DE2417606A1

DE2417606A1 - Kuehler mit luft-luft-waermetauscher fuer eine elektrische maschine

Info

Publication number: DE2417606A1
Application number: DE2417606A
Authority: DE
Inventors: Max Kirchpfening
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-04-10
Filing date: 1974-04-10
Publication date: 1975-10-16
Also published as: DE2417606C3; DE2417606B2; JPS50144010A

Description

Kühler mit Luft-Luft-Wärmetauscher für eine elektrische Maschine Die Erfindung betrifft einen Buft-Luft-Wärmetauscher zum Aufsetzen auf eine von Lagerschild zu Lagerschild oder entsprechenden Gehäuseöffnungen in einer axialen Richtung belüftete elektrische Maschine, der Jeweils einen motorisch angetriebenen Lüfter für den Innenluftkreis und die Kühlluft aufweist.
Aus der DT-AS 1 280 392 ist ein Kühler dieser Art bekannt, bei dem der Innenluftkreis des Wärmetauschers aus einer Vielzahl von strömungsmäßig parallelgeschalteten Kanälen besteht, die mit Öffnungen der Lagerschilde nach außen abgedichtet verbunden sind. Die einzelnen achsparallel angeordneten Kanäle haben rechteckförmigen Querschnitt und sind im Abstand voneinander angeordnet, so daß die Kühlluft quer zur Längsachse der Maschine hindurchströmen kann (Querstromkühlung) und nach Verlassen des Wärmetauschers über die Oberfläche der Maschine abströmt. Der Kühler muß hierzu im Abstand vom Maschinengehäuse gehalten werden, was zusammen mit dem oben am Kühler aufgesetzten Lüfter für die Kühlluft eine beträchtliche Vergrößerung der Maschinenhöhe ergibt, wobei für die Halterung des Kühlers am Matchinengehäuse und die Rührung der Kühlluft über die Oberfläche der Maschine ein entsprechender konstruktiver Aufwand unvermeidlich ist. Außerdem ist das Flächenverhältnis von Durchtrittsöffnung zur Kühloberfläche bei gegebenen Außenabmessungen des Kühlers festgelegt.
Aus der D?-PS 487 345 ist ein unmittelbar auf das Maschinengehäuse aufgesetzter und Luftöffnungen in den Lagerschilden abdeckender Kühler bekannt, bei dem die Lüfter für die Innenluft und die Kühlluft auf der Maschinenwelle sitzen. Der Innenluftkreis des Wärmetauschers ist über eine Öffnung in dem einen Lagerschild und eine Öffnung im Ständergehäuse geführt, wogegen die Kühlluft über eine stirnseitige Einlaßöffnung und eine umfangsseitige Auslaßöffnung des anderen Lagerschildes dem Wärmetauscher zugeführt und aus stirnseitigen Öffnungen am anderen Ende abgeführt wird. Diese Maschine stellt einen gekapselten Spezialmotor für Schwerlastbetrieb dar, bei dem das Ständergehäuse außer der besagten Luftöffnung noch eine Öffnung zum Auswechseln des Ständerblechpakets samt Läufer aufweist, die im Betrieb durch den Kühler verschlossen ist.
Aus der DT-PS 353 773 ist ferner ein Kühler mit Luft-Luft-Wärmetauscher für eine elektrische Maschine mit von dem einen Lagerschild stirnseitig belüfteten Maschineninneren bekannt.
Bei diesem ringförmigen Kühler mit querstromluftgekühlten Rohren ist eine Gruppe von strömungsmäßig zueinander parallelgeschalteten Rohren über einen ringkanalförmigen Luftumkehrraum strömungsmäßig in Reihe mit einer zweiten Gruppe von strömungsmäßig zueinander parallelgeschalteten Rohren geschaltet unter Anwendung von Schottwänden im Inneren der Maschine und an den Stirnseiten der parallelgeschalteten Rohre, von denen die beiden Gruppen konzentrisch ringscheibenförmig zusammen mit dem Luftumkehrraum zentrisch um die Masnhinenwelle angeordnet sind. Der Lüfter für die Innenluft sitzt dabei innerhalb, der Lüfter