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Dokumentenidentifikation DE3590574C2 23.08.1990
Titel Schwalbenschwanzverschlußkeil für eine Nut einer dynamoelektrischen Maschine
Anmelder General Electric Co., Schenectady, N.Y., US
Erfinder Rieber, John Charles, Louisville, Ky., US;
Sheaffer, Jeffrey David, Scotia, N.Y., US;
Walthers, Russell Earle, Saratoga, N.Y., US
Vertreter Schüler, H., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 6000 Frankfurt
DE-Anmeldedatum 12.11.1985
DE-Aktenzeichen 3590574
WO-Anmeldetag 12.11.1985
PCT-Aktenzeichen US8502202
WO-Veröffentlichungsnummer 8603070
WO-Veröffentlichungsdatum 22.05.1986
Date of publication of WO application in German translation 09.10.1986
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 23.08.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.08.1990
IPC-Hauptklasse H02K 3/48

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwalbenschwanzverschlußkeil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Schwalbenschwanzverschlußkeil ist aus der DE-OS 30 01 040 bekannt.

Bei dynamoelektrischen Maschinen und insbesondere bei dem Statorblechpaket von großen dynamoelektrischen Maschinen ist es üblich, eine ringförmige magnetische Masse aufzubauen, indem dünne Bleche aus magnetischem Werkstoff auf Keilstäben gestapelt werden. Die Bleche haben üblicherweise nutförmige Öffnungen, die bei dem Stapelvorgang mit entsprechenden Öffnungen in allen anderen Blechen ausgerichtet werden, um einen Satz von parallelen Nuten in der inneren Oberfläche der ringförmigen magnetischen Masse herzustellen. Ein oder mehrere Leiter werden in jede Nut eingebracht, um die erzeugte Elektrizität aufzunehmen, wenn die dynamoelektrische Maschine ein Generator ist, oder den elektrischen Treiberstrom zu empfangen, wenn die dynamoelektrische Maschine ein Motor ist. Die Leiter in den Nuten einer großen dynamoelektrischen Maschine führen hohe Ströme und sind starken Magnetfeldern ausgesetzt. Auf sie wirken deshalb sehr starke Kräfte ein, die bestrebt sind, sie in den Nuten zu verschieben. Wenn keine Maßnahmen getroffen werden, um das zu verhindern, sind die auf die Leiter einwirkenden Kräfte in der Lage, dieses in den Nuten zu verschieben und das Blechpaket zu beschädigen oder zu zerstören.

Zum festen Haltern der Leiter in den Nuten ist es üblich, schwalbenschwanzförmige Teile in den Nuten in den Blechen vorzusehen. Die schwalbenschwanzförmigen Nuten werden so angeordnet, daß, wenn entsprechende schwalbenschwanzförmige Keile in die Nuten eingesetzt werden, die Leiter in ihrer Lage festgehalten werden. Diese Keile wurden ursprünglich aus Hartholz hergestellt und über den Leitern in die Schwalbenschwanznuten eingetrieben. In jüngerer Zeit sind die Keile aus baumwollverstärktem Phenolharz hergestellt worden. Bei einer vorgesehenen Lebensdauer von 40 Jahren einer großen dynamoelektrischen Maschine können diese Keile so stark schrumpfen, daß sich die Leiter lockern und dadurch Leiterschwingungen ausbilden, so daß die Keile ausgetauscht werden müssen.

Bekannte Schwalbenschwanzverschlußkeile benutzen eine Glasfaserverstärkung in einem duroplastischen Harz. Solche Glasfaser/Harz- Systeme ergeben eine ausreichende Langzeitabmessungsstabilität, um Schrumpfung zu vermeiden, und haben eine gute Beständigkeit bei Temperaturen, die im normalen Betrieb und im Überlastbetrieb auftreten können. Die Verwendung von Glasfasern als Verstärkungswerkstoff bringt andere Probleme mit sich, die nicht auftreten, wenn Verschlußkeile aus Hartholz oder aus baumwollverstärktem Harz benutzt werden.

Glasfasern sind abrasiv bzw. abschleifend. Im Gebrauch sind die starken magnetischen Kräfte, die durch den Läufer einer großen dynamoelektrischen Maschine erzeugt werden, groß genug, um den kreisförmigen Querschnitt des Ständers etwas elliptisch zu verformen. Die Hauptachse der elliptischen Verformung dreht sich mit den Magnetpolen des Läufers mit einer Drehzahl von beispielsweise 3600 U/min. Die Ständernuten werden dadurch in sehr geringem Maße mit einer doppelten Netzfrequenz von 100 bzw. 120 Hz zyklisch erweitert und verengt, wenn die Maxima und Minima der elliptischen Verformung zweimal pro Umdrehung des Läufers an ihnen vorbeilaufen.

