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Lüfteranordnung für elektrische Maschinen Die Erfindung bezieht sich
auf eine Lüfteranordnung für elektrische Maschinen, insbesondere zur Kühlung elektrischer
Maschinen durch einen äußeren und inneren Luftstrom mittels eines auf der Maschinenwelle
angeordneten Radiallüfters mit schräg zum Radius stehenden bzw. gekrümmten Schaufeln.
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Es sind Anordnungen zur Kühlung von elektrischen Maschinen bekannt,
bei denen die abgeschlossene Innenluft im Kreislauf bewegt wird und durch einen
vom Maschineninneren abgeschlossenen Außenluftstrom rückgekühlt wird. Bei diesen
Maschinen ist es weiter bekannt, die Flügel der Ventilatoren für Außen- und Innenluft
auf den beiden Seiten einer durch eine Art Labyrinthdichtung, z. B. eine ringförmige
Nut, gegen die Gehäusewand abgedichteten Scheibe zu befestigen.
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Die Förderleistung eines Radialventilators hängt bekanntlich dann
nicht von der Drehrichtung ab, wenn die Schaufeln radial stehen. Die Drehrichtungsunabhängigkeit
ist aber bei den bekannten Maschinen dieser Art mit einer schlechten Lüfterleistung
erkauft.
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Es ist daher gebräuchlich, die Flügel der Ventilatoren schräg zum
Radius bzw. gekrümmt anzuordnen, um strömungstechnisch günstige Verhältnisse und
damit einen hohen Lüfterwirkungsgrad zu erreichen. Derartig ausgebildete Ventilatoren
eignen sich jedoch nur für Maschinen, deren Drehrichtungssinn stets unverändert
bleibt.
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Ähnliche Überlegungen gelten für die an sich bei Ventilatoren bekannten
Leitapparate. Auch hier kann man durch entsprechende Krümmung bzw. Schrägstellung
der Leitschaufeln strömungstechnisch günstige Verhältnisse erzielen; wobei man ebenfalls
die Schaufelkrümmung der Drehrichtung entsprechend gestalten muß.
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Es gibt nun Anwendungsfälle, wo nur gelegentlich einmal die Drehrichtung
geändert werden soll, aber im übrigen beste Lüftereigenschaften gefordert werden.
Dann wird man nicht nur die strömungstechnisch günstige Laufradbeschaufelung wählen,
sondern auch noch Leitschaufeln vorsehen.
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Es ist bereits bekannt, bei elektrischen Maschinen, in denen nur ein
innerer Luftstrom durch einen Axiallüfter mit strömungstechnisch günstiger Schaufelform
erzeugt wird, diesem ein feststehendes Leitrad gegenüberzustellen, welches die gleiche
Gestalt hat wie das Lüfterrad, wobei die Beschaufelung des einen Rades das Spiegelbild
des anderen Rades ist. Durch Vertauschung von Laufrad und Leitrad kann dann die
Maschine für die umgekehrte Drehrichtung verwendbar gemacht werden.
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Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß die Verwendung eines
Axiallüfters mit einem danebenliegenden Leitrad gleicher Bauart und Größe eine Vergrößerung
der Baulänge der Maschine bedingt. Dieser Nachteil würde besonders dann schwer in
das Gewicht fallen, wenn man eine derartige Anordnung auf eine Maschine übertragen
wollte, die durch einen inneren und einen der Rückkühlung dienenden äußeren Luftstrom
gekühlt werden soll, da in diesem Falle vier nebeneinanderliegende Schaufelräder
erforderlich würden.
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Außerdem müßte insbesondere bei der Erzeugung des äußeren Luftstromes
durch einen Axiallüfter dieser Luftstrom mehrmals umgelenkt werden, um, seinem Zweck
entsprechend, in axialer Richtung in der Nähe der Mantelfläche der Maschine fließen
zu können. Eine solche verhältnismäßig komplizierte Luftführung würde zusätzliche
Luftreibungsverluste bedingen und dadurch den Wirkungsgrad der Lüftereinrichtung
verschlechtern. Überdies würde der dafür notwendige Raum eine weitere Vergrößerung
der Baulänge der Maschine erfordern.
