DE2428503B2 - Einrichtung fuer die verdampfungskuehlung einer in einem geschlossenen kuehlmittelbehaelter angeordneten elektrischen vorrichtung mit einer stromdurchflossenen wicklung - Google Patents

Description

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Regler hierfür und ähnliche zusätzliche Bauteile Fig.4 eine auseinandergezogene perspektivische

vorgesehen werden, woraus sich der Nachteil ergibt Darstellung eines Abschnittes der Wicklung der

daß die Vorrichtung insgesamt kompliziert und groß Vorrichtung nach den F ig.l und 3,

ausfällt Fig.5 einen Schnitt durch eine Abwandlung der

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung für die 5 Wicklung,

Verdampfungskühler der eingangs bezeichneten Gat- Fig.6 eine auseinandergezogene perspektivische tung für einen speziellen Anwenduagsfall, nämlich eine Darstellung des Wicklungsabschnittes gemäß F i g. 5,
Linearmotor-Beschleunigungsvorrfchtung, wie sie ins- F i g. 7 einen Teillängsschnitt durch eine abgewandelbesondere etwa für die Beschleunigung des FadenfOh- te Ausführungsform der Erfindung,
rers bei scnützenlosen Webstühlen benutzt wird, so 10 Fig.8 und 9 Darstellungen zur Veranschaulichung auszubilden, daß die Wicklung der Beschleunigungsvor- des Auf baus der Wicklung gemäß F i g. 7,
richtung ohne weiteres Zutun störungssicher intensiv Fig. 10 eine perspektivische Darstellung eines gekühlt wird. Abstandsstücks für die Wicklung gemäß F i g. 7,

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß Fig. 11 eine graphische Darstellung der von der

dadurch, daß die elektrische Vorrichtung einer Linear- i₅ Anordnung gemäß F ig. 12 erzielten Kühlwirkung,

motor-Beschleunigungsvorrichtung, bestehend aus Fig. 12 einen Teillängsschnitt durch die Wicklung

einer ein ortsveränderliches Magnetfeld erzeugenden einer wiederum anderen Ausführungsform der Erfin-

stationären Wicklung und einem von dun Magnetfeld dung,

bewegbaren Körper aus elektrisch leitendem Material Fig. 13 eine perspektivische Teilansicht einer weiteist, daß die Wicklung ein den Körper auf nehmendes, sich 20 ren Ausführungsform der Erfindung, in welcher Teile quer durch den Kühlmittelbehälter erstreckendes zur Veranschaulichung des inneren Aufbaus weggebro-Beschleunigungsrohr umgibt und eine Mehrzahl neben- chen sind,

einander liegender Wicklungsabschnitte bildet und daß Fig. 14 einen teilweise weggebrochenen Langs-

in den Wicklungsabschnitten mindestens ein Ab- schnitt durch die Anordnung gemäß F ig. 13,

Standsstück derart angeordnet ist daß mindestens ein 25 Fig. Id einen Querschnitt durch die Vorrichtung

bis in das Wicklungsinnere reichender, zumindest gemäß F i g. 13 und

teilweise von den isolierten Leitungsdrähten der Fig. 16 einen Querschnitt durch eine wiederum

Wicklungsabschnitte begrenzter Kanal in einer das andere Aus^führungsform der Erfindung,

verdampfte Kühlmittel freigebenden Lage gebildet ist In den Figuren sind einander entsprechende Teile mit

Dadurch wird erreicht daß die stationäre Wicklung, 30 jeweils gleichen Bezugsziffern versehen,
die mit ihrer Längsachse im wesentlichen horizontal In F i g. 1 ist eine spezielle Ausführungsform einer untergetaucht im Kühlmittel liegt, über ihre gesamte Linearmotor-Beschleunigungsvorrichtung mit einer erradiale Höhe intensiv von Kühlmittel bestrichen wird, findungsgemäßen Einrichtung für die Verdampohne daß hierzu besondere Pumpen oder sonstige fungskühlung dargestellt Die Beschleunigungsvorrichstörungsanfällige Zusatzaggregate erforderlich sind. Da 35 tung weist eine Beschleunigungseinheit 10 und eine über weder ölvorratsbehälter noch ölpumpen od. dgl. nötig der Beschleunigungseinheit 10 angeordnete Kondensasind. wird die im Vergleich zu bekannten ölkühlsyste- toreinheit 100 für ein Kühlmittel auf. Die Beschleunimen für Linearmotor-Beschleunigungsvorrichtungen gungseinheit 10 ist mit einem von Traggliedern oder benötigte Bodenfläche wesentlich vermindert zumal Halterungen 14 getragenen, zylindrischen Kühlmittelder Kondensator oberhalb der Beschleunigungsvorrich- ₄₀ behälter 12 sowie mit einem Beschleunigungsrohr 16 tung angebracht werden kann. Weiterhin entfallen alle versehen, welches sich zentral durch den Behälter 12 beweglichen Teile, so daß auch die Geräuschbildung der sowie durch einen Balg 18 erstreckt, der vom einen Ende ölpumpe bei ihrem Betrieb wegfällt. Die einzige des Behälters 12 nach außen ragt. Das Beschleunigungs-Geräuschbildung rührt von der Verschiebebewegung rohr 16 ist an beiden Enden offen, und der Balg 18 ist an des zu beschleunigenden Körpers entlang des Beschleu- 45 seinem freien Ende durch einen nach außen weisenden nigungsrohrs her. Folglich wird eine nahezu geräusch- Flansch 20 verschlossen, der am benachbarten Ende des freie Beschleunigungsvorrichtung geschaffen, was im Beschleunigungsrohres 16 angebracht ist, wobei der Hinblick auf das derzeitige Erfordernis für geräuschar Balg 18 eine Ausdehnung und Verkürzung zwischen me Webstühle von besonderer Bedeutung ist. Außer- dem Behälter 12 und dem Flansch 20 zuläßt. Das andere dem entfällt mit Rücksicht auf die Verdampfungsküh- 50 Ende des Beschleunigungsrohres 16 ist unter Abdichlung der Beschleunigungsvorrichtung die Notwendig- tung mit der Seitenwand des Behälters 12 verbunden,
keit für die Verwendung zusätzlicher elektrischer Innerhalb des Behälters 12 ist eine die Statorwicklung Stromquellen für den Antrieb der zugeordneten bildende elektromagnetische Wicklung 22 über eine ölpumpen, wie dies bei bekannten ölumlauf- elektrisch isolierende Schicht 24 um das zentrale Zwangskühlungen für Beschleunigungsvorrichtungen 55 Beschleunigungsrohr 16 herum angeordnet wobei noch nötig ist. jeweils ein mit einer öffnung versehenes Abstandsstück

