DE2417606C3 - Kühler für eine in axialer Richtung im geschlossenen Kreislauf belüftete elektrische Maschine - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühler für eine in axialer Richtung im geschlossenen Kreislauf belüftete elektrische Maschine, bestehend aus von einem über zwei Luftstutzen auf das Miischincngchäuse abgedichtet aufgesetzten Gehäuse umschlossenen Luft-Luft-Wärmetauscher. der zwischen Schottwänden angeordnet ist, einem ersten Freindlüfter für den Innenkühlluftstrom und einem /weiten Frenidliifter für den Außenkühlluftstrom. Ein derartiger Kühler ist aus der DE-OS 15 51436 bekannt Bei diesem Kühler wird der Innenkühlluftstrom in einem einzigen Strömungspfad durch den Wärmetauscher geführt und dort im Querstromverfahren vom Außenkühlluftstrom rückgekühlt. Bei gegebenen Außenabmessungen des Kühlers ist ferner das Flächenverhältnis von Durchtrittsöffnung zur Kühloberfläche im Wärmetauscher festgelegt. Infolge der Querstromkühlung muß der zweite Fremdlüfter für den Außenkühlluftstrom oberhalb des Wärmetauschers angeordnet sein und es muß zur Luftzuführung ein ausreichender Abstand zwischen Kühler und Maschinengehäuse eingehalten werden sowie zur Luftabführung oberhalb des besagten Fre.iidlüfters ein ausreichender Raum verbleiben, was die Bauhöhe der gesamten Maschine und den Höhenbedarf des Raumes vergrößert. Dabei ist bei der Querstromkühlung der Kühleffekt wegen der kurieren Querstromstrecke geringer und außerdem ungleichmäßiger als bei der aus der DE-PS 4 87 345 sowie der Siemens-Druckschrift Bestell-Nr. E 212/1368 bekannten Gegenstromkühlung. Bei dieser bekannten Anordnung für eine eigenbelüftete, in axialer Richtung im geschlossenen Kreislauf belüftete elektrische Maschine sitzen die beiden Eigenlüfter auf der Maschinenwelle. Der Wärmetauscher ist auf die Oberseite ^es Maschinengehäuses aufgesetzt jnd dichtet sowohl die Luftöffnungen in den beiden Lagerschilden sowie außerdem eine dritte öffnung im Ständergehäuse ab. über die sich der Innenkühlluftstrom schließt. Die bekannte Maschinenausführung beschränkt sich auf eigenbelüftete Maschinen, deren Maschinengehäuse mit drei mit dem Kühler in Verbindung stehenden öffnungen versehen sein muß. Beide Kühlluftströme verlaufen jeweils nur in einem Strömungspfad, wobei noch hinzukommt, daß die Eigenbelüftung des Maschineninneren von der Motordrehzahl abhängig ist und sich demzufolge bei hohjr Belastung der Maschinen die Kühlwirkung verringert.

In den Brown Boveri Mitteilungen ISX Band 45. Nr. 10 ist auf S. 467. Bild 9h ein im Innern eigenbelüfteter Motor mit auf das Maschinengehäuse aufgesetztem Kühler mit Fremdbelüftung gezeigt, bei dem teils Mitstrom und teils Gegenstromkühlung sowie eine Querstromkühlung im Wärmetauscher erfolgt. Da auch die Mitstromkühlung *egen des schlechteren Wärmeübergangs zwischen Außen- und Innenkühlluftstrom ungünstiger als die Gegenstromkühlung arbeitet, läßt sich keine optimale Kühlung erzielen.

Aus der DEAS 1149 368 ist ein Gas-Flüssigkeits-Wärmetauscher für elektrische Maschinen bekannt, bei dem der Innenkühlgasstrom im Querstromverfahren von finem durch Röhren geführten Außenkiihlwasserstrom rückgekühlt wird, wobei der Außenkühlwasserstrom in zwei gegenläufig strömende, hintereinandergeschaltete Strömungspfade unterteilt ist. die beide quer zum Innenkühlgasstrom verlaufen.

