DE2506184C3 - Durchzugsbelüftete Gleichstrommaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine durchzugsbelüftcte Gleichstrommaschine mit einem auf der Rotorwelle innerhalb des Maschinengehäuses angeordneten Ventilator, mit einer Bürstenhalterung deren Bürsten auf einem Kommutator schleifen und die eine Verbindung zwischen der Atmosphäre und dem inneren, den Kommutator, die Wicklungen und den Ventilator enthaltenden Raum über Spalte an je einer Seite der Bürsten aufweis

Eine derartige durchzi'gsbelü^flete Gleichstrommaschine ist aus der US-PS 16 2 3 846 bekannt.

Bei dieser bekannten Gleichstrommaschine ist /wischen Bürsten und Bürstenhalterung ein Spalt vorhanden, durch den die Kühlluft einströmt. Der lnnenraum. der den Anker, also auch den Kommutator, die Wicklungen und den Ventilator enthalt, steht nur über diesen Spalt mit der Atmosphäre in Verbindung. Wenn nicht mit einem enorm hohen Kühlluftdurchsatz gearbeitet wird, ist es bei dieser Maschine nicht /u vermeiden, daß am Kollektor über die Spalte /wische den Bürsten und der Bürstenhalterung bereits erheblich erwärmte Kühlluft eintritt, so daß sich im Bereich der Bürsten am Kommutator Warmluftnester bilden und so eine gleichmäßige Kühlung nicht sichergestellt werden kann.

Bei einer anderen bekannten durch/ugsbelüfteten Gleichstrommaschine (DE-PS 8 54 970) sind an den Bürstenhaltern l.eitwände angebracht, so daß ein Teil der jeweils von außen zuströmenden Luft gezwungen wird, entlang der Bürstenhalter zum Kommutator und entlang des Kommutators /u strömen Dabei werden aber die Bürsten selbst nur bedingt durch die Kühlluft erfaßt, ferner ergibt sich ein komplizierter Aufbau.

Bei einer bekannten Schleifringanordnung (DE-OS 2123 278) sind /wischen den einzelnen Burstenreihen in etwa radial gerichtete Absaugkanäle vorgesehen, deren Absaugöffnungen sich im Bereich der Bürstenfüßc befinden und über die Luft, die entlang der Bürstenhalter zuströmt, in einen Sammclkanal mittels einer UtuefdrUdkquellei abgeführt wird. Es erfolgt dabei keine axiale Strömung entlang des Kommutators und auch nicht entlang der Wicklungen. Da die bekannte Kühlung für Turbogeneratoren mit hoher Leistung und hoher Spannung verwendet werden soll, soll so jede Verschmutzung durch Graphilstaub und damit das Entstehen von Kriechwegen vermieden werden. Für kleinere Maschinen wäre der Aufwand zu groß und die fehlende Kühlung der Wicklung von Nachteil.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gleichstrommaschine der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, bei der bei einfachstem Aufbau eine völlig gleichmäßige Kühlung aller Teile erreichbar ist und Warmluftnester grundsätzlich vermeidbar sind.

Diese Aufgabe wird bei einer durchzugsbelüfteten

'£> Gleichstrommaschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der innere Raum zusätzlich über eine Öffnung in der Wandung des Maschinengehäuses mit der Atmosphäre verbunden ist und daß durch die Lage dieser öffnung die durch sie strömende Luft so

is führbar ist, daß sie auf die Außenfläche des Bürstenhalters auftrifft und koaxial mit der Rotorwelle entlang der beiden Seiten der Bürsten bzw. Bürstenhalter strömt

Der mit der Erfindung gegenüber dem oben aufgezeigten Stand der Technik erzielbare technische Fortschritt besteht in einer ausreichenden und völlig gleichmäßigen Kühlung der gesamten Gleichstrommaschine und vor allem der Bürsten und der Bürstenhalter, und zwar auch von außen bei einem Minimum an

²S Kühlluftdurchsatz, was mit einem Minimum von Verlustleistung erreichbar ist. Dieser wesentliche Vorteil wird dann noch mit einem Minimum an Aufwand erreicht, da keinerlei zusätzliche Hinrichtungen od. dgl. notwendig sind.