Die Unteransprüche 2 bis 6 haben vorteilhafte 26 aus einem elektrisch isolierenden Material zwischen

Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt. je zwei benachbarten Wicklungsabschnitten eingefügt

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zeichne- ist. je ein weiteres Abstandsstück 26 aus Isoliermaterial

risch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläu- 60 irt zudem an jedem Ende der das Beschleunigungsrohr

tert. Es zeigt 16 umschließenden Wicklung 22 vorgesehen. In den

F i g. 1 einen teilweise in Seitenansicht gehaltenen Behälter 12 wird hierbei ein Kühlmittel 28 in solcher Längsschnitt durch eine Beschleunigungsvorrichtung Menge eingeführt, daß die Wicklung 22 nebst den

mit einer erfindungsgemäßen Kühleinrichtung, isolierenden Abstanrisstücken 26 vollständig in das

F i g. 2 eine Stirnansicht der Vorrichtung gemäß 65 Kühlmittel eingetaucht ist, während oberhalb des

Fig. 1, Kühlmittelspiegels ein Zwischenraum freibleibt. Das

F i g. 3 einen Schnitt durch die Wicklung der Kühlmittel 28 besitzt einen niedrigen Siedepunkt und

Vorrichtung gemäß F ig. 1, liegt normalerweise in Form einer Flüssigkeit vor. Als

Kühlmittel 28 kann vorzugsweise Freon benutzt werden.

Jeder Wicklungsabschnitt weist zwei Zuleitungen 30 auf, die gemäß F i g. 1 zur Unterseite des betreffenden Wicklungsabschnitts führen. Alle Zuleitungen 30 sind zu einem Bündel 32 mit dreieckigem Querschnitt zusammengefaßt, das von einem am Boden des Behälters 12 vorgesehenen Tragglied 34 getragen wird. Das Tragglied 34 dient zur Verhinderung eines Durchbiegens des Beschleunigungsrohres 16.

Der Behälter 12 weist eine Dampfleitung 36 auf, die von seinem oberen Abschnitt abgeht und an der einen Querwand in die Kondensatoreinheit 100 einmündet, während eine Flüssigkeitsleitung 38 vom unteren Wandabschnitt des Behälters 12 zur tiefsten Stelle der ij Unterseite der Kondensatoreinheit 100 abgeht, wie dies am besten aus F i g. 2 ersichtlich ist

Die Kondensatoreinheit 100 weist einen an beiden Enden geschlossenen, zylindrischen Behälter 102, ein an beiden Enden offenes hohles Rohr 104, welches sich to längs der Mittelachse des Behälters 102 über dessen Gesamtlänge erstreckt, und eine Kühlschlange 106 auf, die unter Zwischenfügung von Tragstücken 108 wendelförmig um das zentrale Rohr 104 herumgewikkelt ist. Das eine Ende 110 der Kühlschlange 106 durchsetzt unter Abdichtung diejenige Stirnwand des Behälters 102, an welcher die Dampfleitung 36 einmündet, während das andere Ende 110' abgedichtet durch die gegenüberliegende Stirnwand des Γ hälters 102 geführt ist. Die Enden der Kühlschlangen . ^o bilden einen Einlaß bzw. einen Auslaß. Der Innenraum des Behälters 102 ist so ausgelegt, daß er unter einem Vakuum gehalten werden kann, so daß das im Kühlmittelbehälter 12 enthaltende Kühlmittel schnell siedet

Bei einem Versuch wurde eine Beschleunigungsvorrichtung zur Beschleunigung und zum Ausstoßen eines Fadenführers in einem schützenlosen Webstuhl mit der in F i g. 1 dargestellten Konstruktion hergestellt. Diese Vorrichtung wies eine Beschleunigungseinheit 10 mit einer Gesamtlänge von etwa 1000 mm und einem Außendurchmesser von etwa 80 mm sowie ein zentrales Beschleunigungsrohr 16 in Form eines Rechteckrohres auf, das eine Querabmessung von etwa 13 mm und eine Höhe von etwa 10 mm besaß und aus rostfreiem Stahlblech von 035 mm Dicke bestand Die Abstandsstücke 26 bestanden dabei aus einer etwa 0.5 mm dicken Lage aus Kunststoff.

Im Betrieb entwickelt die stationäre Wicklung 22 unter dem Einfluß eines sie durchfließenden elektrisehen Stromes Wärme. Die auf diese Weise erzeugte Wärme bringt das im Behälter 12 befindliche Kühlmittel 28 unter Dampfbildung zum Sieden. Bei diesem Sieden bzw. Aufwallen absorbiert das Kühlmitte] 28 Verdampfungswärme, um die Wicklung 22 zu kühlen. Wie durch die gestrichelten Keile in Fig. 1 dargestellt ist, strömt der Dampf vom Kühlmittel 28 ober die Dampfleitung 36 in den Behälter 102 der Kondensatoreinheit 100 ein.

