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Aus einzelnen Blechsegmenten geschichteter Läufer elektrischer Großmaschinen
Das Blechpaket von Läufern elektrischer Großmaschinen wird, besonders bei solchen
mit relativ großem Läuferdurchmesser, üblicherweise aus Blechseginenten geschichtet.
Hierbei stoßen die in Umfangsrichtung weisenden Kanten (Stoßstellen) der Blechsegmente
stumpf aneinander, so daß sich aus einer Anzahl derartig gestoßener Blechsegmente
das ringförmige Blech ergibt. Dieses bildet für den Magnetfluß den Jochteil, während
die Pole in beispielsweise schwalbenschwanzförmigen Nuten der Bleche angeordnet
und mit diesen fest verbunden sind. Jedoch kann das ringförmige Blech auch mit Nuten
zur Aufnahme der elektrischen Leiter, z.B. eines Volltrommelläufers, ausgebildet
sein; hierbei entfallen dann die besonders ausgebildeten Pole.
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Um das so aus Einzelblechen (bzw. deren Blechsegmenten) gebildete
Paket zusammenzuhalten, sind Bolzen vorgesehen, die durch entsprechende Löcher der
Blechsegmente geführt werden. Die Stoßstellen der Blechsegmente hegen dabei zumeist
in Achsrichtung nicht hintereinander, sondern werden von Blechlage zu Blechlage
versetzt angeordnet; mehrere Blechlagen ergeben dabei eine Schicht und mehrere Schichten
die Pakethöhe. Hierbei sind im allgemeinen die Schichten untereinander mit gleicher
Lagenfolge ausgebildet, wobei unter Lagenfolge der Abstand eines Stoßes in einer
Lage zum Stoß in der folgenden Lage usf. gemeint ist.
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In bekannten Ausführungen sind dabei innerhalb eines Blechsegmentes
mehrere Löcher vorgesehen, die in Umfangsrichtung hintereinander und zumeist mit
gleichem Abstand zueinander in das jeweilige Blechsegment eingestanzt werden. Es
ergibt sich daraus, daß die durch diese Löcher gesteckten Bolzen von den jeweiligen
Stoßstellen innerhalb einesBlechsegmentes verschieden weit entfernt sind. Es ergibt
sich fernerhin, daß der durch die gesamte Pakethöhe hindurchtretende Bolzen in jeder
Blechlage eine andere Entfernung von der genannten Stoßstelle hat als in der folgenden
Lage.
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Aufgabe der Erfindung ist es, hier gegenüber den bekannten Anordnungen
eine optimale Lösung anzugeben, um so mit möglichst geringem Aufwand an Material,
Arbeitskraft und -zeit eine maximale Haltekraft für das gesamte Blechpaket zu erreichen.
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Gegenstand der Erfindung ist ein aus einzelnen Blechsegmenten geschichteter
Läufer elektrischer Großmaschinen, bei welchem mehrere Blechlagen der Blechsegmente
eine Schicht, mehrere Schichten die Pakethöhe des Läufers ergeben, wobei die Blechsegmente
mittels Bolzen, welche durch in jenen angeordnete Löcher gesteckt sind, untereinander
verbunden sind, wobei fernerhin die Blechsegmente mit ihren Stoßstellen von Blechlage
zu Blechlage zueinander um einen Lochabstand oder ein ganzzahliges Vielfaches davon
versetzt sind und so eine Lagenfolge bilden (nämlich die fortlaufend gezählte Nummer
der Blechlage, bei der die nächste ' also nur um einen Lochabstand versetzte
Stoßstelle angeordnet ist). Erfindungsgemäß ist die Anzahl der Löcher pro Blechsegment
gleich der Anzahl der Lagen pro Schicht, weiterhin gehorcht die Lagenfolge innerhalb
einer Schicht dem Gesetz nachstehender Folgen: entweder für die Anzahl der Lagen
n = gerade Zahl: 1,3 ... (n-1), n, (n-2) ... 2, oder für
n = ungerade Zahl: 1,3 ... n, (n-1), (n-3)
... 2, wobei die jeweils nachfolgende Schicht mit der gleichen Lagenfolge
ausgebildet ist wie die vorhergehende.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert. In ihr zeigt Fig.
1 eine bekannte Ausführung eines Ausschnittes von aus Blechsegmenten geschichteten
Läufern elektrischer Maschinen; .
