DE4222131C3 - Belüftungseinrichtung für die Druckbelüftung von oberflächenbelüfteten elektrischen Maschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Belüftungseinrichtung für die Druckbelüftung von oberflächen­ belüfteten elektrischen Maschinen. Sie ist insbesondere bei der Fremdkühlung von Drehstrommotoren 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 Kühlluft durch das Schutzgitter einer Lüfterhaube axial an und bläst diese zwangsgeführt durch eine Lüfterhaube in die axialen Kühlkanäle des Ständerge­ häuses.

Im allgemeinen werden für die Eigenkühlung als Druckquelle Radialventilatoren mit ge­ raden radialen Schaufeln eingesetzt (vgl. DE 34 23 319 A1). Diese Ventilatoren haben die Vorteile, daß unabhängig von der Drehrichtung des Drehstrommotors ein gleicher Kühlluftstrom gefördert und damit auch eine gleiche Kühlwirkung erreicht wird und daß das gesamte Belüftungssystem in der Bauweise einfach und kostengünstig ist. Die Nachteile bestehen darin, daß das Ventilatorgeräusch im Vergleich zu drehrich­ tungsabhängigen Ventilatoren bei gleicher Kühlluftförderung wesentlich höher ist und daß der Wirkungsgrad geringer ist.

Das Wirkprinzip der Eigenkühlung kann jedoch die kühltechnischen Anforderungen für eine Reihe von Anwendungsfällen, insbesondere für drehzahlvariable Antriebe, nicht oder nur teilweise erfüllen.

Die Fremdkühlung mittels drehrichtungsabhängiger, kühltechnisch optimierter Ventila­ toren, die einen separaten Antrieb haben, ermöglicht unabhängig von der Motordreh­ zahl, bei einem hohen Ventilatorwirkungsgrad und geringen Ventilatorgeräuschen, eine hohe Effektivität der Kühlung.

Sie erfolgt gegenwärtig nach folgenden Prinzipien:

• a) In einer zum Teil verlängerten Lüfterhaube für die Eigenkühlung sind zusätzliche Luftleiteinrichtungen angeordnet. Sie dienen der Verringerung des radialen Spaltes zwischen Ventilator und Lüfterhaube. In der DE 264 918 182 B2 ist eine Lösung nach diesem Prinzip beschrieben, wobei ein Axialventilator mit einem speziellen rotierenden Leitring versehen ist.
  Zur effektiven Arbeit eines Axialventilators ist es notwendig, den radialen Spalt zur Luftleiteinrichtung so gering wie möglich zu gestalten. Diese Lösung hat den Nachteil, daß sie konstruktiv aufwendig ist und eine genaue Zentrierung des Axialventilators erfordert.
• b) In einer zum Teil verlängerten Lüfterhaube für die Eigenkühlung werden Axialventi­ latoren ohne zusätzliche Leiteinrichtungen eingesetzt (vgl. DE 26 49 181 A1). Diese Lösung ist zwar konstruktiv einfach und extrem kostengünstig, aber sie hat strömungs- und kühltechnisch erhebliche Nachteile, die durch den relativ großen Ringspalt zwischen Axialventilator und Lüfterhaube bedingt sind. Die Anwendung dieses Prinzips erfolgt bei kleinen elektrischen Maschinen. Hier hat der Ventilator­ wirkungsgrad eine untergeordnete Bedeutung.
  Bei modernen kompakten Drehstrommotoren, die einen relativ hohen Strömungs­ widerstand haben, sind hohe Druckwerte gefragt, um den Kühlluftstrom mit hoher Geschwindigkeit durch die Kühlkanäle zu drücken. Axialventilatoren sind nach­ teilig, da sie die erforderlichen hohen Druckwerte nicht realisieren.
• c) Anstelle einer Lüfterhaube für die Eigenkühlung werden speziell angepaßte Be­ lüftungseinrichtungen eingesetzt. Ein entsprechendes Prinzip einer Fremdkühlung ist in der DE 24 06 489 B2 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 beschriebenen technischen Lösungen ist sowohl beim Einsatz von Axialventilatoren als auch bei der speziell angepaßten Belüftungseinrichtung relativ klein.

Im Zusammenhang mit dem Einsatz von Meßmitteln ist es aus der DE 40 21 316 A1 bekannt, einen Zwischenraum zwischen Einströmdüse und Eintrittsgitter anzuordnen, wobei das Eintrittsgitter mindestens 0,75 mal den Einströmdüsendurchmesser entfernt von der Einströmdüse angebaut ist. Dieser Abstand ist notwendig, um eine genaue Mes­ sung der geförderten Luftmenge durchführen zu können. Nachteilig bei dieser Anord­ nung ist der große Abstand des Eintrittsgitters von der Einlaufdüse, der eine lange Bau­ weise der Lüfterhaube erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, zur intensiven geräuscharmen Druckbelüf­ tung von oberflächenbelüfteten elektrischen Maschinen eine kompakte Belüftungsein­ richtung zu schaffen, die mit einem hohen Wirkungsgrad arbeitet und für die Lüfterhau­ ben für die Eigenkühlung von Normmotoren und kostengünstige Standardventilator­ bausteine verwendet werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs gelöst.

