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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, bestehend aus einem Stator, einer flüssigkeitsgekühlten rotierenden Welle, mit auf dieser starr befestigtem Rotor und einem Gehäuse in dem der Stator befestigt ist und wobei das Gehäuse beidseitig ein Lagerschild aufweist, in welchem je ein Wälzlager befestigt ist, über die die mit einem Wellenstummel versehene Welle gelagert ist, die über das betriebsseitige Lager hinausragt und eine zentnsche Bohrung aufweist, in der zentrisch ein Rohr befestigt ist, und am Ende der Welle beim betriebsseitigen Lager ausserhalb des Maschinengehäuses eine am Lagerschild befestigte Einrichtung vorgesehen ist, über die Kühlflüssigkeit, vorzugsweise Wasser in das Rohr gelangt und über den Raum zwischen Rohr und Bohrung zurückfliesst.
Bei elektrischen Maschinen obiger Bauart entsteht Verlustwärme die abgeführt werden muss. Dies kann auch durch Frischluftkühlung erfolgen, wobei man dabei zwischen Selbstkühlung durch Luftbewegung oder Strahlung ohne Zuhilfenahme eines Lüfters, Eigenlüftung durch einen am Läufer angebrachten oder von ihm angetriebenen Lüfter und Fremdkühlung unmittelbar durch Fremdluft unterschieden wird. Die Wirkung der Selbstkühlung und der Eigenlüftung ist von der Drehzahl der Maschine abhängig, die Fremdkühlung hingegen ist davon unabhängig. Weiters ist auch eine unmittelbare Wasserkühlung durch in Rohren im Gehäuse fliessendes Wasser möglich, weiche ebenfalls drehzahlunabhängig ist. Eine andere Kühlungsart ist die Kreislaufkühlung, bei der das Kühlmittel z. B.
Luft, Wasserstoff o. dgl. im Kreislauf durch die Maschine und einen Wasser- oder Luftkühler strömt. Die Kreis- laufkühlung kann drehzahlabhängig oder drehzahlunabhängig ausgeführt werden.
In der GB-A-1 019 804 ist die Kühlung der Rotorwelle bei einer hochtourigen elektrischen Maschine beschrieben. Dabei weist die Welle eine Durchgangsbohrung auf, in der zentrisch ein Rohr fixiert ist. Ein eigener Teil mit radialen Bohrungen zur Befestigung des Rohres in der Durchgangsbohrung und zum Verschliessen des Rohres und der Durchgangsbohrung auf einer
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Seite ist hier notwendig. Dieser Teil erfordert aufgrund der Bohrungen einen hohen Bearbeitungsaufwand Weiters ist auch die Abdichtung dieses Teiles in der Bohrung, bei Verwendung von flüssigem Kühlmittel, sicher problematisch.
Bei den Rotorwellenkühlungen in der WO-A-90/09053 und der FR-A-1 163 764 weist die Welle ebenfalls eine Durchgangsbohrung auf, die auf einer Seite mit einem Teil verschlossen ist.
Bei der in der CH-PS 337 267 beschriebenen elektrischen Maschine mit flüssigkeitsgekühlter Rotorwelle ist diese aus mehreren Teilen aufgebaut.
Die Herstellung dieser gekühlten Rotorwelle ist zeitaufwendig und weiters müssen die einzelnen Teile auch genau gefertigt werden um eine Unwucht der Rotorwelle auszuschliessen.
Die in der GB-OS 2 099 229 dargestellte Rotorwellenkühlung ist ebenfalls in der Herstellung ziemlich aufwendig. Die Rotorwelle besteht zwar hier nur aus einem Teil, jedoch sind für die Kühlkanäle axiale Ausfräsungen und radiale Bohrungen erforderlich.
Die der SU-PS 1 236 584-A und der EP-OS 0 231 502 entnehmbaren Varianten von Rotorwellenkühlungen sind im Aufbau und in der Herstellung ebenfalls sehr kompliziert und arbeitsaufwendig. So sind bei jener in der EP-OS radiale Bohrungen als Kühlkanäle vorgesehen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, die im Rotor entstehende Verlustwärme optimal abzuführen.
Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die zentrische Bohrung in der Welle vom betriebsseitigen Lager bis nahe dem antriebseitigen Lager reicht, und dass das Rohr in einem Sackloch am Grund der Bohrung befestigt ist, wobei das Rohr im Bereich
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des Grundes der Bohrung mindestens eine seitliche Bohrung aufweist. Dadurch wird die in der Rotorwicklung und im Rotor vorhandene Verlustwärme, die sich auf die Welle überträgt auf einfache Weise abgeführt.
Von Vorteil Ist, dass das Rohr durch mindestens zwei in einem Abstand auf das Rohr aufgeschobene Scheiben mit axialen Löchern zentrisch in der Bohrung befestigt ist. Dies ist eine mögliche und einfache Art der Zentrierung des Rohres in der Bohrung. Die achsialen Löcher sind für den Rückfluss der Kühlflüssigkeit notwendig Bei einem geringen Abstand zwischen Rohr und Bohrung sind jedoch Stege gegenüber der Scheibe vorzuziehen, da die Löcher in der Scheibe für einen Durchfluss zu klein wären.
Die Einrichtung für den Zu- und Ablauf für die Kühlflüssigkeit ist über eine Gleitringdichtung gegenüber der Welle abgedichtet. Durch die Gleitringdichtung wird verhindert, dass elektrisch leitende Teile der Maschine mit der Kühlflüssigkeit in Berührung kommen, wodurch auch eine Zerstörung der Maschine verhindert wird.
An Hand der Zeichnung wird die Erfindung nun noch näher erläutert.
Die Fig. zeigt einen Schnitt durch die elektrische Maschine, wobei der Stator und das angrenzende Gehäuse nicht dargestellt sind.
Die erfindungsgemässe elektrische Maschine besteht wie allgemein bekannt aus einem Stator, einer rotierenden Welle 2, mit auf dieser starr befestigtem Rotor 1 und einem Gehäuse in dem der Stator befestigt ist. Das Gehäuse weist beidseitig ein Lagerschild 3,4 auf, in denen je ein Wälzlager 5,6 befestigt ist, über welche die mit einem Wellenstummel versehene Welle 2 gelagert ist.
Die Welle 2 ragt über das betriebsseitige Lager 6 hinaus und weist von dieser Seite eine zentrische Bohrung 13 bis nahe dem antriebsseitigen Lager
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5 auf. In der Bohrung 13 ist zentrisch ein Rohr 7 befestigt, welches in ein Sackloch 14 am Bohrgrund gesteckt ist. Im Bereich des Bohrgrundes weist das Rohr 7 eine seitliche Bohrung 15 auf. Am Ende der Welle 2 beim betriebsseitigen Lager 6 ausserhalb des Maschinengehäuses ist am Lagerschild 3 eine Einrichtung 9 befestigt, über die Kühlflüssigkeit, welche Wasser ist, in das Rohr 7 gelangt und über den Raum zwischen Rohr 7 und Bohrung 13 zurückfliesst.
Das Rohr 7 ist durch zwei in einem Abstand auf das Rohr 7 aufgeschobene Scheiben 8,16 mit axialen Löchern 17 in der Bohrung befestigt. Es kann aber auch durch je zwei an zwei Stellen am Umfang in Längsrichtung am Rohr 7 befestigter Stege zentrisch in der Bohrung 13 gehalten werden.
Die Einrichtung 9 besitzt einen Zu- 11 und einen Ablauf 12 für die Kühlflüssigkeit und ist über eine Gleitringdichtung 10 gegenüber der Welle 2 abgedichtet.
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The invention relates to an electrical machine, consisting of a stator, a liquid-cooled rotating shaft, with a rigidly attached rotor and a housing in which the stator is fastened, and the housing has a bearing plate on both sides, in each of which a rolling bearing is fastened, via the shaft with a shaft stub is mounted, which protrudes beyond the operating bearing and has a central bore in which a pipe is centrally attached, and at the end of the shaft at the operating bearing outside the machine housing there is a device attached to the end shield, via the coolant, preferably water, enters the pipe and flows back through the space between the pipe and the bore.
