Lüftungseinrichtung für elektrische Maschinen. Die Einrichtungen zur Kühlung elek trischer Maschinen lassen sich nach der Art der Kühlluftförderung unterscheiden in sol che, bei denen der Läufer der elektrischen Maschinen selbst die für die Kühlung der gesamten Maschine benötigte Luftmenge allein fördert, in solche, bei denen lediglich von aussen her durch einen gesonderten luftbeweger Kühlluft durch die Maschine getrieben wird, und schliesslich in solche, bei denen beide Kühlungsarten vereint zur Anwendung kommen.
Eine Anordnung der ersten Art zeigt die Fig. 1, die den allgemein bekannten Typ der elektrischen Maschinen mit Kühlung mittelst durch den Läufer geförderter Luft darstellt. Das wirksame Eisen 1 des Ständers ist mit den üblichen radialen Lüftungs schlitzen 2 und achsialen Luftkanälen 3 ver sehen dargestellt. Das wirksame Eisen 4 des Läufers ist in der üblichen Weise mit ra dialen Lüftungsschlitzen 5 versehen, die in bekannter Weise eine Ventilationswirkung hervorbringen.
Ausserdem besitzt der Läufer an seinen Stirnseiten Ventilatoren 6, die die aus dem Ansaugraume 7 entnommene Kühl luft in die Druckkammer 8 pressen, von wo sie sieh durch die Achsialkanäle 3, sowie durch den Luftspalt zwischen Ständer und Läufer auf die radialen Lüftungsschlitze verteilt und von dort schliesslich über den Abluftraurn 9 ins Freie entweicht. Die ein bezeichneten Pfeile geben hier wir in allen andern Figuren die Richtung des Kühlluft stromes in den einzelnen Teilen der Ma schine an. Die Wicklung ist der Deutlich keit halber hier wie in allen andern Figuren weggelassen.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel der zweiten be kannten Art einer Luftkühlung für elek trische Maschinen. Hier wird die Kühlluft von aussen leer mittelst eines gesonderten Luftbewegers durch die Kühlkanäle und Lüftungsschlitze des Läufers und des Stän ders hindurchgepresst. Gleiche Teile wie in Fig. 1 sind mit, den gleichen Bezugszeichen verseben. Die Ständerkühlung ist in Fig. nach dem im scliweiz. Patent.
Nr. 438','r3 ge schützten Erfindungsgedanken ausgebildet.
Die dritte der anfangs erwähnten bekann- ten Luftkühlungseinrichtungen ergibt sich unmittelbar aus einer Vereinigung der Ein richtungen nach den Fig. 1 und 2, indem man beispielsweise bei einer Einrichtung nach Fig. i ausser der durch den Läufer und seine Ventilatoren bewirkten Kühlung (Ei genkühlung) noch eine durch einen geson derten Luftbezveger von aussen her bewirkte Kühlung (zusätzliche Kühlung) nach Fig.2 vorsieht. Diese Ausführung hat jedoch den Nahteil, dass sich die beiden Luftströme gegenseitig stören, die Kühlung also nicht immer vollkommen ist.
Es ist ohne weiteres einleuchtend, dass bei derartigen Einrichtungen die Kühlluft sich im wesentlichen nach den Reibungs widerständen, welche sich in den verschie denen Luftwegen der Maschine finden, auf die verschiedenen zu kühlenden Gebiete der Maschine verteilt. Eine Regelung, also eire von vornherein beabsichtigte Verteilung der Kühlluftmengen auf bestimmte Gebiete der Maschine nach Massgabe der verschieden hohen Erwärmung dieser letzteren ist nur äufsserst schwierig, eine willkürliche Beein flussung der Luftverteilung bei einer fer tigen Maschine ohne konstruktive Änderun gen derselben gar nicht möglich.
In Rücksicht auf die oft hohe Ausnut zung des Materials bei Maschinen neuerer Bauart ist es aber häufig erwünscht, be stimmten Gebieten der Maschine, in denen eine stärkere Erwärmung stattfindet als in andern Gebieten, nicht nur eine reichlichere Kühlluftmenge zuzuführen, sondern es wird oft zweeckmässig sein, die den einzelnen Ge bieten der Maschine zugeführten Kühlluft mengen je nach Bedarf regelbar zu machen. So wird es sich häufig als notwendig er weisen, beispielsweise den Gebieten, die dem Luftspalte zwischen Ständer und Läufer be nachbart sind, eine grössere Kühlluftmenge zuzuführen als den Gebieten, die in der Nähe des, Ständerrückens liegen, weil erstere durch die Verluste in der Wicklung und in den meist hochgesättigten Zähnen des wirk samen Eisens stärker erwärmt werden als die andern Gebiete.
Bei achsial langen Ma- schinen kann der Fall eintreten, dass die in bezug auf die Längsachse mittlern Gebiete des wirksamen Ständereisens nicht ausrei chend gekühlt werden, weil bei der ver hältnismässig grossen Länge der Luftwege bis dorthin die Widerstände, die die Kühlluft zu überwinden bat, erheblich und die Ah- kühlungsverhältnisse überdies ungünstiger sind als in den den Stirnseiten des wirk samen Eisens benachbarten Gebieten.
Da ferner die Verschiedenheit im Küllluftbe- darfe der einzelnen Gebiete der Maschine mit zunehmender Belastung derselben un ter Umständen grösser wird, ist es noch er wünscht, die Verteilung der Kühlluftmengen auf die einzelnen Gebiete der Maschine nach Bedarf regelbar zu machen. Der Gegenstand der Erfindung löst diese Aufgaben in ein facher Weise. Auch hier wird ausser der durch den Läufer bewirkten Kühlung (Ei genkühlung) noch eine durch mindestens einen zusätzlichen Luftbeweger von aussen her bewirkte Kühlung (zusätzliche Kühlung) vorgesehen.