Die im Kondensator-Behälter 102 angeordnete Kühlschlange 106 wird dagegen von einem Kühlmittel, etwa Wasser, durchströmt Der in den Behälter 102 einströmende Dampf des Kühlmittels 28 benetzt dabei die Kühlschlange 106 und wird hierbei wieder verflüssigt Sodann wird das verflüssigte Kühlmittel 28 über die Flüssigkeitsleitung 38 zum Behälter 12 zurückgeführt

Es hat sich gezeigt daß die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Anordnung bezüglich der Kühlwirkung der Zwangsölkühlung bekannter Beschleunigungsvorrich tungen bedeutend überlegen ist. Dieser Umstand ist dei Tatsache zuzuschreiben, daß der bei der Verdampfung aus dem siedenden Kühlmittel entstehende Dampl senkrecht zur Längsachse des Behälters 12 hochsteigt längs welcher die Abschnitte der Wicklung 22 geradlinig angeordnet sind, so daß das Zuleitungsbündel 32 darar gehindert wird, die durch die beschriebene Verdampfungskühleinrichtung gewährleistete Kühlwirkung zl beeinträchtigen.

Gemäß Fig. 1 wird jeder Abschnitt der Wicklung 22 von den benachbarten Wicklungsabschnitten durch jeweils einen Spalt auf Abstand gehalten, welcher durch das betreffende, zwischengefügte Abstandsstück 26 bestimmt wird. Infolge der weiter unten nähei erläuterten Ausbildung des Abstandsstückes 26 können die Stirnflächen der einzelnen Wicklungsabschnitte unmittelbar mit dem Kühlmittel in Berührung gebracht werden.

Auf diese Weise ist es möglich, die Wicklung 22 unter Zwischenfügung der dünnen Isolierschicht 24 um das Beschleunigungsrohr 16 herum anzuordnen, ohne daß zwischen der Wicklung 22 und dem Beschleunigungsrohr 16 ein Spalt vorhanden zu sein braucht wie dies am besten aus Fig.3 ersichtlich ist. Dabei kann die Wicklung 22 äußerst dicht am Beschleunigungsrohr 16 angeordnet werden, wodurch der Abstand zwischen der Wicklung 22 und einem nicht näher dargestellten,, zu beschleunigenden Körper in dem Beschleunigungsrohr 16 verkleinert wird. Diese Abstandsverkleinerung führ) zu einer Erhöhung der Beschleunigungsleistung des zu beschleunigenden Körpers.

Im Hinblick auf den Strömungswiderstand für das öl ist es bei bekannten Zwangsumlauf-Ölkühlungen für derartige Beschleunigungsvorrichtungen schwierig, das Tragglied 34 innerhalb des Behälters 12 anzuordnen. Bei der Anordnung gemäß den F i g. 1 und 2 beeinträchtigt dagegen das Tragglied 34 in keiner Weise die durch die Verdampfung des Kühlmittels gewährleistete Kühlwirkung, so daß das Tragglied 34 ohne weiteres innerhalb des Behälters 12 angeordnet werden kann. Hieraus ergibt sich eine Beschleunigungsvorrichtur.g, die widerstandsfähig ist gegen mechanische Belastungen wie Schwingungen.

Obgleich die Wicklung 22 mit einem passenden harzartigen Material versteift werden kann, ist eine derartige Versteifung nicht erforderlich. Bei Verwendung von Freon als Kühlmittel, welches die gleicher elektrischen Isoliereigenschaften besitzt wie isolierende öle, kann die Wicklung aus einem Draht mit einem gegenüber Freon beständigen Oberzug bestehen Sodann kann die einfach gewickelte Wicklung in das Freon eingetaucht werden. Dadurch ist es möglich, dafl die Wicklung durch das beim Sieden hochsteigende Freon unmittelbar gekühlt wird.

In Fig.4 ist eine Möglichkeit veranschaulicht nach welcher ein Leitungsdraht zu einem Wickhmgsabschniti gewickelt sein kann. Der dabei verwendete Leitungsdraht ist ein Kupferdraht der mit einem dünnen Film aus elektrisch isolierendem Material beschichtet ist welches gegenüber dem verwendeten Kühlmittel, im vorliegenden Fall Freon. beständig ist und bei dei Verdampfung des Freons gekühlt werden kann. Das elektrisch isolierende Abstandsstück 26 weist eine dei Querschnittsform des Beschleunigungsrohres 16 angepaßte zentrale Öffnung sowie an beiden Seiten längs und querverlaufende Nuten 26a auf. welche von dei zentralen Öffnung zu den jeweiligen Randern verlaufen

Eine zweckmäßige Zahl von isolierenden Abstandsstükken 26 wird dann in vorbestimmten, gleich großen Abständen auf das Beschleunigungsrohr 16 aufgesetzt und an diesem mittels eines Klebers befestigt. In jedem durch die Abstandsstücke festgelegten Zwischenraum wird dann ein elektrisch isolierendes Band 24 mit einer praktisch dem Abstand zwischen den Abstandsstücken entsprechenden Breite um das Beschleunigungsrohr 16 herumgewickelt, so daß durch die jeweils einander benachbarten Abstandsstücke 26 und die angrenzenden Abschnitte des Beschleunigungsrohrs 16 Spulenkerne gebildet werden. Hierauf wird ein Leitungsdraht der vorstehend beschriebenen Art fortschreitend in mehreren Schichten auf die so gebildeten Spulenkerne gewickelt, worauf aufeinanderfolgende Wicklungsabschnitte erzeugt werden. Die Wicklung 22 wird durch die Verbindung der Wicklungsabschnitte auf die erforderliche Weise vervollständigt. Das in Flüssigkeitsform vorliegende Freon kann dabei durch die Nuten 26a der Abstandsstücke 26 sogar in das Innere der Wicklung _M 22 eindringen, woraus sich eine bedeutende Verbesserung der Kühlwirkung ergibt.

Je dünner die isolierenden Abstandsstücke 26 sind, desto höher ist der Raumfaktor der Wicklung 22 und um so größer ist daher auch der Beschleunigungswirkungs- _2J grad. Wenn die Abstandsstücke 26 sehr dünn ausgebildet werden, können die Nuten 26a nicht im betreffenden Abstandsstück 26 vorgesehen werden. In diesem Fall kann die zentrale, rechteckige Öffnung des Abstandsstückes 26 an den gegenüberliegenden Längsseiten mit zwei einander gegenüberliegenden Aussparungen versehen und in Kombination mit einer Ausbildung gemäß F i g. 5 und 6 benützt werden, wie dies weiter unten noch näher erläutert ist.