Ausführungsformen der erfindungsgemäßen durchzugsbelüfteten Gleichstrommaschine werden anhand der Zeichnung beschrieben. Ls zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Gleichstrommaschine in einer ersten Ausführungsform.

F ι g. 2 eine Schaubikldarstellung der Beziehung zwischen der Temperatur der Bürsten und dem Ventilations-Luft volumen einer Gleichstrommaschine nach dem Stande der Technik und der eifindungsj.cmii ßen Ausbildung einer Maschine gemnß Fig. 1.

fig. 3 einen Teilaxuilschniu in evc as vergrößertem Maßstab durch die wesentlichen Teile einer zweiten Ausfuhrungsform der I rfindung.

F ig 4 einen Teil.ixuilschnilt in etwas vergrößertem Maßstab durch wesentliche Teile einer dritten Ausfiihrungsform der Frfindiing. und

Fig. > einen Ieil.ixi.ilschmtt in etwas vergrößertem Maßstab durch die wesentlichen teile einer vierten Ausfiihrungsfonii dei Erfindung.

Bei dem ersten Ausfiihrungsbeispiel der I liindung nach I ι g I sind an beulen luden des Maschinengestellses 20 l.iigersihildcr I und 2 vorgesehen, in denen Lager 4 und 5 einer Rotorwelle 5 angeordnet sind. An der Seite d's Lagersthildes 1 ist der R,nun. in dem die Bürsten 8 angeordnet sind, in einen äußeren Raum 12 4 ,in der Seite der »Kopfe» der Bürsten 8 und einen inneren Raum 12W. der nach der Seile des Kommutators 7 liegt, unter Benutzung einer Trennwand 30 unterteilt, die gleichzeitig .ils Bürstenhalterung 6 dient Die zwei Räume 124 und 12Wwerden miteinander lediglich durch die Spalte 9 in Verbindung gehalten, die zwischen dem inneren I Imfang der Bürstenhalter 6 und je einer Seilenfläche jeder Bürste 8 vorgesehen sind. Ein Endteil der Trennwand 30, der an der Seite der Feldspule 13 liegt, ist mit einem Ende des Maschinengehäuses 20

verbunden. Eine Abdeckung 10 deckt den äußeren Raum 12/4 nach außen ab. Der innere Raum 12ß steht über den Luftspalt 16, der zwischen der Wicklung 13, den inneren Feldpolen 14 und dem äußeren Umfang der

Ankerwicklung ausgebildet ist, mit dem inneren Raum

17 vor dem Lagerschild 2 und weiter über eine AbluftölTnung 18 im Maschinengehäuse mit der Atmosphäre in Verbindung. Im Raum 17 befindet sich der mit der Rotorwelle 3 drehtest verbundene Ventilator 19.

Der Lagerschild 1 enthält eine Lüftungsöffnung 21, die den äußeren Raum 124 mit der Atmosphäre unmittelbar in Verbindung bringt, und eine zusätzliche öffnung 22, die. den inneren Raum 12ß in Verbindung mit der Atmosphäre hält. Ferner sind Stromzuleitungen 23 zu den Bürsten 8 vorhanden. In der Abdeckung 10 ist keine Lüftungsöffnung angeordnet.

Läuft nun die Welle 3 und damit der Ventilator 19 um, so wird ein Kühlluftstrom S durch die Lüftungsöffnung 21 in den äußeren Raum \2A und durch die Spalte 9 gegen Teile der Bürsten 8 und des Kommutators 7 gerichtet. So werden die seitlichen Flächen der Bürsten 8, die Teile der Bürsten 8 und des Kommutators, die in Schleifberührung miteinander sind, und andere Teile in ihrer Umgebung durch den Luftstrom ßgekühlt.

