Elektrische Maschine mit supraleitender Rotorspule und Ab- stütz orrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einer um eine Rotationsachse drehbar gelagerten, zu kühlenden supraleitenden Rotorspule, die ferner einen Rotorkörper und wenigstens eine Abstützvorrichtung zur Abstützung der Rotorspule gegen den Rotorkörper umfasst.

Supraleitende Rotorspulen kommen vor allem in Synchronmaschinen, beispielsweise in Generatoren oder in Antrieben zum Einsatz. Bei bekannten elektrischen Maschinen werden die supra- leitenden Spulen durch eine Kühlvorrichtung auf sehr tiefe

Temperaturen gekühlt. Bei der Verwendung sogenannter Hochtemperatursupraleiter können dies Temperaturen im Bereich von etwa 77 K sein, bei den klassischen Tieftemperatursupralei- tern liegen die Betriebstemperaturen sogar noch wesentlich niedriger. In solchen Maschinen sind eine oder mehrere Rotorspulen auf einem Rotorkörper angeordnet und mit diesem mechanisch verbunden. Nach dem Stand der Technik sind die gekühlten Rotorspulen meist auf einem ungekühlten Rotorkörper montiert. Dabei muss die mechanische Verbindung zwischen Rotor- spule und Rotorkörper den bei Betrieb auftretenden Kräften standhalten und trotzdem eine ausreichend niedrige Wärmelei ^¬ tung aufweisen, um die Kühlung der supraleitenden Spule auf die nötige Betriebstemperatur aufrechtzuerhalten. Bei bekannten Maschinen werden die Rotorspulen mit Stützstreben gehalten, die Kräfte in unterschiedlichen Raumrichtungen zwischen Rotorspule und Rotorkörper übertragen können. Die Stützstreben können auch so dimensioniert sein, dass sie zur Übertragung von beim Betrieb der Maschine auftretenden Dreh- momenten von der Spule auf den Rotorkörper oder umgekehrt geeignet sind. Eine solche Aufhängung ist beispielsweise in der WO 03/009454 A2 beschrieben. Alternativ können die Spulen auch mit einer Mehrzahl an geschlossenen Tragschlaufen gehalten werden, die jeweils als Zugschlaufe ausgebildet sind und so mit der Spule verbunden werden, dass die Spule durch die Übertragung dieser Zugkräfte in verschiedenen Raumrichtungen gehalten ist. Eine solche Aufhängung ist in der DE 102010040495 AI beschrieben.

