DE2428503C3 - Einrichtung für die Verdampfungskühlung einer in einem geschlossenen Kfihlmittelbehälter angeordneten elektrischen Vorrichtung mit einer stromdurchflossenen Wicklung - Google Patents

Description

Regler hierfür und ähnliche zusätzliche Bauteile vorgesehen werden, woraus sich der Nachteil ergibt, laß die Vorrichtung insgesamt komplhiert und groß ausfällt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung für die Verdampfungskühler der eingangs bezeichneten Gattung für einen speziellen Anwendungsfali nämlich eine Linearmotor-Beschleunigungsvorrichtung, wie sie insbesondere etwa für die Beschleunigung des Fadenführers bei schützenlosen Webstühlen benutzt wird, so auszubilden, daß die Wicklung der Beschleunigungsvorrichtung ohne veitcres Zutun störungssicher intensiv gekühlt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß die elektrische Vorrichtung einer Linearrnotor-Beschleunigungsvorrichtung, bestehend aus einer ein ortsveränderliches Magnetfeld erzeugenden stationären Wicklung und einem von dem Magnetfeld bewegbaren Körper aus elektrisch leitendem Material ist. daß die Wicklung ein den Körper aufnehmendes, sich quer durch den Kühlmittelbehälter erstreckendes Beschleunigungsrohr umgibt und eine Mehrzahl nebeneinander liegender Wicklungsabschnitte bildet, und daß in den Wicklungsabschnitten mindestens ein Abstandsstück 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.

Dadurch wird erreicht, daß die stationäre Wicklung, die mit ihrer Längsachse im wesentlichen horizontal untergetaucht im Kühlmittel liegt, über ihre gesamte radiale Höhe intensiv von Kühlmittel bestrichen wird, ohne daß hierzu besondere Pumpen oder sonstige störungsanfäüige Zusatzaggregate erforderlich sind. Da weder (^vorratsbehälter noch Ölpumpen od. dgl. nötig sind, wird die im Vergleich zu bekannten Ölkühlsystemen für Linearmotor-Beschleunigungsvorrichtungen benötigte Bodenfläche wesentlich vermindert, zumai der Kondensator oberhalb der Beschleunigungsvorrichtung angebracht werden kann. Weiterhin entfallen alle beweglichen Teile, so daß auch die Geräuschbildung der Ölpumpe bei ihrem Betrieb wegfällt. Die einzige Geräuschbildung rührt von der Verschiebebewegung des zu beschleunigenden Körpers entlang des Beschleunigungsrohrs her. Folglich wird eine nahezu geräuschfreie Beschleunigungsvorrichtung geschaffen, was im Hinblick auf das derzeitige Erfordernis für geräuscharme Webstühle von besonderer Bedeutung ist. Außerdem entfällt mit Rücksicht auf die Veriampfungskühlung der Beschleunigungsvorrichtung die Notwendigkeit für die Verwendung zusätzlicher elektrischer Stromquellen für den Antrieb der zugeordneten ölpumpen, wie dies bei bekannten ölumlauf-Zwangskühlungen für Beschleunigungsvorrichtunger. noch nötig ist.

Die Unteransprüche 2 bis 6 haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläu- &o tert. Es zeigt

Fig. 1 einen teilweise in Seitenansicht gehaltenen Längsschnitt durch eine Beschleunigungsvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Kühleinrichtung,

Fig. 2 eine Stirnansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1.

Fig. 3 einen Schnitt durch die Wicklung der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

F i g. 4 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung eines Abschnittes der Wicklung der Vorrichtung nach den F i g. 1 und 3,

Fig. 5 einen Schnitt durch eine Abwandlung der Wicklung,

Fig. 6 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung des Wicklungsabschnitles gemäß F i g. 5,

F i g. 7 einen Teillängsschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 8 und 9 Darstellungen zur Veranschaulkhung des Aufbaus der Wicklung gemäß F i g. 7,

Fig. 10 eine perspektivische Darstellung eines Abstandsstücks für die Wicklung gemäß F i g. 7,

Fig. 11 eine graphische Darstellung der von der Anordnung gemäß Fig. 12 erzielten Kühlwirkung,

Fig. 12 einen Teillängsschnitt durch die Wicklung einer wiederum anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 13 eine perspektivische Tcilansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, in welcher Teile zur Veranschaulichung des inneren Aufbaus weggebrochen sind,

Fig. 14 einen teilweise weggebrochenen Längsschnitt durch die Anordnung gemäß F i g. 13,

Fig. 15 einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 13 und

Fig. 16 einen Querschnitt durch eine wiederum andere Ausführungsform der Erfindung.

