DE1613401C3 - Ringförmiger Wickelkopfkuhler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen ringförmigen Wickelkopfkühler aus am Innenumfang des Ständergehäuses anliegenden, metallischen Segmenten mit zwischen die kreuzungsfreien Teile der einzelnen Spulen ragenden, radial angeordneten, metallischen Wärmeübergangsflächen, die durch härtbare wärmeleitende Vergußmassen hohlraumfrei mit dem Wikkelkopf verbunden sind.

Ein derartiger ringförmiger Wickelkopfkühler ist. aus der französischen Patentschrift 1364 058 bekannt. Bei dem bekannten Wickelkopfkühler sind die einzelnen kreisbogenförmigen Segmente mit an den

ίο Stirnseiten des Ständerblechpaketes anliegenden Ringen verbunden und bilden zusammen mit diesen den Wickelkopfkühler. Zur genauen Anpassung an das Ständergehäuse muß er wie dieses vor dem Einbringen einer spanabhebenden Bearbeitung unterzogen und danach zusammen mit dem bewickelten Ständerblechpaket in das Ständergehäuse eingepreßt werden. Der in der Bearbeitung und Montage aufwendige Wickelkopfkühler hat mit seinen radial angeordneten Wärmeübergangsflächen keine Berührung mit kreuzungsfreien Teilen der einzelnen Spulen, so daß der Wärmeübergang von diesen zum Wickelkopfkühler über die schlechter als Metall wärmeleitfähigen Vergußmassen erfolgen muß. Da der Anteil dieser schlechter wärmeleitenden Vergußmassen am gesamten Wickelkopfkühler verhältnismäßig groß ist, kann trotz des notwendigen konstruktiven Aufwandes nur ein beschränkter Kühleffekt erreicht werden. -

Zur Wärmeableitung aus in einem Isoliergehäuse in Isoliermasse eingegossenen Spulensystemen ist es bekannt (deutsche Patentschrift 450 902), in die Isoliermasse von den Spulen ausgehende Wärmeleitplatten so anzuordnen, daß sie mit den Äquipotentialflächen des elektrischen Feldes zusammenfallen. Eine solche Kühlanordnung ohne Segmente ist auch wegen der notwendigen Isoliergehäuse nicht als Wickelkopfkühler für elektrische Maschinen brauchbar.

Aus der britischen Patentschrift 324 753 ist ein Wickelkopfkühler für Läufer elektrischer Maschinen bekannt, bei dem mit den Ober- und Unterschichten der Läuferwicklung getrennt wärmeleitend verbundene Metalleinlagen vorgesehen sind, die jeweils in eine gemeinsame als Lüfterflügel mitbenutzte nach außen ragende Fläche münden. Eine solche Kühleranordnung ist für Ständerwicklungen nicht geeignet.

Ein Wickelkopfkühler für gas- und flüssigkeitsdicht gekapselte Ständerwicklungen von Spaltrohrmotoren ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 123 038 bekannt. Die einzelnen mit den Ober- und Unterschichten der Spulen wärmeleitend verbundenen streifenartigen Wärmeübergangsflächen sind mit wärmeleitenden Platten verbunden, die ihrerseits wärmeleitend mit einem eine Nachbearbeitung erfordernden Stützring um das Spaltrohr verbunden sind, so daß eine Wärmeabfuhr zum Spaltrohr und nicht zum Ständergehäuse hin erfolgt. Ein solcher Wickelkopfkühler ist darüber hinaus für normale Maschinen ungeeignet. Entsprechendes gilt auch für einen aus der deutschen Auslegeschrift 1 204 316 bekanntgewordenen Wickelkopfkühler für Spaltrohr-

motoren. Hierbei ist der Wickelkopf von einem ein-. teiligen metallischen Wickelkopfkühler haubenartig umgeben. Da zwischen Spulenteile ragende Wärmeübergangsflächen fehlen, ist der Wärmeübergang ebenfalls nur über eine Vergußmasse möglich und daher die Kühlwirkung entsprechend gering. Das gilt auch für den ausder deutschen Patentschrift 596 337 . bekannten einteiligen haubenförmigen Wickelkopfkühler für.normale elektrische Maschinen. Das Ein-

bringen der Wickelköpfe in einen solchen einteiligen Wickelkopfkühler ist schwierig, und es besteht die Gefahr der Hohlraumbildung zwischen Wickelkopf, Vergußmasse und Wickelkopf kühler.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen ohne Nachbearbeitung leicht anbringbaren, hohlraumfrei mit ver-, ringerten Anteil an Vergußmasse vergießbaren und eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit aufweisenden einfachen Wickelkopfkühler für beliebige elektrische Maschinen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einem ringförmigen Wikkelkopfkühler der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Segmente einteilig sind und gewölbeartig aneinander und an dem Innenumfang des Ständergehäuses kraftschlüssig abgestützt sind und daß die Wärmeübergangsflächen in enge Berührung mit den einzelnen Spulen gebracht sind.

