ist möglich dank der elastischen Verformung der letzteren wegen dem Vorhandensein von Spalten 34 zwischen ihnen und den Seitenwänden der Keile 14 sowie dank der entsprechenden, dem Mittelteil der Längsnut 3 zugewandten Abschrägung der Zähne 23 (Fig. 3). Nach dem Einsetzen der Fixierkeile 19 in die Nut 3 wird die Verkeilung dieser Keile vorgenommen, bis der erforderliche Druck der Nutenkeile 10 auf die Wicklung 5 erreicht wird, wobei die Zähne 23 (Fig. 3) der Keile 19 der Reihe nach durch die Sperrschellen 31 in Richtung zum Mittelteil des Kerns 1 eindringen.
Eine rückwärtige Bewegung der Fixierkeile 19 erweist sich als unmöglich, weil die auf die Nutenkeile 10 von der Seite der Wicklung 5 einwirkenden Reaktionskräfte den Fixierkeil 19 über seinen inneren Endteil 30 und weiter über die vertikale Fläche 24 des Zahns 23 dieses Keils 19 und über die mit der vertikalen Fläche 24 in Berührung stehende Schelle 31 - die Stirnwände 33 der radialen Ventilationskanäle 32 im Kern 1 angreifen.
Die beim Betrieb der elektrischen Maschine auf den Nutenkeil 10 einwirkende axiale Komponente der durch verschiedene Ursachen bedingten Kraft wird ebenfalls über die vertikale Fläche 19 der Fixierkeile 19 und die Stirnkanten 36 der Sperrschelle 31 auf die Stirnwände 33 der radialen Ventilationskanäle 26 im Kern 1 übertragen, wodurch gerade die sichere
Fixierung der Lage der die Wicklung 5 in der Nut 3 festhaltenden Nutenkeile 10 gewährleistet ist.
Zur Entnahme der Fixierkeile 19 aus der Nut 3, falls das erforderlich ist, erweist es sich als genügend, die Sperrschellen 31 an ihren Seitenflächen durch eine geringe Kraft zusammenzupressen. Dabei sind die Seitenspalte 34 (Fig. so bemessen, dass zwischen den Schrägflächen 25 der Zähne 23 (Fig. 3) und den an diesen anliegenden Flächen der Schellen 31 Spalte entstehen, die die Entnahme des Fixierkeils 19 aus der Nut 3 gestatten. Es muss beachtet werden, dass die Seitenspalte 34 ausreichend gross sein sollen, um beim Zusammendrücken der Sperrschelle 31 einen freien Durchtritt für den Scheitel 21 der Zähne 23 der Fixierkeile 19 durch die Schellen 31 zu ermöglichen.
Das Zusammendrücken der Schellen 31 und die nachfolgende Entnahme der Fixierkeile 19 aus der Nut 3 benötigt keinen grossen Arbeitsaufwand und erfordert keine Zerlegung der elektrischen Maschine. weil die Sperrschellen 31, wie das oben gesagt wurde, in den aussenliegenden Ventilationskanälen 32 des Kerns 1, die relativ einfach zugänglich sind, untergebracht werden.
Die Wirkungsweise der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsform der Erfindung weicht nicht wesentlich von der Wirkungsweise des Hauptausführungsbeispiels der Erfindung ab. Die Wahl der Ausführungsvariante der Erfindung hängt von verschiedenen Faktoren ab. Die an der Aussenseite des Fixierkeils 19 vorhandenen Zähne 23 und die an der Innenseite desselben vorhandenen Zähne 37 gewährleisten in dieser Ausführungsvariante der Erfindung eine gleichmässigere Verteilung der den Fixierkeil 19 von der Seite der Nutenkeile 10 und 11 (Fig. 4) angreifenden axialen Kräfte und gestatten den Neigungswinkel der Schrägflächen 25 der Zähne 23 und der Schrägflächen 39 der Zähne 37 am Fixierkeil 19 zu vermindern, wodurch der Verkeilungsvorgang erleichtert wird.