Die Bewegung der Paßfläche der Schwalbenschwanznuten in bezug auf die Schwalbenschwanzverschlußkeile, die im Betrieb durch die zyklische Erweiterung und Verengung der Schwalbenschwanznuten erzeugt wird, beinhaltet eine Reibkomponente, die den Harzoberflächenüberzug abtragen, und dadurch die darunterliegende Glasfaserverstärkung freilegen kann. Wenn die Glasfasern erst einmal in Kontakt sind, kann weiteres Reiben der abrasiven Glasfasern an den Kanten der Bleche die Kanten der Bleche abschleifen, wodurch ein magnetisch und elektrisch leitendes Pulver erzeugt wird, das, wenn ihm gestattet wird, sich in der dynamoelektrischen Maschine auszubreiten, einen elektrischen Ausfall verursachen kann. Darüber hinaus kann das Abtragen von Werkstoff aufgrund des gegenseitigen Abschleifens der Paßflächen der Schwalbenschwanznuten und der Schwalbenschwanzverschlußkeile schließlich die Haltekräfte verringern, die auf die Leiter durch die Verschlußkeile ausgeübt werden, und in einem extremen Fall die Bewegung der Leiter in den Nuten gestatten, was mit denselben unerwünschten Ergebnissen verbunden ist, die durch die Schrumpfung der Verschlußkeile älteren Typs verursacht werden.

Die Bleche werden üblicherweise durch Stanzen bearbeitet, um die Leiternuten einschließlich der schwalbenschwanzförmigen Teile derselben herzustellen. Nach dem Stanzen werden die Bleche mit einer Isolierschicht aus einem herkömmlichen anorganischen Lack überzogen, um einen Wirbelstromfluß zwischen benachbarten Blechen zu verhindern. Wenn die Bleche übereinander gestapelt werden, um ein Ständerblechpaket herzustellen, gestatten Fertigungstoleranzen bei der Herstellung und dem Stapeln der Bleche, daß die Kanten von einigen Blechen weiter in die Schwalbenschwanznut vorstehen als die von anderen. Dieses Vorstehen kann beispielsweise in der Größenordnung von etwa 0,25 mm liegen. Bei einem Einbauverfahren werden starre Verschlußkeile in Längsrichtung in die Nut getrieben. Die vorstehenden Kanten der Bleche sind relativ zerbrechlich und könnten sich verbiegen, wenn die starren Verschlußkeile in die Schwalbenschwanznuten getrieben werden. Die Isolation der Kanten von verformten Blechen kann abgekratzt werden oder abblättern. Dieses Verbiegen der Kanten der Bleche und das Abtragen ihrer Isolation kann die Isolation zwischen den Blechen zerstören und einen Wirbelstromfluß gestatten, der Erwärmung und geringeren Wirkungsgrad zur Folge hat. Die bekannten Verschlußkeile haben ausreichende Biegsamkeit und Schmiereigenschaften, um die Beschädigung während des Eintreibens der Schwalbenschwanzverschlußkeile im wesentlichen zu vermeiden oder wesentlich zu reduzieren.

Der Übergang auf Schwalbenschwanzverschlußkeile mit Glasfaserverstärkung ist zwar unter dem Gesichtspunkt der Langzeitabmessungsstabilität und der Wärmebeständigkeit erwünscht, er macht jedoch das Problem des Eintreibens der Verschlußkeile komplizierter. Die glasfaserverstärkten Verschlußkeile sind härter und es mangelt ihnen an den Schmiereigenschaften der früher verwendeten Verschlußkeile. Es ist daher wahrscheinlicher, daß durch den Eintreibvorgang die Kanten der Bleche beschädigt werden und die Isolation zwischen den Blechen nachteilig beeinflußt wird.

Der Eintreibvorgang hat außerdem eine nachteilige Auswirkung auf den glasfaserverstärkten Verschlußkeil. Während des Verschlußkeileintreibvorgangs kann die Harzoberflächenschicht, die ursprünglich die Glasfasern bedeckt, von der Oberfläche des Schwalbenschwanzverschlußkeils durch die vorstehenden Kanten der Bleche abgekratzt werden, wodurch die abrasiven Glasfasern freigelegt werden. Die freiliegenden Glasfasern sind nicht nur in der Lage, die freiliegende Isolierung von den Blechen während der übrigen Verschlußkeileintreibvorganges abzutragen, sondern sie liegen auch frei und können während des Betriebes der dynamoelektrischen Maschine Abrieb verursachen, wie es oben beschrieben worden ist.

