DE3633857A1 - Stator einer elektrischen maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft den Stator einer elektrischen Maschine mit geblechtem Magnetkreis, bei dem das ge­ schichtete Blechpaket über Druckfinger und Preßelemente zu einem geschlossenen Paket axial verpreßt ist. Sie bezieht sich insbesondere auf Statoren elektrischer Ma­ schinen mit eingeschränkten Platzverhältnissen, wie sie bei kleineren Wasserkraft-Rohrgeneratoren mit niedriger Jochhöhe vorkommen.

Das Blechpaket wird vom Statorgehäuse aufgenommen und fixiert. Es besteht aus einer größeren Anzahl axial ge­ schichteter dünner Dynamoblech-Segmente, welche über außen liegende Druckfinger, Wange und Preßplatte zu einem geschlossenen Paket axial verpreßt werden. Die axiale Preßkraft sollte möglichst in allen Betriebszu­ ständen in vorbestimmter Höhe konstant bleiben.

Im Betriebszustand werden Blechpaket und Statorgehäuse verschieden hoch erwärmt und unterliegen unterschiedli­ chen Wärmedehnungen. Hinzu kommt im Laufe der Betriebszeit, in Abhängigkeit von Schalthäufigkeit, Pa­ ketlänge und Laufruhe, ein gewisser axialer Setzeffekt, der die Vorspannkraft mindern kann.

Durch die DE-OS 22 20 420 ist ein Stator für eine elek­ trische Maschine bekannt geworden, bei dem das Blechpa­ ket zwischen beidseitig axial außen liegenden Druckfin­ gern eingespannt ist. Die Druckfinger der einen Seite stützen sich direkt an einer starren Preßplatte ab, wäh­ rend die Druckfinger der anderen Seite über Verbindungs­ elemente und Druckschrauben mit einer ebenfalls starren Preßplatte in Verbindung stehen. Durch Anziehen der Druckschrauben läßt sich das Blechpaket pressen. Bei dieser Ausführung hängt die Vorspannung der Preßkraft im wesentlichen von der Gehäusedehnung ab und weist daher eine verhältnismäßig steil ansteigende Kennlinie auf. Dies kann bei starken Setzerscheinungen des Blechpaketes leicht zu einer ungenügenden Preßkraft führen. Das Nach­ lassen der Vorspannkraft läßt sich lediglich visuell oder durch eine Messerprobe beurteilen und ist nicht meßbar. Ferner werden die Druckschrauben durch die Sta­ torwicklung verdeckt, so daß bei eingelegter Wicklung ein Nachspannen nicht mehr möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Stator einer elektri­ schen Maschine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 derart auszubilden, daß die auf das Blechpaket ausgeübte Preßkraft einen im Verhältnis zur Gehäusedehnung relativ flachen Anstieg aufweist, so daß die Preßkraft weitgehend unabhängig von Wärmedehnungen und Setzeffekten ist und nahezu konstant bleibt, daß sich die vorhandene Preßkraft unter Zugrundelegung von Meßwerten rechnerisch bestimmen läßt und daß ein Nach­ spannen der Preßelemente auch bei eingelegter Wicklung problemlos möglich ist. Die Anordnung soll insbesondere auch für kleinere Hydro-Rohrgeneratoren mit einge­ schränkten Platzverhältnissen anwendbar sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Preßelement wenigstens auf einer Seite des Blechpaketes ein als Tellerfeder mit axial gerichteter Federkraft ausgebildeter einteiliger Preßring angeordnet ist, und daß im radial äußeren Bereich des Preßringes auf den Umfang verteilt axial wirkende Druckspindeln angreifen, welche in ihrem axial außenliegenden Bereich Spannele­ mente aufweisen und sich am Statorgehäuse abstützen.

Vorzugsweise ist beidseits des Blechpaketes je ein Preß­ ring angeordnet, wobei ein Preßring mit dem Statorgehäu­ se starr verbunden ist. Die starre Verbindung kann als Schweißverbindung zwischen Preßring und dem Innendurchmesser des Statorgehäuses ausgeführt sein. Der andere, lose Preßring ist als Tellerfeder ausgebildet und wird durch die Druckspindeln verspannt.

