DE4337463C2 - Ständer mit Belüftungseinrichtung für gehäuselose elektrische Maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ständer mit einer Belüftungseinrichtung für eine gehäuselose, elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. Anpruchs 2 (DE-918 875 C).

Ständerblechpakete aus versetzt geschichteten Einzelblechen oder Teilblechpaketen aufzubauen, ist allgemein bekannt. Das Grundprinzip wird bereits in der DE-918 875 C beschrieben. Das Blechpaket besteht aus nahezu quadratischen Blechen, die um 45° versetzt geschichtet 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 mittels Rippen zentriert. Diese komplizierte Konstruktion ist sehr aufwendig und bedingt ein großes Bauvolumen.

Ein Ständerblechpaket, das aus Blechen mit dreieckigen Umriß aufgebaut ist, ist aus der DE 700 030 C bekannt. Hierbei erfolgt ein verdrehtes Schichten entweder von dreieckigen Blechen verschiedener Abmessungen oder von dreieckigen Blechen gleicher Abmessungen aber mit voneinander versetzten Läuferbohrungen und versetzten Bohrungen für Haltebolzen. Diese Lösungen bedingen einen bis zu 30 Prozent höheren Blechaufwand gegenüber konventioneller Bauweise. Zudem ist ein zweiter Blechschnitt zur Herstellung der versetzten Läuferbohrungen erforderlich. Nachteilig ist des weiteren das große Bauvolumen, ungünstige asymmetrische Kühlbedingungen und eine beträchtliche magnetische Asymmetrie. Aus dieser Patentschrift sind radiale Öffnungen im mittleren Bereich von Blechumhüllungen der elektrischen Maschine bekannt, wobei die dargestellten Kühlkanäle in axialer Richtung einen geringen Strömungsquerschnitt haben.

In der DE 29 28 027 C 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 erlaubt keine kompakte Bauweise.

Die EP-0342 332 A1 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 Einzelbleche herzustellen. Die entstandenen Querkühlrippen verbessern zwar die Kühlung durch ihre vergrößerte Oberfläche, aber eine Zwangskühlung dieser Kühlrippen ist nicht möglich.

Die DE-30 26 892 C zeigt Querkühlkanäle, die von einem Gehäuse umgeben sind. Dabei wird zwar das eingesetzte Material optimal ausgenutzt, aber eine Materialminimierung und geringere Baugröße ist nicht möglich.

Querkühlkanäle werden ebenfalls in der US-3 783 318 beschrieben, wo die Einzelbleche, die versetzt geschichtet werden, an verschiedenen Seiten unterschiedliche Konturen aufweisen. Dabei entstehen an zwei gegenüberliegenden 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 Maschinen zu schaffen, der geringsten Materialaufwand, eine geringe Achshöhe und eine intensive, aber trotzdem geräucharme 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 Luftleiteinrichtungen (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 (11) versetzt geschichtet oder zu Teilblechpaketen gesetzt und dann versetzt geschichtet werden und über den Querkühlkanälen (6') zwei Luftleiteinrichtungen (3') mit Leitblechen angeordnet sind. Die Luftleiteinrichtungen (3') haben im mittleren Bereich bekannte radiale Öffnungen (7'), die sich über die gesamte Länge des Ständerblechpaketes erstrecken. Dabei entstehen vier Räume zur axialen Strömungsführung der durch einen Ventilator erzeugten Kühlluft. Diese Kühlluft wird in den Querkühlkanälen (6') umgelenkt 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 gegenüberliegenden Seite verschlossen.

Soll das antriebsseitige Lagerschild mit gekühlt werden, sind die Luftleiteinrichtungen nur teilweise verschlossen. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Luftleiteinrichtungen (3 bzw. 3') verringert sich deren axialer Querschnitt kontinuierlich oder stufenweise in Richtung des Kühlluftstromes. Dies bewirkt, daß der Kühlluftstrom optimal über die gesamte Lange des Ständerblechpaketes (2 bzw. 2') mit gleicher Strömungsgeschwindigkeit durch die Querkühlkanäle gedrückt wird. Die Zahl der Einzelbleche, die für ein Teilblechpaket verwendet werden, kann variieren. Damit ist es möglich, die Breite der Querkühlkanäle den Strömungsbedingungen anzupassen.

