DE19742255C1 - Gehäuselose Drehstrommaschine mit achsparallelen Kühlmittelrohren im Ständerblechpaket - Google Patents
Gehäuselose Drehstrommaschine mit achsparallelen Kühlmittelrohren im StänderblechpaketInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine gehäuselose Drehstrommaschine
mit achsparallelen Kühlmittelrohren in den Eckbereichen
eines Ständerblechpaketes, die auf der A- und B-Seite
miteinander und insgesamt zu einem Kühlmittelkreislauf mit
Anschlußstutzen verbunden sind.
Der höheren Wärmedichte wegen reicht für die Wärmeabfuhr
aus größeren elektrischen Maschinen oftmals eine Eigen-
oder Fremdbelüftung nicht mehr aus und es muß auf eine An
ordnung mit Kühlmittelkreislauf zurückgegriffen werden.
Hierzu ist es bereits bekannt, zwei Kühlmittelrohre aus
einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise Kupfer,
U-förmig zusammenzufassen und in Axialrichtung im Ständer
fuß oder am Grunde der Ständernuten einer Außenläuferma
schine einzugießen, wodurch Kühlmittelein- und austritt für
den Anschluß an einen Kühlmittelkreislauf auf der gleichen
Maschinenseite zu liegen kommen (DE 38 16 652 A1).
Ferner ist es für Maschinen, deren geblechte Ständer als
tragendes Teil ausgebildet sind, bekannt, umfänglich im
Ständer axiale Ausnehmungen für Kühlmittelleitungen vorzu
sehen. Die geraden Segmente der Kühlmittelleitungen werden
beiderseits durch Umlenkbögen miteinander verbunden, wel
che axial mindestens teilweise außerhalb des Ständerpake
tes angeordnet sind. Die Ständerbleche einer solchen Ma
schine haben einen kreisringförmigen Schnitt, weshalb die
gesamte Ständerperipherie mit Durchbrüchen für die Kühl
mittelrohre versehen werden kann, die jeweils mit identi
schen Umlenkbögen auf beiden Maschinenseiten miteinander
verbunden werden können. Für die Zu- und Abführung sowie
im Bereich der Auflager sind spezielle Bogenelemente vor
gesehen, die außerhalb des Ständerblechprofils liegen. (DE
41 07 399 A1). Als nachteiig muß empfunden werden, daß
Bauhöhe und Baubreite der Maschine aufgrund der konzen
trisch verteilten Rohrleitungen und der an den Auflagern
herausgeführten Bogenelementen nicht optimal sind bzw. daß
der Querschnitt des magnetisch aktiven Ständerblechs ge
schwächt wird.
Anordnungen, bei denen eine Kühlrohrwendel in das Maschin
engehäuse eingegossen sind, vermeiden zwar mit Ausnahme
des Zu- und Abgangs besondere Umlenkbögen, kühlen aber die
Maschine nicht unmittelbar am Entstehungsort der Eisenver
lustwärme und sind auf das Vorhandensein eines zusätzli
chen Aluminium- oder Eisengußgehäuses angewiesen (DE 91 07
197 U1). Dies trifft auch für Maschinen zu, in deren Stän
dergehäusewand eine Kühlrohrschlange aus Aluminium oder
Kupfer eingegossen wird (DE 196 27 029 A1).
Weiterhin sind flüssigkeitsgekühlte elektrische Maschinen
bekannt, bei denen in das Gehäuse axiale Kühlkanäle unmit
telbar gußtechnisch eingearbeitet werden. In die Lager
schilde auf der A- und B-Seite der Maschine sind des wei
teren Umleitungen und Zu- und Abführstutzen eingegossen,
die den Kühlmittelstrom lenken (DE 91 12 631 U1, US 5 084
642 A, EP 0 560 993 B1). Probleme bereiten hier insbeson
dere die Abdichtung zwischen dem Gehäusemantel und den
Lagerschilden, abgesehen davon, daß auch hier nicht direkt
das Ständereisen gekühlt wird.
Letztlich ist es auch bekannt, um einen im Querschnitt et
wa kreisrunden Elektromotor ein Gehäuse in Form eines um
schreibenden Quadrates zu legen und die freien Ecken mit
axialen Kühlmittelrohren auszufüllen, wobei über die Art
der stirnseitigen Verbindung der Kühlmittelrohre keine An
gaben gemacht sind (DE 195 10 018 A1).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gehäuselose
Drehstrommaschine der eingangs beschriebenen Gattung so zu
verbessern, daß eine äußerst kompakte Bauweise und eine
effektive Kühlung des Ständerblechpaketes und der Ständer
wicklung bei zugleich aufwendungsreduzierter Herstellung,
Wartungsarmut und Langlebigkeit der Maschine zu einer
kostengünstigen, robusten Maschine mit hoher Leistungs
dichte führen.
Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 2 ange
gebenen Merkmalen gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen ge
ben die Unteransprüche an.
Indem die U-förmigen Kühlmittelrohre von einer Motorseite
her jeweils in die Eckbereiche des Ständers eingeschoben
werden, die ohnehin nicht oder nur unbeachtlich elektro
magnetisch genutzt werden, können die Außenkonturen des
Motors im wesentlichen auf die Konturen des quadratischen
Ständeblechpaketes begrenzt werden. Auf der den U-Bögen
der Kühlmittelrohre gegenüberliegenden Maschinenseite wer
den die Anschlußstutzen, die Eckverbindungsbögen zum Ver
binden der Kühlmittelrohre zweier angrenzenden Eckbereiche
und erforderlichenfalls die Umlenkbögen zum Verbinden
zweier Kühlmittelrohre innerhalb jedes Eckbereichs mon
tiert, was die Herstellung erleichtert. Wesentlich für die
Erfindung ist, daß die Eckverbindungsbögen sowohl inner
halb des etwa quadratischen Ständerblechprofils als auch
innerhalb des Lagerschildraumes dieser Maschinenseite
stirnseitig um den Wickelkopf herum geführt sind. Erst da
mit gelingt es nämlich, die Kantenlänge des Ständerblech
profils im wesentlichen auf die elektromagnetisch aktive
Ständerzone zu reduzieren und die elektromagnetisch nicht
genutzten Gehäuseecken zur Aufnahme von Kühlmittelrohren
heranzuziehen, wobei keine Verbindungen der Kühlmittelroh
re von Ständerecke zu Ständerecke über die Quaderkontur
der gehäuselosen Maschine stehen. Zusätzlich wird in vor
teilhafter Weise die Ständerwicklung im Bereich des Wic
kelkopfes dieser Seite intensiv gekühlt, wobei die Kühl
wirkung infolge der guten Leitfähigkeit von Kupfer oder
Aluminium sich auf die gesamte Wicklung erstreckt.
In weiterer Ausgestaltung sind in jeden Eckbereich die U-
förmigen Kühlmittelrohre von einer Maschinenseite her ein
geschoben und entsprechend auf der anderen Seite durch Um
lenkbögen miteinander verbunden, wobei die noch freien En
den zu jeweils Eckverbindungsbögen und letztendlich zu ei
nem Zuführ- bzw. einem Abführstutzen für den Anschluß an
einen Kühlmittelkreis führen.
Nach einer weiteren Ausführung können auch die U-förmigen
Kühlmittelrohre aus jeweils einem durchgängigen Rohr gebo
gen sein oder aus zwei gestreckten Rohren und jeweils ei
nem Umlenkbogen zusammengesetzt sein.
In Fortbildung der Erfindung sind die zu verbindenden
Rohrsegmente untereinander verlötet.
Des weiteren ist es für eine effektive Kühlung vorteil
haft, wenn die Eckverbindungsbögen im Bereich des Wic
kelkopfes Kühlrippen tragen.
Ferner können in den äußeren Ecken der Ständerbleche zu
sätzlich Kühlluftfenster angeordnet sind, durch die z. B.
mittels eines Lüfters zusätzlich Kühlluft geblasen wird.
Die erfindungsgemäße Drehstrommaschine kann in besonders
vorteilhafter Weise als leistungsstarker Drehstromasyn
chronmotor ausgeführt sein, von dem auch im Stillstand das
volle Drehmoment abverlangt werden kann.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungs
beispiels näher erläutert werden. In der zugehörigen
Zeichnung zeigt:
Fig. 1 ein etwa quadratisches Ständerblech eines Motors,
Fig. 2 die B-Seite des Motors bei abgenommenem Lager
schild,
Fig. 3 die A-Seite des Motors bei abgenommenem Lager
schild und
Fig. 4 einen Schnitt A-A der A-Seite nach Fig. 3 und
Fig. 5 die Ansichten eines Eckverbindungsbogens.