Eine Möglichkeit zum Vermindern der Probleme, die mit dem Verschlußkeileintreibvorgang verbunden sind, ist in der US-PS 42 00 818 beschrieben, wonach eine Schicht einer aromatischen Polyamidfaser in einem duroplastischen Harz mit denjenigen Oberflächen eines glasfaserverstärkten Schwalbenschwanzverschlußkeils verbunden wird, die mit den Blechen in Berührung kommen können. Die Polyamidfaserschicht gibt der Oberfläche ein gewisses Maß an Elastizität und Schmiereigenschaften, ähnlich wie bei den Hartholzverschlußkeilen, wodurch das Abtragen der Isolation während des Verschlußkeileintreibvorganges reduziert wird. Diese US-Patentschrift befaßt sich aber lediglich mit dem Veschlußkeileintreibvorgang, nicht aber mit dem Problem des Abriebs während des Betriebes der dynamoelektrischen Maschine.

Die Verwendung einer polyamidfaserverstärkten Schicht auf einem Schwalbenschwanzverschlußkeil erfolgt nur dann, wenn es absolut notwendig ist. Ein Typ einer aromatischen Polyamidfaser, der in der erwähnten US-Patentschrift erläutert ist, ist ein Typ, der so beständig gegen Schneiden ist, daß er beispielsweise bei der Herstellung von kugelsicherer Kleidung benutzt wird. Genau diese Eigenschaft macht es sehr schwierig und teuer, das Material auf die Größe und Form zuzuschneiden, die zum Überziehen eines Schwalbenschwanzverschlußkeils erwünscht sind. Darüber hinaus ist dieses Material viel teurer als andere herkömmlichere Materialien, und dieses Kostenverhältnis dürfte sich in der nahen Zukunft wahrscheinlich nicht ändern.

Eine andere Lösung für das Einführen von Schwalbenschwanzverschlußkeilen, die in der US-PS 39 49 255 beschrieben ist, eliminiert den Verschlußkeileintreibvorgang überhaupt, wodurch jegliche Probleme aufgrund des Verbiegens der Bleche während des Verschlußkeileintreibvorganges beseitigt werden. Dabei hat jeder Schwalbenschwanzverschlußkeil eine spitz oder konisch zulaufende untere Fläche. Der Schwalbenschwanzverschlußkeil ist in die Schwalbenschwanznut lose einpaßbar und längs der Schwalbenschwanznut frei axial bewegbar, und zwar ohne Druckberührung mit den Kanten der Bleche. Wenn der Schwalbenschwanzverschlußkeil in seiner endgültigen axialen Lage ist, wird ein Schiebeteil, das eine passende, konisch zulaufende obere Fläche gegenüber der konisch zulaufenden unteren Fläche des Schwalbenschwanzverschlußkeils hat, unter die geneigte innere Oberfläche des Schwalbenschwanzverschlußkeils getrieben, um die Paßoberfläche des Schwalbenschwanzverschlußkeils direkt in Berührung mit den Kanten der Bleche zu treiben, ohne daß es notwendig ist, die Verschlußkeile längs der Schwalbenschwanznut vorzutreiben. Das Verbiegen der Kanten von vorstehenden Blechen und jedes davon begleitete Abtragen von Isolation von den Kanten während eines Verschlußkeileintreibvorganges sind somit beseitigt, selbst wenn ein glasfaserverstärkter Verschlußkeil benutzt wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Schwalbenschwanzverschlußkeil derart auszubilden, daß der Langzeit-Abriebverschleiß der Bleche und der Keile einer dynamoelektrischen Maschine im wesentlichen beseitigt wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen des Patentanspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sowohl die Fertigungskosten von Nutkeilen gesenkt werden als auch der Abriebverschluß der Bleche und Keile im Betrieb praktisch beseitigt wird. Ferner sind die Erzeugung von elektrisch und magnetischen leitfähigem Staub, der durch einen Schleifkontakt zwischen Auflageflächen von Schwalbenschwanzverschlußkeilen und Schwalbenschwanznuten einer dynamoelektrischen Maschine erzeugt wird, vermieden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt eines Teils eines Ständerblechpakets einer dynamoelektrischen Maschine mit einer Ständernut, die einen Schwalbenschwanzverschlußteil gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält,

Fig. 2 eine Längsschnittansicht der Ständernut nach der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt einer Oberfläche, die aus Enden von Blechen gebildet ist, zur Veranschaulichung der Unregelmäßigkeiten, die durch Fertigungstoleranzen verursacht werden, und

