DE1563038C - Elektrische Maschine - Google Patents

Description

Bei elektrischen Maschinen sind im Ständer und im Läufer die aktiven Teile, wie das Ständerblechpaket und das Läuferjoch (jeweils mit den Wicklungen), von Tragkonstruktionen gehalten, weiche die auftretenden Kräfte aufnehmen müssen. Da sich die aktiven Teile während des Betriebes aufweiten, z. B. durch Erwärmung, und da sie im allgemeinen ringförmig ausgebildet sind, handelt es sich also jeweils in konstruktiver Hinsicht um die Befestigung eines Ringes, der sich dehnen kann, in einer starren Tragkonstruktion.

Um die Beanspruchung der starren Tragkonstruktion durch die Aufweitung des Ringes zu vermindern, ist es schon bekannt (am 15. 2. 1951 bekanntgemachte Unterlagen der Patentanmeldung ρ 16 485 D VIII d/ 21 α 1,45), 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 Festigkeitswerte der als Feder verwendeten Materialien reichen bei dieser Konstruktion nur aus, um verhältnismäßig geringe Wärmedehnungen des Ringes aufzunehmen, so daß die bekannte Anordnung daher hauptsächlich für Ständerkonstruktionen geeignet ist. Das gleiche gilt für die aus der französischen Patentschrift 1 454 346 bekannte Konstruktion, bei welcher der sich dehnende Ring des Ständerblechpaketes über mehrere austauschbare, ein geschlossenes PoIygon bildende, radial nachgiebige und tangential am Ring angeordnete Federn lösbar mit der Tragkonstruktion des Ständers so verbunden ist, daß jeweils die äußeren Enden der Federn an der Tragkonstruk- ,-tion liegen, während der als Festpunkt ausgebildete \ Angriffspunkt des sich dehnenden Ringes in der Mitte der Feder liegt. Bei der bekannten Anordnung ist die Länge der Federn verhältnismäßig klein, und diese sind außerdem an ihren äußeren Endpunkten fest mit der Tragkonstruktion verbunden, so daß keine Nachgiebigkeit in tangentialer Richtung vorhanden ist. Infolgedessen kann diese bekannte Anordnung auch nur verhältnismäßig kleine Dehnungen des Ständerblechpaketes, nämlich die Vibrationen, wie sie durch das Magnetfeld hervorgerufen werden, durch die Federung der kurzen Federn aufnehmen. Diese geringen radialen Verlagerungen des mittleren Befestigungspunktes des Ständerblechpaketes rufen in der Feder kaum nennenswerte Zugbeanspruchungen hervor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, wesentlieh größere Verformungen der ringförmigen Elemente einer elektrischen Maschine aufzunehmen, nämlich die Dehnungen, wie sie durch die bei Betrieb der elektrischen Maschine auftretenden Temperaturen, dem magnetischen Zug und den Fliehkraftbeanspruchungen hervorgerufen werden. Derartige Aus- ( dehnungen können in der Größenordnung von mehreren Millimetern liegen.

Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine, insbesondere einer elektrischen Schlupfkupplung, bei welcher der sich dehnende Ring des Ständerblechpaketes bzw. Läuferjoches über mehrere austauschbare, ein geschlossenes Polygon bildende, radial nachgiebige und tangential am Ring angeordnete Federn lösbar mit der Tragkonstruktion des Ständers bzw. Läufers derart verbunden ist, daß jeweils die äußeren Enden der Federn an der Tragkonstruktion liegen und der als Festpunkt ausgebildete Befestigungspunkt des sich dehnenden Ringes in der Mitte der Feder liegt.

Zur Lösung der genannten Aufgabe ist eine solche Maschine gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß die Länge der Federn angenähert dem Radius des Kreises entspricht, auf dem ihre Befestigungspunkte liegen, und daß von den Befestigungspunkten der Fedem an der Tragkonstruktion einer festgelegt und der andere gleitend bzw. elastisch nachgiebig ausgeführt ist. Durch die verhältnismäßig große Länge der Federn sind die bei Durchbiegungen auftretenden Zug-

beanspruchungen klein gehalten. Trotzdem steht noch genügend Raum für die Tragkonstruktion zur Verfügung. Dies ist insbesondere für Läuferkörper, bei denen die Tragkonstruktion aus einem Nabenstern besteht, wichtig. Da außerdem nur einer der beiden außeren Befestigungspunkte der Federn an der Tragkonstruktion festgelegt ist und der andere durch Gleiten bzw. durch elastische Nachgiebigkeit sich in seiner Lage verändern kann, wirkt sich die bei großen radialen Aufweitungen der Federn ergebene Verkürzung zwischen den Endpunkten der Feder nicht in einer Erhöhung der Zugbeanspruchungen aus, da einer der Endpunkte der Feder nachgiebig ist. Somit ist eine gewisse tangentiale Nachgiebigkeit des freien Befestigungspunktes der Feder gegeben, obwohl dieser in radialer Richtung festliegt. Die Feder kann also große radiale Aufweitungen aufnehmen, ohne daß dadurch die für die üblichen Werkstoffe zulässigen Zugbeanspruchungen innerhalb der Feder überschritten werden. Die Konstruktion eignet sich daher insbesondere für elektrische Schlupfkupplungen, bei denen beide Maschinenteile rotieren, und die außerdem mit sehr hohen Erwärmungen (es können bis 250° C gefordert werden) betrieben werden.