In ein annähernd quadratisches Ständerblech 1 (Fig. 1) ei
nes gehäuselosen Drehstromasynchronmotors sind zusätzlich
zur zentralen, mit Nuten 2 für die Ständerwicklung - deren
Wickelköpfe 3, 17 in den nachfolgenden Fig. 2 bis 4 zu
sehen sind - versehenen Ronde 4 für einen nicht näher dar
gestellten Rotor je Eckbereich ein Kühlluftfenster 5, zwei
Aussparungen 6 für nicht näher dargestellte Spannbolzen
zum Verspannen der Ständerbleche 1 über Preßrahmen 7 zu
einem Ständerblechpaket 8 und vier Aussparungen 9 für noch
näher zu beschreibende Kühlmittelrohre 11 gestanzt.
In Fig. 2 sind die im Zusammenhang mit der Erfindung
wesentlichen Bauteile - von der B-Seite des Motors aus ge
sehen - dargestellt. Das erste Ständerblech 1 des Ständer
blechpaketes 8 wird zum größten Teil von einem Preßrahmen
7 überdeckt, dessen Aussparungen 10 in den Eckbereichen
die Kühlluftfenster 5 sowie die Aussparungen 9 für U-för
mig gebogene Kühlmittelrohre 11 freilassen, welche von
dieser Seite her bis zum Umlenkbogen 12 in die Aussparun
gen 9 der Ständerbleche 1 eingeschoben sind. Im Beispiel
sind in einen Eckbereich jeweils zwei U-förmige Kühlmit
telrohre 11 untergebracht, die von der B-Seite der Maschi
ne eingeschoben sind. Der U-Bogen der Kühlmittelrohre 11
ist durch Biegen eines durchgehenden Rohres hergestellt.
Auf der A-Seite des Motors, die in Fig. 3 schematisch dar
gestellt ist, sind die angrenzenden Schenkel der U-förmi
gen Kühlmittelrohre 11 jeweils über einen Umlenkbogen 13
verbunden. Auf der Motoroberseite sind die Innenschenkel
der inneren U-förmigen Kühlmittelrohre 11 um Anschlußstut
zen 14, 15 ergänzt, an die ein nicht näher ausgeführter
äußerer Kühlmittelkreislauf angeschlossen wird.
Die verbleibenden offenen Enden der Kühlmittelrohre 11
sind miteinander über speziell geformte Eckverbindungsbö
gen 16 verbunden, wodurch insgesamt ein Reihen-Kühlkreis
lauf gebildet wird. Zur Vergrößerung der Kühlfläche werden
bei Bedarf an den Eckverbindungsbögen 16 Rippen 19 ange
bracht, vorzugsweise durch Löten oder Punktschweißen. Es
ist selbstverständlich im Rahmen der Erfindung möglich,
durch entsprechende Verbindungen und Anschlußstutzen auch
eine Parallelschaltung oder kombinierte Reihen-Parallel
schaltung von Kühlmittelrohren zu realisieren.
Die Eckverbindungsbögen 16 sind - bezogen auf das Schnitt
bild der Ständerbleche 1 - so geformt, daß sie innerhalb
der Konturen der Ständerbleche 1 liegen, also weder nach
außen noch nach innen hin überstehen und im wesentlichen -
in Achsrichtung gesehen - vor dem Wickelkopf 17 der A-Sei
te des Motors angeordnet sind und diesen somit zusätzlich
kühlen.
Zur Verdeutlichung ist hierzu in Fig. 4 der Schnitt A-A
nach Fig. 3 dargestellt. Das Ständerblechpaket 8 wird von
Kühlmittelrohren 11 durchsetzt, deren einer Rohrschenkel
im Schnitt dargestellt ist. An das offene Ende dieses
sichtbaren Schenkels des U-förmigen Kühlmittelrohres 11
ist ein Eckverbindungsbogen 16 aufgelötet, der innerhalb
des Profils des Ständerbleches 1 um den Wickelkopf 17 der
Ständerwicklung so geführt ist, daß der Eckverbindungsbo
gen 16 vollständig innerhalb des Lagerschildes 18 unterge
bracht ist, das am Preßrahmen 7 ansetzt. Bedingt durch die
gewählte Biegeform kühlt der Eckverbindungsbogen 16 über
nahezu seine gesamte Länge die Stirnseite des Wickelkopfes
17, wobei die Kühlrippen 19 in diesem Bereich die Kühlwir
kung noch verstärken.
In Fig. 5 ist die Geometrie eines Eckverbindungsbogens 16
ohne Kühlrippen in seinen drei Ansichten dargestellt. Wie
insbesondere aus dieser Darstellung deutlich wird, ist der
Eckverbindungsbogen 16 in allen drei Raumrichtungen gebo
gen.
