DE10145521A1

DE10145521A1 - Kühlung für einen Elektromotor

Info

Publication number: DE10145521A1
Application number: DE10145521A
Authority: DE
Inventors: Walter Kunz; Siegfried Durrang
Original assignee: RAG AG
Current assignee: RAG AG
Priority date: 2001-09-11
Filing date: 2001-09-11
Publication date: 2003-07-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlung für einen, insbesondere explosionsgeschützten, Elektromotor, mit einem Wärme vom Stator abführenden Wärmetauscher, der einen um den Stator verlaufenden, von einem Kühlmittel durchströmten Kühlkanal aufweist. DOLLAR A Elektromotoren mit solchen Kühlungen werden vor allem im Kohlebergbau unter Tage zum Antrieb von Strebförderern, Hobeln, Brechern, Bandantrieben und dergleichen eingesetzt. Erfindungsgemäß ist die Innenquerschnittsfläche des Kühlkanals kreisförmig ausgebildet. Damit besteht die Möglichkeit, während des Motorbetriebs durch im Kühlwasser mitgeführte Reinigungskugeln den Kühlkanal ständig sauber und die Motorkühlung funktionsfähig zu halten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlung für einen, insbesondere explosionsgeschützten, Elektromotor, mit einem Wärme vom Stator abführenden Wärmetauscher, der einen um den Stator verlaufenden, von einem Kühlmittel durchströmten Kühlkanal aufweist.

Explosionsgeschützte Elektromotoren solcher Art mit einem in Windungen um den Stator verlaufenden Kühlkanal werden vor allem im Kohlebergbau unter Tage zum Antrieb von Strebförderern, Hobeln, Brechern, Bandantrieben und dergleichen eingesetzt. Der Wärmetauscher dieser bekannten Motoren weist einen Innenmantel und einen Außenmantel auf, wobei ein zwischen dem Innen- und Außenmantel angeordneter, spiralförmig gewundener Steg den Kühlkanal bildet. Die Strömungsquerschnittsfläche des Kühlkanals ist dementsprechend ein Rechteck. Der Steg ist mit dem Innenmantel verschweißt und liegt flüssigkeitsdicht gegen den Außenmantel an. Beim Einsatz unter Tage und unter Verwendung von Grubenwasser als Kühlmittel setzt sich der Kühlkanal verhältnismäßig schnell mit Feststoffteilchen zu. Regelmäßige Reinigungen sind erforderlich, die meist eine Demontage des Motors erfordern. Zur Ablösung der Ablagerungen wird u. a. konzentrierte Zitronensäure verwendet. Im Extremfall ist zur Reinigung der Außenmantel von dem Innenmantel axial abzuziehen. Solche aufwendigen Reinigungsarbeiten können nur in einer Werkstatt durchgeführt werden. Lange Ausfallzeiten der Motoren vor Ort und hohe Arbeitskosten zum Auswechseln des Motors sind die Folge. Die Feststoffteilchenablagerungen im Kühlkanal lassen sich auch bei Einsatz aggressiver Reinigungsmittel nicht restlos entfernen. Trotz häufiger Reinigungen werden die Motoren daher schnell unbrauchbar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Kühlung der eingangs erwähnten Art für einen Elektromotor zu schaffen, die insbesondere beim Einsatz der Motoren im Kohlebergbau unter Tage eine höhere Verfügbarkeit und Standzeit der Motoren ermöglicht.

Die diese Aufgabe lösende Kühlung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsquerschnittsfläche des Kühlkanals kreisförmig ist.

Vorteilhaft können durch diese Erfindungslösung zur Sauberhaltung des Kühlkanals Reinigungskugeln verwendet werden, die für einen gleichmäßigen Abtrag von Ablagerungen in dem Kühlkanal sorgen.