Fig. 4 einen Querschnitt eines Teils eines Ständerblechpakets mit einem einstückigen Schwalbenschwanz gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Teil eines Ständerblechpakets einer elektrischen Maschine, das insgesamt mit 10 bezeichnet ist. Das Ständerblechpaket 10 ist wie üblich aus mehreren dünnen Blechen 12 aufgebaut, die beispielsweise eine Dicke von etwa 0,51 mm haben können. Jedes Blech 12 weist eine oder mehrere Nuten 14 auf, die in dem zusammengebauten Ständerblechpaket 10 aufeinander ausgerichtet sind, so daß Nuten gebildet sind, die sich über die gesamte axiale Länge des Ständerblechpakets 10 erstrecken. Ein oder mehrere Leiter sind üblicherweise in jeder Nut 14 angeordnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein unterer Leiterstab 16 am Grund der Nut 14 angeordnet, und ein oberer Leiterstab 18 ist über dem unteren Leiterstab 16 angeordnet. Außerdem ist auf übliche Weise eine Leiterstabisolation 20 um den unteren Leiter 16 und um den oberen Leiter 18 angeordnet, und eine Schicht Füllmaterial 22 ist zwischen ihnen angeordnet. Eine nichtmetallische Seitenwellfeder 24 ist in der Nut 14 auf einer Seite des unteren Leiterstabes 16 angeordnet, um diesen in stationären Reibkontakt mit einer entgegengesetzten Seite der Nut 14 zu drücken. Ebenso ist eine nichtmetallische Seitenwellfeder 26 in der Nut 14 längs des oberen Leiterstabes 18 angeordnet, um ihn in stationären Reibkontakt mit einer entgegengesetzten Seite der Nut 14 zu drücken. Eine Schicht Füllmaterial 28 ist über dem oberen Leiterstab 18 angeordnet.

Eine Schwalbenschwanznut 30 ist in der Nut 14 durch entgegengesetzte Kerben 32a und 32b mit Abstand oberhalb der Füllmaterialschicht 28 gebildet. Ein zweiteiliger Schwalbenschwanzverschlußkeil 34 ist in die Schwalbenschwanznut 30 einpaßbar, um eine im wesentlichen reine radiale Haltekraft an dem oberen Leiterstab 18 und dem unteren Leiterstab 16 zu erzeugen. Der Schwalbenschwanzverschlußkeil 34 besteht aus einem Keil 36 und einem Schieber 38. Der Keil 36 hat abgewinkelte Lippen 40a und 40b mit abgewinkelten Auflageflächen 42a bzw. 42b in flächigem Kontakt mit entsprechenden abgewinkelten Anlageflächen 44a bzw. 44b der Kerben 32a und 32b. Die unteren Flächen 46a und 46b der abgewinkelten Lippen 40b und 40b sind nicht in tragendem Kontakt mit nach oben weisenden Winkelflächen 47a und 47b der Kerben 32a bzw. 32b. Eine Einbettschicht 48a auf der abgewinkelten Auflagefläche 42a und eine entsprechende Einbettschicht 48b auf der abgewinkelten Auflagefläche 42b sind vorgesehen, um direkten Kontakt zwischen der abgewinkelten Auflagefläche 42a und der abgewinkelten Anlagefläche 44a sowie zwischen der abgewinkelten Auflagefläche 42b und der abgewinkelten Anlagefläche 44b zu verhindern, was im folgenden noch näher beschrieben ist.

Ein zyklisches Öffnen und Schließen der Nut 14 mit 100 bzw. 120 Hz (in einem Beispielsfall bei einer zweipoligen dynamoelektrischen Maschine mit 3600 U/min), das durch eine elliptische Verformung des Ständerblechpakets 10 durch das Magnetfeld eines Läufers 50 erzeugt wird, ist durch einen mit zwei Spitzen versehenen Pfeil 52 am äußeren Ende der Nut 14 dargestellt. Die Bewegung, die durch den Doppelpfeil 52 dargestellt ist, erzeugt eine Relativbewegung der abgewinkelten Anlageflächen 44a und 44b in bezug auf die abgewinkelten Auflageflächen 42a und 42b, die prinzipiell normal zu deren Berührungsebenen ist, aufgrund der Neigungen der Berührungsebenen aber auch eine Reibkomponente der Relativbewegung umfassen kann, die längs ihrer Berührungsebenen gerichtet ist.