In den Figuren sind einander entsprechende Teile mit jeweils gleichen Bezugsziffern versehen.

In Fig. 1 ist eine spezielle Ausführungsform einer Linearmotor-Beschleunigungsvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung für die Verdampfungskühlung dargestellt. Die Beschleunigungsvorrichtung weist eine Beschleunigungseinheit 10 und eine über der Beschleunigungseinheit 10 angeordnete Kondensatoreinheit 100 für ein Kühlmittel auf. Die Beschleunigungseinheit 10 ist mit einem von Traggliedern oder Halterungen 14 getragenen, zylindrischen Kühlmittelbehälter 12 sowie mit einem Beschleunigungsrohr 16 versehen, welches sich zentral durch den Behälter 12 sowie durch einen Balg 18 erstreckt, der vom einen Ende des Behälters 12 nach außen ragt. Das Beschleunigungsrohr 16 ist an beiden Enden offen, und der Balg 18 ist an seinem freien Ende durch einen nach außen weisenden Flansch 20 verschlossen, der am benachbarten Ende des Beschleunigungsrohres 16 angebracht ist, wobei der Balg 18 eine Ausdehnung und Verkürzung zwischen dem Behälter 12 und dem Flansch 20 zuläßt. Das andere Ende des Beschleunigungsrohres 16 ist unter Abdichtung mit der Seitenwand des Behälters 12 verbunden.

Innerhalb des Behälters 12 ist eine die Statorwicklung bildende elektromagnetische Wicklung 22 über eine elektrisch isolierende Schicht 24 um das zentrale Beschleunigungsrohr 16 herum angeordnet, wobei jeweils ein mit einer öffnung versehenes Abstandsstück 26 aus einem elektrisch isolierenden Material zwischen je zwei benachbarten Wicklungsabschnitten eingefügt ist. Je ein weiteres Abstandsstück 26 aus Isoliermaterial ist zudem an jedem Ende der das Beschleunigungsrohr 16 umschließenden Wicklung 22 vorgesehen. In den Behälter 12 wird hierbei ein Kühlmittel 28 in solcher Menge eingeführt, daß die Wicklung 22 nebst den isolierenden Abstandsstücken 26 vollständig in das Kühim'mci eingetauch; i',i. während oberhalb des Kühlmittelspiegels ein Zwischenraum freibleibt. Das Kühlmittel 28 besitzt einen niedrigen Siedepunkt und liegt normalerweise in Form einer Flüssigkeit vor. Als

Kühlmittel 28 kann vorzugsweise Frcon 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 getragtn 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 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 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 Behälters 102 geführt ist. Die Enden der Kühlschlangen 106 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 Beschicunigungsvorrichtung zur Beschleunigung und zum Ausstoßen eines Fadenführers in einem schützenlosen Webstuhl mit der in Fig. 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 0,35 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 elektrischen 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 Kühlmittel 28 Verdampfungswärme, um die Wicklung 22 zu kühlen. Wie durch die gestrichelten Pfeile in F i g. 1 dargestellt ist. strömt der Dampf vom Kühlmittel 28 über die Dampfleitung 36 in den Behälter 102 der Kondensatoreinheit 100 ein.

Die im Kondensator-Behälter 102 angcoidnete Kühlschlange 106 wird dagegen von einem Kühlmittel, etwa Wasser, durchströmt. Der in den Behälter 102 einströmende Dampf ties Kühlmittels 28 benetzt dabei die Kühlschlange 106 und wird hierbei wieder verflüssigt. Sodann wird das verflüssigte Kühlmittel 28 über die Flüssigkeitsleitung 38 /um Behälter 12 /nrüekgefülirl.

Fs hat sich ge/eigi. daß die in dun I'ig. 1 und 2 dargestellte Anordnung bezüglich der Kuhlw irkiini.· der Zwangsölkühlung bekannter Beschleunigungsvorrichtungen bedeutend überlegen ist. Dieser Umstand ist der Tatsache zuzuschreiben, daß der bei der Verdampfung aus dem siedenden Kühlmittel entstehende Dampf senkrecht zur Längsachse des Behälters 12 hochsteigt, längs welcher die Abschnitte der Wicklung 22 geradlinig angeordnet sind, so daß das Zuleitungsbündel 32 daran gehindert wird, die durch die beschriebene Verdampfungskühleinrichtung gewährleistete Kühlwirkung zu

ίο beeinträchtigen.