Die Form und der Querschnitt der blattfederartigen Federn wird in geeigneter Weise so gewählt, daß das gewünschte Federverhalten erzielt wird. Da die Federn lösbar befestigt und somit austauschbar sind, können sie auch nachträglich den Eigenfrequenzen der Maschine angepaßt werden, die sich nicht immer exakt vorausberechnen lassen, da sie unter anderem stark von den Aufstellungsbedingungen abhängig sind. Besonders vorteilhaft ist die nachträgliche Anpassung der Eigenfrequenzen bei elektrischen Schlupfkupplungen, bei denen jede beliebige Drehzahl im Dauerbetrieb gehalten werden muß. Da die Schlupfkupplungen aber meist in langen Wellensträngen eingebaut werden, z. B. auf Schiffen, ist es bei ihnen unmöglich, die Eigenfrequenz voraus zu berechnen.

Das vorausberechnete Federverhalten und die auftretende Beanspruchung treffen um so genauer zu, je kleiner die Bearbeitungstoleranzen 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 erwünscht oder erforderlich, eine tangentiale Druck- oder Zugvorspannung auf die Federn aufbringen.

Es ist weiterhin vorteilhaft, jeweils zwei oder mehrere oder alle Federn miteinander zu verbinden, da dadurch die Anzahl der erforderlichen schubfesten Befestigungen an der Tragkonstruktion reduziert werden kann.

Ferner empfiehlt es sich, den Federn eine radiale Vorspannung zu geben, so daß sie in kaltem Zustand der Maschine bei Stillstand radial zur Welle vorgebogen sind. Dadurch kann man erreichen, daß die Durchbiegung der Feder im Normalbetrieb Null wird und im ungünstigen Betriebsfall eine nach außen gerichtete Durchbiegung eintritt. Die Beanspruchungen der Feder werden also im normalen Betrieb am geringsten.

Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion entfällt auch bei Läuferkonstruktionen die bisher übliche Befestigung des Ringes mittels Schrumpfen auf der Jochtragkonstruktion. Die Tragkonstruktion wird nur noch mit der sehr viel kleineren radialen Federvorspannkraft belastet. Daher kann der Materialaufwand für die Tragkonstruktion verringert werden.

Im folgenden sei die Erfindung an Hand der in den F i g. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

F i g. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer elektrischen Schlupfkupplung im Längsschnitt;

F i g. 2 zeigt im Schema die erfindungsgemäße Befestigung eines Läuferjochringes an der Tragkonstruktion; in der

F i g. 3 ist, auseinandergezogen gezeichnet, eine einzelne Feder mit den Befestigungselementen an der Tragkonstruktion und am Läuferjochring dargestellt;

F i g. 4 und 5 zeigen einen Befestigungspunkt der Feder mit einer Verkeilung.

Die elektrische Schlupfkupplung 1 zur Verbindung der Wellen 2 und 3 besitzt zwei rotierende Läufer 4 und 5. Der Läufer 5 enthält den Jochring 6, der auf der Innenseite, d. h. in der Bohrung, die nicht dargestellte Wicklung trägt. Da in die Bohrung des Jochringes 6 der Läufer 4 mit den Polen 7 und dem 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 Welle 2 angeflanscht.

Beide Jochringe 6 und 8 unterliegen während des Betriebes der Schlupfkupplung einer Aufweitung infolge der Fliehkraftbeanspruchung, die außerdem noch bei einem oder beiden Läufern durch die Eigenerwärmung erheblich vergrößert werden kann.

Bei der Konstruktion von Schlupfkupplungen, bei denen der Jochring auf der Tragkonstruktion aufgeschrumpft ist, wird insbesondere die Tragkonstruktion 9 besonders ungünstig beansprucht. Durch die Einführung der am Außendurchmesser der Tragkonstruktion 9 befestigten Federn 11, die den Jochring tragen, wird die Dehnung des Jochringes 6 in radialer Richtung nicht mehr behindert und damit die Tragkonstruktion 9 von Schrumpfkräften und auch von Stülpmomenten — herrührend von der einseitigen Anordnung des Läuferjoches — entlastet.

Die Anordnung der Federn 11 zwischen der Tragkonstruktion 9 und dem Jochring 6 ist in der F i g. 2 schematisch dargestellt. Man hat die Tragkonstruktion 9 als sechsarmigen Nabenstern ausgebildet, an dessen äußerem Umfang sechs Federn 11 jeweils den zwischen zwei Armen liegenden Raum überbrücken. Die Federn 11, die eine blattfederartige Form haben, sind daher verhältnismäßig lang. Ihre Länge entspricht ungefähr dem Radius des Kreises, auf dem ihre Befestigungspunkte liegen. Dadurch sind die Federn 11 in radialer Richtung sehr weich.