Die Fixierkeile 19 werden aus einem hochfesten Isolierwerkstoff gefertigt, der zum Erhalten der beschriebenen Form entweder spanabhebend bearbeitet oder in Pressformen geformt wird. Im angeführten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Fixierkeile 19 in Pressformen aus einem härtbaren Faserstoff auf Basis eines modifizierten Phenolformaldehydharzes als Bindemittel und mit Glasfasern oder Glasfäden als Füllstoff geformt.
Die Sperrschellen 31 werden aus für das Stanzen mit Tiefzug bestimmtem dünnem Baustahlblech oder anderen geeigneten elastischen Werkstoffen gefertigt.
Im angeführten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die besten Ergebnisse erreicht, wenn die Spalte 34 (Fig. 2) zwischen den Innenflächen der Schellen 31 und den Seitenflächen 21 und 22 der Keile 19 im Bereich von 2 bis 6 mm bei einer Mittelhöhe einer Schelle 31 im Querschnitt in der Grössenordnung von 8 bis 15 mm ausgeführt sind.
Es ist zweckmässig, die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Fixieren der die Wicklung in den Nuten des Kerns einer elektrischen Maschine festhaltenden Nutenkeile bei der Befestigung von Wicklungen elektrischer Maschinen mit einer Leistung von 500 Kilowatt und darüber zu verwenden.
Die Vorrichtung zum Fixieren der Nutenkeile gemäss der vorliegenden Erfindung gestattet die Anzahl der durch das Herausfallen der Keile aus den Nuten und durch die Schwächung der Wicklungseinpressung hervorgerufenen Maschinenschäden stark herabzusetzen, die mit der Neu- und Nachverkeilung verbundenen Reparaturen zu vereinfachen und die Dauer der mit der Nach- und Neuverkeilung verbundenen Reparatur einer elektrischen Maschine zu vermindern.
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PATENT CLAIMS
1. Device for fixing slot wedges for fastening electrical windings in the longitudinal grooves arranged on the circumference of the stator and / or rotor magnetic core of an electrical machine, the magnetic core having radial ventilation channels which penetrate the longitudinal grooves in the transverse direction thereto, with the longitudinal slot side walls in the upper part of the latter longitudinal grooves (4) are present, which contain fixing wedges (19) accommodated in the end parts of each longitudinal groove, which fixing wedges are in contact with the adjacent groove wedges (10), engaging on both side surfaces in said lateral longitudinal grooves (4) of the longitudinal groove Have projections (20) and are intended to prevent axial displacement of the keyways in the longitudinal grooves, characterized in that
that each fixing wedge (19) has teeth (23) on at least one surface parallel to the base of the longitudinal groove (3), that the respective tooth (23) has an inclined surface (23) facing the corresponding end of the longitudinal groove from the central part of the longitudinal groove (3) 25) and a surface perpendicular to the axis of the magnetic core (1) is formed, that a locking clip (31) is provided, which is arranged at the intersection of the longitudinal grooves (3) with the ventilation channels (32) on the outside in the magnetic core (1) and corresponding to the The shape of the inclined surface (25) of the teeth (23) is such that the surfaces of the locking clip (31) facing the winding (5) lie close to the associated parts of the fixing wedge (19), while the side parts of the locking clip (31) are in contact a distance from the side surfaces of the fixing wedge (19) so that gaps (34) are formed,
A displacement of the fixing wedge (19) in the direction of the central part of the longitudinal groove (3) from the associated end of the longitudinal groove enables the one end edge (35) of the locking clamp (31) with the surface perpendicular to the axis of the magnetic core (1) (24) of the tooth (23) on the fixing wedge (19) is in contact and that the other end edge (36) of the locking clip (31) presses against an end wall (33) of the radial ventilation channel (32).
2. Device according to claim 1, characterized in that the teeth (23) on the outside of the fixing wedge (19) are executed.
