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Geschlossenes Kühlsystem für elektrische Maschinen mit Luft oder einem
anderen Gas als umlaufendem Kühlmittel Für die Kühlung der stets größer werdenden
Einheiten von elektrischen Maschinen werden immer größere Luftmengen notwendig,
wobei die zu kühlenden Oberflächen bisher dort, wo eine Teilung des Luftstroms nötig
ist, in Parallelschaltung von der Luft bestrichen werden, so daß die Geblase sehr
viel Luft mit relativ wenig Druck zu fördern haben.
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Es ist nun bekanntlich schwierig, Gebläse für so große Luftmengen
und verhältnismäßig kleine Drücke bei hoher Drehzahl und. gutem Wirkungsgrad zu
= bauen. Man ist deshalb dazu "übergegangen, diese Gebläse aus der elektrischen
Maschine heraus in besondere Gehäuse zu verlegen und gesondert mit kleinerer Drehzahl
anzutreiben. Dies ergibt jedoch sehr große Abmessungen und .damit teure Gebläse,
die auch oft schwierig unterzubringen sind.
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Vorliegende Erfindung bezweckt, diese Nachteile dadurch zu beheben,
daß ein Verhältnis zwischen Druck und Volumen geschaffen, wird, welches auch bei
höheren Drehzahlen gute Gebläse Wirkungsgrade zu erreichen gestattet, so daß :es
möglich ist, die Gebläse wieder in die elektrischen Maschinen einzubauen oder wenigstens
von der Welle der betreffenden elektrischen Maschine direkt antreiben zu lassen.
Es wird 'dies dadurch erreicht, daß, die Kühlwege in der elektrischen Maschine nicht,
wie bisher, parallel, sondern, wie nachstehend näher beschrieben ist, zum Teil'
oder ganz hintereinandergeschaltet werden.
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!Der Kühlvorgang in der elektrischen Maschine besteht darin, daß.
.eine gewisse Luft-oder Gasmenge über einen bestimmten Weg durch die Maschine geleitet
und durch Berührung mit den zu-kühlenden Teilen eine Temperaturerhöhung
Z t erfährt. Wenn c, die spezifische Wärme des Gases darstellt, so bedeutet
C' r # c, # 4 t die abgeführte Wärme. Im Falle von Ringlaufkühlung wird nun,
diese erwärmte Gasmenge in bekannter Weise durch einen Kühler geleitet, wobei die
Wärme an das Kühlwasser abgegeben wird, unter Ab-
kühlung des Gases um den
Betrag j t.
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Durch vorliegende Erfindung wird eine Verkleinerung der zur Kühlung
benötigten Gasmenge erzielt, unter gleichzeitiger Erhöhung des Widerstandes der
Kühlwege, ohne daß dabei die zulässige Temperaturerhöhung 4 t überschritten wird.
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Dies wird dadurch erreicht; daß bei der Umwälzung des nuten Teiles
der sonst üblichen Gasmenge diese nach Zurücklegung des ungefähr nuten Teiles des
Weges in der elektriAchen Maschine, in welchem sie sich um die erlaubte Temperaturerhöhung
Q t erwärmt, aus der
Maschine herausgeführt und gekühlt wird.
Nach wiederum einem n-ten Teil des Weges erfolgt eine weitere Zwischenkühlung usw.,
so daß trotz Verwendung eines n-mal kleineren Gasgewichts G/n das Gas sich doch
nur um den gleichen Betrag Q t erwärmt wie bei Verwendung der großem. Gasmenge.
