DE3033549A1

DE3033549A1 - Elektrische maschine mit fluessigkeitsgekuehlten schleifringen

Info

Publication number: DE3033549A1
Application number: DE19803033549
Authority: DE
Inventors: Eike Dipl.-Ing. 1000 Berlin Triest
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-09-04
Filing date: 1980-09-04
Publication date: 1982-04-08
Also published as: JPS5778352A

Description

Elektrische Maschine mit flüssigkeitsgekUhlten Schleif-
ringen Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine mit flüssigkeitsgekühlten Schleifringen, wie sie aus dem DE-GM 19 89 918 bekannt ist. Bei dieser bekannten Maschine sind zur Verbesserung der Zahlung sowohl die Schleifringe als auch die Zuleitungen des Erregerstromes von den Schleifringen zu den Erregerwicklungen in den Kühlflüssigkeitskreislauf der Erregerwicklung einer elektrischen Synchronmaschine selbst mit einbezogen. Zu diesem Zweck sind die-Zuleitungen als Hohlleiter ausgebildet, wobei sie an der inneren Mantelfläche der Schleifringe entlanggeführt und mit dieser durch Hartlötung verbunden sind. Dadurch wird die gesamte innnere Oberfläche der Schleifringe von der Kühlflüssigkeit umflossen, so daß eine wirksame Wärmeabfuhr erzielt wird. Eine derartige Anordnung setzt aber das Vorhandensein eines Kühlflüssigkeitskreislaufes in der Maschine und insbesondere im Läufer voraus.
Durch die vorliegende Erfindung soll der Aufbau eines flüssigkeitsgekUhlten Schleifringes vereinfacht werden, ohne daß sich die Wärmeabfuhr wesentlich verschlechtert, wobei dieser auch bei nicht flüssigkeitsgekühlten Maschinen eingesetzt werden soll.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung der Schleifring mit einem benachbart zur Schleiffläche liegenden abgeschlossenen Hohlraum versehen, der teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt ist. Die Kühlflüssigkeit ist also in den Schleifring eingeschlossen, wodurch Zu- und Ableitungen der Kühlflüssigkeit und insbesondere Mittel zu ihrer Übertragung auf den Läufer entfallen. Eine Erwärmung der Schleiffläche des Schleifringes führt auch zur Erwärmung der Kühlflüssigkeit. Da in der Kühlflüssigkeit ein Temperaturausgleich entsteht, so daß sich in der Kuhlflüssigkeit nahezu die gleiche Temperatur einstellt und die Wärme dann durch die Flüssigkeit auf die Seitenwände des Schleifringes übertragen wird, ist die wärmeabgebende Oberfläche und somit die Wärmeabgabe des Schleifringes viel größer als bei einem massiven Schleifring, bei dem sich zwischen der warmen Schleiffläche und der Seitenwand mit kleiner werdendem Durchmesser ein immer größer werdendes Wärmegefälle ausbildet, so daß die Seitenwand auf kleinem Durchmesser nicht mehr zur Entwärmung beiträgt.
Als Kuhlflüssigkeit kann Wasser verwendet werden. Wasser hat bei gleichem Volumen eine um 10% größere Wärmekapazität als Stahl. Wird nur die gute Wärmeleitung in der Kühlflüssigkeit für die Entwärmung genutzt, so wird der Hohlraum zum größten Teil mit der Kühlflüssigkeit gefüllt.
Es verbleibt nur ein kleiner Luftanteil im Hohlraum zum Ausgleich der Volumenänderung der inkompressiblen Kühlflüssigkeit bei Erwärmung.
