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Röhrengekühlte elektrische Maschine Ein Nachteil sämtlicher bisher
bekanntgewordener röhrengekühlter elektrischer Maschinen besteht darin, daß die
Temperatur der an den von Außenluft durchströmten Kühlrohren rückgekühlten Innenkühlluft
auf beiden Stirnseiten der elektrischen Maschinen verschieden ist,so daß auch die
Wickelköpfe entsprechend unterschiedlich gekühlt werden. Diese Tem peraturunterschiede
ergeben sich aus der örtlich verschiedenen Rückkühlung der Innenkühlluft in bisher
bekanntgewordenen Kühlsystemen.
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Am stärksten sind diese Temperaturunterschiede ausgeprägt, wenn ein
einziger Innenkühlluftstrom zwecks Rückkühlung im Gegenstrom zum Außenkühlluftstrom
geführt wird. In diesem Falle sind Temperaturunterschiede in den beiderseitigen
Wickelkopfräumen von etwa 20° C vorhanden. Die Fig. 1 zeigt die Temperaturverteilung
bei dieser bekannten Führung der Innenkühlluft innerhalb einer im schematischen
Längsschnitt dargestellten elektrischen Maschine. Das Ständerblechpaket 1 besitzt
radiale Kühlschlitze 2. Der Innenkühlluftstrom 3 wird durch den Radiallüfter 4 in
den Kühlrohre 15 enthaltenden, zwischen dem Rücken des Ständerblechpaketes 1 und
dem Gehäusemantel liegenden Wärmeaustauscher 5 gedrückt" den er im Gegenstrom zu
dem in den Kühlrohren 15 geführten Außenkühlluftstrom 6 durchströmt. Anschließend
wird der Innenkühlluftstrom 3 radial nach innen umgelenkt und gelangt, über die
Wickelköpfe 7, den hier nicht näher bezeichneten Luftspalt, die radialen Kühlschlitze
2, den außerhalb des Ständerblechpaketes 1 liegenden Ringraum 8 und die Wickelköpfe
9 strömend, wieder zum Radiallüfter 4 zurück. Bei dieser Innenkühlluftführung besitzen
sowohl der Außenkühlluftstrom 6 als auch der Innenkühlluftstrom 3 an den durch Punkte
in der Fig. 1 gekennzeichneten Meßstellen ungefähr die eingetragenen örtlichen Temperaturen.
Der sich ergebende Temperaturunterschied zwischen Außen- und Innenkühlluftstrom
wurde als unterstrichene Ziffer dargestellt. Man erkennt, daß der Temperaturunterschied
zwischen den beiderseitigen Wickelköpfen, unter der Annahme einer Außenlufttemperatur
beim Eintritt in die Kühlrohre von d0° C und einer Erwärmung derselben um 10° C
auf 50° C, 20° C (= 80° C - 60° C) beträgt.
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Eine Verbesserung dieser bekannten Führung der Innenkühlluft und damit
eine Verringerung des Unterschiedes zwischen den beiderseitigen Wickelkopftemperaturen
brachte die ebenfalls bekanntgewordene Führung der Innenkühlluft nach Fig. 2 mit
sich. Die Innenkühlluft wird hier durch zwei Radiallüfter 4 und 10 in zwei Innenkühlluftteilströmen
11 und 12 gefördert, die jeweils in parallelen Zweigen über die stirnseitigen Wickelköpfe
7 und durch die radialen Kühlschlitze 2 im Ständerblechpaket 1 sowie schließlich
in entgegengesetzten Richtungen axial durch den Wärmeaustauscher 5 geführt werden.