Die Federn 11 sind an ihren Enden in tangentialer und axialer Richtung an der Tragkonstruktion 9 eingespannt. Mit dem Jochring 6 sind sie in der Mitte ebenfalls biegesteif verbunden. Die Feder 11 weist jeweils an den als Festpunkt ausgebildeten Befestigungsstellen sowohl zum Jochring 6 als auch zur Tragkonstruktion 9 paßfederähnliche Ansätze 13 auf, die quer zur Federlängsachse verlaufen und in entsprechend in den Gegenteilen eingearbeitete Nuten 14 eingreifen. Diese Nuten 14 liegen also einmal in den Aufnahmeflächen 15 für die Federn 11 an der Tragkonstruktion 9 und (nicht dargestellt) in den Auflageflächen des Jochringes 6. Außerdem ist in den Aufnahmeflächen 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 11 von dem Nabenstern bzw. den Jochringauflageflächen unter Einwirkung von Biegemomenten zu verhindern, wird die Feder an den Befestigungsstellen jeweils von Spannelementen 17 gehalten, welche von den Befestigungsmitteln (Bolzen 18) durchsetzt werden. Die Spannelemente 17 haben eine Nut 19, die so breit wie die Feder 11 ist, so daß diese teilweise seitlich umfaßt wird. Die Bolzen 18 mit den Spannelementen 17 drücken die Feder 11 jeweils fest an die Auflageflächen. Dabei liegen die Bohrungen 20 zur Aufnahme der Bolzen 18 fluchtend in den Ansätzen 13 bzw. den Nuten 14, um die Bolzen 18 von Biegekräften zu entlasten.

Die Befestigungspunkte der Federn 11 sind jeweils verstärkt ausgeführt, während die dazwischenliegenden eingeschnürten Teile 21 mit dem Querschnitt 22 als aktiver Federteil wirken. Durch Veränderung des Querschnittes 22 oder durch Lamellierung der Teile 21 lassen sich die Federkonstanten in den verschiedenen Richtungen variieren.

In Abweichung von der in der F i g. 3 dargestellten Ausbildung des als Festpunkt ausgebildeten Befestigungspunktes der Federn kann man aber auch eine Verkeilung an einem Befestigungspunkt vorsehen, wodurch sich die Möglichkeit ergibt, Fertigungstoleranzen auszugleichen. Eine solche Ausführungsform zeigen die F i g. 4 und 5, bei denen die F i g. 5 eine axiale Ansicht eines als Festpunkt ausgebildeten Befestigungspunktes der Feder 11 an der Tragkonstruktion 9 zeigt, während die F i g. 4 einen Schnitt entlang der Unterkante der Keile und der Feder darstellt.

Die Feder 11 hat an der Auflagefläche an dem Befestigungspunkt den paßfederähnlichen Ansatz 13, der bei dieser besonderen Ausführungsform mit zwei schrägverlaufenden Seitenwände 23 der gleichen

ίο 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 Nutwänden 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 werden von einer Seite her so weit 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 Lageänderung der Keile.

Die Feder 11 ist in axialer Richtung durch die überstehenden Seitenwände 27 einer tangential verlaufenden Nut von der Breite der Feder gesichert. Man könnte aber zur Übertragung der Schubkräfte auf die Feder und aus der Feder in die Anschlußteile jedoch beliebige andere zur Übertragung von Schubkräften geeignete Bauelemente, wie eingesetzte Federn, eingeriebene Paßbolzen usw., verwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektrische Maschine, insbesondere elektrische Schlupfkupplung, bei welcher der sich dehnende Ring des Ständerblechpaketes bzw. Läuferjoches über mehrere austauschbare, ein geschlossenes Polygon bildende, radial nachgiebige und tangential am Ring angeordnete Federn lösbar mit der Tragkonstruktion des Ständers bzw. Läufers derart verbunden ist, daß jeweils die äußeren Enden der Federn an der Tragkonstruktion liegen und der als Festpunkt ausgebildete Befestigungspunkt des sich dehnenden Ringes in der Mitte der Feder liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Federn (11) angenähert dem Radius des Kreises entspricht, auf dem ihre Befestigungspunkte liegen, und daß von den Befestigungspunkten der Federn (11) an der Tragkonstruktion (9, 10) einer festgelegt und der andere gleitend bzw. elastisch nachgiebig ausgeführt ist.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (11) an den als Festpunkt ausgebildeten Befestigungspunkten in Maschinenachsrichtung verlaufende paßfederartige Ansätze (13) tragen, die in entsprechend eingearbeitete Nuten (14) der gegenüberstehenden Teile eingreifen.

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Befestigungspunkten am Ring (6,8) bzw. an der Tragkonstruktion (9,10) in tangentialer Richtung verlaufende Nuten (16) angeordnet sind, die der Breite der Feder (11) entsprechen.

4. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Befestigungspunkt der Feder (11) durch Keile (25) ausrichtbar ist.

5. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei oder mehrere oder alle Federn (11) miteinander verbunden sind.

6. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (11) eine radiale Vorspannung besitzen und im kalten Zustand der Maschine bei Stillstand radial zur Welle (2,3) vorgebogen sind.