DE4222131A1 - Belüftungseinrichtung für die Druckbelüftung von oberflächenbelüfteten elektrischen Maschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Belüftungseinrichtung für die Druckbelüftung von oberflächenbelüfteten elektrischen Ma­ schinen. Sie ist insbesondere bei der Fremdkühlung von Dreh­ strommotoren einsetzbar.

Für die Grundausführung von Drehstrommotoren wird das Prinzip der Eigenkühlung angewendet. Bei diesem Wirkprinzip befindet sich ein Ventilator auf der Motorwelle, dieser saugt die Kühl­ luft durch das Schutzgitter einer Lüfterhaube axial an und bläst diese zwangsgeführt durch eine Lüfterhaube in die axialen Kühlkanäle des Ständergehäuses.

Im allgemeinen werden für die Eigenkühlung als Druckquelle Radialventilatoren mit geraden radialen Schaufeln eingesetzt. Diese Ventilatoren haben die Vorteile, daß unabhängig von der Drehrichtung des Drehstrommotors ein gleicher Kühlluft­ strom gefördert und damit auch eine gleiche Kühlwirkung er­ reicht wird und daß das gesamte Belüftungssystem in der Bau­ weise einfach und kostengünstig ist.

Die Nachteile bestehen darin, daß das Ventilatorgeräusch im Vergleich zu drehrichtungsabhängigen Ventilatoren bei gleicher Kühlluftförderung wesentlich höher ist und daß der Wirkungsgrad geringer ist. Das Wirkprinzip der Eigenkühlung kann jedoch die kühltech­ nischen Anforderungen für eine Reihe von Anwendungsfällen, insbesondere für drehzahlvariable Antriebe, nicht oder nur teilweise erfüllen.

Die Fremdkühlung mittels drehrichtungsabhängiger, kühl technisch optimierter Ventilatoren, die einen separaten An­ trieb haben, ermöglicht unabhängig von der Motordrehzahl, bei einem hohen Ventilatorwirkungsgrad und geringen Venti­ latorgeräuschen eine hohe Effektivität der Kühlung.

Sie erfolgt gegenwärtig nach folgenden Prinzipien:

• a) In einer zum Teil verlängerten Lüfterhaube für die Eigen­ kühlung sind zusätzliche Luftleiteinrichtungen angeordnet. Sie dienen der Verringerung des radialen Spaltes zwischen Ventilator und Lüfterhaube. In der DE-OS 26 49 181 ist eine Lösung nach diesem Prinzip beschrieben, wobei ein Axialventilator mit einem speziel­ len rotierenden Leitring versehen ist. Zur effektiven Arbeit eines Axialventilators ist es not­ wendig, den radialen Spalt zur Luftleiteinrichtung so ge­ ring wie möglich zu gestalten. Diese Lösung hat den Nach­ teil, daß sie konstruktiv aufwendig ist und eine genaue Zentrierung des Axialventilators erfordert.
• b) In einer zum Teil verlängerten Lüfterhaube für die Eigen­ kühlung werden Axialventilatoren ohne zusätzliche Leitein­ richtungen eingesetzt. Diese Lösung ist zwar konstruktiv einfach und extrem kostengünstig, aber sie hat strömungs- und kühltechnisch erhebliche Nachteile, die durch den re­ lativ großen Ringspalt zwischen Axialventilator und Lüfter­ haube bedingt sind. Die Anwendung dieses Prinzips erfolgt bei kleinen elektrischen Maschinen. Hier hat der Venti­ latorwirkungsgrad eine untergeordnete Bedeutung.

Bei modernen kompakten Drehstrommotoren, die einen relativ hohen Strömungswiderstand haben, sind hohe Druckwerte ge­ fragt, um den Kühlluftstrom mit hoher Geschwindigkeit durch die Kühlkanäle zu drücken. Axialventilatoren sind nachteilig, da sie die erforderlichen hohen Druckwerte nicht realisieren.

• c) Anstelle einer Lüfterhaube für die Eigenkühlung werden speziell angepaßte Belüftungseinrichtungen eingesetzt. Ein entsprechendes Prinzip einer Fremdkühlung ist in der DE-AS 24 06 489 beschrieben. Diese Belüftungseinrichtung hat eine speziell angepaßte Lüfterhaube und einen darauf abgestimmten Ventilator. Diese Lösung ist konstruktiv aufwendig und kostenintensiv. Die Eintrittsöffnung für den Kühlluftstrom bei den be­ schriebenen technischen Lösungen ist sowohl beim Einsatz von Axialventilatoren als auch bei der speziell ange­ paßten Belüftungseinrichtung relativ klein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, zur intensiven ge­ räuscharmen Druckbelüftung von oberflächenbelüfteten elek­ trischen Maschinen eine kompakte Belüftungseinrichtung zu schaffen, die mit einem hohen Wirkungsgrad arbeitet und für die Lüfterhauben für die Eigenkühlung von Normmotoren und kostengünstige Standardventilatorbausteine verwendet werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß als Druckquelle in der Belüftungseinrichtung ein Radial- oder Diagonalventilator mit der zugehörigen Einlaufdüse 6 ange­ ordnet ist und daß zwischen Einlaufdüse 6 und Eintritts­ gitter 7 ein radial begrenzter zusätzlicher Beruhigungsraum 8 vorgesehen ist. Die radiale Begrenzung erfolgt vorteilhafter­ weise mit einem Ring.