Die einzelnen Segmente können auf einfache Weise in die Wickelköpfe der Ständerwicklung gut wärmeleitend eingefügt und ohne Überarbeitung in guten Wärmekontakt mit.dem Ständergehäuse gebracht werden. Dadurch wird die in den Spulen entstehende Wärme überwiegend unmittelbar auf die einzelnen Segmente und von dort auf das Ständergehäuse geleitet. Die in verringertem Maße benötigte härtbare wärmeleitende Vergußmasse sichert dauerhaft die gute Wärmekontaktgabe zwischen Wickelkopfsegmenten und Ständergehäuse.

Bei Verwendung formsteifer Segmente kann ein besonders guter und betriebssicherer Wärmeübergang von den Segmenten zum Ständergehäuse gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht werden, daß der Kraftschluß zwischen den Segmenten und dem Innenumfang des Ständergehäuses durch Spreizkörper sichergestellt ist, die in axial nach innen verlaufende Ausnehmungen in den radial außerhalb der Wickelköpfe einander zugeordneten Seitenflächen der Segmente einbringbar sind.

Die Verwendung gesonderter Spreizkörper kann ohne Beeinträchtigung der dauerhaften Wärmekontaktgabe gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung dadurch entfallen, daß. der Kraftschluß zwischen dem Segment und dem Innenumfang des Ständergehäuses durch das Segment selbst erfolgt, das aus Formmaterial mit federnden Eigenschaften besteht und das zusätzlich zu der radialen, zwischen den einzelnen Spulen verlaufenden Wärmeübergangsfläche eine weitere tangential verlaufende Wärmeübergangsfläche aufweist, die radial außerhalb des Wickelkopfes in enger Berührung mit demselben angebracht ist, und welches ferner eine tangential und axial verlaufende Außenfläche aufweist, und daß zwischen der tangential verlaufenden Wärmeübergangsfläche und der Außenfläche ein sich im wesentlichen radial erstreckendes Verbindungsteil angeordnet ist.

Zur Vergrößerung der wärmeabführenden Oberfläche des Wickelkopfkühlers und zum mechanischen Schutz der Wickelköpfe ist es vorteilhaft, daß jedes Segment einen radial außerhalb des Wickelkopfes liegenden, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Radialansatz aufweist, zwischen welchem und den Schmalseiten der Wärmeübergangsflächen ein Raum für die in Umfangsrichtung verlaufenden Teile des Wickelkopfes verbleibt.

Eine günstige Leitungszuführung kann dabei dadurch erhalten werden, daß die Radialansätze öffnungen zum Herausführen der Wickelkopfanschlüsse aufweisen.

Zum Schutz der Vergußmasse gegen äußere Einflüsse und zur Vergrößerung der metallischen Oberfläche des Wickelkopfkühlers ist es ferner vorteilhaft, daß radial unterhalb der Wickelköpfe ein eng an der Vergußmasse und an den Radialansätzen anliegender leicht konischer Ring aus gut wärmeleitendem und mechanisch festem Material angeordnet ist.

ίο Weitere Einzelheiten sind an Hand einiger in der Zeichnung teilweise dargestellter' Ausführungsbeispiele des Wickelkopfkühlers nach der Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch den Ständer einer vereinfacht dargestellten elektrischen Maschine,

F i g. 2 eine Draufsicht auf Segmente des Wickelkopfkühlers, .
F i g. 3 ein Segment der F i g. 2 in Seitenansicht,

Fig.4 einen Längsschnitt durch einen vergossenen Wickelkopf nach F i g. 3,

F i g. 5 eine Draufsicht auf federnde Segmente des Wickelkopfkühlers.

Das um die Achslinie 12 symmetrische Ständergehäuse 10 wird von einem nur teilweise gezeigten Luftführungsring 11 umgeben, der eine axiale Längsströmung der Kühlluft über das Ständergehäuse erzwingt. Im Ständergehäuse 10 ist in an sich bekannter Weise das Ständerblechpaket 9 angeordnet, das mit nicht näher dargestellten Nuten und darin untergebrachten Ständerwicklungen versehen ist. Entsprechend der Nutenzahl sind an beiden Stirnenden des Ständerblechpaketes aus einzelnen Segmenten 1 bestehende ringförmige Wickelkopfkühler um die nicht dargestellten Wickelköpfe eng benachbart zu diesen und zum Ständerblechpaket sowie zum Ständergehäuse angeordnet. Jedes Segment 1 enthält einen radial nach innen zwischen die kreuzungsfreien Spulenteile, d.h. zwischen die.axial oder nahezu axial verlaufenden Teile des Wickelkopfes ragende Wärmeübergangsflächen 2, die eine geringere Dicke haben als die Außenteile der einzelnen Segmente, und zwar so, daß die zwischen die besagten kreuzungsfreien Spulenteile eng an diesen anliegend ragen können.

