DE4337463A1 - Ständer mit Belüftungseinrichtung für gehäuselose elektrische Maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ständer mit einer Belüftungs­ einrichtung für eine zwangsbelüftete gehäuselose elektrische Maschine.

Ständerblechpakete aus versetzt geschichteten Einzelblechen oder Teilblechpaketen aufzubauen, ist allgemein bekannt. Das Grundprinzip wird bereits in der DE PS 918 875 (DPK 21d1 55/02) beschrieben. Das Blechpaket besteht aus nahezu quadratischen Blechen, die um 45° versetzt ge­ schichtet sind. Die dadurch entstehenden Querkühlkanäle werden belüftet, indem der axial zugeführte Kühlluftstrom durch kompliziert gestaltete Einlegeteile umgelenkt wird. Das Blechpaket wird außen am Umfang durch ein Gehäuse mit­ tels Rippen zentriert. Diese komplizierte Konstruktion ist sehr aufwendig und bedingt ein großes Bauvolumen.

In der DE PS 2 928 027 wird eine Lösung beschrieben, bei der das Blechpaket aus um 90° oder 180° versetzt geschichteten Teilblechpaketen besteht und die Kühlluft durch U-förmige Leitbleche, die das ganze Blechpaket umschließen, geführt wird. Diese Lösung ist strömungstechnisch ungünstig und er­ laubt keine kompakte Bauweise.

Die EP-PA 0342332 (H 02 K 1/20) erläutert eine gehäuselose elektrische Maschine, bei der das Ständerblechpaket aus Teilblechpaketen mit unterschiedlicher Außenkontur besteht. Nachteilig ist bei dieser Lösung, daß zwei unterschiedliche Blechschnitte erforderlich sind, um die verschiedenen Einzel­ bleche herzustellen. Die entstandenen Querkühlrippen verbes­ sern zwar die Kühlung durch ihre vergrößerte Oberfläche, aber eine Zwangskühlung dieser Kühlrippen ist nicht möglich.

Die DE-PS 30 26 892 (H 02 K 1/06) zeigt Querkühlkanäle, die von einem Gehäuse umgeben sind. Dabei wird zwar das einge­ setzte Material optimal ausgenutzt, aber eine Materialmini­ mierung und geringere Baugröße ist nicht möglich.

Querkühlkanäle werden ebenfalls in der US-Schrift 3 783 318 (H 02 K 1/16) beschrieben, wo die Einzelbleche, die versetzt geschichtet werden, an verschiedenen Seiten unterschiedliche Konturen aufweisen. Dabei entstehen an zwei gegenüberliegen­ den Seiten Querkühlkanäle, wobei diese Lösung einen relativ hohen Materialaufwand erfordert und eine kompakte Bauweise nur schwer möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ständer mit einer Belüftungseinrichtung für gehäuselose elektrische Ma­ schinen zu schaffen, der geringsten Materialaufwand, eine geringe Achshöhe und eine intensive aber trotzdem geräusch­ arme Belüftung aufweist.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 und 2 gelöst. Anspruch 1 beschreibt die erfindungsgemäße Lösung für einen Blechschnitt mit quadratischer Außenkontur, wobei die erfindungsgemäßen Einzelbleche (1) versetzt geschichtet oder zu Teilblechpaketen gesetzt und dann versetzt geschichtet werden und über den entstandenen Querkühlkanälen (6) zwei Luft­ leiteinrichtungen (3) mit Leitblechen angeordnet sind. Dabei entstehen zwei Räume zur axialen Strömungsführung der durch einen Ventilator erzeugten Kühlluft. Diese Kühlluft wird in den Querkühlkanälen (6) umgelenkt und tritt tangential oben bzw. links und rechts unten wieder aus. Damit läßt sich eine minimale Achshöhe für eine gehäuselose elektrische Maschine realisieren.