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

Des weiteren können in der Mitte der Luftleiteinrichtung (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 geschlossen sind. Es stehen dann beide Wellenenden zur Momentenübertragung zur Verfügung. Anstelle von zwei Luftleiteinrichtungen können auch an einem Ständerblechpaket (2") vier seitliche Luftleiteinrichtungen (3") mit Leitblechen über Querkühlkanälen (6") angeordnet sein. Querkühlkanäle auf dem gesamten Umfang des Ständerblechpaketes (2") entstehen, wenn das Ständerblechpaket bzw. die Teilblechpakete aus versetzt geschichteten Einzelblechen (1a und 1b) bestehen. Es werden zwei Einzelbleche (1a und 1b) gleicher Kontur, aber mit unterschiedlicher Länge der diagonalen versetzt geschichtet. Jedes Einzelblech selbst hat gleichlange Diagonalen und ist im Hinblick auf seine Diagonale und die Mittellinie symmetrisch.

Die erfindungsgemäßen Lösungen ermöglichen eine sehr kompakte Bauweise mit geringer Achshöhe für gehäuselose elektrische Maschinen. Der Ständer mit Belüftungseinrichtung realisiert eine große Kühlfläche bei sehr guter Durchströmung der Querkühlkanäle mit etwa gleich kalter Kühlluft. 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 realisieren. Damit die Kühlfläche möglichst groß ist, entspricht die Länge der kürzeren Diagonalen eines Einzelbleches (1) dar Seitenlänge des Quadrates des Blechschnittes.

Fig. 2 zeigt den Schnitt senkrecht zur Maschinenachse im Bereich 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 Leibleche (4 und 5) zwingen die Kühlluft zum Durchströmen der Querkühlkanäle (6). Die oberen Leitbleche (4) bedecken die Querkühlkanäle ganz, während die unteren Leitbleche (5) die Querkühlkanäle (6) nur teilweise bedecken, um günstige Ausströmbedingungen im Zusammenhang mit der Realisierung einer möglichst geringen Achshöhe zu erreichen. Bestehen keine Einschränkungen im Ausströmbereich der Kühlluft (z. B. bei Flanschmaschinen) können die unteren Leitbleche (5) die Querkühlkanäle (6) ganz bedecken. Ebenso können die oberen Leitbleche (4) bei einer Einschränkung im Ausströmbereich die Querkühlkanäle (6) teilweise bedecken. Bei einseitiger Belüftung ist die Luftleiteinrichtung (3) auf der dem Ventilator gegenüberliegenden Seite axial verschlossen, um alle Kühlluft zum Durchströmen der Querkühlkanäle zu zwingen. Soll das antriebsseitige Lagerschild mit gekühlt werden, ist die Luftleiteinrichtung (3) nur teilweise axial verschlossen, so daß dieses Lagerschild mit gekühlt wird. Es ist auch einen zweiseitige Kühlung, z. B. von beiden Wellenenden aus, möglich. Dadurch wird die Wärmeabführung weiter verbessert, bzw. der Kühlluftstrom 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 abgeschnitten werden. Das entstandene Einzelblech (1') hat eine kürzere Diagonale, begrenzt durch die Außenkontur und zwei längere Diagonalen, begrenzt durch die Außenkontur.

Fig. 4 zeigt den Schnitt senkrecht zur Maschinenachse im Bereich des Ständerblechpaketes (2') mit Einzelblechen (1'). Durch das um 90° versetzte Schichten des Einzelbleches (1') entstehen in den Ecken Querkühlkanäle (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 gesamte Länge des Ständerblechpaketes bekannte radiale Öffnungen (7') angeordnet. Die Kühlluft wird, bedingt durch die äußeren und inneren Leitbleche (4' und 5') seitlich links und rechts durch die bekannten 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 Außenkontur alle Ecken gleichlang so abgeschnitten, daß Einzelbleche (1a und 1b) gleicher Kontur, wobei die Diagonalen der Einzelbleche (1a und 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 entstehen.