In den F i g. 5 und 6 ist eine weitere Ausführungsform veranschaulicht, mit der Kühlwirkung noch weiter verbessert werden soll. Bei dieser abgewandelten Ausführungsform sind die Spulenkerne auf die vorher in Verbindung mit den F i g. 3 und 4 beschriebene Weise um das Beschleunigungsrohr 16 herum ausgebildet. Sodann wird ein kurzes Abstandsstück 40 aus einem passenden, elektrisch isolierenden Material an der einen Seite, d. h. bei der dargestellten Ausführungsform an der kürzeren Seite der Umfangswand jedes Spulenkerns auf die in den F i g. 5 und 6 dargestellte Weise angeordnet. Im Anschluß hieran wird ein Leitungsdraht der vorher beschriebenen Art unter Bildung eines Wicklungsabschnittes in mehreren Schichten bzw. Lagen auf jeden Spulenkern gewickelt. Gemäß den F i g. 5 und 6 weist der Wicklungsabschnitt dabei einen an einer Stelle zwischen ihm und dem Spulenkern gebildeten Spalt auf. Die Wicklung 22 wird sodann durch Verbindung der Wicklungsabschnitte auf die erforderliche Weise vervollständigt Zwischengeschaltete Abstandsstücke 26 können etwa gemäß Fig.6 von rechts aufgeschoben und so ausgebildet werden, daß die radialen Aussparungen an den Längsseiten der zentralen, rechteckigen öffnung des Abstandsstückes 26 den durch das Abstandsstück oder den Abstandshalter 40 gebildeten Spalt überdecken, so daß eine spiralförmige Kühlmit- &, telströmung entlang des Beschleunigungsrohres 16 entstehen kana

Wie erwähnt werden die Leitungsdrähte der Wickhing 22 in der Weise um das Beschleunigungsrohr 16 herumgewickelt daß die radial innenliegenden Leitungsdrähte zumindest größtenteils an dem Beächieunigungsrohr 16 anliegen. Infolgedessen wird die Wicklung gegenüber dem Beschleunigungsrohr 16 festgehalten. Hierdurch entfällt die Notwendigkeit für die Anordnung einer Einrichtung zur sicheren Befestigung der Wicklung am Beschleunigungsrohr, während außerdem einwandfrei verhindert wird, daß die dem zu beschleunigenden Körper, beispielsweise dem Fadenführer, erteilte Beschleunigung eine Gegenwirkung auf die Wicklung ausübt.

In F i g. 7 ist eine weitere Abwandlung der Erfindung dargestellt, die sich in der Konstruktion der Wicklung von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 4 unterscheidet. Gemäß F i g. 7 weist jeder Abschnitt der Wicklung 22 eine Anzahl von Spuleneinheiten auf, nämlich bei der dargestellten Ausführungsform in Form von Flachspulen 42, die auf ähnlichen Spulenkernen wie diejenigen gemäß Fig. 1 mit anderen Flachspulen in Reihe geschaltet sind, wobei die Isolierschicht 24 jedoch allen Spulenkernen gemeinsam zugeordnet ist. Die Flachspulen 42 sind jeweils durch Abstandsstücke 44 auf Abstand voneinander angeordnet, so daß sie zwischen sich vorbestimmte Spalte festlegen, welche vom Kühlmittel 28 durchströmt werden können.

Um auf jedem Spulenkern einen Wicklungsabschnitt auszubilden, wird ein nicht näher dargestellter, abnehmbarer provisorischer Spulenkern entfernbar auf den Spulenkern aufgesetzt, worauf zur Bildung einer Flachspule 42 mit einer vorbestimmten Windungszahl ein Leitungsdraht der vorher beschrieoenen Art mit einem Durchmesser von z. B. 1 mm spiralig auf den provisorischen Spulenkern gewickelt wird. Sodann wird der provisorische Spulenkern vorn eigentlichen Spulenkern entfernt, während gleichzeitig mehrere, beispielsweise vier kleine Abstandsstücke 44 mit einer Dicke von etwa 1 mm gemäß Fig. 9 an der einen Stirnfläche der Flachspule 42 angebracht werden, um die Flachspule 42 an einem Zusammenfallen zu hindern und außerdem einen Spalt zwischen der so gebildeten Flachspule 42 und der nachgeschalteten Spule zu bilden.

Sodann wird der provisorische Spulenkern wiederum neben den kleinen Abstandsstücken 44 auf dem gleichen Spulenkern angeordnet, und der Leitungsdraht wird wiederum auf den provisorischen Spulenkern spiralig gewickelt, um eine weitere, der ersten Flachspule 42 entsprechende Flachspule 42 auszubilden, welche von der ersten Flachspule 42 durch die Abstandsstücke 44 auf Abstand gehalten wird.