Aus der DEOS 20 35 723 ist schließlich eine Röhrenkühlung für geschlossene Gleiehstrommaschinen bekannt, bei dem ein auf der Welle sitzender Innenlüfter den Innenkühlluftstrom zwischen um das Maschinengehäuse angeordnete axial erstreckte Kühlrohre im geschlossenen Innenkreislauf treibt und ein Außenventilator die Außenluft durch die Kühlrohre leitet, wobei über die gegenseitigen Richtungen der beiden Kühlluftströme sowie über die Antriebsart des Außenventilators keine Aussage gemacht ist. Die Röhrenkühlung setzt eine aufwendige Sonderkonstruktion mit doppelwandigem Maschinengehäuse voraus.

die die radialen Abmessungen solcher Maschinen sowie deren Gewicht und damit auch die Kosten entsprechend erhöht, wobei die Art der Kühlung für solche Maschinen unveränderbar festgelegt ist Bei dieser Ausführung ist im Innenkühlluftstrom ein Luftfilter für den Bürstenstaub angeordnet, das jedoch ηιτ von einem über die Bürsten streichenden Teil des Innenkühlluftstromes (Nebenweg) beaufschlagt wird, wogegen der größere Teil des InnenkübUuftstromes (Hauptweg) ungep.hert bleibt.

Aus der DE-AS 15 38 825 ist die Verwendung von Schallabsorptionsanordnungen zur Dämpfung bzw. Absorption der bei durchzugsbelüfteten elektrischen Maschinen entstehenden Luftströmungsgeräusche bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kühler der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine reine Gegenstromkühlung und eine Hintereinanderschaltung von Strömungspfaden des Innenkühlluftstromes erreicht wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe geiingt nach der Erfindung dadurch, daß das Gehäuse für den '-Lühler einen den ersten Fremdlüfter enthaltenden Luftumkehrraum für den Innenkühlluftstrom enthält, daß eine erste der Schottwände zwischen dem Luftumkehrraum und dem Wärmetauscher und eine zweite der Schottwände zwischen dem Wärmetauscher und den Luftstutzen des Maschinengehäuses angeordnet sind, daß in den ersten und zweiten Schottwänden an ihren Enden, jeweils in axialer Richtung gesehen, erste und zweite Öffnungen derart vorgesehen sind, daß sich im Bereich des Wärmetauschers zwei in Gegenrichtung zu dem Außenkühlluftstrom verlaufende parallele Strömungspfade für den gesamten Innenkühlluftstrom ergeben, die durch den Luftumkehrraum strömungsmäßig hintereinandergeschaltet sind, wobei der Anfang des ersten Strömungspfades mit dem ersten Luftstutzen über eine der zweiten Öffnungen und das Ende des zweiten Strömungspfades über eine weitere der zweiten Öffnungen mit de.η zweiten Luftstutzen in Verbindung stehen und daß der zweite Fremdlüfter im Bereich der einen Stirnseite des Wärmetauschers angeordnet ist.

Der komplett aufsetzbare Kühler nach der Erfindung erlaubt bei gegebenenfalls ohne aufgesetztem Kühler auch axial durchzugsbelüfteten Maschinen mit nur zwei Öffnungen im Maschinengehäuse eine optimale Kühlung im Gegenstromverfahren. unabhängig von der Maschinendrehzahl, wobei der Kühler unmittelbar und ohne Rücksicht auf die Außenkühlluft/ufuhrabstandslos an das Maschinengehäuse angrenzen kann und durch die Hintereinanderschaltung der Strömui\j.'spfade für den Innenkühüuftstrom auch jei Maschinen mit hohem inneren Strömungswiderstand eine gute Anpassung der Luftdurchtrittsfläche /ur wirksamen Fläche des Wärmetauschers bei gegebenen Kühlerabmessungen erreicht wird.