Um aber die geförderten Luft mengen in gewünschter Weise auf die ein zelnen Gebiete der Maschine zu verteilen, ermöglicht es die neue Einrichtung, die Kühlluft der zusätzlichen Luftbeweger zurr mindesten auf einen Teil ihrer Weglänge getrennt von der durch den Läufer geför derten Luft durch die Maschine zu führen. während auf lern restlichen Teil die Luft ströme vereinigt sind.
Anhand der Zeichnungen soll die Erfin dung in einigen Ausführungsbeispielen nä her beschrieben werden.
Fig. 3 zeigt ein ausserordentlich einfaches Ausführungsbeispiel, bei welchem die Luft führung im wirksamen Eisen in an sich be kannter Weise folgendermassen durchgebil det ist: Das aus Blechen zusammengeschich tete wirksame Eisen des feststehenden Teil der Maschine ist mit radialen Lüftungs schlitzen versehen, von denen einer oder eine Anzahl (Einströmluftschlitze 2) die Kühlluft achsialen Kanälen in den Blech- raketen zlifühlt. @\üllrcnll Dill alldcrer l,llft- sehlitz oller eilte Allzahl derselhen (:
1@z@- strömluftschlitze 2') die aus den achsialen Kanälen austretende Luft abführt, wobei diejenigen Lüftungsschlitze. durch welche die Luft in die Maschine einströmt, durch Zwischenlagen gegen den Luftspalt zwi schen Ständer und Läufer abgeschlossen sind. Der Ansaugraum 7 der Fig. i und 2 ist hier durch eine Zwischenwand 11 in zwei Kammern I und II geteilt und zwar in der Weise, dass die Kammer 1 an ilrem dem Läufer zugekehrten Ende die Form eines Ansaugstutzens 12 erhält, der in irgendeiner an sich bekannten Weise so der Stirnseite des Läufers gegenübersteht, in ihn hinein ragt oder ihn übergreift, dass eine mög lichst vollkommene Trennung der Luft ströme in den Kammern I und II erfolgt.
In die Kammer 1 tritt die Luft beispiels weise von irgendwo aus der freien Atmo sphäre ein, wird durch die Ventilatorwir- kung des Läufers über den Ansaugstutzen 12 in das Innere des Läufers eingesaugt, tritt durch die radialen Lüftungsschlitze 5 des Läufers in die als Ausströmluftschlitze die nenden radialen Lüftungsschlitze 2' des Ständers und teilweise auch in den Luft spalt zwischen Ständer und Läufer und ent weicht schliesslich durch den Ausströmraum 9 ins Freie.
Die vom zusätzlichen Luftbeweger geför derte Kühlluft wird in die Kammer II ge leitet und gelangt von dort in die Druck kammer 8 der Stirnverschalung. Von hier verteilt. sie sich durch die Einströmkam- mern 13 über die als Einströmluftschlitze dienenden Radialschlitze 2 des wirksamen Ständereisens, die, um Störungen des Luft stromes durch die aus den Radialschlitzen des Läufers kommende Luft zu vermeiden, durch Zwischenstücke gegen den Luftspalt zwischen Ständer und Läufer abgeschlossen sind.
Von dort nimmt die Luft ihren Web in der im vorhergehenden Abschnitte be schriebenen Weise über die achsialen Kühl- lcanäle 3 und die als Ausströmluftschlitze dienenden Radialschlitze 2' des Ständer eisens, von wo sie über den Ausströmraum 9 ins Freie gelangt. Ein Teil der zusätzlicher, Kühlluft strömt aus der Druckkammer S unmittelbar durch die achsialen Kühlkanäle 3 des Ständer eisens und durch den Luftspalt zwischen Ständer und Läufer in die Ausströmschlitze 2', vereinigt sich dort mit der aus den Ra dialschnitten des Läufers kommenden Luft der Eigenkühlung und gelangt über die Ausströmkammern 9 ins Freie.
Die Anordneng nach Fig. 3 ermöglicht daher schon eine bis zu gewissem Grade willkürliche, in jedem Falle bessere Ver- ieilung der Kühlluft auf die einzelnen Teile der Maschine, als es bei den bisher bekann ten Anordnungen möglich war.
Je nach den gerade vorliegenden Ver hältnissen kann man den beiden Luftströ men verschiedene Gebiete in der zu kühlen den Maschine zuweisen. So kann man den zusätzlichen Ltiftstrom von der einen Stirn seife der Maschine, den Luftstrom der Eigen- kühltung von der andern Stirnseite der Ma schine zuführen. Man kann aber auch einen Teil des Masehinenumfanges mit dem einen Luftstrom, den übrigen Teil des Umfanges mit dem andern Luftstrom kühlen. Je nach dun im Einzelfall ausschlaggebenden kon struktiven Gesichtspunkten wird man hier bei entweder die obere und untere oder aber die rechte und die linke Hälfte des Umfanges wählen.
Es stellt aber auch nichts im Wege, jede dieser Umfangshälften wiederum in eine Anzahl Sektoren zu unterteilen und die den beiden Hälften zugeordneten Sektoren in der LTmfanbsrichtting- einzeln oder grup penweise miteinander abwechseln zu lassen.
Man kann die Einrichtung auch in der Weise ausführen, elass man von dem zusätz lichen Luftstrom und dem Luftstrome der Eigenl:ühlun;- den einen vorwiegend die in- nern Teile der Maschine. den andern vor wiegend die nach dem äussern Umfange des Ständers zti gelegenen Teile bestreichen lässt.
Während der zusätzliche Luftstrom zum mindester, auf einem '!'eil der Weglänge getrennt von der durch den Läufer meför- derten Luft durch die Maschine geführt werden soll, ist eine teilweise Trennung des Luftstromes der Eigenkühlung von dem der zusätzlichen Kühlung nicht unbedingt er forderlich. Es wird in häufigen Fällen er wünscht sein, die durch den Läufer hervor gerufene Luftbewegung durch diejenige der zusätzlichen Luftbeweger in ihrer Wirkung zu unterstützen. Es geschieht dieses da durch, dass der Täufer die Luft mindestens zum Teil aus dem Druckraume der zusätz lichen Luftbeweger zugeführt erhält.