für die Kühlluft außerhalb des Maschinengehäuses auf der Läuferwelle. Eine solche Kühlerausbildung vergrößert zwar nicht die Bauhöhe, dafür aber die Baulänge der Maschine. Da dieser Kühler an der Stirnseite der Maschine angebracht ist, ist ein spezieller Lagerschild mit stirnseitigen Öffnungen für die Ein- und Auslässe der Innenluft zu den Gruppen der Kühlerrohre und auf der anderen Stirnseite ein geschlossener Lagerschild notwendig. Es besteht dabei noch der Nachteil, daß die Luftführung im Inneren der Maschine wegen der Umkehrung am geschlossenen Lagerschild strömungsungünstiger als bei einer nur in einer Richtung axial durchströmten Maschine ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühler der eingangs genannten Art, bei dem das Verhältnis von Luftaustrittsfläche zur wirksamen Kühlerfläche sowohl für die Innenluft als auch für die Kühlluft an die jeweiligen Strömungswiderstandsbedingungen in der Maschine leicht angepaßt werden kann, bei unveränderten Außenabmessungen des Kühleres zu schaffen, und zwar vorzugsweise für eine Maschine, die bei entferntem Kühler in einer Richtung axial durchzugsbelüftet und durch Aufsetzen des vollständigen Kühlers samt Lüftern auf die Luftein- und Auslaßöffnungen der Maschine als geschlossene, innengekühlte Maschine betrieben werden kann.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß ein unmittelbar auf das Maschinengehäuse dicht aufsetzbares, die Luftein- und Auslaßöffnungen umschließendes Gehäuse mit den Lüftern, dem Wärmetauscher und einem mit dem Innenluftkreis in Verbindung stehenden Luftumkehrraum und/oder einer mit dem Kühlluftweg in Verbindung stehenden Umlenktasche vorgesehen ist, das Schottwände aufweist, die den Innenluft kreis und/oder den Kühlluftweg in mindestens zwei Teilpfade unterteilt und diese mit dem Luftumkehrraum bzw. der Umlenktasche verbindet, so daß die Teilpfade jeweils strömungsmäßig gleichsinnig hintereinandergeschaltet sind.
Bei Maschinen mit hohem inneren Strömungswiderstand ist der Innenluftkreis im Wärmetauscher in mindestens zwei hintereinandergeschaltete Teilpfade, bei Maschinen mit geringem inneren Strömungswiderstand vorteilhaft auch der Kühlluftweg im Wärmetauscher in zwei hintereinandergeschaltete Teilpfade unterteilt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei hintereinandergeschalteten Innenluftkreisteilpfaden dargestellt und nachfolgend näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt nach der Linie C-D in Fig. 3, Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie A-B in Fig. 1, Fig. 3 einen Längsschnitt nach der Linie E-F in Fig. 1.
Auf das gestrichelt angedeutete Maschinengehäuse 15, d.h. auf die nicht dargestellten Ein- und Auslaßöffnungen in dessen Lagerschilden, ist der Kühler mit seinen Luftstutzen 4, 5 seines Gehäuses 1 dicht abschließend aufgesetzt. Oberhalb der Luftstutzen 4, 5 ist die als Schottwand 13 dienende Gehäusewand angeordnet, die in nachfolgend noch näher erläuterter Weise angeordnete Öffnungen 13a, 13b aufweist. Parallel und im Abstand zu dieser ersten Schottwand 13 ist im Gehäuse 1 eine zweite Schottwand 12 mit Öffnungen 12a, 12b vorgesehen.
Beide Schottwände reichen quer von Seitenwand zu Seitenwand des Gehäuses 1. Oberhalb der Schottwand 12 liegt im Gehäuse 1 ein Luftumkehrraum 3, in dem eine Filteranordnung 10 sowie der als Trommellüfter ausgebildete Lüfter 6 für den Innenluftkreis I der Maschine angeordnet sind. Der Lüfter 6 ist an der einen Gehäusestirnwand befestigt und wird von einem an der Gehäuseaußenseite befestigten Motor 6a angetrieben.