Ein Nachteil der beschriebenen Aufhängungssysteme ist, dass die Halteelemente jeweils so dimensioniert werden müssen, dass sie den maximal möglichen auftretenden Kräften standhalten können. Dies führt zu relativ hohen benötigten Materialquerschnitten, die dann auch eine relativ hohe Wärmeleitung zwischen der kühlen Rotorspule und dem ungekühlten Rotorkör- per bewirkten. Dadurch ist es schwieriger, eine niedrige Betriebstemperatur der Rotorspulen zu gewährleisten. Die Kühlvorrichtung muss eine relativ hohe Kühlleistung aufweisen und ist somit aufwendig in der Implementierung und im Betrieb. In der DE 102005027962A1 ist eine Aufhängung einer Rotorspule offenbart, bei der die Stützstreben bei einer Überbelastung, beispielsweise bei einem Störfall der Maschine, abknicken können, und bei der nach dem Abknicken ein mechanischer Kontakt zwischen Rotorspule und Rotorkörper durch ein Anschlag- element vermittelt wird. Durch diese Auslegung kann der ther ^¬ misch wirksame Querschnitt der Stützstreben verringert wer ^¬ den. Ein Nachteil einer solchen Aufhängung mit Stützstreben ist aber die Tatsache, dass die Streben bei einer Überlastung durch ein abruptes Abknicken nachgeben, wobei der durch das Abknicken ermöglichte große Verformungsweg nur durch das An ^¬ schlagelement begrenzt wird. Solch eine abrupte Verformung ist typischerweise mit einer Schädigung oder zumindest mit einer Schwächung des Materials der Stützstreben verbunden, selbst wenn die Strebe wieder in einen ungeknickten Zustand zurückkehren kann. Außerdem ist durch den Fangstoß beim Auf- treffen der Spule auf das Anschlagelement eine Beschädigung der Spule nicht unwahrscheinlich. Aufgabe der Erfindung ist es daher eine elektrische Maschine mit einer supraleitenden Rotorspule anzugeben, welche die genannten Nachteile vermeidet. Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 beschriebene elektrische Maschine gelöst. Die erfindungsgemäße Maschine umfasst wenigstens eine um eine Rotationsachse drehbar gela ^¬ gerte, zu kühlende supraleitende Rotorspule, einen Rotorkör ^¬ per und wenigstens eine Abstützvorrichtung zur Abstützung der wenigstens einen Rotorspule gegen den Rotorkörper. Die Ab- stützvorrichtung umfasst eine elastisch verformbare Stützschlaufe und ein Anschlagelement, wobei die Stützschlaufe so ausgelegt ist, dass sie die wenigstens eine Rotorspule gegen bei einem Normalbetrieb der Spule auftretende Kräfte abstützt und dabei einen über das Anschlagelement vermittelten Kontakt zwischen Rotorspule und Rotorkörper verhindert. Die Stütz ^¬ schlaufe ist so weit elastisch verformbar, dass durch in einem Störungsfall auftretende Kräfte ein mechanischer Kontakt zwischen Rotorspule und Rotorkörper über das Anschlagelement zustande kommen kann.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Maschine gegenüber Maschinen mit herkömmlichen Aufhängungssystemen ist, dass durch die zweiteilige Ausführung der Abstützvorrichtung die Anforderun- gen an die maximal auszuhaltenden Kräfte von den Anforderungen an die thermische Trennung von Rotorspule und Rotorkörper zumindest teilweise entkoppelt werden können. Der erfindungs ^¬ gemäßen Ausführung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem Normalbetrieb der Maschine wesentlich niedrigere Kräfte an der Rotorspule auftreten als die Kräfte, die bei einem Störfall maximal auftreten können. Solch ein Störfall kann beispielsweise ein Stoßkurzschluss sein, bei dem Überlast ^¬ kräfte auftreten können, die mehr als das Fünffache und/oder mehr als das Zehnfache der beim Normalbetrieb auftretenden Kräfte betragen. Die elastisch verformbare Stützschlaufe der erfindungsgemäßen Abstützvorrichtung ist so dimensioniert, dass sie die Rotorspule gegen die bei einem Normalbetrieb auftretenden Kräfte abstützt und bei diesen Kräften nur klei- ne Bewegungen der Spule ermöglicht. Die für solche eher nied ^¬ rigen Kräfte ausgelegte Stützschlaufe kann dadurch einen niedrigen für die Wärmeübertragung wirksamen Querschnitt aufweisen, da die mechanische Festigkeit nicht auf den Störfall ausgelegt sein muss.

Tritt ein Störfall der elektrischen Maschine ein und treten Kräfte auf, die wesentlich größer als die Kräfte im Normalbe ^¬ trieb sind, dann kann sich die Stützschlaufe stärker als im Normalbetrieb verformen und durch ihre Verformung einen indirekten Kontakt zwischen Rotorkörper und Rotorspule über das Anschlagelement bewirken. Durch den so entstehenden mechanischen Kontakt können die im Störfall auftretenden Überlast ^¬ kräfte dann über das Anschlagelement übertragen werden, und die Stützschlaufe ist nicht diesen wesentlich höheren Kräften ausgesetzt. Das Anschlagelement kann wesentlich steifer aus ^¬ geführt sein als die Stützschlaufe. Es kann auch bei einem Zustandekommen des mechanischen Kontaktes zwischen Rotorspule, Anschlagelement und Rotorkörper eine höhere Wärmeleitung bewirken als die Stützschlaufe alleine. Diese größere Wärme ^¬ leitung wirkt aber nur so lange, wie der Störfall anhält. Nach Beendigung des Störfalls hören die Überlastkräfte auf zu wirken, und die Stützschlaufe kann sich reversibel wieder so weit zurück verformen, dass der über das Anschlagelement ver- mittelte mechanische Kontakt zwischen Rotorspule und Rotor ^¬ körper aufgehoben wird. Durch diesen reversiblen Mechanismus wirkt die durch das Anschlagelement erhöhte Wärmeleitung nur für die vergleichsweise kurze Zeitspanne eines Störfalls und nicht während der gesamten Betriebsdauer. Während der Dauer des Normalbetriebs ist die Wärmeleitung zwischen Rotorspule und Rotorkörper vorteilhaft gering. Eine für die Kühlung der supraleitenden Spule vorgesehene Kühlvorrichtung kann dadurch im Normalbetrieb mit gegenüber herkömmlichen Maschinen deutlich verringerter Leistung betrieben werden.