3. Device according to claim 1, characterized in that the teeth (23) on the outside and inside of the fixing wedge (19) are executed.
4. Device according to claims 1-3, characterized in that each locking clip (31) is made of an elastic material.
5. The device according to claim 4, characterized in that each locking clip is not slotted.
The present invention relates to a device for fixing slot wedges for the fastening of windings in the longitudinal slots arranged on the circumference of the stator and / or rotor magnetic core of an electrical machine, the magnetic core having radial ventilation channels which penetrate the longitudinal slots in the transverse direction thereto, with the Longitudinal groove side walls are present in the upper part of the latter longitudinal grooves, which contain fixing wedges accommodated in the end parts of each longitudinal groove, which fixing wedges are in contact with the adjacent groove wedges, have projections on their two side surfaces which engage in the lateral longitudinal grooves of the longitudinal groove and prevent an axial Displacement of the keyways in the longitudinal grooves are determined.
In the stator or rotor of an electrical machine, for example a powerful alternating current generator, the insulated rods forming the electrical winding are accommodated in the longitudinal grooves of the latter arranged on the circumference of the core. The winding bars are held in the slots against displacement in the radial and axial directions by means of wedges attached over these bars.
After a certain period of operation of the electrical machine, the fit of the slot wedges can be significantly deteriorated due to the action of electrical and mechanical forces as well as aging of the fastening elements and the winding insulation or for other reasons. The winding bars begin to perform periodic radial vibrations in the slots of the core during operation of the electrical machine and even resonate at certain frequencies under certain circumstances, causing serious erosion damage to the bar insulation due to the effect of the slot discharges resulting from the interruption of the capacitive current when the bars move , Cracks in the partial conductors of the rods, mechanical wear and tear of the stabilization with subsequent breakdown thereof, and the generation of acoustic noises.
Moreover, due to the weakening of the seat in the longitudinal groove of the core, the slot wedge can move freely and even emerge from it, which in turn leads to considerable damage to the winding and other parts of the electrical machine. These defects are so significant that they significantly reduce the service life of the electrical machine and require frequent repairs.
Fastening of the slot parts of a winding by means of slot wedges is known, which have a uniform cross section over their entire length. Such wedges poorly balance the radial gaps between the winding rod and the wedge, which are caused by the production-related differences in the dimensions of the rods and the core groove, and therefore sealing liners of different thicknesses are arranged between the wedge and the rods.
The manufacture of such wedges and their installation in the grooves of the electrical machine and the repair are sufficiently simple. However, it is difficult to use the wedges to generate the required pressure on the winding bars in the radial direction. If it is necessary to retighten such known wedges after a certain operating time of the machine, they must be removed from the groove, a stronger sealing intermediate layer applied and the wedges then reinserted. Very often new wedge sets have to be used. This extends the set-up time during the assembly and repair of an electrical machine. The position of such a wedge is only fixed by frictional forces, which of course become weaker over time.
It is also known to fasten the slot parts of a winding by means of a system of wedges of two types, which run alternately along the slot and have inclined surfaces which face one another and abut one another at their end parts. When wedging a winding, the wedges of the first type, which are placed with their inclined parts on the corresponding inclined parts of the wedges of the second type, are displaced in the slots in the axial direction, the inclined parts of the wedges of the first type being over the corresponding inclined parts of the second type wedges, thereby securing a radial pressure on the second type wedges and via them on the winding.
The wedges can be fixed against displacement in the axial direction after wedging by means of corrugation in the form of oblique incisions, which are carried out on the side surfaces of the wedges of the first type and ensure increased adhesion to the side walls of the groove. The wedges are fixed by the ribbing on their side surfaces
However, it is insufficiently safe because the corrugation between the side surfaces of the wedges and the groove walls guaranteed by this corrugation is not sufficiently strong, and the corrugation itself, like the side edges of the wedges, can be rubbed off during the wedging and operation of the electrical machine . In addition, if the winding in the slot is weakened, the wedges are re-tensioned for any reason by adjusting each preceding wedge with the corrugation in the direction of the central part of the slot, which is not very convenient.