Auf der entgegengesetzten Seite ist eine durch einen abnehmbaren Deckel 11 verschließbare Offnung für das Ein- und Ausbringen der Filteranordnung 10 vorgesehen, die im Falle der Hintereinanderschaltung der beiden Teilpfade des Innenluftkreises I, insbesondere bei Kommutator- oder Schleifringmaschinen vorgesehen ist. Ein Lüfter 7 für den Kühlluftweg II ist mit einer Schalldämmhaube 17 versehen und jedem Lüfter 6, 7 ist eine Leitfläche 8,9 in bekannter Weise vorgeordnet.
Zwischen den Schottwänden 12, 13 ist der Wärmetauscher 2 im Gehäuse 1 untergebracht. Er besteht aus einer Vielzahl von aus rechteckförmigen Blechen in Bördeltechnik hergestellten Kühltaschen 14 mit rechteckförmiger Querschnittsöffnung, die von der Kühlluft (II) in Längsrichtung durchströmt werden.
Zwischen den Eühltaschen 14 sind Zwischenräume 16 innerhalb des Gehäuses 1 freigehalten, durch die die Innenluft (I) in Gegenstromrichtung zur Kühlluft transportiert wird. Hierzu sind die Stirnwände des Gehäuses 1 so gestaltet, daß sie im Bereich des Wärmetauschers mit mit den Querschnittsöffnungen der Kühltaschen übereinstimmenden Durchbrechungen versehen sind, so daß die Zwischenräume zwischen den Kühltaschen nach außen abgeschlossen sind.
Die Schottwände 12, 13 haben innen bzw. außen angebrachte Öffnungen 12a, 12b und 1Da, 13b für zwei Teilpfade des Innenluftkreises I, so daß die beiden Teilpfade durch den Luftumkehrraum 3 strömungsmäßig hintereinandergeschaltet sind und räumlich parallel, strömungsmäßig gleichsinnig im Wärmetauscher 2 verlaufen. Es liegt hier also eine Gegenstromkühlung für beide Teilpfade des Innenluftkreises I vor. Die Luftstutzen 4, 5 stehen in diesem Fall jeweils mit einem Teilpfad unmittelbar in Verbindung. Jeder Teilpfad für den Innenluftkreis I besteht seinerseits aus einer Mehrzahl von durch die Zwischenräume 16 gebildeten Parallelkanälen. Die durch die Kühltaschen 14 gebildeten Kanäle des Kühlluftweges II sind strömungsmäßig ebenfalls parallelgeschaltet.
Diese Ausführung eignet sich besonders für Maschinen mit hohem inneren Strömungswiderstand des Innenluftkreises I und damit relativ niedriger innerer Luftmenge, da hier durch Halbierung des Durchtrittsquerschnitts für die Innenluft ein besseres Verhältnis von Durchtrittsquerschnitt zur Kühloberfläche erreicht wird. Bei hoher Kühlluftmenge erübrigt sich eine Reihenschaltung von Kanälen im Kühlluftweg II.
Im Falle einer Maschine mit relativ geringem inneren Strömungswiderstand des Innenluftkreises und relativ hoher innerer Luftmenge kann es vorteilhaft sein, außer dem Innenluftkreis I auch den Kühlluftweg II in hintereinandergeschaltete Teilpfade zu unterteilen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß oberhalb des Luftstutzens 4 zwei aus Parallelkanälen gebildete Teilpfade durch eine gestrichelt angedeutete Umlenktasche 18 an der einen Stirnseite des Gehäuses 1 in Reihe geschaltet werden. Dabei saugt der Lüfter 7 die Kühlluft nur aus dem einen Teil des Wärmetauschers 2 ab, während in dem neben dem Lüfter liegenden anderen Teil des Wärmetauschers die Kühlluft einströmt. Somit fließt die Kühlluft in der einen Gruppe der Kühltaschen 14 gleichsinnig mit der Innenluft. In der Umlenktasche 18 erfolgt eine Richtungsumkehr der Kühlluft, so daß in der anderen Gruppe der Kühltaschen 14 die Kühlluft entgegengesetzt zur Innenluft in den Zwischenräumen 16 strömt.
8 Patentansprüche 3 Figuren

