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Luftgekühlte elektrische Maschine in Tandembauart Bei der Kühlung
elektrischerMaschinen inTandembauart, bestehend aus zwei axial nebeneinanderliegenden
Ständern in einem Gehäuse und zwei nebeneinandier auf einer gemeinsamen Welle befestigten
Läufern, ist dafür zu sorgen, daß beide Teilmaschinen mit Rücksicht auf ihre gleiche
Belastung völlig gleichmäßig gekühlt werden. Hierzu hat man bereits den Kühlluftstrom
radial in die Gehäusemitte eingeleitet und diesen in zwei in entgegengesetzte Richtungen
strömen-de Kühlluftströme unterteilt, von denen je-
weils einerdie entsprechende
Teilmaschine in axialer Richtung durchströmte, um sodann durch öffnungen der entsprechenden
Lagerschilde auszutreten. Einer solchen Luftführung haftet jedoch der Mangel an,
daß zur ausreichenden Kühlung der Oberflächen der beiden Läuferb#leohpak-ete und
der Stromwender ein großer Kühlluftdurc#hsatz erforderlich ist,_ weil es nicht gelingt,
den radial in die Gehäusemitte eingeführten Kühlluftstrom durch etwa vorgesehene
Kühlluftkanäle der Läuferblechpakete und der Stromwender zu drücken. Der Grund hierfür
liegt einmal darin, daß die beiden Läufer auf der gemeinsamen Welle möglichst dicht
nebeneinanderliegen müssen, um eine kurze, biegesteife Läuferwelle zu erhalten.
Der dabei zwischen den beiden Läufern verbleibende kleine freie Raum reicht nicht
aus, um etwa die radia,1 dazwischentretende Kühlluft mit erträglichen Strömungsverlusten
in die axiale Richtung umzulenken. Weiterhin wirkt dem Eintritt des radial in die
Maschine eingeführten Kühlluftstromes in den Raum zwischen den beiden Läufern die
Eigenventilation der Läuferwickelköpfe entgegen, so daß diese Kühlluftströmung sehr
verlustreich ist. Ein weiteres Hindernis für eine solche Luftführung hilden die
normalerweise in dem Raum zwischen den beiden Läufern angeordneten Ausgleichsverbindungen
der Läuferwicklungen. Man mußte also bisher darauf verzichten, Läuferblechpa,kete
und Stromwenderkörper durch im Innern dieser Teile verlaufende Kühlluftkanäle zu
kühlen, und mußte sich damit begnügen, die in dies-en Teil-en auftretende Wärme
durch reichliche Kühlung der Läufer-und Stromwenderoberflächen abzuführen.
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Gegenstand der Erfindung ist eine luftgekühfte elektrische Maschine
in Tandernbauart mit gemeinsamem Lufteinlaßistutzen. für elektrische Triehfahrzeuge.
Nach der Erfindung tritt von dem Lufteinlaßstutzen durch, jeden der beiden stirnseitigen
Lagerschilde -ein axial gerichteter Kühlluftstrom in. das MaFchinengehäuse, der,
nachdem er die- in den umlaufenden Teilen der einen Teilmaschine befindlichen Kühlluftkanäle
durchströmt hat, in dem Raum zwischen den beiden Läufern auf den zweiten Kählluftstrom
t-rifft" mitdiesem gemeinsam zur Vergrößerung des dem_ Stromwender zugeführten Luftvolumens
und damit zur Verbesserungder Wärmeabfuhr radial nach außen strömt, bis er in der
Höhe der Ständerblechpakete wieder abgezweigt wird, nunmehr über den Ständerrücken,
die Ständerwickeliköpfe und die Oberfläche des Stromwen-ders der Teilmaschine wieder
zu dem entsprechenden stirnseitigen Lagerschild zurückströmt und durch diesen das
Maschinengehäuse verläßt.