Die erfindungsgemäße Lösung hat folgende Vorteile:

• - Der Preßring läßt sich so dimensionieren, daß seine Preßkraftkennlinie, d.h. die Abhängigkeit der Preß­ kraft von der axialen Verformung des Preßringes, vor­ gegebenen Parametern entspricht. Er kann auf eine der erforderlichen Preßkraft entsprechende Vorspannung und einen relativ flachen Anstieg der Preßkraft bei stei­ gender Verformung ausgelegt werden, so daß Änderungen der Blechpaketlänge, beispielsweise infolge von Wärme­ dehnungen oder Setzerscheinungen, nur verhältnismäßig geringe Änderungen der Preßkraft hervorrufen. Der nutzbare Federweg mit annähernd konstanter Preßkraft kann beispielsweise mehrere mm betragen.
• - Der Wert der Preßkraft läßt sich durch Messung der Verformung des Preßringes ermitteln.
• - Die Blechpaketpreßanordnung läßt sich sehr kompakt und raumsparend ausbilden, so daß sie insbesondere bei kleineren Hydro-Rohrgeneratoren vorteilhaft einsetzbar ist. Die Krafteinleitung in das Blechpaket erfolgt trotz der relativ radial weit außen angeordneten Spannelemente in etwa in der Mitte der Blechpaketober­ fläche.

Ein Nachspannen des Blechpaketes ist auch bei einge­ legter Wicklung möglich.

Der Preßring trägt vorzugsweise im Bereich seines Innen­ umfanges auf seiner dem Blechpaket zugewandten Seite einen axial ausgerichteten Ringansatz, der sich an den Druckfingern abstützt. Die Anlagefläche zwischen Preß­ ring und Druckfingern liegt zweckmäßigerweise in etwa im Flächenschwerpunkt der Statorblechfläche, so daß ein Auskippen der Statorbleche vermieden wird.

Einer bevorzugten Ausführung der Erfindung zufolge ist im mittleren Bereich der radial nach außen gerichteten Preßringfläche wenigstens ein nach außen vorstehender, vorzugsweise ringförmiger Wulst angeordnet. Durch diesen Wulst wird der Preßring bei Erhöhung der Preßkraft durch die Keilstege des Statorgehäuses radial geführt, so daß sich der Preßringaußendurchmesser konzentrisch zur Ge­ häusesteginnenfläche einstellt. Ferner stützt sich der Preßring bei Erreichen der erforderlichen Preßkraft über seinen Wulst an den Keilstegen ab.

Zweckmäßigerweise wird der Querschnitt des Preßringes im wesentlichen als rechtwinkliges Dreieck ausgebildet, dessen eine Kathete dem Blechpaket zugewandt ist und in etwa parallel zu der Blechoberfläche ausgerichtet ist und dessen andere Kathete radial außen, in etwa parallel zur Statorgehäusezylinderfläche liegt. Die Katheten können in etwa gleichlang ausgebildet werden. Diese Formgebung ermöglicht eine kompakte, platzsparende Aus­ bildung bei hoher Spannkraft.

Vorzugsweise besteht das Spannelement aus einer Druck­ spindel und einer sich am Statorgehäuseflansch abstüt­ zenden Mutter. Wird die Mutter bei festgehaltener Druck­ spindel verdreht, so verschiebt sich die Druckspindel axial und drückt gegen den radial außenliegenden Ringbe­ reich des Preßringes. Diese Ausbildung ist besonders für beengte Platzverhältnisse geeignet. Die Spannmittel zum Spannen des Sprengringes liegen axial weit außen in der Nähe des Statorgehäuseflansches und erlauben ein pro­ blemloses Nachspannen auch bei eingelegter Wicklung.

Zur Führung der Spannvorrichtung sind zweckmäßige Wei­ terbildungen der Erfindung vorgesehen. So kann das dem Preßring zugewandte Ende der Druckspindel in einer Aus­ nehmung im Schenkel eines rechtwinkligen Winkels, der am Statorgehäuse befestigt ist, geführt sein. Ferner kann die Mutter mit einem zylindrischen Zapfen versehen sein, der in eine Ansenkung im Statorgehäuseflansch eingreift.

Anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, wird die Erfindung sowie weitere vor­ teilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen näher be­ schrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 den Ständer einer elektrischen Maschine im Halbschnitt,

Fig. 2 das Detail II aus Fig. 1 in vergrößerter Dar­ stellung und

Fig. 3 das Detail III aus Fig. 1 in vergrößerter Dar­ stellung.

Innerhalb des Statorgehäuses 10 ist das Statorblechpaket 11 angeordnet, welches aus einer Vielzahl geschichteter Bleche bzw. Blechsegmenten aufgebaut ist. Die Blechpa­ ketpressung erfolgt durch beidseitig axial außenliegende Druckfinger 12, Preßringe 13, 14 und Spannvorrichtungen. Die Bleche des Statorblechpaketes 11 sind durch Schicht­ keile 15 geführt, welche gemeinsam mit Keilstegen 16 an der zylindrischen Innenwandung des Statorgehäuses befe­ stigt sind. Beispielsweise können vierzig Schichtkeile 15 auf dem Gehäuseinnenumfang in gleichmäßigem Abstand angeordnet sein.

Der schaltseitige Preßring 14 ist mit dem Statorgehäuse 10 starr verbunden. Er ist an den Stegen 17 mit der Statorgehäuseinnenwandung verschweißt. Der Preßring 14 trägt im Bereich seines Innenumfanges auf seiner dem Blechpaket zugewandten Seite einen Ringansatz 18 auf dem die Druckfinger 12 aufliegen.

Bei dem gegenüberliegenden, antriebsseitigen Preßring 13 handelt es sich um einen losen, einteiligen Ring, der so geformt ist, daß er die Funktion einer Tellerfeder er­ füllt. Er wird durch die am Statorgehäuseflansch 24 ab­ gestützten Druckspindeln 19 auf die für die Blechpaket­ pressung erforderliche Spannung gebracht. Tangential- und Radialspannung des Preßringes infolge Stülpens erge­ ben den gewünschten axialen Federweg. Die Preßkraft wird über die Druckfinger 12 in das Blechpaket eingeleitet. Der Preßring 13 hat einen im wesentlichen dreieckförmi­ gen Querschnitt, wobei die Katheten des rechtwinkligen Dreiecks in etwa gleich lang sind. Hierdurch ergibt sich ein relativ schmaler Ring mit hoher Preßkraft, der die Formgebung des nicht dargestellten Spulenkopfes relativ wenig beschränkt.

Der Preßring 13 trägt einen Ringansatz 20, durch den er sich an den Druckfingern 12 abstützt. Die Anlagefläche des Ringansatzes 20 liegt in etwa im Flächenschwerpunkt der Statorblechfläche, so daß eine gleichmäßige Druck­ verteilung über die gesamte Statorblechfläche gewährlei­ stet ist.

Im mittleren Bereich der radial nach außen gerichteten Preßringfläche ist ein nach außen vorstehender ringför­ miger Wulst 21 angeordnet. Im entspannten Zustand des Preßringes 13 ist der Außendurchmesser des Wulstes 21 kleiner als der Keilsteginnendurchmesser 30, so daß der Preßring 13 mühelos eingelegt werden kann. Beim Spannen des Preßringes 13 durch die auf den Umfang gleichmäßig verteilten Druckspindeln 19 vergrößert sich der Wulst­ durchmesser, so daß sich der Wulst 21 an die Keilstege 16 anlegt, wodurch eine Zentrierung des Preßringes 13 erfolgt.

Die Preßringaußenfläche 22 verändert ihre Form in Abhän­ gigkeit von der ausgeübten Druckkraft der Druckspindeln 19. In entspanntem Zustand ist die Preßringaußenfläche 22 leicht kegelförmig. In gespanntem Zustand, in dem die Preßkraft ihren Sollwert erreicht, liegt die Preß­ ringaußenfläche 22 parallel zur Keilschichtinnenfläche. Ist keine Parallelität vorhanden, z.B. nach einem Setzen des Blechpaketes, so läßt sich aus dem meßbaren Winkel zwischen Preßringaußenfläche und Keilschichtinnenfläche die Größe der vorhandenen Preßkraft errechnen. Zum Mes­ sen kann eine Lehre dienen.