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Im Gegensatz zu dieser bekannten Anordnung und zur Vermeidung der
erwähnten Nachteile derselben verwendet die Erfindung eine Lüfteranordnung, insbesondere
zur Kühlung elektrischer Maschinen durch einen äußeren und einen inneren Luftstrom
mit auf einer Welle angeordneten Radiallüftern mit schräg zum Radius stehenden bzw.
gekrümmten Schaufeln, bei der die die beiden Luftströme erzeugenden, ein Lüfterpaar
bildenden Lüfterteile unter sich gleich und derart ausgebildet sind, daß das Lüfterpaar
durch axiale Umkehrung um 180° für beide Drehrichtungen verwendbar ist, wobei die
Lüfterteile ihre Plätze vertauschen.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung kann man das Lüfterpaar mit einem
Leitapparat umgeben, der aus zwei Teilen besteht, deren jeder einem Lüfterteil zugeordnet
ist. Die beiden Leitapparatteile kann man unter sich gleich bzw. derart -symmetrisch
zu einer
Trennwand ausbilden, daß der Leitapparat durch axiale Umkehrung
um 180° für beide Drehrichtungen des Lüfterpaares verwendbar ist. Dank dieser Anordnung
können dann auch die Schaufeln des Leitapparates für beide Drehrichtungen entsprechend
der Strömungsrichtung gekrümmt sein. Man erhält so durch Zusammenwirken von Lüfterrad
und Leitapparat eine strömungstechnisch sehr günstige Förderung des Kühlmittels
für beide Drehrichtungen.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann der Lüfter so mit dem
Leitapparat zusammengebaut sein, daß der Leitapparat zwangläufig beim Umstecken
des Lüfters mitumgedreht werden muß. Dazu kann man den Lüfter und das Leitrad so
miteinander zusammenbauen bzw. verbinden, daß die Verbindung nicht durch von nur
einer Seite einwirkende Maßnahmen lösbar und wiederherstellbar ist. Es versteht
sich dabei von selbst, daß unter Maßnahmen zur Lösung der Lüfter- und Leitradteile
nicht solche verstanden werden sollen, durch die die Teile oder deren Verbindungsmittel
beschädigt oder zerstört werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus den im folgenden beschriebenen
Ausführungsbeispielen ersichtlich.
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In Fig. 1 ist ein Teilschnitt durch eine elektrische Maschine nach
der Erfindung dargestellt. Es bedeutet darin 1 eine Maschinenwelle, 2 einen auf
ihr sitzenden Läufer. In dem Maschinengehäuse 4 ist ein Ständerkörper 3 angeordnet.
Die Kühlung der Maschine erfolgt in diesem Beispiel mittels eines von der Außenluft
rückgekühlten, jedoch von dieser abgeschlossenen Innenluftstromes. Der Innenluftstrom
ist in den Figuren mit 5, der Außenluftstrom mit 6 bezeichnet. Zur Umwälzung der
Kühlmittelströme dient ein auf der Maschinenwelle angeordnetes Lüfterpaar 7 und
8, das konzentrisch von dem Leitapparat 9, 10 umgeben ist. Der Innenlüfter 8 saugt
die Luft aus dem Maschineninnenraum an und fördert sie über den Leitapparatteil
10 durch die am Gehäuseumfang angeordneten Kanäle 11 nach der anderen Maschinenseite,
um sie sodann von neuem durch das Maschineninnere zu saugen.
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Der Außenluftstrom 6 gelangt durch die Öffnungen 14 des Lagerschildes
13 in die Maschine und wird von dem Außenlüfter 7 angesaugt. Nach dem Verlassen
des Lüfters strömt die Außenluft über den Leitapparatteil 9 durch die am Gehäuseumfang
vorgesehenen, den Kanälen 11 parallel laufenden Kanäle 15, wobei die Innenluft Gelegenheit
hat, ihre Wärme an die Außenluft abzugeben.
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Das Lüfterpaar besteht erfindungsgemäß aus zwei Scheiben 16, 17, die
auf einer gemeinsamen Nabe 18 befestigt sind und schräg zum Radius stehende, gekrümmte
Schaufeln tragen. Die Fig.2 zeigt dieses Lüfterpaar in perspektivischer Darstellung.
Zwischen die mit einem Abstand angeordneten Scheiben 16, 17 ragt erfindungsgemäß
eine am Maschinengehäuse befestigte Trennwand 19, die in der Symmetrieebene zwischen
den Lüftern angeordnet ist. Die Trennwand reicht bis nahe an die Lüfternabe 18 und
umgibt diese konzentrisch. Durch die Trennwand 19 wird der äußere Luftstrom 6 vom
inneren Luftstrom 5 geschieden. Zwecks Abdichtung sind nach der Erfindung zwischen
der Trennwand und den Lüfterscheiben 16, 17 Labyrinthe 20, 21 vorgesehen. Die feststehende
Trennwand 19 ist gleichzeitig Träger der ebenfalls schräg
des Leitapparates. Die Wände 22, 23 dienen der Luftführung.
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Das Lüfterpaar ist so aufgebaut, daß seine sämtlichen Teile symmetrisch
zu einer senkrecht auf der Maschinenwelle stehenden und durch die Mitte der Trennwand
19 gelegten Ebene angeordnet sind.