Der Anspruch 2 beschreibt die erfindungsgemäße Lösung für einen Blechschnitt mit sechseckiger Außenkontur, wobei die erfindungsgemäßen Einzelbleche (1′) versetzt geschichtet oder zu Teilblechpaketen gesetzt und dann versetzt geschichtet werden und über den Querkühlkanälen (6′) zwei Luftleitein­ richtungen (3′) mit Leitblechen angeordnet sind. Die Luft­ leiteinrichtungen (3′) haben im mittleren Bereich radiale Öffnungen (7′). Dabei entstehen vier Räume zur axialen Strömungsführung der durch einen Ventilator erzeugten Kühl­ luft. Diese Kühlluft wird in den Querkühlkanälen (6′) um gelenkt und tritt tangential oben, unten, bzw. links und rechts an den Seiten wieder aus.

Die Luftleiteinrichtungen (3 bzw. 3′) sind auf der dem Ventilator zugeordneten Seite offen und auf der gegen­ überliegenden Seite verschlossen.

Soll das antriebsseitige Lagerschild mit gekühlt werden, sind die Luftleiteinrichtungen nur teilweise verschlossen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Luftleiteinrich­ tungen (3 bzw. 3′) verringert sich deren axialer Querschnitt kontinuierlich oder stufenweise in Richtung des Kühlluft­ stromes. Dies bewirkt, daß der Kühlluftstrom optimal über die gesamte Länge des Ständerblechpaketes (2 bzw. 2′) mit gleicher Strömungsgeschwindigkeit durch die Querkühlkanäle gedrückt wird.

Die Zahl der Einzelbleche, die für ein Teilblechpaket ver­ wendet werden, kann variieren. Damit ist es möglich, die Breite der Querkühlkanäle den Strömungsbedingungen anzu­ passen.

Insbesondere in den Eckbereichen der Einzelbleche (1) ist es vorteilhaft, bei quadratischem Blechschnitt zusätzlich Kühlluftöffnungen (8) im aktiven Material anzuordnen. Da­ mit ist ein innerer Kühlluftkreislauf realisierbar.

Des weiteren können in der Mitte der Luftleiteinrich­ tung (3′′′) spezielle Belüftungsöffnungen (9) angeordnet sein. Über diese speziellen Belüftungsöffnungen (9) kann die Kühlluft z. B. von je einem Fremdlüfter zugeführt werden. Sie strömt dann zu den beiden Lagerschilden, die je nach Bedarf axial geschlossen oder teilweise axial ge­ schlossen sind. Es stehen dann beide Wellenenden zur Momentenübertragung zur Verfügung.

Anstelle von zwei Luftleiteinrichtungen können auch an einem Ständerblechpaket (2′′) vier seitliche Luftleitein­ richtungen (3′′) mit Leitblechen über Querkühlkanälen (6′′) angeordnet sein.

Querkühlkanäle auf dem gesamten Umfang des Ständerblech­ paketes (2′′) entstehen, wenn das Ständerblechpaket bzw. die Teilblechpakete aus versetzt geschichteten Einzel­ blechen (1a und 1b) bestehen. Es werden zwei Einzel­ bleche (1a und 1b) gleicher Kontur, aber mit unterschied­ licher Länge der Diagonalen versetzt geschichtet. Jedes Einzelblech selbst hat gleichlange Diagonalen und ist im Hinblick auf seine Diagonale und die Mittellinie sym­ metrisch.

Die erfindungsgemäßen Lösungen ermöglichen eine sehr kom­ pakte Bauweise mit geringer Achshöhe für gehäuselose elek­ trische Maschinen. Der Ständer mit Belüftungseinrichtung realisiert eine große Kühlfläche bei sehr guter Durch­ strömung der Querkühlkanäle mit etwa gleich kalter Kühl­ luft. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, den Luftstrom gegenüber der Axialkühlung berippter Kühlflächen zu senken und das Belüftungsgeräusch gering zu halten.