The present invention has for its object to develop such a type of device for fixing the position of the wedge in the groove of the core of an electrical machine, avoided by the axial displacements of the wedges in the groove and the escape of the wedges from the groove during Operation of the electrical machine under the influence of electrical and mechanical forces are excluded.
This object is achieved according to the invention in the device of the type mentioned at the outset, as defined in the characterizing part of claim 1.
The device according to the invention for fixing slot wedges allows the wedges which have become weak to be re-tensioned in the core slot of an electrical machine without having to be disassembled and each individual wedge in the slot having to be adjusted for the stated purpose, furthermore significantly reduces the weakening of the winding press-in due to the axial displacement of the wedges and increases the operational safety of the entire electrical machine.
In the following, the present invention is explained by description of exemplary embodiments thereof and with reference to the accompanying drawings. Show it:
Figure 1 shows the core of the stator of an electrical machine with the inventive device for fixing wedges in the groove of the core in longitudinal section.
Figure 2 shows the same on an enlarged scale, cross section through the line II-II in Fig. 1.
3 shows the device for fixing groove wedges according to FIG. 1 on an enlarged scale;
Fig. 4 shows another embodiment of the device for fixing groove wedges in longitudinal section, and
Fig. 5 shows the same other embodiment of the device for fixing groove wedges on an enlarged scale.
The magnetic core, for example the core 1 (FIG. 1) of the stator of an electrical machine, is made from layered metal sheets 2 which have a profile with the aid of which a plurality of longitudinal grooves 3 are formed in the core 1, which are essentially rectangular Have cross-section. These longitudinal grooves run parallel to the axis of the core 1 and are evenly distributed around its circumference. Each longitudinal groove 3 has cutouts or grooves 4 in the side walls, which are made in the upper part of the groove 3 and have the shape of a dovetail.
In the longitudinal groove 3, a winding 5 of the electrical machine consisting of rods is accommodated, of which only a single top rod 6 is shown in FIG. 2, which consists of a plurality of insulated partial conductors 7, which are encased with a solid slot insulation layer 8. An insulating, sealing intermediate layer 9 is arranged above the upper rod 6 along the groove 3. A series of slot wedges 10 and 11 holding the winding 5 is arranged above the sealing intermediate layer 9. The wedges 10 and 11 lie one behind the other, and the wedges 10 serve as external wedges in this row.
The inside 12 of the key 10 and the outside 13 of the key 11 as well as a part of the outside 14 of the key 10 and part of the inside 15 of the key 11 are formed by the planes lying parallel to the bottom of the longitudinal groove 3. In this case, the inside 12 of the slot wedge 10 lies on the sealing intermediate layer 9, while the inside 15 of the slot wedge 11 is arranged with a certain gap 16 above the sealing intermediate layer 9. On the end parts of the groove wedges 10 and the groove wedges 11 there are oppositely directed inclined surfaces 17 and 18 respectively. The inclined surfaces 17 of the slot wedges 10 abut the associated inclined surfaces 18 of the slot wedges 11.
The side surfaces of each groove wedge 10 are flat and run parallel to the side walls of the longitudinal groove 3, while the side surfaces of each groove wedge 11 have projections which form a dovetail-shaped profile in cross section. The wedges 11 have the possibility of moving in the groove 3 in the longitudinal direction over the corresponding grooves 4, which also have a dovetail-shaped profile.
When the wedges 10 and 11 are displaced in the longitudinal groove 3 in the direction from the end parts to the central part of the core 1, a pressure is generated due to the sliding of one wedge over the inclined surfaces of the other wedge, which pressure is directed radially downward on the winding 5, as a result of which holding the winding 5 in the longitudinal groove 3 of the core 1 of the electrical machine is ensured.
Fixing wedges 19 are accommodated in the end parts of the longitudinal groove 3, which are in contact with the outer groove wedges 10 and serve as constituent elements of the device for fixing groove wedges, which is actually the subject of the present invention.