Hier bei kann die Grösse der unterstützenden Wirkung durch eingebaute Regelungsorgane geregelt werden, von denen die eine Art die Regelung der Luftzufuhr zum Läufer aus dem Druckraume der zusätzlichen Luft- beweger, die andere Art die Regelung der unmittelbaren Luftzufuhr zum Läufer be wirkt. Fig. 4 zeigt eine Anordnung, welche eine weifere Durchbildung der Anordnung nach Fig. 3 darstellt und eine Regelung der Kühlluttmengen für die beiden Luftwege in noch vollkommenerer Weise ermöglicht. In der Trennwand zwischen den Kammern 1 und II ist. eine Klappe 14 angeordnet, dass je nach ihrer Stellung ein mehr oder we niger grosser Teil der zusätzlichen Kühltaft in die Kammern 1 und II geleitet wird.
Würde zum Beispiel die Klappe auf die Stellung e gestellt, so würde die gesamte zusätzliche Kühlluft durch die Kammer I geleitet, während die Kammer lI unmittel bar gar keine zusätzliche Kühlluft erhält. Der äussere Luftweg der Maschine würde dann nur mittelbar Kühlluft vom zusätz lichen Luftbeweger erhalten, nämlich über den Läufer. In der Stellung a würde da gegen die gesamte zusätzliche Kühlluft durch die Kammer II geleitet, während die Kammer I gar keine zusätzliche Kühlluft erhält. Um in diesem Falle dem innern Luftwege Kühlluft zuzuführen, wird zweck mässig eine die Kammer I mit der Aussen luft oder einer sonstigen Kühlluftduelle in Verbindung setzende Öffnung vorgesehen, die durch ein Abschlussorgan, z.
B. eine Kappe 15, selbsttätig oder von Hand ge- schlossen werden kann, wenn die Klappe i4 in einer andern als Stellung a stellt. In allen Zwischenstellungen b, c und d wird je nach der Stellung der Klappe 14 die zusätzliche Kühlluft auf die Kammern I und II verteilt.
Da gleiche Teile der Maschine wie in den früheren Figuren auch hier mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, er übrigt sich eine nähere Beschreibung der Fig. AL in ihren Einzelheiten. Nur zurr bes seren Verständnis des Weges, welchen die Kühlluft im äussern Luftwege nimmt, möge dieser Weg anhand der Fig. 4 und 5 verfolgt, werden.
Wie oben bei der Beschreibung der Flg. 3 ausgeführt wurde, tritt die Kühlluft voll der Druckkammer 8 in der Stirnver schalung in die Einströmkammern 13 und von dort in die Einströmluftschlitze 2 des Ständereisens. Von den Einströmluftschlit- zen 2 geht die Luft weiter durch die ach- sialen Kühlkanäle 3 bis in die Ausströmluft- schlitze 2'. Dieser Teil des Weges der Kühl luft lässt sich anhand der Fig. 3 und 4 ohne weiteres verfolgen.
Um jedoch den Austritt der warmen Abluft aus den Ausströmschlit- zen 2' in den Ausströmraum 9 klar verfol gen zu können, diene die Fig. a als Er@gän- zung der Fig. 4.
In Fig. 5 ist auf der linken Hälfte ein Querschnitt durch die Maschine nach A--7 Fig. 4) dargestellt, während die rechte Hälfte der Fig. 5 einen solchen Querschnitt nach C-D darstellt. Auf der linken Hälfte Sieht man die Kammer II, durch die den eingezeichneten Pfeilen entsprechend die zu sätzliche Kühlluft in die Druckkammer 8 eintritt. Von dieser aus verteilt sich die Kühlluft auf die nur gewisse Sektoren um fassenden Einströmkammern 13 und trifft von dort, wie die Pfeile andeuten, zentri petal in die Einströmluftschlitze 2 (Fig. 4) ein.
Aus diesen gelangt sie durch die Achsial- kanäle 3 (Fig. 41 in die Ausströmluftschlitze ' (h'ig. 4 und 5) und tritt von dort zentri fugal in den Auströmraum 9 und über den Abluftkanal 111 (Fig. 4 und 5) ins Freie.
Wie die Fig. 4 und 5 erkennen lassun, Sind die Einströmluftschlitze 2 im Bereiche der Ein- strömkammern 13 durch Zwischenstücke gegen den Luftspalt zwischen Ständer und Läufer abgeschlossen, ebenso sind die Ein- strömkammern 13 gegen den Ausströmraum 9 beispielsweise durch im Gehäuse angeord nete Trennwände 16 abgeschlossen. Auch hier ist ersichtlich, dass die zusätzliche Küh lung auf dem wehgrössten Teil ihres Weges innerhalb der Maschine getrennt von der durch den Läufer geförderten Luft durch die Maschine geleitet wird.
Die durch den Läufer hervorgerufene Luftbewegung wird aber durch diejenige der zusätzlichen Luft- beweger in ihrer Wirkung unterstützt, denn der Ventilator des Läufers entnimmt seine Kühlluft aus dem Druckraume der zusätz lichen Luftbeweger.
Fig. 6 zeigt zwei weitere Ausführungs beispiele der Anordnung gemäss der Erfin dung. Da die in dieser, sowie in den noch folgenden Figuren dargestellte Maschine in ihrem allgemeinen Aufbau im Prinzipe mit den in den früheren Figuren dargestellten Maschinen übereinstimmt, sind im Folgen den der Übersichtlichkeit halber alle die jenigen Bezugszeichen in den Figuren weg gelassen, welche zum Verständnis der dar gestellten Ausführungsform nicht mehr er forderlich sind.
