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Geschichtete Büchse zur Abdichtung des trockenen Statorraumes von Unterwassermotoren
Elektromotoren, die unter Wasser arbeiten müssen, sind bekannt als Drehstrommotoren mit Kurzschlussläufer, also mit Läufern ohne Wicklungen und ohne Bürsten, die im Wasser laufen können. Die Wicklungen des Ständers müssen aber vor dem Einfluss des Wassers geschützt werden, um einen Feuchtigkeitsschluss zu verhüten.
Je nach der Art des Schutzes der Ständerwicklungen werden hauptsächlich zwei Bauarten von Unterwasserelektromotoren hergestellt, nämlich sogenannte nasse oder trockene Ausführungen. Bei den nassen Ausführungen sucht man das Wasser von den Wicklungen durch Einhüllen derselben mittels Gummischläuche oder Gummiummantelungen fernzuhalten. Das erfordert besonders bei den Kabelverbindungen eine fehlerfreie Vulkanisierung und sorgfältige Handarbeit. Es ist daher die zweite Ausführung sehr verbreitet, bei der der ganze Ständerraum durch eine rohrartige in dem Luftspalt zwischen dem Ständer und Läufer eingebaute Zwischenwand vom Wasser abgetrennt ist. Die Zwischenwand ist aus Stahl hergestellt. Dadurch wird Gummi als Konstruktions-Baustoff vermieden.
Um aber in diesem dünnwandigen Rohr den nachteiligen Einfluss der Wirbelstrombildung zu mildern, wurde das Rohr aus einem hochlegierten Material erzeugt, ohne aber bei grossen Leistungen den gewünschten Erfolg zu erzielen.
Um den Durchgang der Kraftlinien durch das den Ständerraum abschliessende Rohr wirbelstromfrei zu gestalten, wird seit mehreren Jahrzehnten das genannte Zwischenrohr aus zahlreichen dünnwandigen Blechringen hergestellt mit dazwischenliegenden Dichtungen, die gleichzeitig die einzelnen Ringe elektrisch isolieren.
Sorgfältige langjährige Versuche haben hiebei ergeben, dass alle Arten von Dichtungen, auch Gummi, Wasser durchlassen, wenn auch nur in so geringen Mengen, dass eine Messung nur in sehr grossen Zeiträumen durchführbar ist. Ein Tauchmotor von 40 PS Leistung hat in der geschichteten Büchse einen Wasserdurchlass von zirka 10 g pro Jahr im kalten Zustande. Dabei waren die einzelnen Blechringe der geschichteten Büchse 0-5mm und die Dichtungen 0. mm dick, bei einem spezifischen Flächendruck von 1000 kg je cm2 als Dichtungsdruck. Ausserdem zeigte es sich, dass im betriebswarmen Zustande der Wasserdurchlass ein Vielfaches gegenüber dem kalten Zustande des Stillstandes ist.
Trotz dieses Wasserdurchganges durch die Dichtungen der geschichteten Büchse war bisher die durchschnittliche Betriebsdauer bis zu einer erforderlich werdenden Austrocknung des feuchtgewordenen Stators je nach Motorgrösse etwa 6-16 Jahre, bei ununterbrochenem Betrieb etwa 3-8 Jahre.
Zweck der Erfindung ist die Lösung des Problems, diese Betriebsdauer auf das Zehn-bis Zwanzigfache zu erhöhen, also voraussichtlich auf mindestens 30 Jahre. Da der Motor und die Pumpe einer derartigen Tauchpumpe ohne jede Schmierung arbeiten, so kann man im allgemeinen nach einer so langen Betriebsdauer mit einer Generalreparatur infolge eines natürlichen Verschleisses rechnen und dabei auch den Stator ausheizen.
Um eine zehnfache Lebensdauer zu erreichen, muss die Anzahl der Dichtungen auf den zehnten Teil vermindert werden. Das bedeutet, dass die Ringe die zehnfache Höhe erhalten müssen, z. B.
5 mm statt bisher 0. 5 mm. Je grösser aber die Ringhöhe wird, um so grösser wird die Wirbelstrombildung in diesen Ringen und damit steigt auch die Erwärmung dieser Ringe. Mit der Erwärmung steigt aber gleichzeitig die Wasserdurchlässigkeit der Dichtungen. Mit einer grösser werdenden Ringhöhe vermindert sich anfangs proportional dazu der Wasserdurchlass infolge der Verringerung der Anzahl der Dichtungen. Dann aber beginnt eine Mehrerwärmung der Ringe bei zu grosser Höhe derselben, derart, dass infolge der hohen Temperatur der Ringe der Wasserdurchlass wieder ansteigt, so dass bei zu hohen Ringen die Lebensdauer des Stators wieder geringer wird.
Berechnungen, die durch Versuche bestätigt werden, haben ergeben, dass das Maximum an Lebensdauer gegeben ist, wenn man die Ringe in einer Höhe, in axialer Richtung gemessen, von 5 mm ausführt, bei der Verwendung von gewöhnlichem Stahl und mit 10 mm Höhe bei Verwendung eines legierten Sonderstahles.
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blech hergestellt werden, so glaubte man allgemein, dass diese Blechdicke auch bei den Ringen der geschichteten Büchse verwendet werden müsse.
Die Erfindung führte aber auf die Vermutung, dass in diesem Falle wegen des relativ kleinen Eisengewichtes der geschichteten Büchse die grössere Ringhöhe die im Vorstehenden beschriebenen Vorteile ohne fühlbare Nachteile haben müsse, und fand diese Annahme durch Rechnung und Versuch bestätigt. Bei den vorstehend angegebenen Ringhöhen vermindern die in den Ringen auftretenden Wirbelstromverluste den Motorwirkungsgrad nur um zirka 0-5 bis 1%. Es liegt somit eine Erfindung vor, die einen grossen wirtsch ftlichen Erfolg bedeutet, wenn man bedenkt, dass ein derartiger Tauchmotor ganz plötzlich einen Feuchtigkeitsschluss erhalten kann, der eine umständliche Neuwicklung des Ständers erfordert, so dass, abgesehen von der Betriebsstörung, beträchtliche Kosten entstehen.
Die bei der Erwärmung der Schichtbüchse entstehende Längenausdehnung derselben wird durch eine geeignete Vorrichtung kompensiert, die aber nicht Gegenstand dieser Erfindung ist.
In der Zeichnung ist eine Büchse gemäss der Erfindung im Achsschnitt als Beispiel dargestellt.
Die Ringe r sind durch Dichtungsringe d aus Papier od. dgl. abgedichtet und isoliert. Die Ringhöhe h beträgt 2 bis 10 mm bei gewöhnlichen und 2-20 mm bei speziallegiertem Stahl.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Abdichtung des trockenen Ständerraumes gegen den nassen Läuferraum eines UnterwasserElektromotors durch eine aus einzelnen magnetisch leitenden Ringen und dazwischen liegenden, isolierenden Dichtungen bestehende geschichtete Büchse, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hinblick darauf, dass bei steigender Ringhöhe einerseits durch die sinkende Zahl der Dichtungsstellen die Wasserdurchlässigkeitim umgekehrten arithme- tischen Verhältnis zur Ringhöhe sinkt, andererseits jedoch infolge der grösseren Erwärmung durch die wachsenden Wirbelstromverluste und dadurch erhöhtem Dampfdruck in progressivem Verhältnis steigt, die Höhe der Ringe unter Berücksichtigung deren magnetischen Eigenschaften und der jeweils vorliegenden Kühlungsverhältnisse so bemessen wird, dass die Wasserdurchlässigkeit ein Minimum ist.