Einen besonders leise arbeitenden Kühler nach der Erfindung erhält man dadurch, daß der zweite Fremdlüfter vor den Auslaßöffnungen des Wärmetauschers angeordnet und von einer an der Außenwand des Gehäuses des Kühlers befestigten Schalldämmhaube umgeben ist.

Darüber hinaus wird eine an Bauhöhe sparende Ausbildung eines solchen Kühlers dadurch erreicht, daß der erste Fremdlüfte·- vor der einen der ersten öffnun- &5 gen der ersten Schottwand angeordnet ist, durch die die Kühlluft in den Raum de· Wärmetauschers übertritt, wobei übliche Trommellüfter für beide Frcmdlüftcr im Hinblick auf geringe Bauhöhe vorteilhaft sind. Eine Filterung der gesamten Innenkühlluft gelingt auf besonders einfache und sichere Weise gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch, daß der Luftumkehrraum eine Filteranordnung enthält, die über eine verschließbare Gehäuseöffnung auswechselbar ist

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei hintereinandergeschalteten Strömungspfaden im Innenkühlluftstrom dargestellt und nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt nach der Linie C-D in Fig. 3,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie A—B vn 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 den Luftstutzen 4, 5 seines Gehäuses 1 dic^· abschließend aufgesetzt. Oberhalb der Luftstutzet! 4, 5 ist die Gehäusewand als eine /weite Schottwand \i angeordnet, die in nachfolgend noch näher erläuterter Weise angeordnete zweite Öffnungen 13a. 136 aufweist. Parallel und im Abstand zu dieser zweiten SchoUwand 13 ist im Gehäuse 1 eine erste Schottwand 12 mit ersten Öffnungen 12a, 12£> vorgesehen. Beide Schottwände reichen quer von Seitenwand zu Seitenwand des Gehäuses 1. Oberhalb der Schottwar.d 12 liegt im Gehäuse 1 ein Luftumkehrraum 3. in dem eine Filteranordnung 10 sowie der als üblicher Trommellüfter ausgebildete erste Fremdlüfter 6 für den Innenkühlluftstrom I der Maschine angeordnet sind. Der Fremdlüfter 6 ist an der einen Gehäusestirnwand befestigt und wird von einem an der Gehäuseaußenseite befestigten Motor 6.1 angetrieben. Auf der entgegengesetzten Seite ist das Ein- und Ausbringen der Filteranordnung 10 vorgesehen, die im Hauptstrom der beiden Strömungspfade des Innenkühlluftstromes I liegt, und die bei Kommutator- und Schleifringmaschinen besonders vorteilhaft ist. Ein zweiter Fremdlüfter 7 für den Außenkühlluftstrom Il ist mit einer Schalldämmhaube 17 versehen und jedem Fremdlüfter 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 Bördelteehnik hergestellten Kühltaschen 14 mit rechteckförmiger Querschnittsöffnung, die von dem Außenkühlluftstrom Il in Längsrichtung durchströmt werden. Zwischen den Kühltaschen 14 sind Zwischenräume 16 innerhalb des Gehäuses 1 freigehalten, durch die der Innenkühlluftstrom I in zwei parallelen Strömungspfaden jeweils in Gegenstromnchtung zum Außenkühlluftstrom Il transportiert wird. Hierzu sind die Sfrnwändc des Gehäuses 1 so gestaltet, daß sie im Bereich des Wärmetauschers 2 mit mit den Querschnittsöffnungen der Kühltaschen übereinstimmenden Durchbrechungen versehen sind, so daß die Zwischenräume zwischen den Kühltaschen nach außen abgeschlossen sind.