Gemäß F i g. 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 näher erläuterten Ausbildung des Abstandsstückes 26 können die Stirnflächen der einzelnen Wicklungsabschnitte unmittelbar mit dem Kühlmittel in Berührung gebracht werden.

to 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 Bcschleunigungsrohr 16 verkleinert wird. Diese Abstandsverklcinerung führt 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 Anoidnung 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 Beschleunigungsvorrichtung, 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 gleichen elektrischen Isoliereigenschaften besitzt wie isolierende Öle, kann die Wicklung aus einem Draht mit einem gegenüber Frcon beständigen Überzug bestehen. Sodann kann die einfach gcwk keltc Wicklung in das Frcon eingetaucht werden. Dadurch ist es möglich, dal.¹ die Wicklung durch das beim Sieden hochsteigende Freon unmittelbar gekühlt wird.

In F i g. 4 ist eine Möglichkeit veranschaulicht, nacl welcher ein Leitungsdraht zu einem Wicklungsabschnit gewickelt sein kann. Der dabei verwendete Leitungs draht ist ein Kupferdraht, der mit einem dünnen FiIn aus elektrisch isolierendem Material beschichtet isi welches gegenüber dem verwendeten Kühlmittel, in vorliegenden Fall Freon, Deständig isi und bei de Verdampfung des Freons gekühlt werden kann. Da elektrisch isolierende Abstandsstück 26 weist eine de Qiierschnitlsform des Bcschleunigungsrohres 16 auge paßte zentrale Öffnung sowie an beiden Seiten lilngi und qiiervcrlaufende Nuten 26;i auf, welche von dt zentralen Öffnung /11 den jeweiligen Rändern verlaufe

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 _t0 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 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 Beschleunigungswirkungsgrad. 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 Fig.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 Kühlmittelströmung entlang des Beschleunigungsrohrcs 16 entstehen kann.

Wie erwähnt, werden die Leitungsdrähte der Wicklung 22 in der Weise um das Beschleunigungsrohr 16 herumgewickelt, daß die radial innenliegenden Leitungsdrähte zumindest größtenteils an dem Beschleunigungsrohr 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 F i g. 1 bis 4 unterscheidet. Gemäß Fig.7 weist jeder Abschnitt der Wicklung 22 eine Anzahl von Spuleneinheilen auf, nämlich bei der dargestellten Ausführungsform in Form von Flachspulen 42, die auf ähnlichen Spulenkernen wie diejenigen gemäß F i g. 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 beschriebenen Art mit einem Durchmesser von z. B. 1 mm spiralig auf den provisorischen Spulenkern gewickelt wird. Sodann wird der provisorische Spulenkern vom eigentlichen Spulenkern entfernt, während gleichzeitig mehrere, beispielsweise vier kleine Abstandsstücke 44 mit einer Dicke von etwa 1 mm gemäß F i g. 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 Wicklung 22 werden auf die gleiche Weise, wie vorstehend beschrieben, hergestellt. Durch die somit geschaffenen Spalte zwischen den Flachspuler 42 werden die Windungen der Wicklung 22 ir unmittelbarem Kontakt mit dem Kühlmittel 28 gehalten Die Leitungsdrähte werden in erster Linie durch die Verdampfung des Kühlmittels gekühlt, wodurch eint gleichmäßige Kühlung des Systems erreicht wird. Zi diesem Zweck ist jeder Leitungsdraht gemäß F i g. 8 ir eine elektrisch isolierende Hülle 46 eingezogen, die au ihrer Oberseite mit einem Längsspalt versehen ist, de einen Leckpfad für den innerhalb der Welle crzeugtci Dampf bildet.