Die erste Stufe der erfindungsgemäßen Abstützvorrichtung ist als Schlaufe ausgeführt. Das heißt, diese erste Stufe der Ab- stützvorrichtung verbindet die Spule und den Rotorkörper über zwei getrennte Zweige. Eine solche Schlaufe ermöglicht auf einfache Weise eine reversibel und elastisch verformbare Aus ^¬ gestaltung . Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen hervor. So kann die erfindungsgemäße elektrische Maschine zusätzlich folgende Merkmale aufweisen: Die Stützschlaufe kann in einer Ebene senkrecht zur Rotation ^¬ sachse einen schlaufenartigen Querschnitt aufweisen. Sie kann also in einer solchen Schnittebene zwei nebeneinander laufende Zweige aufweisen. Die Verformung der Stützschlaufe, die einen mechanischen Kontakt über das Anschlagelement bewirkt, ist vorteilhaft eine Kompression der Stützschlaufe durch ei ^¬ nen von der Rotorspule ausgehenden Anpressdruck. In dieser Ausführungsform ist die Stützschlaufe und damit die Abstütz ^¬ vorrichtung insbesondere zu einer Abstützung der Rotorspule gegen Kräfte senkrecht zur Rotationsachse geeignet. Diese Ausführung ist besonders vorteilhaft, da die meisten beim Be ^¬ trieb und im Störfall an der Rotorspule auftretenden Kräfte senkrecht zur Rotationsachse liegen.

Die Stützschlaufe kann im Störfall durch Kompression in einer Richtung senkrecht zur Rotationsachse so weit verformt wer ^¬ den, dass durch das Anschlagelement ein mechanischer Kontakt zwischen Rotorspule und Rotorkörper vermittelt werden kann, durch den eine Überlastkraft zwischen Rotorspule und Rotor ^¬ körper übertragen werden kann. Rotorspule und Rotorkörper werden also nach der Kompression der Stützschlaufe durch das Anschlagelement in einen zusätzlichen Kontakt gebracht. So können Überlastkräfte durch das steifere Anschlagelement übertragen werden, und die mechanisch empfindlichere Stützschlaufe wird vor einer Schädigung durch die Überlastkräfte geschützt. Die Stützschlaufe kann dann so dimensioniert wer ^¬ den, dass sie nur den Kräften im Normalbetrieb und nicht den Kräften im Überlastfall standhalten muss. Die zwischen Rotorspule und Rotorkörper durch die Stützschlaufe bewirkte Wärmeleitfähigkeit kann weniger als ein Drittel der durch den mechanischen Kontakt zwischen Rotorspule, Anschlagelement und Rotorkörper bewirkten Wärmeleitfähig- keit betragen. Besonders vorteilhaft kann die durch die

Stützschlaufe bewirkte Wärmeübertragung weniger als ein Fünftel der durch das Anschlagelement bewirkten Wärmeübertragung sein. Da der über das Anschlagelement vermittelte mechanische und thermische Kontakt zwischen Rotorspule und Rotorkörper nur im Störfall überhaupt hergestellt wird, ist dann im Nor ^¬ malbetrieb die thermische Kopplung zwischen Spule und Rotor ^¬ körper vorteilhaft niedrig.

Die für die Wärmeleitung zwischen Rotorspule und Rotorkörper wirksame Querschnittsfläche der Stützschlaufe kann weniger als halb so groß sein wie die bei einem mechanischen Kontakt über das Anschlagelement für die Wärmeleitung wirksame

Querschnittsfläche des Anschlagelements. Da die Stützschlaufe geringere Kräfte aushalten muss als das Anschlagelement, kann sie wesentlich dünner ausgebildet werden als das Anschlagele ^¬ ment. Zusätzlich oder alternativ kann die Stützschlaufe aus einem thermisch schlechter leitenden Material ausgebildet sein als das Anschlagelement, was die Wärmeleitung der stän ^¬ dig vorliegenden Verbindung über die Stützschlaufe vorteil- haft gering hält.