In Fig. 6 ist der Druckraum 8 der Stirn verschalung durch eine ringförmig oder po lygonal um den ganzen Druckraum herum laufende Trennwand 17, die in der Fig. 6 nur in der obern Hälfte gezeichnet ist, wäh rend in der untern Hälfte eine andere, spä ter zu beschreibende Ausführungsform dar gestellt ist, in zwei getrennte Räume geteilt. In den innern Raum drückt ein besonderer, auf dem Läufer angeordneter Ventilator 6 Luft hinein, die durch die innern Luftwege des Ständers, beispielsweise durch die Ach sialkanäle 3 und den Luftspalt zwischen Ständer und Läufer nach den Ausströmluft- schlitzen 2' und von da über den Ausström- raum 9 ins Freie gelangt.
In den äussern Raum 8' des Druckraumes 8 tritt je nach der Stellung der Klappe 14 die gesamte zusätzliche Kühlluft oder ein Teil derselben ein und gelangt von dort über die Einström- kammern 13 in die Einströmluftschlitze 2, weiter auf dem bereits beschriebenen Wege in den Auströmraum 9, wo sich sämtliche der Eigenkühlung, sowie der zusätzlichen Kühlung angehörenden Luftströme treffen. und von dort ins Freie.
Die Trennwand 17 dient, wie ersichtlich, dazu, eine gegenseitige Störung des vom Läuferventilator geförderten Luftstromes und des zusätzlichen Luftstromes zu verhindern. Sie kann in die Stirnverschalung besonders eingebaut sein, sie kann aber auch mit der Stirnverschalung oder Teilen der letzteren aus einem Stücke bestehen.
In der untern Hälfte der Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Bei gewissen Arten von Ständerwicklungen, wie, um nur ein Beispiel zu nennen, der sogenannten Fasswicklung oder ähnlichen Wicklungen, ist es unter ganz unerheb lichen Änderungen der Wicklung gegen über cler sonst üblichen Ausführung mög lich, gleich die Wicklung selbst als Trenn.- wanc1 auszubilden, so dass die besondere Trennwand 17 nach Fig. 6 oben entbehrlich wird.
Hierbei kann entweder die Wicklung allein die Funktion der Trennwand über nehmen, oder es können die zur Befestigung der Wickelköpfe dienenden Wicklungs stützen gleichfalls so ausgebildet sein, dass sie mit der Wicklung zusammen einen Man tel bilden, der die Druckkammer der Stirn verschalung in zwei Kammern 8 und 8' teilt.
So können zum Beispiel die sonst. üblichen Wicklungsstützen durch einen konzentrisch zur Maschinenachse in der Stirnverschalung herumlaufenden Ring 18 ersetzt werden, der dann die Wicklungsköpfe zu einer Trenn wand ergänzt. licht in allen Fällen wird es erforderlich sein, eine vollkommene Tren nung zwischen den Kammern 8 und 8' durchzuführen, es wird vielmehr in man chen Fällen geniigen, nur die ungehinderte Vermischung der Luftströme in den beiden Kammern bis zu gewissem Grade zu ver meiden.
Die Regelung der Luftmengen, bezw. des Druckes in den beiden Hauptluftwegen der Maschine kann bei den Einrichtungen nach Fig. 6 in ähnlicher Weise erfolgen wie bei derjenigen nach Fig. 4, nämlich mittelst der Klappen 1 4 und 15 oder mittelst gleichwer tiger Regelungsorgane. In gewissen Fällen kann es erwünscht sein, statt den Druckraum der Stirnverscha lung in die Kammern 8 und 8' zu untertei len, den Druckraum 8 in seiner ganzen Ausdehnung für den einen Luftstrom, bei spielsweise für die Eigenkühlung, zu be nutzen.
Um auch in diesem Fall eine Zu führung der dem zweiten, also beispiels weise dem zusätzlichen Luftstrom entnom menen Kühlluft zu den Einströmluftschlit- zen 2 des wirksamen Ständereisens zu er- mögligchen, können, wie es beispielsweise in Fig. 7 dargestellt ist, die Einströmkammern 13 von einem oder bei achsial langen Ma schinen von mehreren in der Maschinen mitte oder in deren Nähe gelegenen, das wirksame Eisen ringförmig umgebenden Zuführungskanälen 20 aus mit Kühlluft ge speist werden. Die Luftführung ist auch hier im übrigen die gleiche wie bei den an dern Figuren, so dass sich ein näheres Ein gehen hierauf erübrigt.
Um dem oder den Zuführungskanälen 20 Luft von dem zu sätzlichen Kühlluftstrom zuführen zu kön nen, ist in der die Kammer II von der Kam mer III' trennenden Wand eine Öffnung vorgesehen, durch die mittelst eines Rege- lungsorganes, z. B. einer Klappe 21 oder eines Schiebers oder dergleichen, ein Teil des zusätzlichen Kühlluftstromes nach dem Kanal 20 hin selbsttätig oder von Hand regelbar abgezweigt werden kann. Der Läuferventilator 6 fördert bei der Anordnung nach Fig. 7 die Kühlluft in die Druckkammer S der Stirnverschalung.
Voll hier fliesst sie durch die Achsialkanäle 3 des Ständers, sowie durch den Luftspalt zwi schen Ständer und Läufer in die Ausström- luftschlitze 2', von wo sie in die Ausström- kammer 9 und ins Freie gelangt.
Um nicht denjenigen Teil der vom Ventilator geför derten Kühlluft, der zur Kühlung der Wik- kelköpfe dient und der sich an den letz teren bereits erwärmt hat, durch die in- nern Luftwege der Maschine treiben zu müssen, kann man die im übrigen den Aus- strömraum 9 von der Druckkammer 8 tren nende Gehäusewand 22 mit entsprechend bemessenen Durchbrechungen versehen. so dass ein Teil der Luft aus der Druckkammer S, wie es die punktierten Pfeile andeuten. in den Ausströmraum 9 entweichen kann.