Zur gleichmäßigen Kühlung der Wicklungsabschnitt besitzt jedes der isolierenden Abstandsstücke 2 vorzugsweise nur eine so kleine Berührungsfläche m den Windungen der anschließenden Flachspulen 42, da eine mechanische Unterstützung dieser Wicklungsal

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 Abstandsstükke 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 Kühlmitteldampl zwischen 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 Kühlmiiieldampf 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 Zwischenräumen verdampfen, die ursprünglich zwischen den Windungen der Innenbereiche der Wicklung gebildet worden sind. Diese Bläschen können jedoch nicht ?.ur 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 Wärmeableitung 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 F i g. 7 bis 10 dargestellten Konstruktionen dor Wicklung 22 weist jeder Wickliingsobschnitt eine Anzahl von radialen Spalten auf, während bei der Konstruktion der Wicklung 22 gemäß Fig. 12 jeder Wickliingsabschnitt mit einem in der Mitte liegenden radialen Spult und mehreren, sich in öcn radialen Spalt öffnenden axialen Spalten versehen ist. Der in den Innenbercichun der Wicklung erzeugte Dampf kann daher ohne weiteres über 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 den Fig. 7 bis 10 dargestellten Art durchgeführt, die geschlossene Windungen mit einem Außendurchmesser von 20 mm, einem Innendurchmesser von 10 mm und einer Breite von 15 mm aufweisen. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in F i g. 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 Temperatur differenz ΔΤ in Grad Celsius entsprechend dei Temperatur am mittleren Bereich der inneren Win dungslage vermindert um die Eintrittstemperatur de: verwendeten Kühlmittels angegeben. Bei der die Flachspulen verwendenden Wicklung ist die Tempera tür in Fig. 11 durch eine Temperaturdifferenz Δ Τ 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 gerad Linie die Wicklungen in Form der Flachspulen, während der mit B bezeichnete schraffierte Bereich di geschlossen gewickelten Wicklungen angibt. Wi deutlich aus Fig. 11 hervorgeht, können die aus den Flachspulen bestehenden Wicklungen fünfmal höhe elektrisch belastet werden.

In den F i g. 13,14 und 15 ist eine weiter abgewandelt! Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welche 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 Beschleuni gungseinheit 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 dei Beschleunigungsrohres 16 angeordnet, so .'~'3 sie; letzteres zwischen sich aufnehmen. Der untere Eisen kern 52 ist einstückig ausgebildet, während der oberd Eisenkern 50 aus einer Anzahl von in Längsrichtung verlaufenden, langgestreckten magnetischen Jochteile mit rechteckigem Querschnitt besteht, die mit Abstand voneinander parallel zueinander angeordnet sind, sc| daß sie zwischen sich Durchgänge 54 festlegen, di durch zwischen die benachbarten Jochglieder eingefüg ten Abstandsstücke 56 bestimmt werden. An den beide Seitenflächen jedes Eisenkerns 50 oder 52 sind zwe| Halterungen 58 mit L-förmigem Querschnitt mittels j einer Schraube 60 befestigt, welche den einen Schenke)

des »L« durchsetzt und in das äußerste magnetisch Jochteil eingeschraubt ist. Ein weiterer SchraubbolzeJ 62 ist durch die anderen Schenkel der einande gegenüberliegenden L-förmigcn Halterungen hindurch| geführt, so daß er die Halterungen 58 miteinandej

verbindet und somit die oberen und unteren Eisenkerni 50 bzw. 52 sowie das Beschlcunigungsrohr 16 zusamme; mit der Wicklung 22 zu einer einheitlichen Konstruktioi vereinigt. Zur Veranschaulichung ist in F i g. 13 nur ein Halterungseinrichtung 58,60,62 dargestellt.

6s Bei der Ausführungsfcrin gemäß den Fig. 13 bis 1 besieht das Beschleunigungsrohr 16 vorzugsweise au einem dünnwandigen Bauteil «us einem zweckmäßige niehlnuignctischen Material mit hohem elektrische

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 Verspannungskrafl 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 nvt 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-Absiandsstücke 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 Aufstiegs bahn 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 längsverlaufender 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 Stahllamellen, 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 F i g. 12 bis 14. Die dargestellte Ausführungsform 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 Fi 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 Abstandsstücke 70 hindurchtritt und dann zur Oberfläche des Kühlmittels 28 hochsteigt, während dei restliche Teil der Bläschen durch die Durchlässe 54 ir den Eisenkernen 50 hindurchtritt und dann zui Oberfläche des Kühlmittels 28 hochsteigt. Bei dei Anordnung gemäß Fig. 16 ist mithin gewährleistet, dal sich an der Unterseite der Abstandsstücke 70 keim Dampfblase bildet, wodurch die Wicklung 22 gegen cii örtliches Durchbrennen geschützt ist.

