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Einrichtung zum Vermindern des Wärmeüberganges zwischen einer sehr
hohen Temperaturen ausgesetzten Welle einer elektrischen Maschine und einem Wälzlager
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Vermindern des Wärmeüberganges zwischen
einer sehr hohen Temperaturen ausgesetzten Welle einer elektrischen Maschine und
einem Wälzlager, zwischen dem und der Welle ein die Welle umgebendes wärmedämmendes
Rohr angeordnet ist.
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Bei der Anordnung von Wälzlagem auf Wellen, die sehr hohen Temperaturen
ausgesetzt sind, ergeben sich Schwierigkeiten, da die für die Schmierung der Wälzlager
verwendeten Schmiermittel nur bis zu bestimmten Höchstteniperaturen verwendet werden
können. Werden diese Grenztemperaturen überschritten, so zersetzt sich das Schmierinittel
und es können Lagerschäden eintreten. übliche Wälzlagerschmiermittel vertragen im
allgemeinen nur mittlere Temperaturen in der Größenordnung von 230' C, können
kurzzeitig jedoch auch Temperaturen von etwa 290' C ausgesetzt werden. Die
obere Temperaturgrenze für üblicherweise zur Verfügung stehende Schmiermittel liegt
also etwa bei 2601 C. In manchen Fällen ist es aber notwendig, daß die Welle
der Maschine, insbesondere einer elektrischen Maschine, bei Temperaturen in der
Größenordnung von 5001 C
und mehrläuft.
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Zur Verringerung des Wärmeüberganges von einer derartig hohen Temperaturen
ausgesetzten Welle auf ein Wälzlager ist es bereits aus der deutschen Patentschrift
513 157 bekannt, das Wälzlager auf einem rohrförinigen Träger aus einem die
Wärme schlecht leitenden Material anzuordnen, wobei der Träger nur an einem oder
beiden Enden auf der Welle befestigt ist. Dieser Träger wird mit Schrniermittel
gekühlt, das in den Hohlraum zwischen Welle und Träger mit Hilfe eines zusätzlichen
Röhrchens eingespritzt wird. Abgesehen davon, daß der Rohrquerschnitt die Förderrnenge
stark begrenzt, sind solche zusätzlichen Mittel zur Kühlung des Lagers sehr störanfällig,
da beispielsweise das Röhrchen leicht verstopfen kann.
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Aus der deutschen Patentschrift 453 225 ist es ferner bekannt,
ein auf einer heißen Welle angeordnetes wärmedämmendes Rohr an der ein Wälzlager
tragenden Oberfläche mit axial verlaufenden Nuten zu versehen. Durch diese wird
ein Kühlmittel geleitet, das auch den Lagerinnenring über einen Teil seines Umfanges
kühlt, während der andere Teil über das wärmedämmende Rohr mittelbar mit der heißen
Welle in Berührung steht. Da die Ausdehnung der Nuten beschränkt ist, wird der Wärmeübergang
von der Welle auf das Wälzlager nur teilweise eingeschränkt.
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Durch die Erfindung werden die bekannten Einrichtungen zum Vermindern
des Wärmeüberganges zwischen einer sehr hohen Temperaturen ausgesetzten Welle und
einem Wälzlager verbessert. Gemäß der Erfindung ist der umlaufende Wälzlagerring
auf einem das wärmedämmende Rohr mit Abstand umgebenden rohrförmigen Träger angeordnet,
der über einen mit ihm einstückigen, mit Durchbrüchen versehenen Teil möglichst
geringer Leitfähigkeit mit einem Ende an der Welle befestigt ist und gemeinsam mit
dem wärmedämmenden Rohr einen Teil eines das gesamte Wälzlager umgebenden Kühlluftkanals
bildet.
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Auf diese Weise wird das Wälzlager allseitig gekühlt und gegen die
heiße Welle wirksam abgeschirmt. Der Wärmefluß von der Welle zu dem Wälzlager über
den Träaer des Lagerinnenringes ist dadurch weitgehend vermindert daß der Träger
nur durch einen sehr dünnen Teil mit seiner Befestigung an der Welle verbunden ist.
der außerdem gekühlt ist, da seine Durchbrüche von Kühlluft durchströmt sind. Diese
Einrichtung gemäß der Erfindung ergibt den Vorteil, daß die Temperaturen im Raum
des Wälzlagers wesentlich geringer sind als die Temperaturen im C, Bereich der Welle,
so daß eine Zersetzung des
Schm;ermittels für das Wälzlager nicht
zu befürchten ist.