Mit Vorteil kann aber zur Kühlung nicht nur die gute Wärmeleitung der Flüssigkeit,sondern auch die Verdampfungswärme der Kühlflüssigkeit genutzt werden. Zu diesem Zweck wird nur ein kleiner Teil des Hohlraumes im Schleifring mit der Flüssigkeit gefüllt. Die Flüssigkeit verdampft dann am heißen Außendurchmesser des Hohlraumes und kondensiert an den Seitenwänden und am Innendurchmesser. Durch Einstellung eines bestimmten Druckes im eingeschlossenen Luftpolster innerhalb des Schleifringes kann die Siedetemperatur der Flüssigkeit den Erfordernissen angepaßt werden.
Ein derartiger flüssigkeitsgekhhlter Schleifring, bei dem die Flüssigkeit in einem Hohlraum eingeschlossen ist, hat den Vorteil, daß infolge der verbesserten Wärmeübertragung und der größeren Wärmekapazität die Strombelastung des Schleifringes vergrößert werden kann und demzufolge die Schleifringabmessungen kleiner gewählt werden können. Bei einem kleineren Durchmesser der Schleiffläche ist aber die Umfangsgeschwindigkeit kleiner und damit der BUrstenverschleiß geringer.
Bei Nutzung der Verdampfungswärme zur Kühlung empfiehlt es sich, daß in dem Schleifring eine Flüssigkeit mit niedrigem Siedepunkt enthalten ist, wie z. B. Alkohol oder Methanol.
Im folgenden sei die Erfindung noch anhand der in den Fig. 1 und 2 der Zeichnung jeweils schematisch im längsschnitt dargestellten'in Rotation gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Der auf der Welle 1 des Läufers einer elektrischen Maschine angeordnete Schleifring 2 weist zwischen der Schleiffläche 3 und dem Innenring 4 den Hohlraum 5 auf, der von den Seitenwänden 6 begrenzt ist. Dieser Hohlraum 5 ist zum Teil mit einer Flüssigkeit 7 mit niedrigem Siedepunkt, wie Alkohol, gefüllt. Die Füllung erfolgt über Öffnungen in den Seitenwänden 6, die durch Verschlußschrauben 8 verschlossen sind.
Während des Betriebes der elektrischen Maschine wird die im Hohlraum 5 vorhandene Flüssigkeit 7 gegen den Außendurchmesser 9 des Hohlraumes 5 gedrückt, der durch die auf der Schleiffläche 3 laufenden, nicht dargestellten Bürsten und die Stromübertragung stark erhitzt ist. Die Flüssigkeit 7 verdampft dort und entzieht somit der Schleiffläche 3 die zur Verdampfung erforderliche Wärme. An den kühleren Seitenwänden 6 und am Innenring 4 kondensiert sie dann wieder.
Fig. 2 zeigt einen flüssigkeitsgekühlten Schleifring 2, bei dem im wesentlichen die Vergrößerung der Wärmekapazität und die Verbesserung der Wirmeleitung durch die Flüssigkeit 7 ausgenutzt ist. Deshalb ist auch der Hohlraum 5 weit mehr mit der Flüssigkeit 7 gefüllt. Die Wärme der Schleiffläche 3 wird durch die Flüssigkeit 7 auf die Seitenwände 6 und auf den Innenring 4 übertragen, der hier einen U-förmigen Querschnitt hat. Die gesamte Oberfläche der Seitenwände 6 und des. Innenringes 4 dient jetzt als wärmeabgebende Oberfläche, bei welcher der Wärmeübergang noch dadurch verbessert ist, daß die Seitenwände 6 mit Rippen 10 versehen sind.
2 Figuren 3 Ansprüche Leerseite

Claims

Patentanspruche rh 1. Elektrische Maschine mit flüssigkeitsgekhhlten Schleifringen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der Schleffring (2) mit einem benachbart zur Schleiffläche (3) liegenden, abgeschlossenen Hohlraum (5) versehen ist, der teilweise mit einer Flüssigkeit (7) gefüllt ist.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Schleifring (2) eine Flüssigkeit (7) mit niedrigem Siedepunkt enthalten ist.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die den Hohlraum (5) begrenzenden Seitenwände (6) des Schleifringes (2) mit Rippen (io) versehen sind.