Ein Kühlluftsiiom Cwird durch die öffnung 22 in den inneren Raum 12ß eingesaugt. Er strömt ,angs der äußeren Oberflächen der Bürsten, die von der Bürstenhalterung 6 gehalten werden, und des äußeren Umfangs des Kommutators 7. Der auf den Kommutator 7 auftreffende Luftstrom B wird aufgeheizt. Der Luftstrom C bewirkt nun. daß der Luftstrom B seine Wärme an ihn abgibt und mit ihm /u einem Luftstrom D wird, der durch den Luftspalt 16 und die Abluf'öffnung

18 abströmt, also in die Atmosphäre. Vorzugsweise ist die Öffnung 22 in ihren Außen-Abmessungen etwas größer als der äußere Durchmesser des Kommutators, um so die Wirksamkeit, mit der der Luftstrom C an dem äußeren Umfang des Kommutators 7 vorbeiströmt, zu erhohen.

Aus der vorgegangenen Beschreibung ergibt sich. d.iH die Wirkung fur das Kuhlen der Bürsten 8 verdoppelt wird, weil diese nicht nur längs ihres inneren Umfangs b/vv. ihrer Innenfläche durch den Luftstrom B gekühlt werden, sondern auch längs ihrer Außenflache durch den Kühlluftstroin C Die Wirksamkeit, mit der der Kommutator 7 gekühlt wird, ist ebenfalls vergrößert, weil er sowohl durch den Kühlluftsirom B als auch den Kühlluftstroin C gekühlt wird. Weiterhin werden die Wicklung Π der Feldpole 14 und die Ankerwicklung 15 durch den luftstrom D gekühlt. So können sämtliche Luftstrom»: ohne Verluste ausgenutzt werden.

Die f rfindung wurde s-> erläutert, daß l.iilts'rome durch die Öffnungen 21 und 22 eingeführt und die gleichen l.iiflstrome diiich die Lüftungsöffnung 18 abgeführt werden. Is sei icdoch darauf verwiesen, daß die gleiche Kuhlwirkung gemäß tier Erhndung erreicht werden kann, wenn man einen Luftstrom durch die I üftungsöffnung 18 einführt und diesen Luftstrom durch die Öffnungen 21 und 22 in form zweier l.uftströme abfuhrt. Wenn dies der fall ist. bewegt sich ein Luftstrom /. der durch die Lüftungsöffnung 18 in die Gleichstrommaschine eingesaugt wird, auf dem gleichen Wege wie der Luftstrom D. aber in entgegengesetzter Richtung; er teilt sich auf in einen Luftstrom Fin einer Richtung entgegengesetzt zu der Bewegungsrichtung des LuftslroiTies B und einen Luftstrom C in einer entgegengesetzten Richtung zu der Bewegungsrichtung des Luftstromes C. Da die Spalte 9 einen großen Widerstand für den Luftstrom bildet, neigt der Luftstrom F dazu, relativ kleinen Durchsatz zu haben. Um diesen Nachteil zu -f/eheben, kann der Durchlaß-Querschnitt der öffnung 22 verringert werden, um ihren Widerstand gegenüber einem Luftstrom zu vergrößern. Auf diese Weise wird sich der Durchsatz des Luftstroms F erhöhen. Es dürfte klar sein, daß selbst, wenn die Luftströme B und C in die Gleichstrommaschine über die Öffnungen 2! und 22 eingeführt werden, die Luftmenge, die durch die Spalte 9 strömt, durch geeignetes Bemessen der Größe der öffnungen 21 und 22 eingestellt werden kann.

Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß mit der Belüftungsausbildung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 die Temperatur der Bürsten um ungefähr 20 % verringert werden kann im Vergleich zu der Temperatur der Bürsten üblicher Gleichstrommaschinen, wenn die

'5 anderen Bedingungen gleich bleiben. Die Temperaturen in unterschiedlichen Teilen einer Bürste können ebenfalls verringert werden, wenn die Belüftungsanordnung gemäß der Erfindung in einer Gleichstrommaschine angewendet wird. Für z. B. eine Bürstenstromdichte von 15 A/cm- und einen Luftdurchsatz von 5.75 rn'/min betragen die Temperaturen des Kop' ··, der Bürste, des unteren Teiles der Bürste auf der Koiiliilualoi seile und der Stromzuleitungen zu den Bürsten bei einer bekannten Gleichstrommaschine 100 C. 140 C und