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 an sich bekannten Beruhigungsraumes 8, der al­ lerdings in der axialen Ausdehnung viel kleiner ist als bisher bekannt, werden insbeson­ dere dann, wenn der Durchmesser der Einlaufdüse 6, bei dem sich in Strömungsrichtung der Querschnitt verringert, geringer ist als der Durchmesser des Eintrittsgitters 7, der Strömungswiderstand des Einlaufgebietes der Kühlluft wesentlich verkleinert und die Einströmbedingungen für den Ventilator 1 verbessert.

Die erfindungsgemäße, kompakte Belüftungseinrichtung ist konstruktiv einfach, platz­ sparend und betriebssicher. Durch Verwendung von Standardbauelementen für die Hauptteile (Lüfterhaube, Ventilatorbaustein und Einlaufdüse) tritt eine Kosteneinspa­ rung ein. Der wesentliche Vorteil ist der hohe Wirkungsgrad und die geringere Ge­ räuschentwicklung gegenüber anderen Lösungen.

Die Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 näher beschrie­ ben werden.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Belüftungseinrichtung. Sie besteht aus Ventilator­ baugruppe mit Außenläufermotor 1, Radialventilator 2, vorzugsweise mit rückwärts ge­ krümmten Schaufeln und Befestigungsstreben 3, mit denen der Radialventilator 2 an der Innenseite der Lüfterhaube 4 befestigt ist und der Lüfterhaube, mit Eintrittsgitter 7, daran befestigt ein Zwischenring 9, an dem die Einlaufdüse 6 angeordnet ist. Die Belüf­ tungseinrichtung ist als ganzes an der oberflächenbelüfteten elektrischen Maschine 5 be­ festigt. Zwischen Radialventilator 2 und der Einlaufdüse 6 besteht ein axialer Abstand von ca. 1% des Ventilatordurchmessers zur Gewährleistung einer einfachen Montage und eines sicheren Betriebes.

Der erfindungsgemäße Beruhigungsraum 8 wird durch die Form und Dimensionierung eines zentrisch am Eintrittsgitter 6 befestigten Zwischenringes 9 gebildet. Der Zwischenring 9, der vorteilhaft zylindrisch oder konisch geformt ist, bildet die äu­ ßere radiale Begrenzung.

Fig. 2 zeigt einen zylindrisch und Fig. 3 einen konisch ausgebildeten Zwischenring 9. Der Abstand a zwischen der Innenfläche des Eintrittsgitters 7 und der Stelle der Ein­ laufdüse 6, an der sie sich in Richtung auf den Ventilator 2 verjüngt, wird für beide Zwischenringe nach folgender Formel bestimmt:

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

Bei einem konischen Zwischenring 9 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).

Setzt man tatsächlich in der Fertigung gebräuchliche Verhältniszahlen für f₀ und den Ausdruck ein, ergibt sich für den Faktor

ein Wert von maximal 0,5. Daraus folgt, der Abstand a beträgt höchstens 0,125 mal den Einströmdüsendurch­ messer.

Die erfindungsgemäße Lösung beinhaltet auch die Ausführung der Lüfterhaube stoff­ schlüssig 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 oberflächenbelüfteten elektrischen Maschinen, insbesondere bei Drehstrommotoren, mit Radial- oder Diagonalventilator und einer standardmäßigen Lüfterhaube für die Eigenkühlung von Normmotoren, dadurch gekennzeichnet,

   • 1. daß die Lüfterhaube (4) mit einem Eintrittsgitter (7) eines Durchmessers D_E versehen ist
   • 2. daß vor dem Radial- oder Diagonalventilator (2) eine Einlaufdüse (6) vorgesehen ist, die sich ausgehend von einem Durchmesser D_D in Richtung auf den Ventilator (2) verjüngt
   • 3. daß zwischen dem Eintrittsgitter (7) und der Einlaufdüse (6) ein Beruhigungsraum (8) angeordnet ist, der durch einen Zwischenring (9) radial begrenzt ist und dessen axiale Ausdehnung sich aus dem Abstand a zwischen der Innenfläche des Eintrittsgitters (7) und einer Stelle des Durchmessers D_D zu
     ergibt, wobei f₀ das Öffnungsverhältnis des freien Strömungsquerschnittes zum Gesamtquerschnitt des Eintrittsgitters (7) ist,
   • 4. und daß der mittlere Durchmesser des Zwischenringes (9) größer als der Durchmesser D_D ist.