Die Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 9 näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt ein in bezug auf seine Diagonalen symmetrisch beschaffenes Einzelblech (1). Es entsteht indem von einem Blechschnitt mit quadratischer Außenkontur die Ecken so abgeschnitten werden, daß die Diagonalen unterschiedliche Längen haben. Im aktiven Material können in den Eckbereichen Kühlluftöffnungen (8) vorhanden sein, die es ermöglichen, im Ständerblechpaket einen inneren Kühlluftkreislauf zu reali­ sieren. Damit die Kühlluftfläche möglichst groß ist, ent­ spricht die Länge der kürzeren Diagonalen eines Einzel­ bleches (1) der Seitenlänge des Quadrates des Blechschnittes.

Fig. 2 zeigt den Schnitt senkrecht zur Maschinenachse im Be­ reich des Ständerblechpaketes (2) mit Einzelblechen (1). Durch das um 90° versetzte Schichten der Einzelbleche (1), oder daraus gebildeter Teilblechpakete, entstehen in den Ecken Querkühlkanäle (6). Am Ständerblechpaket (2) sind zwei seitliche Luftleiteinrichtungen (3) mit oberen Leitblechen (4) und unteren Leitblechen (5) angeordnet. Die oberen und unteren Leitbleche (4 und 5) zwingen die Kühlluft zum Durch­ strömen der Querkühlkanäle (6). Die oberen Leitbleche (4) be­ decken die Querkühlkanäle ganz, während die unteren Leitbleche (5) die Querkühlkanäle (6) nur teilweise bedecken, um günstige Aus­ strömbedingungen im Zusammenhang mit der Realisierung einer mög­ lichst geringen Achshöhe zu erreichen. Bestehen keine Einschrän­ kungen im Ausströmbereich der Kühlluft (z. B. bei Flansch­ maschinen) können die unteren Leitbleche (5) die Querkühl­ kanäle (6) ganz bedecken. Ebenso können die oberen Leit­ bleche (4) bei einer Einschränkung im Ausströmbereich die Querkühlkanäle (6) teilweise bedecken. Bei einseitiger Be­ lüftung ist die Luftleiteinrichtung (3) auf der dem Ventilator gegenüberliegenden Seite axial verschlossen, um alle Kühlluft zum Durchströmen der Querkühlkanäle zu zwingen. Soll das an­ triebsseitige Lagerschild mit gekühlt werden, ist die Luftleit­ einrichtung (3) nur teilweise axial verschlossen, so daß dieses Lagerschild mit gekühlt wird. Es ist auch eine zwei­ seitige Kühlung, z. B. von beiden Wellenenden aus, möglich. Dadurch wird die Wärmeabführung weiter verbessert, bzw. der Kühl­ luftstrom und das Belüftungsgeräusch kann verringert werden.

Fig. 3 zeigt ein in bezug auf seine kürzere Diagonale symmetrisch beschaffenes Einzelblech (1′). Es entsteht, indem von einem Blechschnitt mit sechseckiger Außenkontur zwei gegenüberliegende Ecken in stärkerem Maße als die vier anderen Ecken des gleichseitigen Sechseckes abge­ schnitten werden. Das entstandene Einzelblech (1′) hat eine kürzere Diagonale, begrenzt durch die Außenkontur und zwei längere Diagonalen, begrenzt durch die Außen­ kontur.

Fig. 4 zeigt den Schnitt senkrecht zur Maschinenachse im Bereich des Ständerblechpaketes (2′) mit Einzel­ blechen (1′). Durch das um 90° versetzte Schichten des Einzelbleches (1′) entstehen in den Ecken Querkühl­ kanäle (6′). Am Ständerblechpaket (2′) sind zwei seitliche Luftleiteinrichtungen (3′) mit äußeren Leitblechen (4′) und inneren Leitblechen (5′) angeordnet. Sie zwingen die Kühlluft durch die Querkühlkanäle (6′). In der Mitte der seitlichen Luftleiteinrichtungen (3′) sind über die ge­ samte Länge des Ständerblechpaketes radiale Öffnungen (7′) angeordnet. Die Kühlluft wird, bedingt durch die äußeren und inneren Leitbleche (4′ und 5′), seitlich links und rechts durch die radialen Öffnungen (7′) und oben und unten zum Ausströmen gezwungen.