Fig. 8 zeigt eine Vereinigung der An ordnungen nach den Fig. 6 oben und 7. Wie in Fig. 6 ist der Druckraum der Stirnver- schaftung durch die ringförmig oder poly gonal leerumlaufende Zwischenwand 17 in zwei Kammern S und S' geteilt. Die der zu sätzlichen Kühlung angehörende Luft in der Kammer II fliesst zum Teil in die Kammer S', von wo sie in die Einströmkammern l3 gelangt. Ein Teil der Luft in der Kammer II zweigt durch das Regelungsorgan 21 in die Kammer 1II' ab, fliesst voll dort in die Kammer 20, von wo sie in Einströmkam- mern 13 gelangt, die, wie die Fig. 2 zeigt mit den Kammern 13 in unmittelbarer Ver bindung stellen.
Durch diese unmittelbare Verbindung der Einströmkammern 13 und l3' wird bei etwaigen Verschiedenheiten des Luftdruckes in den Kammern 8' und 20 ein Druckausgleich ermöglicht, der eine ungleichmässige Verteilung der Kühlluft auf die einzelnen Teile des Ständereisens nach Möglichkeit verhindert.
Wo es die Betriebsverhältnisse zweck mässig erscheinen lassen, kann man auch auf diesen Druckausgleich verzichten, ins besondere dann, wenn man Gien nach der Maschinenmitte zu gelegenen Teilen des wirksamen Eisens reichlicher Küfllluft Zu zuführen beabsichtigt, als den mehr nach den Stirnseiten der Ma sclliue zu gele\;eneu Teilen. In diesem Falle werden die Eam- mern 13 und i-3' voneinander getrennt.
Eine weitere Attsbildting dieses Ausfüh- rungsbeispiels zeigt Fig. 9. Hier ist die Zwischenwand im Di-ticl:ratime 8 der Stirn- verschalung weggelassen. Infolgedessen tritt die von dem Ventilator 6 des Läufers ge förderte Kühlluft auch in die Einström- kammern 13, während in die Kammer III' und damit in die Kammer 20 und von clort in die Einströmkammern 13' die von den zusätzlichen Luftbewegern geförderte Kühl luft durch das Regelungsorgan 21 gelaugt.
Bei der sonst gleichen Art der Luftführung im wirksamen Ständereisen erübrigt sich ein näheres Eingehen auf diese.
Um eine besondere gleichmässige Vertei lung der gesamten Kühlluft über sämtliche Teile des wirksamen Ständereisens zu er möglichen, kann man gemäss Fig, 11 die Einrichtung so treffen, dass die in Fig. 9 dar gestellte Konstruktion gewissermassen in achsialer Richtung zusammengeschoben wird.
Hieraus ergibt sich, dass, während bei der Anordnung nach Fig. 9 die Einström- kammern 13 ein bestimmtes Gebiet des wirksamen Ständereisens, nämlich die den Stirnseiten benachbarten Teile mit Kühlluft versorgen, wogegen die Einströmkammern 13' einem andern, nämlich dem in der Ma schinenmitte gelegenen Gebiete des Ständer eisens Kühlluft zuführen, bei der Anordnung nach Fig. 11 beide Gebiete des Ständer eisens von beiden Gruppen von Einström- kammern mit Kühlluft versorgt werden.
In manchen Fällen, wie zum Beispiel bei achsial kurzen Maschinen, die infolge koher spezifischer Beanspruchung des Material eine ausgiebige Kühlung benötigen, kann es unerwünscht sein, im mittlere Teil der Ma schine, eine ringförmige Kammer 20 wie in den Fig. 7-9 anzuordnen. Um trotzdem den an den Stirnseiten und den nach der Maschinenmitte zu gelegenen Teilen des wirksamen Ständereisens nach Bedarf ver schieden bemessene, regelbare Kühlluft menge zuführen zu können, kann man nach Fig. 10 die Einströmkammern in zwei ra dial übereinander angeordnete Kammer gruppen 13 und 13" trennen, indem man die Trennwand 17 im Druckraume 8 noch bis in die Einströmkammern fortsetzt.
In diesem Falle wird die in den Druck raum 8' eintretende zusätzliche Kühlluft über die Einströmkammern 13 den nach der Mitte der Maschine zu gelegenen Teilen des wirksamen Eisens zugeführt, während der Ventilator 6 in seiner Wirkung durch diejenige der zusätzlichen Luftbeweger un terstützt wird, und die Kühlluft über den Druckraum 8 und die Einströmkammern 13' den der Stirnseite der Maschine benach barten Teilen des wirksamen Eisens zuge führt wird. Je nach der Stellung ler Klappe 14 kann man den ersteren oder den letzteren Teilen des wirksamen Eisens mehr oder weniger Kühlluft zukommen lassen.
Ausser bei den in len Zeichnungen dar gestellten Anordnungen kann die Erfindung mit Vorteil auch für andere Arten der Luft führung zur Anwendung kommen, bei spielsweise für eine rein achsiale Führung der Kühlluft in Achsialkanälen des Ständer eisens oder für eine Vereinigung achsialer Führungen mit, innerhalb der Radialschlitze peripherischer Führung, wie überhaupt bei allen denjenigen Luftführungen, welche die gänzliche oder teilweise Trennung der Luft wege in dem in der Einleitung der Beschrei bung angegebenen Sinne zulassen.
Auch die konstruktive Durcbbildung der Einzelheiten kann nach Bedarf von den in der Zeichnung dargestellten Ausführungs formen abweichen. So kann zum Beispiel die Abgrenzung der Kammern 20 im Ge liä userücken gegen den Ausströmraurn 9 aueli auf andere Weise als durch die.
zum Gehäuse gehörigen Zwischenwände 10' in den Fig. <B>7</B>, 8, 9 und 11 erfolgen, beispiels weise durch in die Blechpakete des Ständer eisens eingelegte, bis zum Gehäuserücken reichende Blechwände oder durch entspre chend im Durchmesser vergrösserte End- bleche einzelner Bleclipal:ete.
Ventilation device for electrical machines. The devices for cooling electrical machines can be differentiated according to the type of cooling air delivery in sol che, in which the rotor of the electrical machine itself promotes the amount of air required for cooling the entire machine, in those where only from the outside through a separate air mover cooling air is driven through the machine, and finally into those in which both types of cooling are used together.