Der vorstehend beschriebene Vorgang wird zur Ausbildung der folgenden Flachspulen 42 wiederholt, bis der Wicklungsabschnitt fertig ist. F i g. 8 veranschaulicht in auseinandergezogener Darstellung den auf diese Weise gebildeten Wicklungsabschnitt 42. Die restlichen Abschnitte der Wickhing 22 werden auf die gleiche Weise, wie vorstehend beschrieben, hergestellt Durch die somit geschaffenen Spalte zwischen den Flachspulen 42 werden die Windungen der Wicklung 22 in unmittelbarem Kontakt mit dem Kühlmittel 28 gehalten. Die Leitungsdrähte werden in erster Linie durch die Verdampfung des Kühlmittels gekühlt wodurch eine gleichmaßige Kühlung des Systems erreicht wird Zu diesem Zweck ist jeder Leitungsdraht gemäß F i g. 8 in eine elektrisch isolierende Hülle 46 eingezogea die auf ihrer Oberseite mit einem Längsspalt versehen ist der einen Leckpfad für den innerhalb der Welle erzeugten Dampf bildet

7ur gleichmäßigen Kühlung der Wicklungsabschnitte besitzt jedes der isolierenden Abstandsstücke 26 vorzugsweise nur eine so kleine Berührungsfläche mit den Windungen det anschließenden Rachspuien 42, daß eine mechanische Unterstützung dieser Wicklungsab-

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schnitte gewährleistet wird. Außerdem ist auch hier jedes Abstandsstück mit Nuten versehen, so daß der in den unteren Nuten entwickelte Kühlmitteldampf nach oben entweichen kann, wodurch eine Ansammlung des Dampfes verhindert wird. Fig. 10 veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform eines solchen Abstandsstückes 26 aus Isoliermaterial, das waagrecht aufeinander ausgerichtete Nuten sowie senkrecht miteinander fluchtende Nuten aufweist.

In Fig. 12 ist eine Abwandlung eines Abschnittes der Wicklung 22 veranschaulicht. Dabei wird ein Leitungsdraht der vorher beschriebenen Art spiralig auf jeweils einen Spulenkern etwa der Art gemäß Fig. 7 zur Bildung einer aus einer einzigen Lage bestehenden Einlagenspule 42' gewickelt, die einen in ihrer Mitte liegenden radialen Spalt mit einer etwa dem Drahtdurchmesser entsprechenden Breite aufweist. Sodann werden mehrere vergleichsweise dünne Abstandsstücke 44' mit Abstand voneinander auf die so gebildete Einlagenspule 42' aufgesetzt, worauf der gleiche Leitungsdraht spiralig um die Abstandsstücke 44' herumgewickelt wird, um eine weitere Einlagenspule 42' zu bilden, deren in der Mitte liegender Spalt radial auf den Spalt in der darunterliegenden Spule 42' ausgerichtet und radial davon durch den durch die Abstandsstük ke 44' bestimmten Spalt getrennt ist. Der beschriebene Vorgang wird zur Bildung der folgenden Einlagenspule 42' wiederholt, bis ein Wicklungsabschnitt mit einer vorbestimmten Anzahl von Spulen- bzw. Windungslagen fertiggestellt ist. Die restlichen Abschnitte der Wicklung werden auf die gleiche Weise hergestellt.

Bei der Anordnung gemäß Fig 12 wird ein Strömungsweg für Kühlmiiteldampf /wischen je zwei benachbarten Spulen festgelegt, während im zentralen Teil jedes Wicklungsabschnittes ein radialer Spalt gebildet ist. Der in den Durchgängen zwischen den einander benachbarten Spulen erzeugte Kühlmitteldampf kann durch den radialen Spalt in jedem Abschnitt der Wicklung 22 zu deren Außenseite entweichen. Die Wicklung 22 wird somit durch die Verdampfung des Kühlmittels wirksam und gleichmäßig gekühlt.

Wenn beim Verdampfungskühlsystem eine geschlossene oder dicht gewickelte Mehrlagenwicklung verwendet wird, kann deren Außenabschnitt gekühlt werden, da die Verdampfungskühlung an diesem Außenabschnitt in ausreichendem Maße stattfindet. Zu Beginn der Verdampfung des Kühlmittels kann dieses in Form von Bläschen in winzigen Zv/ischenräumen verdampfen die ursprünglich zwischen den Windungen der Innenbereiche der Wicklung gebildet worden sind Diese Bläschen können jedoch nicht zur Außenseite der Wicklung austreten, so daß sie in diesen Zwischenräumen eingeschlossen sind Unter diesen Bedingungen hängt die Kühlung der Innenbereiche der Wicklung lediglich von der Wärmeableitimg infolge der Berührung zwischen den einzelnen Windungen der Wicklung ab. Der Innenbereich der Wicklung wird daher nur sehr mangelhaft gekühlt was zu einer ungleichmäßigen Kühlung führt

Bei den in den Fig. 7 bis 10 dargestellten Konstruktionen der Wicklung 22 weist jeder Wicklungsabschnitt eine Anzahl von radialen Spalten auf, während bei der Konstruktion der Wicklung 22 gemäß Fig. 12 jeder Wicklungsabschnitt mit einem in der Mitte liegenden radialen Spalt und mehreren, sich in den radialen Spalt i&ffnenden axialen Spalten versehen ist Der in den Innenbereichen der Wicklung erzeugte Dampf kann daher ohne weiteres Ober diese Spalten zur Außenseite der Wicklung entweichen, was zu einer Erhöhung der Kühlungsleistung führt, die für die gleichmäßige Kühlung der gesamten Wicklung erforderlich ist.
Es wurden Versuche mit Wicklungen der in der Fig.7 bis 10 dargestellten Art durchgeführt, die geschlossene Windungen mit einem Außendurchmesset von 20 mm, einem Innendurchmesser von 10 mm und einer Breite von 15 mm aufweisen. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Fig. 11 veranschaulicht, in

ίο welcher die Ordinate die an die Wicklung angelegte elektrische Leistung Pin Kilowatt und die Abszisse die Temperatur der Wicklung angibt. Bei den geschlossenen Windungen ist die Temperatur durch eine Temperaturdifferenz Δ T in Grad Celsius entsprechend der Temperatur am mittleren Bereich der inneren Windungslage vermindert um die Eintrittstemperatur des verwendeten Kühlmittels angegeben. Bei der die Flachspulen verwendenden Wicklung ist die Temperatur in F i g. 11 durch eine Temperaturdifferenz Δ 7 entsprechend der Temperatur an der ersten Windung einer Flachspule 42 angegeben, an welcher das Aufwickeln der Spule auf den Spulenkern begonnen wurde.

