DE19917958B4

DE19917958B4 - Kühleinrichtung für Elektromotoren

Info

Publication number: DE19917958B4
Application number: DE19917958.1A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Albring Peter; Dipl.-Ing. Apley Rainer; Dr.-Ing. Burandt Bodo; Dipl.-Ing. Rudischer Rainer; Jan Hauptmann
Original assignee: Institut fuer Luft und Kaeltetechnik Gemeinnuetzige GmbH
Current assignee: Institut fuer Luft und Kaeltetechnik Gemeinnuetzige GmbH
Priority date: 1999-04-21
Filing date: 1999-04-21
Publication date: 2014-03-06
Anticipated expiration: 2019-04-22
Also published as: DE19917958A1

Abstract

Kühleinrichtung für mit Gleitlagern, Wälzlagern oder dynamisch gesteuerten magnetischen Lagern ausgerüstete Elektromotoren, vorzugsweise zum Antrieb von Turboverdichtern radialer, diagonaler oder axialer Bauart, in ein- oder mehrstufiger Ausführung, mit direkt auf der Motorwelle angeordnetem Verdichter, mit einer Anordnung von Motor und Verdichter in einem druckdichten Behälter mit einem Druck, der annähernd dem Siededruck des Arbeitsmediums entspricht, welches vorzugsweise von geringer Dichte ist, und bei der die Antriebswelle mit einer Bohrung versehen ist, in die Arbeitsflüssigkeit zum Kühlen geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wellenenden mit feststehenden, die Kühlflüssigkeit aufnehmenden Behältern (2, 4 bzw. 9, 11) verbunden sind und daß die Behälter (2, 4 bzw. 9, 11) über Leitungen mit einem Rückkühlaggregat (6) angeschlossen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für die Lager von hermetisierten Elektromotoren, die insbesondere unter Vakuumbedingungen eingesetzt werden.
Zur Kühlung von Strömungsarbeitsmaschinen, insbesondere deren Antriebsmotoren, sind vielfältige Ausführungen bekannt.
So wird z. B. in der DE 28 33 680 A1 ein Seitenkanalverdichter oder -vakuumerzeuger vorgeschlagen, bei dem auf der Motorwelle zwischen Antriebsmotor und Laufrad ein spezieller Kühlventilator angebracht ist. Gemäß der DE 33 24 076 A1 wird ein Gebläse für die Umwälzung heißer Luft vorgeschlagen, bei dem zur Abführung der Wärme von Motorwicklung und Antriebswelle der Gebläsemotor von einem oder mehreren, im wesentlichen axialen und/oder achsparallelen, durchgehenden und an entgegengesetzten Seiten des Gebläsemotors offenen Strömungskanälen durchzogen ist. In der DE 41 04 034 A1 wird ein Gebläse mit getrennten Hauptluft- und Kühlluftförderbereichen beschrieben.
In der WO 1997/028 372 A1 wird ein Kompressor beschrieben, dessen angetriebene Welle hohl ist, sodass bei Bedarf eine Kühlung mittels einer durch die Welle geleiteten Kühlflüssigkeit möglich ist.
Ebenso ist eine Kühlung von Spaltrohrmotoren bekannt, indem der Motorraum mit einer Flüssigkeit gefüllt wird, die neben der Kühlung auch der Schmierung dient, wie beispielsweise in der DE 34 17 038 C3 beschreiben.
Bekannt sind auch besondere Maßnahmen zur Kühlung bei solchen Maschinen, die insbesondere zur Förderung heißer Medien eingesetzt werden.
So ist z. B. aus der DE 31 51 869 A1 ein Hochtemperaturgebläse bekannt, das insbesondere für Glühöfen eingesetzt wird. Während bei laufendem Gebläse zur Kühlung der Lager über die Hohlwelle Kühlluft angesaugt wird, kann bei Stillstand Kühlluft dadurch zugeführt werden, dass ein Injektor am offenen Ende der Hohlwelle zuschaltbar ist.
Weiterhin ist eine Pumpe für heiße Fördermedien gem. der DE 42 12 982 A1 bekannt, die mit einer Magnetkupplung ausgerüstet ist, bei der die Antriebswelle ebenfalls mit einer Innenbohrung zur Kühlmittelführung versehen ist. Das Kühlmittel, vorzugsweise Luft, wird hierbei über die Innenbohrung der Antriebswelle von einem Kühlmittelförderrad zu am Umfang des Magnetträgers befindlichen Kühlmittelspalten geführt. Diese Kühlmittelspalten münden in einem Kühlmittelaustritt.
Die genannten Lösungen dienen zwar der Kühlung der Lager von Antriebswellen in Strömungsmaschinen, sind aber für die Anwendung bei hermetischen Maschinen nicht geeignet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur möglichst einfachen Kühlung der Antriebswelle und damit auch der Lager von Elektromotoren zu schaffen, die unter Vakuumbedingungen zuverlässig arbeitet und die vorhandenen Druckunterschiede an den Lagern berücksichtigt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruches gelöst. Die Unteransprüche enthalten spezielle Ausgestaltungsformen. Durch die erfindungsgemäß angeordnete Kühleinrichtung wird eine ausreichende Ableitung der Motorwärme auch unter Vakuumbedingungen erzielt und damit die Lagerbelastung minimiert.
Nachfolgende Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung näher erläutern. Die Abbildungen zeigen schematische Darstellungen der Kühleinrichtung.
Gemäß Bild 1 ist die Bohrung der Antriebswelle 1 auf der einen Seite an dem Behälter 2 über eine Dichtung 3 angeschlossen. Auf der anderen Seite, im Bereich des Verdichters, befindet sich der Behälter 4, der eine strömungsgünstige äußere Struktur besitzt. Der Behälter 4 ist ebenfalls über eine Dichtung 5 mit der Antriebswelle 1 verbunden. Der Behälter 2 ist mit elastischen Elementen 8 an dem Gehäuse 13 befestigt. Der Behälter 4 ist über elastische Elemente 8 am Ansaugstutzen des Verdichters befestigt. Durch die elastischen Elemente 8 wird eine Relativbewegung zwischen der Antriebswelle 1 und den feststehenden Bauteilen ermöglicht. Die Behälter 2 und 4 und damit die Bohrung der Antriebswelle 1 sind mit einem Kühlkreislauf verbunden, der eine Pumpe 7 und ein Rückkühlaggregat 6 besitzt.
In Bild 2 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Antriebswelle 1 eine einseitige Bohrung besitzt, in die ein Rohr 10 hinein ragt. Dadurch wird das Kühlmittel durch das Rohr 10 zur Stirnseite der Antriebswelle 1 geleitet, dort umgelenkt und zwischen der Innenbohrung der Antriebswelle 1 und dem Außenmantel des Rohres 10 zurückgeführt. Das Rohr 10 ist fest mit dem Behälter 9 verbunden. Damit wird nur eine Dichtung 3 zwischen Behälter 11 und Antriebswelle 1 benötigt. In den Behältern 9 und 11 ist der Füllungsstand der Kühlflüssigkeit angedeutet. Die Behälter 9 und 11 sind ebenfalls mit einem Kühlkreislauf versehen, der mit einer Pumpe 7 und einem Rückkühlaggregat 6 ausgestattet ist. Zur sicheren Führung des Rohres 10 innerhalb der Antriebswelle 1 sind Führungselemente 12 angeordnet, die eine Relativbewegung zwischen dem feststehenden Rohr 10 und der sich drehenden Antriebswelle 1 ermöglichen. Die Behälter 9 und 11 sind ebenfalls mit elastischen Elementen 8 an den feststehenden Bauteilen befestigt.