Die Stützschlaufe kann in einer Ebene senkrecht zur Rotation ^¬ sachse die Form eines spiegelsymmetrischen abgerundeten Bogens aufweisen. Insbesondere kann die Stützschlaufe in einer solchen Ebene einen annähernd halbkreisförmigen, halbovalen, halbelliptischen, parabelförmigen, hyperbelförmigen oder auch abgerundet rechteckigen Querschnitt aufweisen. Der mittlere Bereich des Bogens kann dann vorteilhaft mit der supraleitenden Spule verbunden sein, und die beidseitigen Schenkel des Bogens können fest mit dem Rotorkörper verbunden sein. Alternativ ist auch eine umgekehrte Anordnung möglich, bei der der mittlere Bereich des Bogens mit dem Rotorkörper verbunden ist und die beidseitigen Schenkel des Bogens fest mit der supra- leitenden Spule verbunden sind. Der mittlere Bereich des Bogens kann mit der Spule oder mit dem Rotorkörper über eine Verklebung, über eine mechanische Fixierung und/oder durch Andrücken mittels einer Kraft befestigt sein.

Eine derart ausgestaltete Stützschlaufe kann sich in dem Be ^¬ reich zwischen den an Spule und Rotorkörper fixierten Stellen leicht elastisch verformen, wenn für die Stützschlaufe vorteilhaft ein ausreichend elastisches Material gewählt wird. In einer Richtung parallel zur Rotationsachse der Spule kann sich der Querschnitt der Stützschlaufe gleichbleibend fort ^¬ setzen. Beispielsweise kann bei einem halbkreisförmigen Querschnitt der Stützschlaufe insgesamt ein gleichmäßig geformtes elastisches Halbrohr vorliegen.

Die Stützschlaufe kann so weit elastisch verformbar sein, dass bei einem Normalbetrieb der Maschine mögliche Druckkräf ^¬ te mit einer Komponente in Richtung einer Zentralachse der Stützschlaufe eine Bewegung der Spule in dieser Richtung von bis zu 5mm verursachen können. Ein Vorteil einer solchen Ausgestaltung ist, dass die Elastizität der Stützschlaufe so di ^¬ mensioniert werden kann, dass durch unterschiedliche thermi ^¬ sche Ausdehnung bedingte Längenänderungen ausgeglichen werden können .

Die Stützschlaufe kann so ausgelegt sein, dass eine Überlast ^¬ kraft bei einem Störfall der Maschine zu einer reversiblen elastischen Verformung der Stützschlaufe mit einer abhängig von einer Druckkraft stetig verlaufenden Kompression führt. Im Unterschied zu einem abrupten Abknicken einer Stützstrebe vermeidet diese Ausgestaltung eine Schädigung und/oder eine Schwächung des Materials der Stützschlaufe und der zu stüt ^¬ zenden Wicklung. Die Stützschlaufe kann durch den stetigen und elastischen Charakter der Verformung vorteilhaft so aus- gelegt sein, dass sie ihre thermische und mechanische Funkti ^¬ onalität auch nach zahlreichen Störfällen erfüllt. Das Anschlagelement kann fest mit der gekühlten Rotorspule verbunden sein und nur im Störfall durch elastische Verformung der Stützschlaufe in mechanischen Kontakt mit dem Rotorkörper treten. In dieser Ausführungsform ist das Anschlagele- ment auch thermisch ständig an die Rotorspule gekoppelt und wird zusammen mit diesem zumindest auf eine Temperatur in der Nähe der Betriebstemperatur der Spule gekühlt. Bei einer Kompression der Stützschlaufe wird dann ein direkter Kontakt zwischen Anschlagelement und Rotorkörper hergestellt. Durch diesen zusätzlichen Kontakt werden die Überlastkräfte abge ^¬ stützt, und das Anschlagelement wird thermisch mit dem warmen Rotorkörper gekoppelt. Das Anschlagelement wird dann allmäh ^¬ lich erwärmt, und über einen längeren Zeitraum wird dann auch die Rotorspule erwärmt. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass durch die auf niedrige Temperatur gekühlte thermi ^¬ sche Masse des Anschlagselements eine Erwärmung der Rotorspu ^¬ le im Störfall erst verzögert eintritt.