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Dadurch wird eine völlig gleichmäßige und gute Kühlung beider Teilmaschinen
erzielt. Ein besonderer Vorteil der Kühlluftführung nach der Erfindung ist die sehr
wirksame Kühlung der beiden Stromwender, weil ja, die Kühlluftströme mit der Temperatur
der Außenluft in die Kühlluftkanäle:der Stromwender eintreten und augerdern auf
ihrem Rückweg zu den Luftaustrittsöffnungen in den Lagerschilden die Stromwenderob,erfläche
bestreichen. Dadurch gelingt es, die Betriebstempera.tur der Stromwender besonders
niedrig zu halten bzw. deren Lebensdauer beachtlich zu erhöhen. Außerdem wird bei
der Kühlluftführung nach der Erfindung die Eigenventilation der beiden Läufer in
vollem Umfange zur Förderung der Kühlluft herangezogen. -
Dadurch, daß die
Kühlluft, die den Läufer kühlen soll, um die Maschine herumströmt, unter dem Stromwender
hindurchgeführt wird und anschließend von dem gemeinsamen mittleren Radialgebläse
bis zu demjenigen Raum gedrückt wird, in: dem die Verbindungswicklung der- beiden
Ständer liegt, und dadurch, daß diese bereits erwärmte Kühlluft dort mit neuer Kühlluft
aus dem Eintrittsstutzen vermischt wird und mit dieser gemeinsam über die Wickelköpfe
und über die-Stromwenderlamellen nach außen strömt, wird eine denkbar beste Ausnutzung
des Kühlluftvolumens erzielt,
weil die Wärmeaufnahmefähigkeit und
der Wärmeübergangg durch das vergrößerte Luftvolumen und damit durch die größere
Luftgeschwindigkeit wesentlich verbessert wird.
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In dem freien Raum zwischen den beiden Läufern unterhalb der Läuferwickelköpfe
wird nach der weiteren Erfindung ein auf der Läuferwelle befestigtes Radiallüfterrad
angeordnet, daß die Kühlluft aus beiden axialen Richtungen -a-nsaugt und im Sinne
der Eigenventilation der Läufer wirkt. Dieser Lüfter bedingt, obwohl er für die
gesamte Kühlluftförderleistung bemessen wird, keine Vergrößerung des axialen Abstandes
der beiden Läufer, sondern sein Einbau an dieser Stelle ermöglicht -eine denkbar
beste -Ausnutzung des freien Raumes zwischen den beiden Läufern. Die Verbindungen
der Läuferwicklungen zu den Ausgleichsleitungen werden nicht in diesem Raum zwischen
den beiden Läufern angebracht, sondern auf den beiden Strom-,venderseiten, so daß
dieser Raum voll und ganz für -den Einbau des Radiallüfterrades zur Verfügung steht.
Sollte sich bei besonders hoch belasteten Maschinen die Förderleistung dieses Radiallüfterrades
als nicht ausreichend erweisen, so kann in dem freien Raum oberhalb der beiden.
Stromwender jeweils ein zusätzlicher Axiallüfter vorgesehen werden, der die Kühlluft
vom Ständerrücken her ansaugt und durch die Luftaustrittsöffnungen des jeweiligen
Lagerschildes drückt.
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Eine so luftgekühlte elektrische Maschine eignet sich wegen ihrer
axial gedrängten Bauweise besonders gut für den Einbau in elektrische Lokomotiven
als Tatzlagermotor. Um den besonderen Anforderungen hierbei Rechnung zu tragen,
erfolgt die Luftzuführung über zwei an den stirnseitigen Lagerschilden endende Luftführungskanäle,
derenVerlegung auf dem Maschinengehäuse den Einbauverhältnissen der Maschine angepaßt
ist. Man ist so ohne weiteres in der Lage, jeden der-heiden erwähnten Luftführungskanäle
an einer beliebigen Stelle des Gehäuseumfanges -der Maschine abzukrümmen und in
einer bestimmten Höhe oberhalb der Fahrzeugachsen -enden zu lassen. Die bisher beschriebene
Kühlluftführung ist sowohl bei Fremd- als auch bei Eigenbelüftung der elektrischen
Maschine möglich, die im folgenden aufgezeigte Kühlluftführung ist es dagegen nur
bei Fremdbelüftung der Maschine.