Die Segmente sind mit ihren benachbarten äußeren Seitenflächen 5 aneinander anliegend zu einem Gewölbe verbunden, gegen den Innenumfang des Ständergehäuses 10 abgestützt, und zwar so, daß ein guter Wärmekontakt, zwischen dem ringförmigen Wickelkopfkühler und dem benachbarten Teil des Ständergehäuses 10 gegeben ist. An den äußeren Stirnseiten hat jedes Segment 1 einen Radialansatz 3, der in radialer Richtung langer ist als die Wärmeübergangsfläche 2 und den Wickelkopf auch stirnseitig vollständig oder nahezu vollständig umgibt Zwischen diesem Radialansatz 3 und der Wärmeübergangsfläche 2 ist durch eine geringere axiale Erstrekkung der Wärmeübergangsfläche ein freibleibender Raum 4 vorhanden, der die nicht axial verlaufenden übrigen Teile des Wickelkopfes aufnimmt. Einzelne der Segmente 1 haben an ihren Radialansätzen durchgehende öffnungen 8, durch die die Wickelkopfanschlüsse aus dem Wickelkopfkühler herausgeführt sind. Durch genaue Bemessung der einzelnen Segmente 1 dergestalt, daß der von ihnen gebildete Ring einen etwas größeren Außendurchmesser hat als der Innendurchmesser des Ständergehäuses 10, gelingt es ohne gesonderte Mittel und nachträgliche

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Bearbeitung einen engen Paßsitz des Wickelkopfküh- den Vergußmasse 16 in gutem Wärmekontakt gehallers nach dem Einbringen in das Ständergehäuse zu ten ist.

sichern. Das Ausfüllen der Zwischenräume zwischen Eine andere Ausführungsform des Gegenstandes den Leitern der Wickelköpfe untereinander und mit nach der Erfindung ist in F i g. 5 gezeigt. Hiermit ist den dazwischenliegenden Wärmeübergangsflächen 2 5 es möglich, die einzelnen gewölbeartig aneinanderlie- und den übrigen Innenflächen der Segmente 1 durch genden einteiligen Segmente 1' aus einem Formmateeine gut wärmeleitende Vergußmasse ergibt eine rial mit federnden Eigenschaften in handelsüblicher hohlraumfreie Gesamtanordnung, die eine besonders Band- oder Stangenform in wenig aufwendiger Weise intensive Abführung der in der Wicklung entstehen- im Schnitt- und/oder Preßverfahren herzustellen. Beden Wärme .nach außen an den Wickelkopfkühler io sonders geeignet ist Leichtmetall. Die Segmente ha- und von dort an das Ständergehäuse und die mit ihm ben einen in F i g. 5 dargestellten Querschnitt. Die verbundenen Kühleinrichtungen ermöglicht. Als Ver- zwischen die benachbarten, axial gerichteten längegußmasse eignet sich vorzugsweise eine aushärtbare ren Spulenteile 20 (Unterschenkel der Spulen) der in Masse. bekannter Trapezform ausgeführten Wickel köpfe

Für den Fall, daß ein Paßsitz des aus den Segmen- 15 eingefügten radial verlaufenden Wärmeübergangsfläten 1 gebildeten Wickelkopfkühlers mit dem Ständer- chen 17 α entsprechen den Wärmeübergangsflächen 2 gehäuse nur schwer oder durch eine aufwendige Be- nach der erstgenannten Ausführung. Die radial verarbeitung ermöglicht werden kann, besteht die Mög- laufende Wärmeübergangsfläche 17 α jedes Segmenlichkeit, den etwas kleinere Radien aufweisenden tes 1' geht in eine dem Spulenteil 20 eng anliegende Wickelkopfkühler nach dem Einbringen in das 20 tangential verlaufende Wärmeübergangsfläche 17 b Ständergehäuse durch zwischen einzelne oder alle über, die wiederum mit einem im wesentlichen radial Segmente 1 einfügbare kugelförmige Spreizkörper 7 erstreckten, federnd ausgebildeten Verbindungsteil mit seiner Mantelfläche 13 fest gegen den Innenum- 18 in gut wärmeleitender Verbindung steht, das fang des Ständergehäuses 10 zu pressen. Hierzu kann seinerseits mit einer tangential gerichteten Außengemäß F i g. 2 und 3 jede Seitenfläche 5 der Seg- 25 fläche 19 so verbunden ist, daß die Wärme von den mente 1 vom Radialansatz 3 axial nach innen verlau- Wickelköpfen an das Ständergehäuse 10 und die fende Ausnehmungen 6 aufweisen, die paarweise zu- Kühlluft abgeleitet wird.