1
Ständerblech
2
Nut im Ständerblech
3
Wickelkopf der B-Seite
4
Ronde im Ständerblech
5
Kühlluftfenster
6
Aussparung für Spannbolzen
7
Preßrahmen
8
Ständerblechpaket
9
Aussparung für Kühlrohre
10
Aussparung im Preßrahmen
11
Kühlmittelrohr
12
Umlenkbogen auf der B-Seite
13
Umlenkbogen auf der A-Seite
14
Anschlußstutzen
15
Anschlußstutzen
16
Eckverbindungsbogen
17
Wickelkopf der A-Seite
18
Lagerschild
19
Kühlrippe
Claims (9)
1. Gehäuselose Drehstrommaschine mit achsparallelen Kühl
mittelrohren (11) in den Eckbereichen eines Ständerblech
paketes (8), die auf der A- und B-Seite miteinander und zu
einem Kühlkreislauf mit Anschlußstutzen (14, 15) verbunden
sind, wobei von einer Maschinenseite her in die Eckberei
che des Ständerblechpaketes (8) U-förmig hergerichtete
Kühlmittelrohre (11) eingeschoben sind, wobei auf der ge
genüberliegenden Maschinenseite die Anschlußstutzen (14,
15) und Eckverbindungsbögen (16) zum Verbinden der Kühl
mittelrohre (11) zweier angrenzender Eckbereiche angeord
net sind, und wobei die Eckverbindungsbögen (16) sowohl
innerhalb des Ständerblechprofils (1) als auch innerhalb
des Lagerschildes (18) dieser Maschinenseite stirnseitig
um den Wickelkopf (17) herum geführt sind.
2. Gehäuselose Drehstrommaschine mit achsparallelen Kühl
mittelrohren (11) in den Eckbereichen eines Ständerblech
paketes (8), die auf der A- und B-Seite miteinander und zu
einem Kühlkreislauf mit Anschlußstutzen (14, 15) verbunden
sind, wobei von einer Maschinenseite her in die Eckberei
che des Ständerblechpaketes (8) U-förmig hergerichtete
Kühlmittelrohre (11) eingeschoben sind, wobei auf der ge
genüberliegenden Maschinenseite die Anschlußstutzen (14,
15), Eckverbindungsbögen (16) zum Verbinden der Kühlmit
telrohre (11) zweier angrenzender Eckbereiche und Umlenk
bögen (13) zum Verbinden zweier Kühlmittelrohre (11) inner
halb jedes Eckbereichs angeordnet sind, und wobei die Eck
verbindungsbögen (16) sowohl innerhalb des Ständerblech
profils (1) als auch innerhalb des Lagerschildes (18) die
ser Maschinenseite stirnseitig um den Wickelkopf (17) her
um geführt sind.
3. Gehäuselose Drehstrommaschine nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die U-förmigen Kühlmittelrohre (11) aus einem durch
gehenden Rohr gebogen ist.
4. Gehäuselose Drehstrommaschine nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die U-förmigen Kühlmittelrohre (11) aus zwei ge
streckten Rohren und einem Umlenkbogen (13) zusammenge
setzt sind.
5. Gehäuselose Drehstrommaschine nach einem der Ansprüche
2-4, wobei auf der A- bzw. B-Seite der Maschine drei Eck
verbindungsbögen (16), zwei Anschlußstutzen (14, 15) und
n-4 Umlenkbögen (13) angeordnet sind, und n die durch vier
teilbare Anzahl aller U-förmigen Kühlmittelrohre (11) be
zeichnet.
6. Gehäuselose Drehstrommaschine nach einem der vorherge
henden Ansprüche, wobei die Rohrsegmente untereinander
verlötet sind.
7. Gehäuselose Drehstrommaschine nach einem der vorherge
henden Ansprüche, wobei Kühlrippen (19) an den Eckverbin
dungsbögen (16) vorgesehen sind.
8. Gehäuselose Drehstrommaschine nach einem der vorherge
henden Ansprüche, wobei in den äußeren Ecken der Ständer
bleche (1) zusätzlich Kühlluftfenster (5) angeordnet sind.
9. Gehäuselose Drehstrommaschine nach einem der vorherge
henden Ansprüche, wobei sie als Drehstromasynchronmotor
ausgebildet ist.
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DE19742255A DE19742255C1 (de) | 1997-09-25 | 1997-09-25 | Gehäuselose Drehstrommaschine mit achsparallelen Kühlmittelrohren im Ständerblechpaket |
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