DE2162105C3 - Flüssigkeitsgekühlte Hochstromdurchführung für elektrische Maschinen - Google Patents

Description

öpschlußstücken, die nicht direkt gekühlt werden Sfe aiese Bereiche thermisch hoch beansprucht sind!
,. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde |. eine Hochstromdurchführung zu schaffen, die^iner- !■-; i*ts frei von radialen Kühuiiittel-Anschlußstutzen ist end ¹JeI der darüber hinaus eine einwandfreie KÜh-Jöns der DurchMmurgsenden auch im Bereich der gr-Stromanschlußstucke sichergestellt ist
I; Diese Aufgabe wird bei einer flüss'igkeitsgekühlten iiochstromdurchfuhrung der eingangs genahten Art xo Dach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Stromanschlußstucke rohrförmig sind und auf den Durchfüh rungsleiter aufgeschoben sind, daß der über seine gesamte Länge Nuten aufweisende Einsatz mass·"*- & geführt ist und dieselbe Länge wie der *"'» · v/. rungsieiter aufweist und daß die Kühlflü
und/oder -abführungsbohrungen als Sr _A- _a

ausgeführt sind'»nd mit mindestens eine i. i
ten angeschlossenen ersten Ringkanal b^. Teilringianal m der OberDächs des Einsatzes in den an h;» ,_q Stirnseiten des Einsatzes angrerizenden und inner- ~ fcalb der .-.tromaiiseWuSstucke liegenden Umfanosbereich ies Einsatzes in Verbindung stehen. °

Durch diese zentrale Zu- und Abführung de* Kühlmittels an den Enden des Einsatzes wird der a₅ robr:uimjge Durchführungsleiter über seine gesamte Län_rc und damit auch im Bereich der Stromanschlυi'.stucke sicher gekühlt. Darüber hinaus sind kein«, radialen Kühlmittelanschlüsse erforderlich, so daß c:. Durchfubrungsenden frei für das Anbringen der. -.nschlußstücke sind.

Dibei kann in jeder der beiden Stirnseiten des Ein -tz eine der Sacnbohrungen über jeweils einen die^ ' zugeordneten radialen Verbindungskanal mit den- Ringkanal verbunden sein.

F > ist aber auch möglich, das Kühlmittel nach dem Geg nstromprinzip zu führen. Dizu sind in einer der beiden Stirnseiten des Einsatzes zwei zur Achse des Einsatzes parallele Sackbohrungen vorgesehen, die über radiale Verbi-dungskanäle mit je einem der jeweiis nur die Hälfte der Nuten erfassenden Tetlringkanäle verbunden sind und daß an der anderen Stirnseite die ein? Hälfte der Nuten mit der anderen Hälfte der Nuten entweder über einen umlaufenden zweiten Ringkanal oder über zwei über einen Durch- 4<; messerkanal verbundene zweite Teilringkanäle in Verbindung stehen.

Die Nuten in dem Einsatz können dabei parallel zur Achse desselben oder wendelförmig in Form einer mehrgängigen Schraube verlaufen.

Ferner ^:st es möglich, daß der Einsatz aus leitendem Material besteht und dabei an seinen beiden Enden mit dem Durchfüh ι ungsleiter durch Lötung oder Schweißung fest verbunden ist.

Ca hi aber auch mögijch, daß der Einsatz aus einem nicht leitenden Werkstoff, wie beispielweise Kunststoff, besieht und dann an seinen beiden Enden über O-Ringdichtungen gegen den Durchführur.gsleiter abgedichtet ist. Zum Ausgleich von unterschiedlichen Wärmedehnungen ist es dabei jedoch zweckmäßig, den Einsatz geteilt mit einem Dehnspalt auszuführen. Diese Teilung ist jedoch nur bei Durchstromung der Nuten in einer Richtung möglich. Be'. df Fühlung des Durchführungsleiteis im Gegestrom prin/sp ist es denigegt nisber zweckmäßiger, wenn der Durchführungsleiter an einem Ende zu einem auf die Stirnseite des Einsatze? aufgehetzten Flüssigkeitsanschlußkopf einen Dehnspal' aufweist und über entsprechende Dichtungen geg~n den Einsatz und die Kühlnuten abgedichtet ist

An Hand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise von Ausführungsbeispielen nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine entsprechende Durchführung mit wendelförmig verlaufenden Nuten und Kühlmitteldurchströmung in einer Richtung,

F:g. 2 einen Querschnitt durch ein Durchführungsende nach Fig. ] entsprechend der Schnittlinie II-II,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch einen Teil des innenliegenden Durchführungsendes mit Kühlung des Durchführungsieiters im Gegen^rtrompinzip,

Fig.4 einen Querschnitt durch das Durchführungsende entsprechend der Schnittlinie IV-IV nach Fig. 3,

Fig. 5 einen Teillängsschnitt durch den Durchfühmngsleiter mit geteiltem Einsatz und

Fig. 6 einen Teillängsschnitt durch den Durchfünx ungsleiter mit Dehnspalt gegenüber de-n Kühlmiitelanschlußkopf.