The side surfaces of the fixing wedges 19, like the wedges 11, have projections 20 (FIG. 2) which are formed by inclined surfaces 21 and 22. In cross section, these projections also form a dovetail-shaped profile and also offer the fixing wedges 19 the possibility, as is the case with the slot wedges 11, to move in the slot 3 along the longitudinal grooves 4. In contrast to the wedges 10 and 11, the outer surface of each fixing wedge 19 has teeth 23 (FIG. 3), which are formed by vertical surfaces 24 which are perpendicular to the axis of the core 1 and inclined surfaces 25 facing the central part of the core 1. The intersection of the vertical surface 24 and the inclined surface 25 forms an apex 26 of the tooth 23 of the fixing wedge 19.
The inside 27 of the fixing wedge 19 is flat and is not in contact with the sealing intermediate layer 9 in that the fixing wedge 19 has a support shoulder 28. The outer end face 29 of the fixing wedge 19 is vertical so that the wedging can be carried out easily. The inner end part 30 of the fixing wedge 19 is designed to be inclined, its angle of inclination corresponding to that of the outer slot wedge 10 against which the fixing wedge 19 rests, so that the force transmission during wedging from the fixing wedge 19 to the slot wedge 10 holding the winding 5 is ensured.
The fixing wedge 19 is surrounded by an undivided locking clamp 31, which is made of an elastic sheet-like material and is accommodated in radial ventilation channels 32 (FIG. 1), which are provided in the end parts of the core 1. Each of the channels 32 crosses the longitudinal groove 3 and has an end wall 33.
The shape of the locking clip 31 corresponds to the shape of the fixing wedge 19 on the section of the tooth 23 (FIG. 3) such that the clip 31 lies tightly against the inclined surface 25 of the tooth 23 and on the inner surface 27 of the fixing wedge 19. In addition, the clamp 31 bears against the lateral inclined surfaces 21 and 22 of the fixing wedge 19 to form a side gap 34 (FIG. 2).
This gap permits elastic deformation of the locking clamps 31 when the apexes 26 of the teeth 23 present on the fixing wedge 19 pass through the locking clamp 31 during the wedging process. The oblique length of the locking clip 31 in longitudinal section is equal to or slightly less than the oblique length of the oblique surface 25 of the tooth 23.
The locking clip 31 touches with the upper part of its narrow edge 35, the vertical surface 24 of the tooth 23 of the fixing wedge 19, and the end edge 36 of the locking clip 31 presses against the end walls 33 of the radial ventilation channel 32.
4 shows an embodiment variant of the device for fixing groove wedges with fixing wedges 19, in which not only the outer surface has a sawtooth-like shape, but also the inner surface facing the sealing intermediate layer 9 has teeth 37 (FIG. 5), which are formed by the vertical surfaces 38 and the inclined surfaces 39 also facing the central part of the longitudinal groove 3 are formed.
The shape of the locking clip 31 corresponds to the shape of the inclined surface of the teeth 23 and 37 on the fixing wedge 19, the width of the clip 31 in cross section being somewhat larger than the width of the wedge in the same section.
The assembly and mode of operation of the device described above for fixing slot wedges is carried out as follows. After the winding 5 and above it the insulating sealing intermediate layers 9 have been inserted into the longitudinal groove 3 (FIG. 1) of the core 1 of an electrical machine, the insertion of the required number of slot wedges 10 and 11 is carried out in the required order.
Thereafter, the fixing wedges 19 are driven into the groove 3 from both ends, whereby they are guided through the locking clamps 31 which are temporarily inserted into the external radial ventilation channels 32. The projections 20 (FIG. 2) of the fixing wedges 19 slide along the grooves 4.