In electrical machines of the above type, heat loss is generated which must be dissipated. This can also be done by fresh air cooling, whereby a distinction is made between self-cooling by air movement or radiation without the aid of a fan, self-ventilation by a fan attached to or driven by the rotor and external cooling by external air. The effect of self-cooling and self-ventilation depends on the speed of the machine, while external cooling is independent of this. Furthermore, direct water cooling is also possible through water flowing in pipes in the housing, which is also independent of the speed. Another type of cooling is circuit cooling, in which the coolant z. B.
Air, hydrogen or the like flows in a circuit through the machine and a water or air cooler. The circuit cooling can be carried out depending on the speed or independent of the speed.
GB-A-1 019 804 describes the cooling of the rotor shaft in a high-speed electrical machine. The shaft has a through hole in which a tube is fixed centrally. A separate part with radial holes for fastening the pipe in the through hole and for closing the pipe and the through hole on one
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Page is necessary here. This part requires a lot of machining work due to the bores. Furthermore, the sealing of this part in the bore is certainly problematic when using liquid coolant.
In the case of the rotor shaft cooling in WO-A-90/09053 and FR-A-1 163 764, the shaft also has a through hole which is closed on one side with a part.
In the case of the electrical machine with liquid-cooled rotor shaft described in CH-PS 337 267, it is constructed from several parts.
The production of this cooled rotor shaft is time-consuming and, furthermore, the individual parts must also be manufactured precisely in order to rule out an unbalance of the rotor shaft.
The rotor shaft cooling shown in GB-OS 2 099 229 is also quite complex to manufacture. Although the rotor shaft consists of only one part here, axial milling and radial bores are required for the cooling channels.
The variants of rotor shaft cooling which can be gathered from SU-PS 1 236 584-A and EP-OS 0 231 502 are also very complicated in construction and manufacture and labor-intensive. For example, radial bores are provided as cooling channels in the EP-OS.
The object of the invention is to optimally dissipate the heat loss generated in the rotor.
The object is achieved by the invention, which is characterized in that the central bore in the shaft extends from the operating bearing to close to the drive side bearing, and that the tube is fastened in a blind hole at the bottom of the bore, the tube in the area
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the bottom of the hole has at least one lateral hole. As a result, the heat loss present in the rotor winding and in the rotor, which is transferred to the shaft, is dissipated in a simple manner.
It is advantageous that the tube is fixed centrally in the bore by at least two disks with axial holes pushed onto the tube at a distance. This is a possible and simple way of centering the pipe in the bore. The axial holes are necessary for the backflow of the coolant. However, if there is a small distance between the pipe and the bore, webs are preferable to the disk, since the holes in the disk would be too small for flow.
The device for the inlet and outlet for the coolant is sealed against the shaft by a mechanical seal. The mechanical seal prevents electrically conductive parts of the machine from coming into contact with the coolant, which also prevents the machine from being destroyed.
The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing.
The figure shows a section through the electrical machine, the stator and the adjacent housing not being shown.
As is generally known, the electrical machine according to the invention consists of a stator, a rotating shaft 2, with a rotor 1 rigidly fastened thereon and a housing in which the stator is fastened. The housing has a bearing plate 3, 4 on both sides, in each of which a roller bearing 5, 6 is fastened, via which the shaft 2 provided with a shaft stub is mounted.
The shaft 2 protrudes beyond the bearing 6 on the operating side and has a central bore 13 from this side up to near the bearing on the drive side
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5 on. A tube 7 is fastened centrally in the bore 13 and is inserted into a blind hole 14 on the base of the bore. In the area of the drilling base, the tube 7 has a lateral bore 15. At the end of the shaft 2 at the operating bearing 6 outside the machine housing, a device 9 is fastened to the end shield 3, via which the coolant, which is water, reaches the pipe 7 and flows back through the space between the pipe 7 and the bore 13.
The tube 7 is fastened by two disks 8, 16 with axial holes 17 pushed onto the tube 7 at a distance in the bore. However, it can also be held centrally in the bore 13 by two webs fastened to the pipe 7 in the longitudinal direction at two locations on the circumference.
The device 9 has an inlet 11 and an outlet 12 for the cooling liquid and is sealed off from the shaft 2 via a mechanical seal 10.
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