Nach F i g. 1 besteht die Durchführung aus einem rohrförmigen Durchfühningsleiter 1, der über einen aus einzelnen Lagen gewickelten und insgesamt ebenfalls rohrförmig ausgebildeten Isolierkörper 2 und dem darüber geschobenen Flanschrohr3 mit dem Flansch 4 am nicht näher dargestellten Maschinengehäuse abgestützt ist. Über das nach außen überstehende Ende des Durchführungsieiters 1 und die Isolierung2 ist dabei noch eine Glocken geschoben, die über Dichtungen 6 am Durchführungsleiter 1 und Dichtungen 7 am äußeren Ende des Flanschrohres 3 eine Abdichtung der verbleibenden Spalte zwischen Durchführungsleiter, Isolierzylinder und Flansch rohr sicherstellt.

Da oftmals die Forderung gestellt ist, unmittelbar auf dem Schaft der Stromdurchführung einen Stromwandler anzubauen, muß dafür zur Einhaltung der vorgeschriebenen Mindestschlagweite zum geerdeten Wandlergehäuse die Stromdurchführung um das Maß der Wandlerhöhe verlängert werden. Eine derartige Verlängerung der Durchführung wirkt sich jedoch — insbesondere bei höheren Strömen - — sehr nachteilig auf die Kurzschlußfestigkeit aus, da die Durchführungsisolation am Flansch wegen des dort angreifenden Biegemomentes sehr viel stärker — wenn nicht gar unzulässig hoch — beansprucht wird. Aus diesem Grunde ist nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Flansch 3 hülsenartig über die gesamte Höhe des Wandlers verlängert. Dadurch wird die Kurzschlußfestigkeit der Durchführung wegen des jeu:t kleineren Biegemomentes erhöht. Darüber hinaus ist die Vorschraubungsstelle zv'ischen der Verlängerung des Flansches 3 und der Gluvke S auch bei angebautem Wandler möglich.

Erfindungsgemäß ist nunmehr der Durchführungsleiter 1 auf sc.ner gesamten Länge von einem massiven Einsätze ausgefüllt. Dieser Einsatz kann dabei aus leitendem Material — wie der Durchführungsleiter 1 — bestehen und wegen der gleichen Wärmedehnung an beiden Enden mit dem Durchfühi ungsleiter verlötet oder verschweißt sein.

Zur Kühlung des Durchführungsieiters Ϊ und insbesondere der Anschlußenden des Durchfiihrungsic'-ters, auf die ebenfalls rohrförmige StromanscMußstücke9 und 9 a aufgeschoben sind, sind nach dem

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dargestellten Ausführungsbeispiel in die Mantel- mittel über eine Durchmesserbohrung in einen weite·

fläche des massiven Einsatzes 8 wendelförmig vcrlau- ren Teilringkanal zu den unteren Nuten 10" geführt,

fende Nuten 10 eingeschnitten, die in mehreren par- durch die es dann zur Strinseite 15 des Einsatzes 8

allelen. Gängen ausgeführt sein können. Diese Nuten zurückströmt. Hierbei tritt das aufgewärmte Kühl-

10 sind von einem flüssigen Kühlmittel beaufschlagt, 5 Mittel aus den Nuten 10" in denen das Kühlmittel

so daß die Verlustwärme über die gesamte Länge der zurückströmt, in den unteren Teilringkanal 24 ein

Durchführung, einschließlich der Anschlußenden, und von hier über den radialen Verbindungskanal 22

unmittelbar am Entsichungsort angeführt wird. und die Sackbohrung 20 nach außen aus.