An arrangement of the first type is shown in FIG. 1, which shows the generally known type of electrical machines with cooling by means of air conveyed through the rotor. The effective iron 1 of the stand is shown with the usual radial ventilation slots 2 and axial air channels 3 see ver. The effective iron 4 of the runner is provided in the usual manner with ra-media ventilation slots 5, which produce a ventilation effect in a known manner.
In addition, the runner has fans 6 on its front sides, which press the cooling air taken from the intake space 7 into the pressure chamber 8, from where it is distributed through the axial ducts 3 and through the air gap between the stator and the runner to the radial ventilation slots and from there finally escapes into the open air via the exhaust air room 9. The arrows indicated here indicate the direction of the cooling air flow in the individual parts of the machine in all other figures. For the sake of clarity, the winding is omitted here as in all other figures.
Fig. 2 shows an example of the second known type of air cooling for elec tric machines. Here, the cooling air is empty from the outside by means of a separate air mover and forced through the cooling channels and ventilation slots of the rotor and the stator. Parts that are the same as in FIG. 1 are given the same reference numerals. The stand cooling is in Fig. After that in Switzerland. Patent.
No. 438 ',' r3 protected inventive concept.
The third of the known air cooling devices mentioned at the beginning results directly from a combination of the devices according to FIGS. 1 and 2 by, for example, in a device according to FIG. 1, in addition to the cooling brought about by the rotor and its fans (internal cooling) another provided by a separate Luftbezveger from the outside brought about cooling (additional cooling) according to Fig.2. However, this version has the near part that the two air flows interfere with each other, so the cooling is not always perfect.
It is readily apparent that in such devices, the cooling air is distributed to the different areas of the machine to be cooled essentially according to the friction resistances which are found in the various airways of the machine. A regulation, i.e. an intended distribution of the cooling air quantities to certain areas of the machine according to the different levels of heating of the latter, is extremely difficult, and arbitrary influencing of the air distribution in a finished machine without constructive changes to the same is not possible.
In view of the often high utilization of the material in machines of newer design, it is often desirable not only to supply a more abundant amount of cooling air to certain areas of the machine in which there is greater heating than in other areas, but it will often be expedient to make the cooling air supplied to the individual areas of the machine adjustable as required. So it will often prove necessary, for example, the areas that are adjacent to the air gap between the stator and rotor to supply a larger amount of cooling air than the areas that are near the stator back because the former due to the losses in the winding and in the mostly highly saturated teeth of the effective iron are warmed up more than the other areas.
With axially long machines, the case may arise that the central areas of the effective stator iron in relation to the longitudinal axis are not adequately cooled, because with the relatively large length of the airways up to them, the resistance that the cooling air had to overcome, considerable, and the cooling conditions are moreover less favorable than in the areas adjacent to the end faces of the effective iron.
Furthermore, since the difference in the need for cooling air in the individual areas of the machine increases with increasing load, it is still desirable to make the distribution of the cooling air quantities to the individual areas of the machine adjustable as required. The object of the invention solves these problems in a number of ways. Here too, in addition to the cooling brought about by the runner (egg cooling), cooling brought about by at least one additional air mover from the outside (additional cooling) is also provided.
But in order to distribute the conveyed air quantities in the desired manner to the individual areas of the machine, the new device enables the cooling air of the additional air mover to be at least partially separated from the air conveyed by the runner through the machine to lead. while on the remaining part the air currents are united.
With the aid of the drawings, the invention will be described in more detail in some exemplary embodiments.
Fig. 3 shows an extremely simple embodiment, in which the air guidance in the effective iron in a known manner is durchgebil det as follows: The effective iron of the fixed part of the machine is provided with radial ventilation slots, one of which or a number (inflow air slots 2) which cool air through axial channels in the sheet metal rockets. @ \ üllrcnll Dill alldcrer l, llft- sehlitz oller hurried all number derselhen (:
1 @ z @ - strömluftschlitze 2 ') removes the air emerging from the axial ducts, with those ventilation slits. through which the air flows into the machine, are closed by intermediate layers against the air gap between stator and rotor rule. The suction space 7 of FIGS. I and 2 is divided here by a partition 11 into two chambers I and II in such a way that the chamber 1 at its end facing the runner is given the shape of a suction port 12, which in itself has any known way so the end face of the runner faces, protrudes into it or overlaps it, that a possible complete separation of the air flows in the chambers I and II takes place.
The air enters chamber 1, for example, from somewhere in the free atmosphere, is sucked into the interior of the runner by the fan action of the runner via the suction nozzle 12, and enters the air vents as outflow slots through the radial ventilation slots 5 of the runner Ending radial ventilation slots 2 'of the stator and partly also in the air gap between the stator and rotor and finally escapes through the outflow space 9 into the open.
The cooling air supported by the additional air mover is directed into chamber II and from there into the pressure chamber 8 of the front cladding. Distributed from here. they pass through the inflow chambers 13 via the radial slots 2 of the effective stator iron serving as inflow air slots, which are closed by spacers against the air gap between the stator and the rotor in order to avoid disruptions to the air flow caused by the air coming from the radial slots of the rotor.
From there, the air takes its web in the manner described in the previous sections via the axial cooling channels 3 and the radial slots 2 'of the stator iron, which serve as outflow air slots, from where it reaches the open via the outflow space 9. Part of the additional cooling air flows out of the pressure chamber S directly through the axial cooling channels 3 of the stator iron and through the air gap between the stator and runner in the outflow slots 2 ', where it combines with the air coming from the radial sections of the runner's own cooling and reaches the outside via the outflow chambers 9.
The arrangement according to FIG. 3 therefore already enables an arbitrary, in any case better distribution of the cooling air to the individual parts of the machine than was possible with the arrangements known up to now.
Depending on the current conditions, the two air flows can be assigned to different areas in the machine to be cooled. In this way, the additional air flow from one face of the machine can be fed in, and the air flow from the self-cooling can be fed from the other face of the machine. But you can also cool part of the machine circumference with one air flow, the remaining part of the circumference with the other air flow. Depending on the design considerations that are decisive in the individual case, either the upper and lower or the right and left halves of the circumference will be selected here.