Claims

Patentansprüche Kühler mit Luft-Luft-Wärmetauscher zum Aufsetzen auf eine von Lagerschild zu Lagerschild oder entsprechende Gehäuseöffnungen in einer axialen Richtung belüftete elektrische Maschine, der jeweils einen motorisch angetriebenen Lüfter für den Innenluftkreis und die Kühlluft aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein unmittelbar auf das Maschinengehäuse (15) dicht aufsetzbares, die Luftein- und Auslaßöffnungen umschließendes Gehäuse (1) mit den Lüftern (6, 7), dem Wärmetauscher (2) und einen mit dem Innenluftkreis (I) in Verbindung stehenden Luftumkehrraum (3) und/oder einer mit dem Kühlluftweg (II) in Verbindung stehenden Umlenktasche (18) vorgesehen ist, das Schottwände (12, 13) aufweist, die den Innenluftkreis (I) und/oder den KWhlluftweg (II) in mindestens zwei Teilpfade unterteilt und diese mit dem Luftumkehrraum (3) bzw. der Umlenktasche verbindet, so daß die Teilpfade jeweils strömungsmäßig gleichsinnig hintereinandergeschaltet sind.
2. Kühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter (6) für den Innenluftkreis (I) im Luftumkehrrauni (3), der Lüfter (7) für die Kühlluft stirnseitig vor dem Kühlluftweg (II) angeordnet sind und daß am Austritt der Kühlluft eine Schalldämmhaube (17) vorgesehen ist.
3. Kühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) zwei auf das Motorgehäuse (15, Lagerschilde) passende Luftstutzen (4, 5) aufweist, die jeweils in einen Teilpfad des Innenluftkreises (I) münden.
4. Kühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilpfade im Wärmetauscher (2) jeweils aus mehreren Parallelkanälen gebildet sind.
5. Ruhler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftumkehrraum (3) eine Filteranordnung (10) enthält, die über eine verschließbare Gehäuseöffnung (11) auswechselbar ist.
6. Kühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (2) aus im Abstand nebeneinander achsparallel angeordneten flachen Eühltaschen (14) mit rechteckförmigem Querschnitt besteht, die von der Kühlluft durchströmt sind und deren Zwischenräume (16) durch stirnseitige Gehäusewände nach außen abgeschlossenund durch Öffnungen (12a, 12b, 13a, 13b) der Schottwände (12, 13) als Teilpfade mit den Luftstutzen (4, 5) und dem Luftumkehrraum (3) in Verbindung stehen.
7. Kühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Trommellüfter (6, 7) vorgesehen sind und der Lüfter (6) für den Innenluftkreis (I) im Gehäuse (1) an dessen einer Stirnseite innerhalb des Luftumkehrraumes (3) und der Lüfter (7) für die Kühlluft an der Gehäuseaußenwand vor den Auslaßöffnungen der Parallelkanäle des Kühlluftweges (II) angeordnet ist.
8. Kühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlluttweg (II) in zwei durch mindestens eine Umlenktasche 18) hintereinandergeschaltete Teilpfade unterteilt ist, so daß die Kühlluft dem einen Teilpfad zu- und vom anderen Teilpfad nach außen abgefuhrt wird.

L e e r s e i t e