Bei dem in F i g. I dargestellten Ausführungsbci- Zur Umlenkung des Kühlmittels am aüßcnliegenspiel ist dabei zur Zuführung des Kühlmittels in die to den Ende des Einsatzes ist es euch n.öglich, alle Nuaußenliegende Stirnseite 11 des Einsatzes 8 eine ten über einen umlaufenden RingksnaJ zu verbinden, axiale Sackbohrung !2 eingeschnitten, von der - - so daß dann durch die entsprechenden Druckdifferewie insbesondere auch aus dem Querschnitt nach zcn das Kühlmittel von den Nuten IC in die Nuten Fig. 2 hervorgeht — radiale Verbindungskanälc 13 AO" übertritt.

ausgehen, die in einen am Umfang des Einsatzes 8 15 Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen vereingeschnittenen Ringkanai 14 münden. Von diesem laufen die Nuten 10 wendelförmig am Umfang des Ringkanal 14 gehen dann die einzelnen Kühlnutcn Einsatzes 8. Es ist aber auch möglich, dies«; Nuten 10 aus, wobei nach dem vorliegenden Ausführungs- parallel zur Achse der Durchführung verlaufen zu beispiel etwa acht entsprechende Kühlnuten vorgcsc- lassen,
hen sind. ao Wenn der Einsau 8 aus einem nicht leitenden Ma-

An der innenliegenden Stirnseite 15 des Einsät- teriaJ — wie beispielsweise Kunststoff — hergestellt

zes8 ist ebenfalls eine axiale Sackbohrung 16 mit ra- ist, so müssen besondere Maßnahmen vorgenommen

dialen Verbindungskanälen 17 und einer Ringnut 18 werden, um die unterschiedliche Wärmedehnung von

vorgesehen, in die die einzelnen Kühlnuten einmün- Einsatz 8 und Durchführungslciter i auszubleichen,

den; somit wird das Kühlmittel über ein gleiches Ka- »s In dem Läp sschnitt nach Fig. 5 durch ein Ende der

nalsystem wie auf der Eintrittsseite aus dem Einsatz Durchführung wird die unterschiedliche Wärmedeh-

abgefiihrt. Durch die axiale Zu- und Ableitung des nung dadurch ausgeglichen, daß der Einsatz 8 geteilt

Kühlmittels entfallen alle radialen Anschlüsse im Be- ausgeführt ist. Dabei ergibt sich pin Dchnspalt 30,

reich des Durchführungsir iers, wodurch auch eine der auch vom Kühlmittel gefüllt ist. Eine derartige

einwandfreie Kühlung ö*r Kontaktflächen an den 30 Ausführungsform ist jedoch nur möglich, wenn die

Stromanschlußstücken9 und 9 a sicher gewährleistet Kühlnutcn 10 in einer Richtung — wie in den Fig. I

ist. Die Zuführung des Kühlmittels kann auch durch und 2 dargestellt — durchströmt werden. Zur Ab-

die axiale Sackbohrung 16 an der innenliegenden dichtung nach außen sind dabei zwischen einem an

Stirnseite 15 erfolgen, der Austritt des Kühlmittels der Stirnseite angesetzten Kühlmittelanschlußkopf 31

erfolgt dann aus der axialen Sackbohrung 12 an der 35 und dem Einsatz 8 eine O-Ringdichtung 32 und zwi-

außenliegenden Stirnseite 11. sehen dem Ende des Durchführungsleiters I und dem

Es ist aber auch möglich, das Kühlmittel nach dem Kühimittelanschiußkopf 31 eine weitere O-Ringdich-Gegenstromprinzip iu führen. Dabei wird — wie in lung 33 in entsprechende Nuten eingelegt,
dem Teillängsschnitt durch das innere Ende des Ein- Bei Führung des Kühlmittels nach dem Gegensatzes 8 nach F i g. 3 und dem entsprechenden Quer- 4" Stromprinzip ist der Dehnspalt in den Durchfühschnitt nach F i g. 4 dargestellt ist — jeweils nur eine rungsleiter I gelegt (F i g. 6). Das bedeutet, daß die-Hälfte der Kühlnuten von dem Kühlmittel einer Strö- scr Durchführungsleiter 1 in einem bestimmten Abmungsrichtung beaufschlagt. In die Stirnseite 15 sind stand vor dem Kühimittelanschiußkopf 31 endet, so dabei zwei, parallel zur Achse verlaufende Sackboh- daß sich damit ein Dehnspalt 34 ergibt. Hierbei sind rangen 19 und 20 eingeschni· ten, von denen je ein 45 entsprechende O-Ringdichtungen 35 zwischen Kühlradialer Verbindungskanal 21 und 22 zu je einem mittelanschlußkopf 31 und Einsatz 8 sowie »"eitere Teilringkanal 23 und 24 führt. Diese Teilringskanäle Dichtungen 36 und 37 am Umfang des Einsatzes 8 23 und 24 erfassen dabei jeweils nur eine Hafte Iff zum Durchführungsleiter 1 hin angeordnet,
bzw. 10" der Kühlnutanordnung der Kühlnuten 10. Mit der beschriebenen Ausführung der Hoch-