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Die den Leitapparat tragende Trennwand 19 ist von den beiden Lüftern
so umbaut, daß diese Teile nicht durch Maßnahmen von nur einer Seite her, insbesondere
der Außenlüfterseite, getrennt werden können. Diese Eigenschaft wird erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß z. B. die eine Hälfte der Befestigungsschrauben 32 des Außenlüfters
von außen her, die andere Hälfte von innen, und zwar durch die Scheibe 17 des Innenlüfters
hindurch, eindrehbar und lösbar ist. Dabei dienen die Schrauben 32 als gemeinsame
Befestigungsschrauben für den Innen- und den Außenlüfter. Man kann beispielsweise
die Schrauben 32 als Kopfschrauben ausbilden, wie dies Fig. 4 zeigt, und abwechselnd
die entsprechenden Löcher in den Scheiben 16, 17 als glatte Bohrungen bzw. mit Gewinde
ausführen. Dadurch wird zwangläufig bewirkt, daß das Lüfterpaar nur samt der Nabe
und dem von ihm umschlossenen Leitapparat abgezogen und gewendet werden kann und
niemals das Lüfterpaar für sich allein.
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An Stelle der Schrauben 32 können auch andere Befestigungsmittel verwendet
werden, beispielsweise Niete, oder es können die Scheiben 16, 17 mit der Nabe 18
auch verschweißt bzw. so verbunden sein, daß man auf die Lösbarkeit der Verbindung
zwischen Lüfter und Leitapparat verzichtet.
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Die Lüfter 7,8 nach der Erfindung können - wie in dem Ausführungsbeispiel
dargestellt - eine gemeinsame Nabe besitzen. Es können aber auch die beiden Lüfterteile
je eine besondere Nabe erhalten.
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Bei einer anderen, in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der
Erfindung besteht das Lüfterpaar aus einer auf der Maschinenwelle 1 befestigten
und leicht demontierbaren Scheibe 25 mit an dieser beiderseits befestigten, schräg
zum Radius gestellten bzw. gekrümmten Schaufeln 26, 27. Der innere Luftkreislauf
5 ist von dem äußeren, 6, durch die Lüfterscheibe 25 sowie eine dieselbe konzentrisch
umgebende und an dem Maschinengehäuse befestigte Trennwand 28, 29 geschieden.
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Die leicht lösbare, am Maschinengehäuse befestigte Trennwand ist zweiteilig
ausgeführt, wobei sie vorzugsweise in der Symmetrieebene des Lüfters geteilt ist.
Die Lüfterscheibe 25 wird von der Trennwand zwecks Abdichtung des äußeren vom inneren
Luftkreislauf labyrinthartig umfaßt. An dem Trennwandteil 28 sind die Leitschaufeln
30 für den Außenluftstrom, an dem Teil 29 die Leitschaufeln 31 für den Innenluftstrom
befestigt.
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Die Trennwandteile 28, 29 sind durch Schrauben 33 miteinander verbunden,
die sinngemäß ebenso wie die Schrauben 32 bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.
1 angeordnet sind.
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Wenn auch die vorstehend beschriebenen Ausfiihrungsbeispiele nur elektrische
Maschinen betreffen, bei denen die abgeschlossene Innenluft im Kreislauf bewegt
wird und von einem vom Maschineninnern abgeschlossenen Außenluftstrom rückgekühlt
wird, so beschränkt sich die der Erfindung zugrunde liegende Idee keineswegs auf
diese Ausführungsformen. Sie ist ebenso vorteilhaft auch in anderen Fällen anwendbar,
in denen durch Radiallüfter bei nicht von vornherein festliegender Drehrichtung
zwei etwa gleich starke Luftströme zu erzeugen sind. Dies kann beispielsweise der
Fall sein, wenn es sich darum handelt, den Läufer- und Ständerraum einer elektrischen
Maschine durch je einen besonderen Luftstrom zu kühlen oder wenn je ein besonderer
Kühlluftstrom für
den Kollektor oder die Schleifringe einer elektrischen
Maschine und den übrigen Innenraum der Maschine vorgesehen werden soll. Ebenso ist
die Erfindung anwendbar, wenn beispielsweise bei einer Tandemmaschine beide Maschinen
bzw. Teilmaschinen gesondert gekühlt werden sollen. Schließlich ist eine Anwendungsmöglichkeit
auch dann gegeben, wenn bei einer durch eine Wärmekraftmaschine angetriebene elektrische
Maschine ein Kühlluftstrom zur Kühlung der elektrischen Maschine und der andere
zur Kühlung der Kraftmaschine dienen soll. In allen diesen Fällen kann ein die Luftströme
treibendes Lüfterpaar nach der Erfindung so gestaltet werden, daß für beide Drehrichtungen
eine strömungstechnisch einwandfreie Schaufelform gewählt werden kann.