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Zum besonderen Schutz des Wälzlagers können zusätzlich an den Stirnseiten
des Wälzla-ers noch Cr e sopderte Wärmeableitrinae aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit
angeordnet werden, die man am umlaufenden Träger befestigt. Diese Wärmeableitringe
vergrößern die kühlende Oberfläche der umlaufenden Teile des Wälzlagers und ermöglichen
außerdem, da sie mit einer verhältnismäßig großen Fläche in en-ern Abstand zu dem
stehenden Trä-er C el umlaufen, eine Abstrahlung eines Teiles der Wärme auch
auf dem stehenden Träger.
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Um ein einwandfreies Arbeiten des Wälzlagers zu gewährleisten, wird
während des Betriebes die in dem das aesamte Wälziaoer um-ebenden Kühlluftkanal
vorhandene Kühlluft ständig umgewälzt. Dazu ist es vorteilhaft, einen dieser Wärmeableitringe
als Zentrifugallüfter auszubilden, der die Kühlluftzirkulation aufrechterhält.
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Die in dem das Wälzlaaer umgebenden Kühlluftkanal umlaufende Kühlluft
bestreicht auf der von der Welle abgewandten Seite des Wälzlagers kühlere Teile,
so daß sie dort die aufgenommene Wärme abgeben kann und rückgekühlt wird. Es ist
vorteilhaft, daß die Kühlluft dort an einern, rohrförmigen Ansatz eines Lagerschildes
entlangstreicht, dessen beide Mantelflächen mit Kühlrippen versehen sind und der
außen von Ständerkühlluft bestrichen wird. Dadurch ist ein Wärmeaustausch zu der
außerhalb des Lagerraumes liegenden kalten Umgebung ermöglicht.
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Im folgenden sei die Erfindung an Hand eines in den F i
g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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F i 1 zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Einrichtung,
F i g. 2 ist ein Teilschnitt längs der Linie A-B der F i 1.
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Der Läufer 1 des elektrischen Motors 2 ist mit der vertikalen
Welle 3 verbunden, die sehr hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Zur Lagerung
des Läufers 1
in dem Ständer 4 dient das Wälzlager 5. Das gesamte Wälzlagger
5 ist von einem Kühlluftkanal 6 umgeben. Daher ist das Wälzlager
5- nicht unmittelbar auf der Welle 3 befestigt, sondern wird von zwei
Trägern 7
und 8 in Abstand zu den benachbarten Teilen gehalten. Beide
Träger 7 und 8 sind rohrförmig ausgebildet.
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Der Träger 7 weist an seinem oberen Ende den Wulst
9 auf, mit dem er an dem Flansch 10 der Welle 3 anliegt und
an dem Läufer 1 befestigt ist. Zwischen dem den Sitz für den inneren Lagerring
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bildenden Teil 12 des Trägers 7 und dem Wulst 9
liegt der
außerordentlich dünn ausgebildete Teil 13.
Die Stärke des Teils
13 ist so gewählt, daß die Wärmeleitun(r von dem Wulst 9 zum Teil
12 sehr gering ist, daß aber die erforderliche mechanische Festigkeit eingehalten
ist. Außerdem ist der Teil 13 mit Durchbrüchen 14 versehen, damit der das
Wälzlager 5 umgebende Kühlluftkanal 6 nicht unterbrochen ist.
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Der zwischen der Welle 3 und dem Träger 7 lie-C aende
Teil des Kühlluftkanals 6 ist auf der der Welle 3
zugewandten Seite
durch das wärmedämmende Rohr 15 be"renzt. Dieses Rohr 15 liegt nicht
unmittelbar C
auf der Welle 3 auf, sondern liegt nur an zwei Ringflanschen
16 und 17 der Welle 3 an. Dadurch besteht im Bereich des Wälzlagers
5 zwischen der Welle 3
und dem Rohr 15 ein luftgefüllter Zwischenraum.
Das Rohr 15 bildet somit einen thermischen Schutz, der in diesem Bereich
die Abstrahlung der in der Welle vorhandenen Wärme verringert.