In Fig. 2 ist ein teilweise eingebauter Schwalbenschwanzverschlußkeil 34 längs anschließend an einen vollständig eingebauten Schwalbenschwanzverschlußkeil 34a in der Schwalbenschwanznut 30 dargestellt. Jeder Schwalbenschwanzverschlußkeil 34 ist herkömmlicherweise etwa 100 mm bis etwa 203 mm lang, und mehrere Schwalbenschwanzverschlußkeile 34 werden Ende an Ende angeordnet, um die volle Länge der Schwalbenschwanznut 30 auszufüllen. Der Keil 36 hat eine geneigte untere Fläche 54, die eine Auflagefläche für eine geneigte obere Fläche 56 des Schiebers 38 bildet. Zum Einbauen des Schwalbenschwanzverschlußkeils 34 in die Schwalbenschwanznut 30 wird der Keil 36 frei in die Position an dem zuvor eingebauten Schwalbenschwanzverschlußkeil 34a geschoben. Das ist möglich, weil, bis der Schieber 38 eingebaut ist, der Keil 36 lose in der Schwalbenschwanznut 30 sitzt. Der Schieber 38 wird in eine Position geschoben, in der die geneigte obere Fläche 56 an der geneigten unteren Fläche 54 gleitet, um dadurch lediglich radialen Druck auf den Keil 36 auszuüben, was durch einen Pfeil 57 angedeutet ist, wodurch die Einbettschichten 48a und 48b (in Fig. 2 nicht gezeigt) direkt und radial in Kontakt mit der abgewinkelten Anlagefläche 44a (und der nicht gezeigten abgewinkelten Anlagefläche 44b) der Schwalbenschwanznut 30 bewegt werden. Wenn der Schieber 38 eingetrieben worden ist, sind die Beziehungen der Teile des Schwalbenschwanzverschlußkeils 34 dieselben wie die Beziehungen der entsprechenden Teile des vollständig eingebauten Schwalbenschwanzverschlußkeils 34a.

Fig. 3 zeigt eine stark vergrößerte Querschnittansicht der abgewinkelten Anlagefläche 44a des Ständerblechpakets 10. Wegen der Fertigungstoleranzen liegen die Spitzen 58 der Bleche 12, die die abgewinkelte Anlagefläche 44a bilden, nicht in derselben Ebene. Statt dessen wird die abgewinkelte Anlagefläche 44a am besten durch ein mittleres Oberflächenniveau 60 gekennzeichnet, das durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist und um das die tatsächlichen Positionen der Spitzen 58 variieren können. Diese Variation kann in einem praktischen Fertigungsprozeß das Vorstehen von einigen Spitzen 58 bis zu einem Spitzenoberflächenniveau 62 beinhalten, das durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist und sich um eine Strecke D1 über das mittlere Oberflächenniveau 60 hinaus erstrecken kann. Die Strecke D1 kann beispielsweise etwa 0,25 mm betragen. Wenn eine richtig gewählte Einbettschicht 48a vorgesehen ist, die eine Dicke D2 hat, welche in einem vorbestimmten Verhältnis zu der Überstandsstrecke D1 steht, dann können sich die überstehenden Spitzen 58 in die Einbettschicht 48a einbetten, ohne genug Kontaktdruck zu erzeugen, um in die Einbettschicht 48a einzubrechen oder einzuschneiden. Das heißt, die vorstehenden Spitzen 58 der abgewinkelten Anlagefläche 44a betten oder drücken sich in das Material der Einbettschicht 48a ein, bis das mittlere Oberflächenniveau 60 der abgewinkelten Anlagefläche 44a vollständig an einer Oberfläche der Einbettschicht 48a trägt und dadurch die Kontaktkräfte über der gesamten Kontaktfläche verteilt. Wir haben festgestellt, daß ein Verhältnis von D2 zu D1 von wenigstens 1,2 ausreicht, um einen wesentlichen Schutz dagegen zu bieten, daß die abgewinkelte Anlagefläche 44a in direktem Kontakt mit dem darunterliegenden Material des Verschlußkeils 36 kommt, der beispielsweise aus einem glasfaserverstärkten duroplastischen Harz bestehen kann, beispielsweise einem Polyesterharz. Es ist erwünscht, die Einbettschicht 48a so dünn wie möglich zu halten und trotzdem für eine vollständige Einbettung der Spitzen 58 zu sorgen. Bei einer Dicke von mehr als etwa 2,5 mm kann die Schrumpfung, die bei den meisten nichtabrasiven Fasern über einer Lebensdauer von 40 Jahren unter den erwarteten Temperaturbedingungen auftritt, ausreichend sein, um eine Lockerung zu gestatten.

Wenn eine bessere Kontrolle der Toleranzen der Bleche 12 erzielt wird, kann die Einbettschicht 48 dünner gemacht werden als der oben angegebene Wert. Das Verbessern der Toleranzen um einen Faktor von etwa zwei erscheint durchführbar und ergibt daher eine untere Grenze der Dicke der Einbettschicht 48 von etwa 0,125 mm. Ein bevorzugter Bereich der Dicke der Einbettschicht reicht daher von etwa 0,125 mm bis etwa 2,5 mm.

