DE3325942A1

DE3325942A1 - Waermerohr zur temperaturerniedrigung in thermisch belasteten bereichen

Info

Publication number: DE3325942A1
Application number: DE19833325942
Authority: DE
Inventors: Werner Dr.-Ing. 6901 Wiesenbach Auer
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1983-07-19
Filing date: 1983-07-19
Publication date: 1985-01-31

Description

TELDIX GmbH

Postfach 10 56 08 Grenzhöfer Weg 36

6900 Heidelberg 1

Heidelberg, 12. Juli 1983 PT-Vo/kn E-554

Wärmerohr zur Temperaturerniedrigung in thermisch belasteten Bereichen

Die Erfindung betrifft ein Wärmerohr zur Temperaturerniedrigung in thermisch belasteten Bereichen durch Verbinden eines erhitzten Bereiches mit einer Umgebung zur Wärmeabgabe durch einen eine Flüssigkeit enthaltenen rohrförmigen Körper.

Ein Wärmerohr bildet eine geschlossene Umhüllung, das ein Arbeitsfluid enthält, das sowohl eine flüssige Phase als auch eine Dampfphase hat, die im Bereich der Betriebstemperaturen liegen. Wird ein Bereich der Umhüllung einer höheren Temperatur ausgesetzt, so arbeitet es als Verdampferabschnitt. In ihm wird das Arbeitsfluid verdampft, und es strömt in dieser Form dem auf niedriger Temperatur liegenden Abschnitt der Umhüllung zu, der als Kondensatorabschnitt wirkt. Das Arbeitsfluid wird im Kondensatorabschnitt kondensiert und kehrt dann in flüssiger Form in verhältnismäßig kurzer Zeit infolge der Phasenänderung von dem auf tieferer Temperatur liegenden Abschnitt zu dem auf höherer Temperatur liegenden Abschnitt zurück. Da der Betrieb nicht auf den Prinzipien der Leitung oder Konvektion, sondern auf dem Prinzip

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der Phasenänderung beruht, kann ein Wärmerohr theoretisch wesentlich schneller Wärme übertragen, als eine üb!iehe Wärmeübertragungseinrichtung.

Ein Wärmerohr der genannten Art ist beispielsweise aus der DE-OS 28 36 527 bekannt. Dieses dient zur Kühlung sehr heißer Bereiche von Verbrennungsmotoren. Das Wärmerohr ist dabei im Zylinderkopf angeordnet und führt die unmittelbar oberhalb des Brennraumes entstehender Wärme ab.

Es ist auch aus der DE-OS 28 25 582 bekannt, ein Halbleiterglied mit einem Wärmerohr zu versehen, welches an einer Oberfläche der größten Wärmeabgabe angeordnet ist.

Die bekannten Anordnungen befassen sich mit statischen Gebilden_s die direkt mit dem Wärmerohr verbunden werden können., Es handelt sich hier also um ein einfaches Anbringen bzw. Anflanschen des Wärmerohres an das Wärme erzeugende Bauteil.

Demgegenüber gibt es in vielen Fällen das Problem an einem beweglich angeordneten Teil in welchem Wärme erzeugt und welches thermisch isoliert ist, diese Wärme abzuführen₀ Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Schaffung einer Anordnung mit welcher beispielsweise die Reibungswärme einer Lagerung abgeführt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe wird gesehen in der Anwendung J30 eines Wärmerohres in einer Lagerung, welche im wesent-

1 innen _Üi er misLch is_olTert a ng¥oT^nert~TrE7~" wo frei— d f-e—— Flüssigkeit durch einen Docht o.a. dem Lager zugeführt wird.

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In einer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, eine Lagerung derart mit dem Wärmerohrprinzip zu kombinieren, daß das Schmiermittel oder höher siedende Bestandteile des Schmiermittels oder eine dem Schmiermittel zugefügte Kühlflüssigkeit bei Erreichen einer bestimmten Lagertemperatur verdampft (beginnend und am stärksten an den heißesten Stellen) und sich im Kühlbereich niederschlägt, von dem das kühlende Medium wieder in flüssiger Form der Lagerung zugeführt wird. 10

Verwendet man das Schmiermittel selbst als Kühlmedium, so kann man eine Umlaufschmierung (eventuell Reservoirwirkung) realisieren.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen

Fig. 1 eine Gleitlageranordnung bei Verwendung in einer Spinnturbine,

Fig. 2 eine Kugel!ageranordnung.

Gemäß Fig. 1 weist die Spinnturbine einen topfförmigen Rotor 1 auf, welcher im Zentrum des Bodenteils 2 eine Bohrung 3 enthält. In der genannten Bohrung 3 ist ein Zapfen 5 angeordnet, dessen freies Ende 6 in eine Lagerbuchse 7 hineinragt. Der Schwerpunkt des Rotors befindet sich zumindest näherungsweise auf der Symmetrieachse 8 und zwar im Bereich des Zapfenlagers, welches die Lagerbuchse 7, sowie den Zapfen 5 enthält. In den topfförmigen Rotor 1 ragt der Stator 10 hinein, welcher eine Bohrung 12 zur Aufnahme der Lagerbuchse 7 aufweist. Die genannte Lagerbuchse 7 ist mittels Teilen aus elastischem Material in der Bohrung 12 angeordnet, welche Teile als O-Ringe 13 ausgebildet sind. Diese O-Ringe liegen in Nuten 15 der Bohrung 12, sowie in Nuten 17 der Lagerbuchse 7. Anstelle der genannten O-Ringe kann bevorzugt eine