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Fig. 2 bis 6 zeigen die Lastangriffspunkte an vier Bolzen der
Fig. 1;
Fig. 7 bis 12 zeigen dasselbe wie die Fig. 1 bis
6,
jedoch bei einer Ausführung nach der Erfindung; Fig. 13 erläutert
dann noch eine Weiterbildung der Erfindung.
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Bei den Betrachtungen zu der Zeichnung wird davon ausgegangen, daß
einerseits die aus den Reibungskräften
resultierenden Haltekräfte
nicht exakt unmittelbar und auch wesentlich geringer sind als die von den Bolzen
ausgehenden. Sie werden daher vernachlässigt; man darf dieses tun, da man sich dabei
auf der sicheren Seite befindet. Andererseits wird davon ausgegangen, daß die Richtung
der Hauptbeanspruchung des Blechpaketes bzw. der darin angeordneten Bolzen, besonders
wenn es sich um Läufer elektrischer Maschinen mit Durchmessern von mehreren Metern
handelt, in Umfangsrichtung weist; denn bei den dabei auftretenden radialen Blechdicken
von nur etwa 30 cm sind die radial nach außen gerichteten und so auf die
Bolzen wirkenden Kräfte außerordentlich gering.
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Wickelt man nun den Läuferumfang bzw. das diesen bildende Blechpaket
ab, so ergibt sich als Beispiel einer bekannten Ausführung die Fig. 1 im
achsparallelen Schnitt. Hierbei ist nur eine Schicht aus fünf Blechlagen
1 bis 5 dargestellt; die weiteren Schichten befinden sich also unterhalb
der Fig. 1 und sind aus Gründen der übersichtlichkeit. weggelassen. Jede
Blechlage ist aus einer Anzahl von Blechsegmenten aufgebaut, die an den Stoßstellen
6 stumpf aneinanderstoßen. Diese Stoßstellen 6 sind von Blechlage
zu Blechlage um einen Lochabstand 7 zueinander versetzt und ergeben so die
Lagenfolge. Die Bleche bzw. Blechsegmente werden durch die Bolzen 8, 9, 10, 11,
12, 13, 14, 15, 16 untereinander zusammengehalten und fest
mit dem (nicht gezeichneten) Läufer verbunden.
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Betrachtet man die Bolzen 9 bis 13 und die an diese
angreifenden Kräfte, so erhält man die Fig. 2 bis 6. Am Bolzen
9, der in der Fig. 2 dargestellt ist greifen das oberste und das unmittelbar
darunterliegende Blechsegment in den Pfeilrichtungen 17, 18
an, und zwar nur
von diesen Lagen ausgehend definierte da hier in unmittelbarer Nachbarschaft des
Bolzens 9 Stoßstellen 6 angeordnet sind. Die unteren drei Blechlagen
würden wohl im Idealfalle ebenfalls eine Kraft auf den Bolzen ausüben können, die
theoretisch den eingezeichneten Kräften 17, 18 der Fig. 2 in ihrem skalaren
Wert jeweils identisch ist. Es ist aber bei dieser Betrachtung in Zusammenhang mit
der Fig. 1 leicht ersichtlich, daß schon bei geringsten Fertigungsungenauigkeiten
Verschiebungen in der theoretischen Kraftverteilung auftreten müssen und daß aus
Sicherheitsgründen jeweils nur die Kräfte angesetzt werden können, die in Fig. 2
dargestellt sind. Für das Moment ergibt sich dadurch, wenn man die Kräfte
17, 18 jeweils mit P bezeichnet und den Hebelarm, d. h. den Abstand
zwischen den beiden Angriffspunkten der Kräfte 17, 18, mit b, bei
Rechtsdrehsinn ein Wert von M = +P - b. Dasselbe
ergibt sich für die Fig. 3 bis 5, bei welchen die Kräfte
19 bis 24 mit ihren jeweiligen Angriffspunkten an den Bolzen 10 bis
12 dargestellt sind. Auch in diesen Fällen ist also jeweils M =
+P - b. Fig. 6 zeigt nun den Kraftangriff 25, 26 am Bolzen
13. lEerbei ergibt sich für das Moment M = -P - 4b.
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Daraus folgt, daß bei sonst gleicher Bolzendicke und gleichen Beanspruchungsrichtungen
innerhalb der jeweiligen Blechsegmente im dargestellten bekannten Fall auf vier
Bolzen das gleiche Moment einwirkt, während der fünfte Bolzen ein vierfaches Moment
aufzunehmen hat. Das gleiche würde sich bei näherer Betrachtung für die weiteren
Bolzen ergeben. Der hieraus zu ziehende Schluß ist, daß bei einer Lagenfolge
1, 2, 3, 4, 5, 1 ... für vier Bolzen ein relativ niedriges
Einspannmoment anzusetzen ist, während sich für den fünften Bolzen eine Vervierfachung
des Einspannmornentes ergibt.