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Bei fremdbelüfteten elektrischen Maschinen in Tandembauart kann man,
die Kühlwirkung der beiden axial in die Maschine eingeführten Luftströme durch einen
in Maschinemnitte zunächst radial eingeführten Luftstrom verstärken. Dabei- wird
der in Maschinenmitte zunächst radial eingeführte Luftstrom durch in den Lufteintrittsstutzen
hineinragende Leitbleche in zwei tangential gerichtete Luftströme aufgeteilt, die
sich in dem Raum zwischen den beiden Ständerblechpaketen über den Maschinenumfang
verteilen und von da aus gemeinsam mit den axial eingeführten Luftströmen über Ständerrücken,
Ständerwickelköpfe und die Oberfläche der Stromwender zu den Luftaustrittsöffnungen
der Lagerschilde geführt werden. Hierbei wird also die gesamte Kühlluft von einem
außerhalb der Tandemmaschine befindlichen Lüfter gefördert, von dem Gesamtkühlluftstrotn
wird die radial -in die Tandemmaschine einströmende Kühlluft abgezweigt, und der
restliche Kühl-luftstrom wird in zwei nach entgegengesetzten - Richtung-en
zu den axialen Lufteintrittsöffnungen der beiden Lagerschilde strömende Kühlluft-Teilströme
zerlegt. Diese Aufteilung der gesamten Kühlluft in,die einzelnen- Kühlluft-Teilströme
und die erforderliche Abgleichung der Größen diesex Kühlhiff-Teilströme
- wird durch in die Kühlluftkanäle eingebaute Leitblieche ermöglicht, deren
Einstellung an Hand der Typenprobe vorgenommen und festgelegt wird. - -
Um
eine möglichst gleichmäßige Verteilung der zusätzlich in die Maschine eingeführten
Kühlluft über den Ständertimfang zu erreichen, werden die über die Ständerrücken
führenden Kühllufikanäle gegen den Raum zwi,schen äen beiden Ständerblechpaketen,
in den die radial durch den Lufteinlaßstutzen strömende Kühlluft gelangt, durch
Bleche abgedeckt, die mit Lufteinlaßschlitzen versehen sind. Die Breite dieser Lufteinlaßschlitze
nimmt dabei mit wachsender Entfernung vom Lufteinlaßstutzen zu, so daß der Strömungswiderstand
entsprechend dem mit wachsen-der Entfernung vom Lufteinlaßstutzen abnehmenden Luftdruck
verringert wird und so die Kühlluftmenge in jedem der Luftführungskanäle der Ständerblechpakete
gleich groß ist. Die Strömungsverluste dieser radial einströmenden Kühlluft werden
außerdem dadurch verringert, daß die beiden Teilständer der Tandernmaschine eine
gemeinsame Wicklungerhalten, die durchgehend gewickelt ist, so daß in dem Raum zwischen
den beiden Ständerblechpaketen keine störenden Wickelköpfe hineinragen. Auch bei
dieser freindbelüfteten Tandemmaschine wird das bereits erwähnte in dein freien
Raum zwischen den beiden Läufern angeordnete Radiaillüfterrad vorgesehen, das die
Eigenventilation der Läufer unterstützt und so zu einer wirksamen Verbesserung der
Kühlluftströmung führt. - - - ; -Ausführtingsbeispiele von nach der Erfindung
ausgebildeten elektrischen Maschinen sind in den Fig. 1,
2 und 3 der-
Zeichnung dar-gestellt. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine elektrische
Maschine in Tandembauart mit lediglich axialem -Kühllufteintritt durch die beiden
Lagerschilde, während Fig. 2 eine' ebensolche Maschine mit zusätzlicher radialer
Kühlluftzuführung in Maschinenmitte zeigt.
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Fig. 3 zeigt die stirnseitige Ansicht einer elektrischen Maschine
nach der Erfindung.