In F i g. 11 kennzeichnet die mit A bezeichnete gerade Linie die Wicklungen in Form der Flachspulen, während der mit B bezeichnete schraffierte Bereich die geschlossen gewickelten Wicklungen angibt. Wie deutlich aus F" i g. 11 hervorgeht, können die aus den Flachspulen bestehenden Wicklungen fünfmal höher elektrisch belastet werden.

In den F i g. 13,14 und 15 ist eine weiter abgewandelte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher die das Beschleunigungsrohr 16 umgebende Wicklung wirkungsmäßig mit je einem oberen und einem unteren Eisenkern gekoppelt ist. Wie am besten aus Fig. 13 hervorgeht, in welcher ein Abschnitt der Beschleunigungseinheit 10 bei teilweise weggebrochenen Teilen in perspektivischer Darstellung veranschaulicht ist sind zwei einander gegenüberliegende Eisenkerne 50 und 52 unter Zwischenfügung einer elektrisch isolierenden Schicht 24 an der Oberseite bzw. Unterseite des Beschleunigungsrohres 16 angeordnet so daß sie letzteres zwischen sich aufnehmen. Der untere Eisenkern 52 ist einstückig ausgebildet während der obere Eisenkern 50 aus einer Anzahl von in Längsrichtung verlaufenden, langgestreckten magnetischen Jochteilen mit rechteckigem Querschnitt besteht, die mit Abstand voneinander parallel zueinander angeordnet sind, so daß sie zwischen sich Durchgänge 54 festlegen, die

SP ddrch zwischen die benachbarten Jochglieder eingefügten Abstandsstücke 56 bestimmt werden. An den beiden Seitenflächen jedes Eisenkerns 50 oder 52 sind zwei Halteningen 58 mit L-förmigem Querschnitt mittels je einer Schraube 60 befestigt welche den einen Schenkel des »L« durchsetzt und in das äußerste magnetische lochteil eingeschraubt ist Ein weiterer Schraubbolzen 62 ist durch die anderen Schenkel der einander gegenüberliegenden L-förmigen Halterungen hindurchgeführt, so daß er die Halterungen 58 miteinander

verbindet und somit die oberen und unteren Eisenkerne 50 bzw. 52 sowie das Beschleunigungsrohr 16 zusammen mit der Wicklung 22 zu einer einheitlichen Konstruktion vereinigt Zar Veranschaulichtmg ist in F i g. 13 nur eine Halterangseinrichtung 58,60,62 dargestellt

«5 Bei der Ausfühnmgsform gemäß den F i g. 13 bis 15 besteht das Beschleunigungsrohr 16 vorzugsweise aus einem dünnwandigen Bauteil aus einem zweckmäßigen nichtmagnetischen Material mit hohem elektrischen

Widerstand, um einen Eigenverlust der Anordnung infolge eines Wirbelstromflusses durch das Material des Beschleunigungsrohres 16 möglichst weitgehend zu vermindern und gleichzeitig seine Reluktanz herabzusetzen. Das Beschleunigungsrohr 16 besitzt daher nur eine geringe mechanische Festigkeit. Es ist jedoch über die isolierenden Abstandsstücke 26 zwischen die oberen und die unteren Eisenkerne 50 bzw. 52 eingefügt und zusammen mit letzterem durch die Halterungseinrichtung 58, 60, 62 zu einer einheitlichen Konstruktion verspannt. Um zu verhindern, daß die Verspannungskraft unmittelbar auf das eine geringe mechanische Festigkeit besitzende Beschleunigungsrohr 16 ausgeübt wird, sind die isolierenden Abstandsstücke 26 so bemessen, daß sie die Eisenkerne 50 und 52 unmittelbar tragen.

Um die aus den Eisenkernen 50, 52 und dem Beschleunigungsrohr 16 mit der aufgesetzten Wicklung 22 bestehende Anordnung im Kühlmittelbehälter 12 in der Einbaulage zu haltern, sind an Ober- und Unterseite des Behälters 12 mehrere paarweise angeordnete Stellschrauben 63 auf Abstand voneinander und einander in senkrechter Richtung gegenüberliegend vorgesehen, so daß sie in das Innere des Behälters 12 hineinreichen und gemäß Fig. 14 mit ihren Enden an den jeweils benachbarten Eisenkernen 50 und 52 angreifen. Fig. 14 zeigt dabei einen Längsschnitt durch die Anordnung gemäß Fig. 12. Gemäß Fig. 15, die einen Querschnitt durch die Anordnung gemäß Fig. 13 zeigt, ragen weitere paarweise angeordnete Stellschrauben 63 mit Abstand voneinander und in waagerechter Richtung einander gegenüberliegend in den Behälter 12 hinein, wobei ihre Enden über zugeordnete Polster 68 an den Querseiten der Isolier-Abstandsstücke 26 anliegen. Die Stellschrauben 63 werden so angezogen, daß der Linearmotor innerhalb des Behälters 12 genau in seiner vorbestimmten Position ausgerichtet wird, worauf die Köpfe der Stellschrauben 63 aus noch näher zu erläuternden Gründen bei 66 an den angrenzenden Wandabschnitten des Behälters 12 angeschweißt werden.

Gemäß F i g. 15 ist ein Spalt 69 zwischen der unteren Außenfläche des Beschleunigungsrohrs 16 und dem daran befindlichen Abschnitt der Isolierschicht 24 sowie dem benachbarten Abschnitt der innersten Windung der Wicklung 22 ausgebildet. Da die Stellschrauben 63 mit ihren Köpfen an den angrenzenden Abschnitt der Wände des Behälters 12 angeschweißt sind, sind die in die betreffenden Wände des Behälters 12 eingeschraubten Abschnitte der Stellschrauben 63 hermetisch abgedichtet wodurch das in den Behälter 12 eingefüllte Kühlmittel 28 an einem Austritt über Spalte an den Stellschrauben zur Außenluft gehindert wird.