But there is nothing in the way of dividing each of these circumferential halves in turn into a number of sectors and alternating the sectors assigned to the two halves individually or in groups in the LTmfanbsrichtting-.
The installation can also be carried out in such a way that the additional air flow and the air flow of the own oil are let out - one predominantly the inner parts of the machine. the other has mainly the parts that are located on the outer circumference of the stand coated.
While the additional air flow should be routed through the machine for at least '!' Part of the path separated from the air conveyed by the rotor, a partial separation of the air flow of the self-cooling from that of the additional cooling is not absolutely necessary. In frequent cases it will be desirable to support the air movement caused by the runner by that of the additional air movers in their effect. This happens because the Baptist receives at least part of the air from the pressure chamber of the additional air mover.
In this case, the size of the supporting effect can be regulated by built-in regulating organs, of which one type regulates the air supply to the runner from the pressure chamber of the additional air movers, the other type regulates the direct air supply to the runner. FIG. 4 shows an arrangement which represents a further development of the arrangement according to FIG. 3 and enables the cooling air quantities for the two airways to be regulated in an even more perfect manner. In the partition between chambers 1 and II is. a flap 14 is arranged that, depending on its position, a more or less large part of the additional cooling taffeta is passed into the chambers 1 and II.
If, for example, the flap were set to position e, all of the additional cooling air would be passed through chamber I, while chamber II immediately received no additional cooling air at all. The outer air path of the machine would then only receive cooling air indirectly from the additional air mover, namely via the rotor. In position a, all of the additional cooling air would be passed through chamber II, while chamber I received no additional cooling air at all. In order to supply cooling air to the internal airways in this case, a chamber I is expediently provided with the outside air or some other cooling air duel in connection, which opening is provided by a closing element, e.g.
B. a cap 15, can be closed automatically or by hand when the flap i4 is in a position other than position a. In all intermediate positions b, c and d, depending on the position of the flap 14, the additional cooling air is distributed to the chambers I and II.
Since the same parts of the machine as in the earlier figures are also provided here with the same reference numerals, a more detailed description of FIG. AL is omitted. Only for better understanding of the path which the cooling air takes in the outer airways, this path may be followed with reference to FIGS. 4 and 5.
As above with the description of Flg. 3 was executed, the cooling air occurs full of the pressure chamber 8 in the Stirnver formwork in the inflow chambers 13 and from there into the inflow air slots 2 of the stator iron. From the inflow air slots 2, the air continues through the axial cooling channels 3 into the outflow air slots 2 '. This part of the path of the cooling air can be easily followed with reference to FIGS. 3 and 4.
However, in order to be able to clearly follow the exit of the warm exhaust air from the outflow slots 2 'into the outflow space 9, FIG. A serves as a supplement to FIG.
In Fig. 5, a cross section through the machine according to A - 7 Fig. 4) is shown on the left half, while the right half of Fig. 5 shows such a cross section according to C-D. On the left half you can see the chamber II, through which the additional cooling air enters the pressure chamber 8 according to the arrows shown. From this, the cooling air is distributed to the only certain sectors to encompassing inflow chambers 13 and from there, as the arrows indicate, centripetal in the inflow air slots 2 (Fig. 4).
From this it passes through the axial ducts 3 (FIG. 41 into the outflow air slots (frequently 4 and 5) and from there enters the outflow space 9 centrally and via the outflow duct 111 (FIGS. 4 and 5) Free.
As can be seen in FIGS. 4 and 5, the inflow air slots 2 in the area of the inflow chambers 13 are closed off by spacers against the air gap between the stator and rotor, and the inflow chambers 13 against the outflow space 9, for example, by partition walls arranged in the housing 16 completed. Here, too, it can be seen that the additional cooling is routed through the machine separately from the air conveyed by the rotor for most of its path within the machine.
The air movement caused by the runner is supported in its effect by that of the additional air movers, because the fan of the runner takes its cooling air from the pressure chamber of the additional air movers.
Fig. 6 shows two further execution examples of the arrangement according to the inven tion. Since the machine shown in this, as well as in the following figures, in its general structure in principle coincides with the machines shown in the previous figures, in the following all those reference numerals are omitted in the figures for the sake of clarity, which are used to understand the is presented embodiment no longer he is required.
In Fig. 6, the pressure chamber 8 of the forehead cladding by a ring-shaped or po lygonal around the entire pressure chamber running partition 17, which is shown in Fig. 6 only in the upper half, while rend in the lower half of another, later The embodiment to be described is provided, divided into two separate rooms. A special fan 6 arranged on the runner presses air into the inner space, which air passes through the inner airways of the stator, for example through the axial ducts 3 and the air gap between the stator and the runner to the outflow slots 2 'and from there over the Outflow space 9 reaches the outside.
Depending on the position of the flap 14, all or part of the additional cooling air enters the outer space 8 'of the pressure space 8 and passes from there via the inflow chambers 13 into the inflow air slots 2, and further into the outflow space in the manner already described 9, where all of the self-cooling and additional cooling air flows meet. and from there into the open.
As can be seen, the partition 17 serves to prevent mutual interference between the air flow conveyed by the rotor fan and the additional air flow. It can be specially built into the front cladding, but it can also consist of one piece with the front cladding or parts of the latter.
Another embodiment is shown in the lower half of FIG. In the case of certain types of stator windings, such as, to name just one example, the so-called barrel winding or similar windings, it is possible, with negligible changes to the winding compared to the otherwise usual design, to design the winding itself as a separator so that the special partition 17 according to FIG. 6 above can be dispensed with.
In this case, either the winding alone can take on the function of the partition wall, or the winding supports used to attach the winding heads can also be designed so that they form a jacket with the winding, which clad the pressure chamber of the end face in two chambers 8 and 8 'divides.