Die Schottwände 12, i3 haben innen bzw. außen angebrachte Öffnungen 12a, 12i> und 13a, \3b für die zwei Strömungspfade des Innenkühlluftstromes I, so daß die beiden Strömungspfade durch den Luftumkehrraum 3 strömungsmäßig hinte^reinandergeschaltet sind und räumlich parallel, strömungsmäßig gleichsinnig im Wärmetauscher 2 verlaufen. Es liegt hier also eine Gegenstromkühlung Für beide Strömungspfade des

Innenkühliuftstromes I vor. Die l.ufistui/en 4. 5 stehen jeweils mit einem Strömungspfad unmitielbiir in Verbindung. Jeder Strömungspfad für den Innenkühlluftstrom I besteht seinerseits aus einer Mehrzahl von durch die Zwischenräume 16 gebildeten Parallelkanälen. Die durch die Kühltaschen 14 gebildeten Kanäle des Außenkühlluftstromes Il sind strömungsmäßig ebenfalls parallelgeschaltet.

Diese Ausführung eignet sich besonders für Maschinen mit hohem inneren Strömungswiderstand des Innenkühlluftstromcs I und damit relativ niedriger innerer Luftmenge, da hier durch Halbierung des Durchtrittsquerschnitts für die Itinenkiihlltifi ein besseres Verhältnis von Duichlritisqiierschnitt zur Kiihlobirfliiche erreicht wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kühler für eine in axialer Richtung im geschlossenen Kreislauf belüftete elektrische Maschine, bestehend aus von einem über zwei Luftstutzen auf das Maschinengehäuse abgedichtet aufgesetzten Gehäuse umschlossenen Luft-Luft-Wärmetauscher, der zwischen Schottwänden angeordnet ist, einem ersten Fremdlüfter für den Innenkühlluftstrom und einem zweiten Fremdlüfter für den Außenkühlluftstrom, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse für den Kühler einen den ersten Fremdlüfter (6) enthaltenden Luftumkehrraum (3) für den Innenkühlluftstrom (I) enthält, daß eine erste (12) der Schottwände (12, 13) zwischen dem Luftumkehrraum (3) und dem Wärmetauscher (2) und eine zweite (13) der Schottwände zwischen dem Wärmetauscher (2) und den Luftstutzen (4, 5) des Maschinengehäuses angeordnet sind, daß in den ersten (12) und zweiten (13) Schottwänden an ihren Enden, jeweils in axialer Richtung gesehen, erste (12a, 12£>) und zweite (13a. 13£>) öffnungen derart vorgesehen sind, daß sich im Bereich des Wärmetauschers (2) zwei in Gegenrichtung zu dem Außenkühlluftstrom (II) verlaufende parallele Strömungspfade für den gesamten Innenkühlluftstrom (I) ergeben, die durch den Luftumkehrraum strömungsmäßig hintereinandergeschaltet sind, wobei der Anfang des ersten Strömungspfades mit dem ersten L ftstutzen (5) über eine der zweiten Öffnungen (13a) und das Ende Hes zweiten Strömungspfades über eine weitere der zweiten Öffnungen (136) mit dem zweiten Luftstu^en (4) in Verbindung stehen und daß der zweite Fremdlüfter (7) im Bereich der einen Stirnseite des Wärmetauschers

(2) angeordnet ist.

2. Kühler nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Fremdlüfter (7) vor den Auslaßöffnungen des Wärmetauschers angeordnet und von einer an der Außenwand des Gehäuses des Kuhlers befestigten Schalldämmhau be umgeben ist.

3. Kühler nach einem der Ansprüche I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der erste Fremdlüfter (6) vor der einen (12a) der ersten öffnungen (12a. 126) der ersten Schottwand (12) angeordnet ist, durch die die Kühlluft in den Raum des Wärmetauschers (2) übertritt.

4 Kühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die f'remdlüfter (6, 7) Trommeliiifter sind.

5. Kühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß der Luftumkehrraum

(3) eine f ilteranordnung (10) enthält, die über eine verschließbare Gehäuseöffnung (11) auswechselbar ist.