In der bevorzugten Ausführungsform haben wir zufriedenstellenden Schutz erzielt, indem wir eine bis drei Gewebelagen benutzt haben, von denen jede im ausgehärteten Zustand eine Dicke von etwa 0,2 mm ergibt. In der bevorzugtesten Ausführungsform benutzen wir zwei Lagen Baumwollgewebe, von denen jede eine ausgehärtete Dicke von etwa 0,2 mm ergibt.

Das Erzielen großer Werte der Dicke der Einbettschicht 48a kann ein Verarbeitungsproblem darstellen. Wenn das Erzielen eines großen Wertes der Dicke versucht wird, indem viele Faserlagen benutzt werden, kann es schwierig werden, den Verschlußkeil zu formen. Es ist möglich, eine Dicke von 2,5 mm herzustellen, indem zwei Lagen eines dicken Baumwollgewebes oder von Baumwollwatte benutzt werden. In der bevorzugten Ausführungsform wird ein Verhältnis von D1 zu D2 von etwa 1,2 bis etwa 10 benutzt. In einer bevorzugteren Ausführungsform wird ein Verhältnis von D1 zu D2 von etwa 1,2 bis etwa 2 benutzt. In der bevorzugtesten Ausführungsform wird ein Verhältnis von D 1 zu D 2 von etwa 1,4 bis etwa 1,8 benutzt. Größere Dicken D2 können im Rahmen der Erfindung benutzt werden. Ein Grenzwert für die Dicke D2 ist abhängig von der Art des Materials, aus dem die Einbettschicht 48a besteht. Einige der geeigneteren Materialien, die im folgenden erläutert sind, sind bei großen Dicken abmessungsmäßig unstabil, weshalb es zur Schrumpfung kommt, wenn übermäßige Dicken benutzt werden.

Als geeignetes nichtabrasives Verstärkungsmaterial in der Einbettschicht 48a sind die meisten natürlichen Fasern geeignet, und zwar Hanf, Sisal, Jute, Flachs und Baumwolle, da diese im allgemeinen nichtabrasive Materialien sind, die ohne weiteres in eine Harzmatrix eingebaut werden können. Darüber hinaus können Kombinationen unterschiedlicher Fasern, wie beispielsweise eine Kombination aus gewebter oder nichtgewebter Baumwolle oder anderen Naturfasern mit einer kleineren Menge von gewebten oder nichtgewebten Kunstfasern, als Kombination von Eigenschaften gewählt werden, die eine solche Kombination bietet. Eine derartige Kombination kann Baumwollgewebe mit einer Polymerfaser umfassen.

Wenn für einen besonderen Verwendungszweck bessere Schmiereigenschaften erwünscht sind, kann eine Kombination aus einer Faser und einem Pulver benutzt werden. Beispielsweise ergibt eine Baumwollfaser, die mit einem geeigneten flüssigen Harz getränkt ist, das einen Anteil an Polyethylen-, Polypropylen-, Teflonteilchen oder anderen Schmierstoffteilchen enthält, nach dem Aushärten auf der Oberfläche der abgewinkelten Auslagefläche 42a (in Fig. 1 gezeigt) eine bessere Leistungsfähigkeit gegenüber einem ähnlichen Gewebe- und Harzsystem, bei dem das Harz keine Schmierstoffteilchen enthält. Ein mehrschichtiges System kann ebenfalls benutzt werden. Beispielsweise kann eine Oberflächenschicht aus einem mit Baumwollgewebe verstärkten Harz mit einer Grundschicht aus einem kunstfaserverstärkten Harz zufriedenstellend sein. Beide Schichten in einem derartigen Zweischichtsystem sind vorzugsweise mit demselben oder mit unterschiedlichen Prepreg-Harzen imprägniert und werden gleichzeitig ausgehärtet. Ein weiteres mehrschichtiges System kann beispielsweise eine Oberflächenschicht umfassen, bei der eine Baumwollfaserverstärkung benutzt wird, eine Zwischenschicht, bei der eine Kunstfaserverstärkung benutzt wird, und eine innere Schicht, bei der eine Baumwollfaserverstärkung benutzt wird.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung haben wir ermittelt, daß eine zweilagige Schicht aus mit Prepreg-Harz imprägniertem Baumwollgewebe einen zufriedenstellenden Schutz bietet, denn es wurde kein Einschneiden und keine Abrasion beobachtet. Jede Baumwollgewebeschicht ergibt eine ausgehärtete Dicke von etwa 0,2 mm. Der zweilagige Aufbau ergibt eine Gesamtdicke von etwa 0,4 mm. Für einen Wert von 0,25 mm für D1 ergibt das ein Verhältnis von D1 zu D2 von etwa 1,6, das innerhalb des bevorzugtesten Bereiches liegt. Als eine solche zweilagige baumwollverstärkte Einbettschicht 48a im Gebrauch getestet und später untersucht wurde, wurde beobachtet, daß die Unregelmäßigkeiten der abgewinkelten Anlagefläche 44a ein eingedrücktes Spiegelbild in dem Werkstoff der Einbettschicht 48a erzeugt hatten, ohne in die Einbettschicht 48a einzuschneiden und ohne Werkstoffverlust. Da Baumwollgewebe für seine einfache Verarbeitbarkeit und für seine geringen Kosten bekannt ist, bevorzugen wir eine solche Struktur für die Einbettschicht 48a.