Fig. 5 zeigt die erfindungsgemäßen Einzelbleche (1a und 1b). Dabei sind von einem Blechschnitt mit quadratischer Außen­ kontur alle Ecken gleichlang so abgeschnitten, daß Einzel­ bleche (1a und 1b) gleicher Kontur, wobei die Diagonalen der Einzelbleche (1a zu 1b) unterschiedlich lang sind, entstehen.

Sinnvollerweise sind mehrere Einzelbleche gleicher Abmessung zu einem Teilblechpaket und mehrere Einzelbleche anderer Abmessung zu einem anderen Teilblechpaket geschichtet, die dann abwechselnd gesetzt sind, wodurch die Querkühlkanäle ent­ stehen.

Fig. 6 zeigt den Schnitt senkrecht zur Maschinenachse im Be­ reich des Ständerblechpaketes (2′′) mit Einzelblechen 1a und 1b. Das Ständerblechpaket (2′′) enthält in diesem Fall je­ weils im Bereich der Mittellinien auf beiden Seiten sowie oben und unten weitere Querkühlkanäle (6′′). Es sind vier seitliche Luftleiteinrichtungen (3′′) mit je zwei Distanzleitblechen (4′′) in den Ecken angeordnet.

Die Wirkung dieser vier Luftleiteinrichtungen ist die gleiche wie bei zwei seitlichen Luftleiteinrichtungen. Im Zusammen­ hang mit den vier zusätzlichen Querkühlkanälen im Bereich der Mittellinien des Ständerblechpaketes wird die Wärmeabfuhr weiter verbessert

Fig. 7 zeigt ebenfalls vier seitliche, sich in den Ecken befindende Luftleiteinrichtungen (3′′) mit Einzelblechen ge­ mäß Anspruch 2 auf der Basis eines Blechschnittes mit sechs­ eckiger Außenkontur. Die Distanzleitbleche (4′′) sind gegen­ über der vorhergegangenen Lösung verlängert und bedecken die Querkühlkanäle (6′′). Damit wird das Durchströmen der Quer­ kühlkanäle (6′′) gewährleistet.

Fig. 8 zeigt den Schnitt senkrecht zur Maschinenachse im Be­ reich des Ständerblechpaketes (2) mit Einzelblechen (1). An den zwei seitlichen Luftleiteinrichtungen (3′′) sind seitlich in der Mitte des Ständerblechpaketes seitliche Belüftungs­ öffnungen (9) angeordnet. Dadurch ist es möglich, seitlich von der Mitte aus, fremde Kühlluft, z. B. durch je einen Ventilator, zuzuführen. Die Luftleiteinrichtungen (3′′) sind axial verschlossen oder falls die Lagerschilde mit belüftet werden sollen, nur teilweise axial verschlossen. Diese Kühlungsart hat den Vorteil, daß beide Wellenenden frei ver­ fügbar sind und die Belüftungsgeräusche minimiert werden können. Die Luftleiteinrichtungen (3′′) sind direkt über den Querkühlkanälen (6) angeordnet. Diese Lösung ist kühltechnisch besonders günstig und konstruktiv einfach.

Fig. 9 zeigt den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Ständers mit Belüftungseinrichtung komplettiert zur gehäuse­ losen elektrischen Maschine. Am Ständerblechpaket (2) sind die Lagerschilde (10) befestigt. Dazwischen befinden sich Preß­ rahmen zur Zentrierung. Gegenüber der Antriebsseite befindet sich der Ventilator (12) auf der Welle. Die Lüfterhaube (11) führt den Luftstrom, der axial angesaugt wird, axial über das Lagerschild (10) und den Preßrahmen in die seitlich ange­ ordneten Luftleiteinrichtungen (3′′). Der Luftstrom teilt sich innerhalb der Luftleiteinrichtungen (3) auf, durchströmt die Querkühlkanäle (6) tangential und tritt oben und unten im Be­ reich des Ständerblechpaketes (2) aus der gehäuselosen Maschine aus.

Die erfindungsgemäße Belüftungseinrichtung ist sowohl für die Eigen- als auch die Fremdkühlung anwendbar und kann für die Saug- oder Druckbelüftung ausgelegt werden.