Alternativ kann das Anschlagelement fest mit dem Rotorkörper verbunden sein und nur im Störfall durch elastische Verformung der Stützschlaufe in mechanischen Kontakt mit der ge ^¬ kühlten Rotorspule gebracht werden. In dieser Ausführungsform ist das Anschlagelement im normalen Betriebszustand der Ma ^¬ schine warm und wird erst im Störfall durch den dann entste- henden thermischen Kontakt mit der Spule abgekühlt. Ein Vor ^¬ teil ist, dass im Normalbetrieb die durch eine Kühlvorrich ^¬ tung zu kühlende thermische Masse kleiner ist, und dass dann typischerweise eine geringere Kühlleistung nötig ist. Die elektrische Maschine kann mehrere der vorab beschriebenen Abstützvorrichtungen mit jeweils einer elastisch verformbaren Stützschlaufe und jeweils einem steifen Anschlagelement um ^¬ fassen. Dabei können die Abstützvorrichtungen zusammen eine Rotorspule oder auch eine Mehrzahl von Rotorspulen tragen. Die Stützschlaufen können so ausgelegt sein, dass sie die Ro ^¬ torspule gegen bei einem Normalbetrieb der Spule auftretenden Kräfte abstützen und dabei einen über die Anschlagelemente vermittelten Kontakt zwischen Rotorspule und Rotorkörper ver- hindern. Vorteilhaft besteht also bei Normalbetrieb über kei ^¬ nes der Anschlagelemente ein mechanischer Kontakt. Die Stütz ^¬ schlaufen können so weit elastisch verformbar sein, dass in einem Störungsfall ein mechanischer Kontakt zwischen Rotor- körper und Rotorspule über wenigstens eines der Anschlagele ^¬ mente zustande kommen kann. Es können pro Rotorspule mehrere Anschlagelemente einen mechanischen Kontakt vermitteln. Es reicht für die erfindungsgemäße Funktionalität jedoch aus, wenn für eine Rotorspule mit wenigstens einem Anschlagelement aus einer Abstützvorrichtung ein zusätzlicher mechanischer

Kontakt geschaffen wird, der die Spule gegen die auftretende Überlastkraft abstützt.

Es können mehrere Abstützvorrichtungen entlang einer Richtung parallel zur Rotationsachse so nebeneinander angeordnet sein, dass sie die Rotorspule gegen in einer Richtung senkrecht zur Rotationsachse wirkende Druckkräfte gemeinsam abstützen kön ^¬ nen. Durch eine solche Parallelschaltung mehrerer Abstützvorrichtungen können die Stützschlaufen der einzelnen Abstütz- Vorrichtungen noch kleiner dimensioniert werden, und es kann insgesamt ein noch kleinerer thermisch wirksamer Querschnitt der Mehrzahl an Stützschlaufen erreicht werden.

Die bei Normalbetrieb auftretenden Kräfte können so entlang der gesamten Länge der Rotationsachse aufgefangen werden.

Alternativ oder zusätzlich können in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse mehrere Abstützvorrichtungen die Rotorspu ^¬ le so umgeben, dass sie die Rotorspule gemeinsam gegen in verschiedene Raumrichtungen wirkende Kräfte abstützen können. Insbesondere ist diese Ausführungsform vorteilhaft, wenn im Normalbetrieb und/oder im Störfall Kräfte in verschiedenen Raumrichtungen, insbesondere in verschiedenen Raumrichtungen senkrecht zur Rotationsachse wirken können.

Die Rotorspule kann in einem gekühlten Gehäuse angeordnet sein, das durch die wenigstens eine Abstützvorrichtung mit dem Rotorkörper mechanisch verbunden ist. In dieser Ausfüh- rungsform wird das Gehäuse also zusammen mit der supraleitenden Spule gekühlt und mechanisch gehalten.

Die supraleitende Rotorspule kann ein hochtemperatursupralei- tendes Material umfassen. Hochtemperatursupraleiter oder auch Hoch-T _c -Supraleiter (HTS) sind supraleitende Materialien mit einer Sprungtemperatur oberhalb von 25 K und bei einigen Materialklassen, beispielsweise den Kuprat-Supraleitern, oberhalb von 77 K. Bei Hochtemperatursupraleitern kann die Betriebstemperatur durch Kühlung mit anderen kryogenen Flüssigkeiten als flüssigem Helium erreicht werden. Sie eignen sich also für Anwendungen, bei denen eine Kühlung mit flüssigem Helium zu aufwendig und/oder unwirtschaftlich ist. Außerdem eignen sie sich für Anwendungen, bei denen hohe kritische Stromdichten und/oder hohe kritische Magnetfeldstärken benötigt werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, von denen:

Fig. 1 einen schematischen seitlichen Querschnitt einer Detailansicht einer elektrischen Maschine nach dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt,

Fig. 2 eine vergleichbare Detailansicht bei Einwirkung einer im Normalbetrieb auftretenden Kraft 11 zeigt,

Fig. 3 eine vergleichbare Detailansicht bei Einwirkung einer

Überlastkraft 13 zeigt,

Fig. 4 einen schematischen Querschnitt einer elektrischen Maschine 1 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.