Es sollte besonders erwähnt werden, daß die Abmessung D2 nicht als ein Absolutwert angegeben werden kann. D2 kann vielmehr nur in Beziehung zu dem Überstand D1 über die mittlere Oberfläche der abgewinkelten Anlagefläche 44a angegeben werden. Wenn es möglich wäre, den Wert von D1 um einen Faktor 5 wesentlich zu reduzieren, indem beispielsweise engere Fertigungstoleranzen benutzt werden, könnte die Dicke D2 der Einbettschicht 48a entsprechend reduziert werden. Wenn praktische Fertigungstoleranzen erfordern, daß D1 mehrmals größer ist als der Nennwert von 0,25 mm, der in dem obigen Beispiel benutzt wird, muß die Mindestdicke D2 proportional vergrößert werden. In beiden Fällen bleibt jedoch die Mindestdicke D2 der Einbettschicht 48a das 1,2fache des maximalen Überstands der Spitzen 58 über das mittlere Oberflächenniveau 60.

Gemäß der Darstellung in Fig. 1 finden sich wie erwähnt die einzigen Oberflächen des Verschlußkeils 36, die die Bleche 12 berühren, auf den abgewinkelten Auflageflächen 42a und 42b. Die Einbettschichten 48a und 48b können daher auf diese Oberflächen beschränkt werden. Wegen der Billigkeit und der Verarbeitbarkeit des baumwollverstärkten Materials ist es in der bevorzugten Ausführungsform wegen der Einfachheit der Fertigung jedoch erwünscht, das baumwollverstärkte Material auch über einer oberen Oberfläche 64 aufzubringen. Das gestattet das Einlegen einer doppelten Schicht von mit Prepreg- Harz imprägnierten Baumwollgewebe in eine Form, das Auflegen einer glasfaserverstärkten Masse auf die Gewebeschicht und das Aushärten der Masse bei geeigneter Temperatur und mit geeignetem Druck für eine Dauer, die ausreicht, um der Masse die Gestalt der Form zu geben und die Harze sowohl in der Oberflächenschicht als auch in dem Körper des Schwalbenschwanzverschlußkeils 34 auszuhärten. Zur Erleichterung der Fertigung und um zu gewährleisten, daß das vollständige Bedecken der abgewinkelten Auflageflächen erreicht wird, kann das mit Prepreg-Harz imprägnierte Baumwollgewebe die unteren Oberflächen 46a und 46b wenigstens teilweise überlappen.

Die obige Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform, in der ein Baumwollgewebe oder ein anderes Gewebe als Verstärkung in einer Einbettschicht benutzt wird, sollte einen nichtgewebten Stoff nicht von der Erfindung ausschließen. Im Gegenteil, die Verstärkung in einer einlagigen Einbettschicht oder in einer oder mehreren Schichten in einer mehrlagigen Einbettschicht kann im Rahmen der Erfindung ein nichtgewebtes Vlies sein.