Aus der vorstehenden Beschreibung der Fig. 12 hi 15 und 16 geht mithin hervor, daß alle Bauteile, die da Hochsteigen der Dampfbläschen unter ihrem eigene Auftrieb behindern konnten, mit Durchgängen für di Dampⁿ"läsehen versehen sind, so daß eine örtlich Überhitzung der Wicklung verhindert wird. Änderet '.eits wird dabei eine Verkleinerung der Wärmeablcitfli ehe der Wicklung vermieden. Die Kühlwirkung wir hierdurch erheblich erhöht.

Hierzu 8 Blatt Zcichnunuen

Claims (1)

1 Einrichtung für die Verdampfungsku : einer ^"« _Küh,_mittel eingetaucht ist und. deren

in einem geschlossenen KühlmittelbehälK .,,geord- 5 ve^ampl^ _e Kühlmittel teilweise in den

neten Elektrischen Vorrichtung mit einer strom- ^riuswarme ^^ _{mU d}

Surchflossenen Wicklung, die in das verdampfbare gasform g _verbundenen Kondensator, in den

Kühlmittel eingetaucht ist und deren Verlustwarme KuhtameIb _Kühlmiue, aufstcgt und aus dem es

das flüssige Kühlmittel teilweise in den gasförmigen J ^^,^g durch Schwerkraft weder m den

Zustand überführt, und mit einem mit dem _Kühliuei_behälter absinkt.

Kühlmittelbehälter verbundenen Kondensator, in Kuh ™»^el _Kühleinrichtung ist aus der DT-PS den das dampfförmige Kühlmittel aufsteigt und aus Ein de« g ^^ ^ _{Umf bek t} dem es nach Verflüssigung durch Schwerkraft 180 785 fur d _a„ _inen Verdampfungskuhlwieder in den Kühlmittelhehälter absinkt, da- E^oensow>e ^ _DT._{PS 8192}86 ,st ohne weitere durch gekennzeichnet, daß die elektrische .5 ^ν^™_{£η ganz} einfach die Wicklung ubhcher Bauart Vorrichtung eine Linearmotor-Beschleunigungsvor- -_{m die} kühlflüssigkeit eingetaucht, richtung, bestehend aus einer ein ortsveränderliches in £e W^ _{der Nachteil}, _{daß die in} der Regel Magnetfeld erzeugenden stationären Wicklung (22) Dabei _ickelte Wicklung nur mit ihren und einem von dem Magnetfeld bewegbaren Korper ^^'foberflächenbereichen mit dem Kühlmittel ,n aus elektrisch leitendem Material ist, daß die ^M "^u^^e" _{langt un}d so Wärmestauungen im Inneren Wicklung (22) ein den Körper aufnehmendes, sich B™ⁿ* ^g ^_lslehen können. Drüber hinaus ,st quer durch den Kühlmittelbehältcr (12; Kühlmittel- der, ^W ™^g ,, _{daß der} sich aus der Kühlflüssigkeit kammer 12A) erstreckendes Beschleunigungsrohr nicht ^^e 8_{g entwicke}lnde Dampf sich in ausreichende) umgibt und eine Mehrzahl nebeneinander ^™_f ^r T_{0n der} Oberfläche der Wicklung absetzt, liegender Wicklungsabschnitte bildet und daß in den 25 JmUmU g _Dampfansammlung entstehen kann, ehe Wicklungsabschnitten mindestens ein Ab- °°<™^α° _{irkt und den} Wärmestau im Inneren der Standsstück (26; 40; 44; 44'; 70) derart angeordnet ¹^⁰ ™_{weiter ver}stärkt.