Bei dieser Hintereinanderschaltung der einzelnen Teilwege ist natürlich der Druckabfall
n-mal größer als bei der sonst üblichen, paraUel geschalteten Ventilation, wobei
aber die theoretische Ventilationsarb!e#-t V . Q p- dieselbe bleibt, indem
V n-mal kleiner und Q P n-mal größer ist. Man hat .es nun durch diese Anordnung
in der Hand, die Anzahl der hintereinamdergeschalteten Teil-strecken so zu wählen,
daß Druck und Volumen des Kühlgases der zur Verfügung stehenden Drehzahl des Gebläses,
welche bei unmittelbarem Antrieb durch die elektrische Maschine gleich deren Drehzahl
ist, so angepaßt sind, daß die Ventilationsarbeit mit möglichst gutem Wirkungsgrad
vor sich gehen kann. Ein Beispiel einer solchen Aalordnung ist aus Abb. i ersichtlich,
in welcher die Luftströmung durch die eingezeichneten Pfeile dargestellt ist und
i die elektrische Maschine, 2 das unmittelbar angetriebene Gebläse und 3 und 4 die
Zwischenkühler bezeichnen. In diesem Beispiel sind zwei hintereinandergeschaltete
Teilstrekken vorgesehen. Das Gebläse 2 drückt die Luft durch den ersten Kühler 3,
von diesem durchströmt sie die lenke Teilstrecke der Maschine i, verläßt letztere
in der Mitte und durchströmt den Zwischenkühler 4, von wo sie in die rechte Teilstrecke
.der Maschine i gelangt und diese schließlich in der Mitte verläßt und wieder dem
Saugstutzen des Gebläses 2 zuströmt. Die Aalordnung ist dabei so getroffen., daß
die gekühlte Luft jedesmal an den Enden der Maschine i eintritt, damit die Wicklungsköpfe
mit kalter Luft gut bespült werden. Vergleichsweise ist in: Abb. 2 eine bisher übliche
Aalordnung bezeigt, in der die beiden Teilstrecken der elektrischen Maschine i parallel
geschaltet sind. Demgemäß ist auch nur ein Rückkühler 3 von doppelter Größe vorgesehen,
hinter welchem die vom Gebläse 2 kommende, den Kühler 3 verlassende Luft in zwei
parallelem. Strömen der elektrischen Maschine zugeführt wird; diese beiden Teilströme
vereinigen, sich 'n der Mitte der Maschine i und'. gelangen von dort zum Saugstutzen
des Gebläses 2.
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Wie schon früher gesagt, kann die Anordnung der Abb. i für eine beliebige
Anzahl hinteneinamdergeschalteter Teilstrecken. vorgesehen werden, wobei eine ebenso
große Anzahl Zwischenkühler angeordnet werden müssen..
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Das gleiche Prinzip kann auch auf mehrere Maschineneinheiten derart
übertragen werden, daß die ;gleiche Kühlluftmenge für mehrere Maschinen mit hintereinandergeschalteten
Luftwegen verwendet wird unter Einschaltung von jeweiligen Zwischenkühlern. DieseAnordnung
ist in Abb. 3 gezeigt, wo i und 5 elektrische Maschinen, 2 ein Gebläse und 3 und
4 zwei ,Zwischenkühler darstellen. Die Luft geht vom Gebläse 2 durch den Kühler
3, durchströmt die Maschine i, dann .den Zwischenkühler 4, um von diesem durch die
Maschine 5 dem Gebläse 2 im geschlosslenem Kreislauf wieder zuzuströmen. In diesem
Beispiel sind die beiden Teilstrecken in den einzelnen elektrischen Maschinen parallel
geschaltet, wie in Abb. 2. Selbstverständlich können aber diese Teilstrecken, wie
in Abb. i, auch hintereinanderges,chaltet sein, so daß nicht nur diie beiden elektrischen
Maschinen für sich, sondern auch einzelne Teilstrecken ihres Kühlluftweges hintereinan:dergeschalmet
sind. Die Anordnung der Abb.3 kann auch so getroffen werden, daß die einzelnen Teilstrecken
der beiden elektrischen Maschinen für sich leinen geschlossenen Kreislauf bilden,
wie :es in Abb- 4 gezeigt ist. In diesen Falle kann, dann für jede Teilstrecke ein
besonderes Gebläse zur Verwendung kommen, oder es kann das ganze System von eignem
zenural'en Gebläse aus versorgt werden. In Abb. 4 sind für die beiden parallel geschalteten
Teilstrecken je Bein besonderes Gebläse 2 und 6 vorgesehen, von denen 2 auf der
Achse der elektrischen Maschine i und 6 auf der Achse derelektrischen Maschine 5
sitzt. Es sind also hier die linken Teillsurecken der elektrischen Maschinen i und
5 hIntemeinandergeschaltet und in gleicher Weise auch die rechten. Die Kreisl''äufe
gtehen aus den eingez!eichneten Pfeilen hervor, also links: Gebläse 2, Kühler 3,
elektrische Maschine i, Kühler 4, elektrische Maschine 5, GebläSe 2, rechts: Gebläse
6, Kühler 7, elektrische Maschine i, Kühler 8, elektrische Maschine 5, Gebläse 6.
In allen Fällen kann das Gebläse mit der elektrischen Maschine unmittelbar !gekuppelt
und gegebenenfalls in der üblichen Weise in das Gehäuse der elektrischen Maschine
selbst @einZebaut sein.