Thus, for example, the otherwise usual winding supports can be replaced by a ring 18 running concentrically to the machine axis in the face cladding, which then supplements the winding heads to form a partition. In all cases it will be necessary to completely separate the chambers 8 and 8 ', but in some cases it will be sufficient to avoid only the unhindered mixing of the air flows in the two chambers to a certain extent.
The regulation of the air volumes, respectively. the pressure in the two main air paths of the machine can take place in the devices of FIG. 6 in a similar manner to that of FIG. 4, namely by means of the flaps 1, 4 and 15 or by means of equivalent regulating organs. In certain cases, it may be desirable instead of the pressure chamber of the Stirnverscha development in the chambers 8 and 8 'to sub-divide the pressure chamber 8 in its entire extent for the one air flow, for example for self-cooling to be used.
In order to enable the cooling air taken from the second, for example the additional air flow, to be supplied to the inflow air slots 2 of the effective stator iron in this case too, the inflow chambers 13 can, as is shown for example in FIG from one or, in the case of axially long machines, from several in the middle of the machine or in the vicinity thereof, the effective iron ring-shaped surrounding supply channels 20 are fed with cooling air. The air flow is otherwise the same here as in the other figures, so that a closer look at this is unnecessary.
In order to be able to supply air from the additional cooling air flow to the supply channel (s) 20, an opening is provided in the wall separating the chamber II from the chamber III ', through which a regulating element, e.g. B. a flap 21 or a slide or the like, a part of the additional cooling air flow to the channel 20 can be branched off automatically or by hand. In the arrangement according to FIG. 7, the rotor fan 6 conveys the cooling air into the pressure chamber S of the front casing.
Here it flows fully through the axial ducts 3 of the stator and through the air gap between stator and rotor into the outflow air slots 2 ', from where it reaches the outflow chamber 9 and into the open.
In order not to have to drive that part of the cooling air conveyed by the fan, which is used to cool the winding heads and which has already warmed up on the latter, through the machine's internal airways, the other flow space 9 from the pressure chamber 8 tren Nende housing wall 22 is provided with appropriately sized openings. so that some of the air from the pressure chamber S, as indicated by the dotted arrows. can escape into the outflow space 9.
8 shows a combination of the arrangements according to FIGS. 6 above and 7. As in FIG. 6, the pressure chamber of the end shaft is divided into two chambers S and S 'by the annular or polygonal, empty circumferential partition 17. The air in chamber II belonging to the additional cooling flows partly into chamber S ', from where it enters the inflow chambers l3. Part of the air in chamber II branches off through the regulating element 21 into chamber 1II ', flows there fully into chamber 20, from where it reaches inflow chambers 13 which, as FIG. 2 shows, with chambers 13 in direct contact.
This direct connection of the inflow chambers 13 and 13 'enables pressure equalization in the event of any differences in the air pressure in the chambers 8' and 20, which prevents an uneven distribution of the cooling air on the individual parts of the stator iron if possible.
Where the operating conditions make it appropriate, this pressure equalization can also be dispensed with, especially if one intends to supply more cooling air to parts of the effective iron located towards the center of the machine than to supply more cooling air towards the front of the machine \; eneu parts. In this case, the chambers 13 and i-3 'are separated from one another.
Another aspect of this exemplary embodiment is shown in FIG. 9. Here, the partition wall in the di-ticl: ratio 8 of the front cladding is omitted. As a result, the cooling air conveyed by the fan 6 of the rotor also enters the inflow chambers 13, while the cooling air conveyed by the additional air movers through the chamber III 'and thus into the chamber 20 and from clort into the inflow chambers 13' Control body 21 leached.
With the otherwise identical type of air routing in the effective stator iron, it is not necessary to go into this more closely.
In order to achieve a particularly uniform distribution of the entire cooling air over all parts of the effective stator iron, according to FIG. 11, the device can be made so that the construction shown in FIG. 9 is pushed together to a certain extent in the axial direction.
From this it follows that, while in the arrangement according to FIG. 9 the inflow chambers 13 supply a certain area of the effective stator iron, namely the parts adjacent to the end faces, with cooling air, whereas the inflow chambers 13 'supply another, namely that in the middle of the machine areas of the stator iron which are located, in the arrangement according to FIG. 11 both areas of the stator iron are supplied with cooling air from both groups of inflow chambers.
In some cases, such as axially short machines that require extensive cooling due to the coher specific stress on the material, it may be undesirable to arrange an annular chamber 20 in the middle part of the machine as shown in FIGS. 7-9. In order nevertheless to be able to supply the parts of the effective stator iron located on the end faces and the parts of the effective stator iron as required, differently sized, adjustable cooling air quantity, according to Fig. 10, the inflow chambers can be arranged in two radial chamber groups 13 and 13 " separate by continuing the partition 17 in the pressure space 8 into the inflow chambers.
In this case, the additional cooling air entering the pressure space 8 'is supplied via the inflow chambers 13 to the parts of the effective iron located after the center of the machine, while the fan 6 is supported in its action by that of the additional air movers, and the Cooling air via the pressure chamber 8 and the inflow chambers 13 'is supplied to the end face of the machine neigh disclosed parts of the effective iron. Depending on the position of the flap 14, the former or the latter parts of the effective iron can be supplied with more or less cooling air.
Except for the arrangements provided in len drawings, the invention can also be used with advantage for other types of air guidance, for example for a purely axial guidance of the cooling air in axial channels of the stator iron or for a union of axial guides with, within the radial slots peripheral guidance, as with all those air ducts that allow the total or partial separation of the air paths in the sense specified in the introduction of the description.
The structural design of the details can deviate from the execution forms shown in the drawing as required. Thus, for example, the delimitation of the chambers 20 in the Ge liä userücken against the outflow space 9 aueli other than by the.
Partitions 10 'belonging to the housing in FIGS. 7, 8, 9 and 11 take place, for example, through sheet metal walls that are inserted into the laminated cores of the stator and extending to the back of the housing or by correspondingly enlarged end - single sheet metal sheet: ete.