Wie aus den Strömungspfeilen im Querschnitt S* stromdurchführung und der Kühhniitelzu- und -ab-

nach Fig.4 zu ersehen ist, wird das Kühlmittel über führung ist auf einfache Weise eine sichere Kühlung

die Sackbohrung 19 zugeführt und strömt von hier des Durchführungsieiten; auf der gesamten Lange

über den radialen Verbindungskanal 21 und den einschließlich der Stromans "hlußstücke, die bei-

Teilringkanal 23 zu der oberen Hälfte 10' der Kühl- spielsweise auch aus elasiisc ien Bändern besteheh

nütes. Abs auSenüegenden Esde 11 4ss Einsaizesg 55 können, sichergestellt. Damit ist auch eine hohe

wird über einen nicht näher dargestellten Teilringka- Strombelastbarkeit insbesondere der Kontaktflächen

nai das aus den oberen Nuten ausströmende Kühl- an den Anschlußstellen möglich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

'- 2 162 1G5 ^ ι 2 > rung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch Patentansprüche: gekennzeichnet, daß der Einsatz (8) aus nicht lei- : . fendem Werkstoff besteht und an seinen beiden

1. Püssigkeitsgekühlte Hochstromdurchfüh- Enden über O-Ringdiebtungen (32^33,35 bis 37) ■ _v meg für elektrische Maschinen mit einem an sei- S gegen den Durchführungsleiter (1) abgedichtet

* ¹S nen Encen mit Stromanschlußstücken versehe- ist.

nen, rohrförmigen Durchführungsleiter, der über 8. Flüssigksitsgekühlte Hocnstrcmdurcafuheises rolirfonslsen Isolierkörcer und über einen rosg nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, Befestigungsflansch an dem Gehäuse der elektri- daB der Einsatz (8) geteilt mit einem Dehnspalt sehen Maschine befestigt ist, mit einem an der In- io (30) ausgeführt ist (F i g. t>).
nenßäche des rohrförmigen Durchführungsleiters 9. Flüssigkeitsgekühite Hochstromdurchfühdicht anliegenden Einsatz, der an seiner Ober- rung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, fläche Kühlkanäle bildende Nuten aufweist, mit daß der Durchführungsleiter (1) mindestens an mindestens an einem Ende des Einsatzes an- einem Ende zu einem .iiif die Stirnseite des Eingeordnelen Kühiflüssigkeitszu- und/oder -abfüh- 15 srtzes (8) aufgesetzten Flüssigkeitsanschlußkopf rungsbohrungen, dadurch gekennzeich- (31) einen Dehnspalt (34) aufweist(Fig. 6).
net, daß die Stromanschlußstücke (9, 9 α) rohrförmig sind und auf den Durchführungsleiter (I)

aufgeschoben sind, daß der über seine gesamte

Länge Nuten (10) aufweisende Einsatz (8) massiv aa
ausgeführt ist und dieselbe Länge als der Durchführungsleiter (1) aufweist und daß die Kühlfiüs- Die Erfindung bezieht sich auf eine flüssigkeitsgesigkeitszu- "nd/oder -abführungsbohrungen als kühlte Hochstromdurchführung für elektrische Ma-Sackbchrungen (12, !6; 19, 20) ausgeführt sind schinen mit einem an seinen Enden mit Stroman- und mit mindestens einem an die Nuten (10; 10', as schlußstücken versehenen, rohrförmigen Durchfüh-10") angeschlossenen ersten Ringkanal (14, 18) rungsleiter, der üb·?* ^uv>a rohrförmigen Isolierkörbzw. Teilringkanal (23, 24) an der Oberfläche per und über einen 3efer*igungsflansch an dem Gedes Einsatzes (8) in dem an die Stirnseiten (1!, haust der elektrischen Mascnine befestigt ist, mit 15) des Einsatzes angrenzenden und innerhalb einem an der innenfläche des rohrförmigen Durchder Stromanschlußstücke (S, 9 a) liegenden Vm- 30 füferungsleiters dicht anliegenden Einsatz, der an seifangsbereich des Einsatzes (8) in Verbindung ste- ner Oberfläche Kühlkanäle bildende Nuten aufweist, her. mit mindestens an einem Ende des Einsatzes an-