Der aus dem Kühlmittel entwickelte Dampf tritt in Form von Bläschen auf, die infolge ihrer eigenen Auftriebskraft bestrebt sind, durch das Kühlmittel hindurch hochzusteigen. Wenn sich in der Aufstiegsbahn der Bläschen irgendein Bauteil befindet welches die Aufstiegsbewegung der Bläschen behindert bildet sich unter diesem Bauteil eine Dampfblase, bis möglicherweise ein Teil der Wicklung 22 von der Dampfblase bedeckt ist Da eine solche Dampfblase nur geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt kann der betreffende Abschnitt der Wicklung 22 seine Wärme nur durch Wärmeableitung über den die Wicklung selbst bildenden Leitungsdraht abgeben. Die Wicklung kann daher lokal durchbrennen.

Bei der Anordnung gemäß den F i g. 13 bis 15 ist der obere Eisenkern 50, welcher die Aufstiegsbewegung der Bläschen behindern könnte, mit einer Vielzahl von längsverlaufenden Durchgängen 54 versehen, über welche die in der Wicklung 22 und an ihrer Oberfläche erzeugten Dampfbläschen zur freien Oberseite des Kühlmittels 28 aufsteigen können. Der obere Eisenkern 50 besteht aus vorzugsweise einem Stapel von Stahüamellen, in welchen die Abstandsstücke 56 zur

ίο Ausbildung der Durchgänge 54 eingefügt sind.

Da die Wärme hauptsächlich in den Wicklungen 22 erzeugt wird, brauchen die beiden Eisenkerne nicht besonders gekühlt zu werden. Der von der Wicklung 22 überlagerte untere Eisenkern 52 braucht daher keine Durchgänge aufzuweisen.

Die an der Unterseite der Wicklung 22 erzeugten Dampfbläschen können sich andererseits längs der unteren Außenseite des Beschleunigungsrohres 16 gemäß Fig. 15 nach links oder rechts bewegen, bis sie am einen oder anderen Ende der Seite des Beschleunigungsrohres 16 hochsteigen. An der Unterseite selbst des Beschleunigungsrohres 16 werden jedoch eine oder mehrere Dampfblasen gebildet. Der an der Unterseite des Beschleunigungsrohrs 16 vorgesehene Spalt 69 dient zur Verhinderung, daß die so gebildeten Dampfblasen die benachbarten Bereiche der Wicklung 22 bedecken und bildet gleichzeitig einen Durchgang für die Dampfbläschen, die entlang den Schmalseiten des Beschleunigungsrohres in den dort vorgesehenen Spalten nach oben entweichen können.

Fig. 16 zeigt eine Abwandlung der Anordnung gemäß Fig. 12 bis 14. Die dargestellte Ausfülirungsform weist ein Beschleunigungsrohr 16 mit einem Querschnitt in Form eines senkrecht langgestreckten Rechtecks sowie zwei seitliche Eisenkerne 50 auf, die einander in waagerechter Richtung gegenüberliegen und die Anordnung aus dem Beschleunigungsrohr 16 und der Wicklung 22 zwischen sich aufnehmen. Die Wicklung 22 enthält mehrere elektrisch isolierende Abstandsstücke 70, die parallel zueinander auf Abstand und senkrecht zu den Abstandsstücken 26 stehen und die jeweils mit einer Anzahl von Durchgangsbohrungen 70a versehen sind. Jeder Eisenkern 50 ist mit mehreren Durchlässen 54 versehen, die parallel zueinander aufwärts und auswärts verlaufen. In jeder anderen Hinsicht entspricht diese Anordnung derjenigen gemäß F i g. 12 bis 15.

Die im Kühlmittel 28 entstehenden Dampfbläschen steigen infolge ihrer eigenen Auftriebskraft hoch, so daß ein Teil dieser Bläschen durch die Bohrungen 70a der

SP Abstandsstücke 70 hindurchtritt und dann zur Oberfläche des Kühlmittels 28 hochsteigt während der restliche Teil der Bläschen durch die Durchlässe 54 in den Eisenkernen 50 hindurchtritt und dann zur Oberfläche des Kühlmittels 28 hochsteigt Bei der

SS Anordnung gemäß Fig. 16 ist mithin gewährleistet, dafi sich an der Unterseite der Abstandsstücke 70 keine Dampfblase bildet wodurch die Wickhing 22 gegen ein örtliches Durchbrennen geschützt ist

Aus der vorstehenden Beschreibung der Fig. 12 bi:

te 15 und 16 geht mithin hervor, daß alle Bauteile, die da; Hochsteigen der Dampfbläschen unter ihrem eigener Auftrieb behindern könnten, mit Durchgängen für di< Dampfbläschen versehen sind, so daß eine örtlich« Überhitzung der Wickking verhindert wird. Anderer seits wird dabei eine Verkleinerung der Wärmeableitflä ehe der Wicklung vermieden. Die Kühlwirkung wir< hierdurch erheblich erhöht

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Einrichtung für die Verdampfungskühlung einer in einem geschlossenen Kühlmittelbehälter angeordneten elektrischen Vorrichtung mit einer stromdurchflossenen Wicklung, die in das verdampfbare Kühlmittel eingetaucht ist und deren Verlustwärme das flüssige Kühlmittel teilweise in den gasförmigen Zustand überführt, und mit einem mit dem Kühlmitteibehälter verbundenen Kondensator, in den das dampfförmige Kühlmittel aufsteigt und aus dem es nach Verflüssigung durch Schwerkraft wieder in den Kühlmittelbehälter absinkt, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Vorrichtung eine Lineannotor-Beschleunigungsvorrichtung, bestehend aus einer ein ortsveränderliches Magnetfeld erzeugenden stationären Wicklung (22) und einem von dem Magnetfeld bewegbaren Körper «us elektrisch leitendem Material ist, daß die Wicklung (22) ein den Körper aufnehmendes, sich quer durch den Kühlmittelbehälter (12; Kühlmittelkammer i2A) erstreckendes Beschleunigungsrohr (16) umgibt und eine Mehrzahl nebeneinander liegender Wicklungsabschnitte bildet und daß in den Wicklungsabschnitten mindestens ein Abstandsstück (26; 40; 44; 44'; 70) derart angeordnet ist daß mindestens ein bis in das Wicklungsinnere reichender, zumindest teilweise von den isolierten Leitungsdrähten der Wicklungsabschnitte begrenzter Kanal in einer das verdampfte Kühlmittel freigebenden Lage gebildet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Linearmotor-Beschleunigungsvorrichtung mit einem zusätzlichen, das Aufsteigen des verdampfenden Kühlmittels behindernden Bauteil (Eisenkern 50), dieses Durchgänge (54) aufweist, die senkrecht oder schräg nach oben verlaufen und an ihrem oberen Ende offen sind (Fig. 13bis 16).