Insbesondere ist eine solche Reinigung mittels Reinigungskugeln (Molchkugeln) zyklisch oder kontinuierlich während des Motorbetriebs durchführbar. Insbesondere können in einem geschlossenen Kühlkreislauf die Reinigungskugeln mit dem Kühlmittel ohne Unterbrechung des Motorbetriebes umlaufen. So lässt sich langfristig verhindern, dass es überhaupt zu nennenswerten Ablagerungen von Feststoffteilchen im Kühlkanal kommt. Ausfallzeiten der Motoren vor Ort werden vermieden. Die Motorstandzeit steigt erheblich an. Der Einsatz umweltbelastender Zitronensäure entfällt. Mit der Vermeidung von Ablagerungen im Kühlkanal bleibt der für den Wärmeübergang auf das Kühlmittel maßgebende thermische Widerstand gering und die Kühlung daher in vollem Umfang wirksam, was sich letztlich verlängernd auf die Gesamtlebensdauer des Motors auswirkt.

Zweckmäßig ist der Kühlkanal durch ein in Windungen gebogenes Rohr, insbesondere ein Rundrohr gebildet. Zweckmäßig ist das Rohr in eine Masse hoher Wärmeleitfähigkeit, z. B. Aluminium, eingebettet. So könnte der Wärmetauscher z. B. durch einen das Rohr enthaltenden, den Stator umgebenden Aluminiummantel gebildet sein.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das gewundene Rohr zwischen einem Innen- und einem Außenmantel des Wärmetauschers angeordnet. So kann als Einbettmasse z. B. auch ein flüssiges Gel verwendet werden. Denkbar wäre es ferner, das Rohr selbst in einen Kühlmittelstrom einzubetten, der zwischen dem Innenmantel und dem Außenmantel fließt und sowohl für eine Wärmeableitung vom Stator als auch eine Wärmeübertragung auf das Rohr sorgt.