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Das Wälzlager 5 ist ein Kugellager und, da es das Gewicht des
Läufers 1 zu tragen hat, als Schulterlager ausgebildet, dessen äußerer Laufring
19 sich gegen die Schulter 18 des Trä-ers 8 axial abstützt.
Auf der Außenseite weist der Träger 8 die Schulter 20 auf, über die er von
dem ihn umaebenden rohrförmigen Ansatz 21 des La 'gerschildes 22 getragen wird.
Auf der dem Laaerträ,Uer 8 zugewandten Innenseite trägt der rohrförmige Ansatz
21 des Lagerschildes 22 Rippen 23, die an ihren unteren Enden mit Vorsprüngen
24 versehen sind, auf der die Schulter 20 des Trägers 8 aufliegt. Zwischen
den Rippen 23 sind somit Kanäle 25 gebildet, die Teile des das Wälzlager
5
umgebenden Kühlluftkanals 6 sind.
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Um die Abführung der Wärme aus dem Wälzlager 5 selbst zu verbessern,
sind am Träger 7 die Wärmeableitrin-e 26 und 27 unterhalb und
oberhalb des Wälzlagers 5 befestigt. Sie bestehen aus einem Material, das
eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Material der Lagerringe des Wälzlagers
und der Kugeln, z. B. aus einer Kupferlegierung. Die Zwischenräume zwischen den
Wärmeableitringen 26,
27 und dem stillstehenden äußeren Träger
8 sind so klein wie möglich gehalten, damit die Wärme von den Wärmeableitringen
26, 27 auch auf dem äußeren Träger 8 übergehen kann. Im allgemeinen
sind dafür Abstände von 0,2 bis 0,3 mm ausreichend. Zur Erleichterung dieses
Wärmeüberganges ist der obere Wärmeableitring 27 abgesehrägt.
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Um ein einwandfreies Arbeiten des Wälzlagers 5
zu gewährleisten,
wird während des Betriebes des Elektromotors 2 die Kühlluft in dem das Wälzlager
5
umgebenden Kühlluftkanal 6 ständig umgewälzt. Dazu sind an der unteren
Fläche des Wärmeableitringes 26 radial -erichtete Lüfterflügel
28 befestigt. Diese bilden Förderkanäle, die an der dem Wärmeableitring
26 abgekehrten Seite von dem Ring 29 abgedeckt sind.
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Während der Rotation der Welle 3 wird die Kühlluft durch die
Lüfterflügel 28 umgewälzt. Die Kühlluft strömt infolgedessen, wie es in F
i g. 2 durch die eingezeichneten Pfeile angedeutet ist, durch die Kanäle
25 und kühlt hierbei den äußeren, stillstehenden Träger 8. Nach dem
Austritt aus den Kanälen 25
fließt die Kühlluft längs der Oberfläche des Wärmeableitringes
27, durchströmt dann die Durchbrüche 14 des Teiles 13 und tritt in
den ringförmigen Raum ein, der durch das Rohr 15 und den inneren, umlaufenden
Träger 7 gebildet wird. Die Kühlluft übernimmt hierbei die Wärme vom Rohr
15 und vom inneren Träger 7. Anschließend tritt die Kühlluft wieder
in den Zentrifugallüfter ein. Hierbei übernimmt sie die Wärme vom Wärmeableitring
26.
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Die bei ihrem Umlauf aufgenommene Wärme gibt die Kühlluft während
des Umlaufes an den Ansatz 21 des Lagerschildes 22 ab, dessen kühlende Oberfläche
durch die Rippen 23 und die auf der Außenseite liegenden Kühlrippen
30 vergrößert ist. Die Kühlrippen 30 werden durch einen Kühlluftstrom
gekühlt, der an der Außenseite des rohrförmigen Ansatzes 21 entlangfließt und der
einen Teil eines zur Kühlung des Ständers 4 verwendeten Kühlkreislaufes bildet.
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Zwischen dem Läufer 1 und dem Wälzlager 5 ist weiterhin
der Wärmeschutz 31 angeordnet, der aus
einer Reihe von mit
Abstand anaeordneten Platten C
besteht, die den Wärmeübergang vom Lagerraurn
zum Läufer erschweren. Gleichzeitic, be-renzt dieser C C
Wärmeschutz
31 einen Teil des Kühlluftkanals 6.