sammen eine sich nach innen verjüngende Öffnung Durch die Vergrößerung der Wärmeübergangsfür die umfangsvergrößernden Spreizkörper 7 erge- fläche des Segmentes und die durch die Federwirben. Die aufgespreizten und somit nicht unmittelbar 30 kung der Segmente bedingte innige Verbindung der an ihren Seitenflächen 5 miteinander in Berührung Segmente mit den Wickelköpfen, dem Gehäuse und stehenden Segmente 1 können durch Vergießen mit dem Ring 15 wird eine besonders gute Wärmeableihärtbaren Vergußmassen zu einem festen gewölbear- tung nach außen erreicht. Dabei ist der Wickelkopf tigen Wickelkopfkühler zusammengefügt werden, der und die gut wärmeleitende Vergußmasse 16 allseitig hohlraumfrei mit dem Wickelkopf verbunden ist, wo- 35 gegen mechanische und chemische Einflüsse gebei die Spreizkörper durch die aushärtende Verguß- schützt und es ist das Vergießen der Wicklung zumasse in ihrer Lage festgehalten werden. sammen mit den Segmenten mit der Vergußmasse

Es kann besonders vorteilhaft sein gemäß F i g. 4 sehr erleichtert.

die der Bohrung zugewandte Fläche des aus den Seg- Die Ausbildung der Wickelköpfe in Trapezform menten 1 gebildeten Wickelkopfkühlers für den ange- 40 erlaubt eine Vergrößerung der Segmente auch in deuteten Wickelkopf 14 mit einem eng anliegenden, axialer Richtung. Die Segmente können ebenfalls in sich vorzugsweise nach innen leicht konisch verjün- der in F i g. 3 gezeigten Weise mit nach innen vorragenden Ring 15 aus Material guter Wärmeleitfähig- genden Radialansätzen versehen sein, die einen stirnkeit und großer mechanischer Festigkeit abzudecken, seitigen Abschluß und eine weitere Vergrößerung der wobei der Ring lückenlos.mit der gut wärmeleiten- 45 Kühlwirkung ergeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Ringförmiger Wickelkopfkühler aus am Innenumfang des Ständergehäuses anliegenden, metallischen Segmenten mit zwischen die kreuzungsfreien Teile der einzelnen Spulen ragenden, radial angeordneten, metallischen Wärmeübergangsflächen, die durch härtbare wärmeleitende Vergußmassen hohlraumfrei mit dem Wickelkopf verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dai3 die Segmente (1; 1') einteilig sind und gewolbeartig aneinander und an dem Innenumfang des Ständergehäuses (10) kraftschlüssig abgestützt sind und daß die Wärmeübergangsflächen (2: 17α) in enge Berührung mit den einzelnen Spulen gebracht sind.

2. Kühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftschluß zwischen den Segmenten (1) und dem Innenumfang des Ständergeh^:iuses (10) durch Spreizkörper (7) sichergestellt ist, die in axial nach innen verlaufenden Ausnehmungen (6) in den radial außerhalb der Wickelköpfe (14) einander zugeordneten Seitenflächen (5) der Segmente (1) einbringbar sind.

3. Kühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftschluß zwischen dem Segment (1') und dem Innenumfang des Ständergehäuses (10) durch das Segment (1') selbst erfolgt, das aus Formmaterial mit federnden Eigenschaften besteht und das zusätzlich zu der radialen, zwischen den einzelnen Spulen verlaufenden Wärmeübergangsfläche (17 α) eine weitere tangential verlaufende Wärmeübergangsfläche (17 b) aufweist, die radial außerhalb des Wickelkopfes (14) in enger Berührung mit demselben angebracht ist und welches ferner eine tangential und axial verlaufende Außenfläche (19) aufweist, und daß zwischen der tangential verlaufenden Wärmeübergangsfläche (17 b) und der Außenfläche (19) ein sich im wesentlichen radial erstreckendes Verbindungsteil (18) angeordnet ist.

4. Kühler nach einem der Anspfüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Segment (1; 1') einen radial außerhalb des Wickelkopfes (14) liegenden, sich in Umfangsriehtung erstreckenden Radialansatz (3) aufweist, zwischen welchem und den Schmalseiten der Wärmeübergangsflächen (2: 17 λ) ein Raum (4) für die in Umfangsriehtung verlaufenden Teile des Wickelkopfes verbleibt.

5. Kühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialansätze (3). öffnungen (8) zum Herausführen der Wickelkopfanschlüsse aufweisen.

6. Kühler nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß radial unterhalb der Wickelköpfe (14) ein eng an der Vergußmasse (16) und an den Radialansätzen (3) anliegender leicht konischer Ring (15) aus gut wärmeleitendem und mechanisch festem Material angeordnet ist.