Claims

Kühleinrichtung für mit Gleitlagern, Wälzlagern oder dynamisch gesteuerten magnetischen Lagern ausgerüstete Elektromotoren, vorzugsweise zum Antrieb von Turboverdichtern radialer, diagonaler oder axialer Bauart, in ein- oder mehrstufiger Ausführung, mit direkt auf der Motorwelle angeordnetem Verdichter, mit einer Anordnung von Motor und Verdichter in einem druckdichten Behälter mit einem Druck, der annähernd dem Siededruck des Arbeitsmediums entspricht, welches vorzugsweise von geringer Dichte ist, und bei der die Antriebswelle mit einer Bohrung versehen ist, in die Arbeitsflüssigkeit zum Kühlen geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wellenenden mit feststehenden, die Kühlflüssigkeit aufnehmenden Behältern (2, 4 bzw. 9, 11) verbunden sind und daß die Behälter (2, 4 bzw. 9, 11) über Leitungen mit einem Rückkühlaggregat (6) angeschlossen sind.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung zwischen Antriebswelle (1) und den feststehenden Behältern (2, 4 bzw. 11) durch vom Kühlmittel beaufschlagte, dynamische Dichtungen (3 bzw. 5) erfolgt.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlmittelkreislauf eine Pumpe (7) angeordnet ist.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Antriebswelle (1) ein feststehendes Rohr (10) hinein ragt, das auf einer Seite mit dem feststehenden Behälter (9) und mit seiner anderen Öffnung über die Bohrung der Antriebswelle (1) mit dem Behälter (11) verbunden ist.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das feststehende Rohr (10) durch konzentrisch angeordnete, drehbare und flüssigkeitsdurchlässige Lager (12) fixiert wird.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter (2 und 4) über die Relativbewegung zwischen Behälter (2 und 4) und Welle (1) ausgleichende, elastische Befestigungselemente (8) mit den Gehäuseteilen (13) verbunden sind.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Rohres (10) mit strömungsbeeinflussenden Elementen versehen ist.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kühlmittel und Arbeitsmittel der gleiche Stoff sind und daß das Arbeitsmittel in gasförmiger und das Kühlmittel in flüssiger Form auftritt.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dynamischen Dichtungen als Flüssigkeitsringdichtungen ausgebildet sind.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleinrichtung den Druck in den Gefäßen (2 und 4) immer über dem der Umgebungstemperatur entsprechenden Sättigungsdruck der Kühlflüssigkeit hält.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sicherheitseinrichtung den Motorstart bei fehlender Flüssigkeit im System verhindert.