Fig. 6 zeigt den Schnitt senkrecht zur Maschinenachse im Bereich des Ständerblechpaketes (2") mit Einzelblechen (1a und 1b). Das Ständerblechpaket (2") enthält in diesem Fall jeweils im Bereich der Mittellinien auf beiden Seien 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 Lufteinrichtungen. Im Zusammenhang 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 gemäß Anspruch 2, auf der Basis eines Blechschnittes mit sechseckiger Außenkontur. Die Distanzleitbleche (4") sind gegenüber der vorhergegangenen Lösung verlängert und bedecken die Querkühlkanäle (6"). Damit wird das Durchströmen der Querkühlkanäle (6") gewährleistet.

Fig. 8 zeigt den Schnitt senkrecht zur Maschinenachse im Bereich des Ständerblechpaketes (2) mit Einzelblechen (1). An den zwei seitlichen Luftleiteinrichtungen (3") sind seitlich in der Mitte des Ständerblechpaketes seitliche Belüftungsöffnungen (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 verfügbar 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 gehäuselosen elektrischen Maschine. Am Ständerblechpaket (2) sind die Lagerschilde (10) befestigt. Dazwischen befinden sich Preßrahmen zur Zentrierung. Gegenüber der Antriebsseite befindet sich der Ventilator (12) auf der Welle. Die Lüfterhaube (11) führt den Kühlluftstrom, der axial angesaugt wird, axial über das Lagerschild (10) und den Preßrahmen in die seitlich angeordneten Luftleitrichtungen (3). Der Kühlluftstrom teilt sich innerhalb der Luftleitrichtungen (3) auf, durchströmt die Querkühlkanäle (6) tangential und tritt oben und unten im Bereich 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 elektrische 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 Außenkontur die Ecken senkrecht zu den Diagonalen so abgeschnitten sind, daß die Diagonalen unterschiedliche Länge haben und in bezug auf die Diagonalen die Einzelbleche (1) jeweils symmetrisch aufgebaut sind,
daß am Ständerblechpaket (2) zwei seitliche Luftleiteinrichtungen (3) mit oberen Leitblechen (4) und unteren Leitblechen (5) über Querkühlkanälen (6) angeordnet 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 Teilblechpaketen, daran angeordneten Lagerschilden und Kühlung durch mindestens einen Ventilator und radialen Öffnungen im mittleren Bereich von Luftleiteinrichtungen, dadurch gekennzeichnet,
daß von einem Blechschnitt mit gleichseitiger sechseckiger Außenkontur die Ecken so abgeschnitten sind, daß eine Diagonale, begrenzt durch die neue Außenkontur 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 Luftleiteinrichtungen (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') bekannte radiale Öffnungen (7') ausgebildet sind,
und daß die Luftleiteinrichtungen (3') auf der dem Ventilator gegenüberliegenden Seite axial vollständig oder teilweise verschlossen sind.

3. Ständer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der axiale Querschnitt der Luftleiteinrichtungen (3, 3' oder 3") in Richtung des Kühlluftstromes kontinuierlich oder stufenweise verringert.

4. Ständer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilblechpakete aus einer unterschiedlichen Zahl von Einzelblechen bestehen.

5. Ständer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Einzelblechen in den Eckbereichen zusätzliche Kühlluftöffnungen (8) angeordnet sind.

6. Ständer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte der Luftleiteinrichtungen (3) spezielle seitliche Belüftungseinrichtungen (9) angeordnet sind.

7. Ständer 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 Distanzleitblechen (4") über den Querkühlkanälen (6") angeordnet sind.

8. Ständer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ständerblechpaket (2") bzw. die Teilblechpakete aus mindestens zwei Einzelblechen (1a und 1b) gleicher Kontur, aber unterschiedlicher Länge der Diagonalen der Einzelbleche zueinander begrenzt durch die Außenkontur besteht.