Beide Innenkühlluftteilströme 11 und 12 werden durch die Wand 13 in der Mitte des
Maschinenumfanges ständig voneinander getrennt gehalten. Die hier ebenfalls eingetragenen
örtlichen Temperaturen zeigen, daß bei dieser bekannten Innenkühlluftführung der
Temperaturunterschied der Innenkühlluftteilströme auf den beiden Stirnseiten der
elektrischen Maschine, der sich daraus ergibt, daß der Innenkühlluftteilstrom 11
im Gegenstrom und der Innenkühlluftteilstrom 12 im Gleichstrom zum Außenkühlluftstrom
6 geführt wird, bedeutend geringer ist als bei dem zuvor geschilderten System nach
Fig. 1. Er beträgt nur noch 7° C (= 67° C - 60° C), aber die sich daraus ergebende
unterschiedliche Abführung der Verlustwärme aus der elektrischen Maschine ist immer
noch sehr nachteilig für die Materialbeanspruchung.
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Es ist darüber hinaus bereits vorgeschlagen worden, eine Führung der
Innenkühlluft entsprechend der schematischen Darstellung nach Fig. 3 durchzuführen.
Der Wärmeaustauscher 14 ist dabei durch Längsrippen 16 in Umfangsrichtung in eine
gerade Anzahl von Kammern 17 unterteilt, deren Lufteintrittsöffnungen für den Innenkühlluftstrom
18 abwechselnd mit den beiden stirnseitigen Wickelkopfräumen 19 und 20 bzw. den
Räumen 21 und 22 vor den Radiallüftern 23 und 24 verbunden sind. Um diesen Sachverhalt
in der schematischen Darstellung nach Fig. 3 anzudeuten, wurde der Innenkühlluftteilstrom
26, der (auf der linken Seite der Fig. 3) nur in die »obere« Kammer 17 (diese Kammern
17 liegen in Wirklichkeit auf dein Umfang der elektrischen Maschine nebeneinander)
strömen kann, weil die »untere« Kammer 17 auf dieser Seite der Maschine keine Lufteintrittsöffnungen
besitzt, iin Bereich der »unteren« Kammer 17 kurz gestrichelt eingezeichnet. Entsprechendes
gilt für den
aus der »oberen« Kammer 17 austretenden Innenkühlluftteilstrom
25. Auf diese Weise werden die Innenkühlluftteilströme 25 und 26, die über die Wickelköpfe
7 und durch die radialen Kühlschlitze 2 des Ständerblechpaketes 1 strömen, jeweils
einmal im Gleichstrom von dem Außenkühlluftstrom 6 rückgekühlt, so daß sich auch
hier noch ein gewisser Temperaturunterschied auf beiden Stirnseiten der Maschine
einstellen wird. Da jedoch beide Innenkühlluftteilströme 25 und 26, wie die Fig.
3 zeigt, hintereinandergeschaltet sind, gleichen sich die Temperaturunterschiede
weitgehend aus, und man darf mit Temperaturen in den beiderseitigen Wickelkopfräumen
von 60 bzw. 62° C rechnen, d. h., der Temperaturunterschied beträgt nur noch 2°
C.
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Gegenstand der Erfindung ist eine röhrengekühlte elektrische Maschine
mit je einem Innenlüfter auf jeder Stirnseite des Läufers. Erfindungsgemäß ist der
außerhalb des Ständerblechpaketes liegende, die Kühlrohre enthaltende Raum durch
Längsrippen in mehrere in Umfangsrichtung nebeneinanderliegende Kammern für die
Innenkühlluft unterteilt, von denen jeweils zwei benachbarte Kammern durch eine
stirnseitige Verbindungsöffnung in der beide Kammern trennenden Längsrippe unmittelbar
in Verbindung stehen, wobei die eine der beiden Kammern auf der Stirnseite, die
der stirnseitigen Verbindungsöffnung abgewandt ist, eine Lufteintrittsöffnung für
die Innenkühlluft besitzt und die Verbindungsöffnung sowie die Luftein- und die
Luftaustrittsöffnung für die folgenden, in Umfangsrichtung nebeneinanderliegenden
Kammerpaare immer auf der entgegenge setzten Stirnseite der elektrischen Maschine
liegen, verglichen mit der stirnseitigen Lage der entsprechenden Öffnung im benachbarten
Kammerpaar. Durch dieses Kühlsystem werden zwei getrennte Innenkühlluftteilströme
axial geleitet, und zwar je einer dieser Innenkühlluftteilströme von je einem der
beiden stirnseitigen Innenlüfter aus Tiber die Wickelköpfe und durch radiale Kühlschlitze
in der entsprechenden Ständerblechpakethälfte sowie anschließend so durch jedes
zweite der in Umfangrichtung nebeneinanderliegendenKammerpaare, daß er nacheinander
zunächst im Gleichstrom und dann im Gegenstrom bzw. umgekehrt zunächst im Gegenstrom
und dann im Gleichstrom zum Außenkühlluftstrom rückgekühlt wird. Damit gelingt eine
vollständig gleiche Kühlung beider Stirnseiten der elektrischen Maschine.