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- Nach Fig. 1 befinden sich die beiden axial nebeneinanderliegenden
Ständerblechpakete 1 und 2 sowie die auf einer durchgehenden Läuferwelle3
befestigten Läuferblechpakete4 und 5 und die dazugehörigen Stromwender6 und
7 in dem gemeinsamen Maschinengehäuse8, das stirnseitig durch die Lagerschilde9
und-10 abgeschlossen ist. Die beiden Luftführungskanälell und 12 liegen auf dein
Maschinengehänse8 und führen die Kühlluft in zwei Teilströmen zu den .Lufteintr#ittsöffnungen13
und 14 (Fig.3) der beiden LagerscUilde. Die symmetrisch- -auf beide Maschinenseiten
verteilten Kühlluft-Teilströnic sind in- der Zeichnung gestricheltdargestellt. Sle
werden von den Lufteintrittsöffnungen 13 und 14 her auf dein eingezeichneten
Wege durch axial verlaufende Kü#hlluftkanäle der Stromwender und der Läuferblechpakete
geführt, treten danach in die Doppelschaufeln des RadiaJlüfters 15 ein und
werden von diesem nach außen gefördert, bis sie in der Höhe der Ständerblechpaketel
und 2 wieder in die axiale Richtung umgelenkt werden. Von da an werden -die beiden
Teilströme durch auf den Ständerrücken befindliche Kühlluftkanäle und durch die
Zwischenräume der Ständerwickeilköpfe geleitet und verlassen schließlich, über die
Oberfläche - der Stromwender strömend, - durch die Luftaustrittsöffnungen
16 und 17 in den Lagerschilden die Tandemniaschine. Um zu verhindern,
daß sich die in die Tandemma,schine eintretende Kühlluft mit der die Tandemmaschine
verlassenden -Kühlluft in -den an die
Lagerschilde angrenzenden
Räumen vermischt, werden die Lagerschilde mit Leitblechen18 und 19 ausgerüstet.
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Wie bereits erwähnt, eignet sich diese Luftführung sowohl für eigenbelüftete
als auch für fremdbelüftete Tandernmaschinen.
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Eine Verstärkung der Kühlwirkung kann, allerdings nur bei fremdbelüfteten
Tandemmaschinen, durch einen in der axialen Mitte des Gehäuses durc#h den Lufteinlaßstutzen20
radial in das Maschineninnere eintretenden Kühllaftstrom erreicht werden, wie in
Fig.2 dargestellt (zusätzlicher Kühlluftstrom strichpunktiert eingezeichnet). Dies-er
radial eingeführte zusätzliche Kühlluftstrom wird durch in den Lufteinlaßstutzen
hineinragende Leitbleche in zwei tangential gerichtete LuftstrÖme aufgeteilt, die
sich in dem Raum21 zwischen den beiden Ständerblechpaketen über den Maschinenumfang
verteilen und von da an gemeinsam mit den axial eingeführten Kühlluftströmen über
Ständerrücken, Ständerwickelköpfe und die Oberflächen der Stromwender zu den Luftaustrittsöffnungen
der Lagerschilde geführt werden. Urn eine möglichst gleichmäßig-- Verteilung dieses
zusätzlichen Kühlluftstromes auf die Kühlluftkanäle der beiden Ständerrücken zu
erzielen, werden die Einlaßöffnungen der Kühlluftkanäle durch Bleche abgedeckt,
in denen sichLufteinlaßschlitze befinden, deren Durchtrittsquerschnitt mit zunehmender
Entfernung vom Lufteinilaßstutzen ebenfalls zunimmt, so daß auf diese Weise der
unvermeidliche Druckabfall des tangential geführten zusätzlichen Kühlluftstromes
längs des Ständerumfanges ausgeglichen wird und' durch jeden der Kühlluftkanäle
der beiden Ständer praktisch die gleiche zusätzliche Kühlluftmenge strömt.
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In Fig. 3 ist die Verteilung der Luftein- und -auslaßöffnungen
auf einem der beiden Lagerschilde in einer Seitenansicht der Tandemmaschine dargestellt.
Vom Lufteinlaßstutzen20 her strömt die Kühlluft durch den Luftführungskanal
11 zu der Lufteintrittsöffnung 13 und verläßt die Tandemmaschine,
nachdem sie diese auf dem geschilderten Wege durchströmte, durch die Luftaustrittsöffnungen
16.