In Fig. 4 ist ein einstückiger Schwalbenschwanzverschlußkeil 66 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der einstückige Schwalbenschwanzverschlußkeil 66 wird axial längs der Schwalbenschwanznut eingetrieben, wie es in der Beschreibungseinleitung erwähnt worden ist. Gemäß der in der Beschreibungseinleitung erwähnten DE-OS 30 01 040 dient die Verwendung eines aromatischen Polyamids zum Schutz der Oberfläche des Nutverschlußkeils während des Verschlußkeileintreibvorganges, wobei eine Deckschicht aus einem aromatischen Polyamidfaservlieses benutzt wird, das mit einem duroplastischen Harz imprägniert ist. Die genannte DE-OS sagt nichts über die Leistungsfähigkeit der Deckschicht im Gebrauch aus. Wir glauben jedoch, daß eine Einbettschicht 48a, die die Eigenschaften gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hat, zumindest ebenso zufriedenstellend ist, und zwar nicht nur hinsichtlich der Abrasionsbeständigkeit während des Eintreibens des Verschlußkeils, sondern auch hinsichtlich der Beständigkeit gegen Abrasion im Gebrauch aufgrund des periodischen Öffnens und Schließens der Nut 14. Die Verwendung von teueren und schwierig zu bearbeitenden aromatischen Polyamidfasern kann daher durch die vorliegende Erfindung beseitigt oder fakultativ gemacht werden, und zwar sogar bei einem eingetriebenen Verschlußkeil. Eine Einbettschicht 48a, bei der eine Naturfaserverstärkung entweder in Vlies- oder in Gewebeform benutzt wird, sollte sowohl während des Eintreibens als auch anschließend während des Gebrauches abriebbeständig sein. Die Verwendung einer Naturfaserverstärkung, beispielsweise in Form eines Baumwollgewebes, kann daher eine beträchtliche Verringerung der Fertigungskosten von Nutkeilen ergeben, die entsprechend hergestellt werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Schwalbenschwanzverschlußkeil für eine Nut einer dynamoelektrischen Maschine, wobei die Nut durch ausgerichtetes Übereinanderstapeln von mehreren Blechen, die jeweils eine entsprechende Nut in Schwalbenschwanzform mit ersten und zweiten abgewinkelten Anlageflächen aufweisen, mit folgenden Merkmalen:
    1. - ein Keil (36) weist eine erste und eine zweite abgewinkelte Lippe (40a, 40b) auf, die in die erste bzw. zweite Schwalbenschwanznut lose einpaßbar sind, wobei die erste und die zweite Lippe je eine abgewinkelte Auflagefläche (42a, 42b) aufweisen, die unter Winkeln angeordnet sind, welche den Winkeln der ersten bzw. zweiten abgewinkelten Anlagefläche (44a, 44b) entsprechen;
    2. - der Keil (36) besteht aus einer glasfaserverstärkten Harzmatrix,
    3. - auf den abgewinkelten Auflageflächen (42a, 42b) ist jeweils eine Einbettschicht (48) angeordnet, die die Auflageflächen des Keils (36) von den Anlageflächen der Nut trennen,
    4. - jede Einbettschicht (48a, 48b) weist eine nicht-abschleifende Faser in einer Harzmatrix auf,
    5. - jede Einbettschicht (48a, 48b) hat eine Dicke von etwa 0,125 mm bis etwa 5 mm,
  2. dadurch gekennzeichnet, daß die Faser eine Naturfaser ist.
  3. 2. Schwalbenschwanzverschlußkeil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser eine Baumwollfaser ist.
  4. 3. Schwalbenschwanzverschlußkeil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser eine Hanffaser ist.
  5. 4. Schwalbenschwanzverschlußkeil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser eine Sisalfaser ist.
  6. 5. Schwalbenschwanzverschlußkeil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser eine Flachsfaser ist.
  7. 6. Schwalbenschwanzverschlußkeil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser eine Jutefaser ist.
  8. 7. Schwalbenschwanzverschlußkeil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser eine Naturfaser mit einer kleinen Menge einer Kunstfaser ist.
  9. 8. Schwalbenschwanzverschlußkeil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgehärtete Harzmatrix einen Anteil an Schmierteilchen enthält.
  10. 9. Schwalbenschwanzverschlußkeil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke etwa das 0,01fache bis etwa das 0,012fache der vorbestimmten maximalen Strecke beträgt.
  11. 10. Schwalbenschwanzverschlußkeil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die erste und die zweite Einbettschicht jeweils wenigstens eine Lage eines gewebten Baumwollstoffes in einer ausgehärteten Harzmatrix aufweisen.
  12. 11. Schwalbenschwanzverschlußkeil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Lagen mit einer ausgehärteten Dicke von etwa 0,125 mm bis etwa 2,5 mm vorgesehen sind.
  13. 12. Schwalbenschwanzverschlußkeil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgehärtete Dicke etwa 0,25 mm bis etwa 1,25 mm beträgt.
  14. 13. Schwalbenschwanzverschlußkeil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Einbettschichten jeweils einen Film aus einem synthetischen Harz aufweisen.
  15. 14. Schwalbenschwanzverschlußkeil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Keil eine geneigte untere Fläche aufweist, die mit einem Schieber mit einer geneigten oberen Fläche in Eingriff bringbar ist.






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