ist daß mindestens ein bis in das Wicklungsinnere ^Wl™f_{r GB}-PS 9 65 801 ist es in diesem Zusammenreichender, zumindest teilweise von den isolierten aus α, ^ _derartige Verdampfungskühlung Leitungsdrähten der Wicklungsabschnitte begrenz- 30 hang D ;_otierenden elektrischen Maschinen zur ter Kanal in einer das verdampfte Kühlmittel al «,eme siatorwicklung anzuwenden, wobei sich freigebenden Lage gebildet ist. £n die Wicklung tragendes Rohr quer durch den 2 Einrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekenn- u"5jJ behälter erstreckt und das flüssige Kühlmittel zeichnet, daß bei einer Linearmotor-Beschleun.- ™me ^ ^ _{Slatorplatlen vom E},_n,_{ritl an} gungsvorrichtung mit einem zusätzlichen das 35 durch «™| _{A tritt an der} anderen Seite der AufLigen des verdampfenden Kühlmittels behm- ce e men SeW zu ^ ^ _p^ ^ _usps ^ ^ ^ dernden Bauteil (Eisenkern 50), dieses Durchgange w'ick. u g β _{a eordne}te Induktionsspulen mit aufrech-(54) aufweist, die senkrecht oder schräg nach oben »»«er Spulenachse verlaufenden Kanälen verlaufen und an ihrem oberen Ende offen sind ten;/" ™ⁿJ ^₅ Kühlmittel in das Innere der

(F i g. 13 bis 16). , , h ⁴° Wicklung eingeleitet und wieder ausgeleitet wird. Die

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch WKklung «n e ^^ ^^ ^ _{Ejns h |n}

gekennzeichnet, daß das Abstandsstuck (26) zwi- ^^ana'^' _{fur die kom}pakte Wicklung ausgeb.ldet.

sehen benachbarten Wicklungsabschnitten angeord- lragKorpe^r _{s u Q7 Q99 ist em} Linearmotor mit

net ist und auf beiden Seiten mit einer Mehrzahl von ^us Kühleinrichtung jedoch als

Kanäle bildenden offenen Nuten (26a,) versehen .st, 45 ^"^h'^U"^_a ^B _nte|_kühiung und Hohlleiterwasserkühlung

die sich von seinem Mittelbereich bis zu seinem Wass^mantelkuhlu g^ _Veröffem,_{ichung >)Paper No}.

Umfangsbereich erstrecken(F tg. 4,10). r,₇%\\_a Oktober 1960, der Institution öl Electrical

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ■>?'*"' ■ _{d bereits} elektrische Beschleunigungsvordadurch gekennzeichnet, daß jeder W.cklungsab- ^^^J^, _{bei dene}n der zu beschleunigende, schnitt zur Ermöglichung einer Berührung der 50 «^η ^D« · _{ischem Materi}al und einem innersten Bereiche der Wicklung mit dem kuhlmii- aus e nem ¹J * _Materia, _bestehende Körper

schnitt zur Ermöglichung einer g ^ _{ischem Materi}al und einem innersten Bereiche der Wicklung mit dem kuhlmii- aus e nem ¹J * _Materia, _bestehende Körper tel teilweise durch ZwischenfLgen des Abstandss uk- ^ktnsch le.tt g_{veranderlicnen} Magnetfeldes bekes (40) im Abstand von dem Rohr (16) angeordnet mit el; eines ^ ^^ ^ _{£rregung einer zugeord}. ist (F ig. 6). ■ u , κ« 4 ss neten Wicklung erzeugt wird. Eine solche Beschleuni-5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. 55 neter' W'« ^ . / _{ß für die} Beschleunigung des dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wicklungsab- |^uJ™m bei e nem schützenlosen Webstuhl beschnitt eine Mehrzahl von Flachspulen (42) aufweist, ^denfuhrers De. _{ktrischen Linea}rmotor-Bezwischen denen zur Bildung von gegenseitigen ^^^^'^richtung bei einem schützenlose. Abständen die Abstandsstücke (44) in senkrechter ^^^^^ΓοΗ Umwälzung der Kühlflüssigkeu Lage angeordnet sind (F ig. 7.8). <* ^W^^D _ö £_{h dnen Behaher}, in welchem die b. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis X eiwa .· _wicklung angeordnet ist. Hierbei wire dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wicklungsab- z,₌d„e ^^^ J_{uhlwirkungsgrild} er,icli. se schnitt eine Mehrzahl von ^¹"¹^^^¹^,,^,! _{daß a}n d" Wicklung ein großer Tempcraturansticj aufweist, die zwischen sich einen mstt.eren I₁Ki-I ' _f . Außerdem ergeben sich hierbei insofcr: Spalt und eine Mehrzahl durch die A standsstuc ke 65 a^ftnt Λ ße^cle^ ^g _{Besch|cunigung be}, _höl (44') bestimmte, damit verbundene ax.ak Spalte als £. fe ^ ^ ^^ _{Frequenzen erfol}g Kanäle bilden (F . g. 11). Zudem müssen ein ölbehälter, eine Umwälzpump