Überraschend wurde gefunden, daß alle Ventilatoren, die einen geringen Abstand zum Eintrittsgitter haben, zu einem Teil auf den Strömungswiderstand dieses Eintrittsgitters arbeiten. Durch die Anordnung eines zusätzlichen Beruhigungsraumes 8 werden insbesondere dann, wenn der Durchmesser der Einlauf­ düse 6, bei dem sich in Strömungsrichtung der Querschnitt ver­ ringert, geringer ist als der Durchmesser des Eintrittsgit­ ters 7, der Strömungswiderstand des Einlaufgebietes der Kühl­ luft wesentlich verkleinert und die Einströmbedingungen für den Ventilator 1 verbessert.

Die erfindungsgemäße, kompakte Belüftungseinrichtung ist kon­ struktiv einfach, platzsparend und betriebssicher. Durch Ver­ wendung von Standardbauelementen für die Hauptteile (Lüfter­ haube, Ventilatorbaustein und Einlaufdüse), tritt eine Kosteneinsparung ein. Der wesentliche Vorteil ist der hohe Wirkungsgrad und die geringere Geräuschentwicklung gegenüber anderen Lösungen.

Die Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 näher beschrieben werden. Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Belüftungseinrichtung. Sie besteht aus Ventilatorbaugruppe, mit Außenläufermotor 1, Radialventilator 2, vorzugsweise mit rückwärts gekrümmten Schaufeln und Befestigungsstreben 3, mit denen der Radial­ ventilator 2 an der Innenseite der Lüfterhaube 4 befestigt ist und der Lüfterhaube, mit Eintrittsgitter 7, daran be­ festigt ein Zwischenring, an dem die Einlaufdüse 6 angeordnet ist. Die Belüftungseinrichtung ist als ganzes an der ober­ flächenbelüfteten elektrischen Maschine 5 befestigt. Zwischen Radialventilator 2 und der Einlaufdüse 6 besteht ein axialer Abstand von ca. 1% des Ventilatordurchmessers zur Gewähr­ leistung einer einfachen Montage und eines sicheren Be­ triebes.

Der erfindungsgemäße Beruhigungsraum 8 wird durch die Form und Dimensionierung eines zentrisch am Eintrittsgitter 6 be­ festigten Zwischenringes gebildet. Der Zwischenring der vorteilhaft zylindrisch oder konisch ge­ formt ist, bildet die äußere radiale Begrenzung. Fig. 2 zeigt einen zylindrisch und Fig. 3 einen konisch ausgebildeten Zwischenring. Der Abstand a zwischen der Innen­ fläche des Eintrittsgitters 7 und der Stelle der Einlauf­ düse 6, an der sie sich in Richtung auf den Ventilator 2 ver­ jüngt, wird für beide Zwischenringe nach folgender Formel:

bestimmt.

Dabei ist D_E der Durchmesser des Eintrittsgitters 7 und D_D der Durchmesser der Einlaufdüse 6; gemessen an der Stelle, an der sie sich verjüngt.

Bei einem konischen Zwischenring entsprechend Fig. 3 ergibt sich der Winkel ϕ zwischen Zwischenring und Eintrittsgitter 7 nach:

f₀ stellt das Öffnungsverhältnis des Eintrittsgitters 7 dar. (Es ist das Verhältnis des freien Strömungsquerschnittes zum Gesamtquerschnitt des Eintrittsgitters 7.) Die erfindungsgemäße Lösung beinhaltet auch die Ausführung der Lüfterhaube stoffschlüssig verbunden mit Zwischenring und Einlaufdüse. Ein Einsatz der Belüftungseinrichtung ist auch für die Eigenkühlung denkbar, wenn drehrichtungsabhängige Lüfter eingesetzt werden können.

Claims (1)

1. Belüftungseinrichtung für die Druckbelüftung von oberflächen­ belüfteten elektrischen Maschinen insbesondere bei Dreh­ strommotoren mit Radial- oder Diagonalventilator und einer Lüfterhaube für die Eigenkühlung von Normmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Eintrittsgitter (7) einer Lüfterhaube (4) und Einlaufdüse (6) eines Ventilators (1) ein radial begrenzter zusätzlicher Beruhigungsraum (8) angeordnet ist.