Fig. 1 zeigt einen schematischen seitlichen Querschnitt einer Detailansicht des ersten Ausführungsbeispiels im Bereich der Abstützvorrichtung 5 der elektrischen Maschine 1 ohne Einwirkung einer Kraft. Gezeigt ist ein Teilbereich des Rotorkör- pers 4, an dem eine Rotorspule 3 über eine Abstützvorrichtung 5 befestigt ist. Der Rotorkörper 4 ist ungekühlt, die Rotor ^¬ spule 3 ist mittels einer hier nicht gezeigten Kühlvorrichtung auf eine Betriebstemperatur von etwa 77 K gekühlt. Die Rotorspule 3 umfasst in diesem Beispiel eine hochtemperatur- supraleitende Wicklung mit einem kuprathaltigen Bandleiterma ^¬ terial .

Zwischen Rotorspule 3 und Rotorkörper 4 ist die Abstützvor- richtung 5 angeordnet, die eine Stützschlaufe 7 und ein An ^¬ schlagelement 9 umfasst. Die Stützschlaufe 7 ist sowohl mit dem Rotorkörper 4 als auch mit der Rotorspule 3 fest verbunden. Das Anschlagelement 9 ist dagegen nur über den mittleren Bereich der Stützschlaufe 7 an der Rotorspule 3 befestigt. Im in Fig. 1 gezeigten Fall ohne Krafteinwirkung besteht kein mechanischer Kontakt zwischen Anschlagelement 9 und Rotorkörper 4, abgesehen von der Verbindung über die Stützschlaufe 7. Der Abstand zwischen Anschlagelement und Rotorkörper kann beispielsweise bis zu 5 mm betragen.

Der Zwischenraum 23 zwischen ungekühltem Rotorkörper 4 und Rotorspule 3 ist neben der gezeigten Abstützvorrichtung 5 ein evakuierter Raum 23, um eine thermische Isolation zwischen diesen thermischen Massen mit sehr unterschiedlicher Tempera- tur zu bewirken. Vorteilhaft kann in diesen Raum auch noch Superisolationsfolie eingebracht werden.

Die Stützschlaufe 7 ist im in Fig. 1 gezeigten unverformten Zustand ein halbrohrförmiger Körper mit etwa halbkreisförmi- gern Querschnitt, der sich in der Richtung senkrecht zur gezeigten Bildebene gleichmäßig fortsetzt. Der mittlere Bereich des Bogens der Stützschlaufe 7 ist an der Rotorspule 3 befes ^¬ tigt, und die beiden Schenkel des Bogens sind jeweils an dem Rotorkörper 4 befestigt. Eine umgekehrte Konfiguration ist jedoch auch generell möglich, bei der der Mittelpunkt des Bo ^¬ gens mit dem Rotorkörper 4 und die Schenkel des Bogens mit der Rotorspule 3 verbunden sind. Die Bildebene stellt eine Ebene senkrecht zu der Rotation ^¬ sachse der Rotorspule 3 und des Rotorkörpers 4 dar. Rotorspu ^¬ le 3 und Rotorkörper rotieren gemeinsam um diese Achse. Die Rotationsachse selbst ist hier nicht dargestellt, da sie sich im Mittelpunkt des Rotorkörpers und relativ weit weg von dem hier gezeigten Ausschnitt des Rotorkörpers befindet. Bezogen auf die Fig. 1 würde die Rotationsachse die Bildebene weit oberhalb des gezeigten Ausschnitts senkrecht schneiden. Fig. 2 zeigt einen entsprechenden Ausschnitt der elektrischen Maschine 1 des ersten Ausführungsbeispiels bei Einwirkung ei ^¬ ner im Normalbetrieb der Maschine auftretenden Druckkraft 11. Die Druckkraft 11 wirkt in diesem Beispiel senkrecht zur Ro ^¬ tationsachse der Rotorspule und entlang einer Zentralachse 15 der Stützschlaufe 7. Durch die Druckkraft 11 wird die Stütz ^¬ schlaufe 7 elastisch komprimiert. Der halbkreisförmige Quer ^¬ schnitt ändert sich durch die Kompression zu einem eher halbovalen Querschnitt. Die elastische Verformung kann bei im Normalbetrieb auftretenden Kräften 11 beispielsweise eine Be- wegung der Rotorspule 3 um bis zu 5 mm bewirken. Die Kraft 11 reicht jedoch nicht aus, um das Anschlagelement 9 in mechani ^¬ schen Kontakt mit dem Rotorkörper 4 zu bringen. Die Stützschlaufe 7 ist in ihrer Festigkeit ausreichend dimensioniert, um die Rotorspule 3 gegen im Normalbetrieb auftretende Kräfte 11 abzustützen. Die im Normalbetrieb auftretenden Kräfte 11 können beispielsweise in einem Bereich bis zu 5 kN/m liegen.