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An Hand eines Schemas nach Fig. 4 sei diese erfindungsgemäße Luftführung
einer röhrengekühlten elektrischen Maschine erläutert. Auf dem Umfang der elektrischen
Maschine liegen unter anderem die Kammern 27, 28, 29 und 30 nebeneinander, von denen
die Kammern 27 und 28 sowie 29 und 30 je ein zusammengehörendes Kammerpaar bilden.
Durch eine Verbindungsöffnung 31 kann die Innenkühlluft innerhalb eines Kammerpaares
von der einen Kammer in die andere überströmen. Die beiden Innenkühlluftteilströme
werden nun erfindungsgemäß folgendermaßen geführt: Der rechte Innenkühlluftteilstrom
32 wird mittels des Radiallüfters 33 durch die radialen Kühlschlitze 2 und über
die Wickelköpfe 7 der rechten Ständerblechpakethälfte gefördert. Danach wird er
im Gleichstrom zum Außenkühlluftstrom 6 durch die Kammer 27 geführt und gelangt
anschließend in die Kammer 28, durch die er im Gleichstrom zum Außenkühlluftstrom
6 geführt wird. Durch eine hier nicht näher bezeichnete Luftaustrittsöffnung gelangt
dieser Innenkühlluftteilstrom 32 schließlich wieder zum Radiallüfter 33 zurück.
Der linke Innenkühlluftteilstrom 34 wird entsprechend dem eben beschriebenen Kreislauf
mittels des Radiallüfters 35 durch die radialen Kühlschlitze 2 und über die Wickelköpfe
7 der linken Ständerblechpakethälfte gefördert. Danach wird er im Gegenstrom zum
Außenkühlluftstrom 6 durch die Kammer 29 geführt und gelangt anschließend in die
Kamer 30, durch die er im Gleichstrom zum Außenkühlluftstrom 6 geführt wird. Durch
eine hier nicht näher bezeichnete Luftaustrittsöffnung gelangt der Innenkühlluftteilstrom
schließlich wieder zum Radiallüfter 35 zurück.
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Da. es für die Endtemperatur eines rückgekühlten Innenkühlluftteilstromes
so gut wie bedeutungslos ist, ob er erst im Gegenstrom und dann im Gleichstrom zum
Außenkühlluftstrom geführt wurde oder aber umgekehrt erst im Gleichstrom und dann
im Gegenstrom, wird durch die erfindungsgemäße Luftführung eine praktisch symmetrische
Kühlung der elektrischen Maschine erzielt. In die Fig. 4 wie auch in die übrigen
Figuren wurden zur besseren Veranschaulichung der örtlichen Temperaturen, die sich
bei der erfindungsgemäßen Kühlluftführung einstellen, die entsprechenden Temperaturwerte
eingetragen. Man erkennt, daß unter den angenommenen Voraussetzungen in den beiderseitigen
Wickelkopfräumen mit einer Temperatur der Innenkühlluft von 60° C gerechnet werden
darf.