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Spiralfeder (nicht dargestellt) vorgesehen werden, wobei ein Ende an der Bohrung 12 und das andere Ende an der Lagerbuchse 7 anliegt. Zum Antrieb des Rotors 1 ist ein Elektromotor vorgesehen, enthaltend auf der Innenfläche des Rotors 1 angeordnete Permanentmagnete 20. Die im wesentlichen radial magnetisieren Permanentmagnete 20 besitzen in Umfangsrichtung abwechselnde Polarität und sind als einzelne Magnete am Rotor befestigt oder beispielsweise aus in Kunstharz eingebettetes Metalloxydpulver gebildet. Den genannten Permanentmagneten sind gegenüberliegend auf dem Stator 10 Wicklungen 22 zugeordnet, welche von Strom durchflossen sind, sodaß der Rotor beispielsweise nach Art eines bürstenlosen Gleichstrommotors angetrieben wird. Die Wicklungen 22 sind eisenlos ausgebildet, dadaß auch von dem derart gebildeten Elektromotor keine zusätzlichen Kräfte oder Momente auf die Lagerung hervorgerufen werden. Am vorderen Ende des Rotors ist ein Trichter 21 vorgesehen, in welchen bei Verwendung der angegebenen Vorrichtung in Spinnmaschinen nach dem Offen-End-Verfahren das zu spinnende Material in bekannter Weise hineingelegt und abgezogen wird. Befindet sich der Schwerpunkt des Rotors beispielsweise infolge von Fertigungstoleranzen oder infolge des in den Trichter 21 befindlichen Materials nicht exakt auf der Symmetrieachse 8, so kann sich der Rotor aufgrund der schwimmenden Lagerung dennoch um seine Hauptträgheitsachse drehen. Zusätzliche Lagerkräfte werden vorteilhaft vermieden«,

Solche Spinnturbinen werden mit sehr hohen Drehzahlen, beispielsweise bis 120 000 /min betrieben. Die dabei entstehende Lagererwärmung kann durch Wärmeleitung nur unvollständig übertragen abgeführt werden, da die Lagerung mittels der 0-Ringe 13 von dem Statorteil weitgehend thermisch isoliert ist.

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Zur Wärmeabfuhr ist daher ein Wärmerohr 23 vorgesehen, welches an den Turbinenträger 4 angeflanscht ist. Dieses Wärmerohr enthält Fluid 9 das einen niedrigen Siedepunkt aufweist und gleichzeitig auch Schmiereigenschaften besitzt. Das Fluid wird über einen Kanal 11 und einen Docht 14 der Lagerbuchse 7 zugeführt. Die Lagerbuchse besteht aus Sintermetall und hat die Eigenschaft, das Fluid den Lagerstellen zuzuführen. Die an den Lagerstellen entstehende Erwärmung führt zur Verdampfung des Fluids, wobei der Dampf über den Kanal 16 dem Wärmerohr zugeführt wird. Der Dampf kondensiert an den Außenflächen des Wärmerohres, damit wird ein geschlossener Kreislauf gebildet.

Die Kugellageranordnung in Fig. 2 zeigt eine Welle 24, die mittels der Kugellager 25, 26 an einer feststehenden Hülse 27 gelagert ist. An den Lagerenden sind Scheiben 28, 29 angeordnet, die den Raum, in welchem sich die Kugellager befinden, beispielsweise mit Labyrinthdichtung abdichten. Die Lagerung ist über ein Verbindungsstück 30 mit dem Wärmerohr 31 verbunden, in welchem sich ein Fluid 32 befindet. Über Röhren 33, 34 wird das Fluid den thermisch belasteten Stellen der Lagerung zugeführt, das verdampfte Medium wird über das Verbindungsstück zum Wärmerohr rückgeführt.

Bei großer Erhitzung des Lagers und einem damit verursachten erhöhten Dampfdruck wird das Fluid mit einem erhöhten Druck über die Röhren 33, 34 dem Lagerbereich zugeführt. Dies hat zur Folge, daß eine selbstständige Regelung der Wärmeabfuhr erfolgt. Das Verhältnis von Druck und zugeführtem Fluid kann durch entsprechende Bemessung der Oberfläche des in dem Wärmerohr 31 befindlichen Fluids und/oder der Größe der Austrittsöffnung 35an den Röhren 33, 34 variiert werden.

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Claims

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Patentansprüche

Wärmerohr zur Temperaturerniedrigung in thermisch belasteten Bereichen durch Verbinden eines erhitzten Bereiches mit einer Umgebung zur Wärmeabgabe durch einen die Flüssigkeit enthaltenen rohrförmigen Körper, gekennzeichnet durch die Anwendung an einer Lagerung, welche im wesentlichen thermisch isoliert angeordnet ist, wobei die Flüssigkeit durch einen Docht o.a. dem Lager zugeführt wird.
2. Wärmerohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit das Schmiermittel für die Lagerung bildet.
3. Wärmerohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit höher siedende Bestandteile enthält, die im wesentlichen die Schmierung bewirken und niedriger siedende Bestandteile die im wesentlichen die Kühlung bewirken.
4. Wärmerohr nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung für die Flüssigkeit und/oder die Oberfläche der in dem Wärmerohr befindlichen Flüssigkeit derart bemessen ist, daß bei höherer Temperatur der Lagerung eine größere Flüssigkeitsmenge zugeführt wird.

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