2. Flüssigkeitsgekühite Hochstromdurchfüh- geordneten Kühlfiüssigkeitszu- und/oder -abführung nach Anspruch 1, dadurch geiic^feichnet, rungsbohrungen.

daß in jeder der beiden Stirnseiten (II, 15) des 35 Eine derartige flüssigkeitsgekühite Hochstrom-Einsatzes (8) eine der Sackbohrungen (12, 16) durchführung für elektrische Maschinen ist aus der über jeweils einen diesen zugeordneten radialen deutschen Patentschrift 1080 210 bekannt. Dabei ist Verbindungskanal (13, 17) mit dem Ringkanal der Durchführungsleiter aus zwei ekkfisch leitenden (14, 18) verbunden ist (Fig. 1, 2). und dicht aneinanderliegendea, konzentrischen

3. Flüssigkeitsgekühite Hochstromdurchfüh- 40 Rohrteilen zusammengesetzt und wenigstens einer rung nach Anspruch 1, dadu;ch gekennzeichnet, der Rohrteile über seine ganze Länge mit Nuten zur daß in einer der beiden Stirnseiten (H, 15) des Hindurchleitung eines Kühlmittels versehen. Dieses Einsatzes (8) wei zur Achse des Einsatzes (8; Kühlmittel tritt dabei an einer Seite der Durchfühparallele SacKbohrungen (19, 20) vorgesehen rung radisl von außen in die mehrgängig angeordnesind, die über radiale VerbindungskanäJe (21, 22) 45 ten wendeiförmigen Nuten ein und wird am anderen mit je einem der jeweils nur die Hälfte der Nuten Ende der Nuten umgelenkt und durch eine Zentral-(10', 10") erfassenden Teilringkanäle (23, 24) bohrung im inneren Rohrteil zurückgeführt. Ferner verbunden sind und daß an der anderen Stirnseite ist an die Rohrteile ein Anschlußkopfstück mit mehdie eine Hälfte der Nuten (100 mit der anderen reren parallelen Stromanschlußlaschen angeschlos-Hälfte der Nuten (10") entweder über einen um- 50 sen, wobei diese Anschiußiaschen ebenfalls Innenkalaufenden zweiten Ringkanal oder über zwei über nälc zur Führung des Kühlmittels aufweisen.

einen Durchmesserkanal verbundene zweite Teil- Bei einer derartigen Ausbildung der Durchführung

ringkanäle in Verbindung stehen (F i g. 3,4). ergeben sich jedoch Schwierigkeiten durch die ra-

4. Flüssigkeitsgekühite Hochstromdurchfüh- diale Einleitung des Künimitteis, da hierbei die rung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch 55 Fläche für das Anbringen der Stromanschlußstücke gekennzeichnet, daß die Nuten (10) parallel zur beschränkt ist. Darüber hinaus ist bei einer derartigen Achse des Einsatzes (8) verlaufen. Ausbildung der Durchführung und der Anschluß-

5. Flüssigkeitsgekühite Hochstromdurchfüh·- stücke als parallele Kontaktiaschen eine Kühlung rung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ; insbesondere der Anschlußstücke nur sehr unzurei-

' gekennzeichnet, daß die Nuten wendelförmig ver- "6p chend, da das Verhältnis von Kühlmitfeloberfläche

laufen. zu ?n kühlender Fläche sehr ungünstig ist — abgese-

6. Flüssigkeitsgekühite Hochstromdurchfüh- , hen davon, daß derartige Anschlußlaschen insbesonrung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch dere wegen Anpassunp-Schwierigkeiten praktisch gekennzeichnet, daß der Einsatz (8) aus leiten- Dicht einsatzfähig sind. Gen de aber diese Stromandem Material besteht und an seinen beiden En- 65 schlußstücke der Durchführungen müssen besonders den mit dem Durchführungsleiter (1) fest verbun- gut gekühlt werden, da durch den Kontaktwiderstand den ist. zwischen Durchführungsleiter und Stromanschluß-

7. Fiüssigkeitsgek ühlte Hochstromdurchfüh- stücken sowie wegen des Wärmeflusses aus den Strom-