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß das Abstandsstück (26) zwischen benachbarten Wicklungsabschnitten angeordnet ist und auf beiden Seiten mit einer Mehrzahl von Kanäle bildenden offenen Nuten (26a^ versehen ist, die sich von seinem Mittelbereich bis zu seinem Umfangsbereich erstrecken (F i g. 4,10).

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß jeder Wicklungsabschnitt zur Ermöglichung einer Berührung der innersten Bereiche der Wicklung mit dem Kühlmittel teilweise durch Zwischenfügen des Abstandsstükkes (40) im Abstand von dem Rohr (16) angeordnet ist(Fig 6).

5. Einrichtung na.h einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wicklungsabschnitt eine Mehrzahl von Flachspulen (42) aufweist, zwischen denen zur Bildung von gegenseitigen Abständen die Abstandsstücke (44) in senkrechter Lage angeordnet sind (F i g. 7,8).

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wicklungsabschnitt eine Mehrzahl von Einlagenspulen (42') aufweist, die zwischen sich einen mittleren radialen Spalt und eine Mehrzahl durch die Abstandsstücke (44') bestimmte, damit verbundene axiale Spalte als Kanäle bilden (F ig. 11).

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung für die Verdampfungskühlung einer in einem geschlossenen Kühlmitteibehälter angeordneten elektrischen Vorrichiung mit einer stromdurchflossenen Wicklung, die in das verdampfbare Kühlmittel eingetaucht ist und deren Verlustwärme das flüssige Kühlmittel teilweise in den gasförmigen Zustand überführt, und mit einem mit dem Kühlmitteibehälter verbundenen Kondensator, in den das dampfförmige Kühlmittel aufsteigt und aus dem es

ίο nach Verflüssigung durch Schwerkraft wieder in den Kühlmitteibehälter absinkt

Eine derartige Kühleinrichtung ist aus der DT-PS 180 785 für die Wicklung eines Umformers bekannt Ebenso wie bei einem allgemeinen Verdampfungskühlverfahren nach der DT-PS 8 19 286 ist ohne weitere Maßnahmen ganz einfach die Wicklung üblicher Bauart in die Kühlflüssigkeit eingetaucht

Dabei entsteht der Nachteil· daß die in der Regel viellagige, eng gewickelte Wicklung nur mit ihren

äußeren Oberflächenbereichen mit dem Kühlmittel in Berührung gelangt und so Wärmestauungen im Inneren de»· Wicklung entstehen können. Darüber hinaus ist nicht sichergestellt daß der sich aus der Kühlflüssigkeit bei Erwärmung entwickelnde Dampf sich in ausreichendem Umfang von der Oberfläche der Wicklung absetzt.

so daß dort eine Dampfansammlung entstehen kann, die isolierend wirkt und den Wärmestau im Inneren der Wicklung weiter verstärkt.

Aus der GB-PS 9 65 801 ist es in diesem Zusammenhang bekannt eine derartige Verdampfungskühlung allgemein bei rotierenden elektrischen Maschinen zur Kühlung der Statorwicklung anzuwenden, wobei sich ein die Wicklung tragendes Rohr quer durch den Kühlmitteibehälter erstreckt und das flüssige Kühlmittel durch axiale Kanäle in den Statorplatten vom Eintritt an der einen Seite zum Austritt an der anderen Seite der Wicklung geleitet wird. Im Falle der US-PS 32 01 728 sind stehend angeordnete Induktionsspulen mit aufrechten, in Richtung der Spulenachse verlaufenden Kanälen versehen, mit denen das Kühlmittel in das Innere der Wicklung eingeleitet und wieder ausgeleitet wird. Die Kanäle sind in iilen diesen Fällen als Einschnitte in Tragkörpern für die kompakte Wicklung ausgebildet.

Aus der GB-PS 11 07 099 ist ein Linearmotor mit Kühlung bekannt dessen Kühleinrichtung jedoch als Wassermantelkühlung und Hohlleiterwasserkühlung ausgebildet ist Aus der Veröffentlichung »Paper No. 3273 U«, Oktober 1960, der Institution of Electrical Engineers, sind bereits elektrische Beschleunigungsvorrichtungen bekannt bei denen der zu beschleunigende, aus einem ferromagnetischem Material und einem elektrisch leitfahigen Material bestehende Körper mittels eines ortsveränderlichen Magnetfeldes beschleunigt wird, das durch die Erregung einer zugeordneten Wicklung erzeugt wird. Eine solche Beschleunigungsvorrichtung wird z. B. für die Beschleunigung des Fadenführers bei einem schützenlosen Webstuhl benutzt. Die Kühlung der elektrischen Linearmotor-Beschleunigungsvorrichtung bei einem schützenlosen Webstuhl erfolgt durch Umwälzung der Kühlflüssigkeit, etwa öl, durch einen Behälter, in welchem die zugeordnete Wicklung angeordnet ist. Hierbei wird jedoch ein unzureichender Kühlwirkungsgrad erzielt so daß an der Wicklung ein großer Temperaturanstieg auftritt Außerdem ergeben sich hierbei insofern Schwierigkeiten, als die Beschleunigung bei höheren Geschwindigkeiten und mit hohen Frequenzen erfolgt. Zudem müssen ein ölbehälter, eine Umwälzpumpe, ein