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Wird die Anzahl der Blechen von fünf auf beispielsweise acht
erhöht, so würde sich bei zu Fig. 1
analoger Anordnung für sieben Bolzen jeweils
das gleiche Moment ergeben, während am achten Bolzen ein um 8-1=7mal erhöhtes Moment
angreift. Ganz allgemein ist also zu sagen, daß bei einer der Fig. 1 äquivalenten
Anordnung das auf den letzten Bolzen wirkende Moment jeweils (n - 1)-fach
größer ist als das auf die übrigen Bolzen wirkende. Ähnlich ungünstige Verhältnisse
ergeben sich bei allen bekannten anderen Lagenfolgen. Es müssen also alle Bolzen
so dimensioniert sein, daß sie das (n-1)-fache Moment aufzunehmen in der Lage sind,
bezogen auf das Minimalmoment.
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In Fig. 7 wird nun an fünf Blechlagen eine Lagenfolge nach
der Erfindung dargestellt, bei welcher wohl auf jeden einzelnen Bolzen höchstens
das doppelte Moment einwirkt wie bei der bekannten Anordnung nach Fig.
1, aber auch nicht mehr. Die Vervierfachung des Momentes beirn letzten Bolzen
(nach Fig. 1) fällt also bei einer Anordnung nach der Erfindung weg. Um das
im einzelnen zu veranschauhchen, sind die Fig. 8 bis 12 analog zu den Fig.
2 bis 5 dargestellt und, ebenfalls wie Fig. 7 zu Fig. 1,
mit
den gleichen Bezugszeichen versehen. Wie leicht nachzuprüfen ist, gilt für jede
andere Anzahl von Blechlagen, daß bei geeigneter Wahl der Lagenfolge nie ein höheres
Moment als das Doppelte auf den Bolzen einwirkt.
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Als allgemeines Gesetz ergibt sich daraus, daß die Lagenfolge n innerhalb
einer Schicht nach nachstehenden Folgen aufzubauen ist: entweder für die Anzahl
der Lagen n = gerade Zahl: 1,3,5 ... (n-1), n, (n-2), (n-4)
... 2, oder für n = ungerade Zahl: 1,3,5 ... n, (n
- 1), (n - 3) ... 2.
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Eine Anordnung der Lagenfolge nach der Erfindung benötigt also lediglich
eine gegenüber bekannten Anordnungen neue Schichtungsart (Schichtungsfolge) der
einzelnen Blechseginente innerhalb einer jeden Schicht, ohne daß dabei der Blechschnitt
geändert werden muß. Die höchstmöglichen auf einen Bolzen auftreffenden Momente
sind nunmehrwesentlich vermindert: Bei bekannten Anordnungen sind sie
M = P - b - (n- 1), also, um beim Beispiel nach der
Erfindung zu bleiben, M=P - b - 4; tatsächlich ist aber die Anzahl,
der Blechsegmentlagen pro Schicht im allgemeinen wesentlich höher und dadurch auch
der Wert für (n-1). Bei einer Anordnung nach der Erfindung ist das höchstauftretende
Moment M=P- b - [n-(n-2)] =P- b-2, also wesentlich geringer.
Die Folge ist daß man die bisher relativ dicken Bolzen und dementsprechend großen
Löcher in den Blechsegmenten entsprechend verringern kann, ohne daß dadurch die
Festigkeitseigenschaften der gesamten Anordnung gemindert werden. Auch die magnetischen
Eigenschaften werden gebessert, da die Löcher in den Blechsegmenten je nach
dem Wert ihres Durchmessers ein mehr oder weniger großes Hindernis für den Magnetfluß
bilden.
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Der gleiche Erfolg wird erzielt, wenn man - in einer Weiterbildung
des Gegenstandes der Erfindung - die
Löcher in an sich bekannter
Weise durch Lochgruppen ersetzt, wie beispielsweise in Fig. 13 dargestellt.
Diese zeigt eine Draufsicht auf ein Blechsegment, bei welchem die Löcher
27 jeweils zu einer Lochgruppe 28 zusammengefaßt sind. Diese Anordnung
wird besonders vorteilhaft bei Wasserkraftgeneratoren mit senkrechter Welle angewandt,
wo große Kräfte zu beherrschen und daher eine große Zahl von Bolzen und Löchern
anzuordnen sind.