Claims (8)

1. Ständer mit Belüftungseinrichtung für gehäuselose elek­ trische Maschine mit einem Ständerblechpaket aus versetzt geschichteten Einzelblechen oder Teilblechpaketen, daran angeordneten Lagerschilden und Kühlung durch mindestens einen Ventilator, dadurch gekennzeichnet,

• - daß von einem Blechschnitt mit quadratischer Außen­ kontur die Ecken senkrecht zu den Diagonalen so ab­ geschnitten sind, daß die Diagonalen unterschiedliche Länge haben und in bezug auf die Diagonalen die Einzel­ bleche (1) jeweils symmetrisch aufgebaut sind,
• - daß am Ständerblechpaket (2) zwei seitliche Luftleit­ einrichtungen (3) mit oberen Leitblechen (4) und unteren Leitblechen (5) über Querkühlkanälen (6) ange­ ordnet sind,
• - und die Luftleiteinrichtungen (3) auf der dem Ventilator gegenüberliegenden Seite axial vollständig oder teilweise verschlossen sind.

2. Ständer mit Belüftungseinrichtung für gehäuselose elektrische Maschine mit einem Ständerblechpaket aus versetzt geschichteten Einzelblechen oder Teilblech­ paketen, daran angeordneten Lagerschilden und Kühlung durch mindestens einen Ventilator, dadurch gekenn­ zeichnet,

• - daß von einem Blechschnitt mit gleichseitiger sechs­ eckiger Außenkontur die Ecken so abgeschnitten sind, daß eine Diagonale, begrenzt durch die neue Außen­ kontur des Bleches, kürzer ist als die anderen zwei Diagonalen, begrenzt durch die neue Außenkontur und in bezug auf die kürzere Diagonale die Einzelbleche (1′) symmetrisch aufgebaut sind,
• - daß am Ständerblechpaket (2′) zwei seitliche Luft­ leiteinrichtungen (3′) mit äußeren Leitblechen (4′) und inneren Leitblechen (5′) über den Querkühlkanälen (6′) angeordnet sind,
• - daß über die gesamte Länge des Ständerblechpaketes (2′) im mittleren Bereich der Luftleiteinrichtungen (3′) radiale Öffnungen (7′) ausgebildet sind,
• - und daß die Luftleiteinrichtungen (3′) auf der dem Venti­ lator gegenüberliegenden Seite axial vollständig oder teil­ weise verschlossen sind.

3. Ständer mit Belüftungseinrichtung für gehäuselose elek­ trische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich der axiale Querschnitt der Luftleitein­ richtungen (3, 3′ oder 3′′) in Richtung des Kühlluftstromes kontinuierlich oder stufenweise verringert.

4. Ständer mit Belüftungseinrichtung für gehäuselose elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilblechpakete aus einer unterschiedlichen Zahl von Ein­ zelblechen bestehen.

5. Ständer mit Belüftungseinrichtung für gehäuselose elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Einzelblechen in den Eckbereichen zusätzlich Kühlluft­ öffnungen (8) angeordnet sind.

6. Ständer mit Belüftungseinrichtung für gehäuselose elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte der Luftleiteinrichtungen (3) spezielle seitliche Belüf­ tungseinrichtungen (9) angeordnet sind.

7. Ständer mit Belüftungseinrichtung für gehäuselose elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Ständerblechpaket (2′′) anstelle von zwei, vier seitliche sich in den Ecken befindende Luftleiteinrichtungen (3′′) mit je zwei Distanzteilblechen (4′′) über den Querkühlkanälen (6′′) angeordnet sind.

8. Ständer mit Belüftungseinrichtung für gehäuselose elektrische Maschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Stän­ derblechpaket (2′′) bzw. die Teilblechpakete aus mindestens zwei Einzelblechen (1a und 1b) gleicher Kontur, aber unter­ schiedlicher Länge der Diagonalen der Einzelbleche zueinander begrenzt durch die Außenkontur besteht.