The passage of the fixing wedges 19 through the locking clips 31 is possible thanks to the elastic deformation of the latter due to the presence of gaps 34 between them and the side walls of the wedges 14 and thanks to the corresponding bevel 23 of the teeth facing the central part of the longitudinal groove 3 (FIG. 3 ). After the fixing wedges 19 have been inserted into the slot 3, the wedges are wedged until the required pressure of the slot wedges 10 on the winding 5 is reached, the teeth 23 (FIG. 3) of the wedges 19 being rotated in sequence through the locking clips 31 penetrate towards the central part of the core 1.
A backward movement of the fixing wedges 19 proves to be impossible because the reaction forces acting on the slot wedges 10 from the side of the winding 5 cause the fixing wedge 19 to pass over its inner end part 30 and further over the vertical surface 24 of the tooth 23 of this wedge 19 and over with the vertical surface 24 in contact clamp 31 - attack the end walls 33 of the radial ventilation channels 32 in the core 1.
The axial component of the force caused by various causes when the electrical machine is operating is also transmitted via the vertical surface 19 of the fixing wedges 19 and the end edges 36 of the locking clamp 31 to the end walls 33 of the radial ventilation channels 26 in the core 1, as a result of which just the safe one
Fixing the position of the wedges 10 holding the winding 5 in the slot 3 is ensured.
To remove the fixing wedges 19 from the groove 3, if this is necessary, it turns out to be sufficient to compress the locking clips 31 on their side surfaces by a small force. The side gaps 34 (FIG. 1) are dimensioned such that gaps are created between the inclined surfaces 25 of the teeth 23 (FIG. 3) and the surfaces of the clamps 31 which are in contact therewith, which allow the fixing wedge 19 to be removed from the groove 3. It must be it should be noted that the side gaps 34 should be sufficiently large to allow the apex 21 of the teeth 23 of the fixing wedges 19 to pass freely through the clamps 31 when the locking clamp 31 is compressed.
The compression of the clamps 31 and the subsequent removal of the fixing wedges 19 from the groove 3 does not require a great deal of work and does not require disassembly of the electrical machine. because, as has been said above, the locking clips 31 are accommodated in the external ventilation channels 32 of the core 1, which are relatively easily accessible.
The mode of operation of the embodiment of the invention shown in FIGS. 4 and 5 does not differ significantly from the mode of operation of the main exemplary embodiment of the invention. The choice of the embodiment variant of the invention depends on various factors. The teeth 23 on the outside of the fixing wedge 19 and the teeth 37 on the inside of the same ensure, in this embodiment variant of the invention, a more even distribution of the axial forces acting on the fixing wedge 19 from the side of the slot wedges 10 and 11 (FIG. 4) and allow to reduce the angle of inclination of the inclined surfaces 25 of the teeth 23 and the inclined surfaces 39 of the teeth 37 on the fixing wedge 19, whereby the wedging process is facilitated.
The fixing wedges 19 are made of a high-strength insulating material, which is machined to obtain the shape described, or is formed in press molds. In the exemplary embodiment of the invention mentioned, the fixing wedges 19 are formed in press molds from a curable fiber material based on a modified phenol formaldehyde resin as a binder and with glass fibers or glass threads as a filler.
The locking clips 31 are made of thin mild steel sheet or other suitable elastic materials intended for stamping with deep drawing.
In the exemplary embodiment of the invention cited, the best results are achieved if the gap 34 (FIG. 2) between the inner surfaces of the clamps 31 and the side surfaces 21 and 22 of the wedges 19 is in the range from 2 to 6 mm with a central height of a clamp 31 in cross section are of the order of 8 to 15 mm.
It is expedient to use the device according to the invention for fixing the slot wedges which hold the winding in the slots of the core of an electrical machine when attaching windings of electric machines with an output of 500 kilowatts and above.
The device for fixing the slot wedges according to the present invention makes it possible to greatly reduce the number of machine damage caused by the wedge falling out of the slot and by weakening the winding press-in, simplifying the repairs associated with re-wedging and re-wedging and the duration of the repairs Reduce re-wedging and associated repair of an electrical machine.