Die Stützschlaufe 7 kann auch Kräften 11 entgegenwirken, die einen Winkel mit der Zentralachse 15 der Stützschlaufe 7 ein- schließen, aber eine Komponente in Richtung dieser Zentralachse 15 aufweisen. Auch dann tritt eine leichte Kompression der Stützschlaufe 7 ein, die von der Stützschlaufe ausgehal ^¬ ten wird und nicht zu einer Berührung des Anschlagelements 9 mit dem Rotorkörper 4 führt.

Für andere Kräfte 11 im Normalbetrieb, die keine Komponente in Richtung der Zentralachse 11 der Stützschlaufe 7 aufwei ^¬ sen, können weitere Abstützvorrichtungen 5 zur Abstützung der Rotorspule 3 in andere Raumrichtungen vorgesehen sein. Durch die festen Verbindungen zwischen Rotorkörper 4 und Stützschlaufe 7 sowie zwischen Rotorspule 3 und Stützschlaufe 7 können auch Zugkräfte sowie seitlich wirkende Kräfte zumin- dest im Bereich der bei Normalbetrieb wirkenden Kräfte mit ^¬ tels der Stützschlaufe 7 abgefangen werden.

Weiterhin kann eine Serie in Abstützvorrichtungen 5 vorgesehen sein, die in einer Richtung senkrecht zur Papierebene hintereinandergeschaltet sind und jeweils als kurzes Halb ^¬ rohrelement ausgebildet sind. Beispielsweise kann alle 2 bis 10 cm entlang einer Richtung parallel zur Rotationsachse ein solches Abstützelement angeordnet sein. Fig. 3 zeigt Fig. 2 zeigt einen entsprechenden Ausschnitt der elektrischen Maschine 1 des ersten Ausführungsbeispiels bei Einwirkung einer Überlastkraft 13 bei einem Störfall der elektrischen Maschine 1. Eine Überlastkraft 13 mit einer Kom ^¬ ponente in Richtung der Zentralachse 15 der Stützschlaufe 7 kann die Stützschlaufe 7 so weit komprimieren, dass das An ^¬ schlagelement 9 in direkten mechanischen Kontakt mit dem Ro ^¬ torkörper 4 tritt. Hierdurch wird die Stützschlaufe 7 von der Einwirkung der Überlastkraft 13 entlastet, und es tritt im Wesentlichen keine weitere Kompression der Stützschlaufe 7 auf.

Die Abstützvorrichtung kann vorteilhaft so dimensioniert sein, dass bei einer Überlastkraft 13 von wenigstens dem Dop ^¬ pelten einer zulässigen Druckkraft 11 im Normalbetrieb ein mechanischer Kontakt zwischen Rotorkörper 4 und Rotorspule 3 über das Anschlagelement 9 hergestellt wird. Vorteilhaft kann die zulässige Druckkraft 11 im Normalbetrieb in einem Bereich unterhalb von 10 kN/m, beispielsweise zwischen 0.4 kN/m und 5 kN/m betragen. Die hier angegebenen Kräfte sind jeweils für axial entlang der Rotationsachse ausgerichtete Abschnitte der Spule angegeben und auf die axiale Länge dieser Abschnitte bezogen. Im Störfall können die entsprechenden Überlastkräfte 13 beispielsweise bis zu 80 kN/m betragen. Das Anschlagele- ment 9 weist zwischen Rotorkörper 4 und Rotorspule 3 eine we ^¬ sentlich größere verbindende Querschnittsfläche auf als die beiden Schenkel der Stützschlaufe 7 zusammen. Beispielsweise kann die für die thermische Verbindung wirksame

Querschnittsfläche vorteilhaft mehr als das Dreifache, beson ^¬ ders vorteilhaft wenigstens das Fünffache der thermisch wirk ^¬ samen Querschnittsfläche der Stützschlaufe 7 betragen. Auch das Material der Stützschlaufe 7 kann vorteilhaft so gewählt sein, dass es eine niedrigere spezifische Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Material des Anschlagelelements 9. Insgesamt ist die durch eine Verbindung über die Stützschlaufe 7 be ^¬ dingte thermische Leitfähigkeit wesentlich niedriger als die durch eine Verbindung über das Anschlagelement 9 bewirkte thermische Leitfähigkeit zwischen Rotorspule 3 und Rotorkör- per 4.