Die Erfindung soll nun anhand der beiliegenden Zeichnungen und eines darin gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine Kühlung für einen explosionsgeschützten Elektromotor nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 eine Schemadarstellung eines Ausschnitts aus einem Elektromotor mit einer Kühlung nach der Erfindung, und
Fig. 3 eine Schemadarstellung der Kühlung des Elektromotors von Fig. 2.
Der in Fig. 1 gezeigte explosionsgeschützte Elektromotor weist einen äußeren Schutzmantel 1 auf. Im radialen Abstand zu dem äußeren Schutzmantel 1 ist ein hohlzylindrischer Wärmetauscher 2 angeordnet, dessen Innenseite in Kontakt mit dem nicht gezeigten Stator des Elektromotors steht. Der Wärmetauscher 2 weist einen Innenmantel 3 und einen dazu radial im Abstand angeordneten Außenmantel 4 auf. Der Innenmantel 3 ist mit einem spiralförmig gewundenen Steg 5 verschweißt. Der Steg 5 liegt auf seiner dem Innenmantel 3 abgewandten Seite flüssigkeitsdicht gegen den Außenmantel 4 an. Durch den Innenmantel 3, den Außenmantel 4 und den Steg 5 ist ein um den Stator gewundener Kühlkanal 6 mit rechteckiger Strömungsquerschnittsfläche gebildet. Anschlüsse für die Zu- und Abführung eines Kühlmittels zu bzw. von dem Kühlkanal sind in Fig. 1 nicht gezeigt.
Ein Pfeil 7 deutet auf einen zwischen dem Wärmetauscher 2 und dem Schutzmantel 1 geführten Luftstrom hin, welcher für eine gleichmäßige Wärmeabfuhr vom Wärmetauscher sorgt und die Entstehung lokaler Temperaturspitzen innerhalb des Motors verhindert.
Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen. Innerhalb eines Schutzmantels 1a eines explosionsgeschützten Elektromotors sind ein Rotor 8 mit einer Rotorwelle 9 und mit Kurzschlussstäben 10 sowie ein Stator 11 mit Leiterwicklungen 12 angeordnet.
Der Stator 11 ist von einem dazu koaxial angeordneten Wärmetauscher 2a mit einem Innenmantel 3a und einem Außenmantel 4a umgeben.
Zwischen dem Innenmantel 3a und dem Außenmantel 4a ist ein in Spiralform gewundener Kühlkanal 6a angeordnet, der durch ein gebogenes Rundrohr 13 gebildet und, wie in Fig. 3 gezeigt, in einen Kühlkreislauf 17 eingebunden ist. Den verbleibenden Raum zwischen dem Innenmantel 3a und dem Außenmantel 4a füllt ein Gel 14 mit hoher Wärmeleitfähigkeit aus.
Der Kühlkanal 6a könnte statt in das Gel z. B. in Aluminium oder in eine Kühlflüssigkeit eingebettet sein. Denkbar wäre auch eine axiale Kühlmittelströmung im Zwischenraum zwischen dem Innenmantel 3a und dem Außenmantel 4a, welche das Rohr 13 umgibt.
Der in Fig. 3 gezeigte Kühlkreislauf 17 weist z. B. ein durch den Motor selbst angetriebenes Pumpaggregat 15 auf. In dem Kühlkreislauf 17 werden mit dem Kühlmittel Reinigungskugeln 16 umgeführf, die aus einem geschäumten Kunststoff bestehen. Der Durchmesser der Reinigungskugeln ist etwas größer als der Durchmesser der kreisrunden Strömungsquerschnittsfläche des Kühlkanals 6.
Im Motorbetrieb fördert das Pumpaggregat 15 Kühlwasser durch den Kühlkanal 6a. In den Leiterwicklungen 12 des Stators 11 erzeugte Wärme wird durch den Wärmetauscher 2a vom Stator 9 abgeführt. Dabei fördert die hohe Wärmeleitfähigkeit des Gels 14 den Wärmeübergang vom Stator 11 in das im Kühlkanal 6a fließende Kühlwasser.
Alternativ zu diesem geschlossenen Kühlkreislauf wäre auch ein offener Kühlkreislauf denkbar, indem der Zulauf des Wassers an das unter Tage vorhandene Wasserversorgungssystem angeschlossen wird, wobei das Wasser nach Durchlaufen des Motors frei austritt. Alternativ wäre in gleicher Weise auch ein Anschluß an das Kühlwasser der Wetterkühlung möglich.
Die in dem geschlossenen Kühlkreislauf gemäß Fig. 3 mitgeführten Reinigungskugeln 16 sorgen während des Motorbetriebs für eine ständige Reinigung des Kühlkanals 6a. Sich dort aus dem Kühlwasser absetzende Feststoffteilchen werden sofort wieder abgelöst. So bleibt langfristig eine Verschmutzung des Kühlkanals 6a aus und der Wärmetauscher 2a über einen langen Betriebszeitraum in Funktion.
Die Reinigung während der Betriebszeit ließe sich durch zyklische Reinigungen außerhalb der Motorbetriebszeit ergänzen, wozu ebenfalls Reinigungskugeln einsetzbar sind.
Anstelle eines Umlaufs der Reinigungskugeln im geschlossenen Kühlkreislauf zusammen mit dem Kühlmittel, könnten Reinigungskugeln während des Motorbetriebs vor dem Kühlkanal in den Kreislauf eingeführt und hinter dem Kühlkanal aus dem Kühlmittelkreislauf entfernt werden.

Claims

1. Kühlung für einen, insbesondere explosionsgeschützten, Elektromotor, mit einem Wärme vom Stator (9) abführenden Wärmetauscher (2), der einen um den Stator verlaufenden, von einem Kühlmittel durchströmten Kühlkanal (6a) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsquerschnittsfläche des Kühlkanals (6a) kreisförmig ist.

2. Kühlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (6a) durch ein Rohr (13) gebildet ist.

3. Kühlung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (13) zwischen einem Innenmantel (3a) und einem Außenmantel (4a) des Wärmetauschers (2a) angeordnet ist.

4. Kühlung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (13) in eine Substanz (14) hoher Wärmeleitfähigkeit oder/und in eine zwischen dem Innenmantel und dem Außenmantel axial fließende Kühlmittelströmung eingebettet ist.

5. Kühlung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reinigung des Kühlkanals (6) von Anbackungen Reinigungskugeln (16) vorgesehen sind.

6. Kühlung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Einführung von Reinigungskugeln (16) in den Kühlkanal (6a) während des Motorbetriebs vorgesehen ist.

7. Kühlung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Einrichtung zur periodischen Einführung der Reinigungskugeln in den Kühlkanal vorgesehen ist.

8. Kühlung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungskugeln (16) in einem geschlossenen Kühlkreislauf (17) umlaufen.

9. Kühlung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (6a) an eine offene Kühlleitung angeschlossen ist.