Zum Spannen des Preßringes 13 dienen Spindeln 19 und auf diese aufgeschraubte Muttern 23, von denen beispielswei­ se vierzig auf den Umfang gleichmäßig verteilt sind. Die Druckspindeln 19 sind mit Hilfe von Winkeln 25 am Sta­ torgehäuse 10 axial verschieblich befestigt, wobei die Winkel 25 jeweils eine Ausnehmung 26 aufweisen, durch die die Spindeln 19 gesteckt sind. Die Muttern 23 tragen jeweils einen zylindrischen Zapfen 32, der in jeweils eine Ansenkung 27 in dem Statorgehäuseflansch 24 ein­ greift. Auf diese Weise ist das aus Druckspindel 19 und Mutter 23 bestehende Spannelement in seiner Lage ausge­ richtet. Das freie Ende 28 der Druckspindel 19 liegt auf einer radial außen liegenden Ringfläche 31 des Preßrin­ ges 13 auf. Zum Spannen des Preßringes 13 wird die Druckspindel 19 am Verdrehen gehindert, in dem ein Ga­ belschlüssel in eine Anflächung 29 eingreift. Die Muttern 23 werden solange abwechselnd mit ansteigendem Drehmoment gegen den Statorgehäuseflansch 24 gedreht, bis die Preßringaußenfläche 22 allseitig parallel zum Gehäusesteginnendurchmesser 30 liegt. Die Parallelität kann mit einer Lehre gemessen werden. Sie gibt den Hinweis dafür, daß die vorausberechnete Druckkraft des Preßringes 13 erreicht ist.

Claims (10)

1. Stator einer elektrischen Maschine mit geblech­ tem Magnetkreis, bei dem das geschichtete Blechpaket über Druckfinger und Preßelemente zu einem geschlossenen Paket axial verpreßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Preßelement wenigstens auf einer Seite des Blechpa­ ketes ein als Tellerfeder mit axial gerichteter Feder­ kraft ausgebildeter einteiliger Preßring (13, 14) ange­ ordnet ist, und daß im radial äußeren Bereich des Preß­ ringes (13) auf den Umfang verteilt axial wirkende Druckspindeln (19) angreifen, welche in ihrem axial au­ ßen liegenden Bereich Spannelemente aufweisen und sich am Statorgehäuse (18) abstützen.

2. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beidseits des Statorblechpaketes (11) je ein als Tellerfeder ausgebildeter Preßring (13, 14) angeordnet ist und ein Preßring (14) mit dem Statorgehäuse (10) starr verbunden, insbesondere verschweißt ist.

3. Stator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Preßring (13, 14) im Bereich seines Innenumfanges auf seiner dem Blechpaket (11) zugewandten Seite einen Ringansatz (18, 20) trägt, der sich an den Druckfingern (12) abstützt.

4. Stator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche des Ringansatzes (18, 20) in etwa im Flächenschwerpunkt der Statorblechfläche liegt.

5. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im mittleren Bereich der radial nach außen gerichteten Preßringfläche (22) wenigstens ein nach außen vorstehender, vorzugsweise ringförmiger Wulst (21) angeordnet ist.

6. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Preßringes (13, 14) im wesentlichen als rechtwinkliges Dreieck ausgebil­ det ist, dessen eine Kathete dem Blechpaket (11) zuge­ wandt und in etwa parallel zu der Blechoberfläche ausge­ richtet ist und dessen andere Kathete radial außen liegt.

7. Stator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Katheten in etwa gleich lang sind.

8. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement im wesentlichen aus einer Druckspindel (19) und einer sich am Statorgehäu­ seflansch (24) abstützenden Mutter (23) besteht und die Druckspindel (19) an einem radial außenliegenden Ringbe­ reich (31) des Preßringes (13) angreift.

9. Stator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Preßring (13) zugewandte Ende der Druckspin­ del (19) in einer Ausnehmung (26) eines Schenkel eines rechtwinkligen Winkels (25), der am Statorgehäuse (10) befestigt ist, geführt ist.

10. Stator nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mutter (23) mit einem zylindrischen Zapfen (32) in eine Ansenkung (27) im Statorgehäuse­ flansch (24) eingreift.