Das Material der Stützschlaufe umfasst in diesem Beispiel glasfaserverstärkter Kunststoff. Andere geeignete Materialien sind kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff, Titan oder Edel- stahl. Die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Materials der Stützschlaufe kann vorteilhaft unterhalb von 50 W/m ^' K liegen. Das Material des Anschlagelements umfasst in diesem Beispiel ebenfalls glasfaserverstärkten Kunststoff. Andere geeignete Materialien sind kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff, Polyetheretherketon, Titan, Edelstahl oder Kunststoffe.

Auch zum Abstützen der Rotorspule 3 gegen Überlastkräfte 13 mit anderen Raumrichtungen als der in Fig. 1 gezeigten können weitere Abstützvorrichtungen mit anderen räumlichen Orientie- rungen von Stützschlaufe 7 und Anschlagelement 9 vorgesehen sein .

Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt einer elektrischen Maschine 1 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im sche- matischen Querschnitt. Gezeigt ist eine Rotorspule 3, die in einer Wicklungsebene senkrecht zur gezeigten Bildebene um ei ^¬ nen Polkern 19 gelegt ist. Der Polkern 19 ist dabei auf einer Seite fest mit dem zylindrischen Träger 27 eines Rotorkörpers 4 verbunden und wird zur anderen Seite hin von einer Polkappe 21 begrenzt. Dabei sind Polkappe 21 und Polkern 19 Teile des gesamten, ungekühlten Rotorkörpers 4. Die Rotorspule 3 ist auch hier auf eine Betriebstemperatur von etwa 77 K gekühlt. Sie ist in einem Gehäuse 17 angeordnet, das ebenfalls auf et ^¬ wa diese Betriebstemperatur gekühlt wird. Die Rotorspule 3 wird zusammen mit dem Gehäuse 17 durch mehrere Abstützvorrichtungen 5a, 5b, 5c gegen die verschiedenen Bereiche des Rotorskörpers 4 abgestützt. Sechs dieser Abstützvorrichtungen sind im gezeigten Querschnitt beispielhaft dargestellt.

Die elektrische Maschine 1 ist in diesem Beispiel eine 16- polige Synchronmaschine, die auf dem Rotorkörper 4 insgesamt 16 ähnliche Rotorspulen 3 auf entsprechenden Polkernen 19 mit ähnlichen Abstützvorrichtungen 5a, 5b, 5c aufweist. Der Rotorkörper 4 mit den Rotorspulen 3 ist um eine Rotationsachse drehbar gelagert. Auch in Fig. 2 liegt die Rotationsachse senkrecht zur gezeigten Bildebene. Sie schneidet die Bildebe ^¬ ne senkrecht im Bereich des Mittelpunkts der im Querschnitt kreisförmigen Oberfläche des Rotorzylinders 27. Der gesamte Rotor 3,4 rotiert relativ zu einem Stator 25, der in Fig. durch seinen Umriss schematisch dargestellt ist. Auch der Stator 25 ist ungekühlt, und der zwischen Stator 25 und Rotor 3,4 frei liegende Bereich ist evakuiert, um eine thermische Isolation der Rotorspule 3 gegen die warme Umgebung zu bewirken .

In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist jeder der beiden gezeigten Zweige der Rotorspule 3 in drei Raumrichtungen gegen den Rotorkörper 4 abgestützt. Die Abstützvorrichtungen 5a dienen dabei hauptsächlich zur Abstützung gegen den Rotorzylinder 27 bei radialen Druckkräften. Die Abstützvorrichtungen 5b dienen hauptsächlich zur Abstützung gegen tangentiale Kräfte, wobei die beiden Spulenzweige jeweils gegen tangenti- ale Kräfte in entgegengesetzten Richtungen abgestützt sind. Die Abstützvorrichtungen 5c dienen hauptsächlich zur Abstützung gegen die Polkappe 21 bei radialen Zugkräften. Alternativ oder zusätzlich können weitere Abstützvorrichtungen 5 für Kräfte entlang weiterer Raumrichtungen vorgesehen sein, und/oder es können senkrecht zur gezeigten Bildebene weitere Abstützvorrichtungen 5a, 5b, 5c parallelgeschaltet sein.