¹S 90 C. Die entsprechenden Werte waren unter den gleichen Betriebsbedingungen bei der Gleichstrommaschine gemäß der Erfindung 80 CIlO C und b0 C

Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 ist die Abdeckung 10 für die Köpfe der Bürsten 8 an einer Seite an dem Lagerschild 1 befestigt, um den Kühlluftstrom B zu steuern. Die Anwendung der Abdeckung 10 erhöht den jußeren Durchmesser des Abschnitts der Gleichstrommaschine an der Außenseite der Bürsten, t im eine besonders gedrängte Bauart zu erzielen, kann lediglich eine Kappe 10 Ά als Abdeckung für die Kopfe der Bürsten 8 dienen. Sie ist mit einer Lüftungsöffnung 24 versehen, um den Innenraum der Kappe 10Λ in Verbindung mit der umgebenden Atmosphäre zu halten. Ein Filter 25 ist in die Lüftungsöffnung 24 cirgesel M. Da keine große Abdeckung 10 verwendet wird, ist c-s hier möglich, den AuRendiirchmesser desjenigen Abschnitts der Gleichstrommaschine zu verkleinern, in dem die Bürsten 8 angeordnet sind. Der Kuhiiuftstroin ßvvird in die Gleichstrommaschine durch die Lüftungsöffnung 24 eingeführt, die in der Kappe 10Λ vorgesehen ist. und trifft nach Durchströmen der Spalte 9 au! den Kommutator 7. Fs kann derselbe Kühleffekt erreicht werden wie in der ersten Ausführungsform. Vorzugsweise ist die Kappe 104 aus Kunstharz. Gummi oder anderem Isolierstoff hergestellt, um elektrische Schläge /u vermeiden.

Γ ι g. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gleichstrommaschine in offener Bauar'. Diese hat keine Abdeckung IO oder Kappe 104 Bei dieser werden Kühlluftströme direkt durch die Spalte 9 zwischen der Bürstenhalterung 6 und den Bürsten 8 hindurch eingeführt.

f ι g. 5 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung, bei der eine vertikale Trennwandplatte 29.

die den außerhalt der Bürstenhalterung 6 liegenden äußeren Raum 12 4 von der Wicklung 13 trennt, an einer Abdeckung 28 befestigt ist (in der ersten Ausführungsform nach Fig. 1 ist der Endteil oder vert.kale Teil der von der Bürstenhalterung 6 gebildeten Trennwand am Maschinengehäuse 20 befestigt). Die Abdeckung 28 ist mit einer Lüftungsölti/ung 27 versehen, in die ein Filter 26 eingebaut ist.

Bei der Ausführunesform eemäß Fie. 5 erfolst das

Kühlen der Bürsten und des Kommutators mit der gleichen guten Wirkung wie bei den vorher erwähnten Ausführungsformen. Ein zusätzlicher Vorleil liegt in der Leichtigkeit, mit der Wartungsarbeiten durchgeführt werden können, weil die Bürstenhalterung 6 unabhängig vom Maschinengehäuse 20 ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Durchzugbelüftete Gleichstrommaschine mit einem auf der Rotorwelle innerhalb des Maschinengehäuses angeordneten Ventilator, mit einer Bürstenhalterung, deren Bürsten auf einem Kommutator schleifen und die eine Verbindung zwischen der Atmosphäre und dem inneren, den Kommutator, die Wicklungen und den Ventilator enthaltenden Raum über Spalte an je einer Seite der Bürsten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Raum (12Bj zusätzlich noch über eine öffnung (22) in der Wandung des Maschinengehäuses (1) mit der Atmosphäre verbunden ist und daß durch die Lage dieser öffnung die durch sie strömende Luft (C) so führbar ist, daß sie auf die Außenfläche des Bürstenhalters (6) auftrifft und koaxial mit der Rotorwelle (3) entlang der beiden Seiten der Bürsten (8) bzw. der Bürstenhalter strömt.